JP5020719B2 - スラッシュ窒素の濃度計測方法 - Google Patents
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Description
このダイナミックアイス方式では、従来は貯蔵中のスラッシュ窒素の固体濃度、即ち氷充填率(以下、IPF:Ice Packing Factor)が正確に把握できなかったため、製氷量は必要な熱負荷に対して最適なものとはなり得なかった。従って、深夜電力で貯氷する氷の量、即ち貯氷IPFは一定であり、電力ピークカットにのみその冷熱を用いることとし、氷が無くなると冷凍機を運転しているのが実状であった。
このようにスラッシュ窒素を利用した各種設備では、一般に生成装置により生成された後に貯蔵設備に備えられ、利用施設における熱負荷に応じて貯蔵設備から取り出して熱発生場所に搬送されるようになっている。スラッシュ窒素を冷媒として用いるメリットは、蓄熱が可能な点にあり、熱負荷変動に関わりなく深夜電力等の安い動力を用いることが可能である。従って、その効率的な運用を図るには貯蔵場所に蓄えられた冷熱量(これは固体充填率と等価)を正確に把握する必要があった。
管内搬送流の濃度を測定する方法は、特許文献1(特開平6−94269号公報)に開示されている。これは、氷スラリーを輸送する氷スラリー配管に、温度計と蓄熱剤の濃度計と密度計とを配設し、氷スラリーの温度、濃度及び密度に応じた信号を演算装置に導入し、この演算装置で氷濃度を演算するものである。
また、特許文献2(特開平7−98290号公報)には、投入した液の重量と温度を測定できる混合容器に加熱したブラインを投入し、このブラインに氷スラリーを混合・撹拌してその後の液の重量と温度の変化から、氷スラリー中の氷濃度を測定する方法が開示されている。
従って、本発明は上記従来の技術の問題点に鑑み、簡単な装置構成で以って貯蔵中のスラッシュ窒素の固体濃度を正確に把握することができるスラッシュ窒素の濃度計測方法を提供することを目的とする。
貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の固体濃度を計測する方法において、
前記貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の体積及び質量を求め、これに基づき固体充填率を算出することを要旨とする。
φ(%)=(ρ−ρB)×ρl/〔(ρl−ρB)×ρ〕×100 …(1)
ここで、ρはスラッシュ窒素の密度、ρlは固体成分密度、ρBは液体成分密度である。このとき、固液成分密度及び液体成分密度は予め判明しているものである。
本発明によれば、貯蔵タンク内に充填された状態のスラッシュ窒素の固体濃度、即ち貯蔵時の固体充填率を簡単に且つ正確に把握することができ、スラッシュ窒素を冷媒として用いる際に効率的な運用計画を立てることが可能となる。(本第1発明)
さらに、前記貯蔵タンクの上部に、フレキシブル部と該フレキシブル部の変位量を検出する変位計とを設け、該変位計により検出した変位量から前記貯蔵タンクへ掛かる加重を算出し、該加重から前記スラッシュ窒素の質量を求めるようにしても良い。このような構成とすることにより、僅かな質量変化を検出することができ、正確なスラッシュ窒素の質量を求めることが可能となる。(請求項4)
本発明によれば、前記液面計にて検出されたスラッシュ窒素の液位と、前記圧電素子から得られた差圧とから前記スラッシュ窒素の密度が求められ、ここから該スラッシュ窒素の質量を求めるようにした。これは、例えば貯蔵タンク底部からキャピラリチューブをタンク外まで延設し、差圧を計測する周知の方法を本発明に適用しようとすると、極低温のスラッシュ窒素においてはサーマルオッシレーションという振動が発生する惧れがあり、また配管が詰まるという問題が発生するが、本発明の構成によれば、振動の発生を防ぎ、精度の良い測定ができるとともに、配管の詰まり等の不具合を防止することが可能となる。
また、前記貯蔵タンク内に、モータの動力をシャフトに伝達して該シャフトの先端に連結された撹拌翼を回転させてスラッシュ窒素を撹拌する撹拌手段を設け、
前記モータの動力若しくは前記シャフトに貼付した歪ゲージの歪量から前記撹拌手段の撹拌力を求め、該撹拌力からスラッシュ窒素の質量を求めるように構成しても良い。
前記モータを一定速度で回転させると前記シャフトはスラッシュ窒素を攪拌することで反力を受けてねじれが発生する。このねじれ力は、スラッシュ窒素の密度に比例するため、前記歪ゲージで前記シャフトにかかるねじれ力を計測することで簡単にスラッシュ窒素の濃度を計測することが可能となる。これは、攪拌によりシャフトが受ける反力をモータの動力から検出してねじれ力を測定しても同様である。
また、スラッシュ窒素を用いた冷却システムに適用した場合、貯蔵時の固体充填率の計測が可能となることにより、最適量のスラッシュ窒素の生成が可能となる。
また、この冷却システムを超電導ケーブルに用いた場合には、スラッシュ窒素の超電導ケーブルへの搬送量、深夜電力等による蓄熱量、緊急時対応の余裕量を正確に見積もることができるようになる。
尚、この冷却システムを超電導限流器等の静止機器に用いる場合には、ある程度の熱負荷変動を見込んだ上で最低量のIPFを把握し、保持することが必要である。また、限流器においては、限流動作時に機器が常電導転移し急激な発熱を引き起こすため、常にその熱負荷分を見込んだ貯蔵時の固体充填率を確保しておく必要がある。このため貯蔵時の固体充填率を把握することで静止機器の安全且つ効率的な運転が可能となる。
本実施例は、固体と液体が均一に混合したスラッシュ窒素の固体濃度を測定する方法に関し、特に、1成分系における固相と液相の二相共存状態を有し、冷媒に用いられる流体が対象とされる。例えば、ダイナミックアイス、スラッシュ窒素、スラッシュ水素等が挙げられる。
この濃度計測装置10は、タンク外層11Aとタンク内層11Bとの間に真空断熱部11Cを有する真空断熱式の貯蔵タンク11と、スラッシュ窒素生成装置から前記貯蔵タンク11にスラッシュ窒素を導入するスラッシュ窒素導入管12と、前記貯蔵タンク11から冷熱需要地へスラッシュ窒素を送り出すスラッシュ窒素送出管13と、前記スラッシュ窒素導入管12及びスラッシュ窒素送出管13に備えられたフレキシブル部24と、前記貯蔵タンク11内のスラッシュ窒素を撹拌する撹拌翼14Aと該撹拌翼14Aに連結したシャフト14Bと該シャフトを回転駆動するモータ14Cとからなる撹拌手段14と、を備えている。
前記貯蔵タンク11内に貯蔵されたスラッシュ窒素の体積は、以下の体積測定手段を少なくとも一以上用いることにより好適に測定できる。前記貯蔵タンク11内に貯蔵されたスラッシュ窒素の体積は、液面計によりスラッシュ窒素液面の液位を測定し、該液位と貯蔵タンク11の容量とから求めることができる。液面計としては、超電導式液面計15、静電容量式液面計16、フロートと静電容量計を組み合わせた複合型液面計17の何れか一を用いることが好適である。
前記超電導式液面計15は、例えば超電導線を検出素子としてその先端をスラッシュ窒素に浸漬し、超電導線の電気抵抗を測定してスラッシュ窒素に浸漬している部分の長さを計算して液面を検出する装置等を用いることができる。
このように、超電導式の液面計を用いることにより、差圧導圧管、弁配管等が一切不要となり、またスラッシュ窒素内に混入した不純固形物の液面計測に与える影響が殆どないため、正確な体積の測定が可能となる。
このように、静電容量式の液面計を用いることにより、装置の小型化が可能であり、且つ低温雰囲気下であっても高精度な測定が可能となる。
このように、フロートと静電容量計とを組み合わせた複合型液面計15を用いることにより、高精度な液位の測定が可能となる。
前記貯蔵タンク11内に貯蔵されたスラッシュ窒素の質量は、以下の質量測定手段を少なくとも一以上用いることにより好適に測定できる。
前記貯蔵タンク11はスラッシュ窒素の充填により下方向に加重される。そこで、前記貯蔵タンク11上方の常温部に位置する内壁面に、複数の歪ゲージ18を貼付し、該歪ゲージ18により検出された歪量から加重を算出し、これに基づき貯蔵タンク11内に充填されたスラッシュ窒素の質量を求める。前記歪ゲージ18は、抵抗ブリッジ回路を利用して歪を電気的に測定する周知の装置を用いることができる。
このように、前記歪ゲージ18を用いることにより、小型の装置で以って正確なスラッシュ窒素の質量を求めることができる。
さらに、前記貯蔵タンク11の内部に設けた撹拌手段14のモータ14Cの動力、或いはシャフト14Bに取り付けた歪ゲージ22(図2参照)にて歪量から前記撹拌手段14の撹拌力を検出し、これに基づきスラッシュ窒素充填量を検出する手段を用いることもできる。
これは、前記モータ14Cを一定速度で回転させると前記シャフト14Bはスラッシュ窒素を攪拌することで反力を受け、図2の矢印方向のねじれが発生する。このねじれ力は、スラッシュ窒素の密度に比例するため、前記歪ゲージ22で前記シャフト14Bにかかるねじれ力を計測することで簡単にスラッシュ窒素の濃度を計測することが可能となる。これは、攪拌によりシャフト14Bが受ける反力をモータ14Cの動力から検出してねじれ力を測定しても同様である。
前記貯蔵タンク11内に充填されたスラッシュ窒素の体積及び質量を、上記した体積測定手段及び質量測定手段の組み合わせにより求め、ここからスラッシュ窒素の密度(質量/体積)を算出し、下記式(1)によりスラッシュ窒素の貯蔵時の固体充填率φを算出することができる。
φ(%)=(ρ−ρB)×ρl/〔(ρl−ρB)×ρ〕×100 …(1)
ここで、ρはスラッシュ窒素の密度、ρlは固体成分密度、ρBは液体成分密度である。スラッシュ窒素の密度は、上記により求めたスラッシュ窒素の密度であり、窒素の固体成分密度及び液体成分密度は予め判明しているものである。
11 貯蔵タンク
11A タンク外層
11B タンク内層
11C 真空断熱部
12 スラッシュ窒素導入管
13 スラッシュ窒素送出管
14 撹拌手段
14A 撹拌翼
14B シャフト
14C モータ
15 超電導式液面計
16 静電容量式液面計
17 複合型液面計
18、22 歪量ゲージ
19、24 フレキシブル部
20 変位計
21 圧電素子
23 覗き窓
Claims (5)
- 貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の固体濃度を計測する方法において、
前記貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の体積及び質量を求め、これに基づき固体充填率を算出するとともに、
前記スラッシュ窒素の質量を求める手法が、前記貯蔵タンク上方の常温部に位置するタンク内壁面に歪ゲージを貼付し、該歪ゲージにより検出される歪量から前記貯蔵タンクへ掛かる加重を算出し、該加重から前記スラッシュ窒素の質量を求めるようにした手法であることを特徴とするスラッシュ窒素の濃度計測方法。 - 貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の固体濃度を計測する方法において、
前記貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の体積及び質量を求め、これに基づき固体充填率を算出するとともに、
スラッシュ窒素の質量を求める手法が、前記貯蔵タンクの上部に、フレキシブル部と該フレキシブル部の変位量を検出する変位計とを設け、該変位計により検出した変位量から前記貯蔵タンクへ掛かる加重を算出し、該加重から前記スラッシュ窒素の質量を求めるようにした手法であることを特徴とするスラッシュ窒素の濃度計測方法。 - 貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の固体濃度を計測する方法において、
前記貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の体積及び質量を求め、これに基づき固体充填率を算出するとともに、
前記スラッシュ窒素の質量を求める手法が、 前記貯蔵タンク内に液面計を設けるとともに、該貯蔵タンク底部のスラッシュ窒素内と該貯蔵タンク上方の気中に夫々圧電素子を設け、これらの圧電素子により検出された圧力から算出される差圧と、前記液面計により検出された前記スラッシュ窒素の液位とから該スラッシュ窒素の密度を求め、該密度より質量を求めるようにした手法であることを特徴とするスラッシュ窒素の濃度計測方法。 - 貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の固体濃度を計測する方法において、
前記貯蔵タンク内に充填されたスラッシュ窒素の体積及び質量を求め、これに基づき固体充填率を算出するとともに、
前記スラッシュ窒素の質量を求める手法が、前記貯蔵タンク内に、モータの動力をシャフトに伝達して該シャフトの先端に連結された撹拌翼を回転させてスラッシュ窒素を撹拌する撹拌手段を設け、
前記モータの動力若しくは前記シャフトに貼付した歪ゲージの歪量から前記撹拌手段の撹拌力を求め、該撹拌力からスラッシュ窒素の質量を求めるようにした手法であることを特徴とするスラッシュ窒素の濃度計測方法。 - 前記貯蔵タンク内に液面計を設け、該液面計により前記貯蔵タンク内における前記スラッシュ窒素の液位を検出し、該液位から前記貯蔵タンクの容量に基づき前記スラッシュ窒素の体積を求めるようにしたことを特徴とする請求項1乃至4いずれか1記載のスラッシュ窒素の濃度計測方法。
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