JP6607796B2

JP6607796B2 - 液体供給設備の液位検出装置、液体供給設備の液位検出方法および当該液位検出装置を備えた液体供給設備

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Inventors: 大輝浅原; 英之坂田; 隆史荻野
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Description

本開示は、容器内に貯留された液体を外部に供給する液体供給設備において、当該容器内における当該液体の液位を検出するための液位検出装置および液位検出方法に関し、さらには、そのような液位検出装置を備えた液体供給設備に関する。

プラント施設などでは、容器内に貯留された液体を大きな流量で急速に供給する液体供給設備を設ける場合が考えられる。例えば、そのような液体供給設備の一例として、発電プラント等において、高温部に大量の冷却液を急速に供給するための液体供給設備が設けることが可能である。その際に容器内に貯留された液体の液位変化を検出し、当該液位変化から供給される液体の流量を算出すれば、当該液体の供給状況（例えば、発電プラント内の高温部への冷却液の供給状況）を把握することが可能である。

液体容器内に貯留された液体の液位を検出するための従来技術としては、例えば、液体容器内の気相部に連通する配管の圧力と、液体容器内の液相部に連通する配管の圧力との間の差圧を求め、当該差圧に基づいて液位を算出する技術がある。上記のように差圧に基づいて液位の算出する液位検出装置の一例として、特許文献１は以下のような液位検出装置を開示している。

特許文献１が開示する液位検出装置は、液体タンク内の液位を計測するための配管構成において、配管内で発生する温度偏差による液位計測誤差の発生を防止するように構成されている。特許文献１記載の液位検出装置においては、液体タンク内の液位が導かれるバランス管の気相側と液相側にそれぞれ一端が接続された上側液位検出配管と下側液位検出配管との間の差圧を検出する配管構成としている。当該差圧は、上側液位検出配管と下側液位検出配管の他端にそれぞれ設けた圧力計測用の２つの隔膜部により計測した２つの圧力値の差分から得られる。

その上で、特許文献１記載の液位検出装置では、上側液位検出配管と下部液位検出配管の他端に水を貯め、液体タンク内の液体が気相中に蒸発してできた高温の蒸気が、バランス管の気相側と連通する上側液位検出配管に設けた圧力計測用の隔膜部を昇温させるのを防止している。その結果、特許文献１記載の液位検出装置では、上側液位検出配管側における計器隔膜部と下部液位検出配管側における計器隔膜部との間の著しい温度差により液位計測誤差が発生することが防止される。

特開２００８−２６７９３１号公報

ところで、液体タンク内に貯留された液体を外部に供給する液体供給設備において、上記のように液体タンクに連通する配管内の差圧に基づいて液体タンクの液位を検出する際、以下の問題が生じる。
液体タンク外へと液体が急速に流出する際には、急激な液面低下により液面上部の気相部分が急激に膨張し、それにより、気相部分を占める気体の著しい温度低下と当該温度低下に応じた当該気体の著しい密度変化が生じる。これに対し、液体タンクの気相側に連通する配管内の気体は、液体タンク内の圧力減少が伝播するまでに時間を要するし、当該配管が外気に露出している場合には外気との熱交換の影響により急激な温度低下が起きにくい。その結果、液位計測のために液体タンクの気相側と連通する配管内の気体と液体タンク内の気体との間に著しい温度差が生じ、当該温度差により液位の検出誤差が発生する。

この点、特許文献１には、液体供給設備における上記問題に対する具体的な解決策が示されていない。

以上の問題点に鑑み、本発明に係る少なくとも一実施形態は、液体タンクからの液体流出時に液体タンク内の液位を正確に検出可能な液位検出方法及び液位検出装置を得ることを目的とする。また、本発明に係る少なくとも一実施形態は、そのような液位検出方法及び液位検出装置を備えた液体供給装置を得ることを目的とする。

（１）本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給設備の液位検出装置は、液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、を備えた液体供給設備の液位検出装置であって、
前記タンクの内部空間のうち前記液体が占める液相部分に連通する下部配管と、
前記タンクの前記内部空間のうち、前記液相部分の上方に位置するとともに前記高圧ガスが占める気相部分に連通する上部配管と、
前記下部配管と前記上部配管との差圧を検出するための差圧計と、
前記差圧計の差圧検出結果に基づいて、前記タンクの液位を演算するための液位演算部と、を備え、
前記上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、
前記高圧ガスは窒素ガスを含むことを特徴とする。

上記（１）の構成において、タンク内の気相部分に連通する上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、当該充填液は、高圧ガスと比べると温度変化による密度の変化が十分に小さい。そこで、上記（１）の構成において、当該充填液が上部配管の少なくとも一部に充填されるようにし、上部配管内のヘッド圧の少なくとも一部を充填液のヘッド圧が占めるようにすれば、タンク内と上部配管内との間の高圧ガスの温度差に起因した液位の検出誤差を低減できる。

（２）本発明の例示的な一実施形態では、上記（１）の構成において、前記液位検出装置は、前記液位演算部によって検出された前記タンクの前記液位の時間変化に基づいて、前記液体供給設備の前記排出管を流れる前記液体の流量を求めるための流量演算部をさらに備える。

上述したように、上記（１）の構成によれば、液体タンクからの液体流出時において、タンク内と上部配管内との間の高圧ガスの温度差に起因した液位の検出誤差を低減できる。そのため、上記（２）の構成によれば、液体タンクからの液体流出時に、タンクから流出する液体の流量を正確に算出することができる。

（３）本発明の例示的な一実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、前記上部配管の一端が、管台を介して前記タンクの気相部分に連通しており、
前記上部配管の内部を満たす充填液の液位は、前記管台が位置する高さから見てマイナス５０センチメートル以内に設定される、
ことを特徴とする。

上記（３）の構成によれば、上部配管の内部を満たす充填液の液位は、上部配管をタンクの気相部分に連通させている管台が位置する高さから見てマイナス５０センチメートル以内に設定されるようになっている。その結果、当該充填液が上部配管の大部分に充填されるようになり、上部配管内のヘッド圧の大部分を充填液のヘッド圧が占めるようになる。従って、タンク内と上部配管内との間の高圧ガスの温度差に起因した液位の検出誤差を効果的に低減できる。

（４）本発明の例示的な一実施形態では、上記（１）〜（３）の構成において、
前記液位検出装置は、前記タンク内の前記高圧ガスの温度を検出するための温度センサをさらに備え、
前記液位演算部は、前記差圧検出結果に加えて前記温度センサによる温度検出結果に基づいて、前記タンクの前記液位を演算するように構成される。

タンク外へと液体が急速に流出する際には、急激な液面低下により気相部分が急激に膨張し、タンク内の気相部分を占める高圧ガスの著しい温度低下と当該温度低下に応じた高圧ガスの著しい密度変化が生じる。そして、タンク内の気相部分を占める高圧ガスのヘッド圧は、高圧ガスの密度変化に応じて変化し、下部配管側の圧力計測値に影響するので、下部配管と前記上部配管との間の差圧検出結果も当該高圧ガスの密度変化の影響を受けて変化する。
そこで、上記（４）の構成のように、タンク内の高圧ガスの温度を温度センサで検出し、この温度検出結果をタンク内の液位の演算に用いることで、タンク内の液位検出をより高精度に行うことができる。

（５）本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給設備の液位検出装置は、液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、を備えた液体供給設備の液位検出装置であって、
前記タンクの内部空間のうち前記液体が占める液相部分に連通する下部配管と、
前記タンクの前記内部空間のうち、前記液相部分の上方に位置するとともに前記高圧ガスが占める気相部分に連通する上部配管と、
前記下部配管と前記上部配管との差圧を検出するための差圧計と、
前記差圧計の差圧検出結果に基づいて、前記タンクの液位を演算するための液位演算部と、を備え、
前記上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、
前記上部配管は、前記タンクに設けられた管台を介して前記タンクに直接接続されていることを特徴とする。

窒素ガスは、例えば水蒸気などとは異なり、常圧下ではマイナス２００℃近い極低温でなければ凝縮しない。また、窒素ガスは、常温下では、数メガパスカル程度の高圧で圧縮しても凝縮しない。従って、上記（５）の構成では、液体タンクからの液体流出時において窒素ガスを含む高圧ガスが凝縮するリスクを低減することができ、高圧ガスの凝縮に起因した液位検出精度の低下を抑制できる。また、窒素ガスは、容易かつ大量に入手可能な安価な気体である。従って、上記（５）の構成によれば、容易かつ大量に入手可能な安価な気体である窒素ガスを高圧ガスとして使用することにより、高圧ガスの凝縮に起因した液位検出精度の低下を抑制できる。

（６）本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給設備は、液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、
前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、
前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、
前記タンクの液位を検出するように構成された上記（１）乃至（５）の何れか一項に記載の液位検出装置と、を備えることを特徴とする。

上述したように、上記（１）乃至（５）の構成によれば、液体タンクからの液体流出時において、タンク内と上部配管内との間の高圧ガスの温度差に起因した液位の検出誤差を低減できる。そのため、上記（６）の構成によれば、液体タンクからの液体流出時において、液位変化を正確に検出しながら排出弁から液体を供給可能な液体供給設備を実現することができる。

（７）本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給設備の液位検出方法は、液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、を備えた液体供給設備の液位検出方法であって、
前記タンクの内部空間のうち前記液体が占める液相部分に連通する下部配管と、前記タンクの前記内部空間のうち、前記液相部分の上方に位置するとともに前記高圧ガスが占める気相部分に連通する上部配管と、の差圧を検出するステップと、
前記差圧の検出結果に基づいて、前記タンクの液位を演算するステップと、を備え、
前記上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、
前記高圧ガスは窒素ガスを含むことを特徴とする。

上記（７）の方法において、タンク内の気相部分に連通する上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、当該充填液は、高圧ガスと比べると温度変化による密度の変化が十分に小さい。そこで、上記（７）の方法において、当該充填液が上部配管の少なくとも一部に充填されるようにし、上部配管内のヘッド圧の少なくとも一部を充填液のヘッド圧が占めるようにすれば、タンク内と上部配管内との間の高圧ガスの温度差に起因した液位の検出誤差を低減できる。

以上より、本発明も少なくとも一実施形態に係る液位検出装置によれば、液体タンクからの液体流出時に、液体タンク内の液位を正確に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る液体供給装置と液位検出装置の構成を示す図である。従来型の対比例における液体供給装置と液位検出装置の構成を示す図である。差圧配管とタンク内における圧力の構成成分を示す図である。差圧配管における差圧検出結果からタンク内の液位を算出するために使用する様々なパラメータについて図示する図である。差圧配管における差圧検出結果からタンク内の液位を算出するために使用する様々なパラメータについて図示する図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

以下、最初に、本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給装置と液位検出装置の構成について図１を参照しながら説明する。続いて、本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給装置と液位検出装置が有する技術的利点について説明するために、図１に示す液体供給装置と液位検出装置の構成を対比例として図２に示す液体供給装置および液位検出装置の構成と対比する。最後に、上記対比結果を踏まえ、本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給装置と液位検出装置により、従来における如何なる課題がどのようにして解決されるかを図３乃至図５をさらに参照しながら説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体供給装置１００の全体構成を示す。
幾つかの実施形態では、図１（ａ）に示すように、液体供給装置１００は、液体５が貯留されるとともに高圧ガス６が封入されたタンク１と、高圧ガス６によってタンク１内の液体５を外部に流出させるための排出管４と、排出管４に設けられタンク１と外部との連通状態を切り替えるための弁３と、を備えている。液体供給装置１００は、弁３が開いた際には、タンク１内において液体５の液面上部に蓄圧された状態で封入されている高圧ガス６の圧力によってタンク１内の液体５を押し出す形で排出管４から液体５を外部に供給するようになっている。

幾つかの実施形態では、排出管４は各種プラントの液体供給系統に接続されている。プラントの液体供給系統の圧力は、プラントの運転状態によって変化するようになっていてもよい。この場合において、弁３は、プラント側からタンク１に向かう液体の流れを阻止する一方、タンク１からプラント側への液体の流れを許容するように構成された逆止弁であってもよい。これにより、プラントの液体供給系統の圧力がタンク１内の高圧ガス６の圧力よりも大きい場合には逆止弁３は閉止され、プラントの液体供給系統の圧力がタンク１内の高圧ガス６の圧力よりも低くなったときに逆止弁３が開放されてタンク１から排出管４を介してプラント側に液体が供給されるようになっていてもよい。

例えば、例示的な一実施形態では、原子力発電プラントにおいて、炉心に大量の冷却液を急速に供給するための液体供給装置１００を設けてもよい。その際、この実施形態では、事故発生により炉心内の圧力が低下した際に、低下した炉心圧力と液体供給装置１００のタンク１内の高い圧力との間の差圧によって弁３が開くように弁３を逆止弁として構成しても良い。

なお、高圧ガス６のタンク１への封入圧力は３ＭＰａ以上かつ５ＭＰａ以下である。また、高圧ガス６は、窒素ガスを含んでいてもよい。窒素ガスは、例えば水蒸気などとは異なり、常圧下ではマイナス２００℃近い極低温でなければ凝縮しない。また、窒素ガスは、常温下では、数メガパスカル程度の高圧で圧縮しても凝縮しない。従って、この実施形態では、タンク１からの液体５の流出時において窒素ガスを含む高圧ガス６が凝縮するリスクを低減することができ、高圧ガス６の凝縮に起因した液位検出精度の低下を抑制できる。また、窒素ガスは、容易かつ大量に入手可能な安価な気体である。従って、この実施形態によれば、容易かつ大量に入手可能な安価な気体である窒素ガスを高圧ガス６として使用することにより、高圧ガスの凝縮に起因した液位検出精度の低下を抑制できる。

さらに、タンク１は、タンク１内の気相上部と液相下部との間の差圧を検出するための差圧配管２を備えている。差圧配管２の具体的な構成については後述する。また、図１（ｂ）は、タンク１が備える差圧配管２とその周辺を囲む楕円領域Ａの部分を拡大表示したものであり、同時に、本発明の一実施形態に係る液位検出装置１１０の構成を示すものである。図１（ｂ）を参照すると、差圧配管２は、液体供給装置１００が備えるタンク１の内部空間のうち液体５が占める液相部分に連通する下部配管２ｃと、タンク１の内部空間のうち、液相部分の上方に位置するとともに高圧ガス６が占める気相部分に連通する上部配管２ａと、下部配管２ｃと上部配管２ａとの間の差圧を検出するための差圧計２ｂを備えている。上部配管２ａの両端部のうち、差圧計２ｂの反対側の一端は、タンク１の上部外壁に設けられた管台８に接続され、管台８によってタンク１内の気相部分と連通させられ、上部配管２ａの内部は、少なくとも一部の範囲において充填液９によって満たされている。

上記構成の液位検出装置１１０の場合、差圧計２ｂは、上部配管２ａ側の圧力Ｐ１と、下部配管２ｃ側の圧力Ｐ２との差圧ΔＰを出力するように構成されている。

さらに、上記構成の液位検出装置１１０は、差圧計２ｂの差圧検出結果に基づいて、タンク１内における液体５の液位を演算するための液位演算部１０を備える。液位演算部１０は、差圧計２ｂから受け取った差圧ΔＰの検出結果に基づいて、タンク１の液位を演算し、流量演算部１１に出力するための演算部である。例示的な一実施形態では、差圧計２ｂには、液位演算部１０が電気的に接続され、差圧計２ｂと液位演算部１０との間では、検出データや演算結果を表す信号が互いに通信される。なお、液位演算部１０が、差圧計２ｂから受け取った差圧ΔＰの検出結果に基づいて、タンク１の液位を演算するための演算方法の詳細な具体例については、図４および図５を参照しながら後述する。

また、一実施形態では、上記構成の液位検出装置１１０は、液位演算部１０によって検出されたタンク１の液位の時間変化に基づいて、液体供給装置１００の排出管４を流れる液体５の流量を求めるための流量演算部１１をさらに備える。例示的な一実施形態では、流量演算部１１は、液位演算部１０に電気的に接続され、液位演算部１０と流量演算部１１との間では、演算結果を表す信号が互いに通信される。

また、液体供給装置１００は、タンク１内の高圧ガス６の温度を検出するための温度センサ７をさらに備えている。例えば、温度センサ７は、タンク１内の気相部分に露出する形で設けられ、気相部分を占める高圧ガス６の温度を熱電対を使用して測定し、温度測定値を液位検出装置１０に出力するように構成されても良い。
例示的な一実施形態においては、液位演算部１０は、差圧ΔＰを検出した結果に加えて温度センサ７による温度検出結果に基づいて、タンク１の液位を演算するように構成されていてもよい。何故なら、タンク１内の液体５の液面に対して上から作用する高圧ガス６のヘッド圧は、タンク１内の液位を算出するために利用可能な情報であるが、高圧ガス６の温度変化に伴って高圧ガス６のガス密度も変化すると、当該ヘッド圧も変化するからである。その場合、液位演算部１０は、液体５の流出時における気相部分の膨張による高圧ガス６の温度低下の量を温度センサ７からの温度検出値に基づいて算出するようにしても良い。続いて、液位演算部１０は、当該温度低下に応じた高圧ガス６の密度増加に基づいて差圧計２ｂが出力する差圧検出結果を補正し、当該補正された差圧検出結果に基づいて、タンク１の液位を演算するようにしてもよい。

上記構成の液体供給装置１００によれば、流量演算部１１が出力する流量演算結果から、液体供給装置１００の排出管４から供給される液体５の流量の時系列的な推移を監視することが可能となる。それにより、液体供給装置１００からプラント設備の高温部への液体の供給状況を把握することが可能となる。例えば、当該プラント設備が原子力発電プラントである場合、炉心に大量の冷却液を急速に供給するために液体供給装置１００を設けてもよい。その際、この実施形態では、事故発生により炉心内の圧力が低下した際に、低下した炉心圧力と液体供給装置１００のタンク１内の高い圧力との間の差圧によって逆止弁３として構成された弁３が開くようにしても良い。

次に、図２〜図５を参照しながら、本発明の幾つかの実施形態に係る液体供給装置と液位検出装置が有する技術的利点について具体的に説明する。
図２は、比較例に係る液位検出装置１１０’の構成を示す図である。図１と同様に、図２においては、図２（ａ）においてタンク１が備える差圧配管２とその周辺を囲む楕円領域Ａが示され、楕円領域Ａの中を拡大表示したものが図２（ｂ）に示されている。
図３は、比較例に係る液位検出装置１１０’における液位計測原理を説明するための図である。図４は、比較例に係る液体供給装置１００’の各種パラメータの定義を示す図である。図５は、実施例に係る液体供給装置１００の各種パラメータの定義を示す図である。

図１に示す液体供給装置１００と液位検出装置１１０の構成とは異なり、図２（ｂ）に示す差圧配管２を構成する上部配管２ａには充填液９が満たされていない。つまり、図２（ｂ）において、タンク１内の高圧ガス６と同一のガスが上部配管２ａの全体にわたって満たされている点が図１（ｂ）に示す構成とは異なっている。
上記相違点を除いて、図１に示す液体供給装置１００と液位検出装置１１０の構成と、図２に対比例として示す液体供給装置１００’および液位検出装置１１０’の構成とは同様である。従って、図２に示す液体供給装置１００’および液位検出装置１１０’の構成のうち、上記以外の構成については説明を省略する。

図２に示す液体供給装置１００’および液位検出装置１１０’では、タンク１からの液体５の流出時に液体５の液面が低下すると、タンク１内の気相部分が膨張し、タンク１内の高圧ガス６の温度が大きく低下するとともに、高圧ガス６の密度も低下するこれに対し、タンク１の気相側に連通する上部配管２ａ内の高圧ガス６は、タンク１内の圧力減少が伝播するまでに時間を要するし、上部配管２ａが外気に露出している場合には外気との熱交換の影響により急激な温度低下が起きにくいため、タンク１内の高圧ガス６よりも高温であり、外気温（例えば、常温）に近い温度になる。

このため、本来であれば、図３（ａ）に示すように、比較例の液位検出装置１１０’において、上部配管２ａ内の高圧ガス６は常温に近い温度であると考えるべきである。ところが、液位検出装置１１０’では上部配管２ａ内の高圧ガス６がタンク１内の高圧ガス６と同一温度（低温）であるという前提で、タンク１内の液位を算出している。
このため、本来であれば、下記式（１）に従って、差圧計２ｂによる差圧検出結果ΔＰから液位を算出すべきであるのに対し、比較例の液位検出装置１１０’では、差圧計２ｂによる差圧検出結果ΔＰから液位を算出に際して下記式（２）を採用しているために、タンク１内と上部配管２ａ内の高圧ガス６の温度差（ΔＴ＝Ｔ_１−Ｔ_０）に起因した液位検出誤差が発生してしまう。
ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１＝ρ_Ｌ・ｇ・Ｈ＋ρ_ｇ（Ｔ＝Ｔ_０）・ｇ・ｈ_２−ρ_ｇ（Ｔ＝Ｔ_１）・ｇ・ｈ_１（式１）
ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１＝ρ_Ｌ・ｇ・Ｈ＋ρ_ｇ（Ｔ＝Ｔ_０）・ｇ・ｈ_２−ρ_ｇ（Ｔ＝Ｔ_０）・ｇ・ｈ_１（式２）

ここで、Ｈ_ｍａｘおよびＨは、タンク１の最上部から最下部までの高低差およびタンク１内の液体５の液面からタンク１の最下部までの高低差をそれぞれ表す。ｈ_２は、タンク１の最上部からタンク１内の液体５の液面までの高低差を表し、ｈ_１は、上部配管２ａの最上部である管台８の設置位置から上部配管２ａの最下部である差圧計２ｂの設置位置までの高低差を表す。また、ρ_ｇ、Ｐ_ｇおよびρ_Ｌは、高圧ガス６の密度、高圧ガス６が蓄圧されることにより生じるガス圧、液体５の密度をそれぞれ表し、Ｔ_０およびＴ_１は、タンク１内における高圧ガス６の温度および上部配管２ａ内における高圧ガス６の温度をそれぞれ表す（図４参照）。なお、上記式（１）及び（２）において、右辺第１項はタンク１内の液体５のヘッド圧であり、右辺第２項はタンク１内の高圧ガス６のヘッド圧であり、右辺第３項は上部配管２ａ内の高圧ガス６のヘッド圧である。

これに対し、実施例に係る液位検出装置１１０では、上述のとおり、上部配管２ａの内部の少なくとも一部の範囲内に充填液９が満たされているため、次の理由から、タンク１内と上部配管２ａ内の高圧ガス６の温度差（ΔＴ＝Ｔ_１−Ｔ_０）に起因した液位検出誤差を低減することができる。

液位検出装置１１０の場合、差圧計２ｂの差圧検出結果ΔＰは下記式（３）によって表される。
ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１＝ρ_Ｌ・ｇ・Ｈ＋ρ_ｇ（Ｔ＝Ｔ_０）・ｇ・ｈ_２−ρ_ｇ（Ｔ＝Ｔ_１）・ｇ・ｈ_１Ｂ −ρ_ｌ・ｇ・ｈ_１Ａ（式３）
ここで、ｈ_１Ａは、上部配管２ａ内に満たされた充填液９の上部配管２ａ内における液位の高さを示し、ｈ_１Ｂは、上部配管２ａの最下部（差圧計２ｂの設置位置）から充填液９の液位までの高低差を表し、ρ_ｌは、充填液９の密度を表し、その他のパラメータ表記は、図４と同様である（図５参照）。上記式（３）において、右辺第１項はタンク１内の液体５のヘッド圧であり、右辺第２項はタンク１内の高圧ガス６のヘッド圧であり、右辺第３項は上部配管２ａ内の高圧ガス６のヘッド圧であり、右辺第４項は上部配管２ａ内の充填液９のヘッド圧である。

このように、実施例に係る液位検出装置１１０では上部配管２ａ内において高圧ガス６が充填液９によって置換されていることから、上記式（１）における右辺第３項が、上記式（３）においては右辺第３項および右辺第４項の和に置き換わっている。
ここで、気体（高圧ガス６）とは異なり、液体（充填液９）の密度ρ_ｌは温度変化に対してほぼ一定である。このため、式（３）の右辺第４項の充填液９のヘッド圧は温度によらずほぼ一定である。
よって、式（３）において、右辺第４項の存在によって、上部配管２ａ内の全流体のヘッド圧に対して、温度に対する密度変化の影響が大きい高圧ガス６のヘッド圧が占める割合が減少するため、タンク１内と上部配管２ａ内の高圧ガス６の温度差（ΔＴ＝Ｔ_１−Ｔ_０）に起因した液位検出誤差を低減することができるのである。

以上のように、図１および図５に示す構成において、タンク１内の気相部分に連通する上部配管２ａの内部は、少なくとも一部の範囲において充填液９によって満たされており、充填液９は、高圧ガス６と比べると温度変化による密度の変化が無視できるほど少ない。そこで、図１および図５に示す構成において、充填液９が上部配管２ａの一部に充填されるようにし、上部配管２ａ内のヘッド圧の一部を充填液９のヘッド圧が占めるようにすれば、タンク１内と上部配管２ａ内との間の高圧ガスの温度差に起因した液位の検出誤差を低減することができる。

すなわち、図２に示す液体供給装置１００’においては、上述した著しい温度差を正確に測定することが困難であることに起因して、差圧計２ｂによって検出された差圧ΔＰからタンク１内の液体５の液位を算出する際に液位検出誤差を生じてしまう。しかし、上記の理由により、本発明の幾つかの実施形態に従って図１に示す液体供給装置１００と液位検出装置１１０は、上述した著しい温度差が生じても、タンク１内の液体５の液位を算出する際に生じる液位検出誤差を低減し、液体５の液位を可能な限り正確に検出することができるという技術的利点を有する。

また、本発明の例示的な一実施形態では、図１および図５に示す構成において、上部配管２ａの内部を満たす充填液９の液位は、管台８が位置する高さから見てマイナス５０センチメートル以内に設定されるようにしてもよい。

この実施形態によれば、上部配管２ａの内部を満たす充填液９の液位は、上部配管２ａをタンク１の気相部分に連通させている管台８が位置する高さから見てマイナス５０センチメートル以内に設定されるようになっている。その結果、充填液９が上部配管２ａの大部分に充填されるようになり、上部配管２ａ内のヘッド圧の大部分を充填液９のヘッド圧が占めるようになる。従って、タンク１内と上部配管２ａ内との間における高圧ガス６の温度差に起因した液位の検出誤差を効果的に低減できる。

１タンク
２差圧配管
２ａ上部配管
２ｂ差圧計
２ｃ下部配管
３弁
４排出管
５液体
６高圧ガス
７温度センサ
８管台
９充填液
１０液位演算部
１１流量演算部
２１，２２，２３圧力成分
１００，１００’ 液体供給装置
１１０液位検出装置
ΔＰ差圧
Ｐ１，Ｐ２圧力
Ｔ温度

Claims

液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、を備えた液体供給設備の液位検出装置であって、
前記タンクの内部空間のうち前記液体が占める液相部分に連通する下部配管と、
前記タンクの前記内部空間のうち、前記液相部分の上方に位置するとともに前記高圧ガスが占める気相部分に連通する上部配管と、
前記下部配管と前記上部配管との差圧を検出するための差圧計と、
前記差圧計の差圧検出結果に基づいて、前記タンクの液位を演算するための液位演算部と、を備え、
前記上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、
前記高圧ガスは窒素ガスを含む
ことを特徴とする液体供給設備の液位検出装置。
前記液位演算部によって検出された前記タンクの前記液位の時間変化に基づいて、前記液体供給設備の前記排出管を流れる前記液体の流量を求めるための流量演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液体供給設備の液位検出装置。
前記上部配管の一端が、管台を介して前記タンクの気相部分に連通しており、
前記上部配管の内部を満たす充填液の液位は、前記管台が位置する高さから見てマイナス５０センチメートル以内に設定される、
ことを特徴とする、請求項１または請求項２記載の液体供給設備の液位検出装置。
前記タンク内の前記高圧ガスの温度を検出するための温度センサをさらに備え、
前記液位演算部は、前記差圧検出結果に加えて前記温度センサによる温度検出結果に基づいて、前記タンクの前記液位を演算するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体供給設備の液位検出装置。
液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、を備えた液体供給設備の液位検出装置であって、
前記タンクの内部空間のうち前記液体が占める液相部分に連通する下部配管と、
前記タンクの前記内部空間のうち、前記液相部分の上方に位置するとともに前記高圧ガスが占める気相部分に連通する上部配管と、
前記下部配管と前記上部配管との差圧を検出するための差圧計と、
前記差圧計の差圧検出結果に基づいて、前記タンクの液位を演算するための液位演算部と、を備え、
前記上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、
前記上部配管は、前記タンクに設けられた管台を介して前記タンクに直接接続されている
ことを特徴とする液体供給設備の液位検出装置。
液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、
前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、
前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、
前記タンクの液位を検出するように構成された請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の液位検出装置と、を備えることを特徴とする液体供給設備。
液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、を備えた液体供給設備の液位検出方法であって、
前記タンクの内部空間のうち前記液体が占める液相部分に連通する下部配管と、前記タンクの前記内部空間のうち、前記液相部分の上方に位置するとともに前記高圧ガスが占める気相部分に連通する上部配管と、の差圧を検出するステップと、
前記差圧の検出結果に基づいて、前記タンクの液位を演算するステップと、を備え、
前記上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、
前記高圧ガスは窒素ガスを含む
ことを特徴とする液体供給設備の液位検出方法。
液体が貯留されるとともに高圧ガスが封入されたタンクと、前記高圧ガスによって前記タンク内の前記液体を外部に流出させるための排出管と、前記排出管に設けられ前記タンクと外部との連通状態を切り替えるための弁と、を備えた液体供給設備の液位検出方法であって、
前記タンクの内部空間のうち前記液体が占める液相部分に連通する下部配管と、前記タンクの前記内部空間のうち、前記液相部分の上方に位置するとともに前記高圧ガスが占める気相部分に連通する上部配管と、の差圧を検出するステップと、
前記差圧の検出結果に基づいて、前記タンクの液位を演算するステップと、を備え、
前記上部配管の内部は、少なくとも一部の範囲において充填液によって満たされており、
前記上部配管は、前記タンクに設けられた管台を介して前記タンクに直接接続されていることを特徴とする液体供給設備の液位検出方法。