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 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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=T1−T0)に起因した液位検出誤差が発生してしまう。
ΔP=P2−P1=ρL・g・H+ρg(T=T0)・g・h2−ρg(T=T1)・g・h1 (式1)
ΔP=P2−P1=ρL・g・H+ρg(T=T0)・g・h2−ρg(T=T0)・g・h1 (式2)
ΔP=P2−P1=ρL・g・H+ρg(T=T0)・g・h2−ρg(T=T1)・g・h1B −ρl・g・h1A (式3)
ここで、h1A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、h1B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、ρl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。
ここで、気体(高圧ガス6)とは異なり、液体(充填液9)の密度ρl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=T1−T0)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。
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 (8)
- 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。
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