JP7489490B2 - 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管 - Google Patents
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Description
本開示は、液体水素等の極低温液体の気泡率を測定するための気泡率センサ（void fraction sensor）、これを用いた流量計および極低温液体移送管に関する。
近時、温室効果ガスの排出削減に伴い、有力なエネルギー貯蔵媒体として水素の利用が注目されている。特に、液体水素は、体積効率が高く長期保存が可能であるため、その利用技術が種々開発されている。しかし、液体水素を大量に取り扱う場合に必要となる流量の正確な計測方法が工業的に確立されていなかった。その主な理由は、液体水素が非常に気化しやすく気体と液体の比率の変化が大きな流体である為である。
すなわち、液体水素は、極低温（沸点-２５３℃）の液体であり、熱伝導が非常に高く潜熱が小さいため、すぐに気泡（ボイド）が発生するという特徴がある。そのため、液体水素は、移送用の配管内では、気液混合した、いわゆる二相流となっている。
従って、気泡の含有割合の変化が大きいため、配管内を流れる液体水素の流量を測定するには、通常の液体のように流速を測定するだけでは、正確な流量を知ることはできない。
そこで、気液二相流の気相体積割合を示す気泡率を計測する気泡率計の開発が進められている。このような気泡率計として、非特許文献１では、一対の電極を用いて静電容量を測定する静電容量型ボイド率計（capacitance type void fraction sensor）が提案されている。
Norihide MAENO、他５名、「Void Fraction Measurement of Cryogenic Two Phase Flow Using a Capacitance Sensor」, Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan, Vol. 12, No. ists29, pp. Pa_101-Pa_107, 2014
本開示の気泡率センサは、低温液体を流すための貫通孔を有する絶縁性の内管と、該内管の外周面に装着された少なくとも一対の電極と、内管の外周側を覆う断熱層とを備える。
本開示の流量計は、内管の貫通孔内を流れる極低温液体の流量を測定するものであって、上記の気泡率センサと、前記極低温液体が前記貫通孔内を流れる流速を測定する流速計とを備える。
また、本開示は、上記流量計を備えた極低温液体移送管を提供するものである。
以下、本開示の実施形態に係る気泡率センサを説明する。なお、以下の説明では、極低温液体として液体水素を用いた場合の気泡率を測定するための気泡率センサについて説明する
図１は本開示の一実施形態に係る気泡率センサ１を示している。図１に示すように、この気泡率センサ１は、液体水素が流れる貫通孔３を有する絶縁性の内管２と、該内管２の外面に装着された偶数個（本実施形態では２個）の電極４とを備える。
図１は本開示の一実施形態に係る気泡率センサ１を示している。図１に示すように、この気泡率センサ１は、液体水素が流れる貫通孔３を有する絶縁性の内管２と、該内管２の外面に装着された偶数個（本実施形態では２個）の電極４とを備える。
さらに、内管２の両端外周部には環状部５が取付けられており、この環状部５の外周部に外管６が接合されている。外管６は、径方向に開口する第１挿通孔７を有する。第１挿通孔７には第１気密端子８が設けられており、電極４に個別に接続する導通ピン９を第１挿通孔７内で固定している。
絶縁性の内管２とは、２０℃における体積固有抵抗値が１０１０Ω・ｍ以上である内管をいう。
外管６には、真空排気弁１５（例えば、真空排気用のニードル弁）が設けられており、内管２と外管６との間に真空空間１０（断熱層）を形成している。このように、内管２の外周側に真空空間１０が位置しているので、内管２に対する断熱性能が確保される。その結果、外気温度の影響による気泡の発生が抑制されるため、気泡率の測定精度が向上する。すなわち、液体窒素等の極低温液体が流れる内管２の内部と外部との間で断熱性能が十分ではないと、外部温度の影響により内管２内で発生する気泡を十分に制御できない。そのため、極低温液体の気泡率を精度良く測定することが困難になる。
また、第１気密端子８によって、内管２から外部への液体水素のリークが抑制されるため、気泡率の測定精度がさらに向上する。
内管２は、セラミックス、例えば、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなるのがよい。酸化アルミニウムが主成分であると、原料価格や作製コストが比較的安価でありながら、優れた機械的特性を有する内管２にすることができる。
内管２が酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる場合、例えば、珪素、マグネシウムおよびカルシウムを含んでいてもよい。セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち、これら元素を酸化物に換算すると、例えば、ＳｉＯ２は０．３質量％～１質量％、ＭｇＯは０．１質量％～０．４質量％、ＣａＯは０．０４質量％～０．０８質量％である。
アノーサイト（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）を含んでいてもよい。アノーサイトは、酸化アルミニウムよりも線膨張率が小さいため、アノーサイトを含んでいると、耐熱衝撃性を向上させることができる。特に、内管２は、低熱膨張セラミックスからなるのがよい。低熱膨張セラミックスとしては、２２℃における線膨張率が０±２０ｐｐｂ／Ｋ以下のセラミックスをいう。低熱膨張セラミックスは、線膨張率が低いので、液体水素を含む極低温液体によって熱衝撃を受けても破損のおそれが低減する。
具体的には、低熱膨張セラミックスは、主結晶相がコージェライトであり、副結晶相としてアルミナ、ムライトおよびサフィリンを含み、粒界相にＣａを含む非晶質相が存在しているのがよい。主結晶相の結晶相比率は９５質量％以上９７．５質量％以下であり、副結晶相の結晶相比率が２．５質量％以上５質量％以下であり、全量中に対するＣａの含有量がＣａＯ換算で０．４質量％以上０．６質量％以下であり、さらにジルコニアを含み、全量中に対するジルコニアの含有量が０． １質量％以上１．０質量％以下であるのが好ましい。極低温液体の比誘電率に内管２を形成するセラミックスの比誘電率が近くなり、高周波特性がよくなるので、気泡率の測定精度がさらに向上する。
低熱膨張セラミックスにおける結晶相およびその比率は、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置により、回折角２θ＝８～１００°の範囲を解析対象として、リートベルト法を用いて解析すればよい。
また、内管２は、例えば、窒化珪素またはサイアロンを主成分とするセラミックスからなるものであってもよい。これらのセラミックスは、機械的強度および耐熱衝撃性がいずれも高いので、熱衝撃を受けても破損のおそれが低減する。
具体的には、上記セラミックスは、酸化カルシウム，酸化アルミニウムおよび希土類元素の酸化物を含み、酸化カルシウム，酸化アルミニウムおよび希土類元素の酸化物の合計１００質量％に対して、酸化カルシウムおよび酸化アルミニウムの含有量がそれぞれ０．３質量％以上１．５質量％以下，１４．２質量％以上４８．８質量％以下であり、残部が前記希土類元素の酸化物である。前記窒化珪素は、組成式がＳｉ６－ＺＡｌＺＯＺＮ８－Ｚ（ｚ＝０．１～１）で表されるβ－サイアロンであり、平均結晶粒径が２０μｍ以下（但し、０μｍを除く。）である。
セラミックスにおける主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち、６０質量％以上を占める成分をいう。特に、主成分は、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち、９５質量％以上を占める成分であるとよい。セラミックスを構成する成分は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて求めればよい。各成分の含有量は、成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ発光分光分析装置を用いて、成分を構成する元素の含有量を求め、同定された成分に換算すればよい。
セラミックスの相対密度は、例えば、９２％以上９９．９％以下である。相対密度は、セラミックスの理論密度に対する、ＪＩＳ Ｒ １６３４－１９９８に準拠して求められたセラミックスの見掛密度の百分率（割合）として表される。
セラミックスは、閉気孔を有し、隣り合う閉気孔の重心間距離の平均値から閉気孔の円相当径の平均値を差し引いた値（以下、この値を閉気孔間の間隔という。）が８μｍ以上１８μｍであってもよい。閉気孔は互いに独立している。
閉気孔間の間隔が８μｍ以上の場合、閉気孔が比較的分散された状態で存在するため、機械的強度が高くなる。一方、閉気孔間の間隔が１８μｍ以下の場合、冷熱衝撃が繰り返し与えられ、閉気孔の輪郭を起点とするマイクロクラックが発生したとしても、周囲の閉気孔により、その伸展が遮られる確率が高くなる。このことから、閉気孔間の間隔が８μｍ以上１８μｍ以下であると、このセラミックスからなる内管２を長期間に亘って用いることができる。
閉気孔の円相当径の歪度は、閉気孔の重心間距離の歪度よりも大きくてもよい。ここで、歪度とは、分布が正規分布からどれだけ歪んでいるか、即ち、分布の左右対称性を示す指標（統計量）であり、歪度が０より大きい場合、分布の裾は右側に向かい、歪度が０の場合、分布は左右対称となり、歪度が０より小さい場合、分布の裾は左側に向かう。
閉気孔の円相当径および閉気孔の重心間距離のそれぞれのヒストグラムを重ね合わせると、閉気孔の円相当径の歪度は、閉気孔の重心間距離の歪度より大きい場合、円相当径の最頻値は、重心間距離の最頻値よりも左側（ゼロ側）に位置する。即ち、円相当径の小さい閉気孔が多く、しかも、これらの閉気孔がより疎らに存在することになり、機械的強度と耐冷熱衝撃性とを兼ね備えた内管２とすることができる。
例えば、閉気孔の円相当径の歪度は１以上であり、閉気孔の重心間距離の歪度は０．６以下である。閉気孔の円相当径の歪度と、閉気孔の重心間距離の歪度との差は、０．４以上である。
閉気孔の重心間距離および円相当径を求めるには、まず、セラミック部材の一方の端面から軸方向に向かって、平均粒径Ｄ５０が３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて銅盤にて研磨する。その後、平均粒径Ｄ５０が０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫盤にて研磨することにより、粗さ曲線における算術平均粗さＲａが０．２μｍ以下である研磨面を得る。
研磨面の算術平均粗さＲａは、上述した測定方法と同じである。
研磨面を２００倍の倍率で観察し、平均的な範囲を選択して、例えば、面積が７．２×１０４μｍ２（横方向の長さが３１０μｍ、縦方向の長さが２３３μｍ）となる範囲をＣＣＤカメラで撮影して、観察像を得る。
研磨面を２００倍の倍率で観察し、平均的な範囲を選択して、例えば、面積が７．２×１０４μｍ２（横方向の長さが３１０μｍ、縦方向の長さが２３３μｍ）となる範囲をＣＣＤカメラで撮影して、観察像を得る。
この観察像を対象として、例えば、画像解析ソフト「Ａ像くん(ｖｅｒ２．５２)」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用いて分散度計測の重心間距離法という手法で閉気孔の重心間距離を求めればよい。以下、画像解析ソフト「Ａ像くん」と記載した場合、旭化成エンジニアリング（株）製の画像解析ソフトを示す。
この手法の設定条件としては、例えば、画像の明暗を示す指標であるしきい値を１６５、明度を暗、小図形除去面積を１μｍ２、雑音除去フィルタを無とすればよい。なお、観察像の明るさに応じて、しきい値は調整すればよく、明度を暗、２値化の方法を手動とし、小図形除去面積を１μｍ２および雑音除去フィルタを有とした上で、観察像に現れるマーカーが閉気孔の形状と一致するように、しきい値を調整すればよい。閉気孔の円相当径は、上記観察像を対象として、粒子解析という手法で開気孔の円相当径を求めればよい。設定条件は、閉気孔の重心間距離を求めるのに用いた設定条件と同じにすればよい。閉気孔の円相当径および重心間距離の歪度は、それぞれＥｘｃｅｌ（登録商標、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に備えられている関数Ｓｋｅｗを用いて求めればよい。
このようなセラミックスによって形成される内管の製造方法の一例について説明する。内管を形成するセラミックスの主成分が酸化アルミニウムである場合について説明する。
主成分である酸化アルミニウム粉末（純度が９９．９質量％以上）と、水酸化マグネシウム、酸化珪素および炭酸カルシウムの各粉末とを粉砕用ミルに溶媒（イオン交換水）とともに投入して、粉末の平均粒径（Ｄ５０）が１．５μｍ以下になるまで粉砕した後、有機結合剤と、酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤とを添加、混合してスラリーを得る。
ここで、上記粉末の合計１００質量％における水酸化マグネシウム粉末の含有量は０．３～０．４２質量％、酸化珪素粉末の含有量は０．５～０．８質量％、炭酸カルシウム粉末の含有量は０．０６～０．１質量％であり、残部が酸化アルミニウム粉末および不可避不純物である。有機結合剤は、例えば、アクリルエマルジョン、ポリビニールアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等である。
次に、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、１軸プレス成形装置あるいは冷間静水圧プレス成形装置を用いて、成形圧を７８ＭＰａ以上１１８ＭＰａ以下として加圧することにより柱状の成形体を得る。成形体には、必要に応じて切削加工により、焼成後に凹部となる凹みが形成される。
焼成温度を１５８０℃以上１７８０℃以下、保持時間を２時間以上４時間以下として成形体を焼成してセラミックスからなる内管を得る。閉気孔の間隔が８μｍ以上１８μｍであるセラミックスを得るには、焼成温度を１６００℃以上１７６０℃以下、保持時間を２時間以上４時間以下として成形体を焼成すればよい。管路に対向するセラミック部材の面を研削して研削面としてもよい。また、電極が設けられる凹部の面を研削して底面としたりしてもよい。なお、内管２は、内径が５０ｍｍ以上であるのがよい。
環状部５は、例えば、フェルニコ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｃｏ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ合金またはニッケルの含有量が１０．４質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼等から形成されるのがよい。環状部５の外径は、十分な断熱性能を得るうえで、内管２の外径に対して１ｍｍ以上、好ましくは、内管２の外径に対して１０ｍｍ以上であるのがよく、内管２の外径に対して２００ｍｍ以下、好ましくは１００ｍｍ以下であるのがよい。環状部５はメタライズされた内管２の外周面にろう付けによって気密に接合される。
外管６は、例えばニッケルの含有量が１０．４質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）等の金属、窒化珪素、サイアロン等のセラミックス等から形成されるのがよい。
第１気密端子８は、いわゆるハーメチックコネクタを構成しており、導通ピン９と、該導通ピン９を挿入するための第１ピン孔（図示しない)を厚み方向に備えた円板状の第１セラミック基板１７と、該第１セラミック基板１７の外周面を囲繞する第１環状体１８と、を備える。第１環状体１８は、第１セラミック基板１７を保持するスリーブとして機能し、例えば、フェルニコ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｃｏ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ合金またはニッケルの含有量が１０．４質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼からなるのがよい。これにより液体水素による脆化が発生しにくくなるので、長期間に亘って気泡率の測定精度を維持することができる。
ニッケルの含有量が１０．４質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼としては、例えばＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１６ＬＮ、ＳＵＳ３１６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ３１７Ｌ等がある。
電極４は、例えば銅箔、アルミニウム箔等で形成することができる。内管２の外周面に電極４を形成するには、例えば真空蒸着法、メタライズ法、活性金属法等で行うことができる。また、後述する凹部２８の底面に、電極２９となる金属板を接着してもよい。電極４１、４２の厚さは、いずれも１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上で、１ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下であるのがよい。
内管２の両端には、フランジ部１９を有する金属管２０が配置され、環状部５とフランジ部１９とが溶接またはろう接されてなる。このように、内管２に金属管２０を接続することで、外部からの衝撃に対して破壊しにくくなるとともに、環状部５とフランジ部１９とが溶接またはろう接されることで、内管２から外部への液体水素のリークが抑制されるため、気泡率の測定精度がさらに向上する。なお、金属管２０は、液体水素を移送するための液体水素移送管であってもよい。
次に、本開示の他の実施形態を図２および図３に基づいて説明する。この実施形態の気泡率センサ１１は、内管２１を筐体２２で囲繞し、この筐体２２の外側を外管２６で覆った構造を有する。筐体２２は、径方向に開口する第２挿通孔２３を外周面に有し、さらに内管２１の軸方向に沿って開口し、内管２１の貫通孔３１と連通する連結孔２４を有する。この連結孔２４を介して内管２１の貫通孔３１と連通する金属管２５が筐体２２の両端に配置される。
内管２１は、外部に向かって開口する凹部２８を有し、該凹部２８の底面に電極２９が装着されている。また、内管２１は、図３Ａ、３Ｂに示すように、周方向に配列された分割可能な偶数個（本実施形態では４個）のセラミック部材２１a、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからなる。
これらのセラミック部材２１a、・・・２１ｄから内管２１を組み立てるには、それらの側面同士を重ね合わせ、外周面上に環状の結束体３０を装着してセラミック部材２１a、・・・２１ｄを結束して内管２１を形成する。この状態で、内管２１の外周側に筐体２２を取り付ける。換言すると、筐体２２は分割可能な内管２１を収容するために設けられている。
すなわち、筐体２２は、内管２１を収容する枠体部２２ａと、該枠体部２２ａの開口を封止する蓋部２２ｂとを備える。結束されたセラミック部材２１a、・・・２１ｄを枠体部２２ａ内に収容後、枠体部２２ａと蓋部２２ｂとを溶接またはろう接によって接合する。枠体部２２ａおよび蓋部２２ｂは、内管２１の貫通孔に連通する開口をそれぞれ有し、該各開口を介して貫通孔と連通するように金属管２５が枠体部２２ａおよび蓋部２２ｂにそれぞれ溶接またはろう接されている。
内管２１は、図３Ａ、３Ｂに示すように、断面が略四角形で構成されており、その角部２１１が面取り加工（Ｃ面加工またはＲ面加工）された形状を有する。そのため、環状の結束体３０は、面取り加工された角部２１１を圧接するので、各セラミック部材２１a、・・・２１ｄを強固に結束することができる。結束体３０としては、例えば帯状の可撓性プラスチックフィルムや金属帯等が挙げられる。その際、結束体３０は両端を熱融着や溶接等の接合手段で接合される。
なお、内管２１を構成するセラミック部材２１a、・・・２１ｄは、前記した内管２と同様に、低熱膨張セラミックスまたは酸化アルミニウム、窒化珪素もしくはサイアロンを主成分とするセラミックスから形成されるのがよい。
セラミック部材２１a、・・・２１ｄの少なくともいずれかは、閉気孔を有し、閉気孔間の間隔が８μｍ以上１８μｍであってもよい。
図２に戻って、筐体２２の軸方向外側には環状部５１が位置する。環状部５１は、内管２１と同一軸心上に軸孔を有し、この軸孔に挿通された金属管２５の外周面に溶接またはろう接されている。環状部５１の外周部には外管２６が接合される。外管２６は外周面に、径方向に開口する第１挿通孔２７を有する。
第１挿通孔２７内には、各電極２９に個別に接続する導通ピン９１を固定するための第１気密端子８１が設けられる。第１気密端子８１は、前記した第１気密端子８と同様に、導通ピン９１と、該導通ピン９１を挿入するための第１ピン孔（図示しない）を厚み方向に備えた円板状の第１セラミック基板５０と、該第１セラミック基板５０の外周面を囲繞する第１環状体５２と、から構成されている。
また、筐体２２の外周面に設けられた第２挿通孔２３にも、同様に導通ピン９１を前記第２挿通孔内で固定する第２気密端子８２が設けられている。この第２気密端子８２は、導通ピン９１と、該導通ピン９１を挿入するための第２ピン孔（図示しない）を厚み方向に備えた円板状の第２セラミック基板５０´と、第２セラミック基板５０´の外周面を囲繞する第２環状体５２´と、から構成されている。
外管２６には、真空排気弁１５（例えば、真空排気用ニードル弁）が設けられており、筐体２２と外管２６との間に真空空間１００（断熱層）を形成している。このとき、内管２１と筐体２２との間の空間も真空空間であってもよい。このように、筐体２２と外管２６との間に真空空間１００が位置しているので、外気温度による液体水素の気化が抑制され、内管２１に対する断熱性能が向上し、気泡の発生が抑制され、気泡率の測定精度が向上する。その他は、図１に示した実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
次に、図２および図３Ａ、３Ｂに示す実施形態の変形例を図４～図６に示す。なお、図２および図３Ａ、３Ｂに示す気泡率センサ１１の構成部材と同じ部材には同一符号を付して説明を省略する。
この変形例の気泡率センサ１１１は、図４に示すように、内管２１´に金属管２５´が直接接合される。また、筐体２２´を構成する枠体部２２a´と蓋部２２ｂ´は、金属管２５´と一体に形成するか、または金属管２５´に接合されている。外管２６´は筐体２２´の外周面に接合されている。接合は、例えば、溶接またはろう付け等によって行うことができる。
外管２６´には真空排気弁１５が設けられ、内管２１´と外管２６´との間に真空空間１００´（断熱層）が形成される。
図５および図６に示すように、内管２１´は４個のセラミック部材２１a´、２１ｂ´、２１ｃ´、２１ｄ´から構成され、結束体３０´で一体に接合されている。詳細は図３Ａ、３Ｂに示した通りである。
なお、本開示では、内管は断面が略四角形に限定されるものではなく、断面形状が円形や他の多角形であってもよい。その際、内管を構成するセラミック部材の数は偶数個であり、例えば２個、４個、６個、８個である。静電容量を測定するためには、少なくとも対向する一対の電極を必要とし、各電極はそれぞれセラミック部材に取り付けられているからである。
また、静電容量は、対向する電極間で測定されるので、偶数個のセラミック部材の全てに電極が設けられていなくても、互いに対向する少なくとも一対のセラミック部材に電極がそれぞれ設けられているだけでもよい。
次に、本開示の実施形態に係る流量計について説明する。この流量計は、内管２、２１、２１´内を流れる液体水素の流量を測定するものであり、前記した気泡率センサ１、１１、１１１と、図示しない、極低温液体が貫通孔３、３１内を流れる流速を測定する流速計とを備える。気泡率センサ１、１１、１１１および流速計は、図示しない液体水素移送管（以下、移送管と略称する場合がある。）に取り付けられている。
貫通孔３、３１内を流れる液体水素は、気液混合した二相流となっているので、気泡率センサ１、１１、１１１で液体水素の静電容量を測定し、これから液体水素の密度ｄ（ｋｇ／ｍ３）を求めることができる。
そして、流速計で求めた液体水素の流速（ｍ／秒）をｖ、貫通孔３、３１’の断面積（ｍ２）をａとしたとき、次式によって流量Ｆ（ｋｇ／秒）が求められる。
Ｆ＝ｄ×ｖ×ａ
流量計は、上記演算を行うために、気泡率センサ１、１１、１１１および流速計が接続された演算装置をさらに備えている。これにより、液体水素の流量測定を簡単に行うことができるので、工業的に液体水素を大量移送する場合に管理が容易になる。
流量計は、上記演算を行うために、気泡率センサ１、１１、１１１および流速計が接続された演算装置をさらに備えている。これにより、液体水素の流量測定を簡単に行うことができるので、工業的に液体水素を大量移送する場合に管理が容易になる。
以上の説明では、液体水素の気泡率センサ１、１１、１１１およびこれを用いる流量計について述べたが、他の極低温液体、例えば、液体窒素（－１９６℃）、液体ヘリウム（－２６９ ℃)、液化天然ガス（-１６２℃）、液体アルゴン（－１８６℃）等（括弧内は液化温度を示す。）に対しても同様に適用可能である。よって、本開示における極低温液体とは、－１６２℃以下の極低温で液化するものをいう。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の気泡率センサは、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々の変更や改良が可能である。
１、１１、１１１ 気泡率センサ
２、２１、２１´ 内管
２１a、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ セラミック部材
２１a´、２１ｂ´、２１ｃ´、２１ｄ´ セラミック部材
２１１ 角部
３、３１ 貫通孔
４、２９ 電極
５ 環状部
６ 外管
７ 第１挿通孔
８、８１ 第１気密端子
８２ 第２気密端子
９、９１ 導通ピン
１０、１００、１００´ 真空空間
１５ 真空排気弁
１７，５０ 第１セラミック基板
１８、５２ 第１環状体
１９ フランジ部
２０、２５、２５´ 金属管
２２、２２´ 筐体
２２ａ、２２ａ´ 枠体部
２２ｂ、２２ｂ´ 蓋部
２３ 第２挿通孔
２４ 連結孔
２６、２６´ 外管
２７ 第１挿通孔
２８ 凹部
２９ 電極
３０ 結束体
５０´ 第２セラミック基板
５１ 環状部
５２´ 第２環状体
２、２１、２１´ 内管
２１a、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ セラミック部材
２１a´、２１ｂ´、２１ｃ´、２１ｄ´ セラミック部材
２１１ 角部
３、３１ 貫通孔
４、２９ 電極
５ 環状部
６ 外管
７ 第１挿通孔
８、８１ 第１気密端子
８２ 第２気密端子
９、９１ 導通ピン
１０、１００、１００´ 真空空間
１５ 真空排気弁
１７，５０ 第１セラミック基板
１８、５２ 第１環状体
１９ フランジ部
２０、２５、２５´ 金属管
２２、２２´ 筐体
２２ａ、２２ａ´ 枠体部
２２ｂ、２２ｂ´ 蓋部
２３ 第２挿通孔
２４ 連結孔
２６、２６´ 外管
２７ 第１挿通孔
２８ 凹部
２９ 電極
３０ 結束体
５０´ 第２セラミック基板
５１ 環状部
５２´ 第２環状体
Claims (15)
- 極低温液体を流すための貫通孔を有する絶縁性の内管と、
該内管の外面に装着された少なくとも一対の電極と、
前記内管の外周側を覆う断熱層と、
前記内管の両端部に設けられる環状部と、を備え、
さらに、フランジ部を有する金属管を前記内管の少なくともいずれか一端に備え、
前記環状部と前記フランジ部とが溶接またはろう接されてなる、気泡率センサ。 - 前記環状部の外周部に接合され、第１挿通孔を有する外管と、
前記第１挿通孔内に設けられ、前記電極に個別に接続する導通ピンを前記第１挿通孔内で固定する第１気密端子と、を備える、請求項１に記載の気泡率センサ。 - 前記断熱層は、前記内管と前記外管との間に位置する真空空間である、請求項２に記載の気泡率センサ。
- 前記第１気密端子は、前記導通ピンと、該導通ピンを挿入するための第１ピン孔を厚み方向に備えた円板状のセラミック基板と、該セラミック基板の外周面を囲繞する環状体と、を備え、該環状体はフェルニコ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｃｏ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ合金またはニッケルの含有量が１０．４質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる、請求項２または３に記載の気泡率センサ。
- 極低温液体を流すための貫通孔を有し、周方向に配列された分割可能な偶数個のセラミック部材からなる絶縁性の内管と、
該内管の外面に装着された少なくとも一対の電極と、
前記内管の外周側を覆う断熱層と、
前記内管を囲繞し、第２挿通孔と、前記内管の前記貫通孔と連通する連結孔とを有する筐体と、
該筐体の外側に位置し、前記内管と同一軸心上に軸孔を有する環状部と、
該環状部の外周部に接合され、第１挿通孔を有する外管と、
前記電極に個別に接続する導通ピンを前記第１挿通孔内で固定する第１気密端子と、
前記導通ピンを前記第２挿通孔内で固定する第２気密端子と、を備えてなり、
前記断熱層は、少なくとも前記外管と前記筐体との間に位置する真空空間である、気泡率センサ。 - 前記第１気密端子および前記第２気密端子は、いずれも、前記導通ピンと、該導通ピンを挿入するためのピン孔を厚み方向に備えた円板状のセラミック基板と、該セラミック基板の外周面を囲繞する環状体と、を有し、該環状体はフェルニコ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｃｏ合金、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｃ合金またはニッケルの含有量が１０．４質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる、請求項５に記載の気泡率センサ。
- 前記内管は、外部に向かって開口する凹部を有し、該凹部の底面に前記電極が装着されてなる、請求項５～６のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 偶数個の前記セラミック部材のうち、互いに対向する少なくとも一対のセラミック部材に前記電極がそれぞれ設けられている、請求項５～７のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記内管の外周側に、前記セラミック部材を結束する環状の結束体を装着してなる、請求項５～８のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記内管の端面および外側面の少なくともいずれかは、前記筐体の内面に当接されてなる、請求項５～９のいずれかに気泡率センサ。
- 前記筐体は、前記内管を収容する枠体部と、該枠体部の開口を封止する蓋部とを備え、前記枠体部および前記蓋部は前記内管の貫通孔に連通する開口をそれぞれ有し、該各開口を介して前記貫通孔と連通するように金属管が前記枠体部および前記蓋部に溶接またはろう接されてなる、請求項５～１０のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記環状部は、前記金属管に溶接またはろう接されてなる、請求項１１に記載の気泡率センサ。
- 前記内管は、低熱膨張セラミックスからなる、請求項１～１２のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記内管の貫通孔内を流れる極低温液体の流量を測定する流量計であって、請求項１～１３のいずれかに記載の気泡率センサと、前記極低温液体が前記貫通孔内を流れる流速を測定する流速計とを備えた流量計。
- 請求項１４に記載の流量計を備えた極低温液体移送管。
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