JP7511031B2 - 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
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 Download PDFInfo
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Description
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。
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。
各電極4には導通ピン7が個別に接続されている。導通ピン7には気密端子8が取付けられている。気密端子8については後述する。
ここで、電極面41、41とは、電極4、4が凹部6、6の底面に装着された面を言う。
従って、少なくとも電極装着部5における貫通孔3の軸心に垂直な断面内の貫通孔3の形状は、楕円状または矩形状であるのがよい。このように上記断面内の貫通孔3の形状が単純形状となり、しかも、軸心に沿って稜線がない形状となるので、気泡の発生のばらつきが抑制され、気泡率の測定精度が向上する。
なお、電極装着部5とは、電極4、4が装着される部位をいい、具体的には、電極4、4が装着される凹部6,6の底面を含め、これら底面に挟まれる部分をいう。
平行領域E2の長さは、電極領域E1の長さの105%以上、好ましくは150%以上であるのがよく、5000%以下であるのがよい。
同様に、内壁面3b、3bが平行領域E2を有さずに、内壁面3b、3bの少なくとも一方が、それらの間の距離D2が流入口31および流出口32から電極装着部5に向かって連続的に大きくなるように湾曲していてもよい。内壁面3b、3bの湾曲の方向は、貫通孔3の軸心から見て凸状に湾曲していてもよい。
なお、絶縁管部材21、21は接合材を用いず結束体9で結束してもよい。あるいは、結束体9に代えて、または結束体9と共に、絶縁管部材21,21の接合面同士を、絶縁管2内を流れる極低温液体に対して安定な封止材で接合してもよい。
筐体10の垂直破断面を示す概略斜視図である図11および水平破断面を示す概略斜視図である図12に示すように、筐体10は、気泡率センサ1を収容する枠体部101と、枠体部101の開口を封止する蓋部102とを備える。
図9に示す絶縁管部材21、21が結束体9で結束された気泡率センサ1は、枠体部101内に収容後、枠体部101と蓋部102とが溶接またはろう接によって接合される。気泡率センサ1の貫通孔3の両端開口(流入口31および流出口32)には、第1接続管11、第2接続管12がそれぞれ接続される。
第1接続管11は、流入口31内に挿通され、外周面が蓋部102と溶接またはろう接によって接合されている。第2接続管12は、枠体部101と一体に形成されているが、蓋部102と同様に枠体部101と接合するものであってもよい。
また、筐体10には、真空排気弁14(真空排気用のニードル弁等)が設けられており、気泡率センサ1と筐体10との間に真空空間15(断熱層)を形成している。このように、気泡率センサ1の外周側に真空空間15が位置しているので、気泡率センサ1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。また、気密端子8によって、気泡率センサ1から外部への極低温液体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。
蓋部102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合金等から形成されるのがよい。
枠体部101の内径は、十分な断熱性能を得るうえで、絶縁管2の外径に対して1mm以上、好ましくは、絶縁管2の外径に対して10mm以上であるのがよく、絶縁管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。蓋部102は絶縁管2の外周面にろう付けによって気密に接合される。
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。このようなセラミックスとしては、例えば、特許第5430389号公報に記載のものが採用可能である。
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、絶縁管2を長期間に亘って用いることができる。
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0.7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、0.3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、セラミックスを形成する絶縁管2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。
この観察像を対象として、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。
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。
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、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。
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絶縁管を得る。
図14は、筐体10で囲繞した気泡率センサ1´を示している。図15および図16はその垂直破断面を示す概略斜視図および水平破断面を示す概略斜視図である。
この実施形態においても、電極装着部5´において、電極4a、4b、4cの電極面に垂直な方向における内壁面間の距離D1が、電極4a、4b、4cの電極面に平行な方向における内壁面間の距離D2よりも短くなるように形成されている。
このように複数の電極4a、4b、4cで気泡率を測定するので、測定精度がより向上する。その他は前述の実施形態と同様である。
そして、流速計で求めた極低温液体の流速(m/秒)をv、電極装着部5における貫通孔3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、1´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、極低温液体の流量測定を簡単に行うことができるので、工業的に極低温液体を大量移送する場合に管理が容易になる。
2 絶縁管
21 絶縁管部材
3、3´ 貫通孔
3a、3b 内壁面
31 流入口
32 流出口
4、4´、4a、4b、4c 電極
5、5´、5a、5b、5c 電極装着部
6、6´、6a、6b、6c 凹部
61 第1凹部
62 第2凹部
7 導通ピン
8 気密端子
9 結束体
10 筐体
101 枠体部
102 蓋部
11 第1接続管
12 第2接続管
13 挿通孔
14 真空排気弁
15 真空空間
D1 (最短)距離
D2 (最長)距離
Claims (16)
- 極低温液体を流すための貫通孔を有する絶縁管と、該絶縁管の外壁面に装着された一対の面状の電極と、を備え、
前記絶縁管において、前記一対の面状の電極間の領域を電極装着部としたとき、
前記電極装着部において、前記貫通孔は、前記一対の面状の電極のそれぞれの電極面に垂直な方向における内壁面間の距離D1が、前記一対の面状の電極のそれぞれの前記電極面に平行な方向における内壁面間の距離D2よりも短い、気泡率センサ。 - 少なくとも前記電極装着部において、前記距離D1を特定する、対向する前記内壁面が互いに平行であるか、または前記内壁面のうち、少なくとも一方の内壁面が前記貫通孔の軸心から見て凹状に湾曲している、請求項1に記載の気泡率センサ。
- 少なくとも前記電極装着部において、前記距離D2を特定する、対向する前記内壁面が互いに平行であるか、または前記内壁面のうち、少なくとも一方の内壁面が前記貫通孔の軸心から見て凸状に湾曲している、請求項1または2に記載の気泡率センサ。
- 前記貫通孔の流入口側に供給孔を有する第1接続管が前記絶縁管に接続され、前記貫通孔の軸心に垂直な貫通孔の断面積は、前記供給孔の軸心に垂直な供給孔の断面積の90%以上110%以下である、請求項1~3のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記貫通孔の流出口側に排出孔を有する第2接続管が前記絶縁管に接続され、前記貫通孔の軸心に垂直な貫通孔の断面積は、前記排出孔の軸心に垂直な排出孔の断面積の90%以上110%以下である、請求項1~4のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 少なくとも前記電極装着部において、前記貫通孔の軸心に平行な方向の前記内壁面の粗さ曲線における算術平均粗さRaは0.2μm以下である、請求項1~5のいずれかに気泡率センサ。
- 少なくとも前記電極装着部において、前記貫通孔の軸心に垂直な貫通孔の断面形状は、楕円状または矩形状である、請求項1~6のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記絶縁管は、少なくとも前記電極装着部において、前記一対の面状の電極の前記電極面に垂直な方向に開口する1対の凹部を有してなり、前記電極が装着された外壁面は、前記凹部の底面である、請求項1~7のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記凹部は、外部に開口する第1凹部と、該第1凹部の底面に設けられ、開口面積が前記第1凹部よりも小さい第2凹部とを有し、前記電極が装着された外壁面は、前記第2凹部の底面である、請求項8に記載の気泡率センサ。
- 前記絶縁管は、低熱膨張セラミックスからなる、請求項1~9のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記絶縁管は、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、請求項1~9のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記絶縁管は、使用温度域での比誘電率が11以下であるセラミックスからなる、請求項1~11のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記絶縁管は、複数の閉気孔を有するセラミックスからなり、隣り合う前記閉気孔の重心間距離の平均値から前記閉気孔の円相当径の平均値を差し引いた値が8μm以上18μmである、請求項1~12のいずれかに記載の気泡率センサ。
- 前記閉気孔の円相当径の歪度は、前記閉気孔の重心間距離の歪度よりも大きい、請求項13に記載の気泡率センサ。
- 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1~14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15に記載の流量計を備えた極低温液体移送管。
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