JP2003149030A

JP2003149030A - 液化された気体の体積の決定方法

Info

Publication number: JP2003149030A
Application number: JP2002229846A
Authority: JP
Inventors: Timothy Neeser; ティモシー・ニーサー; Christopher Jon Schmoeckel; クリストファー・ジョン・シュメッケル
Original assignee: Chart Inc
Current assignee: Chart Inc
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2003-05-21
Also published as: US6944570B2; CA2397029A1; EP1286105A2; US20020065627A1; US20040236536A1; EP1286105A3; US6782339B2

Abstract

(57)【要約】【課題】作業者が、タンクの寸法とタンクの方向と層化
係数とタンク内に格納される液体の種類とを、オンボー
ト入力する、差圧ゲージを提供する。【解決手段】差圧センサは、差圧に対応する信号を供給
する。圧力センサは、ヘッド圧力に対応する信号を供給
する。ゲージは、作業者によって供給された情報を、記
憶される式及び液体特性に結びつけ、リアルタイムで液
体体積の計算を実行する。液体の体積は、ゲージそれ自
体に表示されてもよいし、また、遠隔計測法により外部
デバイスに対して送信されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連する出願】本発明は、２０００年７月３１日に
「ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬＰＲＥＳＳＵＲＥＧＡ
ＵＧＥＦＯＲＣＲＹＯＧＥＮＩＣ」というタイトル
で出願され、公に割り当てられた米国特許出願第０９／
６２８，６２１号の一部継続出願である。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、低温流体
の貯蔵に関し、特に、液体の体積をリアルタイムで計算
して実行する、改良された差圧ゲージに関するものであ
り、その結果、ゲージが、使い易くなり、様々な種類の
低温容器に合わせて設定されるようになる。

【０００３】

【従来の技術】極低温液体、例えば、窒素、アルゴン、
亜酸化窒素、酸素、二酸化炭素、水素およびその他同種
のものは、非常に低い温度で液化する。低温液体を取り
扱い、また格納する際に、特有な問題に出会う。なぜな
らば、液体は、様々な貯蔵圧力で密度変更を受けるから
である。低温貯蔵システムは、液体空間に低温液体を含
むための断熱タンクを含んでいる。たとえタンクが断熱
されていても、熱はタンクに入り込み、液体の起寒剤が
ゆっくり蒸発して気体になり、結果として、タンク中の
液体の体積が、縮小してしまう。この気化は、タンクの
上部の中に、加圧された気圧調節されたヘッド空間を生
成する。

【０００４】差圧ゲージ及びセンサは、液体の体積を監
視することを支援する技術分野において周知である。差
圧センサは、タンクのヘッド空間における圧力、即ちヘ
ッド圧力と、タンクの液体空間における圧力、即ち液体
圧力との間の差を検知する。この差は、柱圧力としても
知られている。液体圧力は、タンクのヘッド空間によっ
て生成された圧力、及び液体空間測定点よりも上方の液
体空間の液体重量による圧力の双方に、影響を受ける。
液体空間での圧力とヘッド空間での圧力との差を測定す
ることにより、差圧センサは、液体の重量に単独で寄与
する圧力を検知する。典型的には、この圧力は、１平方
インチ当たり（ｐｓｉ）のポンド数、又は水柱のインチ
数の何れかで、測定される。

【０００５】検知した差圧を液体の密度で除算すること
により、液体空間測定点よりも上の液体の高さを計算す
ることができる。この液体の高さは、その後、ゲージ上
に表示される。しかしながら、容器内の液体の体積を決
定することは、困難である。一旦、差圧が測定される
と、作業者は、その液体の体積を決定するために、ゲー
ジを離れて較正チャートを参照しなければならない。ま
た、較正チャートは、総液体重量、又は等価気体体積
（典型的には、標準立方フィートで測定される）を決定
するために、必要となる。センサによって検知された差
圧とタンクの液体体積との間の関係は、液体の密度と同
様に、タンクの形状、寸法、及び方向（orientation）
に影響を受ける。それゆえ、各較正チャートは、特定の
低温タンクの型、タンクの方向、低温液体の種類、及び
予測される液体圧力に対して、独自に設計される。液体
の密度は、液体の種類及びその圧力の関数である。液体
体積レベルを決定するために、作業者は、適切なチャー
トを調達しなければならず、また、そのチャートで差圧
示度を使用しなければならない。このような較正チャー
トは、使い勝手が悪く、別のチャートが、上記した要素
の異なる組み合わせに対して必要となる。これは、現場
での液体体積の効率的な監視を妨げる結果となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】当該技術分野におい
て、差圧ゲージを現場で使用して液体の体積を、リアル
タイムで、決定する方法が、必要とされている。

【０００７】また、当該技術分野において、液体の体積
を決定するために、各較正チャートを必要としないゲー
ジが、必要とされている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】これらの必要性及び他の
ものは、差圧センサ或いは絶対センサによる示度と作業
者による最初で１度だけの入力とに基づいて、液体体積
をリアルタイムで計算可能な、改善された差圧ゲージに
よって、満たされる。これらの入力は、較正チャートの
使用を必要としない。ゲージは、殆どの低温貯蔵タンク
で作動するように設定されている。ゲージは、差圧セン
サからのデータを受け取り、この差圧センサは、低温貯
蔵タンクのヘッド空間と液体空間との間の圧力差を検知
している。ゲージは、キーパッドと、マイクロ・コント
ローラと、レベル及び圧力のためのデータ・ディスプレ
イとを含んでいる。ゲージは更に、ヘッド空間の圧力を
検知する圧力センサからのデータを受け取る。

【０００９】操作において、ユーザは、ゲージに対し
て、例えば、タンクの寸法、タンクの方向、所望の表示
単位、液体の種類、層化（stratification）定数、及び
ゼロイングアウト（zeroing out）較正（：較正チャー
トに基づく入力と混同すべきでない）などのプログラム
情報を、最初に入力する。一旦、ユーザが、必要なプロ
グラム情報を入力すると、入力されたデータは、（好ま
しくはＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに）記憶され、
その情報を再び入力する必要は、なくなる。仮に、情報
の変更を必要とする場合（タンクを交換した場合や液化
された気体の種類を変えた場合等）にのみ、ユーザの動
作が必要とされる。ゲージは、例えば、容器寸法の式、
単位変換の式、及びユーザが特定した液化された気体の
特性（液体の密度等）等の記憶された情報を含む。式及
び特性は、オンボード・コンピュータに含まれるメモリ
に記憶される。

【００１０】特定の瞬間に存在する液体の体積を決定す
るために、差圧センサは、差圧に対応するアナログ信号
を、ゲージ内に含まれるオンボード・コンピュータに送
る。そのアナログ信号は、デジタル信号に変換される。
ゲージは、このデジタル信号をユーザからの初期入力情
報とともに分析し、また、圧力センサからの信号を記憶
された式及び特性を用いて分析して液体の体積を計算す
る。その結果は、デバイス上に表示され、又は遠隔測定
法により、ユーザが選択したリモート・デバイスに送信
される。作業者による現場への訪問は、もはや、液体の
体積を確かめるだけに必要とされなくなったため、供給
トラックによる現場訪問は、最小化され、また、タンク
の液体体積が所定のレベルを下回ったことを検出したゲ
ージによって自動的に誘発されるようになる。

【００１１】以下に述べる本発明の実施の形態を、特許
請求の範囲及び同様の部分に同じ参照番号を附した添付
図面と関連して読むことにより、本発明の性質及び範囲
を、より完全に理解できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の差圧ゲージを取
り付けた低温貯蔵器を示す。この器は、全体として１０
で示されている。器１０は、低温液体を保持するための
内タンク１２を含んでいる。タンク１２は、シェル部分
２０と凸状の上下の端部分２１、２２とを含む。液体レ
ベルの上面は、２４で示されており、内部液体の高さ
は、ｈ_iで示されている。タンクは、タンク全長ｌ_tと内
径ｄ_iとを有している。外ジャケット１４は、内タンク
１２を取り囲み、ジャケット１４とタンク１２との間に
断熱チャンバ１６を形成する。断熱チャンバ１６は、断
熱材（図示せず）で満たされており、外部環境とタンク
１２の内部との間の伝熱を最小にするため、真空が、チ
ャンバ１６内に生成されている。

【００１３】熱が、器１０の外側からタンク内に伝わる
と、その容器底部にある液体の一部は、気化し、容器の
頂部まで移動し、タンクの中身を液体空間２６とヘッド
空間２８とに分離する。ヘッド空間の圧力は、圧力がタ
ンク１２内で発生するため、重要になる得る。液体空間
の底部での圧力は、ヘッド空間２８の圧力及び液体空間
２６内の液体の重量の双方を含む。タップライン３２、
３４は、四方弁３６を介して、液体空間とヘッド空間と
の間の連結と差圧センサ３０と提供する。タップライン
は、好ましくは、銅又は他の材料で形成された配管であ
る。タップライン３２、３４は、差圧センサ３０の二つ
の連結部３１２、３１４（図３を参照）内に送り込ま
れ、（好ましくはエルボー形状の真鍮製取付け部品を使
用して）センサ３０に取り付けられる。差圧センサ３０
は、シリンダ２０内の低温流体の液体体積と差圧とにつ
いての情報を、計算し、表示し、送信するために、差圧
ゲージ４０（図２を参照）に順番に接続される。また、
その情報は、モデム、赤外線、ＬＡＮ、ＩＲ、シリアル
ポート、ＵＳＢ、及びワイヤレス手段を含むがこれらに
限定されない任意の適切な手段を介して、パーソナルコ
ンピューター（図示せず）に送信されてもよい。

【００１４】図２は、本発明の差圧ゲージ４０及び差圧
センサ３０の分解図である。差圧ゲージ４０は、ゲージ
を形成するために、図９においてより詳細に示されてい
る、薄膜キーパッド４４形式のオペレータ入力インター
フェースを含む。キーパッド４４は、例えば、マイクロ
・コントローラ又はマイクロ・プロセッサ等のプロセッ
サを含むオンボード・コンピューター４６に電気的に接
続され、キーパッドは、カバー４８によってオンボード
・コンピューターから物理的に分離されている。本発明
の好ましい実施形態で使用されるオンボード・コンピュ
ーター４６は、イリノイ州シャームバーグのモトローラ
社が製造している型番ＭＣ６８ＨＣ７１１Ｅ２０ＣＦＮ
２である。オンボード・コンピューターは、液体の体積
を計算するように適合されている。オンボード・コンピ
ューター４６及びカバー４８は、防水性の包囲体５０内
に収容される。

【００１５】センサ３０は、止めねじ４９によって差圧
ゲージ４０に接続されており、好ましくは、ガスケット
５４によってゲージから分離されている。センサ３０
は、好ましい実施形態では、差圧センサチップ３２０を
収容するための好ましくは真鍮製のハウジング３００を
含む。図３〜図５は、より詳細なセンサ３０を示す。セ
ンサ３０を製造するために、プラスチック封入チップ３
２０が、第１及び第２のハウジング部分３０２、３０４
間に配置される（図３を参照）。内側面を図４に斜視図
で示し且つ断面を図５に示すハウジング部分３０２は、
タップ穴を設けられ、その結果、チップ３２０の第１面
（中央トランスジューサへの通路を含む）は、内側面か
ら第１ハウジング部分３０２を通して外側面まで広がっ
たタップ連結部３１２を通して、露出されるようにな
る。図６は、このようなチップ３２０の一つを示す。好
ましい実施形態の差圧センサチップは、イリノイ州シャ
ームバーグのモトローラ社が製造している、プラスチッ
クで囲われたモトローラＭＰＸ５０５０シリーズのピエ
ゾ抵抗トランスジューサである。別のセンサを使用して
開示の機能を実行してもよい。真鍮製ハウジング３００
により、チップに伝わる大きな絶対圧力にチップが耐え
るようになり、プラスチックで囲われたチップが本発明
で使用できるようになる。

【００１６】ハウジング部分３０２と同様に製造される
第２ハウジング部分３０４は、チップ３２０上の第１ハ
ウジング部分３０２と組み合わせられ、その結果、チッ
プの反対面は、ハウジング部分３０２及び３０４の双方
を通るタップ連結部３１２を介して露出されるようにな
る。このように、タップライン３２及び３４（図１を参
照）のそれぞれは、プラスチック製の包囲体内のチップ
３２０各サイドと連結する。

【００１７】チップ３２０の反対面とハウジング部分３
０２、３０４の内側面との間の一対のＯ−リング３０８
（図５を参照）は、チップ３２０の緊密な装着を保証
し、ハウジング３００内のチップをシールする。各Ｏ−
リング３０８は、環状溝３３０内に配置され、ハウジン
グ部分内のＯ−リング３０８の位置を維持する。環状溝
３３０は、チャネル３２６（図４を参照）から各ハウジ
ング部分の外側面に向かって内方に延びている。これら
の溝は、図５に示すように、タップ連結部３１２の内側
面と同心であり且つこれを取り囲んでいる。２つのハウ
ジング部分は、チップ３２０及びＯ−リング３０８の周
囲で、これらの半部が底付きするまで、互いにボルト止
めされる。ハウジング部分は、組み立て時に、中央開口
部を持つゴム製ガスケット（図示せず）によって分離さ
れる。組み立てられたハウジング部分は、Ｏ−リング３
０８に大きな圧力を及ぼし、従ってチップ３２０の外側
に大きな圧力を及ぼし、チップに予負荷を加えている。
予負荷圧力は、チップ３２０の両側に対して、Ｏ−リン
グ３０８を約３０％（±３％）圧縮することによって生
成される。プラスチックで囲まれたセンサ・チップ３２
０を真鍮製ハウジング３００内に固定することによっ
て、チップの外側に加えられる力は、タップライン３
２、３４（図１を参照）を介してチップの両面に露出さ
れる大きな絶対圧力に対して、プラスチック封入チップ
を保持する。従って、高圧であってもチップの周囲に気
密シールが形成される。ハウジングは、チップを強化
し、従って、チップ及びケースが、導入された大きな絶
対圧力の作用で爆発することがないようにする。プラス
チックで囲われたチップの最大動作絶対圧力は、１００
ｐｓｉ（６８９．４７ｋＰａ）であるが、真鍮製ハウジ
ング内に納めた場合には、最大動作絶対圧力は、７５０
ｐｓｉ（５１７１．０２５ｋＰａ）となる。この好まし
い差圧センサの費用は、従来のセンサよりもかなり低
い。これは、絶対圧力許容度が低い市販のチップを、差
圧の計測時に大きな絶対圧力に耐えるようにするためで
ある。これは、注文製作のダイヤフラムを製作してハウ
ジング内に設けるよりも対費用効果に優れている。

【００１８】チャネル３２６は、各ハウジング部分の内
側面から内方に延びている。チャネルは、タップ連結部
３１２の内面を囲み、他のブロックと結合した際にチッ
プ３２０を含むように適合された円形セグメントを含
む。チャネル３２６は、円形セグメントからハウジング
部分の内側面に沿ってハウジング部分の外縁部に向かっ
て延びる、長さ方向セグメントを有する。ハウジング部
分３０２、３０４からのチャネル３２６を組み合わせる
と（ハウジングの組み立て時）、それらは、チップを収
容するための通路３２８を形成し、電気リード３２２が
センサ・チップ３２０のトランスジューサから差圧ゲー
ジ４０まで延びる。

【００１９】図１Ａ及び図１Ｂに戻り、（ゲージ）圧力
センサ３１は、タンク１２内のヘッド空間圧力を測定す
るために、提供される。タップライン３４は、バルブ３
６を介して、ヘッド空間と圧力センサ３１との連結を提
供する。タップライン３４は、好ましくは、銅又は他の
材料で形成された配管である。圧力センサ３１は、オン
ボード・コンピュータに順番に接続される。

【００２０】オンボード・コンピュータ４６は、シリン
ダ２０の形状及び方向に従って、ルック・アップ・テー
ブル８４（図１Ｂ、図１Ｃ、図７を参照）から、変換係
数ＳＣを読み取る。次に、オンボード・コンピュータ４
６は、圧力センサ３１から読み取ったヘッド圧力（Ｐ）
から所定の変換係数（ＳＣ）を引き算することによっ
て、概算平均圧力（Ｐ１）を計算する。続いて、低温液
体密度が、調整された圧力（Ｐ１）と液体の種類とを使
用して、ルック・アップ・テーブル８４（図１Ｂ、図１
Ｃ、図７を参照）から読み出される。

【００２１】好ましくは、ルック・アップ・テーブル８
４は、例えば、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又はこれらと同
様な、不揮発性メモリに記憶される。変換係数ＳＣは、
経験的に求められ、シリンダ２０の大きさ及び方向に依
存して変換する。

【００２２】図７は、本発明のセンサ及びゲージに係る
液体体積決定作業のブロック図である。この図は、液体
体積を計算する際の差圧ゲージの入力及び出力を示す。
オンボード・コンピューター４６は、キーパッド４４等
のオペレータ入力インターフェースを介して、初期オペ
レータ入力データ６２を受け入れる。この入力データ
は、容器についての直径及び高さを含む物理的データ６
４と前述した層化係数ＳＣ７３とを含むことができる。
所望の表示単位６６と、液化された気体の種類６８と、
オフセット較正値７０と、警報レベル７２とは、同様
に、作業者によって入力され、それらが（好ましくはＥ
ＥＯＲＯＭ内に）記憶されるオンボード・コンピュータ
４６によって受け取られる。一旦、この入力データが、
作業者によって入力されると、作業者は、この情報を再
度入力する必要がない。作業者が形体についての入力パ
ラメータ（例えば単位）を変更しようとする場合にだ
け、作業者は、追加的な情報を入力する必要がある。ゲ
ージは、使用者から必要とされる更なる入力を必要をせ
ず、入力データを適用し、液体の体積を決定する。

【００２３】容器に寸法に関する式８０と、液化ガスの
密度等の定数８２と、測定単位変換の式８４とは、例え
ば、プログラム可能なＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等のメモ
リ８５に記憶され、選択された単位で液体体積を計算す
るために使用される。変形実施形態において、例えば、
シリンダ物理量６４及び所望の表示単位６６等のオペレ
ータ入力データのある要素は、工場で較正され、（例え
ば、ＰＲＯＭ又はＥＥＰＲＯＭ等のような）メモリ８５
内に記憶されてもよく、この結果、作業者は、現場でそ
れらを入力する必要がなくなる。

【００２４】動作において、差圧センサ３０は、検知さ
れた差圧に依存するアナログ信号を、経路４７（（図６
の）リード３２２に対応する）を介して、アナログ／デ
ジタルコンバータ７４に送り、このコンバータは、デジ
タル信号を経路７５を介してマイクロ・プロセッサ７６
に送り、演算処理を行う。同様に、圧力センサ３１は、
検知されたヘッド圧力に依存するアナログ信号を、経路
５１を介して、アナログ／デジタルコンバータ７４に送
り、このコンバータは、デジタル信号を経路７５を介し
てマイクロ・プロセッサ７６に送り、演算処理を行う。
液体体積の計算に当り、マイクロプロ・セッサは、経路
７５を通るデジタル信号を周期的に通訳し、差圧を決定
する。この信号から、好ましい実施形態おいて、液体体
積を、以下のようにリアルタイムで計算する。

【００２５】経路７５からゲージによって受け取られる
デジタル信号は、カウントの生の値によって、表されて
いる。好ましいセンサ・チップ（直流３Ｖ）を使用すれ
ば、カウントは、３ｐｓｉ（２０．６８４１ｋＰａ）当
りの２５５カウントの比によって、差圧に関連付けられ
る。特に、異なる差圧センサを使用する場合、別の比が
可能である。カウントの生の値をこの記憶された比で除
することにより、差圧は、計算される。

【００２６】同様に、信号は、圧力センサから、受け取
られる。この信号は、タンク内の圧力に対応し、ＳＣ定
数を使用して飽和圧力を計算する。ゲージは、その後、
テーブル８４（図１０を参照）から、１組の密度定数の
中から１つを検索し、液体の高さｈ_iを計算する。

【００２７】ルック・アップ・テーブル８４内のエント
リ数を減少させるために、圧力値Ｐ１は、例えば、最も
近い１０ＰＳＩ値に、丸めることもできる。インチにお
いて液体の高さｈ_iを求めるために、差圧は、液体密度
で割り算される。ユーザによって入力されたタンクの長
さｌ_t及び直径ｄと、液体の高さｈ_iとは、その後、以下
に示すそれぞれの式に従って、各垂直又は水平タンクに
対して液体の体積を計算するために、使用される。

【００２８】垂直タンクに関して、ゲージは、先ず、図
１にｌ_sとして示すシェル２０の長さを計算する。この
時、凸状の上下の端部分２１、２２は、２：１の偏楕円
形状であり、各端部分の高さは、（ｄ／４）であると仮
定すると、ｌ_s＝ｌ_t−２＊（ｄ／４）。グロスの（全体としての）満たされたタンクの体積Ｖ
_tankは、以下の式：Ｖ_tank＝０．９３（（π／４）ｄ²（ｌ_s）＋π（ｄ³／
１２））を使用して、計算される。ここで、定数πは、メモリに
１０桁で記憶されており、定数０．９３は、タンクの通
常の満タンレベルに調節するために使用される。

【００２９】その後、液体の体積Ｖ_l（ｉｎ³ ＝１６．
３８７ｃｍ³）は、４つの式；ｈ_i＜ｄ／４の場合：Ｖ_l＝ｈ_i ²（πｄ−（４／３）πｈ_i）ｈ_i＜ｌ_s＋ｄ／４の場合：Ｖ_l＝（π／２４）ｄ³＋（（π／４）ｄ²（ｈ_i−ｄ／
４））ｈ_i＜ｌ_s＋ｄ／２の場合：Ｖ_l＝（π／２４）ｄ³＋（π／４）ｄ²ｌ_s＋（π／４ｄ
²（ｈ_i−ｌ_s−ｄ／４）−（４／３）π（ｈ_i−ｌ_s−ｄ
／４）³）その他の場合：Ｖ_l＝Ｖ_tank のうちの１つを用いて計算される。この時、液体レベル
２４が、それぞれ、下端部分２１、シェル２０、上端部
分２２、又は満タンの下に位置するか否かに依存する。

【００３０】或いは、液体体積の計算は、例えば、図８
に示す器１０ａ等の水平方向の器に対して、実行されて
もよい。器は、水平方向のタンク１２ａと、外ジャケッ
ト１４ａと、断熱チャネル１６ａと、液体空間２６ａ及
びヘッド空間２８ａ間で分離した内部体積とを含む。タ
ンク１２ａは、シェル２０ａと左右の凸状の端部分２１
ａ、２２ａとから成る。液体レベルは、２４ａで示され
る。このタンク（液体の高さがｈ_iであり、タンク内径
がｄであり、タンク長さがｌ_tである。）に関して、体
積は、各々の長さが（ｄ／４）であると仮定される左右
の端部分２１ａ、２２ａ内の液体体積を、シェル２０ａ
内の液体体積に加えることによって、計算される。液体
体積Ｖ_l（ｉｎ³＝１６．３８７ｃｍ³）は、このよう
に、以下の式：Ｖ_l＝ｈ_i ²（（π／４）ｄ−（π／６）ｈ_i＋（（√ｈ_i
（ｄ−ｈ_i）（ｈ−ｄ／２）＋（ｄ²／４）＊ｓｉｎ
^-1（（２／ｄ）（ｈ_i−ｄ／２）））＊ｌ_s を使用して計算される。ここで、ｌ_s＝ｌ_t−２＊（ｄ／
４）である。

【００３１】これらの体積計算式は、単なる例示であ
る。当業者にとって、体積の計算を行うために、別の式
をプログラムし、差圧ゲージのメモリに入れることは、
容易に理解できる。或いは、オンボード・コンピュータ
４６は、ある高さを与えると、上述の算術式とほぼ同じ
結果を得るルックアップ表を、予めプログラムされてい
てもよい。更なる別の実施形態において、これらの表
は、初期入力及びメモリに記憶された結果の後の計算に
より、実行時間を伴って、製作され、表の迅速な参照に
限られてもよい。

【００３２】Ｖ_lをＶ_tankで除し、１００％を乗じるこ
とによって、満タン・パーセンテージは、計算される。
この満タン・パーセンテージは、入力された較正値に従
って調節されるてもよい。満タン・パーセンテージは、
表示のために、最も近い５％に丸められる。

【００３３】従来技術とは異なり、ユーザが、シリンダ
の特定の型式とシリンダの方向と液体の種類とに依存す
る較正チャートに頼ることなく、液体体積の計算は、リ
アルタイムで実行される。ユーザは、初期プログラムの
後、液体体積の結果を受け取る前に、データを入力し又
は分析する必要がなく、またゲージを監視する必要もな
い。図７に示すように、計算された液体体積は、７８
で、ディスプレー値に変換され、８６で、ゲージに表示
される。

【００３４】また、結果は、液体体積を遠隔で又は自動
的に監視するために、遠隔測定法で送信されてもよい。
好ましい実施形態において、ゲージ４０は、例えば、液
体レベル、液体体積、等価気体体積、圧力、又は満タン
・パーセンテージ等のタンクの状態情報をリモート・デ
バイス４５に送信するために、フォーン・トランスミッ
ター４３（図１を参照）に接続される。また、フォーン
・トランスミッター４３は、タンク１２内の液体容積が
特定のレベルを下回った場合、作業者に対して警報を送
ることもできる。また、遠隔測定システムは、必要に応
じて、追加の低温液体の配達をスケジュールすることも
できる。フォーン・トランスミッター４３は、電話線又
は他の信号伝送線に接続される。フォーン・トランスミ
ッター４３に加えて又はフォーン・トランスミッター４
３に代えて、ゲージ４０は、衛星トランスミッター（図
示せず）に接続されてもよい。

【００３５】ゲージ４０は、警報がなされたことを示す
信号をフォーン・トランスミッター４３に送るように、
予めプログラムされることができる。トランスミッター
４３は、この情報を受け取ると、タンクの状態（例え
ば、液体体積等）についての情報を、電話線を介してＰ
Ｃ等のリモート・デバイス４５に送る。勿論、別の伝送
手段を使用することもできる。その後、リモート・デバ
イスは、警報を受け取り、注意が必要であるという信号
を送る。例えば、可聴警報を使用できる。リモート・デ
バイスは、低温液体配達輸送手段の運転者に対して、警
報及び対応する液体体積を、携帯用小型無線呼び出し
器、ｅメール、又は他の方法で、自動的に知らせるよう
に予めプログラムされることもできる。

【００３６】通常の（警報が出されていない）動作にお
いて、これらの遠隔装置内に、計算結果と生の差圧セン
サの読み取り値は、集計、報告、グラフ化、又は他の目
的のために、記憶される。これらの遠隔測定の特徴を使
用することによって、作業者は、タンクのパラメータを
ゲージ４０に一度入力した後に、貯蔵容器１０を所望の
ときにだけ遠隔で監視でき、ゲージそれ自体が、内タン
ク１２内の液体の量を管理する。また、配達輸送手段に
よる訪問の必要性は、極めて少なくなる、なぜならば、
ゲージは、仮に、タンク１２の体積が所望の量を下回っ
た場合にのみ、輸送手段に再供給を行わせるように、プ
ログラムされることができるからである。

【００３７】差圧ゲージが液体体積を計算できる前に、
作業者は、先ず、データ・パラメータを入力しなければ
ならない。これらのパラメータは、作業者によって、デ
ィスプレーキーパッド４４を使用して、又は上文中に説
明したように遠隔計測により、入力される。

【００３８】図９は、本発明の差圧ゲージ用のキーパッ
ドの実施形態を示す。図１０は、キーパッドの別の図を
示す。透明なディスプレイ部分４００によって、コンピ
ューター４６に含まれる数値ＬＥＤ群が、オペレータに
対して見えるようになっている。キーパッド上の他のＬ
ＥＤ群は、設定と警告とを表示する。オペレータにより
選択された単位に対応するＬＥＤ群は、４０２で示され
ている。警報ＬＥＤ群は、４０４で示されている。実例
のディスプレイの下側に示されている３つのキー４０
６、４０８、４１０によって、使用者はゲージを設定で
きる。ゲージをプログラムするときに、増分キー４０６
は、表示された読みを、プログラムされた単位で決まる
所定の増分だけ増大させるか、或いは所定分野内のオプ
ションのリストを介してスクロールさせるかのいずれか
である。選択キー４０８によって、ユーザは、ゲージを
プログラムするときに、表示された結果を受け入れるこ
とができ、また、ゲージを次の１組のパラメータまで移
動することができる。数、例えば、「３４５」を入力す
るために、作業者は、ディスプレー上で１００の桁が点
滅するまで、選択キー４０８を押す。作業者は、増分キ
ー４０６を押すことによって、１００の桁を３に達する
までスクロールさせる。その後、作業者は、選択キー４
０８を押し、１０の桁を点滅させる。作業者は、同様
に、増分を行い、１０の位置で「４」を選択した後、１
の位置を「５」にする。この最終位置で選択キー４０８
を押した後に、選択された値又はコードは、ＥＥＰＲＯ
Ｍに記憶される。その結果、ゲージが液体容積を計算す
るときに、再入力を行う必要がない。「ＯＮ」キー４１
０によって、作業者は、ゲージを始動させることができ
る。所定期間、「ＯＮ」キーを保持することにより、ゲ
ージを診断モードにする。

【００３９】図１０Ａ〜図１０Ｂは、本発明のゲージの
動作プロセスのフローチャートを示す。電源を投入した
後に、ゲージは、１００で、適切な診断を行い、マイク
ロ・プロセッサ、ＥＥＰＲＯＭ、警報スイッチ、シリア
ルポート、又は内蔵ソフトウェアの機能を含むがこれら
の機能に限定されない、ゲージの機能を、チェックす
る。１０２で、これに続いて電源投入のチェックを行
う。仮に、ゲージ機能のうちの一つ又はそれ以上が、損
なわれている場合、１０３で、適切なエラーコードが設
定される。診断が成功した場合、ゲージは、１０４で、
差圧を読み取る。ゲージは、１０６で、少なくとも差圧
の読みに幾分かは基づいて、第２の診断チェックを行
う。仮に、診断が、不適切な圧力範囲、誤った警報出
力、又は不適切な較正状態等の理由により、失敗した場
合、１０８で、エラーコードが設定される。１１０で、
設定の状態が良好である場合、ゲージは、１２０で、圧
力の読み取り及び液体体積の計算を開始する。設定の状
態が、良好でない場合、ゲージは、１１２で、適切なメ
ニューに移行する。

【００４０】１２０で、読み取りを行う際に、ゲージ
は、１２２で、差圧を読み取り、以前の入力に基づいて
ユーザが選択した表示モードを、１２４で、決定する。
これらのモードには、満タンに対するパーセンテージ
（％ｆｕｌｌ）、リットル、ポンド、キログラム、プサ
イ、水柱インチ（圧力）、インチ（高さ）、標準立方フ
ィート、標準立方メートルが含まれるが、これらのモー
ドに限定されない。

【００４１】コンピューターは、１２５Ａで、圧力を読
み取る。コンピューターは、１２６で、必要な式、寸
法、及び液体の特性を獲得し、１２８で、適当な計算又
はこれらの等価物を上文中に説明したように実行する
が、この場合も、ＥＥＰＲＯＭ内に記憶されたルックア
ップ・テーブルにより、これらの計算の多くは、実行前
に、減少されることができる。

【００４２】一実施形態において、ゲージは、体積の計
算を標準単位（例えば、立方インチ等）で実行し、その
後、選択された表示単位に基づいて、８４に示す記憶さ
れた単位変換式及び／又は定数を使用して、体積を所望
の単位に変換する。液体の高さ又は差圧が選択された場
合、ゲージは、これらの単位について上述の適当な計算
を同様に行う。１３０で、選択されたモードに対応する
ＬＥＤを点灯する。１３２で、選択されなかったモード
に対応するＬＥＤ群を消灯する。１３４で、関連した読
みを表示する。例えば、満タンに対するパーセンテージ
に対して、実例の読みは、「５０％」である。好ましい
実施形態において、表示される満タンに対するパーセン
テージは、５％の倍数であるが、このパーセンテージ
は、任意の増分であってもよい。１３６で、仮に、差圧
センサによって検知された圧力が、オペレータにより設
定された所望の最小量よりも低い場合、ゲージは、これ
を、例えば、ディスプレイ４００で示される警報メッセ
ージによって、表示できる。そうでない場合には、１３
８で、警報ＬＥＤを消灯する。一つ以上の警報レベル
は、デバイスにプログラムされ、また分析され得る。１
４２で、バッテリーの電圧が特定の所望レベルを下回る
場合、警報ＬＥＤメッセージが、ディスプレイ４００
（図１０Ｃを参照）に示される。そうでない場合には、
１４６で、ＬＥＤを消灯する。ゲージは、ユーザが、１
４８で、パラメータ入力モードに移行しようとするか、
或いは、１４９で、診断モードに移行しようとするのか
を判定する。ユーザは、一つのキー又はキーの組み合わ
せを特定期間保持することにより、これを示す。ユーザ
が、別のモードを示さない場合、ゲージは、読み取り１
２０（図１０Ａを参照）を再度開始する。ゲージに電力
が加えられており、使用者がこれを切らない限り、ゲー
ジは、ユーザからの更なる入力を必要とせず、周期的な
読み取りを続行し、その結果を表示する。

【００４３】所定期間、選択キー及び増分キーを押して
保持することによって、作業者は、図１１に示す２００
で、パラメータ入力モードを開始することができる。新
たな入力を受け入れる前に、ゲージは、ＥＥＰＲＯＭに
記憶されるパラメータを消去することができる。作業者
は、増分キーでスクロールを行い、選択キーで選択を行
うことによって、パラメータを入力し、２０２で、液体
の種類について開始する。液体の種類は、液化窒素、ア
ルゴン、二酸化窒素、酸素、二酸化炭素、等が含まれ
る。作業者は、２０４で、タンクの長さを入力し、２０
６で、タンクの直径を入力する。タンクの長さ及び直径
は、桁を選択し増大させる、警報設定で説明したものと
同様のシステムによって、設定される。２０８で、タン
クの方向は、ユーザによって、入力される。増分キー
は、タンクの方向を垂直方向と水平方向との間で回転さ
せるために使用される。

【００４４】また、パラメータ入力モード２００におい
て、作業者が、２１０で所望の層化係数を入力すること
が、望ましい。この入力は、液体増加の高さとしての液
体層化における変化に適応する。ゲージは、上文中に説
明したように、不揮発性メモリーに記憶された液体の密
度値を含む一組の液化された気体の特性と液体圧力とを
比較することによって、体積計算における適切な液体密
度を決定するために、正確な液体圧力を使用する。ま
た、ゲージは、２１２で、較正パラメータ、又はゼロイ
ングアウト（zeroing out）パラメータを受け入れる。
このパラメータによって、作業者は、液体で満タンにさ
れるタンク内の体積パーセンテージである「％Ｆｕｌ
ｌ」の読みを、較正できる。好ましい実施形態におい
て、ゼロイングアウトパラメータは、増分１で、−９〜
＋９の範囲にあり、各増分は、表示される満タン・パー
センテージにおける３％の較正を表す。値「ゼロ」で
は、較正は行われない。この方法によれば、作業者は、
適正な入力を決定するために、チャートに頼らず、ゲー
ジをプログラムすることができる。その後、作業者は、
２２０で、一つ又はそれ以上の警報レベルをプログラム
することができ、その結果、タンク内の圧力又は体積が
あるレベルを下回った場合、警報が表示される。例え
ば、増分キー及び選択キーを保持することによって、作
業者は、第１警報レベルを設定できる。第１警報レベル
設定モードにおいて１度、ユーザは、警報レベルを、上
文中に説明したように、１００の桁、１０の桁、及び１
の桁で入力する。プログラムステップは、プログラムモ
ードでのステップであるか、或いは、作業者が、２２０
で、例えば一つ又はそれ以上のキーを特定の期間保持す
ることによって、警報設定モードを直接入力できる。一
旦、プログラムステップが完了すれば、２２１で、値
は、記憶され、ゲージは、２２２で、読み取りモード
（図１０Ａのステップ１２０を参照）に戻り、読み取り
及びリアルタイム計算を行い、結果を表示する。

【００４５】本発明の好ましい実施形態を示し、説明し
たが、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神
から逸脱することなく、変形及び変更を行うことができ
るということは当業者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明に係る差圧ゲージを取り付けた、典型
的な低温貯蔵器の正面図である。

【図１Ｂ】本発明に係る差圧ゲージを取り付けた、図１
の低温貯蔵器のブロック図である。

【図１Ｃ】平均圧力を計算するために使用される、変換
係数を含むテーブルの一例を示す図である。

【図１Ｄ】液体の種類及び圧力範囲の様々な組合わせに
対応する、液体密度を含むテーブルの一例を示す図であ
る。

【図２】本発明に係る差圧ゲージ及びセンサの分解図で
ある。

【図３】本発明に係る差圧センサの底部透視図である。

【図４】差圧センサ・ハウジング部の内面の頂部透視図
である。

【図５】差圧センサ・ハウジング部の断面図である。

【図６】本発明の実施形態に係る差圧チップを示す図で
ある。

【図７】本発明に係る差圧ゲージに関する液体の体積計
算を示すブロック図である。

【図８】水平方向の低温貯蔵器の正面図である。

【図９Ａ】本発明の差圧ゲージの１実施形態に対するキ
ーパッドを示す図である。

【図９Ｂ】図９Ａに示すキーパッドを示す別の図であ
る。

【図１０Ａ】差圧ゲージの動作プロセスを示すフローチ
ャートである。

【図１０Ｂ】差圧ゲージの動作プロセスを示すフローチ
ャートである。

【図１１】差圧ゲージに対してパラメータを入力するプ
ロセスを示すフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クリストファー・ジョン・シュメッケルアメリカ合衆国ミネソタ州55082，スティルウォーター，デルウッド・ロード 14310 Ｆターム(参考） 2F014 AA05 AC02 BA03 3E073 AA01 BA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体空間及びヘッド空間を有する低温貯
蔵タンクにおける液化された気体の体積を決定する方法
であって、該方法は、前記貯蔵タンクの寸法及び方向を入力し、記憶するステ
ップと、前記タンクに含まれる、液化された気体の種類を入力
し、記憶するステップと、層化係数を入力し、記憶するステップと、ヘッド圧力値を概算平均圧力値に変換するために用いる
変換係数のルック・アップ・テーブルを記憶するステッ
プであって、前記変換係数が、前記入力された前記貯蔵
タンクの寸法及び方向に従ってアクセスされる、ステッ
プと、前記概算平均圧力と液体の種類とに従って記憶される密
度係数のルック・アップ・テーブルを記憶するステップ
と、前記液体空間と前記ヘッド空間との間の差圧を測定する
ステップと、前記ヘッド空間における前記圧力を測定するステップ
と、前記測定されたヘッド圧力と前記層化係数とを使用して
概算平均圧力を計算するステップと、前記計算された概算平均圧力と前記入力された液体の種
類とを使用して、密度係数のルック・アップ・テーブル
から液体密度値を読み取るステップと、前記タンク内の液体体積を、前記差圧、液体密度、タン
クの寸法、タンクの方向、及び、液化された気体の種類
の関数として計算するステップと、を含む方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記液
体体積を計算する前記ステップが、前記液体体積をディ
スプレイ上に表示するステップを含む、方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法において、前記貯
蔵タンクの前記寸法を記憶する前記ステップが、タンク
の高さ及び直径を記憶する方法を含む、方法。
【請求項４】請求項１に記載の方法において、該方法
は更に、警報体積を記憶するステップと、前記計算された体積が前記警報体積を下回った場合に、
警報信号を生成するステップと、を含む方法。
【請求項５】液体空間及びヘッド空間を含む低温タン
ク内に格納された低温液体の液体体積を表示するシステ
ムであって、該システムは、前記ヘッド空間と液体空間とに接続され、前記液体空間
とヘッド空間との間の差圧を検知し、前記差圧の関数と
して差圧信号を生成する差圧センサと、前記ヘッド空間に接続され、前記ヘッド空間の圧力を検
知する圧力センサと、前記容器の寸法と前記低温液体の種類とを入力するオペ
レータ入力インターフェースと、前記オペレータ入力インターフェースに接続され、前記
タンクの前記寸法と、低温液体の前記種類と、タンク寸
法の式と、複数のタンク寸法のそれぞれに対する液体密
度変換係数を含むルック・アップ・テーブルと、複数の
液体種類及び複数の圧力範囲のそれぞれに対する液体密
度を含むルック・アップ・テーブルと、を記憶する不揮
発性メモリと、前記圧力センサと前記差圧センサと前記不揮発性メモリ
とに接続され、前記不揮発性メモリから、前記容器の
前記記憶された寸法に対応する、選択された液体密度変
換係数を読み取り、前記ヘッド空間の圧力と前記液体
密度変換係数との間の差として概算平均圧力を計算し、
前記不揮発性メモリから、前記概算平均圧力と前記液
体の種類とに対応する、選択された液体密度を読み取
り、かつ前記タンクの前記寸法と、低温液体の前記種
類と、前記タンク寸法の式と、に基づいて、液体の体積
を計算するマイクロ・コントローラと、マイクロ・コントローラに接続され、前記液体の体積を
表示するディスプレイと、を含むシステム。