JP2008196941A - 液体酸素検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡単で、安全かつ容易に用いることができる液体酸素検知システムを提供する。
【解決手段】液体酸素検知システムにおいて、液体酸素１１が存在する非磁性配管１２と、この非磁性配管１２の外周に配置され、サーチコイル１３Ａと外部磁場を与えられる機構としての永久磁石１３Ｂを備え、自己インダクタンスを測定する検査プローブ１３と、この検査プローブ１３に接続され、据え置きされる高精度磁気センサーとしての高温ＳＱＵＩＤ１４Ａを有するインプットコイル装置１４とＳＱＵＩＤ駆動回路１５と計測用コンピュータ１６とを具備する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、冷却媒体などとして用いられる液体酸素検知システムに関するものである。

従来、冷却媒体などとして用いられる液体酸素が供給されているか否かを検査するには、有効な手だてがないのが現状である。

本願出願人は、低温容器内の配管のガス漏れ箇所を正確に、しかも迅速に測定することができる低温容器内の配管のガス漏れ箇所検査システムを既に提案している（下記特許文献１）。
特開２００６−０６４６０１号公報

しかしながら、液体酸素の検出については十分な研究がなされておらず、特に、密閉容器内の液体酸素配管の液体酸素漏れ検知については、有効な手だてがないのが現状である。

本発明は、上記状況に鑑みて、構成が簡単で、安全かつ容易に用いることができる液体酸素検知システムを提供することを目的とする。

なお、常磁性を示す流体であれば同様に適用可能である。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕液体酸素検知システムにおいて、液体酸素が存在する非磁性配管と、この非磁性配管の外周に配置され、サーチコイルと外部磁場を与えられる機構を備え、自己インダクタンスを測定する検査プローブと、この検査プローブに接続され、据え置きされる高精度磁気センサーを有するインプットコイル装置と高精度磁気センサー駆動・計測回路と計測用コンピュータとを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の液体酸素検知システムにおいて、前記検査プローブが、前記非磁性配管の近傍を移動可能に配置されることを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の液体酸素検知システムにおいて、前記インプットコイル装置は、前記高精度磁気センサーが冷却用液体窒素で充填され、それを磁気シールド容器で覆うようにしたことを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載の液体酸素検知システムにおいて、前記高精度磁気センサーが高温ＳＱＵＩＤであることを特徴とする。

本発明によれば、液体酸素が存在する非磁性配管の液体酸素のリーク検知を、簡便、安全かつ容易に行うことができる。

また、高精度磁気センサー部分は、シールド内に静置するため、地磁気などの外乱に対しても強い。

本発明の液体酸素検知システムは、液体酸素が存在する非磁性配管と、この非磁性配管の外周に配置され、サーチコイルと外部磁場を与えられる機構を備え、自己インダクタンスを測定する検査プローブと、この検査プローブに接続され、据え置きされる高精度磁気センサーを有するインプットコイル装置と高精度磁気センサー駆動・計測回路と計測用コンピュータとを具備する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の液体酸素の検知の原理を示す模式図（その１）である。

この図において、１はサーチコイル、２はサーチコイル１の近傍に配置される外部磁場を与えられる機構としての永久磁石、３はインプットコイル、４は高精度磁気センサーとしての高温ＳＱＵＩＤ、５は検知の対象となる液体酸素である。

サーチコイル１を液体酸素５に近づけた際の磁束の変化による起電力は、
Ｖ＝−∂φ／∂ｔ …（１）
で与えられる。

永久磁石２により生成される磁場をＢ₀ 、磁性体が磁化されたときの磁性体内部磁場をＢ₁ とすると、Ｂ₁ は、
Ｂ₁ ＝｛３／〔１＋２μ₀ ／μ〕｝・Ｂ₀ …（２）
で与えられる。

ここで、μ＝μ₀ （１＋χ_m ） …（３）
であるから、
Ｂ₁ ＝｛３（１＋χ_m ）／（３＋χ_m ）｝・Ｂ₀ …（４）
となる。サーチコイル１のコイル半径をａ、巻き数をＮとすると、（１）式は、
Ｖ＝−Ｎπａ² （Ｂ₁ −Ｂ₀ ）／Δｔ …（５）
と表される。

そこで、銅線の抵抗をＲとすれば、銅線に発生する誘導電流は、
Ｉ＝−Ｎπａ² （Ｂ₁ −Ｂ₀ ）／ＲΔｔ …（６）
となる。

一方、このような電流が生じたとき、インプットコイル３側では、ビオサバールの法則により、
Ｂ＝ｎμ₀ Ｉｂ² ／２（ｂ² ＋ｚ² ）^3/2 …（７）
なる磁場が発生する。

表１，２にサーチコイル１，インプットコイル３のパラメータ設定の一例を示す。

表１，２に示す値を上記（７）式に代入し、ＳＱＵＩＤ電圧に換算（１．４ｎＴ／Ｖ）したものを図３に示す。

図２は本発明の液体酸素の検知の原理を示す模式図（その２）である。

この図において、６は液体酸素５が流れる非磁性配管、例えば、テフロン（登録商標）、銅、ステンレススチールＳＵＳなど、７はその非磁性配管６の外周に配置されるコイル８を有する電磁石（ソレノイド）、９は電磁石７に接続される電源、１０はその電磁石７のコイル８に接続される自己インダクタンスの測定器である。

このように、液体酸素５を電磁石（ソレノイド）７中に通過させる。

そこで、電磁石（ソレノイド）７内に何もない、つまり、液体酸素６が流れない場合の自己インダクタンスＬ₀ は次式のように表現される。

Ｌ₀ ＝Ｋ×μ₀ πａ² （Ｎ² ／ｌ）
ここで、Ｋ：長岡係数、ａ：ソレノイドの半径、Ｎ：巻数、ｌ：コイル長である。

そして、透磁率μは、以下の式で書き表される。

μ＝μ₀ （１＋Ｘ）
ここで、Ｘは磁化率である。液体酸素の磁化率Ｘは、３．４６×１０^-3 である。

ここで、液体酸素５が流路断面積Ｓ１で流れており、電磁石（ソレノイド）７の断面積をＳ２と仮定する。その場合の自己インダクタンスＬは次のように表現できる。

Ｌ＝｛１＋（Ｓ１／Ｓ２）Ｘ｝Ｌ₀
液体酸素５の量によって電磁石（ソレノイド）７の断面積Ｓ２が異なり、それに伴って自己インダクタンスＬが変化する。それ以外の量は既知であることから、自己インダクタンスＬを測定することにより、液体酸素５の流量が把握できる。

図４は本発明の実施例を示す液体酸素検知システムの全体構成図である。

この図において、１２は検査対象となる液体酸素１１が存在する非磁性配管、１３はその非磁性配管１２からの液体酸素１１のリークを検知する検査プローブであり、この検査プローブ１３はサーチコイル１３Ａと外部磁場を与えられる機構としての永久磁石１３Ｂとそれらを収納する容器１３Ｃとから成っている。１４は検査プローブ１３に接続されるインプットコイル（検出コイル）装置であり、このインプットコイル装置１４は高精度磁気センサーとしての高温ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ：超伝導量子干渉計）１４Ａ、この高温ＳＱＵＩＤ１４Ａが浸される冷却用液体窒素容器１４Ｂ、この冷却用液体窒素容器１４Ｂを収納する磁気シールド容器１４Ｃからなる。１５はＳＱＵＩＤ駆動回路、１６はＳＱＵＩＤ駆動回路１５に接続される計測用コンピュータである。ここで、インプットコイル装置１４、ＳＱＵＩＤ駆動回路１５、計測用コンピュータ１６は据え置かれて固定されている。

このように、検査対象となる液体酸素１１または酸素ガスが存在する非磁性配管１２に、サーチコイル１３Ａと永久磁石１３Ｂとそれらを収納する容器１３Ｃとからなる検査プローブ１３を移動させて、非磁性配管１２からの液体酸素１１のリークを検出可能にしている。

より詳細に述べると、非磁性配管１２に存在する液体酸素１１が検出の対象物となり、検査プローブ１３にはサーチコイル１３Ａと外部磁場を与えられる機構としての永久磁石１３Ｂが配置されており、この検査プローブ１３を非磁性配管１２に沿って移動させることによって、液体酸素１１のリークによるインダクタンスの変化をサーチコイル１３Ａにより検知する。

固定されたインプットコイル装置１４には、高温ＳＱＵＩＤ１４Ａが用いられており、高温ＳＱＵＩＤ１４Ａ自体は動かされず磁気シールド容器１４Ｃに収納されており、冷却用液体窒素により冷却されている。したがって、非磁性配管１２からの液体酸素１１のリークを高精度に検出することができるように構成している。

本発明では、特に、非磁性配管１２に存在する液体酸素１１が検出の対象物となり、検査プローブ１３にはサーチコイル１３Ａと外部磁場を与えられる機構としての永久磁石１３Ｂが配置されており、この検査プローブ１３を非磁性配管１２に沿って移動させることによって、液体酸素１１のリークによるインダクタンスの変化をサーチコイル１３Ａにより検知するように構成している点に特徴を有している。

また、上記実施例では、非磁性配管内に液体酸素が導入される場合について述べたが、非磁性配管内に酸素ガスが導入される場合についても適用可能である。

なお、上記実施例では、外部磁場を与えられる機構として永久磁石を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、電磁石などであってもよい。

また、上記実施例では流体酸素の検知について述べたが、常磁性を示す流体であれば、上記と同様に適用可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の液体酸素検知システムは、検出が困難な冷却媒体などとして用いられる液体酸素のリークを高精度に検出できる液体酸素検知システムとして利用可能である。

本発明の液体酸素の検知の原理を示す模式図（その１）である。 本発明の液体酸素の検知の原理を示す模式図（その２）である。 本発明の液体酸素の検知をＳＱＵＩＤ電圧に換算した図である。 本発明の液体酸素検知システムの全体構成図である。

符号の説明

１，１３Ａ サーチコイル
２，１３Ｂ 永久磁石
３ インプットコイル
４，１４Ａ 高温ＳＱＵＩＤ
５，１１ 液体酸素
６，１２ 非磁性配管
７ 電磁石
８ コイル
９ 電源
１０ 自己インダクタンスの測定器
１３ 検査プローブ
１３Ｃ 容器
１４ インプットコイル（検出コイル）装置
１４Ｂ 冷却用液体窒素容器
１４Ｃ 磁気シールド容器
１５ ＳＱＵＩＤ駆動回路
１６ 計測用コンピュータ

Claims (4)

1. （ａ）液体酸素が存在する非磁性配管と、
   （ｂ）該非磁性配管の外周に配置され、サーチコイルと外部磁場を与えられる機構を備え、自己インダクタンスを測定する検査プローブと、
   （ｃ）該検査プローブに接続され、据え置きされる高精度磁気センサーを有するインプットコイル装置と高精度磁気センサー駆動・計測回路と計測用コンピュータとを具備することを特徴とする液体酸素検知システム。
2. 請求項１記載の液体酸素検知システムにおいて、前記検査プローブが、前記非磁性配管の近傍を移動可能に配置されることを特徴とする液体酸素検知システム。
3. 請求項１記載の液体酸素検知システムにおいて、前記インプットコイル装置は、前記高精度磁気センサーが冷却用液体窒素で充填され、それを磁気シールド容器で覆うようにしたことを特徴とする液体酸素検知システム。
4. 請求項１記載の液体酸素検知システムにおいて、前記高精度磁気センサーが高温ＳＱＵＩＤであることを特徴とする液体酸素検知システム。

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