JP2017219388A - Surface tension measuring device and surface tension measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面張力測定装置、及び表面張力測定方法に関し、例えば、高圧下にて液化する液化ガスや、液化ガスと液体との混合物を測定することが可能な表面張力測定装置、及び表面張力測定方法に関する。 The present invention relates to a surface tension measuring device and a surface tension measuring method, for example, a surface tension measuring device capable of measuring a liquefied gas liquefied under high pressure, a mixture of a liquefied gas and a liquid, and a surface tension. It relates to a measurement method.
従来、潤滑油は、様々な分野で使用され、例えば、冷凍機中で高圧冷媒の雰囲気下で使用されることがある。冷凍機内において、潤滑油は、冷媒が溶け込んだ状態で冷凍サイクルを循環している。冷媒が溶け込んだ潤滑油(すなわち、冷媒と潤滑油の混合物)は、冷媒の溶け込み量が多いとその物性が変化して、潤滑油や冷凍機の性能に影響を及ぼすことがある。そのため、潤滑油、特に、冷凍機用の潤滑油は、実際に使用される圧力及び雰囲気下において、その物性を確認すること望まれており、例えば、従来、高圧冷媒下におかれた潤滑油の動粘度を測定する粘度測定方法が確立されている(特許文献1〜3参照)。 Conventionally, lubricating oil is used in various fields, for example, in a refrigerator, sometimes in an atmosphere of a high-pressure refrigerant. In the refrigerator, the lubricating oil circulates in the refrigeration cycle with the refrigerant dissolved therein. The lubricating oil in which the refrigerant is dissolved (that is, the mixture of the refrigerant and the lubricating oil) may change its physical properties when the amount of the refrigerant is large, and may affect the performance of the lubricating oil or the refrigerator. Therefore, it is desired to check the physical properties of lubricating oils, particularly lubricating oils for refrigerators, under the actual pressure and atmosphere used. For example, lubricating oils that have been conventionally placed under high-pressure refrigerants. A viscosity measurement method for measuring the kinematic viscosity is established (see Patent Documents 1 to 3).
しかし、潤滑油や冷凍機の性能に影響を及ぼす物性は、動粘度に限られず、例えば、冷媒と潤滑油の混合物の表面張力が、冷凍性能や潤滑性能にどのように影響を及ぼすか確認する必要が生じてきている。
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、高圧下において各種液体、例えば、高圧下において液化する冷媒等の液化ガス、又は液化ガスと液体の混合物等の表面張力を測定することを課題とする。
However, physical properties that affect the performance of lubricating oil and refrigerators are not limited to kinematic viscosity. For example, check how the surface tension of a mixture of refrigerant and lubricating oil affects refrigeration performance and lubricating performance. The need has arisen.
This invention is made | formed in view of the above situation, and the subject of this invention is various liquids under high pressure, for example, liquefied gas, such as a refrigerant | coolant liquefied under high pressure, or a mixture of liquefied gas and liquid, etc. An object is to measure the surface tension.
本発明は、鋭意検討の結果、所定の構成を有する表面張力測定装置、及びその表面張力測定装置を使用した表面張力測定方法によって、上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の表面張力測定装置を提供する。
測定対象となる液体を密閉状態で収納する容器と、一端が前記容器内部の液体内部に、他端が前記容器内部の液面よりも上方に位置するように、前記容器の内部に配置され、かつ前記一端から内部に流入した前記液体を表面張力により上昇させる流路と、前記容器内部の液面、及び前記流路内部の液面を検出する液面検出手段とを備える表面張力測定装置。
さらに、本発明は、以下の表面張力測定方法を提供する。
測定対象となる液体を容器内部に密閉状態で充填し、かつ一端が前記容器内部の液体内部に、他端が前記容器内部の液面よりも上方に位置するように、前記容器の内部に流路を配置し、前記一端から内部に流入した前記液体を表面張力により上昇させ、前記容器内部の液面と、前記流路内部の液面とを少なくとも検出し、前記液体の表面張力を測定する表面張力測定方法。
As a result of intensive studies, the present invention has found that the above problems can be solved by a surface tension measuring device having a predetermined configuration and a surface tension measuring method using the surface tension measuring device, and the following invention has been completed. . That is, the present invention provides the following surface tension measuring device.
A container for storing a liquid to be measured in a sealed state, and disposed inside the container such that one end is located inside the liquid inside the container and the other end is located above the liquid level inside the container; A surface tension measuring device comprising: a channel that raises the liquid flowing into the inside from the one end by surface tension; a liquid level inside the container; and a liquid level detecting unit that detects the liquid level inside the channel.
Furthermore, the present invention provides the following surface tension measurement method.
The liquid to be measured is filled inside the container in a sealed state, and flows into the container so that one end is located inside the liquid inside the container and the other end is located above the liquid level inside the container. A path is arranged, the liquid flowing into the inside from the one end is raised by surface tension, the liquid level inside the container and the liquid level inside the flow path are detected at least, and the surface tension of the liquid is measured Surface tension measurement method.
本発明によれば、高圧下において各種液体、例えば、液化ガス、又は液化ガスと液体の混合物等の表面張力を測定することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to measure the surface tension of various liquids such as liquefied gas or a mixture of liquefied gas and liquid under high pressure.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1、2は、それぞれ本発明の第1の実施形態に係る表面張力測定装置10を前面側、及び側面側から見た模式図を示す。ただし、図2においては、説明の簡略化のために、ホルダを点線で示す。
表面張力測定装置10は、測定対象となる液体Lを密閉状態で収納する容器11と、一端が容器10内部の液体L内部に、他端が容器11内部の液面LAよりも上方に位置するように、容器11の内部に配置され、かつ一端から内部に流入した液体Lを表面張力により上昇させる流路12と、容器11内部の液面LA、及び流路12内部の液面LBを検出する液面検出手段14とを備える。また、容器11の内部において、液体Lの上部には雰囲気ガスGが存在する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are schematic views of the surface
The surface
容器11は、細長い管状に形成された透明な密閉容器である。容器11は、ガラス管、サファイア管のいずれであってもよい。ここで、容器11がガラス管である場合、その好ましい使用圧力範囲は0〜3MPaである。また、容器11がサファイア管である場合、その好ましい使用圧力範囲は、0〜20MPaである。容器11は、高圧下でも使用できるようにサファイア管であることが好ましい。また、サファイアとしては、単結晶サファイアであることがより好ましい。
容器11は、その下端が閉じられている一方、上端には蓋18で密閉可能な開口が設けられる。蓋18には、液体Lや雰囲気ガスGを容器11の内部に導入するための導入管17が挿通されている。導入管17は、図示しないが、チェック弁等の逆止装置が設けられ、雰囲気ガスGが外部に漏れることが防止される。
The
While the lower end of the
本実施形態において、流路12を構成する部材は毛細管13である。毛細管13は、ガラス製であることが好ましい。毛細管13(流路)は、両端が開口したものであり、一端13Xが、液体L内部に、他端13Yが液面LAよりも上方に位置する。本実施形態の毛細管の形状は、円筒形である。毛細管は、円筒形であることで、測定誤差が小さくなり、また、毛細管13の作製等が容易になる。毛細管13の内径は、特に限定されないが、毛細管現象が十分に起こるように、0.05〜1mmであることが好ましく、0.08〜0.5mmであることがより好ましい。また、毛細管13の高さ(流路の長さ)は、特に限定されないが、5〜50cmであることが好ましく、8〜20cmであることがより好ましい。さらに、毛細管13の外径は、0.2〜2mmが好ましく、0.3〜1mmがより好ましい。
In the present embodiment, the member constituting the
本実施形態では、容器11内部に毛細管13が複数本並べられる。複数本の毛細管13は、本実施形態では、一列に線状に並べられる。また、毛細管13は、その長手方向が鉛直方向に沿うように配置される。なお、毛細管13は、鉛直方向に平行であることが好ましいが、鉛直方向に対して僅かに傾いていてもよい。ただし、毛細管13が傾く場合、その傾斜角度は、複数の毛細管13については互いに同一であったほうがよい。毛細管が傾く場合の傾斜角度は、5度未満が好ましく、3度未満がより好ましい。
さらに、複数の毛細管13の直径は互いに同じである。したがって、毛細管13内部の液面LBは、毛細管現象により上昇するが、各毛細管13内部の液面の高さは同じになる。なお、毛細管13の本数は、特に限定されず1本以上であればよいが、好ましくは2〜15本、より好ましくは3〜10本である。
In the present embodiment, a plurality of
Further, the diameters of the plurality of
複数の毛細管13は、ホルダ20に保持され、毛細管13を保持したホルダ20が容器11内部に配置される。本実施形態のホルダ20は、毛細管13と同様に、上下に延在して細長の形状を呈しており、ホルダ20の下端側によって毛細管13の一端13Xが、上端側によって毛細管13の他端13Yが保持される。なお、毛細管13は、後述するように、ホルダ20に設けられる保持穴内部に配置されることで、ホルダ20によって保持される。ホルダ20には、毛細管13内部の液面LBを検出するために、開口からなる観察窓23、24が設けられる(図3,5参照)。
The plurality of
本実施形態において液面検出手段14として、容器11外部に配置される液面検出センサが使用される。液面検出センサは、上下に移動できるものが使用される。具体的には、液面検出手段14は、図2に示すように、第1の発光部15A、及び第1の受光部15Bを有する第1の液面検出センサ15と、第2の発光部16A、及び第2の受光部16Bを有する第2の液面検出センサ16とを備える。
第1の発光部15A及び第1の受光部15Bは、第1の発光部15Aで発光した光が、第1の受光部15Bで受光されるように、いずれも同期して上下に移動可能なものである。また、第1の発光部15Aは、ホルダ20及び毛細管13に光を照射せずに容器11内部を光が通過するように発光する。そして、第1の発光部15A及び第1の受光部15Bを同期して上下に移動させ、容器11内部の液体Lにより受光が遮光され、第1の受光部15Bにより第1の発光部15Aからの光が受光できなくなり、又は光量が小さくなった位置が、容器11内部の液面LAとして検出される。
In the present embodiment, a liquid level detection sensor disposed outside the
The first light-emitting
第2の発光部16A及び第2の受光部16Bは、第2の発光部16Aで発光した光が、第2の受光部16Bで受光されるように、いずれも同期して上下に移動可能なものである。また、第2の発光部16Aは、ホルダ20の観察窓23、24を光が通過するように発光する。そして、第2の発光部16A及び第2の受光部16Bを同期して上下に移動させ、毛細管13内部の液体Lにより受光が遮光され、第2の受光部16Bにより第2の発光部16Aからの光が受光できなくなり、又は光量が小さくなった位置が、毛細管13内部の液面LBとして検出される。
The second
本実施形態では、第2の発光部16Aから発光した光の毛細管13における光路の幅が、複数の毛細管13の合計幅以下となる。合計幅以下となることで、発光部からの光が、毛細管13内部の液体により完全に遮光されやすくなるため、毛細管13内部の液面LBを検出しやすくなる。なお、本実施形態では、複数の毛細管13は、図1、2から明らかなように、第2の発光部16Aから発光する光の進行方向に対して横方向に複数一列に並べられている。そのため、毛細管13の合計幅(横方向に沿う長さ)は大きくなって、光路幅以上の大きさとしやすい。
第1及び第2の発光部15A、16Aは、特に限定されないが、光ファイバ、フォトダイオード等が使用される。同様に、第1及び第2の受光部15B、16Bは、特に限定されないが、光ファイバ、フォトセンサ等が使用される。
In the present embodiment, the width of the optical path in the
The first and second
表面張力測定装置10は、図示しないが、容器11内部の圧力を検出する圧力検出手段を備える。圧力検出手段としては、例えば、導入管17に取り付けられた圧力ゲージが挙げられる。
表面張力測定装置10は、さらに、容器11を内部に収納する恒温槽40を備える。恒温槽40は、水等の液体からなる熱媒体41を内部に満たされたものである。恒温槽40には、熱媒体41を常に所定の温度に保つために、温度調節手段42が設けられている。温度調節手段42は、図示しないが、加熱装置および冷却装置と、熱媒体41の温度を検出する温度センサと、この温度センサの検出した温度に基づいて加熱装置および冷却装置をコントロールするコントローラとを備える。容器11内部の温度(すなわち、液体L及び雰囲気ガスGの温度)は、恒温槽40によって一定の温度に維持することができる。
なお、容器11内部の温度は、容器11を恒温槽40の内部に十分な時間放置することで恒温槽40の温度と実質的に同一となる。したがって、恒温槽40に設けられる温度センサにより容器11の内部の温度(すなわち、液体L、雰囲気ガスGの温度)を検出することが可能である。ただし、より正確な温度を検出するために、容器11の内部に、温度センサ等の温度検出手段を設けることが好ましい。
Although not shown, the surface
The surface
The temperature inside the
容器11内部の液体Lは、常温、常圧下で気体であるが、加圧下で液化する液化ガスを含むことが好ましく、液化ガス単体、又は液化ガスと、常温、常圧下で液体である液体物の混合物であることが好ましい。また、雰囲気ガスGは、気体状態の液化ガスからなることが好ましい。
具体的には、容器11内部には、潤滑油と冷媒を充填することが好ましく、冷媒の一部は容器11内部に気体状態で存在するとともに、一部が潤滑油に溶解されていることが好ましい。すなわち、容器11の内部に入れられる液体Lが、潤滑油と冷媒との混合物であるとともに、雰囲気ガスGが、潤滑油に溶解していない冷媒であることが好ましい。潤滑油としては、各種の合成油、鉱物油、又はこれらの混合物、又はこれらに各種添加剤が添加したもの等が挙げられる。また、冷媒としては、フッ化炭化水素等のフロン類、二酸化炭素、アンモニア、プロパン等の炭化水素で代表される自然冷媒が挙げられる。
The liquid L inside the
Specifically, it is preferable that the
図3、4は、それぞれ毛細管を内部に保持するホルダの縦断面図、横断面図である。また、図5は、ホルダ20の分解斜視図である。ホルダ20は、第1及び第2の保持部21、22を備える。第1及び第2の保持部21、22は、毛細管13を前後より挟み込んで保持する。図3、5から明らかなように,第1及び第2の保持部21、22は、ホルダ20と同様に、細長の形状を有しており、第1及び第2の保持部21、22は、それぞれの一面(以下、当接面21A、22Aともいう)同士を当接させて、ホルダ20を形成する。
3 and 4 are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view, respectively, of a holder for holding a capillary tube therein. FIG. 5 is an exploded perspective view of the
第1及び第2の保持部21、22それぞれには、毛細管13の中途部13Zに対応した位置に観察窓23、24が設けられる。なお、中途部13Zとは、毛細管13の一端13Zと他端13Yの間の部分である。これにより、毛細管13内部の液面LBに対応した位置に観察窓23、24が設けられることになるので、上記したように液面LBが液面検出手段14により検出可能になる。
観察窓23、24は、ホルダ20の長手方向に延在する開口からなる。なお、開口(観察窓23、24)は、第1及び第2の保持部21、22それぞれの当接面21A、22Aから、当接面の反対側の面である反対面21B、22Bに貫通する。
The first and
The
第1の保持部21の当接面21Aには、観察窓(すなわち、開口)23の下端及び上端それぞれに接続する下部溝25、上部溝26が設けられる。下部溝25、上部溝26は、内部に毛細管13の一端13X、13Yそれぞれを配置し、かつ保持するための溝である。そして、下部溝25、上部溝26それぞれは、第2の保持部22の当接面22Aが、第1の保持部21の当接面21Aに当接することで、毛細管13の一端13X,13Yを内部に保持するための保持穴を形成する。なお、下部溝25、上部溝26それぞれでは、後述する下端面25D、上端面26Uにより毛細管13の上下の移動が規制される。なお、第2の保持部22の当接面22Aは、溝が設けられず、平面状である。
The
下部溝25は、より具体的には、観察窓23の下端に接続され、かつ毛細管13の一端13Xを内部に配置するための下部保持溝25Aと、下部保持溝25Aの下方に接続される接続部25Bと、接続部25Bのさらに下方に接続され、第1の保持部21の下面21Dにて開口する下部開口溝25Cとを備える。接続部25Bの溝底部の高さは、下部保持溝25A及び下部開口溝25Cの高さより高くなっている。このような構造により、下部保持溝25Aと接続部25Bの段差により、下部保持溝25Aの下端面25Dが構成される。そして、保持溝25Aの内部に配置された毛細管13の一端13Xが下端面25Dの上に載せられ、毛細管13の下側への移動(すなわち、下側への落下)が規制される。
さらに、下部保持溝25Aの下端部には、その両側に連絡孔29A、29Bが設けられる。連絡孔29A、29Bは、第1の保持部21の反対面21Bに向かって貫通する貫通孔である。
容器11内の液体Lは、下部開口溝25C内部、及び接続部25Bと第2の保持部22の当接面22Aとの間の隙間、並びに連絡孔29A、29Bを通って、下部保持溝25A並びに毛細管13の内部に浸入する。
More specifically, the
Furthermore,
The liquid L in the
上部溝26は、観察窓23の上端に接続され、かつ毛細管13の他端13Yを内部に配置するための上部保持溝26Aと、上部保持溝26Aの上側に接続された上部開口溝26Bとを備える。上部開口溝26Bは、上部保持溝26Aよりも溝底面の高さが高く、かつ第1の保持部21の上面21Uにおいて開口している。このような構造により、上部開口溝26Bと、上部保持溝26Aとの段差が、上部保持溝26Aの上端面26Uとなり、上端面26Uにより毛細管13の上側への移動が規制される。また、上部開口溝26Bが設けられることで、毛細管13の他端13Yがホルダ20によって塞がれることが防止される。
なお、下部保持溝25A、上部保持溝26A(すなわち、保持穴)の大きさは、一列に並べられた複数の毛細管13と一致する大きさであるため、毛細管13がホルダ20内で前後左右に移動することも規制される。
The
Since the size of the
上端面26Uから下端面25Dまでの距離は、毛細管13の長さに略一致し、又は毛細管13の長さより僅かに長くなる。そのため、毛細管13の一端13X,他端13Yそれぞれが、下部保持溝25A、上部保持溝26A内部に配置されることが可能になる。
図5に示すように、第1及び第2の保持部21、22の四隅にはそれぞれ、ねじ穴31、32が設けられ、四隅のねじ穴31、32はそれぞれ、互いに一致した位置に配置される。第1及び第2の保持部21、22は、ねじ穴31、32に螺入したねじ33により、当接面21A、22Aが当接した状態で互いに固定される。
The distance from the
As shown in FIG. 5, screw holes 31 and 32 are provided at the four corners of the first and
次に、表面張力測定装置10を使用した表面張力の測定方法を説明する。
本測定方法では、まず、容器11の内部に毛細管13(流路12)を配置し、かつ液体Lを容器内部に充填し、容器を密閉する。
具体的には、例えば、容器11内部に毛細管13を保持したホルダ20を配置し、その後、液体L及び雰囲気ガスGを容器11内部に充填して、容器11を密閉すればよい。
液体及び雰囲気ガスの充填方法は特に限定されないが、潤滑油等の液体物と冷媒等の液化ガスとを充填する場合、真空にした容器11に液体物と液化ガスの混合物を充填するとよい。あるいは、液体物を容器11内部に入れ、容器11の内部を真空にした後、液化ガスを容器11内部に封入してもよい。このように液体物と液化ガスを別々に充填する場合、容器11を振動等させて、容器11内部において液体物と液化ガスを混合させたほうがよい。
また、本測定方法では、容器11の内部は加圧にする。加圧にすることで、液化ガス、又は液体物と液化ガスの混合物の表面張力が測定可能である。また、その圧力は、1〜20MPaが好ましく、3〜15MPaがより好ましい。
Next, a method for measuring the surface tension using the surface
In this measurement method, first, the capillary tube 13 (flow path 12) is arranged inside the
Specifically, for example, the
The filling method of the liquid and the atmospheric gas is not particularly limited, but when filling a liquid such as lubricating oil and a liquefied gas such as a refrigerant, the
In this measurement method, the inside of the
容器11内部においては、一端13Xが液体L内部に、他端13Yが液面LAの上方に位置するように毛細管13が配置されており、そのため、一端13Xから毛細管13内部に流入した液体は、毛細管現象(すなわち、表面張力)により上昇する。そして、容器11内部の液面LAと毛細管13内部の液面LBとは液面差が生じる。本測定方法では、液面検出手段14により、容器11内部の液面LAと、毛細管13内部の液面13Aを検出し、その液面差の長さを測定して、液体Lの表面張力を求める。
Inside the
本測定方法では、測定対象の液体Lにより生じる液面差は、正確に表面張力を測定するために、毛細管13の内径の大きさ等を調整して一定以上の大きさとなるようにしたほうがよい。具体的には、上記液面差は、2mm以上となることが好ましく、より好ましくは5〜150mmである。
In this measurement method, the liquid level difference caused by the liquid L to be measured should be set to a certain level or more by adjusting the size of the inner diameter of the
液面差から表面張力を求めるためには、表面張力が既知の2種類以上の物質について、表面張力と液面差の検量線を予め作成し、又は検量線を表す関数を求めておくとよい。そして、検量線、又は関数に基づき、液面差から表面張力を算出すればよい。なお、検量線は、通常、一次関数により表される。
なお、上記検量線又は関数は、同一の表面張力装置に対して1つ作っておけば、測定対象の液体Lの表面張力測定時の容器11内部の温度及び圧力にかかわらずに、その1つの検量線を用いて、液面差から表面張力を算出することが可能である。ただし、一定の温度毎(例えば、10℃毎)、又は一定の圧力毎(例えば、1気圧毎)に検量線又は関数を作っておいて、測定対象の液体Lにより生じる液面差測定時の容器内の温度及び圧力に、一致又は近似する温度及び圧力の検量線又は関数を用いて、表面張力を算出してもよい。
In order to obtain the surface tension from the liquid level difference, it is preferable to create a calibration curve for the surface tension and the liquid level difference in advance for two or more types of substances having a known surface tension, or obtain a function representing the calibration curve. . Then, the surface tension may be calculated from the liquid level difference based on a calibration curve or a function. The calibration curve is usually represented by a linear function.
If one calibration curve or function is prepared for the same surface tension device, one of the calibration curves or functions can be used regardless of the temperature and pressure inside the
また、潤滑油等の液体物と、冷媒等の液化ガスとを容器11内部に充填する場合、表面張力測定装置10によって、液化ガスの液体物への溶解度も算出することが可能である。具体的には、まず、液面LA,LBの検出により、測定温度における容器11内部の雰囲気ガスGの体積(Vg)を算出する。また、容器11内部の圧力から雰囲気ガスGの密度(d)を求める。そして、体積(Vg),密度(d)、及び容器11内部に充填された液体物の質量(Wo)、液化ガスの質量(Wr)を用いて、以下の式により、液化ガスの液体物に対する溶解度(Xr)を算出することが可能である。
Xr=(Wr−dVg)/(Wo+Wr−dVg)
Further, when the
Xr = (Wr−dVg) / (Wo + Wr−dVg)
同じ種類の液化ガスと同じ種類の液体物の混合物であっても、溶解度(すなわち、混合割合)が異なると、表面張力が異なる。そのため、例えば、同じ種類の液化ガスと同じ種類の液体物の混合物において、容器内部の圧力を変えて溶解度を変更させ、かつ溶解度毎に表面張力を測定することで、例えば、混合物における溶解度と表面張力の関係式を求めることも可能になる。このような態様により、冷媒と潤滑油の混合物の表面張力が、冷凍機において、冷凍性能や潤滑性能にどのように影響を及ぼすか確認しやすくなる。 Even in a mixture of the same type of liquefied gas and the same type of liquid material, the surface tension differs if the solubility (that is, the mixing ratio) is different. Therefore, for example, in a mixture of the same type of liquefied gas and the same type of liquid, by changing the pressure inside the container to change the solubility and measuring the surface tension for each solubility, for example, the solubility and surface in the mixture It is also possible to obtain a relational expression of tension. By such an aspect, it becomes easy to confirm how the surface tension of the mixture of the refrigerant and the lubricating oil affects the refrigeration performance and the lubrication performance in the refrigerator.
さらに、表面張力の測定は、検出対象の液体Lを容器11内部に充填して、容器11内部の温度を一定の温度範囲内(例えば、20〜80℃)で変化させ、所定の温度毎(例えば、10℃毎)に表面張力を測定してもよい。この方法によれば、表面張力と温度の関係を関数により表すことも可能である。なお、この場合も、表面張力の測定にあわせて、上記したように圧力、溶解度を測定すればよい。
Furthermore, the surface tension is measured by filling the liquid L to be detected in the
さらに、本実施形態では、液化ガスと液体との混合物の表面張力を測定する際に、温度及び圧力を併せて記録しておくことで、圧力,温度,溶解度等のパラメータと、表面張力との関係式(相関関係)を求めることも可能になる。これにより、特定の温度、圧力における液体の溶解度と、表面張力とを演算により算出することが可能になる。
なお、関係式の一例として、溶解度一定のときの温度と表面張力の関係式は、例えばグラフで示すと図6に示すようになる。なお、図6では、チャートにおいて、関係式は、1つ示されるのみであるが、通常、溶解度を変化させて測定され、溶解度ごとに異なる関係式が複数作成される。
Furthermore, in this embodiment, when measuring the surface tension of the mixture of the liquefied gas and the liquid, by recording the temperature and pressure together, parameters such as pressure, temperature, solubility and the surface tension It is also possible to obtain a relational expression (correlation). This makes it possible to calculate the solubility and surface tension of the liquid at a specific temperature and pressure by calculation.
As an example of the relational expression, the relational expression between the temperature and the surface tension when the solubility is constant is as shown in FIG. In FIG. 6, only one relational expression is shown in the chart, but usually, measurement is performed by changing the solubility, and a plurality of different relational expressions are created for each solubility.
次に、検量線の作成方法の一例をより具体的に説明する。
本方法では、まず、表面張力が既知の標準物質を2種以上用意する。本例では、水、ポリアルキレングリコール(PAG)、鉱油、冷媒(R−410A)を標準物質とする。各標準物質を、表面張力測定装置10の容器11内部に充填し、容器11を密閉した上で、内部が所定の温度(例えば、20℃)になるように調整する。なお、この際、容器11内部には、図1、2に示すように、ホルダ20に保持された毛細管13が内部に配置される。
Next, an example of a method for creating a calibration curve will be described more specifically.
In this method, first, two or more standard materials having known surface tensions are prepared. In this example, water, polyalkylene glycol (PAG), mineral oil, and refrigerant (R-410A) are used as standard substances. Each standard substance is filled in the
なお、標準物質が、常温かつ常圧で液体である物質である場合には、密閉された容器11の内部を常圧にしてもよいし、加圧にしてもよいが、常圧下が好ましい。この際、雰囲気ガスは、液体状態の標準物質に実質的に溶解しないガスとすればよく、窒素等にすればよい。
一方で、内部に充填される標準物質が、常温、常圧下で気体である液化ガス(冷媒)である場合には、容器11内部を加圧にし、標準物質の少なくとも一部が液体となるようにする。この場合、雰囲気ガスは、気体状態の液化ガスからなるようにすればよい。
In addition, when the standard substance is a substance that is liquid at normal temperature and normal pressure, the inside of the sealed
On the other hand, when the standard substance filled in is a liquefied gas (refrigerant) that is a gas at normal temperature and normal pressure, the inside of the
容器11内部において、毛細管13の一端13Xから毛細管13内部に入った液体(標準物質)は毛細管現象により上昇する。したがって、毛細管内部の液面と、容器内部の液面の差を液面検出手段14により検出し、その検出結果と、既知の表面張力により、検量線を作成する。なお、検量線の作成は、最小二乗法等の公知の方法により行えばよい。表1は、所定の温度(20℃)における各標準物質の既知の表面張力と、検出された液面差のデータの一例を示す。図7は、表1のデータから得られた検量線を示す。
Inside the
図7に示す検量線を用いれば、矢印線で示すように、測定対象の液体Lを容器12内部に充填したときに検出される液面差より、測定対象の液体Lの表面張力の値を読み取ることが可能である。
If the calibration curve shown in FIG. 7 is used, the surface tension value of the liquid L to be measured is calculated from the liquid level difference detected when the liquid L to be measured is filled into the
以上のように、本実施形態によれば、高圧下における液体の表面張力を測定することが可能になる。したがって、高圧下で液化する液化ガスや、液化ガスと液体との混合物の表面張力を測定することが可能になる。また、毛細管を使用することで正確に表面張力を測定しやすくなる。さらに、毛細管を複数並べることで、液面検出手段により毛細管内部の液面を検出しやすくなる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to measure the surface tension of a liquid under high pressure. Therefore, it becomes possible to measure the surface tension of the liquefied gas liquefied under high pressure or the mixture of the liquefied gas and the liquid. Moreover, it becomes easy to measure surface tension correctly by using a capillary tube. Furthermore, by arranging a plurality of capillaries, the liquid level inside the capillary can be easily detected by the liquid level detecting means.
次に、図8、9を用いて、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態においては、毛細管が保持されるホルダの形状が異なる。以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を説明し、その他の説明は省略する。また、図8以降において、第1の実施形態と同様の構成を有する部材に関しては、同じ符号を付す。なお、第2の実施形態は、流路を構成する毛細管が1本である例を図面に示して説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the shape of the holder for holding the capillary tube is different. Hereinafter, the second embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment, and other descriptions will be omitted. In FIG. 8 and subsequent figures, members having the same configuration as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In the second embodiment, an example in which the number of capillaries constituting the flow path is one will be described with reference to the drawings.
本実施形態の表面張力測定装置45において、毛細管13を保持するためのホルダ50は、容器11の下端側に配置された下部保持部51と、容器11の上端側に配置された上部保持部52から構成される。下部保持部51及び上部保持部52は、例えばゴム等の弾性部材からなり、容器11の内部に圧入されて、容器11の内周面の任意の位置に固定される。下部保持部51及び上部保持部52には、貫通保持孔51A、52Aがそれぞれ設けられる。なお、下部保持部51は、通常、容器11内部の液面LAよりも下方に配置される。毛細管13は、貫通保持孔51A、52Aを通すように配置されており、これにより、毛細管13は、一端13X,他端13Y側がホルダ50により保持される。
貫通保持孔51A,52Aの径は、毛細管13の外径よりも大きく、したがって、毛細管13は、容易に貫通保持孔51A,52Aを通すことが可能である。なお、貫通保持孔51A,52Aの径は、毛細管13の外径の1.1〜5倍が好ましく、1.5〜3.5倍がより好ましい。
In the surface
The diameters of the through-holding
本実施形態では、毛細管13内部の液面LBが、下部保持部51と下部保持部52の間に位置するように調整され、毛細管13内部の液面LBは、液面検出手段14により検出可能である。したがって、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、液面検出手段14により液面LBと、液面LAの液面差の長さを測定することで、表面張力を測定可能である。
In the present embodiment, the liquid level LB inside the capillary 13 is adjusted so as to be positioned between the lower holding
以上、本発明について実施形態を挙げて具体的に説明したが、本発明は、これら実施形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更が可能である。
具体的には、毛細管は、いずれの態様においても、単数であってもよいし、複数であってもよい。例えば、図1〜5に示すように、ホルダが、毛細管を前後から挟み込んで保持する第1及び第2の保持部を備えるような場合において、毛細管を1本にしてもよい。また、第2の実施形態のように、ホルダが毛細管の一端側、他端側をそれぞれ保持する下部保持部、上部保持部を備えるような場合において、毛細管を複数本にしてもよい。また、毛細管を容器内部に安定して配置できる限り、ホルダは省略してもよい。
The present invention has been specifically described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention. is there.
Specifically, the capillaries may be singular or plural in any aspect. For example, as shown in FIGS. 1 to 5, in the case where the holder includes first and second holding portions that sandwich and hold the capillary tube from the front and the back, the capillary tube may be single. Further, as in the second embodiment, in the case where the holder includes a lower holding part and an upper holding part for holding one end side and the other end side of the capillary tube, a plurality of capillaries may be provided. Further, the holder may be omitted as long as the capillary tube can be stably disposed inside the container.
また、毛細管が複数の場合、毛細管13は、線状に並べられる態様に限定されず、他の態様で並べられてもよく、例えば、図10に示すように、束状に並べられてもよい。束状に並べられることで、線状に複数並べた場合と同様に、合計幅が大きくなるので、毛細管13内部の液面の高さを検出しやすくなる。束状に並べられた毛細管13は、3本以上であれば限定されないが、3〜30本が好ましい。なお、毛細管13が束状である場合、ホルダの形状は特に限定されないが、第2の実施形態で示したように、ホルダが毛細管の一端側、他端側を保持する下部保持部、上部保持部を備えるものであったほうがよい。第2の実施形態に示した下部保持部、上部保持部を使用することで、束状にした毛細管は、ホルダにより保持しやすくなる。
また、束状にした複数の毛細管13は、接着剤等により接着して一体的なものとしてもよい。一体的にした束状の複数の毛細管13は、例えば、容器内部に立てやすくなるので、ホルダを省略しやすくなる。勿論、複数の毛細管13は、束状にするとき以外でも接着剤により接着して一体的にしてもよい。
Moreover, when there are a plurality of capillaries, the
The plurality of
毛細管は、第1及び第2の実施形態で示した円筒形以外の筒状形状であってもよい。具体的には、四角形筒状等の多角形筒状であってもよいし、楕円筒状、半円形状等であってもよい。さらに、図11に示すように、毛細管63は、筒状の管64の内部に、柱状部材65を配置した構成であってもよい。すなわち、毛細管により構成される流路は、断面環状であってもよい。この場合、図11に示すように、管64が円筒形であるとともに、柱状部材65が円柱形であり、流路が断面円環状であることが好ましいが、他の形状であってもよい。例えば、管64は、四角形筒状等の多角形筒状であってもよいし、楕円筒状等であってもよい。同様に、柱状部材65は、四角柱等の多角柱状であってもよいし、楕円柱等であってもよい。断面円形、円環状以外の形状とすると、液面が水平とならないが、液面の平均高さ等を算出すればよい。
流路が断面環状である場合、その流路の径方向に沿う長さDは、0.05〜1mmであることが好ましく、0.08〜0.5mmであることがより好ましい。また、管64は、その外径、内径がそれぞれ好ましくは0.5〜15mm、0.4〜10mmとなればよく、より好ましくは1〜10mm、0.7〜7mである。また、柱状部材65の外径は、好ましくは0.35〜9.5mm、より好ましくは0.6〜6mmである。
なお、毛細管の形状及び大きさは、以上の構成に限定されず、表面張力を利用した毛細管現象により、毛細管内を液体が上昇し、上記したように、毛細管内部の液面と、容器内部の液面の液面差を読み取れる程度の毛細管の形状と大きさならば特に限定されない。
The capillary tube may have a cylindrical shape other than the cylindrical shape shown in the first and second embodiments. Specifically, it may be a polygonal cylindrical shape such as a rectangular cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, a semicircular shape, or the like. Further, as shown in FIG. 11, the capillary 63 may have a configuration in which a
When the flow path has an annular cross section, the length D along the radial direction of the flow path is preferably 0.05 to 1 mm, and more preferably 0.08 to 0.5 mm. Further, the outer diameter and inner diameter of the
The shape and size of the capillary are not limited to the above configuration, and the liquid rises in the capillary due to the capillary phenomenon utilizing surface tension, and as described above, the liquid level inside the capillary and the inside of the container There is no particular limitation as long as the shape and size of the capillary tube can read the liquid level difference.
また、ホルダの形状も、上記したものに限定されず、様々な態様のものとしてもよい。例えば、第1の実施形態においては、第1の保持部のみに下部溝、及び上部溝が設けられたが、第2の保持部にも、第1の保持部と同様の下部溝、及び上部溝が設けられてもよい。また、例えば、ホルダは、第1及び第2の保持部、上部保持部及び下部保持部など、2つの部材から構成されるものに限らず、1つの部材から構成されてもよい。例えば、予め保持穴が形成された1つの部材からなる保持部に毛細管を挿入する構成としてもよい。 Further, the shape of the holder is not limited to the above-described shape, and may be various forms. For example, in the first embodiment, the lower groove and the upper groove are provided only in the first holding portion, but the lower groove and the upper portion similar to the first holding portion are provided in the second holding portion. A groove may be provided. In addition, for example, the holder is not limited to two members such as the first and second holding units, the upper holding unit, and the lower holding unit, and may be formed of one member. For example, it is good also as a structure which inserts a capillary in the holding part which consists of one member by which the holding hole was formed previously.
さらに、液面検出手段14は、上記したものに限定されず、光を利用して光学式のもので、上記したものとは別の方式のセンサを使用してもよい。例えば、液面LA、LBを検出するための第1及び第2の発光部を1つの発光部にし、第1及び第2の受光部を1つの受光部としてもよい。また、光学式以外の方式のセンサを使用してもよい。また、溶解度を測定する必要がない場合等には、圧力検出手段を省略してもよい。さらに、容器11内部の温度(すなわち、液体L及び雰囲気ガスGの温度)を一定にできる限り、恒温槽40を省略してもよい。
Further, the liquid
以上では、流路を構成する部材が、毛細管である態様を示したが、毛細管以外の部材により構成してもよい。具体的には、流路をなすスリットを1つ以上有するスリット部材により構成してもよい。なお、スリットとは、表面張力によりその内部を液体が上昇できるように、互いに近接して配置される一対の面の間に形成される流路を意味する。スリットを形成する一対の面は、鉛直方向に沿って設けられ、かつ互いに平行に配置される。スリットにより形成される流路は、毛細管のときと同様に、その一端が、容器内部の液体内部に、他端が容器内部の液面より上方に位置すればよい。 In the above description, the member constituting the flow path is a capillary. However, the member may be constituted by a member other than the capillary. Specifically, you may comprise by the slit member which has one or more slits which make a flow path. In addition, a slit means the flow path formed between a pair of surfaces arrange | positioned mutually close so that a liquid can raise the inside by surface tension. The pair of surfaces that form the slits are provided along the vertical direction and are arranged in parallel to each other. As in the case of a capillary tube, one end of the flow path formed by the slit may be positioned inside the liquid inside the container, and the other end may be positioned above the liquid level inside the container.
スリット部材の具体例を図12〜16に示す。図12、13に示すスリット部材70は、対向して配置される2つのスリット形成部71、71を有し、スリット形成部71、71の間にスリット73を形成する。スリット形成部71、71は、いずれも上下に長く、その上端、下端それぞれの間にスリット73により構成される流路の一端73X、他端73Yを形成する。スリット形成部71、71は、図12に示すように、板状部材であってもよいし、図13に示すように半円柱の部材であってもよいし、その他の形状を有してもよい。
Specific examples of the slit member are shown in FIGS. A
さらに、図14、15に示すように、複数の板状部材81を貼り合せて形成したスリット部材80であってもよい。この場合、少なくとも1枚の板状部材81は、他の板状部材81との貼り合せ面81Aの側縁部に凹陥部82を有し、凹陥部82によりスリット83が形成される。なお、図14では、凹陥部82が設けられるのは一方の側縁部であるが、図15に示すように、両側縁部に設けられてもよい。両側縁部に凹陥部82を設けることで、1つのスリット部材80にスリット83が複数形成される。また、図15に示すように、3枚以上の板状部材81を貼り合わせることでも、複数のスリット83を1つのスリット部材80に形成することが可能である。なお、板状部材81の下端、上端により各スリット83により構成される流路の一端83X,及び他端83Yが構成される。
Furthermore, as shown in FIGS. 14 and 15, a
また、図16に示すように、スリットは、スリット部材90に設けられた溝92により構成してもよい。溝92は、図16に示すように2つ以上設けてもよいが、1つであってもよい。溝92は、スリット部材90の側面から刻設され、かつその両端92X、92Yが、スリット部材90の下端面及び上端面において開口しており、それぞれ流路の一端及び他端を構成する。
Further, as shown in FIG. 16, the slit may be constituted by a
流路がスリットにより構成される場合も、容器内部の液面とスリット内部の液面の液面差が、2mm以上となることが好ましく、より好ましくは3〜150mmとなるように、スリットの形状及び大きさを選択すればよい。例えば、各スリットの間隔Wは,0.05〜0.5mmであることが好ましく、0.08〜0.3mmmmであることがより好ましい。なお、容器内に複数のスリットが設けられる場合、スリット内の液面の高さが同じとなるように、スリットの間隔Wは互いに同じとなる。また、各スリットの高さ(すなわち、流路の長さ)は、5〜50cmであることが好ましく、8〜20cmであることがより好ましい。 Even when the flow path is constituted by a slit, the shape of the slit is preferably such that the liquid level difference between the liquid level inside the container and the liquid level inside the slit is 2 mm or more, more preferably 3 to 150 mm. And the size may be selected. For example, the interval W between the slits is preferably 0.05 to 0.5 mm, and more preferably 0.08 to 0.3 mm mm. In addition, when a some slit is provided in a container, the space | interval W of a slit becomes the mutually same so that the height of the liquid level in a slit may become the same. In addition, the height of each slit (that is, the length of the flow path) is preferably 5 to 50 cm, and more preferably 8 to 20 cm.
スリット部材は、第1及び第2の実施形態と同様に、ホルダに保持された状態で容器内に配置されてもよいし、ホルダに保持されずに容器内部に配置されてもよい。例えば、図11に示すスリット部材を使用する場合には、ホルダは、例えば、容器の底面、及び内周面に設けられた嵌合溝を有し、かつ、スリット形成部71の側端部、及び下端部をその嵌合溝に嵌合する態様とすればよい。
流路をなす部材としてスリット部材を使用する場合も、その他の態様は、毛細管の場合と同様であり、容器内部の液面とスリット内部の液面の液面差を測定することで、表面張力を測定することが可能であり、さらに溶解度の測定も可能である。
Similarly to the first and second embodiments, the slit member may be arranged in the container while being held by the holder, or may be arranged inside the container without being held by the holder. For example, when the slit member shown in FIG. 11 is used, the holder has, for example, a fitting groove provided on the bottom surface and the inner peripheral surface of the container, and a side end portion of the
When the slit member is used as the member forming the flow path, the other aspects are the same as in the case of the capillary tube, and the surface tension is measured by measuring the liquid level difference between the liquid level inside the container and the liquid level inside the slit. The solubility can also be measured.
10、45 表面張力測定装置
11 容器
12 流路
13、63 毛細管
13X、73X、83X 一端
13Y、73Y、83Y 他端
13Z 中途部
14 液面検出手段
15 第1の液面検出センサ
16 第2の液面検出センサ
20、50 ホルダ
21 第1の保持部
22 第2の保持部
23、24 観察窓
25 下部溝
26 上部溝
40 恒温槽
51 下部保持部
52 上部保持部
70、80、90 スリット部材
73、83 スリット
82 凹陥部
92 溝
G 雰囲気ガス
L 液体
LA,LB 液面
W スリットの間隔
DESCRIPTION OF
Claims (12)
一端が前記容器内部の液体内部に、他端が前記容器内部の液面よりも上方に位置するように、前記容器の内部に配置され、かつ前記一端から内部に流入した前記液体を表面張力により上昇させる流路と、
前記容器内部の液面、及び前記流路内部の液面を検出する液面検出手段と
を備える表面張力測定装置。 A container for storing a liquid to be measured in a sealed state;
The liquid that has been placed inside the container so that one end is inside the liquid inside the container and the other end is located above the liquid level inside the container, and the liquid that has flowed into the inside from the one end by surface tension. A channel to be raised,
A surface tension measuring device comprising: a liquid level inside the container; and a liquid level detecting means for detecting a liquid level inside the flow path.
前記ホルダが、第1及び第2の保持部を備え、前記第1及び第2の保持部により前記毛細管を前後より挟み込んで保持する請求項4に記載の表面張力測定装置。 The flow path is constituted by a capillary tube,
The surface tension measuring device according to claim 4, wherein the holder includes first and second holding portions, and the capillary is sandwiched and held by the first and second holding portions from the front and rear.
前記ホルダが、前記容器の内周面に固定され、かつ前記容器の下端側、及び上端側それぞれに配置される下部保持部、及び上部保持部を備え、
前記下部保持部、及び上部保持部それぞれが、前記毛細管の一端側、及び他端側を保持する、請求項4に記載の表面張力測定装置。 The flow path is constituted by a capillary tube,
The holder is fixed to the inner peripheral surface of the container, and includes a lower holding part and an upper holding part arranged on the lower end side and the upper end side of the container,
The surface tension measuring device according to claim 4, wherein each of the lower holding part and the upper holding part holds one end side and the other end side of the capillary tube.
前記容器内部の液面と、前記流路内部の液面とを少なくとも検出し、前記液体の表面張力を測定する表面張力測定方法。 The liquid to be measured is filled inside the container in a sealed state, and flows into the container so that one end is located inside the liquid inside the container and the other end is located above the liquid level inside the container. Arranging a path, raising the liquid flowing into the inside from the one end by surface tension,
A surface tension measurement method for measuring a surface tension of the liquid by detecting at least a liquid level inside the container and a liquid level inside the flow path.
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