JP4781864B2 - 液体酸素検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却媒体などとして用いられる液体酸素の検知装置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。

本願発明者は、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はなされておらず、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装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕液体酸素検知装置において、液体酸素を導入可能な非磁性配管と、この非磁性配管の外周に配置される電源を有する電磁石と、前記非磁性配管を流れる液体酸素の流量に依存する自己インダクタンスを測定する自己インダクタンスの測定手段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装置において、前記自己インダクタンスの測定手段が、前記非磁性配管の近傍に配置される磁気センサおよびこの磁気センサに接続される検出器であることを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の液体酸素検知装置において、前記自己インダクタンスの測定手段が、前記非磁性配管の外周に配置される検出用のコイルと、この検出用のコイルの近傍に配置される磁気センサおよびこの磁気センサに接続される検出器であることを特徴とする。

〔４〕液体酸素検知装置において、液体酸素を導入可能な非磁性配管と、この非磁性配管の外周に配置され、起磁力が異なるように構成される一対のコイルを有する電源を有する電磁石と、この電磁石の対向する空間の垂直方向に配置される磁気センサおよびこの磁気センサに接続される検出器とを具備することを特徴とする。

〔５〕上記〔４〕記載の液体酸素検知装置において、前記磁気センサの背後にキャンセルコイルを配置することを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載の液体酸素検知装置において、前記キャンセルコイルにはファンクションジェネレータを接続することを特徴とする。

〔７〕上記〔４〕、〔５〕又は〔６〕記載の液体酸素検知装置において、前記電磁石を覆うとともに、前記磁気センサと対向する部位に開口を有するシールド円筒体を配置することを特徴とする。

〔８〕液体酸素検知装置において、液体酸素を導入可能な非磁性配管と、この非磁性配管の外周に配置され、外部の磁気発生装置により磁場を与えられるコイルと、前記液体酸素の流量に依存する前記コイルの自己インダクタンスを測定する起電力を検出する手段とを具備することを特徴とする。

〔９〕上記〔８〕記載の液体酸素検知装置において、前記コイルに検出用コイルを接続し、前記検出用コイルからの磁場を検出する磁場検出手段を具備することを特徴とする。

本発明によれば、液体酸素の検知を、簡便、安全かつ容易に行うことができる。

本発明の液体酸素検知装置は、液体酸素を導入可能な非磁性配管と、この非磁性配管の外周に配置される電源を有する電磁石と、前記非磁性配管を流れる液体酸素の流量に依存する自己インダクタンスを測定する自己インダクタンスの測定手段とを具備する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
液体酸素検知装置
図１は本発明の第１実施例を示す液体酸素の検知装置の模式図である。

この図において、１は液体酸素２が流れる非磁性配管、例えば、テフロン、銅、ステンレススチールＳＵＳなど、３はその非磁性配管１の外周に配置されるコイル４を有する電磁石（ソレノイド）、５は電磁石３に接続される電源、６はその電磁石３のコイル４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２を電磁石（ソレノイド）３中に通過させる。

そこで、電磁石（ソレノイド）３内に何もない、つまり、液体酸素２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Ｘは、３．４６×１０^-3 である。

ここで、液体酸素２が流路断面積Ｓ１で流れており、電磁石（ソレノイド）３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２の量によって電磁石（ソレノイド）３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２の流量が把握できる。

その測定方法としては、
（１）自己インダクタンスＬを直接測る方法（ブリッジ法）
（２）電磁石（ソレノイド）に電流を通して磁場を測定する方法などが考えられる。

上記（２）については、少し離れた場所で高感度磁気センサー（ＳＱＵＩＤ、フラックスゲート、ホール素子等）で測定する方法が考えられる。センサー部にもコイルをおいて磁場を増大させることも考えられる。

図２は本発明の第２実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。

この図において、１１は液体酸素１２が流れる非磁性配管、１３はその非磁性配管１１の外周に配置されるコイル１４を有する電磁石、１５は電磁石１３に接続される電源、１６は液体酸素１２が流れる非磁性配管１１の近傍に配置される磁気センサ、１７はその磁気センサ１６に接続される検出器である。

この実施例では、非磁性配管１１を流れる液体酸素１２を直接測ることができる。

図３は本発明の第３実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。

この図において、２１は液体酸素２２が流れる非磁性配管、２３はその非磁性配管２１の外周に配置されるコイル２４を有する電磁石、２５は電磁石２３に接続される電源、２６は液体酸素２２が流れる非磁性配管２１の外周に配置される検出用コイル、２７はその検出用コイル２６の近傍に配置される磁気センサ、２８はその磁気センサ２７に接続される検出器である。

この実施例では、検出用コイル２６を介在させることにより、磁場を増大させて非磁性配管２１を流れる液体酸素２２を測ることができる。

図４は本発明の第４実施例を示す液体酸素検知装置の模式図、図５はその磁場の印加状況を示す模式図である。

これらの図において、液体酸素３２が流れる非磁性配管３１と、非磁性配管３１の外周に配置される、コイル３４を有する電磁石３３と、これに対になったコイル３６を有する電磁石３５との一対を配置し、それぞれに電源３７，３８を備えている。一対の電磁石３３と３５が対向する部位の垂直方向に磁気センサ３９を配置し、この磁気センサ３９には検出器４０が接続されている。

そこで、図５に示すように、電磁石３３の起磁力が電磁石３５の起磁力より大きくなるように設計すると、磁気センサ３９には電磁石３３の起磁力と電磁石３５の起磁力の差分が付与されることになる。電磁石３３の起磁力と電磁石３５の起磁力に差を持たせるためには、例えば、電源３７と３８が同じ出力を有する場合には電磁石３３と電磁石３５とのコイルの巻数を変える。また、その巻数を変えない場合には、電源３７と３８との出力を変えるようにすればよい。

図６は本発明の第５実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。

この実施例においては、電磁石３３と電磁石３５とはシールド円筒体４１で覆うようにし、このシールド円筒体４１の電磁石３３と電磁石３５が対向する部位の垂直方向（ここでは、上方向）には開口４２が形成され、この開口４２の上方に磁気センサ４３とそれに接続される検出器４４を配置する。また、その磁気センサ４３の上方にはキャンセルコイル４５を配置し、そのキャンセルコイル４５にはファンクションジェネレータ４６を接続するようにしている。

このように、起磁力の異なる一対の電磁石３４と３６で磁気センサ４３には磁場を差動的に印加するようにしたので、開口部４２からの磁場は磁気センサ４３で検出されるとともに、漏れ磁場はキャンセルコイル４５でキャンセルすることにより、漏れ磁場を補償するようにしている。

図７は本発明の第６実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。

この実施例においては、液体酸素５２が流れる非磁性配管５１と、非磁性配管５１の外周に配置される、コイル５３と、このコイル５３の近傍には磁場発生用永久磁石又は電磁石（外部に配置される磁場発生装置）５４を配置する。そのコイル５３には自己インダクタンスを計測する測定器５５を接続する。

そこで、磁場発生用永久磁石又は電磁石５４によって第１のコイル５３には予め磁場が発生している。その磁場が発生している第１のコイル５３内を流れていた液体酸素５２が、例えば、流れなくなると、第１のコイル５３内の磁束密度が変化し、第１のコイル５３の自己インダクタンスが変化する。この自己インダクタンスの変化を自己インダクタンスを計測する測定器５５で検出することができる。

図８は本発明の第７実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。

この実施例においては、液体酸素５２が流れる非磁性配管５１と、非磁性配管５１の外周に配置される、コイル５３と、このコイル５３の近傍には磁場発生用永久磁石又は電磁石（外部に配置される磁場発生装置）５４を配置する。コイル５３には検出用コイル５６を接続する。その検出用コイル５６の近傍には磁気センサ５７を配置し、その磁気センサ５７には検出器５８を接続するようにしている。

そこで、磁場発生用永久磁石又は電磁石５４によってコイル５３には予め磁場が発生している。その磁場が発生しているコイル５３内を流れていた液体酸素５２が、例えば、流れなくなると、コイル５３内の磁束密度が変化し、コイル５３に起電力が生じる。すると、コイル５３に接続されている検出用コイル５６にも磁場が発生する。その磁場を磁気センサ５７と検出器５８で検出することにより、液体酸素５２が流れなくなったことを検知することができる。

このように構成したので、外部環境に作用されることなく、正確な液体酸素の検出を行うことができる。また、検出用コイル５６は遠隔位置に配置できるので、安全な場所で監視することができる。

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装置は、簡便、安全かつ容易に取り扱うことができる液体酸素検知装置として利用可能である。

本発明の第１実施例を示す液体酸素の検知装置の模式図である。 本発明の第２実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。 本発明の第３実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。 本発明の第４実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。 本発明の第４実施例を示す液体酸素検知装置の磁場の印加状況を示す模式図である。 本発明の第５実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。 本発明の第６実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。 本発明の第７実施例を示す液体酸素検知装置の模式図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，５１ 非磁性配管
２，１２，２２，３２，５２ 液体酸素
３，１３，２３，３３，３５ 電磁石（ソレノイド）
４，１４，２４，３４，３６ コイル
５，１５，２５，３７，３８ 電磁石に接続される電源
６，５５ 測定器
１６，２７，３９，４３，５７ 磁気センサ
１７，２８，４０，４４，５８ 検出器
２６，５６ 検出用コイル
４１ シールド円筒体
４２ 開口
４５ キャンセルコイル
４６ ファンクションジェネレータ
５３ コイル
５４ 磁場発生用永久磁石又は電磁石

Claims (9)

1. （ａ）液体酸素を導入可能な非磁性配管と、
   （ｂ）該非磁性配管の外周に配置される電源を有する電磁石と、
   （ｃ）前記非磁性配管を流れる液体酸素の流量に依存する自己インダクタンスを測定する自己インダクタンスの測定手段とを具備することを特徴とする液体酸素検知装置。
2. 請求項１記載の液体酸素検知装置において、前記自己インダクタンスの測定手段が、前記非磁性配管の近傍に配置される磁気センサおよび該磁気センサに接続される検出器であることを特徴とする液体酸素検知装置。
3. 請求項１記載の液体酸素検知装置において、前記自己インダクタンスの測定手段が、前記非磁性配管の外周に配置される検出用のコイルと、該検出用のコイルの近傍に配置される磁気センサおよび該磁気センサに接続される検出器であることを特徴とする液体酸素検知装置。
4. （ａ）液体酸素を導入可能な非磁性配管と、
   （ｂ）該非磁性配管の外周に配置され、起磁力が異なるように構成される一対のコイルを有する電源を有する電磁石と、
   （ｃ）該電磁石の対向する空間の垂直方向に配置される磁気センサおよび該磁気センサに接続される検出器とを具備することを特徴とする液体酸素検知装置。
5. 請求項４記載の液体酸素検知装置において、前記磁気センサの背後にキャンセルコイルを配置することを特徴とする液体酸素検知装置。
6. 請求項５記載の液体酸素検知装置において、前記キャンセルコイルにはファンクションジェネレータを接続することを特徴とする液体酸素検知装置。
7. 請求項４、５又は６記載の液体酸素検知装置において、前記電磁石を覆うとともに、前記磁気センサと対向する部位に開口を有するシールド円筒体を配置することを特徴とする液体酸素検知装置。
8. （ａ）液体酸素を導入可能な非磁性配管と、
   （ｂ）該非磁性配管の外周に配置され、外部の磁気発生装置により磁場を与えられるコイルと、
   （ｃ）前記液体酸素の流量に依存する前記コイルの自己インダクタンスを測定する手段とを具備することを特徴とする液体酸素検知装置。
9. 請求項８記載の液体酸素検知装置において、前記コイルに検出用コイルを接続し、前記検出用コイルからの磁場を検出する磁場検出手段を具備することを特徴とする液体酸素検知装置。

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