JP4969908B2 - 液体水素液面センサー素子 - Google Patents
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Description
X=1、かつ、Y=1.2〜1.9もしくは2.1〜2.8
または、
Y=2、かつ、X=0.4〜0.9もしくは1.1〜1.8
このように調整することにより、液体水素の液面レベルを精度よく測定するために臨界温度を好ましい領域に調整することが出来る。好ましい臨界温度は21K〜31Kの範囲内である。これは、正確な計測を行うには、常電導を示す部分と超電導を示す部分との境界が明確なことが液面レベルの測定精度の点で好適であるためである。
電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムをモル比10:5:5:0.1で含む混合塩を調整した。混合塩を不活性ガス(Ar)雰囲気下で600℃に加熱し溶融塩とした。攪拌により均質に保たれた溶融塩に直径0.1mm程度の鉄線と直径1mm程度のグラファイト棒を挿入した。鉄線およびグラファイト棒をそれぞれ直流電源の陰極および陽極に接続し、両極間に3.5〜4Vの直流電圧を印加、10分間保持することにより、溶融塩に浸漬した鉄線表面はMgB2を含む膜厚0.01mm程度の皮膜で被覆された。鉄線を溶融塩から取り出し、室温まで冷却した後、メタノールにて洗浄した。得られたセンサー素子線の断面を光学顕微鏡により観察したところ、金属芯の表面全体にMgB2の薄膜が形成されていた。金属芯とMgB2の薄膜を合わせた線径を見積もった結果、0.11mmであった。このうち、金属芯の線径は約0.09mmであった。図5に作製した液化ガス液面センサー素子の電気抵抗の温度依存性を示す。作製した液化ガス液面センサー素子の電気抵抗は、温度300Kのとき2.7Ω、温度40Kのとき2.2Ωであった。温度300Kと40Kでの電気抵抗の変化比率を算出すると、1-(2.2×10-3/2.7×10-3)=0.186であり、常電導状態における電気抵抗の温度依存性が少なく、液化ガス液面センサー素子として良好な電気抵抗特性を有することが確認された。零磁場の条件下で、センサー素子の両端部から1mAの電流を掃引したまま電気抵抗を測定した。超電導へ遷移する温度は、29.9Kであった。
金属芯として線径が0.10〜0.12mmのインコネル線を用い、MgB超電導層の膜厚が0.05mm程度となるように電気メッキ条件を調整したこと以外は、参考例1と同様の条件で電気メッキ法により液化ガス液面センサー素子を作製した。温度300Kと40Kの電気抵抗率を測定したところ、300Kの電気抵抗率は140Ω・cm、40Kの電気抵抗率は130Ω・cmだった。これらの値から1-(ρ(40K)/ρ(300K))=0.07と算出された。作製されたセンサー素子を液体水素が充填されたガラスデュワーに入れ、10秒後の液面高さの目視による計測値とセンサー素子の計測値を比較したところ、センサー素子の計測値と実測の液面レベルとの誤差は3%以下であった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は21Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の8%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.5になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は25Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.7になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は28Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の11%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.9になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は30Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の14%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.1になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は31Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の12%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.5になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は26Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の11%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.8になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は21Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の7%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.4:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は21Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の5%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.7:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は27Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、実施例13と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.9:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は31Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の12%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.1:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は30Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の14%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.4:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は26Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.6:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は24Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の10%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.8:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は22Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子に関し、参考例2と同様にして測定誤差を求めたところ、センサー素子による測定の誤差は目視による計測値の8%だった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:0.8になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は19Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:1.0になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は20Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1:2.9になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は19Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが0.3:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は19Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが1.9:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は20Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
マグネシウムとホウ素の2元化合物をMgXBYとしそのモル比X:Yが2.0:2になるように、電気メッキ法による液化ガス液面センサー素子を作製時の塩化マグネシウム・塩化ナトリウム・塩化カリウム・ホウ酸マグネシウムの配合を調整して、参考例1と同様にして液化ガス液面センサー素子を作製した。得られた化合物MgXBYの超電導臨界温度は15Kだった。得られた液化ガス液面センサー素子を用いて液面計測を試みたが、臨界温度が低すぎたため、計測環境では超電導遷移が生じず、液面計測は不可能であった。
X=1、かつ、Y=1.2〜1.9もしくは2.1〜2.8
Y=2、かつ、X=0.4〜0.9もしくは1.1〜1.8
とすることにより、より精度の高い液面レベルの計測が可能になることがわかった。
図6に本実施例における同軸状液化ガス液面センサー素子を用いた液化ガスの液面計測システムを示す。本実施例では液化ガス液面センサー素子の下端部は短絡されており、図7に示すような円柱単層構造の液化ガス液面センサー素子である。容器内の液化ガス22の液面と垂直に多層構造のセンサー素子を挿入し、直流電流源18から適当な電流を流し、その電気抵抗から液面レベル23を計測した。基本特性は図1に示す構成のセンサー素子と変わらないが、センサー素子下端部からの電流リード線20や電圧リード線21の引き回しがなくなり、配線が簡素化された。また、センサー素子下端から上端へ引き上げる際に断線する確率も激減した。
燃料電池搭載車両に水素を供給する水素ステーションの水素導入ラインおよび水素供給ラインに、本願発明の液化ガス液面センサー素子を導入した。図8は、本願発明における燃料電池搭載車両に供給するための水素導入ラインおよび水素供給ライン、水素ステーションの概念図である。実際には必要な特性を得るための工夫がなされており、そのための具体的な構成を有している。
2 MgB超電導層
3 金属芯
4 MgB超電導層
5 金属芯
6 MgB超電導層
7 液化ガス液面センサー素子
8 直流電流源
9 直流電圧計
10 電流リード線
11 電圧リード線
12 液化ガス
13 液化ガス液面レベル
17 液化ガス液面センサー素子
18 直流電流源
19 直流電圧計
20 電流リード線
21 電圧リード線
22 液化ガス
23 液面レベル
24 金属芯
25 MgB超電導層
26 水素供給源
27 固定式あるいは移動式水素ステーション
28 燃料電池搭載車両
Claims (10)
- 金属からなる線状導体の表面の全体または一部に、マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層が長手方向に連続的に配設されており、液面計測時にマグネシウムとホウ素の化合物の液中浸漬部が超電導状態となっており、マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層がマグネシウムとホウ素の2元化合物からなり、MgとBのモル比が、Mg:B=X:Yとして、X=1、Y=1.2〜1.9もしくは2.1〜2.8の範囲内であり、かつ臨界温度が21K〜31Kであることを特徴とする液体水素液面センサー素子。
- 金属からなる線状導体の表面の全体または一部に、マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層が長手方向に連続的に配設されており、液面計測時にマグネシウムとホウ素の化合物の液中浸漬部が超電導状態となっており、マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層がマグネシウムとホウ素の2元化合物からなり、MgとBのモル比が、Mg:B=X:Yとして、Y=2、X=0.4〜0.9もしくは1.1〜1.8の範囲内であり、かつ臨界温度が21K〜31Kであることを特徴とする液体水素液面センサー素子。
- 液体水素液面センサー素子の形状を円柱とした場合における円柱の直径が0.04mm〜0.2mmの範囲内であることを特徴とする請求項1または2に記載の液体水素液面センサー素子。
- 線状導体の表面に配設されたマグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層の常電導時の電気抵抗率が、線状導体の電気抵抗率の5倍〜100倍の範囲内であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の液体水素液面センサー素子。
- 液体水素液面センサー素子の温度300Kでの電気抵抗率をρ(300K)、温度40Kでの電気抵抗率をρ(40K)としたとき、1-(ρ(40K)/ρ(300K))の値が0.5以下であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の液体水素液面センサー素子。
- 表面に樹脂が塗布されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の液体水素液面センサー素子。
- マグネシウムとホウ素を含む超電導化合物層と金属が、同軸状に積層された多層構造を形成し、超電導化合物層同士が片端で短絡していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の液体水素液面センサー素子。
- 請求項1から7のいずれかに記載のセンサー素子を具有していることを特徴とする液体水素液面センサー。
- 燃料電池搭載車両に水素を供給するための水素ステーションで稼動される液体水素液面センサーであって、センサー素子が、水素導入源から水素ステーションへ水素を導入する導入ラインと、水素ステーションから燃料電池搭載車両へ水素を供給する供給ラインに具備され、ライン内の液体水素の流量を定量することを特徴とする請求項8に記載の水素ステーション対応型液体水素液面センサー。
- 請求項1から7のいずれかに記載の液体水素液面センサー素子の製造方法であって、金属からなる線状導体の表面の全体または一部に、マグネシウムとホウ素を含む化合物超電導層を、電気メッキ法により配設することを特徴とする液体水素液面センサー素子の製造方法。
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