JPH08159943A - 流体の溶存ガス量の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体の溶存ガス量の測定方法に関し、作業効
率を向上させるとともに、高い精度の測定値を得られる
ようにした流体の溶存ガス量の測定方法を提供すること
を目的とする。 【構成】 ガスの溶存する被検流体の物理量（密度）
を、該被検流体に対するガス抜き処理の前後にそれぞれ
測定し、該測定結果に基づいて溶存ガスによる被検流体
の体積膨張率を算出し、予め実験的に求められた体積膨
張率と溶存ガス量との関係に基づいて溶存ガス量を算出
するようにし、該体積膨張率と溶存ガス量との既定の関
係に基づいて溶存ガス量を算出するようにしているの
で、気体よりも取扱いが容易な流体を測定対象とするよ
うにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、流体の溶存ガス量の
測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体中に溶存するガス量の測定は、産業
上幅広い分野において実施されており、特にビールや清
涼飲料水中の溶存炭酸ガス量は味覚に大きな影響を及ぼ
すことから、製造工程中に下記のような溶存炭酸ガス量
の測定検査が実施されている。

【０００３】すなわち、図７は清涼飲料水中の溶存炭酸
ガス量の測定方法を示す概念図である。図７(a) に示す
ように、被検流体Ｓを収容した気密容器８１を、所定の
温度調整がなされた恒温水槽Ｈに、該恒温水槽Ｈと気密
容器８１とが熱平衡状態に達するまで放置する。

【０００４】この後、上記熱平衡状態に達した時点で恒
温水槽Ｈより気密容器８１を取り出し、図７(b) に示す
ように、該気密容器８１上面を針８２で穿孔する。この
針８２の基端部側には大気開放用コック８４を備える圧
力計８３が接続されており、上記針８２による穿孔後、
一旦大気開放用コック８４を開放し、内部圧力を零にし
た後、素早く大気開放用コック８４を閉鎖する。さらに
この状態で、気密容器８１に振動を加える等の操作によ
って、被検流体Ｓに溶存する炭酸ガスを発泡させるガス
抜き処理を行う。

【０００５】これによって、該気密容器８１の内圧が徐
々に上昇する一方、やがて該内圧と被検流体Ｓ中の炭酸
ガス分圧とが平衡する飽和点に達し、該内圧の上昇が停
止することになり、このときの圧力計８３の指示する値
を記録する。

【０００６】さらに上記針８２を取り外し、気密容器８
１を開栓して被検流体Ｓの温度を測定し、この温度と上
記圧力計８３の指示値とに基づいて被検流体Ｓの溶存炭
酸ガス量を算出するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の測定方法によれば、上記ガス抜き処理の際に測定作
業者が気密容器８１を手で持ち、しかも充分に振動を加
えなければならず、作業性が良好とはいい難かった。

【０００８】また、上記圧力計８２の被検流体Ｓに溶存
する炭酸ガスが飽和点に達したか否かは、圧力計８２の
指示値の変化が停止した時点を基準に判断されることに
なり、該判断が測定作業者の個人差に大きく左右され、
測定値の信頼性に乏しいことも指摘されている。

【０００９】本発明は上記従来の事情に鑑みて提案され
たものであって、作業効率を向上させるとともに、高い
精度の測定値を得られるようにした流体の溶存ガス量の
測定方法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は以下の手段を採用する。すなわち、図１に
示すように、ガスの溶存する被検流体の物理量を、該被
検流体に対するガス抜き処理の前後にそれぞれ測定し、
該測定結果に基づいて溶存ガスによる被検流体の体積膨
張率を算出し、予め実験的に求められた体積膨張率と溶
存ガス量との関係に基づいて溶存ガス量を算出するよう
にした流体の溶存ガス量の測定方法である。

【００１１】上記被検流体の物理量としては、被検流体
の密度を採用することができ、該密度測定の完了後に、
ガス抜き処理前の被検流体の溶存ガス量を仮定した仮定
ガス量と、該仮定ガス量及び上記測定済の密度に基づく
下記のステップ１乃至３を経て算出される算出ガス量と
を比較し、両者の差が、所定値以下となるときの算出ガ
ス量を真の溶存ガス量として採用するものとする。

【００１２】すなわち、上記仮定ガス量とガス抜き処理
後の被検流体の密度とに基づいて該溶存ガスによる被検
流体の体積膨張率がないものと仮想して、被検流体の仮
想密度を算出するステップ１と、上記仮想密度と上記ガ
ス抜き処理前の被検流体の密度との比より体積膨張率を
算出するステップ２と、上記体積膨張率より算出ガス量
を算出するステップ３とを経る。

【００１３】

【作用】上記構成においては、図１に示すように、ガス
抜き処理前の被検流体の物理量ｄ1 と該処理後の被検流
体の物理量ｄ2 とに基づいて、溶存ガスによる被検流体
の体積膨張率ｋを算出し、該体積膨張率ｋと溶存ガス量
ＧＶとの比例関係に基づいて溶存ガス量ＧＶを算出する
ようにしているので、気体よりも取扱いが容易な流体を
測定対象とすることができる。

【００１４】尚、上記物理量としては体積膨張率ｋが算
出できればよく、例えば、被検流体の体積を上記のよう
にガス抜き処理前後で測定し、その比をとることによ
り、直ちに体積膨張率を求めることも可能ではあるが、
ガス抜き処理の前後における密度を採用することによ
り、極めて迅速でしかも高精度の測定が可能となる。さ
らに密度の測定方法として、高精度の測定が可能な振動
式密度計を採用することにより、測定精度はもとより作
業性も著しく向上する。

【００１５】上記被検流体の密度を測定対象とした場
合、下記のような一連のステップを経て溶存ガス量を算
出することができる。一般に流体にガスを溶解させた場
合、ガスの溶存する流体の質量は元の流体の質量よりも
当然増加するが、その一方で該ガス溶解後の流体の体積
もまた増加する。従って、上記ガス抜き処理前後の被検
流体の密度は、溶存ガスが除去されることによる同処理
前の密度からの減少分と、同じく体積が収縮することに
よる増加分とを反映した値として測定されることにな
り、例えば単純に上記両密度の比をとったところで真の
体積膨張率を求めることはできない。

【００１６】そこで、本発明では図２及び図３に示すよ
うに、仮定ガス量ＧＶ0 を設定し、該仮定ガス量ＧＶ0
が被検流体に溶存し、しかも該溶存によっても体積の膨
張が発生しないものと仮想したときの仮想密度ρ3 を、
ガス抜き処理後の被検流体の密度ρ2 に基づいて所定関
係式ｆ（ＧＶ0 ，ρ2 ）より算出する。このようにして
算出された仮想密度ρ3 と上記ガス抜き処理前の被検流
体の密度ρ1 との比より体積膨張率ｋを算出し、さらに
予め実験的に求められた体積膨張率と溶存ガス量との関
係より算出ガス量ＧＶc を求め、該算出ガス量ＧＶc の
適否を上記仮定ガス量ＧＶ0 との比較において判断する
ようにし、該算出ガス量ＧＶc と仮定ガス量ＧＶ0 との
差δが所定値ε以上であれば、再度新たな仮定ガス量を
設定し、上記ステップを繰り返すようにしている。

【００１７】

【実施例】図６は本発明の測定基準となる溶存ガス量と
該溶存ガス量の下での流体の体積膨張率との関係を示す
グラフである。尚、図６に示す例では、被検流体とそれ
に溶存するガスはそれぞれ清涼飲料水、炭酸ガスとして
いる。従って、清涼飲料水には糖分や着色料が含有され
る以外は炭酸ガスと反応する物質は全く含有されないこ
とが前提となる。

【００１８】図６に示す回帰直線Ｌは、横軸に体積膨張
率ｋ、縦軸に溶存ガス量ＧＶをとった座標平面上に下記
表１に示す製品Ｃ１〜Ｃ５（各製品毎に糖分や着色料の
配合は異なる）について従来方法による測定結果をプロ
ットされた測定点Ｍ１〜Ｍ５に基づいて設定したもので
ある。

【００１９】尚、上記各試料Ｃ１〜Ｃ５の体積膨張率ｋ
は、ガス抜き処理前の密度ρ1 と、表記の溶存ガス量Ｇ
Ｖが被検流体に溶存し、しかも該溶存によっても体積の
膨張が発生しないものと仮想したときの仮想密度ρ3 と
の比（ρ3 ／ρ1 ）によって算出される値である。

【００２０】図６に示すように、各測定点Ｍ１〜Ｍ５
は、上記座標平面上において原点を通過する比例定数α
の回帰直線Ｌ〔ＧＶ＝α（ｋ−１）〕上にほぼ並列する
ことになり、体積膨張率はほぼ完全に炭酸ガスの溶存量
に比例する。しかも、この例では該清涼飲料水の製品種
別（組成）に関わらず、全く同じ比例定数を以て上記比
例関係が維持されていることが明らかとなった。

【００２１】

【表１】

【００２２】尚、上記表１に示す密度は、温度５℃の下
で被検流体に４．５kgf/cm² の圧力を加えつつ測定を行
っている。以下、上記図６に示すような溶存ガス量と該
溶存ガス量の下での流体の体積膨張率との関係に基づい
て清涼飲料水に溶存する炭酸ガス量の測定を行った実施
例について詳細に説明する。

【００２３】図２は本発明に係る実施例の手順を示すフ
ロー図であり、図３は該手順を実施する演算手段の機能
ブロック図であり、図４は同じく測定装置の機能ブロッ
ク図であり、図５は該実施例で用いる振動式密度計の要
部構成図である。

【００２４】図４に示すように、被検流体としての清涼
飲料水１１を収容した缶１の上面には長短２本の中空プ
ローブ７，８が穿刺されている。該一方の中空プローブ
８は、その先端部を缶１内の液面高さよりも深く挿入さ
れるとともに、その基端部が後述する構成の振動式密度
計２に接続される。また他方の中空プローブ７はその先
端部を缶１内の上部空間に留めるとともに、その基端部
が開閉弁Ｖ4 を備える通風管７１を通じて加圧装置４に
接続されている。

【００２５】上記一方の中空プローブ８と振動式密度計
２間の経路は２基の三方弁Ｖ2 ，Ｖ3 をそれぞれ分岐
点、合流点とする第１導管５及び第２導管６で構成さ
れ、このうち第２導管６には導入された清涼飲料水１１
に振動や衝撃を加え、ガス抜き処理を行うようにした脱
泡装置３が配設されている。

【００２６】上記振動式密度計２は、図５に示すよう
に、Ｕ字形の振動セル１２と、該振動セル１２の基端部
を固定する支持管１４とを備え、上記振動セル１２の一
方の開口端は上記経路の末端に接続される一方、他方の
開口端は開閉弁Ｖ1 を備え、測定の完了した清涼飲料水
１１を排出する排出管１２ｂに接続される。また、該振
動セル１２の先端部には磁石１３が固定され、該磁石１
３に対向する位置に駆動部３１と検出部３２を内蔵した
ヘッド３が配置され、さらにその近傍には温度センサ４
１が配置されている。

【００２７】また、支持管１４の内部空間を所定の基準
温度に保持するために、恒温媒体２１及びそのさらに外
面に積層された断熱材２３が該支持管１４を囲撓し、さ
らに該恒温媒体２１中にも温度センサ４２が配置されて
おり、上記温度センサ４１の出力に基づいて温度センサ
４２の出力を参照しながら恒温媒体２１の温度制御が行
われるようにしている。

【００２８】上記振動式密度計２による密度測定を行う
には、図示しない制御装置より駆動電流を駆動部３１に
入力することによって、上記磁石１３に電磁力を作用さ
せ、被検流体を充填した振動セル１２を振動駆動させ、
このときの固有振動周期を検出部３２で検出し、該固有
振動周期に基づいて振動セル１２内の被検流体の密度を
測定するようにしている。

【００２９】上記のような構成の測定装置による測定を
開始するには、まず、開閉弁Ｖ1 ，Ｖ2 を開放するとと
もに、加圧装置４を始動し、該加圧装置４より缶１内の
上部空間に供給される空気圧によって清涼飲料水１１は
中空プローブ８を上昇する。尚、該加圧装置４は以下の
密度測定が完了するまで稼働し続けるものとする。

【００３０】また、上記加圧装置４の始動前には、上記
２基の三方弁Ｖ2 ，Ｖ3 は、共に第２導管を閉鎖するよ
うにセットされ、これによって清涼飲料水１１は振動式
密度計２内の振動セル１２を通過して排出管１２ｂの先
端部にまで到達し、第１導管、振動セル１２、及び排出
管１２ｂの全てに清涼飲料水１１が充填されるようにな
る。

【００３１】この後も引き続き加圧装置４を稼働させる
一方、上記バルブＶ1 を閉弁するようにし、振動セル１
２内の清涼飲料水１１が一定の圧力で加圧され、溶存す
る炭酸ガスによる気泡が生じない状態にした上で、上記
振動式密度計２を上記のように作動させ、後述するガス
抜き処理前の初期密度ρ1 を測定する（図２：Ｓ１）。
上記密度測定が完了すると、上記２基の三方弁Ｖ2 ，
Ｖ3 を、共に第１導管５を閉鎖するように切り換えると
ともに、バルブＶ1 を開弁し、さらに脱泡装置３を始動
させる。

【００３２】該脱泡装置３においては一時的に清涼飲料
水１１を貯溜した上で減圧若しくは攪拌するなどの操作
によるガス抜き処理が清涼飲料水１１に施されるように
しており、上記三方弁Ｖ2 ，Ｖ3 の切換によって、上記
ガス抜き処理後の清涼飲料水１１が第２導管６を通じて
振動式密度計２内の振動セル１２に流入することにな
る。これによって上記脱泡装置３から振動セル１２への
流入開始時から所定の時間差をおいて再びバルブＶ1 を
閉弁することにより、ガス抜き処理後の清涼飲料水１１
がガス抜き処理前の清涼飲料水１１と同じ圧力で振動セ
ル１２に充填され（図２：Ｓ２）、この状態で振動式密
度計２を作動させ、該ガス抜き処理後の清涼飲料水１１
の密度ρ2 を測定する（図２：Ｓ３）。

【００３３】以上のようにして測定されたガス抜き処理
前後の清涼飲料水１１の密度ρ1 、ρ2 に基づいてガス
抜き処理前の清涼飲料水１１の溶存ガス量を算出するた
めには、図３に示すような構成の演算手段が用いられ
る。

【００３４】まず図３に示すように、仮定値設定手段５
１において、ガス抜き処理前の被検流体の溶存ガス量を
仮定ガス量ＧＶ0 として仮定し、該仮定ガス量ＧＶ0 が
上記振動式密度計２で測定された得られたガス抜き処理
後の密度ρ2 とともに仮想密度算出手段５２に入力され
る（図２：Ｓ４）。

【００３５】この仮想密度算出手段５２では、上記仮定
ガス量ＧＶ0 を以て清涼飲料水１１中に炭酸ガスが溶存
し、なおかつ該溶存する炭酸ガスによる体積膨張がない
ものと仮想したときの清涼飲料水１１の仮想密度ρ3
が、上記仮定ガス量ＧＶ0 及び密度ρ2 による所定の関
係式ｆ（ＧＶ0 ，ρ2 ）の演算によって算出される（図
２：Ｓ５）。

【００３６】このような仮想密度ρ3 を求める背景に
は、流体にガスを溶解させた場合、ガスの溶存する流体
の質量は元の流体の質量よりも増加する一方で、該ガス
溶解後の流体の体積もまた増加する事実がある。このた
め、上記ガス抜き処理前の被検流体の密度は、溶存ガス
が除去されることによる同処理前の密度からの減少分
と、同じく体積が収縮することによる増加分とを反映し
た値として測定されることになり、上記仮定ガス量ＧＶ
0 の下での清涼飲料水１１の真の体積膨張率ｋを求める
ために上記のように体積膨張が零であるものと仮想した
ときの密度ρ3 が必要となる。

【００３７】上記のようにして算出された仮想密度ρ3
は、上記ガス抜き処理前の被検流体の密度ρ1 ととも
に、次段の膨張率算出手段５３に入力され、ここで両者
の比、すなわちρ3 ／ρ1 で求められる体積膨張率ｋを
算出するようにしている（図２：Ｓ６）。

【００３８】さらに上記体積膨張率ｋはガス量算出手段
５４に入力され、ここで、図１に示すグラフに記載の回
帰直線Ｌの比例定数αを乗じることにより算出ガス量Ｇ
Ｖ_Cを算出される（図２：Ｓ７）。

【００３９】さらに後段の比較手段５５においては、上
記算出ガス量ＧＶ_C と上記仮定ガス量ＧＶ0 との差δが
所定値ε以下であるか否かが判断され（図２：Ｓ８）、
上記差δが所定値ε以下であるときは、直ちに上記算出
ガス量ＧＶ_C が真の溶存ガス量として図示しない表示手
段等に出力される（図２：Ｓ８Ｙ→ＥＮＤ）。

【００４０】また、上記差δが所定値εを超えるときに
は、上記仮定値設定手段５１において新たな仮定ガス量
ＧＶが設定され、上記ステップを繰り返すようにし、清
涼飲料水１１に係る真の溶存ガス量を求めることができ
る（図２：Ｓ８Ｎ→Ｓ４→…→ＥＮＤ）。

【００４１】また、上記実施例においては、本発明を清
涼飲料水の溶存炭酸ガス量の測定に適用しているが、こ
れに限定されることなく、溶存ガス量と該溶存ガス量の
下での体積膨張率との関係を規定できれば、あらゆる流
体に適用することが可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明においては溶存ガ
ス量と該溶存ガス量の下での体積膨張率とが高い精度の
比例関係にある点に着目し、被検流体の溶存ガス量を測
定するために、溶存ガスの物理量を測定するのではな
く、ガス抜き処理前後において変位する被検流体の物理
量を測定対象としているので、溶存ガスの物理量を測定
に伴う誤差要因を排除することができ、従来よりも高精
度での測定が可能になった。

【００４３】また上記被検流体の物理量として、密度を
採用することにより極めて高精度の測定が可能となり、
特にガス抜き処理前後での２回にわたって連続した測定
作業が求められる場合には、上記被検流体を収容した振
動セルの固有振動周期に基づいて密度を測定することに
よって、迅速に高精度の測定値を得られる利点がある。

【００４４】さらに上記被検流体のガス抜き処理では従
来のような上記密閉容器全体に振動を加える必要がな
く、ごく少量の被検流体でガス抜き処理が行えるため、
ガス抜き処理に必要な時間や測定に要する時間を短縮す
ることが出来、作業効率が格段に向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明に係る一実施例の作業手順を示すフロー
図である。

【図３】本発明に係る一実施例の演算手段の機能ブロッ
ク図である。

【図４】本発明に係る一実施例の測定装置の構成図であ
る。

【図５】本発明に係る一実施例で使用される振動式密度
計の構成図である。

【図６】本発明の測定基準となる溶存ガス量と該溶存ガ
ス量の下での流体の体積膨張率との関係を示すグラフで
ある。

【図７】従来例の測定装置の概念図である。

【符号の説明】

ｄ1 ガス抜き処理前の被検流体の物理量 ｄ2 ガス抜き処理後の被検流体の物理量 ＧＶ 溶存ガス量 ＧＶ0 仮定ガス量 ＧＶc 算出ガス量 ｋ 体積膨張率 δ 差 ε 所定値 ρ1 ガス抜き処理前の被検流体の密度 ρ2 ガス抜き処理後の被検流体の密度 ρ3 仮想密度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 喬一 佐賀県三養基郡基山町大字長野字日渡380 番16北九州コカ・コーラボトリング株式会 社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスの溶存する被検流体の物理量を、該
   被検流体に対するガス抜き処理の前後にそれぞれ測定
   し、該測定結果に基づいて溶存ガスによる被検流体の体
   積膨張率を算出し、予め実験的に求められた体積膨張率
   と溶存ガス量との関係に基づいて溶存ガス量を算出する
   ようにしたことを特徴とする流体の溶存ガス量の測定方
   法。
2. 【請求項２】 上記被検流体の物理量を、被検流体の密
   度とする請求項１に記載の流体の溶存ガス量の測定方
   法。
3. 【請求項３】 上記被検流体の密度測定の完了後に、ガ
   ス抜き処理前の被検流体の溶存ガス量を仮定した仮定ガ
   ス量と、該仮定ガス量及び上記測定済の密度に基づく下
   記のステップ１乃至３を経て算出される算出ガス量とを
   比較し、両者の差が、所定値以下となるときの算出ガス
   量を真の溶存ガス量として採用するようにした請求項２
   に記載の流体の溶存ガス量の測定方法。 ステップ１：上記仮定ガス量とガス抜き処理後の被検流
   体の密度とに基づいて該溶存ガスによる被検流体の体積
   膨張がないものと仮想して、被検流体の仮想密度を算出
   するステップ、 ステップ２：上記仮想密度と上記ガス抜き処理前の被検
   流体の密度との比より体積膨張率を算出するステップ、 ステップ３：上記体積膨張率より算出ガス量を算出する
   ステップ。