JPH11304682A

JPH11304682A - 極低温流体の密度計測装置

Info

Publication number: JPH11304682A
Application number: JP11346398A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakamichi; 憲治中道
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】電極間における固体水素等の固体分の詰まり
を回避して実際の密度に合致し、計測誤差の発生を防止
した静電容量型密度計測装置を提供する。【解決手段】密度が不均一な極低温流体内に対をなす
電極を浸漬し、同電極間に挟まれた上記極低温流体の誘
電率を検出することにより、同極低温流体の密度を計測
するようにした極低温流体の密度計測装置において、上
記電極の一方を回転体に取付けて同回転体と同期して回
転させるとともに、他方の電極を固定部材に固定し、上
記移動電極は、上記固定電極と正対する位置と離隔位置
との間を移動可能に構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体水素と液体水素
とをシャーベット状に混合してなるスラッシュ水素等の
極低温流体の密度を測定する静電容量型密度計測装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】固体水素と流体水素とをシャーベット状
に混合してなるスラッシュ水素は、輸送、貯蔵コストの
面で液体水素等よりも有利な新燃料として注目されてい
る。

【０００３】かかるスラッシュ水素の密度を計測するた
めの静電容量型密度計の従来の１例を図３に示す。図３
において、１はスラッシュ水素容器であり、中空の２重
構造の有底円筒体に形成されており、同スラッシュ水素
容器１内のスラッシュ水素収容部３には上記スラッシュ
水素が収容されている。上記スラッシュ水素容器１の中
空内部２は真空ポンプ（図示省略）によって真空に保持
され、この真空断熱により上記スラッシュ水素収容部３
への侵入熱を低減している。

【０００４】４は液体窒素容器であり、上記スラッシュ
水素容器１の外側を囲んで形成された２重構造の有底円
筒体に形成され、その内部に形成された環状の液体窒素
収容部６には液体窒素が収容されている。そして上記液
体窒素容器４の中空内部５も上記スラッシュ水素容器１
と同様、真空ポンプによって真空に保持され、この真空
断熱によって外部からの侵入熱を抑制している。即ち、
上記液体窒素は常温からの侵入熱によって蒸発し、これ
により内側にあるスラッシュ水素に対する常温からの侵
入熱が低減される。

【０００５】９は下部支持台、１２は上部支持台、１１
は同上部支持台１２に溶接され上部フランジ１０を有す
る円筒容器である。そして、上記スラッシュ水素容器１
はその上部をゴムバンド７によって上記下部支持台９の
上部位置に固定され、また上記液体窒素容器４はその上
部をゴムバンド８により上記円筒容器１１の下部位置に
固定されている。

【０００６】１３は上記スラッシュ水素収容部３内に液
体水素を供給するための液体水素供給管、１４はスラッ
シュ水素収容部３内における液体水素の蒸発ガスを排出
するための蒸発ガス排出管である。

【０００７】上記スラッシュ水素収容部３内に収容され
ているスラッシュ水素は、上記蒸発ガス排出管１４に真
空ポンプ（図示省略）を接続して、上記収容部３内を間
欠的に減圧、昇圧することによって製造される。

【０００８】次に上記スラッシュ水素収容部３内におけ
るスラッシュ水素の密度を計測するための静電容量型密
度計の詳細について説明する。

【０００９】１５ａ，１５ｂは上記密度計の電極、１６
は双方の電極１５ａ，１５ｂを電気的に絶縁するための
絶縁材である。１７は上記電極１５ａ及び１５ｂを絶縁
材１６に固定するためのボルトで、ＦＲＰ材等の絶縁材
料からなる。１８は中空の固定ロッドであり、上端部を
上記フランジ１０に固定され、下端部に上記電極１５
ａ，１５ｂ、絶縁材１６、ボルト１７等が吊り下げられ
ている。

【００１０】２０はインピーダンス測定器であり、上記
固定ロッド１８内に貫通されたリード線１９ａ，１９ｂ
を介して上記電極１５ａ，１５ｂに接続されており、同
電極１５ａ，１５ｂの両端でのインピーダンスを同イン
ピーダンス測定器２０によって測定することにより、上
記電極１５ａと１５ｂとの間の静電容量を検出するよう
になっている。

【００１１】２１は上記スラッシュ水素収容部３内に設
けられた攪拌機であり、上記スラッシュ水素収容部３内
に垂下された回転軸２２の軸端に固定されている。２４
はモータ、２５はベルト機構であり、上記攪拌機２１は
上記モータ２４によって、その出力軸２４ａ、ベルト機
構２５及び回転軸２２を介して回転駆動されてスラッシ
ュ水素を攪拌するようになっている。即ち、上記のよう
に、スラッシュ水素は固体水素と液体水素とが混合され
た状態で上記スラッシュ水素収容部３内に収容されてい
るが、固体水素の密度が液体水素の密度に較べて大きい
ため、固体水素が上記収容部３の底部に沈下するので、
この固体水素の沈下、堆積を防止するため、上記攪拌機
２１を運転して上記スラッシュ水素収容部３内を攪拌す
る。２３は上記回転軸２２の外周をシールするシール材
である。

【００１２】上記のように構成された静電容量型密度計
によって、スラッシュ水素収容部３内におけるスラッシ
ュ水素の密度を計測する際において、上記電極１５ａと
１５ｂとの間に挟まれたスラッシュ水素の誘電率をεと
すると、上記インピーダンス測定器２０にて計測される
キャパシタンスＣは、Ｃ＝Ｃ_oε＋Ｃ_d （１）ここでＣ_o及びＣ_dは上記電極１５ａ，１５ｂの形状に
よって決まる定数である。

【００１３】従って、上記インピーダンス測定器２０に
てキャパシタンスＣを計測すれば、上記（１）式によっ
て誘電率εが求められる。そして、上記スラッシュ水素
の密度は、上記誘電率εの関数として物性値表に与えら
れているので、上記によって算出された誘電率εから密
度を求めることができる。

【００１４】また、上記静電容量型密度計として特開平
７−３５６７０号の発明が提供されている。この発明
は、密度の不均一な極低温流体を入れる容器と、上記容
器の内側面に沿い対向して配置されかつ下辺が上記容器
の低面近くにあるとともに上辺が上記極低温流体の液面
下近くにある円筒状の第１電極および第２電極とを備
え、上記容器内の極低温流体の大部分が上記第１電極と
第２電極との間に存在するように構成されてなることを
特徴としている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】図３に示される従来の
静電容量型密度計においては、相対する電極１５ａと１
５ｂとが接近した状態で固定配置されているため、スラ
ッシュ水素中の固体水素の量が多くなると、両電極１５
ａ，１５ｂ間にスラッシュ水素が入らずに流動性の良好
な液体水素が侵入するようになる。その結果、上記従来
の静電容量型密度計においては、計測される密度が密度
計が検出すべきスラッシュ水素の密度（実際の密度）よ
りも小さくなり、計測誤差が生ずるという問題点があ
る。

【００１６】また、特開平７−３５６７０号の発明にあ
っては、半円筒状の２つの電極が夫々の両端部に所定の
小間隙を存して固定されているため、図３のものと同様
に、上記小間隙間部に液体水素が侵入して実際の密度よ
りも小さい計測結果が得られ、計測誤差が発生する。

【００１７】本発明の目的は、電極間における固体水素
等の固体分の詰まりを回避して実際の密度に合致し、計
測誤差の発生を防止した静電容量型密度計測装置を提供
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点を解決するもので、その要旨とする第１の手段は、
断熱容器内に収容され密度が不均一な極低温流体内に対
をなす電極を浸漬し、同電極間に挟まれた上記極低温流
体の誘電率を検出することにより、同極低温流体の密度
を計測するようにした極低温流体の密度計測装置であっ
て、上記対をなす電極の一方を回転体に取付けて同回転
体と同期して回転する移動電極となすとともに、上記他
方の電極を固定部材に固定して固定電極となし、上記移
動電極は、上記固定電極と正対する位置と、所定量離隔
する位置との間を移動可能に構成されたことを特徴とす
る極低温流体の密度計測装置にある。

【００１９】また第２の手段は、上記第１の手段に加え
て、上記回転体に上記断熱容器内を攪拌する攪拌装置を
取付けてなる。

【００２０】上記手段によれば、回転体に取付けられた
移動電極が回転体及び攪拌装置とともに回転することに
より、同移動電極と固定部材に固定された固定電極と
を、密度を計測可能な正対位置と同正対位置から離隔し
た離隔位置との間において相対位置を自由に変えること
ができる。

【００２１】これによって、両電極間に極低温流体の固
体分の詰まりを生ずることが無く、また上記電極の離隔
位置において攪拌装置によって攪拌されて密度が平均化
された上記流体が電極間に流動せしめられることとな
り、実際の密度に一致した高精度の密度計測が可能とな
る。

【００２２】また、上記のように２つの電極が正対位置
と離隔位置との間を相対移動するため、電極間には、攪
拌装置によって攪拌されて密度が平均化された流体が流
入し易く、電極間の距離を短縮しても、上記のような正
確な密度の計測が可能となり、静電容量型密度計測装置
の感度が向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図１〜図２を参照して本発明
の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明の実施
形態に係るスラッシュ水素製造装置及び静電容量型密度
計の断面図、図２は図１に応当する作用説明図である。

【００２４】図１において、１はスラッシュ水素容器
で、中空２重構造の有底円筒体に形成されている。同ス
ラッシュ水素容器１内のスラッシュ水素収容部３には上
記スラッシュ水素が収容されている。上記スラッシュ水
素容器１の中空内部２は真空ポンプ（図示省略）によっ
て真空に保持され、この真空断熱により上記スラッシュ
水素収容部３への侵入熱を低減している。

【００２５】４は液体窒素容器であり、上記スラッシュ
水素容器１の外側を囲んで２重構造の有底円筒体に形成
される。同液体窒素容器４の内部に形成された環状の液
体窒素収容部６には液体窒素が収容されている。そして
上記液体窒素容器４の中空内部５も上記スラッシュ水素
容器１と同様、真空ポンプによって真空に保持され、こ
の真空断熱によって外部からの侵入熱を抑制している。

【００２６】９は下部支持台、１２は上記支持台、１１
は同上部支持台１２に溶接され上部フランジ１０を有す
る円筒容器である。そして、上記スラッシュ水素容器１
はその上部をゴムバンド７によって上記下部支持台９の
上部位置に固定され、また上記液体窒素容器４はその上
部をゴムバンド８により上記円筒容器１１の下部位置に
固定されている。

【００２７】１３は上記スラッシュ水素収容部３内に液
体水素を供給するための液体水素供給管、１４はスラッ
シュ水素収容部３内における液体水素の蒸発ガスを排出
するための蒸発ガス排出管である。

【００２８】上記のように構成されたスラッシュ水素製
造装置において、上記スラッシュ水素収容部３内に収容
されているスラッシュ水素は、上記蒸発ガス排出管１４
に真空ポンプ（図示省略）を接続して、上記収容部３内
を間欠的に減圧、昇圧することによって製造される。

【００２９】以上に示されたスラッシュ水素製造装置の
構成は図３に示す従来のものと同様である。本発明にお
いては、上記スラッシュ水素製造装置に併設された静電
容量型密度計を改良している。以下、その詳細について
説明する。

【００３０】図１において、２１は上記スラッシュ水素
収容部３内に設けられた攪拌機であり、上記スラッシュ
水素収容部３内に垂下された回転軸２２の軸端に固定さ
れている。２４はモータ、２５はベルト機構であり、上
記攪拌機２１は上記モータ２４によって、その出力軸２
４ａ、ベルト機構２５及び回転軸２２を介して回転駆動
されてスラッシュ水素を攪拌するようになっている。

【００３１】上記モータ２４及び回転軸２２には、これ
らの回転角を検出するためのロータリーエンコーダ等の
回転角検出手段（図示省略）が設けられている。２３は
上記回転軸２２の外周をシールするシール材である。

【００３２】１５ａ，１５ｂは密度計の電極である。ま
た、１８は中空の固定ロッドであり、上端部を上記フラ
ンジ１０に固定され、下部が上記スラッシュ水素収容部
３内に垂下され、先端に上記電極の一方側１５ａが絶縁
材１６を介してＦＲＰ材等の絶縁材からなるボルト１７
によって固定されている。

【００３３】また、上記電極の他方１５ｂは、絶縁材か
らなる固定治具２６を介して上記回転軸２２の軸端に固
定され、同回転軸２２の回転と同時回転するようになっ
ており、図１のように、回転側の電極１５ｂが固定側の
電極１５ａに対向する位置にきたとき、両電極間には図
３に示す従来のものと同様な間隔が形成され、この位置
から回転軸２２が回転すると固定側の電極１５ａから遠
ざかり１８０°の回転位置で最も遠ざかるようになって
いる。

【００３４】２９は導電体からなる円筒ブロック、２８
は同円筒ブロック２９の内周に常時摺接する銅ブロック
で、同銅ブロック２８には上記回転側の電極１５ｂから
回転軸２２の内部を通したリード線２７が接続されてい
る。３０は上記円筒ブロック２９を支持する支持台で絶
縁材からなり、上記フランジ１０の上面に固定されてい
る。

【００３５】２０はインピーダンス測定器、３１は上記
円筒ブロック２９と同インビーダンス測定器２０とを接
続するリード線である。また１９は上記インピーダンス
測定器２０の一方側に接続されるリード線で、上記固定
ロッド１８の内部を通して上記固定側の電極１５ａに接
続されている。

【００３６】次に上記のように構成された静電容量型密
度計の動作を説明する。先ず、上記ようにスラッシュ水
素は、固体水素と液体水素とが混合された状態で上記ス
ラッシュ水素収容部３内に収容されているが、固体水素
の密度が液体水素の密度に較べて大きいため、固体水素
が上記収容部３の底部に沈下するので、この固体水素の
沈下、堆積を防止するため上記攪拌機２１を運転して上
記スラッシュ水素収容部３内を攪拌する。

【００３７】上記攪拌機２１及び回転軸２２の回転によ
って、上記回転側の電極１５ｂは、固定治具２６ととも
に回転軸２２廻りに回転する。そして上記回転軸２２及
び攪拌機２１の回転によって、回転側の電極１５ｂが、
図２に示されるように、固定側の電極１５ａから離れた
位置（図２は１８０°回転した位置を示す）にくると、
攪拌機２１によって２つの電極１５ａ，１５ｂ間に一様
に攪拌されたスラッシュ水素（図の矢印にて示す）が流
動する。

【００３８】次に、さらに回転軸２２が回転して、回転
側の電極１５ｂが図１に示す穴の位置つまり正対位置に
戻ると、上記のようにして流入したスラッシュ水素が電
極１５ａ，１５ｂ間に詰まった状態で密度計測が可能と
なる。

【００３９】上記スラッシュ水素の密度は、従来のもの
と同様にして計測する。即ち、上記電極１５ａと１５ｂ
との間に挟まれたスラッシュ水素の誘電率をεとする
と、上記インピーダンス測定器２０にて計測されるキャ
パシタンスＣは、Ｃ＝Ｃ_oε＋Ｃ_d （１）ここでＣ_o及びＣ_dは上記電極１５ａ，１５ｂの形状に
よって決まる定数である。

【００４０】従って、上記インピーダンス測定器２０に
てキャパシタンスＣを計測すれば、上記（１）式によっ
て誘電率εが求められる。そして、上記スラッシュ水素
の密度は、上記誘電率εの関数として物性値表に与えら
れているので、上記によって算出された誘電率εから密
度を求めることができる。

【００４１】上記密度の計測時において、回転軸２２に
取付けられた電極１５ｂが移動するが、上記移動する電
極１５ｂと固定ロッド１８に固定された電極１５ａとの
相対位置は、回転軸２２に取付けられたロータリーエン
コーダ等の回転角検出手段（あるいはモータ２４に取付
けられた回転角検出手段）により、密度の計測位置を原
点とする原点合わせを行ってから検出して、上記２つの
電極１５ａ，１５ｂが正対位置になったときを検知し、
そのときの密度を計測する。

【００４２】また、上記インピーダンス測定器２０にて
キャパシタンスＣを計測し誘電率εを求める際におい
て、同インピーダンス測定器２０にピーク値検出手段を
設けて、上記誘電率εのピーク値を検出し、そのときの
密度を求める。

【００４３】上記実施形態によれば、電極の一方が回転
軸２２及び攪拌機２１とともに回転することにより、２
つの電極１５ａと１５ｂとを、密度の測定位置への接近
とこの位置からの離隔とに自由に相対移動することがで
き、電極１５ａ，１５ｂ間に固体水素の詰まりを生ずる
ことが無く、また２つの電極１５ａ，１５ｂが離隔した
位置において攪拌機２１によって攪拌され密度のばらつ
きの無いスラッシュ水素が両電極１５ａ，１５ｂ間に流
動せしめられる。これによって、両電極１５ａ，１５ｂ
の間には常時スラッシュ水素収容部３内の平均的な流体
が流入することとなり、実際の密度に一致した、高精度
の密度計測が可能となる。

【００４４】また、上記のように電極１５ａ，１５ｂが
相対回転するため、電極１５ａ，１５ｂ間には攪拌機２
１によって攪拌されたスラッシュ水素が流入し易いの
で、電極１５ａ，１５ｂ間の距離を短縮しても上記のよ
うな、密度の正しい計測が可能となるので、静電容量型
密度計の感度を向上させることができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、回転体に取付けられた移動電極と固定
電極とを正対位置から離隔位置まで自由に相対移動可能
としたので、両電極間に極低温流体の固体分の詰まりを
生ずることが無く、また上記電極の離隔位置において攪
拌装置によって攪拌されて密度が平均化された上記流体
が電極間に流動せしめられることとなり、実際の密度に
一致した高精度の密度計測をなすことができる。

【００４６】また、上記のように２つの電極が正対位置
と離隔位置との間を相対移動するため、電極間には、攪
拌装置によって攪拌されて密度が平均化された流体が流
入し易く、電極間の距離を短縮しても上記のような正確
な密度の計測が可能となり、静電容量型密度計測装置の
感度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るスラッシュ水素製造装
置及び密度計測装置の縦断面図。

【図２】上記実施形態における作用説明図で、図１に応
当する図。

【図３】従来例を示す図１応当図。

【符号の説明】

１スラッシュ水素容器３スラッシュ水素収容部４液体窒素容器６液体窒素収容部１０上部フランジ１１円筒容器１２上部支持台１３液体水素供給管１４蒸発ガス排出管１５ａ電極（固定）１５ｂ電極（移動）１８固定ロッド１９，２７，３１ソード線２０インピーダンス測定器２１攪拌機２２回転軸２４モータ２５ベルト機構２６固定治具２８銅ブロック２９円筒ブロック３０支持台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱容器内に収容され密度が不均一な極
低温流体内に対をなす電極を浸漬し、同電極間に挟まれ
た上記極低温流体の誘電率を検出することにより、同極
低温流体の密度を計測するようにした極低温流体の密度
計測装置において、上記対をなす電極の一方を回転体に
取付けて同回転体と同期して回転する移動電極となすと
ともに、上記他方の電極を固定部材に固定して固定電極
となし、上記移動電極は、上記固定電極と正対する位置
と、所定量離隔する位置との間を移動可能に構成された
ことを特徴とする極低温流体の密度計測装置。
【請求項２】上記回転体に、上記断熱容器内を攪拌す
る攪拌装置を取付けてなる請求項１に記載の極低温流体
の密度計測装置。