JPS60129618A - 同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法 - Google Patents
同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法Info
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- JPS60129618A JPS60129618A JP58238002A JP23800283A JPS60129618A JP S60129618 A JPS60129618 A JP S60129618A JP 58238002 A JP58238002 A JP 58238002A JP 23800283 A JP23800283 A JP 23800283A JP S60129618 A JPS60129618 A JP S60129618A
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- JP
- Japan
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- flow rate
- flowmeter
- mixed gas
- composition
- capillary
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
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- Measuring Volume Flow (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法に
関讐る。
関讐る。
従来、例えば、水素１重水素、三重水素等の元素を含ん
だ所請水素同位体混合ガスの流量及び組成を測定する方
法として、次のような手段が採用されて゛いる。すなわ
ち、第１図に示す如く５、混合ガスを含んだプロセス流
れ１を流量計２に導いそその□流量を測定すると共に、
プロセス流れ１から分離した支流３を分析計４に導いン
組成を分析するものがそれである。
だ所請水素同位体混合ガスの流量及び組成を測定する方
法として、次のような手段が採用されて゛いる。すなわ
ち、第１図に示す如く５、混合ガスを含んだプロセス流
れ１を流量計２に導いそその□流量を測定すると共に、
プロセス流れ１から分離した支流３を分析計４に導いン
組成を分析するものがそれである。
このような方法では、分析計４とし七ガスクロマトグラ
フ、質量分析計等の高価な装置を必要とする。分析計４
に導かれたガスは、そのまま外界に放出されるためプロ
セス流れ１に戻すことが極めて難しい。また、流量計２
としては、サーマルマスクローメータと呼ばれる熱量形
流量計等の組成の変化の影響が極めて小さいものを使用
しなければならない。しかも、分析計４で組成を測定す
るのに多くの時間を要するので混合ガスの組成の値と流
量の測定値には、時間的な誤差があシネ正確である。
フ、質量分析計等の高価な装置を必要とする。分析計４
に導かれたガスは、そのまま外界に放出されるためプロ
セス流れ１に戻すことが極めて難しい。また、流量計２
としては、サーマルマスクローメータと呼ばれる熱量形
流量計等の組成の変化の影響が極めて小さいものを使用
しなければならない。しかも、分析計４で組成を測定す
るのに多くの時間を要するので混合ガスの組成の値と流
量の測定値には、時間的な誤差があシネ正確である。
本発明は、かかる点に鑑みなされたものであ□シ、水素
同位体混合ガス等の同位体元素混合ガスの流量及び組成
を、時間遅れのないリアルタイムで容易に測定すること
ができる同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法を提
供するものである。
同位体混合ガス等の同位体元素混合ガスの流量及び組成
を、時間遅れのないリアルタイムで容易に測定すること
ができる同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法を提
供するものである。
即ち、本発明は同位体元素混合ガスを直列に接続された
熱量形流量計及び毛細管流量計に順次供給し、該毛細管
流量計及び該熱量形流量計に接続された演算器により、
該熱量形流量計により与えられる下記流量式（１１から
ｖＪ記同位体元素混合ガスの流量を演算すると共に、該
流量の値に基づいて前記毛細管流量計により与えられ乙
下記流量式（Ｉｔ）から前記同位体元素混合ガスの組成
を算出する同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法。
熱量形流量計及び毛細管流量計に順次供給し、該毛細管
流量計及び該熱量形流量計に接続された演算器により、
該熱量形流量計により与えられる下記流量式（１１から
ｖＪ記同位体元素混合ガスの流量を演算すると共に、該
流量の値に基づいて前記毛細管流量計により与えられ乙
下記流量式（Ｉｔ）から前記同位体元素混合ガスの組成
を算出する同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法。
但し、Ｅ：混合ガスに与える電気エネルギ、Ｃ２：混合
ガスの定圧比熱、Δθ ニ一定温度差、但し、Ｄ＝毛細
管の直径、ΔＰ ：毛細管の上下流の圧力差、Ｋ：流量
計の固有定数、ここで、熱量形流量計は、古くからトー
マスガスメータとして知られているものであシ、一般に
はサーマルマスフローメータとして知られている。その
測定原理は、次の通シである。すなわち、気体の流れの
中に電熱線を入れ、気体の温度を一定量だけ上昇させる
に必要な電気エネルギを測定して、気体の流量を知るも
のである。つまシ、上述の式（１）は、気体を加熱する
際に要するエネルギと、そのエネルギによって上昇した
気体の温度間に成立するもの、である。換言すれば、気
体の定圧比熱Ｃｐ さえ既、知であれば、その流ｆｆ１
Ｑを知ることができるものである。
ガスの定圧比熱、Δθ ニ一定温度差、但し、Ｄ＝毛細
管の直径、ΔＰ ：毛細管の上下流の圧力差、Ｋ：流量
計の固有定数、ここで、熱量形流量計は、古くからトー
マスガスメータとして知られているものであシ、一般に
はサーマルマスフローメータとして知られている。その
測定原理は、次の通シである。すなわち、気体の流れの
中に電熱線を入れ、気体の温度を一定量だけ上昇させる
に必要な電気エネルギを測定して、気体の流量を知るも
のである。つまシ、上述の式（１）は、気体を加熱する
際に要するエネルギと、そのエネルギによって上昇した
気体の温度間に成立するもの、である。換言すれば、気
体の定圧比熱Ｃｐ さえ既、知であれば、その流ｆｆ１
Ｑを知ることができるものである。
１ 、また、毛細管流量計では、直径が一定で、水平な
毛細管の中を流体が一定の流速の、層流で流れる場合に
、ＨＢｇｅｎ−Ｐｏｌｓｅｕｉ ｌｉｅの式％式％ さ１、μ：流体の粘度、ｕ：平均流速）が成立す仝こと
を利用して、流体の粘度、μが分っていれ、、ば、圧力
差ΔＰを測定することによシ、１毛細管内平均流速Ｕに
毛細管内律路断掌積（１−）を！じ１て体積流量を測定
するものである。 、。
毛細管の中を流体が一定の流速の、層流で流れる場合に
、ＨＢｇｅｎ−Ｐｏｌｓｅｕｉ ｌｉｅの式％式％ さ１、μ：流体の粘度、ｕ：平均流速）が成立す仝こと
を利用して、流体の粘度、μが分っていれ、、ば、圧力
差ΔＰを測定することによシ、１毛細管内平均流速Ｕに
毛細管内律路断掌積（１−）を！じ１て体積流量を測定
するものである。 、。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
例えば、第２図に示す如く、水素１重水素。
三重水素等の同位体元素の混合ガスからなる水素同位体
混合ガスのプロセス流れ１０を、直列に配置した熱量形
流量計１１及びオリフィス流量計１２に順次供給する。
混合ガスのプロセス流れ１０を、直列に配置した熱量形
流量計１１及びオリフィス流量計１２に順次供給する。
次いで、これらの流量計１１．１２に接続された演算器
１３によシ、先ず熱量形流量計１１で与えられる下記式
（１）に基づいてプロセス流れ１０の流（１Ｑを測定す
る。
１３によシ、先ず熱量形流量計１１で与えられる下記式
（１）に基づいてプロセス流れ１０の流（１Ｑを測定す
る。
但し、Ｅ：プロセ゛ス流れ１０に与える電気エネルギ、
Ｃｐ：プロセス流れ１０の定圧比熱、Δθ ニーｉ温度
差、 ” ここで、水素同位体Ｈ、Ｄの１モル当シの熱容量Ｃｐ
は相互にほぼ同じ値であシ、例えば、３００にでは次の
蓮シである。
Ｃｐ：プロセス流れ１０の定圧比熱、Δθ ニーｉ温度
差、 ” ここで、水素同位体Ｈ、Ｄの１モル当シの熱容量Ｃｐ
は相互にほぼ同じ値であシ、例えば、３００にでは次の
蓮シである。
Ｈｚ：６．８７８ ａ１１／ｍｏｔ−ＫＨＤ ： ６，
９７８ ａｄｌ／ ｍａｔ φＫＤ ＊ ： ６．９８
’ｌ ａＪ１／ ｍｏ４ 拳に■、のＣｐ を基準にと
り、１，０００とすると、ＨＤ、Ｄ、のＣｐ は共に１
．０’ｌ ５となる。
９７８ ａｄｌ／ ｍａｔ φＫＤ ＊ ： ６．９８
’ｌ ａＪ１／ ｍｏ４ 拳に■、のＣｐ を基準にと
り、１，０００とすると、ＨＤ、Ｄ、のＣｐ は共に１
．０’ｌ ５となる。
従って、Ｈｚに対して校正された熱量形流量計１１を用
いて、水素同位体混合ガス流量を測定しても熱容量に対
しては加成性が成立するので、その誤差は高々１．５％
である。なお、本発明では熱量形流量計１１は、その質
量流量を測定するのではなく、モル流量を測定するため
に用いる。プロセス流れ１０が常温常圧付近であれば、
水素同位体混合ガスは理想気体の状態方程式に従うと考
えられる。よって、モル流量から体積流量への換算は容
易である。
いて、水素同位体混合ガス流量を測定しても熱容量に対
しては加成性が成立するので、その誤差は高々１．５％
である。なお、本発明では熱量形流量計１１は、その質
量流量を測定するのではなく、モル流量を測定するため
に用いる。プロセス流れ１０が常温常圧付近であれば、
水素同位体混合ガスは理想気体の状態方程式に従うと考
えられる。よって、モル流量から体積流量への換算は容
易である。
つまシ、熱量形流量計１１によって、水素同位体混合ガ
スの組成が未知であっても、その体積流量Ｑを容易に測
定することができる。
スの組成が未知であっても、その体積流量Ｑを容易に測
定することができる。
次いで、熱量形流量計１１で得られた流量値を、毛細管
流量計１２で与えられる下記式（２）に代入し、演算器
１３で以下に述べる処理を行い、水素同位体混合ガスの
組成を測定する。
流量計１２で与えられる下記式（２）に代入し、演算器
１３で以下に述べる処理を行い、水素同位体混合ガスの
組成を測定する。
但し、Ｄ二重細管の直径、ΔＰ ７毛細管の上下流の圧
力差、Ｋ：流量計の固有定数、ｕ：平均流速、 ２１ ここで、流量計の固有定数には、Ｋ”ｔ、Ｄ２で表わさ
れる（但し、ｔは毛細管の長さ、グ。
力差、Ｋ：流量計の固有定数、ｕ：平均流速、 ２１ ここで、流量計の固有定数には、Ｋ”ｔ、Ｄ２で表わさ
れる（但し、ｔは毛細管の長さ、グ。
は重力換算係数）。また、水素同位体混合ガスの場合、
その粘度は組成により変化する。例えばＨ，−Ｄ、系の
２９．３にの場合には、下記表の通如である。
その粘度は組成により変化する。例えばＨ，−Ｄ、系の
２９．３にの場合には、下記表の通如である。
すなわち、Ｈ−Ｄ系の水素同位体混合ガスを考える場合
には、Ｈ、ＨＤ 、 Ｄの３成分系も考慮する必要があ
る。しかし、ＤＨがＨ，−Ｄ、系のデータを利用できる
ことが確認されている。
には、Ｈ、ＨＤ 、 Ｄの３成分系も考慮する必要があ
る。しかし、ＤＨがＨ，−Ｄ、系のデータを利用できる
ことが確認されている。
従って、圧力差ΔＰ及び温度を測定することによシ、粘
度μが即ち、Ｈ，Ｄの存在割合いが分っていれば、体積
流量を知ることができる０逆に、体積流量が分っておれ
ば、Ｈ，Ｄの存在割合いつまシ、組成を知ることができ
る。
度μが即ち、Ｈ，Ｄの存在割合いが分っていれば、体積
流量を知ることができる０逆に、体積流量が分っておれ
ば、Ｈ，Ｄの存在割合いつまシ、組成を知ることができ
る。
換言すれば、熱量形流量計１１１ユより算出された流量
Ｑから、毛細管流量計１２にて与えられる流量式（２）
で流！Ｑが与えられていることになシ、圧力差ΔＰ及び
温度を測定することによって、混合ガスの粘度、即ち、
Ｈ，Ｄの存在割合（組成）を知ることができる。
Ｑから、毛細管流量計１２にて与えられる流量式（２）
で流！Ｑが与えられていることになシ、圧力差ΔＰ及び
温度を測定することによって、混合ガスの粘度、即ち、
Ｈ，Ｄの存在割合（組成）を知ることができる。
なお、熱量形流震計１１の測定原理は前述した通りであ
るが、実際には気体？粘度、熱伝導度等も若干の影響を
与える。ＬかＬ１水素−位体混合ガスを流した場合５．
Ｈ２に対ルで校正さ、れた熱量形流量計１′１に対して
、その測定値の眩差は最大で１．０％であシ、熱容量Ｃ
ｐ の比よりも小さい。従って、熱量形流量計１１で水
素同位体混合ガスのモル流量が、その組成に拘らず誤差
１％以内で測定できることが確認されている。
るが、実際には気体？粘度、熱伝導度等も若干の影響を
与える。ＬかＬ１水素−位体混合ガスを流した場合５．
Ｈ２に対ルで校正さ、れた熱量形流量計１′１に対して
、その測定値の眩差は最大で１．０％であシ、熱容量Ｃ
ｐ の比よりも小さい。従って、熱量形流量計１１で水
素同位体混合ガスのモル流量が、その組成に拘らず誤差
１％以内で測定できることが確認されている。
また、本発明は、水素以外の他の同位体元素２種類から
なる混合ガスにも適用できるものである。
なる混合ガスにも適用できるものである。
更に、２種類の全く異なる成分の混合ガスに対しては、
本発明は次のように処理することにより、本発明方法を
適用できる。すなわち、成分Ａ、Ｂに対してそれぞれの
モル流量をＦＡ、 ＦＢ。
本発明は次のように処理することにより、本発明方法を
適用できる。すなわち、成分Ａ、Ｂに対してそれぞれの
モル流量をＦＡ、 ＦＢ。
モル熱容量なＣｐム＊”ｐ”ｓ粘度をμＡ、μＢ１分子
量をＭム、Ｍｉｌ、モル分率を”Ａ ｅα・８とし、混
合ガスに対しては添字を除いたものとする。
量をＭム、Ｍｉｌ、モル分率を”Ａ ｅα・８とし、混
合ガスに対しては添字を除いたものとする。
式（１）より、
ここで、Ｅ／Δθ は既知の一定値であるのでに、とお
くと、 １ ここで、 Ｃｐ 、＝＝ ＣｐＡ ｘＡ十Ｃｐｎ ｘＢ−旧・費５
）となる。
くと、 １ ここで、 Ｃｐ 、＝＝ ＣｐＡ ｘＡ十Ｃｐｎ ｘＢ−旧・費５
）となる。
一方、式（２）よシ、
であシ、毛細管流置針固有の一定値である。
混合ガスの粘度は、例えば次のＷｉ’１ｋｅＯ式（７）
によ請求めることができる。
によ請求めることができる。
２
数を消去すれば次式（９）となる。
である。
また、モル分率の定義より
ｘＩｌ＝１ ”Ａ ”’・・・（８）
であるから、式（４）〜式（８）の独立な５つの方程式
に対し、未知数はＦ＊ ＣＰ”ｔ ”ｊｋ ＊ ”Ｂ”
＋ ｌ’ の５′つであり、この５つの連立方程式は
数学的に解くことができ、流量Ｆと組成ｘＡ、ｘＢをめ
ることができる。式（４）〜式（８）からｘ、以外の未
知式（９）よりＯ≦ｘＡ≦１ の範囲にあるｘＡ が数
学的にめられる・。Ｘ、がめられれば式（８）よｊ）
、ＴＩｌ がめられ、式（４）或いは式（６）ハより流
量Ｆもめることｉできる。
に対し、未知数はＦ＊ ＣＰ”ｔ ”ｊｋ ＊ ”Ｂ”
＋ ｌ’ の５′つであり、この５つの連立方程式は
数学的に解くことができ、流量Ｆと組成ｘＡ、ｘＢをめ
ることができる。式（４）〜式（８）からｘ、以外の未
知式（９）よりＯ≦ｘＡ≦１ の範囲にあるｘＡ が数
学的にめられる・。Ｘ、がめられれば式（８）よｊ）
、ＴＩｌ がめられ、式（４）或いは式（６）ハより流
量Ｆもめることｉできる。
このようにして本発明は、２種類の全、く異なる成分の
混合ガスの流量・組成の測定にも適用以上説明した如く
、本発明に係る同位体元素混合ガスの流量・組成測定方
法によれば、同位体元素混合ガスや流量及び組成を、時
−遅れのないリアルタイムで容易に測定でき、るもので
ある０
混合ガスの流量・組成の測定にも適用以上説明した如く
、本発明に係る同位体元素混合ガスの流量・組成測定方
法によれば、同位体元素混合ガスや流量及び組成を、時
−遅れのないリアルタイムで容易に測定でき、るもので
ある０
第１図は、従来の方法を示す説明図、第２図は、本発明
方法を示す説明図である。 １０・・・プロセス流れ、１１・・・熱量形流量計、１
２・・・毛細管流量計、１３・・・演算器。 出願人復代理人 弁理士 鈴 江 武 彦５ 第１図 １２図 ３ １１ １２
方法を示す説明図である。 １０・・・プロセス流れ、１１・・・熱量形流量計、１
２・・・毛細管流量計、１３・・・演算器。 出願人復代理人 弁理士 鈴 江 武 彦５ 第１図 １２図 ３ １１ １２
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 同位体元素混合ガスを直列に接続された熱量形流量計及
び毛細管流量計に順次供給し、、該毛細管流量計及び該
熱量形流量計に接続された演算器によシ、該、熱量形流
量計により与えられる下記綽量Ｑ）から仙記同位体元素
混合ガスの流量を演算すると共に、該流量の値に基づい
て前記毛細！流量計により与えられる下記流量式（ＩＩ
）から、前記同位体元素混合ガスの組成を算出すること
を特徴とする同位体元素準合＃おの流量・組成測定方法
。 但し、Ｅ：・混合ガスζニ与える電気工峰ルギ、Ｃｐ：
混食ガスの定圧比熱、Δθ ニ一定温度差、但し、Ｄ：
°毛細管の直径、ΔＰ：毛細管の上下流の圧力差、Ｋ：
流量計の固有定数、
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58238002A JPS60129618A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58238002A JPS60129618A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60129618A true JPS60129618A (ja) | 1985-07-10 |
Family
ID=17023669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58238002A Pending JPS60129618A (ja) | 1983-12-19 | 1983-12-19 | 同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60129618A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02149690A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-08 | Shimadzu Corp | 水素ガス供給装置 |
| US6857324B2 (en) * | 2001-09-06 | 2005-02-22 | Nippon Sanso Corporation | Method and apparatus for measuring concentrations of components of fluid |
| US10048217B2 (en) | 2016-03-11 | 2018-08-14 | Southwest Research Institute | Calibrated volume displacement apparatus and method for direct measurement of specific heat of a gas |
-
1983
- 1983-12-19 JP JP58238002A patent/JPS60129618A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02149690A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-08 | Shimadzu Corp | 水素ガス供給装置 |
| US6857324B2 (en) * | 2001-09-06 | 2005-02-22 | Nippon Sanso Corporation | Method and apparatus for measuring concentrations of components of fluid |
| US10048217B2 (en) | 2016-03-11 | 2018-08-14 | Southwest Research Institute | Calibrated volume displacement apparatus and method for direct measurement of specific heat of a gas |
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