JPS60129643A - 同位体元素混合ガスの流量・組成測定方法 - Google Patents

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。

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
関する。

゛従来、例えＨ，水素′１重水素、三重水素等の元素を
含んだ所□謂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０す
なわち、第１図に示す如く、混合ガスを含んだプロセス
流れ１を流量計２に導いてその流量を測定するど共）コ
、゛プロセス流れ１から□分離した支流３を分析計４に
導い゛て組成を分析する□ものがそれである°０　パこ
のような方法では、゛分析計４”としてガスクロマトグ
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、サーマルマスフローメータと呼ば
れる熱量型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、時間的な誤差があり不正確
である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、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５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
オリアイス流量計及び毛細管流量計に順次供給し、該オ
リフィス流量計及び該毛細管流量計１＝接続された演算
器によシ、該オリフィス流量計により与えられる下記流
量式■及び該毛細管流量計にて与えられる下記流量式■
に基づいて前記同位体元氷混合ガスの流量Ｑを演算し、
かつ、該流量式夏、ｉから導かれる連立式を解く演算を
行って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・組成測定方法である。

但し、ｍ：開孔比、Ｃ０：流量係数、ε：膨張補正係数
、Ｄ＝前後の管径、ｆｅ：重力換算係数、ΔＰ　二前後
の圧力差、ρ：気体の密度但し、Ｄ：毛細管の直径、Δ
Ｐ：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 ここで、オリフィス流量計では、流量係数Ｃ１は、開孔
比ｍの関数であシ、膨張補正係数ε、気体の密度ρを知
ることによって、圧力差ΔＰを測定して、体積流量Ｑを
知ることができるものである。

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、Ｈａｇｅ
ｎ−ＰＯｌｓｅｕｉｌｌｅの式％式％ 長さ、μ：流体の粘度、Ｕ：平均流速）が成立、するこ
とを利用しで、流体の粘度μが分っていれば、圧力差Δ
Ｐを測定することにより、毛細管内平均流速Ｕに毛細管
内流路断面積（￥）・を乗じ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や、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、直列に配置したオリ
フィス流量計１１及び毛細管流量計１２に順次供給する
。次いで、これらの流量計ｘｚ、１に接続された演算器
１３によって、オリフィス流量計１１で与えられる下記
流量式（１）と毛細管流量計１２で与えられる下記流量
式（２）　、　（３）に基づいて演算すると共に、これ
らの流量式（１）　、　（２）　、　（３）から導かれ
る連立式を解いて、水素同位体混合ガスの流量及び組成
を測定する。

但し、ｍ：開孔比、Ｃ０：流量係数、ε：膨張補正係数
、ｂ：前後の管径、ｔｃ：重力換算係数、ΔＰ　：前後
の圧力差、ρ：気体の密度ここで、水素同位体混合ガス
の場合、膨張補正係数６は開孔比ｍ１矛リフイス前後の
圧力比、及びアイゼントロピック指数の関数である０開
孔比ｍは、既知であジオリフイヌ前後の・圧力比も簡単
に測定できる。水素同位体混合ガス成分のＨ、ＨＤ　、
　’Ｄ全てｆ２原子分子であ如、そのアイゼントロピッ
ク指数も等しく混合による影響はない。従って、密度ρ
を知ることによ、って圧力差ΔＰを測定して体積流量Ｑ
を知ることができ不ものである〇 ΔＰ＝に＊ｕμ　・・・・・・（２） ΔＰは毛細管の上下流の圧力差（圧力損失）、Ｕは平均
流速、μは流体の粘度、Ｋは（３）式で表わされる流量
計固有の定数、ｔは毛細管の長さ、Ｄは毛細管の直径で
ある。　・ ここで、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、Ｈｌ　Ｄｔ　系の２９．３にの
場合には下記表の通シである。

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Ｌ　Ｄｔ　系に加わってもＨＲ＊Ｄ＊の
モル分率の代シにＨ１Ｄ夫々の原子分率を用いれば、Ｈ
ｚ−Ｄｔ系のデータを利用、できることがＭ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
り、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。逆；ニ、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、水素同位体Ｈ・、Ｄに対して、それぞれの
原子流量をＦＭ　、　ＦＤ　、粘度をμＨ１μＤ５分子
量をＭＨ、ＭＤ　、原子分率をＥｘ　、　ＭＤとし、混
合ガスに対しては添字を除いたものとすると、式（１）
から （ここで、Ｋ　１　＝Ｋ　ｔ　ｍ　Ｃｏ　’　Ｉ”’；
””ｊ”；　）である。

Ｋ！は体積流量からモル流量への換算係数であり一定値
である。εは成分ガスＨ，，１ＦｆＤ。

Ｄ、であシ、アイゼントロピック指数が等しいので定数
の如く取り扱える。密度ρと分子量Ｍの間には次の関係
がある。

ρ＝に、Ｍ　・・・・・・（５） ある温度、圧力の下において、Ｋｓは一定である。水素
同位体混合ガスの見掛は原子量は次式１式％ 一方式（２）より であシ、毛細管流量計１２に固有の一定値である。まだ
、水素同位体混合ガスの粘度は先に示したデータが使え
る。また、原子分率の定義によシ、 −Ｔｎ　＝　１．−　”Ｈ・−・・−（ｓ）式（４）〜
式（８）の独立な５つの方程式と、組成と粘度との関係
データを１つの方程式と考えれば独立外６つの方程１式
がある。例えば、組成と粘度の関係データを近似式化す
る。＝方、未知数は、Ｆ、　ｐ　、　Ｍ　、　ｘ、、　
、　ｘ９．　μの６つであるから、これは数学的に解け
て、０≦ｘ１□≦１　かつｏ　＜　ｘｎ≦１　を満たす
解がめる値である。

なお、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０ 更に、２種類の全く異なる成分の混合ガスに対しては、
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に対して式（４）〜式（８）
が同様に成立する。

但し、この場合には、式（４）〜式（８）に含まれる添
字をＨ、ＤからＡ、Ｂとして、Ａ、Ｂに対する値を表わ
すものとし、かつ、原子基準であったのを分子基準とす
る。このようにして得られる式をそれぞれ式（４′）〜
（８′）と呼ぶこととする。

また、混合ガスの粘度については、Ｈ−Ｄ系では実験デ
ータを用いたが、実験データのないものについては、例
えば、次のＷｌｌｋｅＯ式（９）によ請求めた値を使う
ことができる。

ここで、 で′蔦る。　′　 Ｈ−Ｄ系の場合と同様に式（４′）〜式（９′）の独立
な６つの方程式に対し、未知数が６つであるから、これ
は数学的に解けて、 ０≦Ｘ□≦１．０≦ＪＢ≦１を満たす解がめる値である
。

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・組成測定方ぷによ□れば、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
に測定できるものであるＯ

【図面の簡単な説明】

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・・・オリフィス流量計
、１２・・・毛細管流量計、１３・・・演算器。

Claims (1)

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オリフィス流量
   計及び毛細管流量計に順次供給し、該オリフィス流□置
   針及び−毛細管流量計に接続された演算器により、該オ
   リフィス流量計により与えら、れる下記流量式Ｉ及び該
   毛細管流量計にて与えら、れる下、記流童式■に基づい
   て前Ｈ亜叩位体元素混合ガスの流量（Ｑ）を演算し、・
   か２、該流量式ｉ、Ｉから導かれる。連立式を、解く演
   算を行って前記同位体元素混合ガスの組成を算串す・る
   ことを特、徴とする同位体元素混合ガスの流量・組成測
   定方法。　。 −−！　□ 但し、・ｍ：開孔比、Ｃ０：′流量係数、６：膨張補正
   係数、Ｄ＝前後の管径、′ｙ、：重力換算係数、ΔＰ二
   前後の圧力差、ρ：気体の密度但し、Ｄ１毛細管の直径
   、ΔＰ　：毛細管の上下流の圧力差、′に：流量計の固
   有定数