WO2022124375A1 - 気泡率センサおよびこれを用いた流量計ならびに極低温液体移送管 - Google Patents

気泡率センサおよびこれを用いた流量計ならびに極低温液体移送管 Download PDF

Info

Publication number
WO2022124375A1
WO2022124375A1 PCT/JP2021/045381 JP2021045381W WO2022124375A1 WO 2022124375 A1 WO2022124375 A1 WO 2022124375A1 JP 2021045381 W JP2021045381 W JP 2021045381W WO 2022124375 A1 WO2022124375 A1 WO 2022124375A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
flow path
bubble
bubble rate
electrodes
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/045381
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勝美 中村
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to EP21903474.1A priority Critical patent/EP4261503A1/en
Priority to KR1020237018718A priority patent/KR20230098643A/ko
Priority to US18/265,856 priority patent/US20240027386A1/en
Priority to CN202180081080.6A priority patent/CN116529567A/zh
Priority to JP2022568335A priority patent/JPWO2022124375A1/ja
Publication of WO2022124375A1 publication Critical patent/WO2022124375A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • 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
    • G01F1/56—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 electric or magnetic effects
    • 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
    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • 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
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/86—Indirect mass flowmeters, e.g. measuring volume flow and density, temperature or pressure

Definitions

  • the present disclosure relates to a bubble rate sensor (void fraction sensor) for measuring the bubble rate of a cryogenic liquid such as liquid hydrogen, a flow meter using the sensor, and a cryogenic liquid transfer tube.
  • a bubble rate sensor void fraction sensor
  • liquid hydrogen is an extremely low temperature (boiling point -253 ° C) liquid, and has a feature that bubbles (void) are immediately generated because the heat conduction is very high and the latent heat is small. Therefore, the liquid hydrogen is a so-called two-phase flow in which gas and liquid are mixed in the transfer pipe.
  • Non-Patent Document 1 proposes a capacitance type void rate meter (capacitance type void fraction sensor) that measures a capacitance using a pair of electrodes.
  • Non-Patent Document 1 reports that the void ratio of liquid nitrogen was measured using this void ratio meter.
  • the pipe used in this capacitance type void rate meter has a relatively small inner diameter of 10.2 mm.
  • the bubble ratio sensor of the present disclosure measures the bubble ratio of an ultra-low temperature liquid, and includes a pipe having a flow path through which the ultra-low temperature liquid flows, and a first electrode and a second electrode arranged outside the flow path. , Which is located in the flow path and between the first and second electrodes and comprises at least one intermediate electrode for measuring capacitance between the first and / or second electrodes.
  • the other bubble ratio sensor of the present disclosure comprises a pipe having a flow path through which a cryogenic liquid flows and at least a pair of electrodes for measuring capacitance, at least a pair of electrodes outside the flow path. It includes an electrode to be arranged and an electrode to be arranged in the flow path.
  • Yet another bubble rate sensor of the present disclosure comprises a pipe having a flow path through which a cryogenic liquid flows and at least a pair of electrodes for measuring capacitance, at least a pair of electrodes arranged in the flow path. Has been done.
  • the current meter of the present disclosure measures the flow rate of the ultra-low temperature liquid flowing in the flow path of the pipe, and measures the flow velocity of the bubble ratio sensor and the ultra-low temperature liquid flowing in the flow path. Equipped with a meter.
  • the present disclosure also provides an ultra-low temperature liquid transfer pipe equipped with the above flow meter.
  • FIG. 1 shows the bubble ratio sensor 1 according to the embodiment of the present disclosure. Is shown.
  • the first electrode 3A and the second electrode 3B are arranged outside the flow path 5 of the pipe 2 having the flow path 5 for flowing liquid hydrogen.
  • the intermediate electrode 4 is arranged in the flow path 5 of the pipe 2.
  • the intermediate electrode 4 is located between the first electrode 3A and the second electrode 3B, and along the axial direction of the flow path 5 of the pipe 2 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1), the first electrode 3A and the second electrode 3B. It is provided so as to face the.
  • the cross section of the flow path 5 perpendicular to the axial direction is circular via the intermediate electrode 4.
  • the first electrode 3A and the second electrode 3B are located outside the flow path 5.
  • the fact that the first electrode 3A and the second electrode 3B are located outside the flow path 5 means that the first electrode 3A and the second electrode 3B are located on the outer periphery of the pipe 2 as shown in FIG. It may be located inside the pipe 2 that surrounds the flow path 5.
  • the first electrode 3A and the second electrode 3B are preferably located on the outer periphery of the pipe 2 as shown in FIG. When the first electrode 3A and the second electrode 3B are located on the outer periphery of the pipe 2, the bubble ratio sensor 1 can be easily manufactured.
  • the plurality of flow paths are regarded as one flow path, and the first electrode 3A sandwiches the flow path group outside the flow path group. And the second electrode 3B is located. Further, when there are a plurality of flow paths in one pipe 2 in this way, the intermediate electrode 4 is located between the first electrode 3A and the second bullet pole 3B, and between adjacent flow paths. ing.
  • the intermediate electrode 4 is arranged in the flow path 5 of the pipe 2 in this way, even if the inner diameter of the flow path 5 becomes large, it is between the first electrode 3A and the intermediate electrode 4 and between the second electrode 3B and the intermediate electrode. Since the capacitance is measured between the electrode and the electrode 4, the distance between the electrodes is shortened and the capacitance is increased. Further, by facing the first electrode 3A and the second electrode 3B, the area of the intermediate electrode 4 can be set large, so that the capacitance accumulated between the electrodes becomes large, and the liquid hydrogen can be charged. The measurement accuracy of the bubble ratio can be improved.
  • the first electrode 3A, the second electrode 3B, and the intermediate electrode 4 are all electrically connected to the capacitance measuring machine 8, and the measured capacitance value is displayed on the capacitance measuring machine 8. Will be done.
  • the pipe 2 is a cylindrical body having a flow path 5 for flowing liquid hydrogen, and is formed of insulating ceramics.
  • ceramics include ceramics containing zirconia, alumina, sapphire, aluminum nitride, silicon nitride, sialon, cozilite, mullite, itria, silicon carbide, cermet, ⁇ -eucriptite and the like as main components.
  • Insulating ceramics refer to ceramics having a volume resistivity of 10 10 ⁇ ⁇ m or more at 20 ° C.
  • the main component of ceramics means a component that occupies 60% by mass or more of the total 100% by mass of the components constituting the ceramics.
  • the main component is preferably a component that accounts for 95% by mass or more of the total 100% by mass of the components constituting the ceramics.
  • the components constituting the ceramics may be obtained by using an X-ray diffractometer (XRD).
  • XRD X-ray diffractometer
  • the content of each component can be determined by determining the content of the elements constituting the component using a fluorescent X-ray analyzer (XRF) or an ICP emission spectroscopic analyzer after identifying the component and converting it into the identified component. good.
  • the relative density of ceramics is, for example, 92% or more and 99.9% or less.
  • the relative density is expressed as a percentage (ratio) of the apparent density of the ceramics obtained in accordance with JIS R1634-198 with respect to the theoretical density of the ceramics.
  • Ceramics have closed pores, and the value obtained by subtracting the average value of the equivalent circle diameter of the closed pores from the average value of the distance between the centers of gravity of the adjacent closed pores (hereinafter, this value is referred to as the distance between the closed pores) is 8 ⁇ m. It may be 18 ⁇ m or more.
  • the closed pores are independent of each other.
  • the closed pores When the distance between the closed pores is 8 ⁇ m or more, the closed pores exist in a relatively dispersed state, so that the mechanical strength is high. On the other hand, when the distance between the closed pores is 18 ⁇ m or less, even if a cold shock is repeatedly applied and microcracks originating from the contour of the closed pores occur, there is a high probability that the extension will be blocked by the surrounding closed pores. Become. From this, if the distance between the closed pores is 8 ⁇ m or more and 18 ⁇ m or less, the pipe 2 made of this ceramic can be used for a long period of time.
  • the skewness of the circle-equivalent diameter of the closed pores may be larger than the skewness of the distance between the centers of gravity of the closed pores.
  • the skewness is an index (statistic) indicating how much the distribution is distorted from the normal distribution, that is, the left-right symmetry of the distribution.
  • the skewness is larger than 0, the tail of the distribution is on the right side.
  • the distribution is symmetrical, and when the skewness is less than 0, the tail of the distribution is toward the left side.
  • the skewness of the circle-equivalent diameter of the closed pores is larger than the skewness of the circle-equivalent diameter of the closed pores.
  • the mode is located to the left (zero side) of the mode of the distance between the centers of gravity. That is, there are many closed pores having a small equivalent circle diameter, and these closed pores are more sparsely present, so that the inner pipe 2 has both mechanical strength and cold heat impact resistance.
  • the skewness of the circle-equivalent diameter of the closed pores is 1 or more, and the skewness of the distance between the centers of gravity of the closed pores is 0.6 or less.
  • the difference between the skewness of the circle-equivalent diameter of the closed pores and the skewness of the distance between the centers of gravity of the closed pores is 0.4 or more.
  • a diamond abrasive grain having an average particle size D50 of 3 ⁇ m is used on a copper plate. Grind. Then, by polishing with a tin plate using diamond abrasive grains having an average particle size D 50 of 0.5 ⁇ m, a polished surface having an arithmetic average roughness Ra of 0.2 ⁇ m or less in the roughness curve is obtained.
  • the arithmetic mean roughness Ra of the polished surface is the same as the above-mentioned measuring method.
  • the distance between the centers of gravity of the dispersion measurement is used to open the pores.
  • the distance between the centers of gravity may be obtained.
  • the image analysis software "A image-kun” is described, the image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd. is shown.
  • the threshold value which is an index indicating the lightness and darkness of the image may be 165, the lightness may be dark, the small figure removal area may be 1 ⁇ m 2 , and the noise removal filter may be omitted.
  • the threshold value may be adjusted according to the brightness of the observed image, the brightness is darkened, the binarization method is manual, the small figure removal area is 1 ⁇ m2, and the noise removal filter is provided.
  • the threshold value may be adjusted so that the marker appearing in the observation image matches the shape of the closed pores.
  • the equivalent circle diameter of the closed pores the equivalent circle diameter of the open pores may be obtained by a method called particle analysis for the above observation image.
  • the setting conditions may be the same as the setting conditions used for obtaining the distance between the centers of gravity of the closed pores.
  • the skewness of the circle-equivalent diameter of the closed pores and the skewness of the distance between the centers of gravity may be obtained by using the function Skew provided in Excel (registered trademark, Microsoft Corporation), respectively.
  • Aluminum oxide powder (purity of 99.9% by mass or more), which is the main component, and magnesium hydroxide, silicon oxide, and calcium carbonate powders are put into a grinding mill together with a solvent (for example, ion-exchanged water). After pulverizing the powder until the average particle size (D 50 ) becomes 1.5 ⁇ m or less, an organic binder and a dispersant for dispersing the aluminum oxide powder are added and mixed to obtain a slurry.
  • a solvent for example, ion-exchanged water
  • the content of the magnesium hydroxide powder is 0.3 to 0.42% by mass
  • the content of the silicon oxide powder is 0.5 to 0.8% by mass
  • the content is 0.06 to 0.1% by mass
  • the balance is aluminum oxide powder and unavoidable impurities.
  • the organic binder include acrylic emulsions, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols, polyethylene oxides and the like.
  • a columnar molded body is formed by pressurizing the molding pressure to 78 MPa or more and 118 MPa or less using a uniaxial press molding device or a cold hydrostatic pressure press molding device. obtain.
  • the molded body is formed with dents that become recesses after firing by cutting as necessary.
  • the molded body is fired with the firing temperature set to 1580 ° C. or higher and 1780 ° C. or lower and the holding time set to 2 hours or longer and 4 hours or lower to obtain a pipe made of ceramics.
  • the compact may be fired with a firing temperature of 1600 ° C. or higher and 1760 ° C. or lower and a holding time of 2 hours or longer and 4 hours or shorter.
  • the surface of the ceramics facing the flow path may be ground to form a ground surface.
  • the surface of the recess in which the electrode is provided may be ground to form the bottom surface.
  • the flow path 5 should have an inner diameter of 50 mm or more.
  • the distance between the electrodes increases, so that the capacitance may decrease.
  • the intermediate electrode 4 is provided, the distance between the electrodes is narrowed, so that the capacitance is increased and the sensitivity can be increased.
  • the inner diameter of the flow path 5 can be increased, and in this way, the flow rate of liquid hydrogen can be increased.
  • the inner diameter of the flow path 5 is the maximum diameter of the flow path 5 in the direction perpendicular to the intermediate electrode 4. That is, the inner diameter of the flow path 5 includes the thickness of the intermediate electrode 4 and the thickness of the support portion 7 that supports the intermediate electrode 4.
  • the pipe 2 has recesses 6A and 6B formed at portions facing each other via the axis of the flow path 5, respectively, and the first electrodes 3A and the first electrodes 3A and 6B are formed on the bottom surfaces of these recesses 6A and 6B, respectively.
  • Two electrodes 3B are arranged respectively.
  • the recesses 6A and 6B and the first electrode 3A and the second electrode 3B may be provided over the entire length in the axial direction of the pipe 2, or may be provided only in a part thereof.
  • the bottom surface of the recesses 6A and 6B is a flat surface in FIG. 1, but the cross section may be an arc shape corresponding to the flow path 5.
  • the first electrode 3A, the second electrode 3B, and the intermediate electrode 4 can be formed of, for example, copper foil, aluminum foil, or the like.
  • the first electrode 3A and the second electrode 3B can be formed on the bottom surfaces of the recesses 6A and 6B by, for example, a vacuum vapor deposition method, a metallizing method, an active metal method, or the like. Further, the metal plates serving as the first electrode 3A and the second electrode 3B may be adhered to the bottom surfaces of the recesses 6A and 6B, respectively.
  • the intermediate electrode 4 is preferably arranged so as to connect two points on the inner peripheral surface facing each other in the radial direction in the flow path 5.
  • the flow path 5 of the liquid hydrogen can be divided, so that the distance between the electrodes is shortened and the capacitance is increased.
  • the sensitivity of the bubble ratio sensor 1 is increased, so that the measurement accuracy of the bubble ratio of liquid hydrogen can be improved.
  • the pipe 2 includes a plate-shaped support portion 7 for supporting the intermediate electrode 4 in the flow path 5, and the intermediate electrode 4 is built in the support portion 7.
  • the intermediate electrode 4 can be protected.
  • the intermediate electrode 4 is arranged in parallel with at least one of the first electrode 3A and the second electrode 3B, for example.
  • the support portion 7 the same insulating ceramics as the pipe 2 can be used. Therefore, the support portion 7 and the pipe 2 may be, for example, an integrally formed product integrally formed by extrusion molding or CIP (cold hydrostatic pressure) molding.
  • CIP cold hydrostatic pressure
  • the film of the intermediate electrode 4 may be inserted into the portion forming the support portion 7 at the time of molding.
  • a support portion 7 having a built-in intermediate electrode 4 may be created in advance and raised, and this may be inserted into the flow path 5 at right angles in the axial direction.
  • the intermediate electrode 4 is mounted (laminated) on one or both sides of the support portion 7 so as to face either or both of the first electrode 3A and the second electrode 3B without incorporating the intermediate electrode 4. good.
  • it can be manufactured by integral molding, but the intermediate electrode 4 may be attached after integral molding.
  • the thickness of the first electrode 3A, the second electrode 3B, and the intermediate electrode 4 is preferably 10 ⁇ m or more, preferably 20 ⁇ m or more, and 2 mm or less, preferably 1 mm or less.
  • the distance between the first electrode 3A and the intermediate electrode 4 should be electrically equal to the distance between the second electrode 3B and the intermediate electrode 4.
  • the first electrode 3A and the second electrode 3B are electrically connected to the capacitance measuring machine 8, and the intermediate electrode 4 is also electrically connected to the capacitance measuring machine 8. It constitutes the bubble ratio sensor 1.
  • FIG. 1 The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the bubble ratio sensor 11 includes a plurality of intermediate electrodes 41, 42, 43, and the distances between the intermediate electrodes 41, 42, 43 are electrically equal.
  • the plurality of intermediate electrodes 41, 42, 43 in this way, the distance between the intermediate electrodes 41, 42, 43 can be shortened. Therefore, the capacitance accumulated between the intermediate electrodes 41, 42, and 43 becomes large, and the measurement accuracy of the bubble ratio of liquid hydrogen can be improved.
  • the distances between the intermediate electrodes 41, 42, and 43 may be appropriately changed to change the sensitivity.
  • the intermediate electrodes 41, 42, and 43 are built in and supported by the support portions 71, 72, and 73, respectively, as in the above-described embodiment.
  • the intermediate electrodes 41, 42, and 43 are arranged in parallel with at least one of the first electrode 3A and the second electrode 3B, for example.
  • the first electrode 3A, the second electrode 3B, and the intermediate electrodes 41, 42, and 43 are all electrically connected to the capacitance measuring machine 8, and the measured capacitance value is the capacitance measurement. It is displayed on the machine 8.
  • the distance between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41 closest to the first electrode 3A and the distance between the second electrode 3B and the intermediate electrode 43 closest to the second electrode 3B are electrically equal to each other. Is good.
  • FIG. 3A and 3B are schematic views showing that "the distances between the two electrodes are electrically equal”.
  • FIG. 3A shows a case where the insulating layer constituting the pipe 2 is thick, such as between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41
  • FIG. 3B shows a case where the insulating layer is formed between the intermediate electrode 41 and the intermediate electrode 42.
  • the thin cases are schematically shown.
  • the potential difference generated according to the total t 11 of the average thickness of the pipe 2 sandwiched between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41 and the thickness of the support portion 71 is E 11 , the first electrode 3A and the intermediate electrode.
  • E 22 be the potential difference generated according to the average thickness t 22 of the measured space A sandwiched by 41.
  • the potential difference generated according to the total thickness t 1 of the support portions 71 and 72 sandwiched between the intermediate electrode 41 and the intermediate electrode 42 is sandwiched between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41.
  • the average thickness t 22 of the measured space A is the thickness of the measured space B. It is shorter than t 2 .
  • the potential differences E 1 , E 22 , E 1 and E 2 may be measured by the capacitance measuring machine 8.
  • the average thickness of the pipe 2 sandwiched between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41 may be obtained by using the mean value theorem of integration.
  • the average thickness t 22 of the measured space A sandwiched between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41 is the pipe 2 sandwiched between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41 from the distance between the first electrode 3A and the intermediate electrode 41. It is a value obtained by subtracting the total t 11 of the average thickness and the thickness of the support portion 71.
  • a pair of electrodes for measuring capacitance are arranged on the outer periphery of the pipe 2 as the first electrode 3A or the second electrode 3B.
  • the number of pairs of electrodes may be two or more.
  • the first electrode 3A or the second electrode 3B arranged outside the flow path 5 is not used, but a pair of electrodes arranged inside the flow path 5 is configured.
  • It may be a bubble ratio sensor. That is, among the intermediate electrodes 41, 42, and 43 shown in FIG. 2, for example, the bubble ratio sensor may be composed of the intermediate electrodes 41 and 43, the intermediate electrodes 41 and 42, or the intermediate electrodes 42 and 43. As shown in FIG. 2, each part of the intermediate electrodes 41, 42, and 43 may be located inside the inner peripheral surface surrounding the flow path 5.
  • This flow meter measures the flow rate of liquid hydrogen flowing in the flow path 5, and measures the flow rates of the above-mentioned bubble ratio sensors 1 and 11 and the ultra-low temperature liquid (not shown) flowing in the flow path 5. And prepare.
  • the bubble rate sensors 1 and 11 and the current meter are attached to a liquid hydrogen transfer pipe (hereinafter, may be abbreviated as a transfer pipe) (not shown).
  • the electrostatic capacity of the liquid hydrogen is measured by the bubble ratio sensors 1 and 11, and then the density d (kg / m) of the liquid hydrogen is measured. 3 ) is sought.
  • the flow meter further includes an arithmetic unit to which the bubble rate sensors 1 and 11 and a current meter are connected in order to perform the above calculation.
  • the flow rate of liquid hydrogen can be easily measured, which facilitates management when a large amount of liquid hydrogen is industrially transferred.
  • the bubble ratio sensors 1 and 11 of liquid hydrogen and the flow meter using the same have been described, but other ultra-low temperature liquids such as liquid nitrogen (-196 ° C), liquid helium (-269 ° C), and liquefaction.
  • liquid nitrogen -196 ° C
  • liquid helium -269 ° C
  • liquefaction liquefaction temperature
  • the cryogenic liquid in the present disclosure means a liquid that liquefies at a cryogenic temperature of -162 ° C or lower. It was
  • the bubble rate sensor of the present disclosure is not limited to the above embodiment, and various changes and improvements can be made within the scope of the present disclosure.
  • Bubble rate sensor 2 Piping 3A 1st electrode 3B 2nd electrode 4, 41, 42, 43 Intermediate electrode 5 Flow path 6A, 6B Recessed portion 7, 71, 72, 73 Support part 8 Capacitance measuring machine

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

極低温液体の気泡率を測定する気泡率センサであって、極低温液体が流れる流路を有する配管と、流路の外部に配置される第１電極および第２電極と、流路内でかつ第１電極と第２電極の間に配置され第１電極および／または第２電極との間で静電容量を測定するための少なくとも１つの中間電極を備える。

Description

気泡率センサおよびこれを用いた流量計ならびに極低温液体移送管
　本開示は、液体水素等の極低温液体の気泡率を測定するための気泡率センサ（void fraction sensor）およびこれを用いた流量計ならびに極低温液体移送管に関する。
　近時、温室効果ガスの排出削減に伴い、有力なエネルギー貯蔵媒体として水素の利用が注目されている。特に、液体水素は、体積効率が高く長期保存が可能であるため、その利用技術が種々開発されている。しかし、液体水素を大量に取り扱う場合に必要となる流量の正確な計測方法が工業的に確立されていなかった。その主な理由は、液体水素が非常に気化しやすく気体と液体の比率の変化が大きな流体である為である。
　すなわち、液体水素は、極低温（沸点-２５３℃）の液体であり、熱伝導が非常に高く潜熱が小さいため、すぐに気泡（void）が発生するという特徴がある。そのため、液体水素は、移送用の配管内では、気液混合した、いわゆる二相流となっている。
　従って、気泡の含有割合の変化が大きいため、配管内を流れる液体水素の流量を測定するには、通常の液体のように流速を測定するだけでは、正確な流量を知ることはできない。
　そこで、気液二相流の気相体積割合を示す気泡率を計測する気泡率計の開発が進められている。このような気泡率計として、非特許文献１では、一対の電極を用いて静電容量を測定する静電容量型ボイド率計（capacitance type void fraction sensor）が提案されている。非特許文献１は、このボイド率計を使用して、液体窒素のボイド率を測定したことが報告されている。この静電容量型ボイド率計で用いられる配管は、内径が１０．２ｍｍと比較的小さいものが用いられている。
Norihide MAENO、他５名、「Void Fraction Measurement of Cryogenic Two Phase Flow Using a Capacitance Sensor」, Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan, Vol. 12, No. ists29, pp. Pa_101-Pa_107, 2014
　本開示の気泡率センサは、極低温液体の気泡率を測定するものであって、極低温液体が流れる流路を有する配管と、流路の外部に配置される第１電極および第２電極と、流路内でかつ第１電極と第２電極の間に配置され第１電極および／または第２電極との間で静電容量を測定するための少なくとも１つの中間電極を備える。
　本開示の他の気泡率センサは、極低温液体が流れる流路を有する配管と、静電容量を測定するための少なくとも一対の電極と、を備え、少なくとも一対の電極が、流路の外部に配置される電極と、流路内に配置される電極とを備える。
　本開示のさらに他の気泡率センサは、極低温液体が流れる流路を有する配管と、静電容量を測定するための少なくとも一対の電極と、を備え、少なくとも一対の電極が流路内に配置されている。
　本開示の流量計は、配管の流路内を流れる極低温液体の流量を測定するものであって、上記の気泡率センサと、前記流路内を流れる前記極低温液体の流速を測定する流速計とを備える。
　また、本開示は、上記流量計を備えた極低温液体移送管を提供するものである。
本開示の一実施形態に係る気泡率センサを示す概略断面図である。 本開示の他の実施形態に係る気泡率センサを示す概略断面図である。 および ２つの電極間の距離が電気的に等しいことを説明するための模式図である。
　以下、本開示の実施形態に係る気泡率センサを説明する。なお、以下の説明では、極低温液体として液体水素を用いた場合の気泡率を測定するための気泡率センサを例に挙げて説明する
　図１は本開示の一実施形態に係る気泡率センサ１を示している。同図に示すように、本実施形態の気泡率センサ１は、液体水素を流すための流路５を有する配管２の流路５の外部に第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂを配置すると共に、配管２の流路５内に中間電極４を配置したものである。中間電極４は、第１電極３Ａと第２電極３Ｂの間で、かつ配管２の流路５の軸方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿って第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂと対向するように設けられている。軸方向に垂直な流路５の断面は、中間電極４を介した円状である。
　第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂは、流路５の外部に位置している。第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂが流路５の外部に位置しているというのは、第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂが、図１のように配管２の外周に位置していてもよく、流路５を取り囲んでいる配管２の内部に位置していてもよい。特に、第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂは、図１のように、配管２の外周に位置しているとよい。第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂが配管２の外周に位置すると、気泡率センサ１の作製が容易となる。
　また、１つの配管２内に複数の流路がある場合、これら複数の流路群を一つの流路とみなし、この流路群の外側で、この流路群を挟むように第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂが位置している。また、このように１つの配管２内に複数の流路がある場合、中間電極４は、第１電極３Ａおよび第２弾極３Ｂの間で、かつ、隣接する流路同士の間に位置している。
　このように、配管２の流路５内に中間電極４を配置したので、流路５の内径が大きくなっても、第１電極３Ａと中間電極４との間および第２電極３Ｂと中間電極４との間で静電容量を測定するので、電極間の距離が縮まり、静電容量が大きくなる。
また、第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂと対向させることにより、中間電極４の面積を大きく設定することが可能となるため、各電極間に蓄積される静電容量が大きくなり、液体水素の気泡率の測定精度を向上させることができる。
　第１電極３Ａ、第２電極３Ｂおよび中間電極４は、いずれも静電容量測定機８に電気的に接続されており、測定された静電容量の値は、静電容量測定機８に表示される。
　配管２は、液体水素を流すための流路５を有する筒状体であって、絶縁性のセラミックスから形成される。このようなセラミックスとしては、例えばジルコニア、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、窒化珪素、サイアロン、コージライト、ムライト、イットリア、炭化珪素、サーメット、β－ユークリプタイト等を主成分とするセラミックスが挙げられる。
　絶縁性のセラミックスとは、２０℃における体積固有抵抗値が１０１０Ω・ｍ以上であるセラミックスをいう。
　セラミックスにおける主成分とは、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち、６０質量％以上を占める成分をいう。特に、主成分は、セラミックスを構成する成分の合計１００質量％のうち、９５質量％以上を占める成分であるとよい。セラミックスを構成する成分は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて求めればよい。各成分の含有量は、成分を同定した後、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）またはＩＣＰ発光分光分析装置を用いて、成分を構成する元素の含有量を求め、同定された成分に換算すればよい。
　セラミックスの相対密度は、例えば、９２％以上９９．９％以下である。相対密度は、セラミックスの理論密度に対する、ＪＩＳ Ｒ １６３４－１９９８に準拠して求められたセラミックスの見掛密度の百分率（割合）として表される。
　セラミックスは、閉気孔を有し、隣り合う閉気孔の重心間距離の平均値から閉気孔の円相当径の平均値を差し引いた値（以下、この値を閉気孔間の間隔という。）が８μｍ以上１８μｍであってもよい。閉気孔は互いに独立している。
　閉気孔間の間隔が８μｍ以上の場合、閉気孔が比較的分散された状態で存在するため、機械的強度が高くなる。一方、閉気孔間の間隔が１８μｍ以下の場合、冷熱衝撃が繰り返し与えられ、閉気孔の輪郭を起点とするマイクロクラックが発生したとしても、周囲の閉気孔により、その伸展が遮られる確率が高くなる。このことから、閉気孔間の間隔が８μｍ以上１８μｍ以下であると、このセラミックスからなる配管２を長期間に亘って用いることができる。
　閉気孔の円相当径の歪度は、閉気孔の重心間距離の歪度よりも大きくてもよい。ここで、歪度とは、分布が正規分布からどれだけ歪んでいるか、即ち、分布の左右対称性を示す指標（統計量）であり、歪度が０より大きい場合、分布の裾は右側に向かい、歪度が０の場合、分布は左右対称となり、歪度が０より小さい場合、分布の裾は左側に向かう。
　閉気孔の円相当径および閉気孔の重心間距離のそれぞれのヒストグラムを重ね合わせると、閉気孔の円相当径の歪度は、閉気孔の重心間距離の歪度より大きい場合、円相当径の最頻値は、重心間距離の最頻値よりも左側（ゼロ側）に位置する。即ち、円相当径の小さい閉気孔が多く、しかも、これらの閉気孔がより疎らに存在することになり、機械的強度と耐冷熱衝撃性とを兼ね備えた内管２とすることができる。
　例えば、閉気孔の円相当径の歪度は１以上であり、閉気孔の重心間距離の歪度は０．６以下である。閉気孔の円相当径の歪度と、閉気孔の重心間距離の歪度との差は、０．４以上である。
　閉気孔の重心間距離および円相当径を求めるには、まず、セラミックスを形成する配管の一方の端面から軸方向に向かって、平均粒径Ｄ５０が３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて銅盤にて研磨する。その後、平均粒径Ｄ５０が０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫盤にて研磨することにより、粗さ曲線における算術平均粗さＲaが０．２μｍ以下である研磨面を得る。研磨面の算術平均粗さＲａは、上述した測定方法と同じである。 
　研磨面を２００倍の倍率で観察し、平均的な範囲を選択して、例えば、面積が７．２×１０４μｍ２（横方向の長さが３１０μｍ、縦方向の長さが２３３μｍ）となる範囲をＣＣＤカメラで撮影して、観察像を得る。
　この観察像を対象として、例えば、画像解析ソフト「Ａ像くん(ｖｅｒ２．５２)」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用いて分散度計測の重心間距離法という手法で閉気孔の重心間距離を求めればよい。以下、画像解析ソフト「Ａ像くん」と記載した場合、旭化成エンジニアリング（株）製の画像解析ソフトを示す。 
　この手法の設定条件としては、例えば、画像の明暗を示す指標であるしきい値を１６５、明度を暗、小図形除去面積を１μｍ２、雑音除去フィルタを無とすればよい。なお、観察像の明るさに応じて、しきい値は調整すればよく、明度を暗、２値化の方法を手動とし、小図形除去面積を１μｍ２および雑音除去フィルタを有とした上で、観察像に現れるマーカーが閉気孔の形状と一致するように、しきい値を調整すればよい。閉気孔の円相当径は、上記観察像を対象として、粒子解析という手法で開気孔の円相当径を求めればよい。設定条件は、閉気孔の重心間距離を求めるのに用いた設定条件と同じにすればよい。
　閉気孔の円相当径および重心間距離の歪度は、それぞれＥｘｃｅｌ（登録商標、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に備えられている関数Ｓｋｅｗを用いて求めればよい。
　このようなセラミックスによって形成される配管の製造方法の一例について説明する。配管を形成するセラミックスの主成分が酸化アルミニウムである場合について説明する。
　主成分である酸化アルミニウム粉末（純度が９９．９質量％以上）と、水酸化マグネシウム、酸化珪素および炭酸カルシウムの各粉末とを粉砕用ミルに溶媒（例えば、イオン交換水）とともに投入して、粉末の平均粒径（Ｄ５０）が１．５μｍ以下になるまで粉砕した後、有機結合剤と、酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤とを添加、混合してスラリーを得る。
　ここで、上記粉末の合計１００質量％における水酸化マグネシウム粉末の含有量は０．３～０．４２質量％、酸化珪素粉末の含有量は０．５～０．８質量％、炭酸カルシウム粉末の含有量は０．０６～０．１質量％であり、残部が酸化アルミニウム粉末および不可避不純物である。有機結合剤としては、例えば、アクリルエマルジョン、ポリビニールアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等である。
　次に、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、１軸プレス成形装置あるいは冷間静水圧プレス成形装置を用いて、成形圧を７８ＭＰａ以上１１８ＭＰａ以下として加圧することにより柱状の成形体を得る。
　成形体には、必要に応じて切削加工により、焼成後に凹部となる凹みが形成される。
　焼成温度を１５８０℃以上１７８０℃以下、保持時間を２時間以上４時間以下として成形体を焼成してセラミックスからなる配管を得る。
　閉気孔の間隔が８μｍ以上１８μｍであるセラミックスを得るには、例えば、焼成温度を１６００℃以上１７６０℃以下、保持時間を２時間以上４時間以下として成形体を焼成すればよい。
流路に対向するセラミックスの面を研削して研削面としてもよい。また、電極が設けられる凹部の面を研削して底面としてもよい。
　また、流路５は、内径が５０ｍｍ以上であるのがよい。配管の外周面に一対の電極を設けた気泡率センサでは、配管の径を大きくすると、電極間の距離が広がるため、静電容量が小さくなるおそれがあったが、本実施形態のように、中間電極４を設けると、電極間の距離が狭くなるため、静電容量が大きくなり、感度を高めることができる。中間電極４を設けることにより、流路５の内径を大きくすることができ、このようにすると、液体水素の流量を増やすことができる。
　流路５の内径とは、中間電極４に垂直な方向における流路５の最大径である。即ち、流路５の内径は、中間電極４の厚みと中間電極４を支持する支持部７の厚みも含む。
　配管２は、図１に示すように、流路５の軸心を介して対向する部位にそれぞれ凹部６Ａ、６Ｂが形成されており、これらの凹部６Ａ、６Ｂの底面に第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂがそれぞれ配置されている。凹部６Ａ、６Ｂおよび第１電極３Ａ、第２電極３Ｂは、配管２の軸方向の全長にわたって設けられていてもよく、一部に設けているだけでもよい。凹部６Ａ、６Ｂの底面は、図１では平坦面であるが、断面が流路５と対応する円弧状であってもよい。
　第１電極３Ａ、第２電極３Ｂおよび中間電極４は、例えば銅箔、アルミニウム箔等で形成することができる。凹部６Ａ、６Ｂの底面に第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂを形成するには、例えば真空蒸着法、メタライズ法、活性金属法等で行うことができる。また、第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂとなる金属板をそれぞれ凹部６Ａ、６Ｂの底面に接着してもよい。
　中間電極４は、流路５内の径方向に互いに対向する、内周面の２点を接続するように配置されるのがよい。これにより、液体水素の流路５を分割することができるので、電極間の距離が縮まり、静電容量が大きくなる。その結果、気泡率センサ１の感度が高くなるので、液体水素の気泡率の測定精度を向上させることができる。
　配管２は、中間電極４を支持する板状の支持部７を流路５内に備え、中間電極４は、支持部７に内蔵されているのがよい。中間電極４を支持部７で支持することにより、中間電極４を保護することができる。特に、中間電極４が流路５内で露出しないので、損傷を受けにくくなり、長期間に亘って用いることができる。中間電極４は、例えば、第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂの少なくともいずれかに平行に配置される。
　上記支持部７としては、配管２と同様の絶縁性セラミックスが使用可能である。そのため、支持部７と配管２とは、例えば、押出成形やＣＩＰ（冷間静水圧加圧）成形により一体に形成された一体形成品であってもよい。支持部７に中間電極４を内蔵させるには、例えば、成形時に中間電極４のフィルムを、支持部７を形成する部位に挿入すればよい。
　一体成形に代えて、中間電極４を内蔵した支持部７をあらかじめ作成して起き、これを流路５内に軸方向に直交して挿入してもよい。
　また、中間電極４を内蔵させずに、中間電極４を第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂのいずれか、または両方に対向するように支持部７の片面または両面に装着（積層）してもよい。この場合も、一体成形で作製することができるが、中間電極４を一体成形後に貼着してもよい。
　第１電極３Ａ、第２電極３Ｂおよび中間電極４の厚さは、いずれも１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上で、２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下であるのがよい。
　第１電極３Ａと中間電極４との距離は、第２電極３Ｂと中間電極４との距離と電気的に等しいのがよい。これら２つの電極間の距離を電気的に等しくすることにより、後述する被測定空間Ａの平均厚みｔ２２に応じて生じる電位差と、被測定空間Ｂの厚みｔ２に応じて生じる電位差とが等しくなり、分割した流路５ａ、５ｂに対する気泡率の電気的評価を等しく扱うことが可能となり、制御を簡素化できる。「２つの電極間の距離が電気的に等しい」の意味については後述する。
　図１に示すように、第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂは静電容量測定機８に電気的に接続されており、また、静電容量測定機８には中間電極４も電気的に接続され、気泡率センサ１を構成している。
　次に、本開示の他の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、図１と同じ構成部材には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
　図２に示すように、本実施形態に係る気泡率センサ１１は、複数の中間電極４１、４２、４３を備えており、各中間電極４１、４２、４３間の距離は電気的に等しい。このように、複数の中間電極４１、４２、４３を備えることで、各中間電極４１、４２、４３間の距離を短くすることができる。そのため、各中間電極４１、４２、４３間に蓄積される静電容量が大きくなり、液体水素の気泡率の測定精度を向上させることができる。
　このとき、各中間電極４１、４２、４３間の距離が電気的に等しい限りは、該距離を適宜変えて、感度を変化させもよい。
　中間電極４１、４２、４３は、前記した実施形態と同様に、それぞれ支持部７１、７２、７３に内蔵され支持されている。中間電極４１、４２、４３は、例えば、第１電極３Ａおよび第２電極３Ｂの少なくともいずれかに平行に配置される。
　第１電極３Ａ、第２電極３Ｂおよび中間電極４１、４２、４３は、いずれも静電容量測定機８に電気的に接続されており、測定された静電容量の値は、静電容量測定機８に表示される。
　また、使用される条件によって、気体水素が配管２の流路５内で鉛直上方に集合した気液二相流となった場合、鉛直上方の感度と、液体が主体の鉛直下方の感度とで評価の重みを変えることで測定系全体の精度を向上させることができる。
　測定精度を向上させるうえで、第１電極３Ａと最も第１電極３Ａに近い中間電極４１の距離と、第２電極３Ｂと最も第２電極３Ｂに近い中間電極４３の距離とは電気的に等しいのがよい。
　同様に、各中間電極４１、４２、４３間の距離と、第１電極３Ａと最も第１電極３Ａに近い中間電極４１の距離および第２電極３Ｂと最も第２電極３Ｂに近い中間電極４３の少なくともいずれが電気的に等しいのがよい。
　次に、「２つの電極間の距離が電気的に等しい」の意味について、図２に示す気泡率センサ１１に基づいて説明する。図３Ａ、３Ｂは、「２つの電極間の距離が電気的に等しい」ことを示す模式図である。図３Ａは、第１電極３Ａと中間電極４１との間のように配管２を構成する絶縁層が厚い場合を、図３Ｂは、中間電極４１と中間電極４２との間のように絶縁層が薄い場合をそれぞれ模式的に示している。
　図３Ａに示すように、第１電極３Ａと中間電極４１とによって挟まれる配管２の平均厚みと支持部７１の厚みの合計ｔ１１に応じて生じる電位差をＥ１１、第１電極３Ａと中間電極４１とによって挟まれる被測定空間Ａの平均厚みｔ２２に応じて生じる電位差をＥ２２とする。一方、図３Ｂに示すように、中間電極４１と中間電極４２によって挟まれる支持部７１、７２の厚みの合計ｔ１に応じて生じる電位差をＥ１、第１電極３Ａと中間電極４１とによって挟まれる被測定空間Ｂの厚みｔ２に応じて生じる電位差をＥ２とした場合、Ｅ２＝Ｅ２２となるように、ｔ１１、ｔ２２、ｔ１およびｔ２が調整された状態を、２つの電極間の距離が電気的に等しいという。
　図２に示す例では、極低温液体よりも誘電率の大きい絶縁性セラミックスの厚みの合計ｔ１１が厚みｔ１よりも大きいため、被測定空間Ａの平均厚みｔ２２が被測定空間Ｂの厚みｔ２よりも短くなる。
　各電位差Ｅ１、Ｅ２２、Ｅ１およびＥ２は、静電容量測定機８で測定すればよい。
　第１電極３Ａと中間電極４１とによって挟まれる配管２の平均厚みは、積分の平均値の定理を用いて求めればよい。第１電極３Ａと中間電極４１とによって挟まれる被測定空間Ａの平均厚みｔ２２は、第１電極３Ａと中間電極４１との間隔から第１電極３Ａと中間電極４１とによって挟まれる配管２の平均厚みと支持部７１の厚みの合計ｔ１１を差し引いた値である。
　以上の実施形態の気泡率センサ１、１１の他に、本開示においては、静電容量を測定するための一対の電極が、配管２の外周に配置される第１電極３Ａまたは第２電極３Ｂと、流路５内に配置される中間電極４とから構成された気泡率センサであってもよい。すなわち、配管２の外周に配置される電極は、上記電極３Ａ、３Ｂの一方のみであってもよい。このような一対の電極であっても、電極間の距離が短くなるので、電極間に蓄積される静電容量が大きくなり、気泡率の測定精度を向上させることができる。なお、一対の電極は２以上であっても構わない。
　また、本開示の他の気泡率センサとして、流路５の外部に配置される第１電極３Ａまたは第２電極３Ｂを用いずに、流路５内に配置された一対の電極で構成された気泡率センサであってもよい。すなわち、図２に示す中間電極４１，４２、４３のうち、例えば、中間電極４１と４３、中間電極４１と４２あるいは中間電極４２と４３で構成された気泡率センサであってもよい。図２に示すように、中間電極４１、４２、４３のそれぞれ一部は、流路５を囲繞する内周面の内側に位置していてもよい。
　次に、本開示の実施形態に係る流量計について説明する。この流量計は、流路５内を流れる液体水素の流量を測定するものであり、前記した気泡率センサ１、１１と、図示しない極低温液体が流路５内を流れる流速を測定する流速計とを備える。気泡率センサ１、１１および流速計は、図示しない液体水素移送管（以下、移送管と略称する場合がある。）に取り付けられている。
　流路５内を流れる液体水素は、気液混合した二相流となっているので、気泡率センサ１、１１で液体水素の静電容量を測定し、これから液体水素の密度ｄ（ｋｇ／ｍ３）を求める。
　そして、流速計で求めた液体水素の流速（ｍ／秒）をｖ、流路５の断面積（ｍ２）をａとしたとき、次式によって流量Ｆ（ｋｇ／秒）が求められる。
　　Ｆ＝ｄ×ｖ×ａ
　流量計は、上記演算を行うために、気泡率センサ１、１１および流速計が接続された演算装置をさらに備えている。これにより、液体水素の流量測定を簡単に行うことができるので、工業的に液体水素を大量移送する場合に管理が容易になる。
　以上の説明では、液体水素の気泡率センサ１，１１およびこれを用いる流量計について述べたが、他の極低温液体、例えば、液体窒素（－１９６℃）、液体ヘリウム（－２６９ ℃)、液化天然ガス（-１６２℃）、液体アルゴン（－１８６℃）等（括弧内は液化温度を示す。）に対しても同様に適用可能である。よって、本開示における極低温液体とは、－１６２℃以下の極低温で液化するものをいう。　
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の気泡率センサは、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示に記載の範囲内で種々の変更や改善が可能である。
　１、１１　気泡率センサ
　２　　配管
　３Ａ　第１電極
　３Ｂ　第２電極
　４、４１、４２、４３　中間電極
　５　　流路
　６Ａ、６Ｂ　凹部
　７、７１、７２、７３　支持部
　８　　静電容量測定機
 

Claims (15)

  1. 　極低温液体の気泡率を測定する気泡率センサであって、
    　前記極低温液体が流れる流路を有する配管と、
    　前記流路の外部に配置される第１電極および第２電極と、
    　前記流路内で、かつ前記第１電極と第２電極の間に配置され、前記第１電極および／または第２電極との間で静電容量を測定するための少なくとも１つの中間電極を備えた気泡率センサ。
  2. 　前記中間電極は、前記流路の軸方向に沿って前記第１電極と第２電極に対向して設けられている、請求項１に記載の気泡率センサ。
  3. 　前記中間電極は、前記流路内の径方向に互いに対向する、内周面の２点を接続する、請求項１または２に記載の気泡率センサ。
  4. 　前記第１電極と前記中間電極との距離は、前記第２電極と前記中間電極との距離と電気的に等しい、請求項１～３のいずれかに記載の気泡率センサ。
  5. 　前記中間電極は複数あり、各中間電極間の距離は電気的に等しい、請求項１～３のいずれかに記載の気泡率センサ。
  6. 　前記第１電極と最も前記第１電極に近い中間電極の距離と、前記第２電極と最も前記第２電極に近い中間電極の距離とが電気的に等しい、請求項５に記載の気泡率センサ。
  7. 　各中間電極間の距離と、前記第１電極と最も前記第１電極に近い中間電極の距離および前記第２電極と最も前記第２電極に近い中間電極の距離の少なくともいずれかとが電気的に等しい、請求項５または６に記載の気泡率センサ。
  8. 　前記配管は、前記流路内に前記中間電極を支持する支持部を備え、前記中間電極は、前記支持部に内蔵されている、請求項１～７のいずれかに記載の気泡率センサ。
  9. 　前記配管は、前記中間電極を支持する支持部を備え、前記中間電極は、前記第１電極および第２電極のいずれか、または両方に対向するように前記支持部の片面または両面に装着され、絶縁膜によって被覆されている、請求項１～７のいずれかに記載の気泡率センサ。
  10. 　前記支持部は前記配管と一体形成品である、請求項８または９に記載の気泡率センサ。
  11. 　前記流路の内径が５０ｍｍ以上である、請求項１～１０のいずれかに記載の気泡率センサ。
  12. 　極低温液体の気泡率を測定する気泡率センサであって、
    　前記極低温液体が流れる流路を有する配管と、
    　静電容量を測定するための少なくとも一対の電極と、を備え、
    　前記少なくとも一対の電極が、前記流路の外部に配置される電極と、前記流路内に配置される電極とを備えた気泡率センサ。
  13. 　極低温液体の気泡率を測定する気泡率センサであって、
    　前記極低温液体が流れる流路を有する配管と、
    　静電容量を測定するための少なくとも一対の電極と、を備え、
    　前記少なくとも一対の電極が、前記流路内に配置されている気泡率センサ。
  14. 　配管の流路内を流れる極低温液体の流量を測定する流量計であって、請求項１～１３のいずれかに記載の気泡率センサと、前記流路内を流れる前記極低温液体の流速を測定する流速計とを備えた流量計。
  15. 　請求項１４に記載の流量計を備えた極低温液体移送管。
     
PCT/JP2021/045381 2020-12-09 2021-12-09 気泡率センサおよびこれを用いた流量計ならびに極低温液体移送管 WO2022124375A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21903474.1A EP4261503A1 (en) 2020-12-09 2021-12-09 Bubble fraction sensor, flowmeter using same, and cryogenic liquid transfer pipe
KR1020237018718A KR20230098643A (ko) 2020-12-09 2021-12-09 기포율 센서 및 이것을 사용한 유량계 및 극저온 액체 이송관
US18/265,856 US20240027386A1 (en) 2020-12-09 2021-12-09 Void fraction sensor, flowmeter using the same, and cryogenic liquid transfer pipe
CN202180081080.6A CN116529567A (zh) 2020-12-09 2021-12-09 气泡率传感器及使用其的流量计和极低温液体移送管
JP2022568335A JPWO2022124375A1 (ja) 2020-12-09 2021-12-09

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020204565 2020-12-09
JP2020-204565 2020-12-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022124375A1 true WO2022124375A1 (ja) 2022-06-16

Family

ID=81973320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/045381 WO2022124375A1 (ja) 2020-12-09 2021-12-09 気泡率センサおよびこれを用いた流量計ならびに極低温液体移送管

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240027386A1 (ja)
EP (1) EP4261503A1 (ja)
JP (1) JPWO2022124375A1 (ja)
KR (1) KR20230098643A (ja)
CN (1) CN116529567A (ja)
WO (1) WO2022124375A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024106473A1 (ja) * 2022-11-16 2024-05-23 京セラ株式会社 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63214620A (ja) * 1987-03-04 1988-09-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 流量測定装置
JPH0552796A (ja) * 1991-08-28 1993-03-02 Mitsubishi Electric Corp 燃料の誘電率検知センサ
JPH0735670A (ja) * 1993-07-16 1995-02-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 極低温流体用密度計
JP2014524566A (ja) * 2011-08-02 2014-09-22 スネクマ ２相流におけるガス含有量を測定するための多電極センサ
US20140331783A1 (en) * 2011-12-06 2014-11-13 Schlumberger Technology Corporation Multiphase flowmeter
JP2014232007A (ja) * 2013-05-28 2014-12-11 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 気液二相の流量計測方法及び二相流量計測装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63214620A (ja) * 1987-03-04 1988-09-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 流量測定装置
JPH0552796A (ja) * 1991-08-28 1993-03-02 Mitsubishi Electric Corp 燃料の誘電率検知センサ
JPH0735670A (ja) * 1993-07-16 1995-02-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 極低温流体用密度計
JP2014524566A (ja) * 2011-08-02 2014-09-22 スネクマ ２相流におけるガス含有量を測定するための多電極センサ
US20140331783A1 (en) * 2011-12-06 2014-11-13 Schlumberger Technology Corporation Multiphase flowmeter
JP2014232007A (ja) * 2013-05-28 2014-12-11 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 気液二相の流量計測方法及び二相流量計測装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NORIHIDE MAENO ET AL.: "Void Fraction Measurement of Cryogenic Two Phase Flow Using a Capacitance Sensor", TRANS. JSASS AEROSPACE TECH., vol. 12, no. 29, 2014, pages 101 - 107

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024106473A1 (ja) * 2022-11-16 2024-05-23 京セラ株式会社 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管

Also Published As

Publication number Publication date
EP4261503A1 (en) 2023-10-18
CN116529567A (zh) 2023-08-01
JPWO2022124375A1 (ja) 2022-06-16
KR20230098643A (ko) 2023-07-04
US20240027386A1 (en) 2024-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022124375A1 (ja) 気泡率センサおよびこれを用いた流量計ならびに極低温液体移送管
WO2022163779A1 (ja) 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管
WO2022124377A1 (ja) 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管
US20130337309A1 (en) Porous metal supported thin film sodium ion conducting solid state electrolyte
KR102030892B1 (ko) Ito 스퍼터링 타겟 및 그 제조 방법 그리고 ito 투명 도전막 및 ito 투명 도전막의 제조 방법
Uematsu et al. Effect of forming pressure on the internal structure of alumina green bodies examined with immersion liquid technique
WO2022124376A1 (ja) 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管
KR102493208B1 (ko) 원통형 스퍼터링 타겟, 원통형 성형체, 및 원통형 스퍼터링 타겟, 원통형 소결체, 및 원통형 성형체의 제조 방법
US20160264479A1 (en) Porous Material and Heat Insulating Film
Fan et al. Room temperature elastic properties of gadolinia-doped ceria as a function of porosity
CN109923092A (zh) 稀土氟氧化物烧结体以及其制造方法
JP7511031B2 (ja) 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管
WO2023234302A1 (ja) 気泡率センサ、これを用いた流量計および液体移送管
WO2012102378A1 (ja) 炭化珪素質接合体およびこれからなる伝熱管ならびにこの伝熱管を備える熱交換器
Rose et al. Characterization of porous stainless steel 430 for low-and intermediate-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) substrates
WO2024106473A1 (ja) 気泡率センサ、これを用いた流量計および極低温液体移送管
US20230111655A1 (en) Wafer boat
JP6453235B2 (ja) 多孔質板状フィラー、及び断熱膜
WO2022075172A1 (ja) 多孔質体、放熱構造体及び電子機器
CN217560749U (zh) 一种辅助检测装置
JP2012232863A (ja) 炭化珪素質焼結体およびこの炭化珪素質焼結体からなる静電吸着部材ならびに半導体製造装置用部材
Hinklin et al. Effective Diffusion Distance for Aggregated Nanocrytalline Zirconia Ceramic Powders During Sintering.
JPWO2015087887A1 (ja) 多孔質板状フィラー、及び断熱膜
Sebedash et al. Improved capacitive melting curve measurements
CN114838785A (zh) 一种辅助检测装置、油罐内部分层位置检测方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21903474

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022568335

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180081080.6

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237018718

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18265856

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021903474

Country of ref document: EP

Effective date: 20230710