流量計測装置及び流量計測方法並びに界面判定装置及び界面判定方法
【課題】超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量計測装置を提供する。
【解決手段】流量計測装置は、流体Ｆの温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体Ｒと、複数の超伝導体Ｒのそれぞれに対応して設けられており、管路１０に流体Ｆが流れた状態において対応する超伝導体Ｒを加温する複数のヒータＨとを備え、複数のヒータＨからの加温量をそれぞれ異ならせて複数のヒータＨが対応する超伝導体Ｒを加温することにより複数の超伝導体Ｒを常伝導にした後、流体Ｆにより冷却された複数の超伝導体Ｒの中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを判定し、この判定がされた常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒにおいて、加温量が最も大きいヒータＨにより加温された超伝導体Ｒが、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた熱量Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を演算する。
【解決手段】流量計測装置は、流体Ｆの温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体Ｒと、複数の超伝導体Ｒのそれぞれに対応して設けられており、管路１０に流体Ｆが流れた状態において対応する超伝導体Ｒを加温する複数のヒータＨとを備え、複数のヒータＨからの加温量をそれぞれ異ならせて複数のヒータＨが対応する超伝導体Ｒを加温することにより複数の超伝導体Ｒを常伝導にした後、流体Ｆにより冷却された複数の超伝導体Ｒの中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを判定し、この判定がされた常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒにおいて、加温量が最も大きいヒータＨにより加温された超伝導体Ｒが、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた熱量Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液体水素のような低温液化ガスの流量を計測する流量計測装置及び流量計測方法並びに界面判定装置及び界面判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計の一つとして熱線式流量計が知られている。熱線式流量計としては、流路内に挿入された酸化物高温超伝導セラミックス材料からなる線材と、該線材中を流れる電流の値を測定する電流計と、を備えたものがある(例えば特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０１０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低温液化ガスは容易に気化するので、上層が気体、下層が液体である気液混合流体の状態で流れていることがある。この状態で低温液化ガスの流量(液体の流量)を計測した場合、低温液化ガスの気体の流量が含まれて計測されるので、流量を正確に計測することができない。
【０００５】
本発明の目的は、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる流量計測装置及び流量計測方法を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体について、気体と液体の界面の位置を判定することができる界面判定装置及び界面判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の局面に係る流量計測装置は、流体が流れることができる管路と、前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【０００９】
この構成によれば、超伝導体が流体により冷却されて常伝導から超伝導に遷移した時に、その超伝導体から奪われた熱量Ｑ２が流体の流速に依存すること利用して、流量を計測する。したがって、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる。次に記載する流量計測装置も同様のことが言える。
【００１０】
本発明の第２の局面に係る流量計測装置は、流体が流れることができる管路と、前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、前記管路に前記流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記ヒータでの加温により前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【００１２】
上記構成において、前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、前記複数の超伝導体は前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記複数の超伝導体を一組として、複数の組が前記管路の周方向に並べて配置されており、前記遷移判定部は、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、前記流量計測装置は、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部をさらに備えており、前記演算部は、前記界面判定部で判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定部で判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する、ようにすることができる。
【００１３】
この構成によれば、気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定しているので、判定された界面の位置を基にして気液混合流体の流量を気体と液体に分けて演算することができる。
【００１４】
本発明の第３の局面に係る流量計測方法は、流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【００１６】
この方法によれば、超伝導体が流体により冷却されて常伝導から超伝導に遷移した時に、その超伝導体から奪われた熱量Ｑ２が流体の流速に依存すること利用して、流量を計測する。したがって、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる。次に記載する流量計測方法も同様のことが言える。
【００１７】
本発明の第４の局面に係る流量計測方法は、流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１８】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップにより前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【００１９】
上記方法において、前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置された前記複数の超伝導体を一組とし、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、前記遷移判定ステップは、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、前記流量計測方法は、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップをさらに備えており、前記演算ステップは、前記界面判定ステップで判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定ステップで判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する、ようにすることができる。
【００２０】
この方法によれば、気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定しているので、判定された界面の位置を基にして気液混合流体の流量を気体と液体に分けて演算することができる。
【００２１】
本発明の第５の局面に係る界面判定装置は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、を備えており、前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、複数の組のそれぞれにおいて判定する。気体と液体では比熱が異なるので、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体が異なる。したがって、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較することにより、気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定することができる。以下に記載する界面判定装置、界面判定方法も同様のことが言える。
【００２３】
本発明の第６の局面に係る界面判定装置は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、を備えており、前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第７の局面に係る界面判定方法は、流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体を一組とし、複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第８の局面に係る界面判定方法は、流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体を一組とし、複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明において、気液混合流体の温度とは気液混合流体の液体部分の温度を意味している。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の流量計測装置及び流量計測方法によれば、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる。
【００２８】
本発明の界面判定装置及び界面判定方法によれば、上層が気体、下層が液体である気液混合流体について、気体と液体の界面を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流量計測装置の使用状態の一例を示す図である。
【図２】上記流量計測装置に備えられる管路、超伝導体及びヒータの配置関係を示す図である。
【図３】上記流量計測装置に備えられる超伝導体の電気抵抗と温度の関係を示すグラフである。
【図４】上記流量計測装置の構成を示すブロック図である。
【図５】上記流量計測装置に備えられる超伝導体及びこれに流れる電流を測定する電流計並びにヒータ及びこれを発熱させるための電流回路を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る流量計測方法を説明するフローチャートである。
【図７】上記流量計測装置に備えられる複数の超伝導体の超伝導遷移温度がそれぞれ同じ場合に複数の超伝導体のそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図である。
【図８】上記流量計測装置に備えられる複数の超伝導体の超伝導遷移温度がそれぞれ異なる場合に複数の超伝導体のそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る流量計測装置に備えられる管路、超伝導体及びヒータの配置関係を示す図である。
【図１０】上記第２実施形態において、流体が流れる方向に沿って配置された複数の超伝導体を一組として、複数の組が管路の周方向に並べて配置された構造を平面に展開した図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る流量計測方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。まず、本実施形態による流量の計測に用いる理論を説明する。
【００３１】
超伝導体が配置されている管路に流量計測の対象となる流体(例えば液体水素)が流れている状態において、超伝導体を加温することにより、超伝導体の温度をその超伝導体の超伝導遷移温度Ｔｃよりも大きくして、超伝導体を常伝導にする。このときに超伝導体に与えられた熱量をＱ１とする。常伝導状態の超伝導体が流体により冷却されて超伝導体の温度が超伝導遷移温度Ｔｃより小さくなれば、超伝導体は常伝導から超伝導に遷移する。この遷移により超伝導体から奪われた熱量をＱ２とすれば、Ｑ２は以下の式で表される。
【００３２】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｃｓは超伝導体の熱容量である。ΔＴｓは超伝導体の温度の低下量であり、詳しくは加温により常伝導にされてから超伝導遷移の判定時までに超伝導体の温度が低下した量を表している。加温により常伝導にされた超伝導体の温度をＴｓとすれば、Ｔｓ−ΔＴｓ＜Ｔｃが成立した場合、超伝導体の電気抵抗値が０となり、超伝導となる。
【００３３】
Ｑ２は流体の流速に依存するので、Ｑ２から流体の流速が分かる。したがって、流体が流れている管路の径と流速から流量を計測することができる。
【００３４】
図１は本発明の第１実施形態に係る流量計測装置２０の使用状態の一例を示す図である。流量計測装置２０は、流量計測の対象となる流体が流れることができる管路１０と、流量計測に必要な制御、演算等を実行するパソコンＰＣとを備える。流量計測装置２０は、タンク２とタンク４をつなぐ輸送管６を流れる流体(例えば液体水素)の流量を計測する。輸送管６は、水平方向に延びて上流側のタンク２につながる輸送管６Ａと、水平方向に延びて下流側のタンク４につながる輸送管６Ｂに分けられている。輸送管６Ａと輸送管６Ｂの間には、水平方向に管路１０が配置されている。上流側のタンク２に入っている液体水素は、輸送管６Ａ、管路１０、輸送管６Ｂを流れて、下流側のタンク４に入れられる。
【００３５】
図２は流量計測装置２０に備えられる管路１０、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２及びヒータＨ−１〜Ｈ−１２の配置関係を示す図である。符号のハイフン及びその次の数字は省略して記載することがある。例えば、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれを区別する必要がなければ、超伝導体Ｒと記載することがある。
【００３６】
管路１０の両端にはフランジ１２が形成されており、管路１０はフランジ１２の箇所で輸送管６Ａと輸送管６Ｂにそれぞれ連結される。輸送管６を流れる流体Ｆは、完全液体又は略完全液体の状態である。輸送管６Ａから流れてきた流体Ｆは矢印Ｄで示すように、管路１０を通り、輸送管６Ｂへ導かれる。
【００３７】
管路１０の測定点Ｐにおいて、１２個の超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２が管路１０の内周面１４に沿って環状に配置されている。超伝導体Ｒはその表面が管路１０の内周面と同一の高さで管路１０の側壁に埋め込まれている。図示はしていないが、隣り合う超伝導体Ｒどうしの間には、これらを電気的に絶縁する断熱性の部材が介在している。このような部材としては、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)を例示することができる。
【００３８】
超伝導体Ｒとしては、その固有の超伝導遷移温度Ｔｃが流量計測の対象となる流体Ｆの温度と略等しい範囲内であって、超伝導遷移温度Ｔｃが流体Ｆの温度よりも高いものが選ばれる。超伝導遷移温度Ｔｃが流体Ｆの温度より小さければ、流体Ｆによる冷却では超伝導体Ｒが常伝導から超伝導に遷移しないからである。
【００３９】
例えば図３に示すように、流体Ｆが温度２０Ｋの液体水素であれば、超伝導体Ｒとして、超伝導遷移温度Ｔｃが温度２３ＫであるＮｂ３Ｇｅを用いることができる。超伝導遷移温度Ｔｃが温度３９ＫであるＭｇＢ２を用いることもできる。
【００４０】
図２に示すようにヒータＨ−１〜Ｈ−１２は、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに対応して設けられており、この実施形態ではヒータＨ−１〜Ｈ−１２が管路１０の側壁に埋め込まれた状態で超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに接触して配置されている。ヒータＨは超伝導体Ｒと同様に環状に配置されている。ヒータＨ及び超伝導体Ｒは管路１０の側壁に埋め込まれているが、流体Ｆの流れに対してヒータＨ及び超伝導体Ｒの物理的抵抗が問題にならなければ、ヒータＨ及び超伝導体Ｒを内周面１４から突出した状態で配置してもよい。
【００４１】
管路１０に流体Ｆが流れた状態において、ヒータＨは対応する超伝導体Ｒを加温する。例えば、超伝導体Ｒ−３はヒータＨ−３で加温される。ヒータＨは液体水素等の低温液化ガスの温度領域で動作可能な電気抵抗素子であり、材料がステンレス、マンガニン等からなる。なお、超伝導体Ｒが発熱する性質を有していれば、超伝導体ＲとヒータＨを兼用することができる。このような超伝導体Ｒとして、ＭｇＢ２を例示することができる。
【００４２】
図４は、本発明の第１実施形態に係る流量計測装置２０の構成を示すブロック図である。流量計測装置２０は、温度センサＳ、超伝導体Ｒ及びヒータＨと、バス２２で相互に接続されたＣＰＵ(Central Processing Unit)２４、インターフェース２６、ＲＯＭ(Read Only Memory)２８、ＲＡＭ(Random Access Memory)３０、表示部３２及び操作部３４と、を備える。ＣＰＵ２４、インターフェース２６、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ３０、表示部３２及び操作部３４は図１のパソコンＰＣに備えられている。
【００４３】
１２個の温度センサＳ−１〜Ｓ−１２のそれぞれは、流量の計測中に対応する超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の温度を測定する。例えば、温度センサＳ−１は超伝導体Ｒ−１の温度を測定する。温度センサＳは液体水素、液体ヘリウム等の低温液化ガスの温度を測定できるものであり、材料がマンガニン、ルブレン等からなる熱電対が用いられる。温度センサＳはインターフェース２６に接続されており、温度センサＳから出力された温度の測定信号はインターフェース２６に入力する。
【００４４】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに対応させて、電流計４１−１〜４１−１２が設けられている。ヒータＨ−１〜Ｈ−１２のそれぞれに対応させて、電流回路４３−１〜４３−１２が設けられている。例えば超伝導体Ｒ−１とヒータＨ−１で説明すれば、図５に示すように、電流計４１−１は超伝導体Ｒ−１に流れる電流を測定する。電流計４１−１はインターフェース２６と接続されている。電流計４１−１で測定された電流値はインターフェース２６に送られる。
【００４５】
電流回路４３−１はヒータＨ−１を発熱させるための回路である。電流回路４３−１はインターフェース２６と接続されている。ヒータＨ−１の発熱を制御するための信号がインターフェース２６を経由して電流回路４３−１に送られる。
【００４６】
ＣＰＵ２４は流量を計測するために必要な制御を、流量計測装置２０を構成する上記ハードウェアに対して実行する。
【００４７】
ＲＯＭ２８はフラッシュメモリ等により実現されており、流量の演算に必要なデータベース及び流量計測装置２０の動作に必要なソフトウェア等を記憶している。ＲＡＭ３０には上記ソフトウェアの実行時に発生するデータが一時的に記憶される。ＲＡＭ３０はＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)等により実現される。
【００４８】
表示部３２はＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等により実現されており、流量計測装置２０を用いて計測された流量等が表示される。操作部３４には流量計測装置２０の操作に必要となるキーが備えられている。
【００４９】
後で説明する演算ステップを実行する演算部、界面判定ステップを実行する界面判定部は、いずれもＣＰＵ２４、ＲＯＭ２８及びＲＡＭ３０により実現される。また、加温ステップ及び遷移判定ステップを実行する遷移判定部は、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ３０、ヒータＨ及び電流回路４３により実現される。
【００５０】
流量計測装置２０を用いた流量の計測方法、言い換えれば本発明の第１実施形態に係る流量計測方法について図２及び図６を用いて説明する。図６はこの方法を説明するフローチャートである。
【００５１】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２はそれぞれ同じ超伝導遷移温度Ｔｃを有する。管路１０に流体Ｆが流れている状態において、以下のステップが実行される。
【００５２】
[加温ステップＳＴ１０]
ヒータＨ−１〜Ｈ−１２が対応する超伝導体Ｒを加温することにより、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を常伝導にする。ヒータＨ−１〜Ｈ−１２からの加温量(言い換えればヒータＨ−１〜Ｈ−１２からの出力エネルギー)をそれぞれ異ならせているので、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられる熱量は異なる。ヒータＨからの加温量はヒータＨに流す電流量又はヒータＨの抵抗値により変えることができる。
【００５３】
[遷移判定ステップＳＴ１１]
加温ステップＳＴ１０後に流体Ｆにより冷却された超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の中で、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する。超伝導体Ｒに流れる電流は図４に示す電流計４１により測定されており、超伝導体Ｒに流れる電流の値が∞である超伝導体Ｒが常伝導から超伝導に遷移したと判定される。
【００５４】
図７は超伝導体Ｒのそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図である。縦軸は各超伝導体Ｒの温度を示しており、横軸は各超伝導体Ｒの位置を示している。加温ステップＳＴ１０で説明したように、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を常伝導にする際に与えられた熱量は異なっている。図７では超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられた熱量をＱ１−１、Ｑ１−２、・・・、Ｑ１−１２とすれば、Ｑ１−１＜Ｑ１−２＜・・・＜Ｑ１−１２にされている。超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の中で、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４までが常伝導から超伝導に遷移しており、超伝導体Ｒ−４に与えられた熱量よりも大きい熱量が与えられた超伝導体Ｒ−５〜Ｒ−１２は常伝導のままである。
【００５５】
[演算ステップＳＴ１２]
常伝導から超伝導に遷移した超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４において、常伝導にするために超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４のそれぞれに与えられた熱量は、Ｑ１−１＜Ｑ１−２＜Ｑ１−３＜Ｑ１−４の関係を有する。本実施形態では最も大きい熱量Ｑ１−４が与えられ超伝導体Ｒ−４を用いて流体Ｆの流量が演算される。すなわち、遷移判定ステップＳＴ１１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４において、加温量が最も大きいヒータＨ−４により加温された超伝導体Ｒ−４が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を演算する。
【００５６】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は加温量が最も大きいヒータＨ−４により加温された超伝導体Ｒ−４に与えられた熱量Ｑ１−１、Ｃｓはこの超伝導体Ｒ−４の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体Ｒ−４が加温により常伝導にされてから遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体Ｒ−４の温度が低下した量を表す。
【００５７】
上述したように、Ｑ２は流体Ｆの流速に依存しているので、Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を求めることができる。本実施形態ではＱ２と流量の関係を予め図４に示すＲＯＭ３０に格納しておき、上記式で求められたＱ２に対応する流量を表示部３２に表示する。
【００５８】
以上の説明では、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じであるが、これらの超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なっていてもよい。これについて、図７及び図８を用いて説明する。図８は、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合に超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図であり、図７と対応する。縦軸は各超伝導体Ｒの温度を示しており、横軸は各超伝導体Ｒの位置を示している。
【００５９】
まず、図７を参照して、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じ場合は、ヒータＨ−１〜Ｈ−１２からの加温量をそれぞれ異ならせて、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を常伝導にしている。各超伝導体Ｒの温度の上昇量が違うので、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の中には常伝導から超伝導に遷移したものと常伝導のままのものとがある。
【００６０】
これに対して図８に示すように、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれの超伝導遷移温度をＴｃ−１、Ｔｃ−２、・・・、Ｔｃ−１２とすれば、Ｔｃ−１＞Ｔｃ−２＞・・・＞Ｔｃ−１２にされている。ヒータＨの加温量は同じにされているが、超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なるで、図８では超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のうち、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４までが常伝導から超伝導に遷移しており、超伝導体Ｒ−４の超伝導遷移温度Ｔｃ−４よりも小さい超伝導遷移温度を有する超伝導体Ｒ−５〜Ｒ−１２は常伝導のままである。なお、超伝導遷移温度Ｔｃは超伝導体Ｒを構成する材料の組成を変えることによって、異ならせることができる。
【００６１】
超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合は、演算ステップＳＴ１２は次のように実行される。遷移判定ステップＳＴ１１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４において、最も小さい超伝導遷移温度Ｔｃ−４を有する超伝導体Ｒ−４が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を演算する。
【００６２】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１はヒータＨの加温により、最も小さい超伝導遷移温度Ｔｃ−４を有する超伝導体Ｒ−４に与えられた熱量を表している。Ｃｓはこの超伝導体Ｒ−４の熱容量を表している。ΔＴｓはこの超伝導体Ｒ−４が加温により常伝導にされてから遷移判定ステップＳＴ１１による判定時までにこの超伝導体Ｒ−４の温度が低下した量を表している。
【００６３】
超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合は、超伝導体Ｒのそれぞれの加温量を同じにできる。したがって、超伝導体Ｒのそれぞれに対応してヒータＨを設ける必要はなく、一つのヒータＨにより超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を加温することができる。
【００６４】
なお、図７に示すように超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃのそれぞれが同じ場合、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられた熱量の関係を、Ｑ１−１＜Ｑ１−２＜・・・＜Ｑ１−１２にしている。これにより、超伝導体Ｒの並ぶ順番にしたがって、熱量Ｑ１の大きさを連続的に変化させている。同様に、図８に示すように超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃのそれぞれが異なる場合、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれの超伝導遷移温度の関係を、Ｔｃ−１＞Ｔｃ−２＞・・・＞Ｔｃ−１２にしている。これにより、超伝導体Ｒの並ぶ順番にしたがって、超伝導遷移温度Ｔｃの大きさを連続的に変化させている。
【００６５】
しかしながら、超伝導体Ｒのそれぞれに与えられる熱量Ｑ１が異なっていれば、又は超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なっていれば、超伝導体Ｒの並び方に関係なく、流量の計算に用いるＱ２を求めることができる。
【００６６】
第１実施形態によれば、超伝導体Ｒが流体Ｆにより冷却されて常伝導から超伝導に遷移した時に、その超伝導体Ｒから奪われた熱量Ｑ２が流体Ｆの流速に依存すること利用して、流量を計測している。したがって、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体Ｆの流量を計測することができる。
【００６７】
図２に示すように、第１実施形態では超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２が管路１０の内周面１４に沿って環状に配置されているが、測定点Ｐに超伝導体Ｒが配置されていればよい。例えば超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２は、流体Ｆが流れる方向Ｄに沿って管路１０の内周面１４に配置されていてもよい。この配置は次に説明する第２実施形態で利用されている。また、流体Ｆの流れに対する超伝導体Ｒの物理的抵抗が問題とならなければ、超伝導体Ｒを管路１０の断面の径方向に配置することも可能である。
【００６８】
図９は本発明の第２実施形態に係る流量計測装置に備えられる管路１０、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２及びヒータＨ−１〜Ｈ−１２の配置関係を示す図である。第２実施形態は、上層が気体Ｇ、下層が液体Ｌである気液混合流体Ｆについて、気体Ｇと液体Ｌに分けて流量を計測する流量計測装置及び流量計測方法である。
【００６９】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２は、流体Ｆが流れる方向Ｄに沿って管路１０の内周面１４に配置されている。これを一組として、複数の組が管路１０の周方向に並べて配置された構造にされている。図１０は上記構造を平面に展開した図である。上記一組とは、一行の超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を指している。ヒータＨ−１〜Ｈ−１２も同様の構造を有する。Ｙ１は環状に配置されている超伝導体Ｒにおいて、環の一番上を示しており、Ｙ２は環の一番下を示している。
【００７０】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２は超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じであり、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられる熱量の関係は、第１実施形態と同様にＱ１−１＜Ｑ１−２＜・・・＜Ｑ１−１２である。図１０中の斜線で示している超伝導体Ｒは、常伝導から超伝導に遷移したものを示している。その他の超伝導体Ｒは、常伝導のままである。
【００７１】
液体Ｌが流れている領域は超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−５までが常伝導から超伝導に遷移している。これに対して、気体Ｇが流れている領域は超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−２までが常伝導から超伝導に遷移している。これは同じ物質でも気体Ｇと液体Ｌでは比熱が異なることから導き出せることである。よって、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを比較することにより、気液混合流体Ｆの気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定することができる。
【００７２】
第２実施形態に係る流量計測方法について、第１実施形態と異なる点を主にして、図９、図１０及び図１１を用いて説明する。図１１はこの方法を説明するフローチャートである。管路１０に流体Ｆが流れている状態において、以下のステップが実行される。
【００７３】
[加温ステップＳＴ２０]
加温ステップＳＴ２０は加温ステップＳＴ１０と同じである。
【００７４】
[遷移判定ステップＳＴ２１]
常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを、複数の組(一組とは図１０の一行の超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を指している)のそれぞれにおいて判定する。言い換えれば、常伝導から超伝導に遷移しているか否かの判定を、図１０の行列状に配置された超伝導体Ｒの全てについて実行する。
【００７５】
[界面判定ステップＳＴ２２]
遷移判定ステップＳＴ２１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを比較することにより、気液混合流体Ｆの気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定する。
【００７６】
[演算ステップＳＴ２３]
気液混合流体Ｆの液体Ｌ、気体Ｇのそれぞれについて流量を演算する。液体Ｌの流量の演算には、界面判定ステップＳＴ２２で判定された界面Ｓより下に位置する超伝導体Ｒにおける熱量Ｑ２が用いられる。すなわち、界面Ｓより下に位置する超伝導体Ｒでは、加温量が最も大きいヒータＨにより加温された超伝導体Ｒについて、それらの超伝導体Ｒの中から判断される。第２実施形態では超伝導体Ｒ−５が該当し、超伝導体Ｒ−５における熱量Ｑ２を基にして流量が求められる。
【００７７】
一方、気体Ｇの流量の演算には、界面判定ステップＳＴ２２で判定された界面Ｓより上に位置する超伝導体における熱量Ｑ２が用いられる。すなわち、界面Ｓより上に位置する超伝導体Ｒでは、加温量が最も大きいヒータＨにより加温された超伝導体Ｒについて、それらの超伝導体Ｒの中から判断される。第２実施形態では超伝導体Ｒ−２が該当し、超伝導体Ｒ−２における熱量Ｑ２を基にして流量が求められる。演算により計測された流量の値は図４の表示部３２に表示される。なお、目的に応じて液体Ｌの流量だけ演算してもよいし、気体Ｇの流量だけ演算してもよい。
【００７８】
以上説明したように第２実施形態は、気体Ｇと液体Ｌでは比熱が異なる点に着目したものである。
【００７９】
第２実施形態は第１実施形態と同様の効果を有する。さらに第２実施形態によれば、遷移判定ステップＳＴ２１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを比較して気液混合流体Ｆの気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定しているので、界面Ｓの位置を基にして気液混合流体Ｆの流量を気体Ｇと液体Ｌに分けて演算することができる。このため、低温液化ガスが気液混合流体Ｆの状態で管路１０に流れていても、気体Ｇを除いた気液混合流体Ｆの流量(液体Ｌの流量)を計測することができるので、低温液化ガスの流量(液体の流量)の計測精度を向上することができる。
【００８０】
なお、第２実施形態は、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じ場合で説明したが、これらの超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なっていてもよい。
【００８１】
第２実施形態は、気液混合流体Ｆについて、気体Ｇと液体Ｌに分けて流量を計測する流量計測装置及び流量計測方法であるが、気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定するので界面判定装置及び界面判定方法でもある。界面判定装置及び界面判定方法として利用し、気液混合流体Ｆの流量を計測する必要がなければ、演算ステップＳＴ２３の機能を省略することができる。
【符号の説明】
【００８２】
Ｆ 流体(気液混合流体)
Ｒ−１〜Ｒ−１２ 超伝導体
Ｈ−１〜Ｈ−１２ ヒータ
Ｓ−１〜Ｓ−１２ 温度センサ
Ｇ 気体
Ｌ 液体
Ｓ 界面
Ｄ 矢印(流体の流れの方向)
Ｐ 測定点
Ｙ１ 環状に配置されている超伝導体Ｒにおいて、環の一番上を示す
Ｙ２ 上記環の一番下を示す
ＰＣ パソコン
２、４ タンク
６、６Ａ、６Ｂ 輸送管
１０ 管路
１２ フランジ
１４ 内周面
２０ 流量計測装置
２２ バス
２４ ＣＰＵ
２６ インターフェース
２８ ＲＯＭ
３０ ＲＡＭ
３２ 表示部
３４ 操作部
４１−１〜４１−１２ 電流計
４３−１〜４３−１２ 電流回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液体水素のような低温液化ガスの流量を計測する流量計測装置及び流量計測方法並びに界面判定装置及び界面判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流量計の一つとして熱線式流量計が知られている。熱線式流量計としては、流路内に挿入された酸化物高温超伝導セラミックス材料からなる線材と、該線材中を流れる電流の値を測定する電流計と、を備えたものがある(例えば特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０１０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低温液化ガスは容易に気化するので、上層が気体、下層が液体である気液混合流体の状態で流れていることがある。この状態で低温液化ガスの流量(液体の流量)を計測した場合、低温液化ガスの気体の流量が含まれて計測されるので、流量を正確に計測することができない。
【０００５】
本発明の目的は、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる流量計測装置及び流量計測方法を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体について、気体と液体の界面の位置を判定することができる界面判定装置及び界面判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の局面に係る流量計測装置は、流体が流れることができる管路と、前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【０００９】
この構成によれば、超伝導体が流体により冷却されて常伝導から超伝導に遷移した時に、その超伝導体から奪われた熱量Ｑ２が流体の流速に依存すること利用して、流量を計測する。したがって、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる。次に記載する流量計測装置も同様のことが言える。
【００１０】
本発明の第２の局面に係る流量計測装置は、流体が流れることができる管路と、前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、前記管路に前記流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記ヒータでの加温により前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【００１２】
上記構成において、前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、前記複数の超伝導体は前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記複数の超伝導体を一組として、複数の組が前記管路の周方向に並べて配置されており、前記遷移判定部は、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、前記流量計測装置は、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部をさらに備えており、前記演算部は、前記界面判定部で判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定部で判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する、ようにすることができる。
【００１３】
この構成によれば、気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定しているので、判定された界面の位置を基にして気液混合流体の流量を気体と液体に分けて演算することができる。
【００１４】
本発明の第３の局面に係る流量計測方法は、流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１５】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【００１６】
この方法によれば、超伝導体が流体により冷却されて常伝導から超伝導に遷移した時に、その超伝導体から奪われた熱量Ｑ２が流体の流速に依存すること利用して、流量を計測する。したがって、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる。次に記載する流量計測方法も同様のことが言える。
【００１７】
本発明の第４の局面に係る流量計測方法は、流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１８】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップにより前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【００１９】
上記方法において、前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置された前記複数の超伝導体を一組とし、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、前記遷移判定ステップは、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、前記流量計測方法は、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップをさらに備えており、前記演算ステップは、前記界面判定ステップで判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定ステップで判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行する、ようにすることができる。
【００２０】
この方法によれば、気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定しているので、判定された界面の位置を基にして気液混合流体の流量を気体と液体に分けて演算することができる。
【００２１】
本発明の第５の局面に係る界面判定装置は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、を備えており、前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、複数の組のそれぞれにおいて判定する。気体と液体では比熱が異なるので、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体が異なる。したがって、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較することにより、気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定することができる。以下に記載する界面判定装置、界面判定方法も同様のことが言える。
【００２３】
本発明の第６の局面に係る界面判定装置は、上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、を備えており、前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第７の局面に係る界面判定方法は、流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体を一組とし、複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明の第８の局面に係る界面判定方法は、流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体を一組とし、複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明において、気液混合流体の温度とは気液混合流体の液体部分の温度を意味している。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の流量計測装置及び流量計測方法によれば、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体の流量を計測することができる。
【００２８】
本発明の界面判定装置及び界面判定方法によれば、上層が気体、下層が液体である気液混合流体について、気体と液体の界面を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流量計測装置の使用状態の一例を示す図である。
【図２】上記流量計測装置に備えられる管路、超伝導体及びヒータの配置関係を示す図である。
【図３】上記流量計測装置に備えられる超伝導体の電気抵抗と温度の関係を示すグラフである。
【図４】上記流量計測装置の構成を示すブロック図である。
【図５】上記流量計測装置に備えられる超伝導体及びこれに流れる電流を測定する電流計並びにヒータ及びこれを発熱させるための電流回路を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る流量計測方法を説明するフローチャートである。
【図７】上記流量計測装置に備えられる複数の超伝導体の超伝導遷移温度がそれぞれ同じ場合に複数の超伝導体のそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図である。
【図８】上記流量計測装置に備えられる複数の超伝導体の超伝導遷移温度がそれぞれ異なる場合に複数の超伝導体のそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る流量計測装置に備えられる管路、超伝導体及びヒータの配置関係を示す図である。
【図１０】上記第２実施形態において、流体が流れる方向に沿って配置された複数の超伝導体を一組として、複数の組が管路の周方向に並べて配置された構造を平面に展開した図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る流量計測方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。まず、本実施形態による流量の計測に用いる理論を説明する。
【００３１】
超伝導体が配置されている管路に流量計測の対象となる流体(例えば液体水素)が流れている状態において、超伝導体を加温することにより、超伝導体の温度をその超伝導体の超伝導遷移温度Ｔｃよりも大きくして、超伝導体を常伝導にする。このときに超伝導体に与えられた熱量をＱ１とする。常伝導状態の超伝導体が流体により冷却されて超伝導体の温度が超伝導遷移温度Ｔｃより小さくなれば、超伝導体は常伝導から超伝導に遷移する。この遷移により超伝導体から奪われた熱量をＱ２とすれば、Ｑ２は以下の式で表される。
【００３２】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｃｓは超伝導体の熱容量である。ΔＴｓは超伝導体の温度の低下量であり、詳しくは加温により常伝導にされてから超伝導遷移の判定時までに超伝導体の温度が低下した量を表している。加温により常伝導にされた超伝導体の温度をＴｓとすれば、Ｔｓ−ΔＴｓ＜Ｔｃが成立した場合、超伝導体の電気抵抗値が０となり、超伝導となる。
【００３３】
Ｑ２は流体の流速に依存するので、Ｑ２から流体の流速が分かる。したがって、流体が流れている管路の径と流速から流量を計測することができる。
【００３４】
図１は本発明の第１実施形態に係る流量計測装置２０の使用状態の一例を示す図である。流量計測装置２０は、流量計測の対象となる流体が流れることができる管路１０と、流量計測に必要な制御、演算等を実行するパソコンＰＣとを備える。流量計測装置２０は、タンク２とタンク４をつなぐ輸送管６を流れる流体(例えば液体水素)の流量を計測する。輸送管６は、水平方向に延びて上流側のタンク２につながる輸送管６Ａと、水平方向に延びて下流側のタンク４につながる輸送管６Ｂに分けられている。輸送管６Ａと輸送管６Ｂの間には、水平方向に管路１０が配置されている。上流側のタンク２に入っている液体水素は、輸送管６Ａ、管路１０、輸送管６Ｂを流れて、下流側のタンク４に入れられる。
【００３５】
図２は流量計測装置２０に備えられる管路１０、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２及びヒータＨ−１〜Ｈ−１２の配置関係を示す図である。符号のハイフン及びその次の数字は省略して記載することがある。例えば、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれを区別する必要がなければ、超伝導体Ｒと記載することがある。
【００３６】
管路１０の両端にはフランジ１２が形成されており、管路１０はフランジ１２の箇所で輸送管６Ａと輸送管６Ｂにそれぞれ連結される。輸送管６を流れる流体Ｆは、完全液体又は略完全液体の状態である。輸送管６Ａから流れてきた流体Ｆは矢印Ｄで示すように、管路１０を通り、輸送管６Ｂへ導かれる。
【００３７】
管路１０の測定点Ｐにおいて、１２個の超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２が管路１０の内周面１４に沿って環状に配置されている。超伝導体Ｒはその表面が管路１０の内周面と同一の高さで管路１０の側壁に埋め込まれている。図示はしていないが、隣り合う超伝導体Ｒどうしの間には、これらを電気的に絶縁する断熱性の部材が介在している。このような部材としては、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)を例示することができる。
【００３８】
超伝導体Ｒとしては、その固有の超伝導遷移温度Ｔｃが流量計測の対象となる流体Ｆの温度と略等しい範囲内であって、超伝導遷移温度Ｔｃが流体Ｆの温度よりも高いものが選ばれる。超伝導遷移温度Ｔｃが流体Ｆの温度より小さければ、流体Ｆによる冷却では超伝導体Ｒが常伝導から超伝導に遷移しないからである。
【００３９】
例えば図３に示すように、流体Ｆが温度２０Ｋの液体水素であれば、超伝導体Ｒとして、超伝導遷移温度Ｔｃが温度２３ＫであるＮｂ３Ｇｅを用いることができる。超伝導遷移温度Ｔｃが温度３９ＫであるＭｇＢ２を用いることもできる。
【００４０】
図２に示すようにヒータＨ−１〜Ｈ−１２は、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに対応して設けられており、この実施形態ではヒータＨ−１〜Ｈ−１２が管路１０の側壁に埋め込まれた状態で超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに接触して配置されている。ヒータＨは超伝導体Ｒと同様に環状に配置されている。ヒータＨ及び超伝導体Ｒは管路１０の側壁に埋め込まれているが、流体Ｆの流れに対してヒータＨ及び超伝導体Ｒの物理的抵抗が問題にならなければ、ヒータＨ及び超伝導体Ｒを内周面１４から突出した状態で配置してもよい。
【００４１】
管路１０に流体Ｆが流れた状態において、ヒータＨは対応する超伝導体Ｒを加温する。例えば、超伝導体Ｒ−３はヒータＨ−３で加温される。ヒータＨは液体水素等の低温液化ガスの温度領域で動作可能な電気抵抗素子であり、材料がステンレス、マンガニン等からなる。なお、超伝導体Ｒが発熱する性質を有していれば、超伝導体ＲとヒータＨを兼用することができる。このような超伝導体Ｒとして、ＭｇＢ２を例示することができる。
【００４２】
図４は、本発明の第１実施形態に係る流量計測装置２０の構成を示すブロック図である。流量計測装置２０は、温度センサＳ、超伝導体Ｒ及びヒータＨと、バス２２で相互に接続されたＣＰＵ(Central Processing Unit)２４、インターフェース２６、ＲＯＭ(Read Only Memory)２８、ＲＡＭ(Random Access Memory)３０、表示部３２及び操作部３４と、を備える。ＣＰＵ２４、インターフェース２６、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ３０、表示部３２及び操作部３４は図１のパソコンＰＣに備えられている。
【００４３】
１２個の温度センサＳ−１〜Ｓ−１２のそれぞれは、流量の計測中に対応する超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の温度を測定する。例えば、温度センサＳ−１は超伝導体Ｒ−１の温度を測定する。温度センサＳは液体水素、液体ヘリウム等の低温液化ガスの温度を測定できるものであり、材料がマンガニン、ルブレン等からなる熱電対が用いられる。温度センサＳはインターフェース２６に接続されており、温度センサＳから出力された温度の測定信号はインターフェース２６に入力する。
【００４４】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに対応させて、電流計４１−１〜４１−１２が設けられている。ヒータＨ−１〜Ｈ−１２のそれぞれに対応させて、電流回路４３−１〜４３−１２が設けられている。例えば超伝導体Ｒ−１とヒータＨ−１で説明すれば、図５に示すように、電流計４１−１は超伝導体Ｒ−１に流れる電流を測定する。電流計４１−１はインターフェース２６と接続されている。電流計４１−１で測定された電流値はインターフェース２６に送られる。
【００４５】
電流回路４３−１はヒータＨ−１を発熱させるための回路である。電流回路４３−１はインターフェース２６と接続されている。ヒータＨ−１の発熱を制御するための信号がインターフェース２６を経由して電流回路４３−１に送られる。
【００４６】
ＣＰＵ２４は流量を計測するために必要な制御を、流量計測装置２０を構成する上記ハードウェアに対して実行する。
【００４７】
ＲＯＭ２８はフラッシュメモリ等により実現されており、流量の演算に必要なデータベース及び流量計測装置２０の動作に必要なソフトウェア等を記憶している。ＲＡＭ３０には上記ソフトウェアの実行時に発生するデータが一時的に記憶される。ＲＡＭ３０はＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)等により実現される。
【００４８】
表示部３２はＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等により実現されており、流量計測装置２０を用いて計測された流量等が表示される。操作部３４には流量計測装置２０の操作に必要となるキーが備えられている。
【００４９】
後で説明する演算ステップを実行する演算部、界面判定ステップを実行する界面判定部は、いずれもＣＰＵ２４、ＲＯＭ２８及びＲＡＭ３０により実現される。また、加温ステップ及び遷移判定ステップを実行する遷移判定部は、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ３０、ヒータＨ及び電流回路４３により実現される。
【００５０】
流量計測装置２０を用いた流量の計測方法、言い換えれば本発明の第１実施形態に係る流量計測方法について図２及び図６を用いて説明する。図６はこの方法を説明するフローチャートである。
【００５１】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２はそれぞれ同じ超伝導遷移温度Ｔｃを有する。管路１０に流体Ｆが流れている状態において、以下のステップが実行される。
【００５２】
[加温ステップＳＴ１０]
ヒータＨ−１〜Ｈ−１２が対応する超伝導体Ｒを加温することにより、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を常伝導にする。ヒータＨ−１〜Ｈ−１２からの加温量(言い換えればヒータＨ−１〜Ｈ−１２からの出力エネルギー)をそれぞれ異ならせているので、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられる熱量は異なる。ヒータＨからの加温量はヒータＨに流す電流量又はヒータＨの抵抗値により変えることができる。
【００５３】
[遷移判定ステップＳＴ１１]
加温ステップＳＴ１０後に流体Ｆにより冷却された超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の中で、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する。超伝導体Ｒに流れる電流は図４に示す電流計４１により測定されており、超伝導体Ｒに流れる電流の値が∞である超伝導体Ｒが常伝導から超伝導に遷移したと判定される。
【００５４】
図７は超伝導体Ｒのそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図である。縦軸は各超伝導体Ｒの温度を示しており、横軸は各超伝導体Ｒの位置を示している。加温ステップＳＴ１０で説明したように、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を常伝導にする際に与えられた熱量は異なっている。図７では超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられた熱量をＱ１−１、Ｑ１−２、・・・、Ｑ１−１２とすれば、Ｑ１−１＜Ｑ１−２＜・・・＜Ｑ１−１２にされている。超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の中で、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４までが常伝導から超伝導に遷移しており、超伝導体Ｒ−４に与えられた熱量よりも大きい熱量が与えられた超伝導体Ｒ−５〜Ｒ−１２は常伝導のままである。
【００５５】
[演算ステップＳＴ１２]
常伝導から超伝導に遷移した超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４において、常伝導にするために超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４のそれぞれに与えられた熱量は、Ｑ１−１＜Ｑ１−２＜Ｑ１−３＜Ｑ１−４の関係を有する。本実施形態では最も大きい熱量Ｑ１−４が与えられ超伝導体Ｒ−４を用いて流体Ｆの流量が演算される。すなわち、遷移判定ステップＳＴ１１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４において、加温量が最も大きいヒータＨ−４により加温された超伝導体Ｒ−４が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を演算する。
【００５６】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は加温量が最も大きいヒータＨ−４により加温された超伝導体Ｒ−４に与えられた熱量Ｑ１−１、Ｃｓはこの超伝導体Ｒ−４の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体Ｒ−４が加温により常伝導にされてから遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体Ｒ−４の温度が低下した量を表す。
【００５７】
上述したように、Ｑ２は流体Ｆの流速に依存しているので、Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を求めることができる。本実施形態ではＱ２と流量の関係を予め図４に示すＲＯＭ３０に格納しておき、上記式で求められたＱ２に対応する流量を表示部３２に表示する。
【００５８】
以上の説明では、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じであるが、これらの超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なっていてもよい。これについて、図７及び図８を用いて説明する。図８は、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合に超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれについて、常伝導から超伝導に遷移したか否かを示す図であり、図７と対応する。縦軸は各超伝導体Ｒの温度を示しており、横軸は各超伝導体Ｒの位置を示している。
【００５９】
まず、図７を参照して、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じ場合は、ヒータＨ−１〜Ｈ−１２からの加温量をそれぞれ異ならせて、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を常伝導にしている。各超伝導体Ｒの温度の上昇量が違うので、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の中には常伝導から超伝導に遷移したものと常伝導のままのものとがある。
【００６０】
これに対して図８に示すように、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれの超伝導遷移温度をＴｃ−１、Ｔｃ−２、・・・、Ｔｃ−１２とすれば、Ｔｃ−１＞Ｔｃ−２＞・・・＞Ｔｃ−１２にされている。ヒータＨの加温量は同じにされているが、超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なるで、図８では超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のうち、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４までが常伝導から超伝導に遷移しており、超伝導体Ｒ−４の超伝導遷移温度Ｔｃ−４よりも小さい超伝導遷移温度を有する超伝導体Ｒ−５〜Ｒ−１２は常伝導のままである。なお、超伝導遷移温度Ｔｃは超伝導体Ｒを構成する材料の組成を変えることによって、異ならせることができる。
【００６１】
超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合は、演算ステップＳＴ１２は次のように実行される。遷移判定ステップＳＴ１１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−４において、最も小さい超伝導遷移温度Ｔｃ−４を有する超伝導体Ｒ−４が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして流体Ｆの流量を演算する。
【００６２】
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１はヒータＨの加温により、最も小さい超伝導遷移温度Ｔｃ−４を有する超伝導体Ｒ−４に与えられた熱量を表している。Ｃｓはこの超伝導体Ｒ−４の熱容量を表している。ΔＴｓはこの超伝導体Ｒ−４が加温により常伝導にされてから遷移判定ステップＳＴ１１による判定時までにこの超伝導体Ｒ−４の温度が低下した量を表している。
【００６３】
超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なる場合は、超伝導体Ｒのそれぞれの加温量を同じにできる。したがって、超伝導体Ｒのそれぞれに対応してヒータＨを設ける必要はなく、一つのヒータＨにより超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を加温することができる。
【００６４】
なお、図７に示すように超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃのそれぞれが同じ場合、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられた熱量の関係を、Ｑ１−１＜Ｑ１−２＜・・・＜Ｑ１−１２にしている。これにより、超伝導体Ｒの並ぶ順番にしたがって、熱量Ｑ１の大きさを連続的に変化させている。同様に、図８に示すように超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃのそれぞれが異なる場合、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれの超伝導遷移温度の関係を、Ｔｃ−１＞Ｔｃ−２＞・・・＞Ｔｃ−１２にしている。これにより、超伝導体Ｒの並ぶ順番にしたがって、超伝導遷移温度Ｔｃの大きさを連続的に変化させている。
【００６５】
しかしながら、超伝導体Ｒのそれぞれに与えられる熱量Ｑ１が異なっていれば、又は超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なっていれば、超伝導体Ｒの並び方に関係なく、流量の計算に用いるＱ２を求めることができる。
【００６６】
第１実施形態によれば、超伝導体Ｒが流体Ｆにより冷却されて常伝導から超伝導に遷移した時に、その超伝導体Ｒから奪われた熱量Ｑ２が流体Ｆの流速に依存すること利用して、流量を計測している。したがって、超伝導物質に超伝導遷移を起こさせることが可能な温度を有する流体Ｆの流量を計測することができる。
【００６７】
図２に示すように、第１実施形態では超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２が管路１０の内周面１４に沿って環状に配置されているが、測定点Ｐに超伝導体Ｒが配置されていればよい。例えば超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２は、流体Ｆが流れる方向Ｄに沿って管路１０の内周面１４に配置されていてもよい。この配置は次に説明する第２実施形態で利用されている。また、流体Ｆの流れに対する超伝導体Ｒの物理的抵抗が問題とならなければ、超伝導体Ｒを管路１０の断面の径方向に配置することも可能である。
【００６８】
図９は本発明の第２実施形態に係る流量計測装置に備えられる管路１０、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２及びヒータＨ−１〜Ｈ−１２の配置関係を示す図である。第２実施形態は、上層が気体Ｇ、下層が液体Ｌである気液混合流体Ｆについて、気体Ｇと液体Ｌに分けて流量を計測する流量計測装置及び流量計測方法である。
【００６９】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２は、流体Ｆが流れる方向Ｄに沿って管路１０の内周面１４に配置されている。これを一組として、複数の組が管路１０の周方向に並べて配置された構造にされている。図１０は上記構造を平面に展開した図である。上記一組とは、一行の超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を指している。ヒータＨ−１〜Ｈ−１２も同様の構造を有する。Ｙ１は環状に配置されている超伝導体Ｒにおいて、環の一番上を示しており、Ｙ２は環の一番下を示している。
【００７０】
超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２は超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じであり、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２のそれぞれに与えられる熱量の関係は、第１実施形態と同様にＱ１−１＜Ｑ１−２＜・・・＜Ｑ１−１２である。図１０中の斜線で示している超伝導体Ｒは、常伝導から超伝導に遷移したものを示している。その他の超伝導体Ｒは、常伝導のままである。
【００７１】
液体Ｌが流れている領域は超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−５までが常伝導から超伝導に遷移している。これに対して、気体Ｇが流れている領域は超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−２までが常伝導から超伝導に遷移している。これは同じ物質でも気体Ｇと液体Ｌでは比熱が異なることから導き出せることである。よって、常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを比較することにより、気液混合流体Ｆの気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定することができる。
【００７２】
第２実施形態に係る流量計測方法について、第１実施形態と異なる点を主にして、図９、図１０及び図１１を用いて説明する。図１１はこの方法を説明するフローチャートである。管路１０に流体Ｆが流れている状態において、以下のステップが実行される。
【００７３】
[加温ステップＳＴ２０]
加温ステップＳＴ２０は加温ステップＳＴ１０と同じである。
【００７４】
[遷移判定ステップＳＴ２１]
常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを、複数の組(一組とは図１０の一行の超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２を指している)のそれぞれにおいて判定する。言い換えれば、常伝導から超伝導に遷移しているか否かの判定を、図１０の行列状に配置された超伝導体Ｒの全てについて実行する。
【００７５】
[界面判定ステップＳＴ２２]
遷移判定ステップＳＴ２１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを比較することにより、気液混合流体Ｆの気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定する。
【００７６】
[演算ステップＳＴ２３]
気液混合流体Ｆの液体Ｌ、気体Ｇのそれぞれについて流量を演算する。液体Ｌの流量の演算には、界面判定ステップＳＴ２２で判定された界面Ｓより下に位置する超伝導体Ｒにおける熱量Ｑ２が用いられる。すなわち、界面Ｓより下に位置する超伝導体Ｒでは、加温量が最も大きいヒータＨにより加温された超伝導体Ｒについて、それらの超伝導体Ｒの中から判断される。第２実施形態では超伝導体Ｒ−５が該当し、超伝導体Ｒ−５における熱量Ｑ２を基にして流量が求められる。
【００７７】
一方、気体Ｇの流量の演算には、界面判定ステップＳＴ２２で判定された界面Ｓより上に位置する超伝導体における熱量Ｑ２が用いられる。すなわち、界面Ｓより上に位置する超伝導体Ｒでは、加温量が最も大きいヒータＨにより加温された超伝導体Ｒについて、それらの超伝導体Ｒの中から判断される。第２実施形態では超伝導体Ｒ−２が該当し、超伝導体Ｒ−２における熱量Ｑ２を基にして流量が求められる。演算により計測された流量の値は図４の表示部３２に表示される。なお、目的に応じて液体Ｌの流量だけ演算してもよいし、気体Ｇの流量だけ演算してもよい。
【００７８】
以上説明したように第２実施形態は、気体Ｇと液体Ｌでは比熱が異なる点に着目したものである。
【００７９】
第２実施形態は第１実施形態と同様の効果を有する。さらに第２実施形態によれば、遷移判定ステップＳＴ２１で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体Ｒを比較して気液混合流体Ｆの気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定しているので、界面Ｓの位置を基にして気液混合流体Ｆの流量を気体Ｇと液体Ｌに分けて演算することができる。このため、低温液化ガスが気液混合流体Ｆの状態で管路１０に流れていても、気体Ｇを除いた気液混合流体Ｆの流量(液体Ｌの流量)を計測することができるので、低温液化ガスの流量(液体の流量)の計測精度を向上することができる。
【００８０】
なお、第２実施形態は、超伝導体Ｒ−１〜Ｒ−１２の超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ同じ場合で説明したが、これらの超伝導体Ｒの超伝導遷移温度Ｔｃがそれぞれ異なっていてもよい。
【００８１】
第２実施形態は、気液混合流体Ｆについて、気体Ｇと液体Ｌに分けて流量を計測する流量計測装置及び流量計測方法であるが、気体Ｇと液体Ｌの界面Ｓの位置を判定するので界面判定装置及び界面判定方法でもある。界面判定装置及び界面判定方法として利用し、気液混合流体Ｆの流量を計測する必要がなければ、演算ステップＳＴ２３の機能を省略することができる。
【符号の説明】
【００８２】
Ｆ 流体(気液混合流体)
Ｒ−１〜Ｒ−１２ 超伝導体
Ｈ−１〜Ｈ−１２ ヒータ
Ｓ−１〜Ｓ−１２ 温度センサ
Ｇ 気体
Ｌ 液体
Ｓ 界面
Ｄ 矢印(流体の流れの方向)
Ｐ 測定点
Ｙ１ 環状に配置されている超伝導体Ｒにおいて、環の一番上を示す
Ｙ２ 上記環の一番下を示す
ＰＣ パソコン
２、４ タンク
６、６Ａ、６Ｂ 輸送管
１０ 管路
１２ フランジ
１４ 内周面
２０ 流量計測装置
２２ バス
２４ ＣＰＵ
２６ インターフェース
２８ ＲＯＭ
３０ ＲＡＭ
３２ 表示部
３４ 操作部
４１−１〜４１−１２ 電流計
４３−１〜４３−１２ 電流回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れることができる管路と、
前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、
前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、
前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする流量計測装置。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項２】
流体が流れることができる管路と、
前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、
前記管路に前記流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、
前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする流量計測装置。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記ヒータでの加温により前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項３】
前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、
前記複数の超伝導体は前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、
前記複数の超伝導体を一組として、複数の組が前記管路の周方向に並べて配置されており、
前記遷移判定部は、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、
前記流量計測装置は、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部をさらに備えており、
前記演算部は、前記界面判定部で判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定部で判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の流量計測装置。
【請求項４】
流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする流量計測方法。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項５】
流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする流量計測方法。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップにより前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項６】
前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、
前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置された前記複数の超伝導体を一組とし、
複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、
前記遷移判定ステップは、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、
前記流量計測方法は、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップをさらに備えており、
前記演算ステップは、前記界面判定ステップで判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定ステップで判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項４又は５に記載の流量計測方法。
【請求項７】
上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、
前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、を備えており、
前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、
前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、
前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする界面判定装置。
【請求項８】
上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、
前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、を備えており、
前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、
前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、
前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする界面判定装置。
【請求項９】
流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体を一組とし、
複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする界面判定方法。
【請求項１０】
流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体を一組とし、
複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする界面判定方法。
【請求項１】
流体が流れることができる管路と、
前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、
前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、
前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする流量計測装置。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温量が最も大きいヒータにより加温された超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項２】
流体が流れることができる管路と、
前記管路内に配置されており、前記流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、
前記管路に前記流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、
前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算部と、を備えることを特徴とする流量計測装置。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記ヒータでの加温により前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が加温により常伝導にされてから前記遷移判定部による判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項３】
前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、
前記複数の超伝導体は前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、
前記複数の超伝導体を一組として、複数の組が前記管路の周方向に並べて配置されており、
前記遷移判定部は、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、
前記流量計測装置は、前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部をさらに備えており、
前記演算部は、前記界面判定部で判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定部で判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の流量計測装置。
【請求項４】
流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする流量計測方法。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップでの加温量が最も大きい超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項５】
流量計測の対象となる流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体が配置されている管路に前記流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体において、最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体が、常伝導から超伝導に遷移した時に奪われた下記式で表される熱量Ｑ２を基にして前記流体の流量を演算する演算ステップと、を備えることを特徴とする流量計測方法。
Ｑ２＝Ｑ１＋ＣｓΔＴｓ
Ｑ１は前記加温ステップにより前記最も小さい前記超伝導遷移温度を有する超伝導体に与えられた熱量、Ｃｓはこの超伝導体の熱容量、ΔＴｓはこの超伝導体が前記加温ステップでの加温により常伝導にされてから前記遷移判定ステップによる判定時までにこの超伝導体の温度が低下した量を表す。
【請求項６】
前記流体は上層が気体、下層が液体である気液混合流体であり、
前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置された前記複数の超伝導体を一組とし、
複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、
前記遷移判定ステップは、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定をし、
前記流量計測方法は、前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップをさらに備えており、
前記演算ステップは、前記界面判定ステップで判定された界面より下に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の液体の流量の演算及び、前記界面判定ステップで判定された界面より上に位置する超伝導体における前記熱量Ｑ２を基にする前記気液混合流体の気体の流量の演算の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項４又は５に記載の流量計測方法。
【請求項７】
上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、
前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体と、を備えており、
前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、
前記複数の超伝導体のそれぞれに対応して設けられており、前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において対応する超伝導体を加温する複数のヒータと、
前記複数のヒータからの加温量をそれぞれ異ならせて、前記複数のヒータが対応する超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする界面判定装置。
【請求項８】
上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れることができる管路と、
前記気液混合流体が流れる方向に沿って前記管路の内周面に配置されており、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体と、を備えており、
前記複数の超伝導体を一組として、複数の前記組が前記管路の周方向に並べて配置されており、さらに、
前記管路に前記気液混合流体が流れた状態において前記複数の超伝導体を加温するヒータと、
前記ヒータが前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にした後、前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定部と、
前記遷移判定部で判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定部と、を備えることを特徴とする界面判定装置。
【請求項９】
流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が同一である複数の超伝導体を一組とし、
複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体のそれぞれへの加温量を異ならせて、前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする界面判定方法。
【請求項１０】
流量計測の対象となる上層が気体、下層が液体である気液混合流体が流れる方向に沿って管路の内周面に配置された、前記気液混合流体の温度よりも高い超伝導遷移温度であってそれぞれが有する前記超伝導遷移温度が異なる複数の超伝導体を一組とし、
複数の前記組が管路の周方向に並べて配置された前記管路に前記気液混合流体が流れている状態であって、
前記複数の超伝導体を加温することにより前記複数の超伝導体を常伝導にする加温ステップと、
前記加温ステップ後に前記気液混合流体により冷却された前記複数の超伝導体の中で常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を、前記複数の組のそれぞれにおいて判定する遷移判定ステップと、
前記遷移判定ステップで判定された常伝導から超伝導に遷移している超伝導体を比較して、前記気液混合流体の気体と液体の界面の位置を判定する界面判定ステップと、を備えることを特徴とする界面判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−４２２３５（Ｐ２０１２−４２２３５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８１３７８（Ｐ２０１０−１８１３７８）
【出願日】平成２２年８月１３日（２０１０．８．１３）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１３日（２０１０．８．１３）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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