(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温流体内にマイクロ波を導入して同極低温流体の誘電率を測定し、得られた誘電率を基に同極低温流体の密度を計測するマイクロ波密度計測装置において、マイクロ波を極低温流体内に導入する導波管の側面に極低温流体を導波管内に流入させるための開口を設けたことを特徴とする極低温流体の密度計測装置。
【請求項２】
極低温流体内にマイクロ波を導入して同極低温流体の誘電率を測定し、得られた誘電率を基に同極低温流体の密度を計測するマイクロ波密度計測装置において、マイクロ波を極低温流体内に導入する導波管の内部に誘電率が既知の誘電体を充填したことを特徴とする極低温流体の密度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体水素と液体水素とがシャーベット状に混合しているスラッシュ水素等の極低温流体（本発明では単に極低温流体と称する）の密度を、マイクロ波を使って測定する密度計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体水素と液体水素とをシャーベット状に混合してなるスラッシュ水素は、輸送、貯蔵コストの面で液体水素等よりも有利な新燃料として注目されている。このように固体と液体とが混合している極低温流体を例えば宇宙燃料として使う場合などはその正確な密度を知ることが必要となる。
【０００３】
スラッシュ水素のような極低温流体の密度を計測するやり方として、その極低温流体中にマイクロ波をアンテナから導入し極低温流体を通過したマイクロ波を他のアンテナで受け、その間におけるマイクロ波の位相変化からその極低温流体の誘電率を測定し、得られた誘電率から密度を求める方法がある。
【０００４】
すなわち、上記方法を用いれば、固液混相状態の平均値としての誘電率が求まり、得られた誘電率と物性値として与えられている固体単相及び液体単相の誘電率から、固液混合割合を計算し、密度を求めるのである。
このように極低温流体中にマイクロ波をアンテナから導入して他のアンテナで受け、その間のマイクロ波の位相変化から極低温流体の誘電率を測定する原理は次の式によって与えられる。
【０００５】
【数１】
0003670847.tif 000002
【０００６】
マイクロ波を極低温流体中に導入したり、極低温流体中を通過したマイクロ波を受けるのに従来は図３に示すような導波管１の先にホーンアンテナ２を付けたものが使われていた。マイクロ波は導波管の内面をマイクロ波反射面として導かれ一方のホーンアンテナから出て、他方のホーンアンテナから入って導波管の内面をマイクロ波反射面として測定器具へと導かれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように導波管とホーンアンテナを使ってマイクロ波を極低温流体中に導き、その密度を計測する従来の装置では、導波管が比較的細い管であるため、極低温流体が中に含まれている固体のために流動性が悪い場合、極低温流体が細い導波管中に入って行かない場合が生じた。このように導波管中への極低温流体の入り込みにむらがあると先に示した数式中のマイクロ波光路長Ｌが変化し、これが原因で測定された誘電率に誤差を生ずるという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、極低温流体内にマイクロ波を導入して同極低温流体の誘電率を測定し、得られた誘電率を基に同極低温流体の密度を計測するマイクロ波密度計測装置において、極低温流体内にマイクロ波を導入するアンテナにおける光路長の変化により計測結果に誤差を生ずるのを防止可能にした極低温流体の密度計測装置を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、マイクロ波を極低温流体内に導入する導波管の側面に、極低温流体を同導波管内に流入させるための開口を設けたホーンアンテナを使用した極低温流体の密度計測装置を提供する。
【００１０】
マイクロ波導波管の断面形状は周波数によって規格化されているが、マイクロ波反射面でない２つの面にはマイクロ波が漏れない程度の開口部を設けることが可能であり、本発明の装置では使用するマイクロ波導波管の側面に対し、前記したように極低温流体を流入させる為の適当数の開口を設ける。
【００１１】
従って、導波管内にはその開口から固体水素を含むスラッシュ水素のような極低温流体が流入し、導波管内に常に安定したマイクロ波光路長が形成され、従来のもののようにマイクロ波光路長が変って測定値に誤差を生ずることがない。
【００１２】
更にまた、本発明は、前記課題を解決するため、マイクロ波を極低温流体中に導入する導波管の内部に誘電率が既知の誘電体を充填した極低温流体の密度計測装置を提供する。
このように、導波管内に既知の誘電体を充填しておいたものを使用すると、計測時に導波管内には極低温流体が侵入せず、導波管の誘電率は常に一定となる。
【００１３】
従って、本発明の極低温流体の密度計測装置によれば導波管内への極低温流体の侵入の良否により誘電率測定に光路長変化に基づく誤差を生ずるという事がない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２に示した実施の形態に基づいて本発明による極低温流体の密度計測装置について具体的に説明する。なお、以下の実施形態では、極低温流体としてスラッシュ水素を対象とした場合について説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
まず図１に示した第１実施形態について説明する。
図１は、本第１実施形態による密度計測装置において使用するホーンアンテナ２付きの導波管１のみを示している。
導波管１の中をマイクロ波６は、対面する２枚のマイクロ波反射面３で反射を繰り返しながら導かれるが、この対面するマイクロ波反射面３と隣り合う２つの面４に対し、複数個の開口部５が設けられている。
【００１６】
設ける開口の大きさは、スラッシュ水素中の固体水素を通過させる大きさであって、かつ、マイクロ波が外に漏れない程度のものとし、その数は適宜選定してよい。このように、導波管１に開口部５を設けたものを用いることにより、スラッシュ水素の密度計測に際してホーンアンテナをスラッシュ水素中に浸漬したとき、導波管１内には開口５からスラッシュ水素が流入可能である。
従って、導波管内にはスラッシュ水素の液柱が安定的に形成され、従来のもののように導波管内にスラッシュ水素が流入しない場合が生じて測定誤差が出るという事態が回避される。
【００１７】
（第２実施形態）
次に、図２に示す第２実施形態について説明する。図２において、導波管１の中にはテフロン(登録商標)７が充填されている。導波管１の先にはホーンアンテナ２が取付けられており、その他の構造は従来のホーンアンテナと同じである。
このように構成されたホーンアンテナを密度計測に当って、スラッシュ水素中に浸漬すると、導波管１内にはテフロン(登録商標)７が充填されているのでスラッシュ水素は導波管１内に流入することがない。
【００１８】
導波管１内に充填したテフロン(登録商標)の誘電率は既知であるから、計測された位相変化から充填テフロン(登録商標)による位相変化を差引いてスラッシュ水素の誘電率を知ることができる。
この第２実施形態の計測装置によれば、従来のもののように、導波管１内にスラッシュ水素の流入程度にむらが生じて誘電率計測に誤差を生ずるという事態が回避される。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の極低温流体の密度計測装置では、マイクロ波を極低温流体内に導入する導波管の側面に、極低温流体を同導波管内に流入させるための開口を設けたホーンアンテナを使用する。
【００２０】
従って、本発明の密度計測装置で使用するホーンアンテナの導波管内には、その開口から固体を含む極低温流体が円滑に流入し、導波管内に常に安定したマイクロ波光路長が形成され、従来のもののようにマイクロ波光路長が変って測定値に誤差を生ずることがない。
【００２１】
また、マイクロ波を極低温流体中に導入する導波管の内部に誘電率が既知の誘電体を充填したホーンアンテナを使用した本発明の密度計測装置によると、計測時に導波管内に極低温流体が侵入せず、導波管の誘電率は常に一定となる。
【００２２】
以上のとおり、本発明の極低温流体の密度計測装置によれば導波管内への極低温流体の侵入の良否により誘電率測定に光路長変化に基づく誤差を生ずるという事がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による極低温流体の密度計測装置に用いられるホーンアンテナの構成を示す斜視図。
【図２】本発明の第２実施形態による極低温流体の密度計測装置に用いられるホーンアンテナの構成を示す斜視図。
【図３】従来の極低温流体の密度計測装置に用いられるホーンアンテナの構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１  導波管
２  ホーンアンテナ
３  マイクロ波反射面
４  面３と隣り合う面
５  開口部
６  マイクロ波
７  テフロン(登録商標)
【図１】
0003670847.tif 000003
【図２】
0003670847.tif 000004
【図３】
0003670847.tif 000005