(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラッシュ水素等の極低温流体内に電極を配置し、その電極間の静電容量の変化から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ようにした静電容量型密度計測装置において、前記電極を平板電極と同平板電極に対向して配置された円筒型電極とで構成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たスラッシュ水素等の極低温流体の密度を計測する静電容量型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がシャーベット状に混合したスラッシュ水素は、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浸漬した電極間における静電容量を計測し、それから該極低温流体の密度を算出する静電容量型の密度計測技術がある。
静電容量型の密度計測技術は、電極間の静電容量が電極間物質の誘電率に比例することを利用するものである。すなわち、電極間の静電容量Ｃと電極間物質の誘電率εの関係は次の数式（１）で与えられる。
【０００４】
【数１】
0003572200.tif 000002
【０００５】
数式（１）において、Ｃｏ  は電極の大きさや形状によって決まる定数であり、Ｃｄ  は密度計測装置における電極以外の構造物に発生する無効静電容量である。静電容量型の密度計測装置の構成を図２及び図３に示してある。この密度計測装置はスラッシュ水素の密度を計測する場合を示しており、１はスラッシュ水素槽２を構成するガラスデュワーで、間に液体窒素（ＬＮ２  ）が封入されて２重になっている。
【０００６】
スラッシュ水素槽２の内部にはスラッシュ水素３が収納される。スラッシュ水素３中に電極４と攪拌器５が浸漬されている。６は攪拌器駆動用のモータである。
また、スラッシュ水素槽２には真空ポンプ７が接続されていて槽２の内部を減圧できるようになっている。電極４は、図３に示すように平板型の電極板４・１，４・２を２枚平行に対置したもので、この電極板４・１，４・２間の静電容量をＬＣＲメータ８で計測するように構成されている。
【０００７】
このように構成された静電容量型の密度計測装置において、スラッシュ水素槽２内に液体水素を入れ、真空ポンプ７を駆動してスラッシュ水素槽２内を減圧するとスラッシュ水素３は気化しその蒸発潜熱のために温度が降下して一部が固体化し、固体水素と液体水素が混合したスラッシュ水素が生成される。このように、大気圧状態の液体水素を減圧して固体水素が生成し始める三重点迄温度低下する液体水素の誘電率は図４に示すように変化する。
【０００８】
上記液体水素減圧中の誘電率εと静電容量は図５に示すように比例関係にあるので、計測された静電容量と既知の液体水素誘電率から（１）式における定数Ｃｏ  ，Ｃｄ  が求められる。従って、電極４の間の静電容量ＣをＬＣＲメータ８によって計測することにより、生成されるスラッシュ水素３の誘電率εを図６に示すように求めることができる。
【０００９】
スラッシュ水素等の固液二相状態の混合物の誘電率は、固相と液相の混合割合によって変化するので、前記したように誘電率を計測することによって固液二相流体における固液混合割合、すなわち、固化率ｘを数式（２）によって求めることができ、これからそのスラッシュ水素の密度を知ることができる。
【００１０】
【数２】
0003572200.tif 000003
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように従来の静電容量型の密度計測装置は二平行平板型の電極を用いるものであったが、二平行平板型のものでは、固液二相状態の極低温流体中の固相の割合が増加すると、その電極間に固体粒子が入り込みにくくなる。
【００１２】
そのため、対向配置された電極間の極低温流体中の固液混合割合は密度を計測しようとする極低温流体における固液混合割合と異るものとなって了い、これが原因で密度計測誤差を生ずることとなっていた。
特に、静電容量型の密度計測装置では密度計測感度を上げるためには電極間距離を縮める必要があるが、電極間距離を小さくすると電極間に固相が一層入り込み難くなって無視できない計測誤差の原因となっていた。
【００１３】
本発明は、スラッシュ水素等の極低温流体内に電極を対向配置し、その電極間の静電容量の変化から同極低温流体の誘電率を測定し、得られた誘電率を基にその極低温流体の密度を計測するようにした静電容量型密度計測装置において、電極間隔を小さくしても誤差を生ずることなく極低温流体の密度を正確に計測可能と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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するため、スラッシュ水素等の極低温流体中に浸漬する電極として、平板電極と同平板電極に対向配置された円筒型電極とを採用した極低温流体の密度計測装置を提供する。
【００１５】
本発明の極低温流体密度計測装置においては、平板電極と円筒型電極によって電極を構成しているので、電極間に極低温流体中の固体粒子が入り易くなる。従って、電極間距離を小さくすることができ、感度を上げて精度のよい密度計測を行うことができる。
すなわち、電極間の間隔を小さくすると、静電容量が大となり、先の数式（１）におけるＣｏ  が大となるので、誘電率εの変化に対する感度が良くなり、精度の高い密度計測が可能となるのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による極低温流体の密度計測装置について説明する。図１は、その一実施形態による密度計測装置における電極構造を示しており、１０は平板電極、１１は円筒型電極でその直径がｄで示されている。Ｄは平板電極１０と円筒型電極１１の間の間隔を示している。
本実施形態による極低温流体の密度計測装置はその電極構成が上記のようになっている点を除いて他は図２に示した極低温流体密度計測装置の構成と同じでよいのでその図示と説明を省略する。
【００１７】
本実施形態による極低温流体密度計測装置では、極低温流体中に浸漬される電極が平板電極１０と円筒型電極１１とを対向配置した構造であるから、スラッシュ水素等の極低温流体中の固形物の量が増加しても固体は平板電極１０と円筒型電極１１の間に容易に入り込める。
【００１８】
従って、平板電極１０と円筒型電極１１の間の間隔を小さくして静電容量の変化に対する感度を上げた構造を採用して計測精度の高い密度計測装置を提供することができる。
なお、円筒型電極１１の直径ｄ及び、平板電極１０と円筒型電極１１の間の間隔Ｄは、計測装置の感度と計測精度等を考慮して適宜選定すればよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上具体的に説明したように、本発明による極低温流体の密度計測装置は、スラッシュ水素等の極低温流体内に電極を対向配置し、その電極間の静電容量の変化から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ようにした静電容量型密度計測装置において、前記電極が平板電極と同平板電極に対向配置された円筒型電極とで構成されている。
【００２０】
従って、スラッシュ水素等の極低温流体中の固形物の量が増加しても固体は平板電極と円筒型電極の間に容易に入り込める。
このように、本発明の密度計測装置においては、平板電極と円筒型電極の間の間隔を小さくして静電容量の変化に対する感度を上げた構造を採用して計測精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による極低温流体の密度計測装置における電極構成を説明するための斜視図。
【図２】静電容量型密度計測装置の構成の一例を示す断面図。
【図３】図２に示す密度計測装置における従来の電極構造を示す斜視図。
【図４】液体水素における温度と誘電率の関係を示すグラフ。
【図５】液体水素減圧中における誘電率と静電容量の関係を示す線図。
【図６】計測された静電容量Ｃから誘電率εを求めることを示す線図。
【符号の説明】
１      ガラスデュワー
２      スラッシュ水素槽
３      スラッシュ水素
４      電極
５      攪拌器
６      モータ
７      真空ポンプ
８      ＬＣＲメータ
１０    平板電極
１１    円筒型電極
【図１】
0003572200.tif 000004
【図２】
0003572200.tif 000005
【図３】
0003572200.tif 000006
【図４】
0003572200.tif 000007
【図５】
0003572200.tif 000008
【図６】
0003572200.tif 000009