(57)【要約】液体を扱う連続処理の改良された制御。本発明によって得られるデータは、好適範囲内で液体の気体含有量を制御するために用いられ、例えば、紙のコーティング処理や、食品（ケチャップ）、パーソナルケア製品（シャンプー）、ペンキ、及び同伴及び／又は溶存気体の情報及び処理液体の真密度及び処理液体中の気体の溶解度などの関連したパラメーターの情報が処理を最適化するために用いられる全ての産業に用いられる。液体中の気体の量は、非圧縮性液体試料と可圧縮気体との混合物を３つ以上の異なる平衡圧状態にする工程と、各圧力状態で混合物の温度と容量を測定する工程と、少なくとも２つの異なる圧力状態の組み合わせ間の混合物の容量変化を求める工程と、液体試料中の気体の量を算出する工程と、により求められる。本発明の装置は、処理流体の貯蔵器と、；汲み上げられた処理流体が通過し、装置内で少なくとも３つの異なる圧力Ｐ１，Ｐ２及びＰ３に設定が可能な圧力調節器の制御下にある管と、；少なくとも３つの流体制御バルブＶ１，Ｖ２及びＶ３と、；圧力ゲージと、；温度ゲージと、；密度ゲージと、；を含む。
2005525538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ処理される液体又はスラリーの同伴気体の含有量を制御するための方法で、
ａ）前記液体又はスラリー内の自由気体の含有量の定量的目標値を設定する工程と、
ｂ）連続的に前記液体又はスラリーを流し、消泡剤を混合する工程と、
ｃ）次の式から自由気体の容量パーセントｘ％を求める工程と、
【数１】
2005525538.tif 000073
（上記式中、Ｖsは標準条件における自由気体の容量を示し、Ｖは気体を除いた支持液体成分の容量を示す。）
ｄ）求めた自由気体の含有量を、目標値と比較する工程と、
ｅ）求めた自由気体の含有量が目標値よりも高い場合、工程ｂ）で混合した消泡剤の量を増やす工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
流れ処理される液体又はスラリーが、紙基材のコーティングとして供給されるカオリン粘土、炭酸カルシウム、二酸化チタン、又はアルミナ三水和物のスラリーであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
流れ処理される液体又はスラリーが、小売容器にパッケージされる軟膏、クリーム、ローション、練り歯磨き、マヨネーズ、ケチャップ、又は潤滑グリースであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
処理流体の貯蔵器と、汲み上げられる前記処理流体が通過する管と、脱気器ユニットとからなり、前記脱気器ユニットと作業上関連する前記処理流体中の自由気体の容量パーセントを検出するための手段が配置されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
前記検出手段が単独で前記脱気器ユニットの下流に配置し、さらに前記装置が、予め指定したレベルよりも自由気体の容量パーセントが高い前記処理流体が存在したときに信号を発する警報装置からなることを特徴とする、請求項４記載の装置。
【請求項６】
２つの前記検出手段が前記脱気器ユニットのそれぞれ上流と下流に配置され、さらに前記装置が、前記脱気器ユニットの上流と下流の前記処理流体中の自由気体の容量パーセントがどの程度異なるかを求め、表示することができるコンパレーターからなることを特徴とする、請求項４記載の装置。
【請求項７】
液体中の気体の量を求める方法で、非圧縮性液体試料と可圧縮気体との混合物を少なくとも３つの異なる平衡圧状態にする工程と、少なくともその３つの圧力状態のそれぞれで混合物の温度と容量を測定する工程と、少なくとも２つの異なる圧力状態間の混合物の容量変化を求める工程と、次式
【数２】
2005525538.tif 000074
を用いることにより前記液体試料中の前記気体の量を算出する工程とからなることを特徴とする方法。
（上記式中、Ｖは周囲圧力における試料チャンバー内の気体を除いた液体の容量を示し、Ｖsは次式
【数３】
2005525538.tif 000075
により求められる値であり、上記式中、Ｐ1，Ｐ2及びＰ3は３つの異なる平衡周囲圧力を示し、Ｐs及びＴsは標準圧力及び温度を示し、ΔＶ1及びΔＶ2は、Ｐ1及びＰ2間と、Ｐ2及びＰ3間の平衡状態において測定した自由空気の容量差を示す。）
【請求項８】
前記少なくとも３つの平衡圧状態が互いに異なり、それによって対応する３つの容量が互いに少なくとも0.1％異なることを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも３つの平衡圧状態が互いに異なり、それによって対応する前記液体の見掛け密度が互いに少なくとも0.1％異なることを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも３つの圧力状態が、互いに少なくとも0.1ｐｓｉ異なることを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも３つの圧力状態が、互いに少なくとも1気圧異なることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記容量変化が、容量の測定により求められることを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１３】
前記容量変化が、見掛け密度の測定により求められることを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１４】
処理流体の貯蔵器と、；汲み上げられた前記処理流体が通過し、装置内で少なくとも３つの異なる圧力Ｐ１，Ｐ２及びＰ３に設定が可能な圧力調節器の制御下にある管と、；少なくとも３つの流体制御バルブＶ１，Ｖ２及びＶ３と、；圧力ゲージと、；温度ゲージと、；密度ゲージと、；からなることを特徴とする装置。
【請求項１５】
流体中の同伴又は溶存空気の量を求めるために用いるデータを得るための方法で、
請求項１４記載の装置の供給と；
第一の圧力レベルにおける、安定した圧力、温度及び密度データの収集と；
第二の圧力レベルにおける、安定した圧力、温度及び密度データの収集と；
第三の圧力レベルにおける、安定した圧力、温度及び密度データの収集と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
固体又は液体成分とこれを支持する液体成分との混合を必要とする連続処理による産出物を自動で制御する方法で、
ａ）支持液体成分に対する、１種類又はそれ以上の固体の重量％及び／又は１種類又はそれ以上の液体の濃度の定量的目標値を設定する工程と、；
ｂ）前記固体及び／又は液体と、支持液体成分とを連続的に混合する工程と、；
ｃ）配合した混合物を測定チャンバーに充填し、混合物を平衡状態にする工程と、；
ｄ）平衡温度Ｔ1、試料の容量Ｖ1、及び平衡圧力Ｐ1を記録する工程と、；
ｅ）試料チャンバー内の混合物の容量を増加又は減少させ、流体を平衡状態にし、平衡温度Ｔ2、試料の容量Ｖ2、及び平衡圧力Ｐ2を記録する工程と、；
ｆ）再度、試料チャンバー内の混合物の容量を増加又は減少させ、流体を平衡状態にし、平衡温度Ｔ3、試料の容量Ｖ3、及び平衡圧力Ｐ3を記録する工程と、；
ｇ）次の式
【数４】
2005525538.tif 000076
を用いて真密度ρを求める工程と、（上記式中、質量ｍは混合物試料の質量を示し、気体を除いた混合物の容量Ｖ及び自由空気又は他の気体の容量パーセントｘ％は、次式
【数５】
2005525538.tif 000077
及び、次式
【数６】
2005525538.tif 000078
により算出され、上記式中、ΔＶ1はＰ1，Ｐ2間の自由気体の容量差を示し、ΔＶ2はＰ2，Ｐ3間の自由気体の容量差を示し、Ｖt1は液体及び同伴気体の総容量を示し、さらにＶsは標準条件下での自由空気又は他の気体の容量を示し、次の式
【数７】
2005525538.tif 000079
により算出され、上記式中、これらの変数は、工程ｄ）からｆ）で収集されたデータによって供され、標準条件はＰ＝Ｐs＝1 ａｔｍ、Ｔ＝Ｔs＝273 Ｋを表す。）；
ｈ）混合物中の固体の重量％及び／又は液体濃度を式
【数８】
2005525538.tif 000080
により算出する工程と、（上記式中、ρLは支持液体成分の密度を示し、Ｋiは各個体又は液体の加法容量係数（ＡＶＣ）を示し、ｘiは各個体の乾燥重量％又は各液体の濃度を示し、（ρs）iは各個体又は液体の密度を示し、ρは混合物の真密度を示す。）；
ｉ）算出された個体の重量％又は濃度を目標値と比較する工程と、；
ｊ）算出された個体の重量％又は濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で混合する固体又は液体の量を減らし又は増やす工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１７】
固体又は液体成分とこれを支持する液体成分との混合を必要とする連続処理による産出物を自動で制御する方法で、
ａ）支持液体成分に対する、１種類又はそれ以上の固体の重量％及び／又は１種類又はそれ以上の液体の濃度の定量的目標値を設定する工程と、；
ｂ）前記固体及び／又は液体と、支持液体成分とを連続的に混合する工程と、；
ｃ）主要パイプシステムから試料測定チャンバーに流体試料を迂回させ、試料を平衡状態にする工程と、；
ｄ）平衡温度Ｔ1、平衡密度ρ1、及び平衡圧力Ｐ1を記録する工程と、；
ｅ）試料チャンバー内の流体の圧力を調節し、流体を平衡状態にし、さらに平衡温度Ｔ2、平衡密度ρ2、及び平衡圧力Ｐ2を記録する工程と、；
ｆ）再度、試料チャンバー内の流体の圧力を調節し、流体を平衡状態にし、さらに平衡温度Ｔ3、平衡密度ρ3、及び平衡圧力Ｐ3を記録する工程と、；
ｇ）次の式
【数９】
2005525538.tif 000081
を用いて真密度ρを求める工程と、（上記式中、容量Ｖは次の式
【数１０】
2005525538.tif 000082
により算出され、上記式中、これらの変数は、工程ｄ）からｆ）で収集されたデータにより供される）；
ｈ）混合物中の固体の重量％及び／又は液体濃度を、次式
【数１１】
2005525538.tif 000083
により算出する工程と、（上記式中、ρLは支持液体成分の密度を示し、Ｋiは各個体又は液体の加法容量係数（ＡＶＣ）を示し、ｘiは各個体の乾燥重量％又は各液体の濃度を示し、（ρs）iは各個体又は液体の密度を示し、ρは混合物の真密度を示す。）；
ｉ）算出された個体の重量％又は濃度を目標値と比較する工程と、；
ｊ）算出された個体の重量％又は濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で混合する固体又は液体の量を減らし又は増やす工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１８】
基材を連続的にコーティングするための請求項１６又は１７いずれか一項記載の方法で、
ａ）基材にコーティングされる１種類又はそれ以上の固体の重量％の定量的目標値を設定する工程と、；
ｂ）支持流体を介して基材に固体を連続的にコーティングする工程と、；
ｃ）スラリーの見掛け密度を測定する工程と、；
ｄ）スラリーの真密度を求める工程と、；
ｅ）請求項１６に記載した方法か又は請求項１７に記載した方法でスラリー中の固体の重量％を算出する方法と、；
ｆ）算出された固体の重量％を目標値と比較する工程と、；
ｇ）算出された重量％が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）でコーティングする固体の量を減らし又は増やす工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１９】
基材が紙ウェブであって、固体成分がカオリン粘土、炭酸カルシウム、二酸化チタン、又はアルミナ三水和物であることを特徴とする、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
シロップを調整するための連続処理による産出物を制御するための請求項１６又は１７いずれか一項記載の方法で、
ａ）シロップに配合される１種類又はそれ以上の炭水化物及び／又は炭水化物含有液の濃度の定量的目標値を設定する工程と、；
ｂ）炭水化物及び／又は炭水化物含有液、及び希釈溶液を容器に連続的に供給し、前記液体をスラリーにするために連続的に混合する工程と、；
ｃ）そのスラリーの見掛け密度を測定する工程と、；
ｄ）スラリーの真密度を求める工程と、；
ｅ）この真密度を炭水化物の濃度に変換する工程と、；
ｆ）この炭水化物濃度を目標値と比較する工程と、；
ｇ）この炭水化物濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で供給する炭水化物の量及び／又は炭水化物含有液の容量を減らし又は増やす工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２１】
スクロースからなる炭水化物と、コーンシロップ及び高フルクトースコーンシロップからなる炭酸化物含有液とが水からなる希釈溶液と混合されることを特徴とする、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
炭酸飲料を調整するのための連続処理による産出物を制御するための方法で、
ａ）水性媒体中に配合される二酸化炭素の濃度の定量的目標値を設定する工程と、；
ｂ）容器中の水性媒体に二酸化炭素を連続的に供給し、予め設定された「瓶詰め」圧力Ｐ0で容器内に炭酸水性媒体をつくるためにこれらの成分を連続的に混合する工程と、（ここでＰ0は密封された炭酸飲料容器内に生じた「瓶詰め」圧力であり、その「瓶詰め」圧力ではすべての自由な状態にある二酸化炭素が水性媒体中に溶解する。）；
ｃ）炭酸水性媒体試料を「瓶詰め」圧力Ｐ0のまま試料測定チャンバーに迂回させる工程と、；
ｄ）水性媒体の圧力をＰ0から、溶解していた二酸化炭素が自由な泡の状態で水性媒体中に戻り始める圧力Ｐ1に減少させる工程と、；
ｅ）さらに水性媒体の圧力をＰ1から、十分な量の溶解していた二酸化炭素が自由な泡の状態で水性媒体中に戻る圧力Ｐ2に減少させる工程と、；
ｆ）Ｐ1、Ｐ2間の平衡状態で二酸化炭素液体混合物の容量の変化を測定する工程と、；
ｇ）さらに水性媒体の圧力をＰ2から、溶解していたより多くの二酸化炭素が自由な泡の状態で水性媒体中に戻る圧力Ｐ3に減少させる工程と、；
ｈ）Ｐ2、Ｐ3間の平衡状態で二酸化炭素液体混合物の容量の変化を測定する工程と、
ｉ）式
【数１２】
2005525538.tif 000084
を用い、標準条件における炭酸水性媒体中の自由な二酸化炭素の容量Ｖsを求める工程と、（上記式中、Ｐ1，Ｐ2及びＰ3は３つの異なる平衡周囲圧力を示し、Ｐs及びＴsは標準圧力及び温度を示し、ΔＶ1及びΔＶ2は、それぞれＰ1及びＰ2間とＰ2及びＰ3間の平衡状態において測定した自由な二酸化炭素の容量差を示す。）；
ｊ）式
【数１３】
2005525538.tif 000085
を用いて二酸化炭素の濃度を算出する工程と、（上記式中、Ｖsは工程ｉ）で求めた自由な二酸化炭素の容量を示し、Ｖは自由な泡が存在しない予め設定した「瓶詰め」圧力Ｐ0における試料チャンバー中の炭酸水性媒体の容量を示す。）；
ｋ）算出された二酸化炭素濃度を目標値と比較する工程と、；
ｌ）算出された二酸化炭素濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で供給する二酸化炭素の量を減らし又は増やす工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２３】
炭酸飲料がソフトドリンク、ビール、又は炭酸ワインからなる群から選択されることを特徴とする、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
支持液体成分中の固体又は液体成分の濃度を求める方法で、
ａ）混合物の見掛け密度を測定する工程と、；
ｂ）その見掛け密度から混合物の真密度を求める工程と、；
ｃ）請求項１６又は１７いずれか一項記載の方法で、スラリー中の固体の重量％を算出する工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２５】
支持液体成分中の固体又は液体成分の真密度を求める方法で、
ａ）混合物の見掛け密度を測定する工程と、；
ｂ）その見掛け密度から混合物の真密度を求める工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２６】
液体成分中の同伴空気の含有量を求める方法で、
ａ）種々の圧力における液体中の見掛けの空気含有量を測定する工程と、；
ｂ）その見掛けの空気含有量から液体中の実際の同伴空気の含有量を求める工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２７】
同伴空気の含有量を求めることにより液体の特徴づけをするための方法で、式
【数１４】
2005525538.tif 000086
を用いて液体中の自由空気の容量パーセントｘ％を算出する工程、からなることを特徴とする方法。（上記式中、Ｖは周囲圧力における試料チャンバー中の気体を除いた液体の容量を示し、Ｖsは式
【数１５】
2005525538.tif 000087
により求められる値であり、上記式中、Ｐ1，Ｐ2及びＰ3は３つの異なる平衡周囲圧力を示し、Ｐs及びＴsは標準圧力及び温度を示し、ΔＶ1及びΔＶ2は、それぞれＰ1及びＰ2間とＰ2及びＰ3間の平衡状態において測定した自由空気の容量差を示す。）
【請求項２８】
請求項２７記載の方法により求められた試料の同伴空気の含有量を、種々の既知の化合物の一連の同伴空気の含有量と比較する工程からなる、構成が未知な試料を特定する方法。
【請求項２９】
構成が未知な試料を特定する方法で、関係式
【数１６】
2005525538.tif 000088
を用いることにより求められた試料の真密度を、種々の既知の化合物の一連の真密度と比較する工程からなる、構成が未知な試料を特定する方法。
【請求項３０】
関係式
【数１７】
2005525538.tif 000089
により求められた試料の固体の重量％を、種々の既知の化合物の一連の固体の重量％と比較する工程からなる、構成が未知な試料を特定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を扱う連続処理の制御を改良する手段を提供し、従ってそれらの処理を有効に監視し、操作することを可能にすることにより、製造業者に利益を提供する。本発明によって得られるデータは、好適範囲内で液体の気体含有量を制御するために用いることができ、例えば、紙のコーティング処理や、食品（ケチャップ、マヨネーズ、シロップ）、パーソナルケア製品（スキンクリーム、シャンプー）、医薬品、ペンキ、石油混合物品、などの製品を製造する際に用いることができる。本発明は、同伴（entrained）空気及び／又は溶存空気及び他の気体の情報、及び処理液体の真密度及び処理液体中の気体の溶解度などの関連したパラメーターの情報が処理を最適化するために用いられるすべての産業において有益である。
【背景技術】
【０００２】
液体を処理する当業者であれば、空気及び／又は他の気体が、どの程度液体中に取り込まれ及び溶解しているのかを、様々な理由により知りたいと望んでいる。取り込まれた空気は、例えば製紙及び食品調理の最中に望ましくない発泡を引き起こす原因となる可能性があり、結果として例えばペンキによる膜が破裂する可能性がある。同伴気体は密度などの処理パラメーターに変動を生じさせてしまうため、処理の正確な制御を不可能にする。当業者には、一般に、処理する流体の粘性が増加すればするほど、同伴空気は流体から脱しにくくなり、従ってより多くの量の気泡が流体中に蓄積されやすくなることが知られている。また、流体にかかる圧力が低いと、液体中に溶解された空気又は他の気体は、溶液に残留し、液体中に気泡を形成しやすくなる。
【０００３】
液体中の空気又は気体の含有量を測定するための計器が多数市販されている。そのような計器には、ヴァルメット（Valmet）社製のＣＯＬＯＲＭＡＴ、ミューテック(Mutek)社製のＧＡＳ−６０、パペック（Papec）社製のＰＵＬＳＥ））））ＡＩＲ、カペラテクノロジー（Capella Tecnology）社製のＣＡＰＴＡＩＲ、アントンパール（Anton-Paar）社製のＣＡＲＢＯ  ２１００  ＣＯ2  分析器、サイバーメトリックス（CyberMetrics）社製のＡＩＲ  ＴＥＳＴＥＲ、などがある。
【０００４】
例えばミューテック社製のＧＡＳ−６０は、製紙処理においてピンホール（空隙）を最小限にするのに有効であると考えられている。ピンホールは、圧力が減少し、機械的な影響や化学反応及び生体反応により製紙処理中に蓄積した溶存気体が開放された際、発達する。ＧＡＳ−６０は、ライン上に設置され、パルプ懸濁液中の同伴及び溶存気体の含有量を測定するために使用される。気体含有量を測定した後、技術者は、使用すべき脱気添加剤の費用がどのくらいかかるかを計算することができ、従って余分な脱気添加剤を使用することによる無駄な製造コストの増加を避けることができる。
【０００５】
パペック社製のＰＵＬＳＥ））））ＡＩＲは、処理液体中の同伴空気及び気体を測定するためのセンサーである。そのセンサーは、抄紙機ヘッドボックスと白水システム、コーティング、及び褐色原料洗浄機に関連するパルプ及び製紙業や、二次繊維業界（排水処理のため）、塗料業界、油瓶詰め処理、削井泥水処理、及び一般的に同伴空気の情報を必要とするどの用途にとっても有効であると言われている。
【０００６】
アントンパール社製のＣＡＲＢＯ  ２１００  ＣＯ2  分析器は、ビール及びソフトドリンク業界において、製造工程中における測定及び監視作業のため、さらに処理液体内のＣＯ2含有量の調整を行うための他の市販されているシステムよりも早く実行できると考えられている特許されたインペラ方式を利用する。
【０００７】
これら全ての機器は共通手段としてボイルの法則を利用していると考えられる。ボイルの法則は、式（１）
【数１８】
2005525538.tif 000003
（上記式中、Ｖ1及びＶ2は、それぞれ異なる二つの圧力Ｐ1及びＰ2における液体中の自由な気体の容量を示す。）で表わされる。「２点測定」であるこの共通手段では、Ｐ1とＰ2との間の容量差ΔＶ＝Ｖ1−Ｖ2を測定し、式（２）で表わされるボイルの法則から、自由気体の容量Ｖ1とＶ2を算出する。
【数１９】
2005525538.tif 000004
【０００８】
自由気体の容量とその際に作用する圧力とを相関させる、より一般的な公式は、次式（３）
【数２０】
2005525538.tif 000005
及び次式（４）
【数２１】
2005525538.tif 000006
（上記式中、Ｒは気体定数、ｎ1，Ｔ1及びｎ2，Ｔ2は、それぞれ圧力Ｐ1及びＰ2における自由気体のモル数及び温度を示す。）の理想気体の法則から導くことができる。ｎ1＝ｎ2でＴ1＝Ｔ2の場合、式（３）と（４）は、式（１）のボイルの法則の式に簡略化することができる。従って、ボイルの法則は、実際は理想気体の法則の特例であり、Ｐ1及びＰ2における自由気体のモル数と温度が一定に保たれている場合に限り有効となる。
【０００９】
しかしながら実際には、自由気体の一部は液体中に溶解される。気体の溶解度は、原則として次式で表わされるヘンリーの法則
【数２２】
2005525538.tif 000007
に定義されているように、気体の圧力に比例する（上記式中、Ｐは溶解している気体の圧力を示し、Ｈはヘンリーの法則定数を示し、ｎdは溶解された気体のモル数を示す。）。ヘンリーの法則では、Ｐ1とＰ2とでは明らかにｎ1≠ｎ2になるため、ボイルの法則に反する。従って、「２点測定」にボイルの法則を用いると、特に２点間の圧力差が大きい場合に、概算値に信頼性が無く、さらにかなりの誤差を生じる可能性がある。
【００１０】
この誤差を正すために、溶存気体の量を補正するためにヘンリーの法則を利用する試みがいくつかなされてきている。この方法は、しかしながら、ヘンリーの法則定数が多くの処理液体、特にコーティングスラリーのような複数の成分を含んでいる液体に対しては利用できないために、一般的に実用的ではない。ある液体の既知の定数を用いて、他の液体の定数を概算することは、液体によって溶解度が劇的に変化する空気のような気体もあるため、かなりの量の誤差を生じさせる可能性がある。標準の温度と圧力におけるイソオクタンへの空気の溶解度は、例えば水への空気の溶解度よりも100倍高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、液体の同伴及び／又は溶存気体の含有量を求めるための方法及び装置に関する。本発明は、液体を扱う連続処理の制御を改良する手段を提供し、従ってそれらの処理を有効に監視し、操作することを可能にすることにより、製造業者に利益を提供する。本発明によって得られるデータは、例えば、好適範囲内で例えばシェービングクリーム又はアイスクリームのような泡を扱う処理において液体の気体含有量を制御するために用いることができ、及び例えば紙のコーティング処理や、食品（ケチャップ、マヨネーズ、シロップ、種々のソース）、パーソナルケア製品（スキンクリーム、シャンプー、ローション、練り歯磨き）、医薬品、除草剤、ペンキ、潤滑グリース、石油混合物品、硬水軟化剤、などの製品を製造する際に気体の含有量を最小限にするために用いることができる。本発明は、同伴及び／又は溶存気体の情報、及び処理液体の真密度や溶解度などの関連したパラメーターの情報が利用されるすべての産業において有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一つの態様においては、流れ処理される液体又はスラリーの同伴気体の含有量を制御するための方法を提供する。流れ処理される液体又はスラリーは、紙基材のコーティングとして供給されるカオリン粘土、炭酸カルシウム、二酸化チタン、又はアルミナ三水和物のスラリーなどであっても良いが、これらには限定されない。これとは別に、流れ処理される液体又はスラリーは、小売容器にパッケージされる軟膏、クリーム、ローション、練り歯磨き、マヨネーズ、ケチャップ、又は潤滑グリースなどであるが、これらに限定されるものではない。本発明の方法は、ａ）前述の液体又はスラリー内の自由気体の含有量の定量的目標値を設定する工程と、；ｂ）連続的にその液体又はスラリーを流し、消泡剤を混合する工程と、；ｃ）次の式から自由気体の容量パーセントｘ％を求める工程と、
【数２３】
2005525538.tif 000008
（上記式中、Ｖsは標準条件における自由気体の容量を示し、Ｖは気体を除いた支持液体成分の容量を示す。）；ｄ）求めた自由気体の含有量を目標値と比較する工程と、；ｅ）求めた自由気体の含有量が目標値よりも高い場合、工程ｂ）で混合した消泡剤の量を増やす工程と、からなる。
【００１３】
本発明の別の態様においては、装置は処理流体の貯蔵器と、汲み上げられる処理流体が通過する管と、脱気器ユニットとからなり、この装置は脱気器ユニットと作業上関連する処理流体中の自由気体の容量パーセントを検出するための手段を配置することによって改良されている。本装置において、このような検出手段を単独で脱気器ユニットの下流に配置しても良く、さらに装置が、予め指定したレベルよりも自由気体の容量パーセントが高い処理流体が存在したときに信号を発する警報装置をさらに含んでも良い。これとは別に、この装置は脱気器ユニットのそれぞれ上流と下流に配置された２つの検出手段を含んでも良く、この場合、装置はさらに、脱気器ユニットの上流と下流の処理流体中の自由気体の容量パーセントがどの程度異なるかを求め、表示することができるコンパレーターをさらに含んでも良い。
【００１４】
本発明の別の態様では、液体中の気体の量を求める方法を提供し、この方法は、非圧縮性液体試料と可圧縮気体との混合物を少なくとも３つの異なる平衡圧状態にする工程と、少なくともその３つの圧力状態のそれぞれで混合物の温度と容量を測定する工程と、少なくとも２つの異なる圧力状態の組み合わせ間の混合物の容量変化を求める工程と、次式
【数２４】
2005525538.tif 000009
を用いることにより液体試料中の気体の量を算出する工程とからなる（上記式中、Ｖは周囲圧力における試料チャンバー内の気体を除いた液体の容量を示し、Ｖsは次式
【数２５】
2005525538.tif 000010
によって求められる値であり、上記式中、Ｐ1，Ｐ2及びＰ3は３つの異なる平衡周囲圧力を示し、Ｐs及びＴsは標準圧力及び温度を示し、ΔＶ1及びΔＶ2は、Ｐ1及びＰ2間と、Ｐ2及びＰ3間の平衡状態において測定した自由空気の容量差を示す。）。本発明の本態様での好ましい態様では、少なくとも３つの平衡圧状態が互いに異なり、それによって対応する３つの容量が互いに少なくとも0.1％の異なり、及び／又は少なくとも３つの平衡圧状態が互いに異なり、それによって対応する前述した液体の見掛け密度が互いに少なくとも0.1％異なる。本発明の本態様での他の好ましい態様では、少なくとも３つの圧力状態が、互いに少なくとも0.1ｐｓｉ異なり、及び／又は少なくとも３つの圧力状態が、互いに少なくとも1気圧異なる。本発明の本態様において、容量変化は、容量の測定により又は見掛け密度の測定により求めても良い。
【００１５】
本発明はまた、以下のものを含む装置を提供し、装置は、処理流体の貯蔵器と、；汲み上げられた処理流体が通過し、装置内で少なくとも３つの異なる圧力Ｐ１，Ｐ２及びＰ３に設定が可能な圧力調節器の制御下にある管と、；少なくとも３つの流体制御バルブＶ１，Ｖ２及びＶ３と、；圧力ゲージと、；温度ゲージと、；密度ゲージと、；を含む。この装置は、上述した装置の供給と、；第一の圧力レベルにおける、安定した圧力、温度及び密度データの収集と、；第二の圧力レベルにおける、安定した圧力、温度及び密度データの収集と、；第三の圧力レベルにおける、安定した圧力、温度及び密度データの収集と、；からなる方法によって、流体中の同伴又は溶存空気の量を求めるために用いるデータを得るために使用してもよい。
【００１６】
本発明のさらに別の態様は、固体又は液体成分とこれを支持する液体成分との混合を必要とする連続処理による産出物を自動で制御する方法である。本発明の態様である本方法は、ａ）支持液体成分に対する、１種類又はそれ以上の固体の重量％及び／又は１種類又はそれ以上の液体の濃度の定量的目標値を設定する工程と、；ｂ）その固体及び／又は液体と、支持液体成分とを連続的に混合する工程と、；ｃ）その配合した混合物を測定チャンバーに充填し、混合物を平衡状態にする工程と、；ｄ）平衡温度Ｔ1、試料の容量Ｖ1、及び平衡圧力Ｐ1を記録する工程と、；ｅ）試料チャンバー内の混合物の容量を増加又は減少させ、流体を平衡状態にし、平衡温度Ｔ2、試料の容量Ｖ2、及び平衡圧力Ｐ2を記録する工程と、；ｆ）再度、試料チャンバー内の混合物の容量を増加又は減少させ、流体を平衡状態にし、平衡温度Ｔ3、試料の容量Ｖ3、及び平衡圧力Ｐ3を記録する工程と、；ｇ）次の式
【数２６】
2005525538.tif 000011
を用いて真密度ρを求める工程と、（上記式中、質量ｍは混合物試料の質量を示し、気体を除いた混合物の容量Ｖ及び自由空気又は他の気体の容量パーセントｘ％は、次式
【数２７】
2005525538.tif 000012
及び、次式
【数２８】
2005525538.tif 000013
により算出され、上記式中、ΔＶ1はＰ1，Ｐ2間の自由気体の容量差を示し、ΔＶ2はＰ2，Ｐ3間の自由気体の容量差を示し、Ｖt1は液体及び同伴気体の総容量を示し、さらにＶsは標準条件下での自由空気又は他の気体の容量を示し、次の式
【数２９】
2005525538.tif 000014
により算出され、上記式中、これらの変数は、工程ｄ）からｆ）で収集されたデータによって供され、標準条件はＰ＝Ｐs＝1 ａｔｍ、Ｔ＝Ｔs＝273 Ｋを表わす。）；ｈ）混合物中の固体の重量％及び／又は液体濃度を式
【数３０】
2005525538.tif 000015
により算出する工程と、（上記式中、ρLは支持液体成分の密度を示し、Ｋiは各個体又は液体の加法容量係数（Additive Volume Coefficient）（ＡＶＣ）を示し、ｘiは各個体の乾燥重量％又は各液体の濃度を示し、（ρs）iは各個体又は液体の密度を示し、ρは混合物の真密度を示す。）；ｉ）算出された個体の重量％又は濃度を目標値と比較する工程と、；ｊ）算出された個体の重量％又は濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で混合する固体又は液体の量を減らし又は増やす工程と、からなる。
【００１７】
本発明の、固体又は液体成分とこれを支持する液体成分との混合を必要とする連続処理による産出物を自動で制御する本発明の別の方法は、ａ）支持液体成分に対する、１種類又はそれ以上の固体の重量％及び／又は１種類又はそれ以上の液体の濃度の定量的目標値を設定する工程と、；ｂ）その固体及び／又は液体と、支持液体成分とを連続的に混合する工程と、；ｃ）主要パイプシステムから試料測定チャンバーに流体試料を迂回させ、試料を平衡状態にする工程と、；ｄ）平衡温度Ｔ1、平衡密度ρ1、及び平衡圧力Ｐ1を記録する工程と、；ｅ）試料チャンバー内の流体の圧力を調節し、流体を平衡状態にし、さらに平衡温度Ｔ2、平衡密度ρ2、及び平衡圧力Ｐ2を記録する工程と、；ｆ）再度、試料チャンバー内の流体の圧力を調節し、流体を平衡状態にし、さらに平衡温度Ｔ3、平衡密度ρ3、及び平衡圧力Ｐ3を記録する工程と、；ｇ）次の式
【数３１】
2005525538.tif 000016
を用いて真密度ρを求める工程と、（上記式中、容量Ｖは次の式
【数３２】
2005525538.tif 000017
により算出され、上記式中、これらの変数は、工程ｄ）からｆ）で収集されたデータにより供される。）；ｈ）混合物中の固体の重量％及び／又は液体濃度を式
【数３３】
2005525538.tif 000018
により算出する工程と、（上記式中、ρLは支持液体成分の密度を示し、Ｋiは各個体又は液体の加法容量係数（ＡＶＣ）を示し、ｘiは各個体の乾燥重量％又は各液体の濃度を示し、（ρs）iは各個体又は液体の密度を示し、ρは混合物の真密度を示す。）；ｉ）算出された個体の重量％又は濃度を目標値と比較する工程と、；ｊ）算出された個体の重量％又は濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で混合する固体又は液体の量を減らし又は増やす工程と、からなる。
【００１８】
本発明のこれら２つの方法は、例えば基材が紙ウェブであって、固体成分がカオリン粘土、炭酸カルシウム、二酸化チタン、又はアルミナ三水和物である、基材を連続的にコーティングする処理に用いることができ、この場合この方法は、ａ）基材にコーティングされる１種類又はそれ以上の固体の重量％の定量的目標値を設定する工程と、；ｂ）支持流体を介して基材に固体を連続的にコーティングする工程と、；ｃ）スラリーの見掛け密度を測定する工程と、；ｄ）スラリーの真密度を求める工程と、；ｅ）前者か又は後者の一般的な方法のどちらかの方法でスラリー中の固体の重量％を算出する工程と、；ｆ）算出された固体の重量％を目標値と比較する工程と、；ｇ）算出された重量％が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）でコーティングする固体の量を減らし又は増やす工程と、からなる。
【００１９】
同様に、本発明のこれら２つの一般的な方法のどちらも、シロップを調整するための連続処理による産出物を制御するための工程に使用することが可能である。この方法は、ａ）水と共にシロップに配合される１種類又はそれ以上の、例えばスクロースなどの炭水化物及び／又は例えばコーンシロップと高フルクトースコーンシロップの炭水化物含有液の、濃度の定量的目標値を設定する工程と、；ｂ）炭水化物及び／又は炭水化物含有液、及び希釈溶液を容器に連続的に供給し、その液体をスラリーにするために連続的に混合する工程と、；ｃ）そのスラリーの見掛け密度を測定する工程と、；ｄ）スラリーの真密度を求める工程と、；ｅ）この真密度を炭水化物の濃度に変換する工程と、；ｆ）この炭水化物濃度を目標値と比較する工程と、；ｇ）この炭水化物濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で供給する炭水化物の量及び／又は炭水化物含有液の容量を減らし又は増やす工程と、からなる。
【００２０】
実用的用途の第３のグループにおいて、本発明は、例えばソフトドリンク、ビール、又は炭酸ワインなどの、炭酸飲料を調整するのための連続処理による産出物を制御するための方法を提供する。この方法は、ａ）水性媒体中に配合される二酸化炭素の濃度の定量的目標値を設定する工程と、；ｂ）容器中の水性媒体に二酸化炭素を連続的に供給し、予め設定された「瓶詰め」圧力Ｐ0で容器内に炭酸水性媒体をつくるためにこれらの成分を連続的に混合する工程と、（ここでＰ0は密封された炭酸飲料容器内に生じた「瓶詰め」圧力であり、その「瓶詰め」圧力ではすべての自由な状態にある二酸化炭素が水性媒体中に溶解する。）；ｃ）炭酸水性媒体試料を「瓶詰め」圧力Ｐ0のまま試料測定チャンバーに迂回させる工程と、；ｄ）水性媒体の圧力をＰ0から、溶解していた二酸化炭素が自由な泡の状態で水性媒体中に戻り始める圧力Ｐ1に減少させる工程と、；ｅ）さらに水性媒体の圧力をＰ1から、十分な量の溶解していた二酸化炭素が自由な泡の状態で水性媒体中に戻る圧力Ｐ2に減少させる工程と、；ｆ）Ｐ1、Ｐ2間の平衡状態で二酸化炭素液体混合物の容量の変化を測定する工程と、；ｇ）さらに水性媒体の圧力をＰ2から、溶解していたより多くの二酸化炭素が自由な泡の状態で水性媒体中に戻る圧力Ｐ3に減少させる工程と、；ｈ）Ｐ2、Ｐ3間の平衡状態で二酸化炭素液体混合物の容量の変化を測定する工程と、；ｉ）式
【数３４】
2005525538.tif 000019
を用い、標準条件における炭酸水性媒体中の自由な二酸化炭素の容量Ｖsを求める工程と、（上記式中、Ｐ1，Ｐ2及びＰ3は３つの異なる平衡周囲圧力を示し、Ｐs及びＴsは標準圧力及び温度を示し、ΔＶ1及びΔＶ2は、それぞれＰ1及びＰ2間とＰ2及びＰ3間の平衡状態において測定した自由な二酸化炭素の容量差を示す。）；ｊ）式
【数３５】
2005525538.tif 000020
を用いて二酸化炭素の濃度を算出する工程と、（上記式中、Ｖsは工程ｉ）で求めた自由な二酸化炭素の容量を示し、Ｖは自由な泡が存在しない予め設定した「瓶詰め」圧力Ｐ0における試料チャンバー中の炭酸水性媒体の容量を示す。）；ｋ）算出された二酸化炭素濃度を目標値と比較する工程と、；ｌ）算出された二酸化炭素濃度が目標値よりも高かった又は低かった場合、工程ｂ）で供給する二酸化炭素の容量を減らし又は増やす工程と、からなる。
【００２１】
本発明はまた、種々の分析法も提供する。そのうちのひとつは、支持液体成分中の固体又は液体成分の濃度を求める方法であり、この方法は、混合物の見掛け密度を測定する工程と、その見掛け密度から混合物の真密度を求める工程と、上述した方法でスラリー中の固体の重量％を算出する工程と、からなる。別な方法としては、支持液体成分中の固体又は液体成分の真密度を求める方法であり、この方法は、混合物の見掛け密度を測定する工程と、その見掛け密度から混合物の真密度を求める工程と、からなる。さらに別な方法としては、液体成分中の同伴空気の含有量を求める方法であり、この方法は、種々の圧力における液体中の見掛けの空気含有量を測定する工程と、その見掛けの空気含有量から液体中の実際の同伴空気の含有量を求める工程と、からなる。さらに別な方法としては、同伴空気の含有量を求めることにより液体の特徴づけをするための方法であり、この方法では、式
【数３６】
2005525538.tif 000021
を用いて液体中の自由空気の容量パーセントｘ％を算出する工程からなる（上記式中、Ｖは周囲圧力における試料チャンバー中の気体を除いた液体の容量を示し、Ｖsは式
【数３７】
2005525538.tif 000022
により求められる値であり、上記式中、Ｐ1，Ｐ2及びＰ3は３つの異なる平衡周囲圧力を示し、Ｐs及びＴsは標準圧力及び温度を示し、ΔＶ1及びΔＶ2は、それぞれＰ1及びＰ2間とＰ2及びＰ3間の平衡状態において測定した自由空気の容量の差を示す。）。
【００２２】
最後に、本発明は構成が未知な試料を特定する種々の方法を提供する。そのような方法の一つは、上述の方法により求められた試料の同伴空気の含有量を、種々の既知の化合物の一連の同伴空気の含有量と比較することからなる。別の方法としては、関係式
【数３８】
2005525538.tif 000023
を用いることにより求められた試料の真密度を、種々の既知の化合物の一連の真密度と比較することからなる。また別の方法としては、関係式
【数３９】
2005525538.tif 000024
により求められた試料の固体の質量％を、種々の既知の化合物の一連の固体の質量％を比較することからなる。
【００２３】
本発明は、下記の詳細な説明及び添付図面により、更に十分理解されるであろう。これらの図面は例示のみを目的として供しており、従って本発明を限定するものではない。特に、これらの図面に記載されているハードウェア構成は、例示に過ぎず（さらに縮尺も違うため）、注意すべきである。当業者であれば、本発明と同様の利点が得られる代替のハードウェア構成を容易に開発できる。
【００２４】
以下の記号を、式（１）から（３８）に使用する。
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3：圧力センサーにより測定された、異なる平衡周囲圧力。
Ｐ：溶解している気体の圧力。
Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3：Ｐ1，Ｐ2及びＰ3それぞれにおいて、液体中に同伴された自由気体の容量。
ｎ1，ｎ2，ｎ3：Ｐ1，Ｐ2及びＰ3それぞれにおいて、液体中に同伴された自由気体のモル数。
ρ1，ρ2，ρ3：Ｐ1，Ｐ2及びＰ3それぞれにおいて測定される、同伴気体を含む液体の平衡見掛け密度。
ρ：液体から気体を除いた、液体の真密度。
Ｖ：液体から気体を除いた、液体の容量。
Ｖt1：Ｐ1において測定される、同伴気体を含む液体の総容量。
ΔＶ1：Ｐ1，Ｐ2間の平衡状態において測定された、自由気体の容量差（測定可能な値）。
ΔＶ2：Ｐ2，Ｐ3間の平衡状態において測定された、自由気体の容量差（測定可能な値）。
Ｒ：理想気体の法則の気体定数。
Ｔ：温度が３つの測定点の間で、一定に保持されている（Ｔ＝Ｔ1＝Ｔ2＝Ｔ3）と仮定したときの、温度センサーにより測定された、処理液体／溶液の平衡温度。
Ｈ：ヘンリーの法則定数。
ｎ*：Ｐ1において、溶解している気体のモル数。
ｎd：Ｐにおいて、溶解している気体のモル数。
ｎ'1，ｎ'2，ｎ'3：Ｐ1，Ｐ2及びＰ3それぞれにおける、規格化（normalized）した自由気体のモル数（ヘンリーの法則定数を出すためにｎ*は無視されている）。
Ｐg：同伴された気泡内の気体圧力。
σ：液体の表面張力。
ｒ：同伴された気泡の平均半径。
Ｐs，Ｔs：大気圧、Ｐs＝1ａｔｍ（14.7ｐｓｉ）及び、標準温度、Ｔs＝25℃。
ｎs，Ｖs：Ｐs及びＴsにおける、自由気体のモル数及び容量。
ｘ％：Ｐs及びＴsにおける、自由気体の容量パーセント。
ｍpyc：比重瓶により収集された液体混合物試料の質量。
Ｖpyc：比重瓶の容量。
ｍ：液体混合物試料の質量。
【００２５】
以下の主要な式を本願で用いている。
Ｈ：ヘンリーの法則定数。
【数４０】
2005525538.tif 000025
使用法：異なる液体に溶解したある特定の気体の溶解度、又はある特定の液体に溶解した異なる気体の溶解度を、度合いＨに換算して決定し、；特定の圧力Ｐにおいて、ヘンリーの法則Ｐ＝Ｈｎd（式（５））を用いて溶解した気体の量を算出する。
適用方法：直接測定。間接測定の場合は、式（２５）中において、
【数４１】
2005525538.tif 000026
に置き換え、
【数４２】
2005525538.tif 000027
に置き換える必要がある。
【００２６】
Ｖ：測定される液体混合物の気体を除いた容量。
【数４３】
2005525538.tif 000028
使用法：標準圧力及び温度における、自由気体の容量パーセントｘ％を求めるために、式（３４）に用いられるパラメーターであり、（このパラメーターは同様に他の圧力において自由気体の容量パーセントを求めるための類似式において使用することができる。）；気体を除いた液体の真密度を求めるための式（３５）に用いられるパラメーターである。
適用方法：直接測定。
【００２７】
Ｖs：大気圧における自由気体の容量。
【数４４】
2005525538.tif 000029
使用法：ある特定の圧力における自由気体の容量を、大気圧における自由気体の容量に変換し、その容量はさらに標準条件における自由気体の容量パーセントｘ％を求めるための式（３４）に使用できる。
適用方法：直接測定。
【００２８】
ｘ％：標準圧力及び温度における自由気体の容量パーセント。
【数４５】
2005525538.tif 000030
使用法：標準条件における、自由気体の容量パーセントｘ％を求める。
適用方法：直接測定及び間接測定の両方。
【００２９】
ρ：気体を除いた液体の真密度。
【数４６】
2005525538.tif 000031
使用法：好ましくは実験室のシナリオ（lab scenario）で比重瓶を用いて、気体を除いた液体の真密度を算出し、その密度はさらに固体分％を求めるための信頼できる基準として用いることができる。
適用方法：直接測定（実験室方式（lab method））。
【００３０】
ρ：気体を除いた液体の真密度。
【数４７】
2005525538.tif 000032
使用法：生産環境シナリオで、気体を除いた液体の真密度を算出し、その密度はさらに固体分％を求めるための信頼できる基準として用いることができる。
適用方法：直接測定。
【００３１】
Ｖ：液体混合物の1質量単位あたりの、気体を除いた液体の容量。
【数４８】
2005525538.tif 000033
使用法：標準圧力及び温度における、自由気体の容量パーセントｘ％を求めるために、式（３４）で用いられるパラメーターであり、（このパラメーターは同様に他の圧力において自由気体の容量パーセントを求めるための類似式において使用することができる。）；気体を除いた液体の真密度を求めるための式（３７）に使用されるパラメーターである。
適用方法：間接測定。
【００３２】
ρ：気体を除いた液体の真密度。
【数４９】
2005525538.tif 000034
使用法：液体混合物の1質量単位あたりの、気体を除いた液体の真密度を算出し、その密度はさらに固体分％を求めるための信頼できる基準として用いることができる。
適用方法：間接測定。
【００３３】
Ｖs：大気圧における自由気体の容量。
【数５０】
2005525538.tif 000035
大気圧における自由気体の容量に変換し、その容量はさらに標準条件における自由気体の容量パーセントｘ％を求めるための式（３４）に使用できる。
適用方法：間接測定。
【００３４】
以下の開示において、すべての測定されたパラメーター、圧力、見掛け密度、温度、及び容量変化は、平衡値であることを理解すべきである。
【００３５】
液体に同伴された気泡内部の圧力Ｐgと、平衡状態の大気圧Ｐとの関係は、次式のように（ヤング−ラプラスの式により）表記することができる。
【数５１】
2005525538.tif 000036
同伴された気泡の径が十分に大きい場合、式（６）の第二項は、相対的に小さくなり、例えばｒ≧1ｍｍ（0.079”（インチ））の時に２σ／ｒ≦0.1ａｔｍ（1.4ｐｓｉ）となる。気泡内部の気体圧力Ｐgは従って、十分高い精度で大気圧Ｐと置き換えることができる。
【００３６】
これらの条件下では、大気圧は従って、理想気体の法則ＰＶ＝ｎＲＴの式中に置き換えることができ、異なる圧力における液体中の自由気体の容量が得られる。
【数５２】
2005525538.tif 000037
【数５３】
2005525538.tif 000038
【数５４】
2005525538.tif 000039
注：Ｔ＝Ｔ1＝Ｔ2＝Ｔ3とする。
【００３７】
Ｐ1−Ｐ2間及びＰ2−Ｐ3間の容量差ΔＶ1及びΔＶ2は、液体自身は圧縮できないので、同伴気体だけの容量の変化を反映する。式（７）、（８）及び（９）は従って、次の式に組み合わせられる。
【数５５】
2005525538.tif 000040
【数５６】
2005525538.tif 000041
一般に、ΔＶ1及びΔＶ2は、容量の変化を測定することにより直接的に、；又は見掛け密度の変化を測定することにより間接的に、求めることができる。
【００３８】
質量単位を１と仮定することにより、これら２つの測定法、すなわち直接法及び間接法の関係は次の式に示すように容易に見出すことができる。
【数５７】
2005525538.tif 000042
【数５８】
2005525538.tif 000043
式（１０）及び（１１）は次のように書き換えることができる。
【数５９】
2005525538.tif 000044
【数６０】
2005525538.tif 000045
【００３９】
平衡状態において、ヘンリーの法則を適用することにより、Ｐ1，Ｐ2及びＰ3において溶解した気体の量はそれぞれ、次のように表記することができる。
【数６１】
2005525538.tif 000046
【数６２】
2005525538.tif 000047
【数６３】
2005525538.tif 000048
【００４０】
式（１４）から（１８）は、理論上無数の解を持つ過少決定（underdetermined）一次式の集まりである。それにもかかわらず、そのような式は、いずれか一つの変数が求められる場合、唯一の解を持つ。ヘンリーの法則定数Ｈを明確に求めるために、この時点ではｎ*を無視することは任意である。このことにより、式（１７）及び（１８）は次のように簡略化される。
【数６４】
2005525538.tif 000049
【数６５】
2005525538.tif 000050
又は
【数６６】
2005525538.tif 000051
この操作は、実際は、溶解した気体の量がＰ＝Ｈｎと平行となる傾きを持つ曲線を有するＰ＝Ｈ'（ｎ−ｎ*）に従うことを想定している。ｎ'3は、
【数６７】
2005525538.tif 000052
として、式（２１）から得ることができる。
【００４１】
ｎ'3を式（１５）に再度代入することにより、ｎ'1は次の式から得られる。
【数６８】
2005525538.tif 000053
同様に、ｎ'2もまた、式（１４）から次のように得ることができる。
【数６９】
2005525538.tif 000054
【００４２】
ヘンリーの法則定数Ｈは、従って式（１９）から求めることができる。
【数７０】
2005525538.tif 000055
【００４３】
仮にＰ1×[式（１７）−式（１６）]とすると、次のようになる。
【数７１】
2005525538.tif 000056
仮にＨ×式（１４）とすると、次のようになる。
【数７２】
2005525538.tif 000057
ｎ1はＨを（２５）に置き換え、式（２７）−式（２６）を行うことで最終的に得ることができる。
【数７３】
2005525538.tif 000058
Ｐ1における自由気体の容量Ｖ1は、次のように得られ、
【数７４】
2005525538.tif 000059
さらに気体を除いた液体の容量Ｖもまた、次のように求めることができる。
【数７５】
2005525538.tif 000060
【００４４】
大気圧Ｐsにおける自由気体のモル数ｎsを求めるために、Ｐ1，Ｐs間の溶解した気体のモル数の差Δｎsを、ヘンリーの法則から最初に算出すべきである。
【数７６】
2005525538.tif 000061
ｎsは従って次のように表せる。
【数７７】
2005525538.tif 000062
大気圧における自由気体の容量Ｖsは従って次のようになる。
【数７８】
2005525538.tif 000063
【００４５】
これとは別に、Ｖsは上述の理想気体の法則及び式（２９）を用いて求めることができる。
【数７９】
2005525538.tif 000064
【００４６】
Ｐs及びＴsにおける自由気体の容量パーセントｘ％は、従って次のように得られる。
【数８０】
2005525538.tif 000065
【００４７】
直接測定（真密度）。実験室測定の場合、気体を除いた真密度ρは比重瓶又はそれと類似の装置を用いて求めることができる。比重瓶は、液体又は固体の比重を求めるための装置である。この場合には、液体混合物試料の質量ｍpycの重さを量り、比重瓶の既知の容量Ｖpycで除することにより、真密度ρは次のようになる。
【数８１】
2005525538.tif 000066
【００４８】
また、オンラインでの適用の場合、これらの質量及び容量測定は、図４に例示したような容量制御された試料チャンバー内に、ロードセル（重量測定装置）を組み込むことにより行うことができる。その装置はリアルタイムでの溶液の、同伴空気のパーセント、溶解した空気のパーセント、ヘンリーの法則定数、及溶液の真密度を算出するために要求されるデータを得るための簡単な方法を提供する。このオンラインでの適用において、真密度は式（３５−Ｂ）から求められる。
【数８２】
2005525538.tif 000067
（上記式中、ｍは試料チャンバー内の流体の質量を示し、Ｖは気体を除いた液体の容量を示す。）
【００４９】
間接測定（真密度）。間接測定の場合は、液体混合物中における１質量単位あたりの液体の気体を除いた容量Ｖは、次の式で与えられ、
【数８３】
2005525538.tif 000068
さらに、真密度は、次の式で与えられる。
【数８４】
2005525538.tif 000069
【００５０】
液体の空気を除いた容量を間接的に求め、究極的には測定された密度の逆数から真密度を求めるこの方法は、図１に例示する。その装置は、リアルタイムでの溶液の、同伴空気のパーセント、溶解した空気のパーセント、ヘンリーの法則定数、及び真密度を算出するために要求されるデータを得るための簡単な方法を提供する。
【００５１】
液体混合物の１質量単位あたりの標準条件における自由気体の容量Ｖsは、次の式で得られる。
【数８５】
2005525538.tif 000070
Ｐs及びＴsの自由気体の容量パーセントｘ％は、式（３４）に例示した方法と同様の方法で算出することができる。
【００５２】
前述の式から得られる正確性よりも、より高い正確性が要求される場合には、式（２５）が基礎としている仮定は除去することができる。これら重要な式の解は、種々の反復法を用いて求めることができる。そのような方法は、数学的な解法から解を導く、当業者に良く知られている方法である。
【００５３】
本出願では「空気」を焦点に議論しているが、本発明はまた、液体に同伴され及び／又は溶存した気体の量を求める場合にも適用できる。本発明の重要な用途の一つとしては、空気よりもずっと多くの二酸化炭素ガスが、これを支持する液体に同伴され、さらに溶解している、炭酸飲料の製造及び処理などがある。同様に、本発明は、気体が空気の代わりに（又は空気に加えて）窒素、ヘリウム又は他の「不活性な」気体であるような不活性雰囲気下で行われる処理に適用できる。
【００５４】
下記特許文献１が2001年6月29日に出願された。本発明のいくつかの（しかし決して全てではない）態様が、その出願文献に記載された特定の制御方法をより正確にするために用いることが可能である。従って、その出願の全体を参照としてここに包含する。
【特許文献１】米国特許出願  シリアルナンバー09/893883、発明の名称「製造工程における混合物濃度制御の改良（IMPROVED MIXTURE CONCENTRATION CONTROL IN MANUFACTURING PROCESSES）」
【実施例】
【００５５】
[実施例１−同伴空気：液体中の同伴及び溶存空気の含有量を間接測定するための装置]
図１は、上述した間接測定オプションを用いた特定のハードウェア構成を示す。図１の装置は「非流動」状態で測定を行う。図１の装置１０は、処理流体のための貯蔵器を含んでおり、流体は、システムにおいて少なくともＰ１，Ｐ２及びＰ３の異なる３つの圧力を設定できる圧力調整器の制御下で、管を通してその貯蔵器からポンプで汲み上げられる。これらの圧力のおのおのは、先行する圧力よりも、高くても低くても良い。例えば、圧力の順序は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３であっても、又はＰ１＞Ｐ２及びＰ１＜Ｐ３であっても、又は他のどの組み合わせであっても良い。また、これらの圧力は、システムの制約や試験対象に基づいて設定しても良い。管の流体の流れは、３つのバルブＶ１，Ｖ２及びＶ３によって制御される。この特定の装置はまた、圧力ゲージ１２及び、密度及び温度ゲージ１４を含む。
【００５６】
測定は次のように装置１０で実行される。バルブＶ１及びＶ２を開放すると、貯蔵器から流体が汲み上げられ、管が満たされる。バルブＶ３を部分的に閉鎖することによって、流体が確実に測定ゲージ１２及び１４を満たす。圧力調節器の圧力をＰ１に設定し、バルブＶ２が、圧力ゲージ１２をＰ１に加圧するために閉鎖される。バルブＶ１が閉鎖される。その後、圧力レベルＰ１における圧力、温度及び密度データが、データがこれ以上変化しなくなるまで、収集される。（初期には、密度及び圧力における変化が、流体に溶け込む又は流体から出てくる空気によって生じるという点に、注意すべきである。）Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３である場合、圧力調節器の圧力をＰ２に設定し、バルブＶ１が、圧力ゲージ１２をＰ２に加圧するために開放される。バルブＶ１が閉鎖される。その後、圧力レベルＰ２における圧力、温度及び密度データが、データがこれ以上変化しなくなるまで、収集される。最後に、圧力調節器の圧力をＰ３に設定し、バルブＶ１が、圧力ゲージをＰ３に加圧するために開放される。バルブＶ１が閉鎖される。その後、圧力レベルＰ３における圧力、温度及び密度データが、データがこれ以上変化しなくなるまで、収集される。３組の安定化させた圧力、温度及び密度データは、それから上述に詳細を記載した本発明の工程で用いられる。
【００５７】
[実施例２−同伴空気：コーティング処理における脱気器操作の最適化]
特定のコーティング処理環境では、過剰に同伴された気体を、コーティング液が基材上にコーティングされるより前に、コーティング液から取り除く必要がある。これは、同伴された気体の気泡、特に大きな気泡がコーティングの品質を下げるので、結果として容認できないピンホールのようなコーティングの欠陥が発生するためである。脱気は従って、過剰に同伴された気体の気泡が存在している場合には、特に必要である。薄い液体シートがコーティングされる又は自由に落下される、高速噴射及びカーテンコーティングの急速に進歩している技術を用いることによって、同伴された大きな気泡によって、噴射された状態又は流されている状態のコーティング液膜が破壊され完全な状態ではなくなる可能性がある。従って、脱気は高速噴射及びカーテンコーティングの用途として用いる場合には必須である。
【００５８】
図５に図示したように、本発明の一つの態様では、カーテンコーター管システムの脱気器の前後に本発明が組み込まれている。脱気器ユニットの前後に供された同伴空気のパーセント及び溶存空気のパーセントの測定は、その工程特有の脱気効率を求めることに基づいて、脱気器ユニットの最適化を可能にすることにより製造工程が改良される。処理パラメーターの調整（真空度、脱気器の回転スピードなど）は、脱気の「前」と「後」の値の違いに基づいて行われる。上流に位置する装置からの出力は、空気の除去効率を算出するために下流に位置する装置からの出力と比較され、そして処理パラメーターは、脱気器ユニットにより除去する空気の量を増加するために変更される。
【００５９】
コーティング工程に加えて、脱気器システムの他の代表的な用途として、軟膏、クリーム、ローション、練り歯磨き、マヨネーズ、ケチャップ、及び潤滑グリースのパッケージ化などがある。
【００６０】
[実施例３−同伴空気：コーティングシステムの品質制御]
実施例２において、脱気器ユニットは、基準外の品質の製品を製造することによる浪費コストを最小にするために用いることができる。製品に品質欠陥を起こす同伴空気の割合のレベルがわかったとき、測定された同伴空気のパーセントは、製造を停止するために用いることができ、又は基準外の品質の製品を製造しそうな時を予測するための監視に用いることができる。処理システム内に、図５に示すように本発明の装置を必ずしも２つ（つまり「前」と「後」に）組み込む必要はない。代わりに、システムは、本発明の装置を単独で有する形態であっても良く、それは例えば脱気器の後ろに位置しても良い。システムは、脱気器の下流のスラリー中に多量の気泡が検出された場合に、警報を作動させるよう構成しても良い。このように警報を伝える処理システムにすれば、高価な脱泡剤の量を少なく抑えることができ、泡が増加すればすぐに警報を始動させることができる。
【００６１】
また、100％の脱気は一般的に実行不可能で不必要なので、コーターが目に付く品質の問題を起こすことなく許容できる同伴空気の許容最大割合を正確に測定することによって、許容できる作動観察機会の範囲内で、コーターの作動を制御することができる。
【００６２】
上述したように、本発明によって改良された脱気器システムの他の代表的な用途には、軟膏、クリーム、ローション、練り歯磨き、マヨネーズ、ケチャップ、及び潤滑グリースのパッケージ化などがあるが、これらには制限されない。
【００６３】
[実施例４−真の液体密度：基材をコーティングする際の固体分パーセントの制御]
本発明の一つの用途は、紙ウェブのような基材にコーティングされるコーティングスラリーの真密度をオンライン式に求めることである。真密度は、上記特許文献１に記載されているような、コーティングの固体分パーセントを予測するために用いられる。このコーティングの固体分パーセントデータは、紙ウェブにコーティングスラリーをコーティングする際、より効率的に制御するために用いられる。処理上の顕著な利点は、固体分パーセントがしばしば、紙ウェブにコーティングされるコーティング量に作用する主たるコーティング特性であるという事実によって認識される。真密度の測定の精度が改良されることにより、コーティングスラリーの固体分パーセントの予測精度も改良される。コーティングスラリーの固体分パーセントの精度が改良されることにより、コーティングスラリーのコーティング量の制御もまた改良される。
【００６４】
紙にコーティングするスラリーは通常、顔料、バインダー及び添加剤のうちの少なくとも１つ及び３つ全てを含む場合もある。一般的に、顔料は紙にコーティングするスラリーの主要成分を構成する。現在の紙及び厚紙用に一般的に用いられている顔料は、カオリン粘土、炭酸カルシウム、二酸化チタン、アルミナ三水和物、合成及び構造化顔料、などである。バインダーは普通、紙にコーティングするスラリーのほんの一部を構成する。バインダーは、バインダーの役割のほかにも、セルロース／顔料マトリックス内の空間を満たす役割も果たす。天然のバインダーとしては、澱粉、大豆蛋白、カゼインなどが挙げられ、一方合成バインダーとしては、スチレンブタジエンラテックス、酢酸ビニルラテックス、ビニルアクリル酸ラテックス、ポリビニルアルコール、などが挙げられる。コーティング添加剤は、コーティングスラリーでは、ほんのわずかな割合しか構成しないが、それらは、おのおの特定の機能を供する大きな錯体群を形成する。コーティング添加剤としては、分散剤、粘度調整剤又は保水剤、滑剤、架橋剤又は不溶化剤、殺生剤、ｐＨ調整剤、撥水剤、蛍光増白剤、染料及び発泡調整剤などが挙げられる。本発明は、このような材料のいかなる組み合わせを利用する処理の管理の改良が可能である。
【００６５】
特に、次のような製造情報、すなわち−１）乾燥コーティング成分の比、２）各コーティング成分の加法容量係数と、混合物中の成分の濃度との関係、３）各コーティングの固体又は溶質成分の真密度、４）本発明によって求められるような真密度―が、オンライン式制御システムで入手できる製造環境の場合、次の計算方法を制御システム内で用いることによって、コーティングスラリーの固体分パーセントを求めることができる。：
本発明により提供される技術によってコーティングスラリーの真密度を求め、；
求めた真密度を用いて上記特許文献１に記載の方法によりコーティングスラリーの固体分パーセントを（更に正確に）見積もり、；
コーターの操作を最適化するために、（更に正確な）コーティングスラリーの固体分パーセントの見積もりを利用する。
【００６６】
概して、本発明の本特定の態様は、水のスラリーに含まれる固体分による、基材の連続コーティングを監視するための方法を提供する。本用途の第一段階は、スラリーの目標固体重量％を設定することからなる。つまり、本発明を実行するために、望ましい特性を有したコーティングされた基材を供するために、コーティングスラリー中に固体分が何重量％含まれているかを定めなければならない。目標固体重量％を決定した後、基材をコーティングするのに望ましい適した水の容量及び適した量の固体分を用いた連続的な生産コーティングラインへと進む。
【００６７】
本発明を実行するために、本発明の態様の装置を従来の生産コーティングラインに組み込むことにより、従来の生産コーティングラインを改良しても良い。図２に示すように、生産コーティングライン１は、コーティング運転タンク４と、ポンプ５と、コーティングスラリーバス１４とからなる。これらの要素は、管７により連結されている。ロール８がバス１４に部分的に浸され、基材９が（支持液体成分を含む）コーティングスラリー１３と接触するバスを通ってロールの回りを移動する。コーティングスラリーの組成と共に、本発明の態様の装置６で得られた数値を、分配制御システム１０に入力値として供給する。本発明よって、分配制御システム１０は、これらの入力値をコーティング材の真密度に変換する。この真密度はそれから、前述の上記特許文献１に記載された処理を利用して、コーティング材の固体重量％に変換される。この変換され求められた実際の固体重量％は、順にスラリーのコーティング材の固体重量％の目標値と比較される。これらに差があった場合、分配制御システム１０は、必要に応じてこの差を補正するために、流量調節弁１１及び１２でコーティング材の流入量２及び３を調節する。
【００６８】
本実施例は、ある特定の紙コーティング処理においての使用を表す。しかしながら、当業者であれば、この発明が実質的に同様な他のどの商業的なコーティング方法に対しても、及び真の液体密度及び固体分％の情報が必要とされる他のどの処理環境においても適用可能であることが理解できるであろう。
【００６９】
[実施例５−真の液体密度：シロップ製造の改良した制御]
本発明の別の用途は、一般的にブリックス（°Brix）と言われる水に溶解した砂糖の濃度をオンライン式に求めることである。この測定法は、缶詰フルーツに使用されるようなシロップを製造するための工程を制御するために用いられる。このように制御することによって、食品製造者は製品の砂糖の含有量を制御することができる。これにより、消費者に長期にわたり一定の味を提供し、及び／又は消費者がある健康状態を保つために重要である、最大の砂糖含有量についての知識を提供する。
【００７０】
ブリックスを測定するための現行の方法は、シロップ密度の測定値をブリックスに変換する方法を含む。このことは、公共で利用可能な長年にわたる換算表を用いることで行われる。制御システムに組み込んだとき、これらの変換はオンライン上で起こり、従ってリアルタイムでのブリックス測定値が提供される。しかしながら、密度測定の精度は、測定されるシロップに同伴空気が存在しているために、しばしば不十分である。そのような場合に、図３に示したように、シロップ管システムに本発明の態様の装置を組み込むと、本発明の装置がない場合に達成される最終製品の制御よりも更に正確な制御が行える。
【００７１】
実施例４に記載したオンライン制御システムと共に使用した場合、本発明によって、精度が改良された密度の測定値を供することにより、密度をブリックスに正確に変換するための方法が供される。本用途の第一の工程は、希釈シロップのブリックスの目標値を設定することからなる。次に、濃縮されたシロップ及び希釈水の流量が、希釈シロップが目標としたブリックスに維持するために制御される。
【００７２】
図３に示すように、濃縮シロップ３１，３２及び３３が、流量弁４３によって制御された比率に濃縮された混合物になるように配合される。濃縮混合物は、ポンプ３５を通って混合ティー３６に移動し、そこで供給ヘッダー４０から送られた水と混合される。この希釈混合物は、スタティックミキサー３８を通って本発明の態様の装置３９に移動する。分配制御システム４１は、それから本発明を利用することによって得られた希釈シロップの空気を除いた真密度を利用して入力値をブリックスに変換する。変換されたブリックスは、順にブリックスの目標値と比較される。違いがあった場合、分配制御システムは、この不一致を補正するために流量調節弁４３を調節する。
【００７３】
[実施例６−気体含有量：飲料中の炭酸化レベルの正確な制御]
また、本発明の別の用途は、炭酸飲料を調整するための連続処理である。本実施例において、水、高フルクトースコーンシロップ、キャラメル着色剤、リン酸、天然フレーバー、及びカフェインを含む水性媒体中に配合される二酸化炭素濃度の定量的目標値が設定される。それから二酸化炭素は、容器内の水性媒体に継続的に供給され、及びこれらの成分が容器内で炭酸化した水性媒体を形成するために混合される。この処理が実行されているとき、全二酸化炭素濃度は、上述した手段により求められる。この求められた二酸化炭素濃度は、二酸化炭素濃度の目標値と連続して比較される。求められた二酸化炭素濃度が目標値よりも高い又は低いとき、水性媒体に供給される二酸化炭素の容量は減らされ、又は増やされる。
【００７４】
本発明のこの種の用途において、いくらかの二酸化炭素が溶液から出てくる現象を引き起こす二酸化炭素濃度の目標値に相当する圧力よりも、十分に低い圧力においてデータを収集することが必要である。これは、目標圧力では全ての二酸化炭素が溶解した状態であるが、一方で本発明は同伴された気体の存在を必要とするからである。直接測定法は、以下のシステム圧力を含んだどの圧力においても、操作可能である。
【００７５】
[実施例７−気体含有量：コーティングスラリーのテスト結果]
【表１】
2005525538.tif 000071
【表２】
2005525538.tif 000072
[テスト液体]：顔料、バインダー及びコーティング添加物を含んだ従来のコーティングスラリー。[測定点]：コーティングスラリーIに対しては、テスト順序を（Ｐ4＜Ｐ1＜Ｐ2＜Ｐ3）に、スラリーIIに対しては、テスト順序を（Ｐ1＜Ｐ2＜…＜Ｐ7）にして、平衡圧力の測定点の異なる組み合わせを設定。圧力は、図１に示した間接測定方式を利用した圧力センサーによって測定した（対応する平衡見掛け密度は、実施例１に示した測定手段を利用して、コリオリ質量流量計により測定した）。[気体％]：測定した平衡圧力及び見掛け密度を、それぞれ従来の及び新しいモデルに当てはめることにより算出した、圧力測定点の異なる組み合わせによる標準条件における空気の濃度。
【００７６】
比較I：従来モデルの場合、同じ組み合わせの圧力測定点内の気体％の値は、従来のモデルを同伴された気体に用いた際、ボイルの法則に反するので、互いに一致しない。一方、新しいモデルの同じ組み合わせの圧力測定点内の値は、１つのみである。
【００７７】
比較II：上記の不一致は、従来のモデルから得られる気体％の値が測定点に依存していることを指し示す。一組のデータ点Ｐ2＆Ｐ6を例に取ると、基準点としてＰ2を選択した場合に気体％は13.7％であり、一方Ｐ6を基準点として選択した場合は、気体％は17.1％となる。この様な不一致は、本発明のモデルには存在しない。
【００７８】
比較III：従来のモデルの場合、２点間の圧力差が大きくなるほど、例えばＰ1＆Ｐ7のデータの組み合わせでの値のように、気体％の不一致は大きくなる。この様な不一致は、本発明により供される新しいモデルの場合には生じない。
【００７９】
比較IV：また、従来モデルの場合、異なる組み合わせの圧力測定点では、気体％の顕著な変化がある。全体的に新しいモデルにより得られる気体％は、従来のモデルにより得られる値より、より整合している。
【００８０】
本発明をこのように説明してきたが、本発明は様々な方法で変更可能である。このような変更は、本発明の範囲から逸脱するものではなく、全てのこのような変更は、本発明の一部を同様に構成するということは、当業者にとっては自明である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明（密度測定、容量算出）の間接測定装置の態様を示す略図である。
【図２】本発明によるオンライン測定システムが組み込まれた工業コーティングラインの略図である。
【図３】本発明に従って作動する分配制御システムを有したフルーツ缶詰ラインの略図である。
【図４】本発明の直接測定装置の態様（例えばシリンダー内のピストンを利用した容量測定）の略図である。
【図５】本発明による脱気モジュールを含んだコーティングシステムの略図である。
【符号の説明】
【００８２】
４………………コーティング運転タンク
５………………ポンプ
６………………本発明の態様の装置
７………………管
８………………ロール
９………………基材
１０……………分配制御システム
１１，１２……流量調節弁
１３……………コーティングスラリー
１４……………コーティングスラリーバス
【図１】
2005525538.tif 000090
【図２】
2005525538.tif 000091
【図３】
2005525538.tif 000092
【図４】
2005525538.tif 000093
【図５】
2005525538.tif 000094