(57)【要約】【課題】信頼性や精度が高く、大型化された貯蔵容器にも使用可能な超低温液化ガス液面測定用センサ及び超低温液化ガス液面測定用液面計を提供する。【解決手段】超低温液化ガス液面測定用センサ１は、ＭｇＢ2と、この表面を覆っている被覆金属とを備え、長さが５０ｃｍ以上の長尺状単芯線であり、常温の際の抵抗値が１Ω／ｍ〜５Ω／ｍ、熱伝導度が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。固定用樹脂９によって、超低温液化ガス液面測定用センサ１が内部に固定されている筒８を貯蔵容器内の液化ガスに浸し、ヒーター電源３からヒーター部７に電流を流して加温し、センサ１の液面より上の部分を常温状態とし、直流電流電源２からセンサ１に電流を流し、電圧計４でセンサ１の両端に発生する電圧を測定し、演算処理装置５により電圧値データから液面位置を算出し、モニター６に液面位置を表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＢ2を含む長尺状の超伝導体と、前記超伝導体の表面を覆っている被覆金属とを備えていることを特徴とする超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項２】
ＭｇＢ2を含むコイル状の超伝導体と、前記超伝導体の表面を覆っている被覆金属とを備えていることを特徴とする超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項３】
常温における抵抗値が１Ω／ｍ〜５Ω／ｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項４】
熱伝導度が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項５】
長さが５０ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項６】
全体の断面の径が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの線材であり、前記超伝導体の層が断面積の３０％〜６０％を占めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項７】
前記被覆金属がＮｉ−Ｃｕ合金であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項８】
前記被覆金属におけるＮｉとＣｕとの比が３：７〜４：６であることを特徴とする請求項７に記載の超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項９】
全体がＵ字型となるように形成された請求項１〜８のいずれか１項に記載の超低温液化ガス液面測定用センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記超低温液化ガス液面測定用センサと、前記超低温液化ガス液面測定用センサを加熱するヒーターと、前記超低温液化ガス液面測定用センサに電流を流す電源と、前記超低温液化ガス液面測定用センサにおける電圧を測定する電圧計とを備えていることを特徴とする超低温液化ガス液面測定用液面計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率よく測定できる上、深さのある大型容器にも使用できる超低温液化ガス液面測定用センサ及びこれを用いた超低温液化ガス液面測定用液面計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体水素や液体ヘリウム、液体ネオンなどの極低温液化ガスは、広く産業界において利用されている。特に最近では、環境に優しいクリーンエネルギー導入の観点から、液体水素が脚光を浴びている。
【０００３】
上述のような極低温液化ガスを貯蔵する際、液量の把握及び安全管理の面から貯蔵容器内の液面を計測できる液面センサや液面計が必要であるが、これらついて公知技術がある（例えば、下記特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７５０８５号公報
【特許文献２】特開昭５０―１２７６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近では、極低温液化ガスの利用量が増加していることから、輸送量や貯蔵量が多くなるように貯蔵容器の大型化が望まれている。しかし、特許文献１、２などの従来の液面センサや液面計は、信頼性や精度が高いものではなく、また、長尺状のものとすることが困難であった。したがって、大型化された貯蔵容器（特に深さのある貯蔵容器）を、液体水素や液体ヘリウム、液体ネオンなどの極低温液化ガスの貯蔵に採用することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、信頼性や精度が高く、大型化された貯蔵容器にも使用可能な超低温液化ガス液面測定用センサ及び超低温液化ガス液面測定用液面計を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、ＭｇＢ2を含む長尺状の超伝導体と、前記超伝導体の表面を覆っている被覆金属とを備えている。別の観点から、本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、ＭｇＢ2を含むコイル状の超伝導体と、前記超伝導体の表面を覆っている被覆金属とを備えているものでもよい。
【０００８】
上記構成により、信頼性や精度が高く、大型化された貯蔵容器にも使用可能な超低温液化ガス液面測定用センサを提供できる。また、コイル状の超低温液化ガス液面測定用センサの場合、実効長さを長くできるため、超伝導体における超伝導状態部分と常電導状態部分との抵抗値の差異をさらに大きくすることができる。その結果として、さらに反応性（精度）に優れた超低温液化ガス液面測定用センサを提供できる。
【０００９】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、常温における抵抗値が１Ω／ｍ〜５Ω／ｍであることが好ましい。
【００１０】
上記構成により、常温の際の抵抗値が１Ω／ｍ〜５Ω／ｍであるので、電流を流せば容易に加温することができ、超低温液化ガス液面測定用センサを液面測定に使用している際、液面に浸っていない部分を常電導状態にしておくことができる。また、超伝導体における超伝導状態部分と常電導状態部分との抵抗値の差異が大きいので、超低温液化ガス液面測定用センサとしての反応性（精度）を実用に十分なものとできる。さらに、抵抗値が大きすぎないので、液化ガスの気化を許容範囲に抑えた超低温液化ガス液面測定用センサとできる。
【００１１】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、熱伝導度が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。これにより、実用に十分な加温・冷却性能を有することができ、さらに反応性（精度）に優れた超低温液化ガス液面測定用センサを提供できる。
【００１２】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、長さが５０ｃｍ以上であることが好ましい。これにより、従来に比べ長いセンサとできるので、容器が深くても複数のセンサを縦につないで距離を得る必要がない。したがって、深さがある容器に対しても用いることができる超低温液化ガス液面計用センサを提供できる。
【００１３】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、全体の断面の径が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの線材であり、前記超伝導体の層が断面積の３０％〜６０％を占めることが好ましい。これにより、必要な強度及び加温・冷却性能を達成できるとともに、さらに反応性（精度）に優れた超低温液化ガス液面測定用センサを提供できる。
【００１４】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、前記被覆金属がＮｉ−Ｃｕ合金であることが好ましい。これにより、確実に反応性（精度）に優れた超低温液化ガス液面測定用センサを提供できる。
【００１５】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、前記被覆金属におけるＮｉとＣｕとの比が３：７〜４：６であることが好ましい。この範囲の比率であれば、特に反応性（精度）に優れた超低温液化ガス液面測定用センサを提供できる。
【００１６】
本発明の超低温液化ガス液面測定用センサは、全体がＵ字型となるように形成されたものであることが好ましい。
【００１７】
上記構成により、超低温液化ガス液面測定用センサの実効長さを長くできるため、超伝導体における超伝導状態部分と常電導状態部分との抵抗値の差異をさらに大きくすることができる。その結果として、さらに反応性（精度）に優れた超低温液化ガス液面測定用センサを提供できる。また、電極が取りやすくなるため、外部の電気回路などとの接続が容易となる。
【００１８】
本発明の超低温液化ガス液面測定用液面計は、上述の前記超低温液化ガス液面測定用センサと、前記超低温液化ガス液面測定用センサを加熱するヒーターと、前記超低温液化ガス液面測定用センサに電流を流す電源と、前記超低温液化ガス液面測定用センサにおける電圧を測定する電圧計とを備えている。
【００１９】
上記構成により、超低温液化ガス液面測定用センサを加熱することができ、超低温液化ガスに一部を浸漬した際、浸漬部分と浸漬されていない部分とで温度の差異による抵抗値の差異をつけることができる。したがって、このとき、電流を超低温液化ガス液面測定用センサに流し、その電圧を電圧計で測定することで、超低温液化ガス液面測定用センサの抵抗値の変化を検知できるので、超低温液化ガスの液面位置を確実に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の第１実施形態に係る超低温液化ガス液面測定用液面計について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る超低温液化ガス液面測定用液面計の概略構成図である。
【００２１】
図１に示すように、超低温液化ガス液面測定用液面計１０（以下、液面計１０とする）は、超低温液化ガス液面測定用センサ１（以下、センサ１とする）と、直流電流電源２と、ヒーター電源３と、電圧計４と、演算処理装置５と、モニター６と、ヒーター部７と、筒８と、固定用樹脂９とを備えている。なお、図１では、貯蔵容器（図示せず）内の超低温液化ガスに筒８が途中まで浸かっている状態を示している。
【００２２】
センサ１は、金属被覆された超伝導体ＭｇＢ2からなる長さが５０ｃｍ以上の長尺状単芯線であって、常温の際の抵抗値が１Ω／ｍ〜５Ω／ｍ、熱伝導度が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のものである。また、センサ１は、全体の断面の径が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの線材であり、ＭｇＢ2の層が断面積の３０％〜６０％を占めている。
【００２３】
上述のセンサ１は、いわゆるパウダー・イン・チューブ（ｐｏｗｄｅｒ−ｉｎ−ｔｕｂｅ：ＰＩＴ）法で作製することができる。このＰＩＴ法でも、ＭｇとＢとの混合粉末を被覆層となるシース材（金属筒）に詰めて加工し、熱処理によってＭｇＢ2を生成する方法（ｉｎ−ｓｉｔｕ法）と、ＭｇＢ2の化合物粉末をシース材に直接詰めて加工する方法（ｅｘ−ｓｉｔｕ法）とがあるが、どちらの方法を用いてもよい。
【００２４】
なお、ＭｇＢ2の被覆層となるシース材（金属筒）としては、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｃｕ、Ｆｅ、ステンレス、Ｎｂなどが挙げられる。Ｎｉ−Ｃｕ合金を採用する場合には、ＮｉとＣｕとの比が３：７〜４：６に調整したものを使用する。これにより、確実に反応性（精度）に優れたセンサ１とできる。
【００２５】
直流電流電源２は、センサ１の一端と他端とに電気的に接続されており、センサ１に電流を流すためのものである。
【００２６】
ヒーター電源３は、高電気抵抗体などであるヒーター部７の両端と電気的に接続されており、ヒーター部７に電流を流すことによって抵抗熱を発生させ、センサ１の上部を加温できる。
【００２７】
電圧計４は、図示しない直流アンプを備え、センサ１の一端と他端とに電気的に接続されており、センサ１の電圧を計測するものである。
【００２８】
演算処理装置５は、電圧計４で計測された電圧値からセンサ１の抵抗値を演算するものである。その演算結果はモニター６に表示される。
【００２９】
筒８は、センサ１を内部に収納して保護するものである。センサ１は、筒８に固定用樹脂９によって固定されている。固定用樹脂９としては、エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００３０】
なお、図示しないが、貯蔵容器において、センサ１と各機器とを接続する配線の取出し口は、貯蔵容器の内部圧力を上げた状態でも使用することができるように、配線が貫設されているハーメチックシールやＯ−リングを用いた耐圧型のものとなっている。また、配線に水素が接触することによって引火して燃焼・爆発することを防止するために、配線には絶縁材料を被覆している。この絶縁材料の例としては、センサ１の極低温部分では繊維強化プラスチック、室温部分では塩化ビニル樹脂が挙げられる。
【００３１】
次に、液面計１０の動作について説明する。まず、センサ1が内部に固定されている筒８を貯蔵容器内の液化ガスに浸し、ヒーター電源３からヒーター部７に電流を流して加温し、センサ１の液面より上の部分を常温状態としておく。次に、直流電流電源２からセンサ１に電流を流し、電圧計４でセンサ１の両端に発生する電圧を測定し、電圧値データを演算処理装置５に保存する。そして、測定データに基づいて定められたアルゴリズム（例えば、予め実験データから導いておいた電圧値と液面の位置との関係式による）にしたがって、演算処理装置５により電圧値データから液面位置を算出し、モニター６に液面位置を表示する。
【００３２】
上記構成の液面計１０によれば、信頼性や精度が高く、大型化された貯蔵容器にも使用可能である。また、センサ１の常温の際の抵抗値が１Ω／ｍ〜５Ω／ｍであるので、電流を流せば容易に加温することができ、センサ１を液面測定に使用している際、液面に浸っていない部分を常電導状態にしておくことができる。また、超伝導体における超伝導状態部分と常電導状態部分との抵抗値の差異が大きいので、センサ１としての反応性（精度）を実用に十分なものとした液面計１０となる。したがって、直流電流電源２から電流をセンサ１に流し、その電圧を電圧計４で測定することで、センサ１の抵抗値の変化を検知できるので、これから演算を行えば、超低温液化ガスの液面位置を確実に検知することができる。
【００３３】
また、センサ１の熱伝導度が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるので、実用に十分な加温・冷却性能を有することができ、さらに反応性（精度）に優れた液面計１０を提供できる。
【００３４】
さらに、センサ１が長さが５０ｃｍ以上であるので、従来に比べ長いセンサとでき、容器が深くても複数のセンサを縦につないで距離を得る必要がない。したがって、深さがある容器に対しても用いることができる液面計１０を提供できる。
【００３５】
センサ１が、全体の断面の径が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの線材であり、ＭｇＢ2の層が断面積の３０％〜６０％を占めるものであるので、必要な強度及び加温・冷却性能を達成できるとともに、さらに反応性（精度）に優れた液面計１０を提供できる。
【００３６】
次に、本発明の第１実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計について説明する。図２は、本発明の第１実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計に用いる超低温液化ガス液面測定用センサを示す図である。なお、上記第１実施形態と同様の部位については説明を省略する。
【００３７】
第１実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計は、センサ１の代わりにコイル状に巻かれた超低温液化ガス液面測定用センサ１ａ（以下、センサ１ａとする）を用いている点で、第１実施形態の液面計１０と異なっている。
【００３８】
本変形例によれば、第１実施形態の液面計１０と同様の作用・効果を奏することができる。また、センサ１ａの実効長さを長くできるため、ＭｇＢ2層における超伝導状態部分と常電導状態部分との抵抗値の差異をさらに大きくすることができる。その結果として、さらに反応性（精度）に優れたセンサ１ａを有する超低温液化ガス液面測定用液面計を提供できる。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態に係る超低温液化ガス液面測定用液面計について説明する。図３は本発明の第２実施形態に係る超低温液化ガス液面測定用液面計の概略構成図である。なお、上記第１実施形態と同様の部位（符合２〜６、８、９に対応する符合１２〜１６、１８、１９）については説明を省略することがある。
【００４０】
図３に示すように、超低温液化ガス液面測定用液面計２０（以下、液面計２０とする）は、超低温液化ガス液面測定用センサ１１（以下、センサ１１とする）と、直流電流電源１２と、ヒーター電源１３と、電圧計１４と、演算処理装置１５と、モニター１６と、ヒーター部１７と、筒１８と、固定用樹脂１９とを備えている。なお、図３では、第１実施形態と同様に、貯蔵容器（図示せず）内の超低温液化ガスに筒１８が途中まで浸かっている状態を示している。
【００４１】
液面計２０は、センサ１及びヒーター部７の代わりにセンサ１１及びヒーター部１７ａ、１７ｂを用いている点で、第１実施形態の液面計１０と異なっている。
【００４２】
センサ１１は、Ｕ字型に折り返された状態で筒１８に固定用樹脂１９によって固定されており、筒１８の上部において電極が取りやすくなっている。
【００４３】
ヒーター部１７ａ、１７ｂは、センサ１１の両端をそれぞれ加温できるように配設されており、ヒーター電源１３と電気的に接続されている。
【００４４】
上記構成の液面計２０によれば、第１実施形態の液面計１０と同様の作用・効果を奏することができる。また、センサ１１の実効長さを長くできるため、ＭｇＢ2層における超伝導状態部分と常電導状態部分との抵抗値の差異をさらに大きくすることができる。その結果として、さらに反応性（精度）に優れたセンサ１を有する液面計２０とできる。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計について説明する。図４は、本発明の第２実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計に用いる超低温液化ガス液面測定用センサを示す図である。
【００４６】
第２実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計は、センサ１１の代わりにコイル状に巻かれた超低温液化ガス液面測定用センサ１１ａ（以下、センサ１１ａとする）を用いている点で、第２実施形態の液面計２０と異なっている。
【００４７】
本変形例によれば、第２実施形態の液面計２０と同様の作用・効果を奏することができる。また、センサ１１ａの実効長さをさらに長くできるため、ＭｇＢ2層における超伝導状態部分と常電導状態部分との抵抗値の差異をより大きくすることができる。その結果として、さらに反応性（精度）に優れたセンサ１１ａを有する超低温液化ガス液面測定用液面計を提供できる。
【実施例】
【００４８】
以下では、上記第１実施形態に係る液面計１０と同構成の液面計を作製し、この液面計の性能の検証を行った。以下に、本実施例に係る液面計の具体的な作製方法及び検証方法について説明する。
【００４９】
（センサの作製方法）
ＰＩＴ法のうちｉｎ−ｓｉｔｕ法を用いてセンサを作製した。具体的には、ＭｇとＢとの混合粉末を被覆層となるＮｉ−Ｃｕ筒（Ｎｉ：Ｃｕ＝３：７）の内部に詰めて線引き加工した後、熱処理によって軸芯部分をＭｇＢ2にした。なお、このときのセンサの直径は０．６５ｍｍ、長さは５０ｃｍであり、ＭｇＢ2層の直径は０．３６ｍｍ（センサ断面全体の３０％を占める）である。
【００５０】
（液面計の性能の検証方法）
室温から極低温まで、及び、極低温から室温までについて、作製したセンサの電気抵抗の温度依存性を調べ、電気抵抗がゼロとなる超伝導転移温度を測定することによって検証した。
【００５１】
（検証結果）
図５に示すように、３４Ｋ前後において急激に抵抗値が変化していることがわかる。また、３４Ｋで電気抵抗値がゼロとなっていることもわかる。したがって、３４Ｋ前後において感度のよいセンサとなっていることがわかる。したがって、３４Ｋ以下の沸点を有する極低温液化ガス液面測定用液面計のセンサとして使用できる。
【００５２】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。上記各実施形態や実施例でのセンサの形状を波形状としてもよいし、単芯状の線を圧延してテープ状にしてもよい。また、単芯状の線を束ねて線引き加工し、多芯センサとしてもよいし、この多芯センサを圧延してテープ状にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超低温液化ガス液面測定用液面計の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計に用いる超低温液化ガス液面測定用センサを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る超低温液化ガス液面測定用液面計の概略構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態の変形例に係る超低温液化ガス液面測定用液面計に用いる超低温液化ガス液面測定用センサを示す図である。
【図５】本発明に係る実施例の検証結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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