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JP3785016B2 - Thermal conductivity measuring device - Google Patents
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JP3785016B2 JP2000033244A JP2000033244A JP3785016B2 JP 3785016 B2 JP3785016 B2 JP 3785016B2 JP 2000033244 A JP2000033244 A JP 2000033244A JP 2000033244 A JP2000033244 A JP 2000033244A JP 3785016 B2 JP3785016 B2 JP 3785016B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路により導かれた流体をキャビティ内に滞留させて、このキャビティ内に配置されたセンサで流体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定装置に関し、特に、センサの周囲における流体の挙動を最適化する手段を備えた熱伝導率測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の熱伝導率測定装置は、例えば、単位体積当たりの熱量が熱伝導率に比例することを利用して、LNG(液化天然ガス)を供給する際の熱量調整に使用されている。
図7は、従来の熱伝導率測定装置の一構成例を示す断面図である。この熱伝導率測定装置では、流路ブロック101,101aそれぞれの内壁により流路104が構成され、流路ブロック101aの内壁に形成された窪みによりキャビティ105aが構成されている。キャビティ105aの深さは、例えば10mm程度である。
【0003】
キャビティ105aの底部に発熱抵抗式熱伝導率センサ110が配置されている。この発熱抵抗式熱伝導率センサ110は、図示しない発熱体を有している。この発熱体は図示しない制御回路により定温度駆動される。測定対象流体の熱伝導率に対応して発熱体から奪われるエネルギーが変化するので、定温度に維持するために要した供給エネルギーを電圧値変化等から求めることにより、測定対象流体の熱伝導率を測定することができる。
【0004】
熱伝導率の測定に際し、熱伝導率センサ110の発熱体から奪われる熱は、▲1▼熱伝導(分子運動による熱の伝搬)により流体へ逃げて行く熱と、▲2▼強制対流に基づく流体の流れにより持ち去られる熱と、▲3▼その他の熱(輻射熱、熱伝導率センサ110の基台等の装置へ逃げて行く熱)との和からなる。このうち、流体の熱伝導率に関わるものは、▲1▼熱伝導により流体へ逃げて行く熱のみである。したがって、高い精度で熱伝導率を測定するためには、これ以外の熱、特に▲2▼流れにより持ち去られる熱がゼロの状態で測定を行うことが望ましい。つまり、流体が静止した状態(流速がゼロの状態)で、熱伝導率を測定することが望ましい。
【0005】
しかしながら、図7に示した熱伝導率測定装置では、キャビティ105aの深さが比較的浅かったため、流路104内の流体の流れ106により、キャビティ105a内に流れの速い対流107が発生していた(対流107を示す矢印の太さは、対流107の速さを表している)。したがって、熱伝導率センサ110上の流れが速く、この流れにより持ち去られる熱が大きかったので、熱伝導率の測定精度が極めて低いという欠点があった。
【0006】
図8は、従来の熱伝導率測定装置の他の構成例を示す断面図である。この熱伝導率測定装置は、上記の欠点を改善するために、キャビティ105bの深さを図7におけるキャビティ105aよりもDだけ深くしたものである。例えば、D=20mmとして、キャビティ105bの深さを30mm程度としたものがある。キャビティ105bの深さを深くすることで、キャビティ105b内の対流108が遅くなる。したがって、熱伝導率センサ110上の流れが遅くなるので、熱伝導率の測定精度が高まる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前述したLNG供給制御等のプロセスオートメーションの分野で使用される熱伝導率測定装置では、刻々と替わる測定対象流体の熱伝導率を速い応答速度で測定することが求められる。この応答速度には、キャビティ105b内におけるサンプル到達時間が大きく関わっている。この「キャビティ105b内におけるサンプル到達時間」とは、キャビティ105bの開口部(キャビティ105bと流路104との境界)からキャビティ105b内の熱伝導率センサ110上に測定対象が到達する時間のことをいう。このサンプル到達時間が短いほど、応答速度が速くなる。図8に示した熱伝導率測定装置の場合は、測定精度を高めるためにキャビティ105bの深さを深くしたのでサンプル到達時間が長くなり、応答速度は図7に示した熱伝導率測定装置よりも遅くなってしまった。このように、従来の技術では、応答速度を維持しつつ、測定精度を高めることができなかった。
【0008】
なお、実際の流体の流れは矢印で表したほど単純ではない。キャビティ105a,105bに留まる時間や経路は一様ではなく、元から存在していた流体と混ざり合いながら徐々に置き換わっていく、というものである。よって、正確に言うならばサンプル到達時間とは、元から存在していたサンプルと新しいサンプルの比が所定値に達するまでの時間(=置換時間)のことであるが、分かり易くするため上記のような定義をした。
【0009】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱伝導率測定装置において、応答速度を維持しつつ、測定精度を高めることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による熱伝導率測定装置は、流体を導く流路を形成する流路ブロック、流路に面するように流路ブロックに形成されかつ流体が滞留するキャビティと、このキャビティ内に設けられかつ流体の熱伝導率を測定する発熱式熱伝導率センサと、キャビティの流路への開口部に設けられた多孔体とを備えている。流路内の流体は、多孔体を通過する際に、流速が低減される。このため、キャビティの深さを深くしなくても、センサ上の流れを遅くすることができる。つまり、キャビティ内におけるサンプル到達時間を長くせずにセンサ上の流れを遅くすることができるので、応答速度を維持しつつ測定精度を高めることができる。
【0011】
また、本発明による熱伝導率測定装置は、多孔体が、流路内の流体とキャビティ内の流体とが分子拡散のみにより交換されるように設計されている。このように多孔体を設計すれば、キャビティ内における多孔体近傍ですら、強制対流に基づく流体の流れがなくなる。このため、センサを多孔体に近接して配置しても、センサは強制対流による影響を受けずに精度よく測定することができる。この場合、サンプル到達時間が極めて短くなるので、応答速度を極めて速くすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明による熱伝導率測定装置の第1の実施の形態の構成を示す断面図である。この図は、流路4の軸方向を含む断面を示している。
図1に示すように、流路ブロック1,1aそれぞれの内壁により、流体を導く流路4が構成されている。流路ブロック1aには貫通孔2aが形成されており、この貫通孔2aと貫通孔2aに挿入されたキャンケース21とによりキャビティ5aが構成されている。キャビティ5aは流路4に面する空間であり、流路4により導かれた流体を滞留させる。このキャビティ5aは5mmの深さを有している。また、キャンケース21はコバール製のケースにガラスを流し込んで作られたものである。
【0013】
キャビティ5aの底部であるキャンケース21上に、発熱抵抗式熱伝導率センサ10が配置されている。この熱伝導率センサ10は、流体の熱伝導率を測定するセンサである。
図2は、この発熱抵抗式熱伝導率センサ10の構造を示す斜視図である。基台11の中央部にはメンブレン12が形成されている。このメンブレン12の下部は空洞となっている(図示せず)。基台11内部の空洞は、メンブレン12に形成された多数のスリット13により、基台11外部と連通している。また、メンブレン12上には抵抗体パターンからなる発熱体14が形成されている。この発熱体14の両端にはそれぞれ電極パッド15a,15bが接続されている。このような構造を有する熱伝導率センサ10は、例えば特開平5−232052号公報に記載されている。
【0014】
図1の説明に戻る。キャンケース21の底面つまり流路ブロック1aの外壁に連なる面には、キャンケース21から延びるリードピン23a,23bを貫通させる穴22aを有するステンレスの支持板22が溶接されている。図2に示した熱伝導率センサ10の電極パッド15a,15bはそれぞれリードピン23a,23bに接続されて外部に引き出され、図示しない外部回路に接続された構成となっている。
さらに、流路4とキャビティ5aとの境界に、多数の網目がある金網31が設けられており、これが本発明の特徴となっている。ここでいう「流路4とキャビティ5aとの境界」とはキャビティ5aの開口部のことである。流路ブロック1aの内壁側における貫通孔2aの周囲には窪み3が形成されており、この窪み3の部分に金網31が溶接されている。図1には1枚の金網を設置した例を示したが、複数枚の金網を重ねて設置するようにしてもよい。
【0015】
図3は、金網31付近の流体の挙動を示す模式図である。この図は、図1において点線で囲んだIII 部を拡大して示したものである。流路4内の流体は金網31の網目31aを介してキャビティ5a内に流入する。例えば流体がLNGで、金網31が60メッシュ(1インチ当たりの網目31aの数が60であり、線径が0.12mmとすると、網目31aの一辺の長さは0.3mm)程度の場合には、流路4の流れの力により、キャビティ5a内における網目31a付近に小さな渦7ができる。しかし、この渦7の力は弱いので、キャビティ5a内において渦7による強制対流はほとんど生じない。したがって、流体の種類や流速により異なるが、熱伝導率センサ10を金網31から5〜10mm程度離しておけば、熱伝導率センサ10上に強制対流に基づく流れはほとんど生じない。
【0016】
したがって、図8に示した従来の熱伝導率測定装置のようにキャビティの深さを深くしなくても、熱伝導率センサ10上の流れを遅くすることができる。つまり、キャビティ5a内におけるサンプル到達時間を長くせずに熱伝導率センサ10上の流れを遅くすることができるので、熱伝導率測定装置の応答速度を維持しつつ測定精度を高めることができる。
また、図7や図8に示した従来の熱伝導率測定装置では、熱伝導率センサ110上に大きな渦状の流れ(対流107,108)があり、その流速は一定でない。このため、従来の熱伝導率測定装置には測定結果が安定しないという欠点もあった。これに対して、図1に示した熱伝導率測定装置では、熱伝導率センサ10上に大きな渦状の流れは存在せず、流速の影響を受けないので、測定の安定性がよくなるという効果も得られる。
【0017】
(第2の実施の形態)
図4は、本発明による熱伝導率測定装置の第2の実施の形態の構成を示す断面図である。また、図5は、図4において点線で囲んだV部を拡大して示したものであり、金網32付近の流体の挙動を示す模式図である。これらの図において、図1〜図3と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図4に示した熱伝導率測定装置では、特に、流路4内の流体とキャビティ5b内の流体とが分子拡散8のみにより交換されるように、金網32が設計されている。
【0018】
分子拡散8のみにより流体が交換される条件は、流体の粘度・密度、分子の大きさ、金網(多孔体)32の網目(孔)32aの径・深さ・形、金網(多孔体)32の表面の凹凸により変化するので、一概には言えない。
例えば、主成分が液化メタンであるLNGの場合は、線径が0.04mmで200メッシュの金網(1インチ当たり200個の網目32aがある金網)32を使用すると、網目32aの一辺の長さは0.09mm、深さは約0.04mmとなり、分子拡散8のみによる流体の交換が可能となる。
また、気体の場合は流体の交換を分子拡散のみとしなくてもそれなりに高い精度が得られるが、分子拡散のみとさせるならば液体の場合よりも目の細かい金網32を使えばよい。
【0019】
このように金網32を設計すれば、キャビティ5b内における金網32の近傍ですら、強制対流に基づく流体の流れがなくなる。このため、金網32から1〜2mm程度の距離に熱伝導率センサ10を近接配置しても、熱伝導率センサ10は強制対流による影響をほとんど受けずに精度よく測定することができる。この場合、サンプル到達時間が極めて短くなるので、応答速度を極めて速くすることができる。
【0020】
また、従来の熱伝導率測定装置のように流路104内の流れによりキャビティ105a,105b内に強制対流ができる場合には、流路104内の流速の変化にしたがって強制対流の流速も変化する。このため、安定した測定を行うために、流路104内の流速を正確に一定に制御する必要があった。しかし、図4に示した熱伝導率測定装置では、上述したように強制対流による影響をほとんど受けずに測定を行うことができるので、流路4内の流速制御を厳密に行う必要がないという副次的な効果も得られる。
【0021】
ここで、従来の熱伝導率測定装置と本発明による熱伝導率測定装置とにおいて、熱伝導率センサ上の流速およびサンプル到達時間を比較する。表1は、従来の熱伝導率測定装置(図7,図8)と本発明による熱伝導率測定装置(図1,図4)における熱伝導率センサ10,110上の流速とサンプル到達時間の一例を示す表である。
【0022】
【表1】

Figure 0003785016
【0023】
前述したように、熱伝導率の測定に際には流れにより持ち去られる熱量が少ないことが重要なので、熱伝導率センサ10,110上の流速は遅いほどよい。また、速い応答速度での測定が求められので、サンプル到達時間は短いほどよい。表1から分かるように、図8に示した従来の熱伝導率測定装置では、図7に示した従来の熱伝導率測定装置と比較して、熱伝導率センサ110上の流速は改善されたが、その代わりにサンプル到達時間が長くなった。これに対して、図1に示した熱伝導率測定装置によれば、サンプル到達時間を維持しつつ、熱伝導率センサ10上の流速を改善することができる。また、図4に示した熱伝導率測定装置によれば、図1に示した熱伝導率測定装置よりも、熱伝導率センサ10上の流速およびサンプル到達時間の両方を更によくすることができる。つまり、図1,図4に示した熱伝導率測定装置によれば、熱伝導率センサ10上の流速とサンプル到達時間との両方を両立できると言える。
【0024】
参考例
図6は、本発明による熱伝導率測定装置に関連する参考例の構成を示す断面図である。ここで、図6(A)は流路44の軸方向を含む断面を示しており、図6(B)は図6(A)におけるVIB−VIB′線方向の断面を示している。図6において、図1,図4と同一部分を同一符号をもって示し、適宜その説明を省略する。
図1,図4に示した熱伝導率測定装置は流路ブロック1a,1bにキャビティ5a,5bが形成された構成となっているが、図6に示した熱伝導率測定装置は流路44内にキャビティ45が設けられた構成となっている。
【0025】
このキャビティ45は、上面が開口された円筒状の容器42と、この容器42内に挿入されたキャンケース21とにより構成されている。キャンケース21上には熱伝導率センサ10が配置されており、容器42の開口された面には焼結金属板33がはめ込まれている。容器42は焼結金属板33がはめ込まれた面が流路44の上流側に向くように流路44内に配置され、流路ブロック41の内壁に固定された支持部材43により支えられている。
焼結金属板33は図4に示した金網32と同様の機能を有するものである。つまり、流路44内の流体とキャビティ45内の流体とは、焼結金属板33を介して分子拡散のみにより交換される。このため、流路44内の流れ46が焼結金属板33と直交していても、流路44内の流れ46によってキャビティ45内に強制対流は生じない。よって、図6に示した熱伝導率測定装置でも、図4に示した熱伝導率測定装置と同程度の測定精度および応答速度を得ることができる。
【0026】
前述したように、流路4,44とキャビティ5a,5b,45との境界に金網31,32または焼結金属板33を設けることが本発明の特徴である。しかし、流路4,44内の流体の流れ6,46がキャビティ5a,5b,45内に及ぼす影響を低減する効果が得られればよいので、流路4,44とキャビティ5a,5b,45との境界に配置するものは、多くの孔がある多孔体であればよい。この多孔体としては、金網31,32および焼結金属板33の他に、テフロン等の樹脂網、パンチングプレート、多孔質セラミック板などを使用できる。
また、多孔体に関しては、キャビティ5a,5b,45内の流れを遅くするために、孔の径が小さいことが望ましい。また、キャビティ5a,5b,45内の流体の置換を速く行えるように、単位面積当たりの孔数が多く、孔の深さが浅いことが望ましい。
【0027】
また、本発明でいう流体とは気体と液体の総称であり、本発明による熱伝導率測定装置では気体および液体のいずれに対しても効果が得られるが、特に液体に対する効果が大きい。
なお、特開平5−232052号公報には、センサの上流側または下流側に金網を設けて、センサ上の流速を遅くするという技術が開示されている。しかし、この技術は、金網の設けられている場所が流路とキャビティの境界ではなく、流路の途中である点で、本発明と構成が異なる。また、流速が遅くなると言っても、結局はセンサ上の一定方向の流れはなくならないという点で、作用効果が異なるものである。したがって、上記公報は、本発明の進歩性を否定する資料とはなり得ない。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による熱伝導率測定装置では、流路ブロックに形成されたキャビティの流路への開口部に多孔体が設けられている。この多孔体により流速が低減されるので、キャビティの深さを深くせずに、熱伝導率センサ上の流れを遅くすることができる。したがって、応答速度を維持しつつ、測定精度を高めることができる。また、熱伝導率センサ上では大きな渦状の流れがなく、流速が変化するということもないので、測定の安定性がよくなる。
【0029】
また、流路内の流体とキャビティ内の流体とが分子拡散のみにより交換されるように多孔体を設計することにより、熱伝導率センサを多孔体に近接配置しても、熱伝導率センサは強制対流による影響を受けずに精度よく測定することができる。この場合、応答速度を極めて速くすることができる。また、このように設計された多孔体を使用すれば、流路の流速が変化しても強制対流による影響をほとんど受けずに測定を行えるので、流量制御を厳密に行う必要がないという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による熱伝導率測定装置の第1の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図2】 発熱抵抗式熱伝導率センサの構造を示す斜視図である。
【図3】 図1に示した金網付近の流体の挙動を示す模式図である。
【図4】 本発明による熱伝導率測定装置の第2の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図5】 図4に示した金網付近の流体の挙動を示す模式図である。
【図6】 本発明による熱伝導率測定装置に関連する参考例の構成を示す断面図である。
【図7】 従来の熱伝導率測定装置の一構成例を示す断面図である。
【図8】 従来の熱伝導率測定装置の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
1,1a,1b,41…流路ブロック、2a,2b…貫通孔、3…窪み、4,44…流路、5a,5b,45…キャビティ、6,46…流路内の流体の流れ、7…渦、8…分子拡散、10…発熱抵抗式熱伝導率センサ、11…基台、12…メンブレン、13…スリット、14…発熱体、15a,15b…電極パッド、21…キャンケース、22…ステンレスの支持板、23a,23b…リードピン、31,32…金網、31a,32b…網目、33…焼結金属板、42…容器、43…支持部材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermal conductivity measuring apparatus for retaining a fluid guided by a flow path in a cavity and measuring the thermal conductivity of the fluid with a sensor disposed in the cavity, and more particularly to a fluid around the sensor. The present invention relates to a thermal conductivity measuring device provided with a means for optimizing the behavior of the heat.
[0002]
[Prior art]
This type of thermal conductivity measuring device is used for adjusting the amount of heat when supplying LNG (liquefied natural gas), for example, utilizing the fact that the amount of heat per unit volume is proportional to the thermal conductivity.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional thermal conductivity measuring device. In this thermal conductivity measuring device, the flow path 104 is constituted by the inner walls of the flow path blocks 101 and 101a, and the cavity 105a is constituted by a depression formed on the inner wall of the flow path block 101a. The depth of the cavity 105a is, for example, about 10 mm.
[0003]
A heating resistance thermal conductivity sensor 110 is disposed at the bottom of the cavity 105a. The heating resistance type thermal conductivity sensor 110 has a heating element (not shown). This heating element is driven at a constant temperature by a control circuit (not shown). Since the energy deprived from the heating element changes corresponding to the thermal conductivity of the fluid to be measured, the thermal conductivity of the fluid to be measured can be obtained by obtaining the supply energy required to maintain the constant temperature from the voltage value change, etc. Can be measured.
[0004]
When measuring the thermal conductivity, the heat deprived from the heating element of the thermal conductivity sensor 110 is based on (1) heat escaping to the fluid by thermal conduction (heat propagation by molecular motion) and (2) forced convection. It consists of the sum of heat carried away by the flow of fluid and (3) other heat (radiation heat, heat escaping to a device such as the base of the thermal conductivity sensor 110). Among these, the heat related to the thermal conductivity of the fluid is only (1) the heat that escapes to the fluid by heat conduction. Therefore, in order to measure the thermal conductivity with high accuracy, it is desirable to perform the measurement in a state in which the heat other than this, particularly the heat removed by the flow (2) is zero. That is, it is desirable to measure the thermal conductivity in a state where the fluid is stationary (a state where the flow velocity is zero).
[0005]
However, in the thermal conductivity measuring apparatus shown in FIG. 7, since the depth of the cavity 105a is relatively shallow, a convection 107 having a fast flow is generated in the cavity 105a due to the fluid flow 106 in the flow path 104. (The thickness of the arrow indicating the convection 107 represents the speed of the convection 107). Therefore, since the flow on the thermal conductivity sensor 110 is fast and the heat carried away by this flow is large, the measurement accuracy of the thermal conductivity is extremely low.
[0006]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another configuration example of a conventional thermal conductivity measuring device. In this thermal conductivity measuring device, the depth of the cavity 105b is made deeper by D than the cavity 105a in FIG. For example, there is one in which D = 20 mm and the depth of the cavity 105b is about 30 mm. By increasing the depth of the cavity 105b, the convection 108 in the cavity 105b is delayed. Therefore, since the flow on the thermal conductivity sensor 110 becomes slow, the measurement accuracy of the thermal conductivity is increased.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the thermal conductivity measuring device used in the field of process automation such as the above-described LNG supply control, it is required to measure the thermal conductivity of the fluid to be measured that changes every moment at a high response speed. This response speed is greatly related to the sample arrival time in the cavity 105b. The “sample arrival time in the cavity 105b” is the time for the measurement target to reach the thermal conductivity sensor 110 in the cavity 105b from the opening of the cavity 105b (the boundary between the cavity 105b and the flow path 104). Say. The shorter the sample arrival time, the faster the response speed. In the case of the thermal conductivity measuring apparatus shown in FIG. 8, the depth of the cavity 105b is increased in order to increase the measurement accuracy, so that the sample arrival time becomes longer, and the response speed is higher than that of the thermal conductivity measuring apparatus shown in FIG. It was too late. As described above, the conventional technique cannot increase the measurement accuracy while maintaining the response speed.
[0008]
Note that the actual fluid flow is not as simple as indicated by the arrows. The time and path of staying in the cavities 105a and 105b are not uniform, and are gradually replaced while mixing with the fluid that originally existed. Therefore, to be precise, the sample arrival time is the time (= replacement time) until the ratio of the existing sample to the new sample reaches the predetermined value (= replacement time). I defined like this.
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to improve measurement accuracy while maintaining a response speed in a thermal conductivity measuring device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a thermal conductivity measuring apparatus according to the present invention, a flow path block that forms a flow path for guiding the fluid, formed in the passage block so as to face the flow path and fluid retention And a heat generation type thermal conductivity sensor that is provided in the cavity and measures the thermal conductivity of the fluid, and a porous body that is provided in the opening to the flow path of the cavity . When the fluid in the flow path passes through the porous body, the flow velocity is reduced. For this reason, the flow on the sensor can be slowed down without increasing the depth of the cavity. That is, since the flow on the sensor can be slowed without increasing the sample arrival time in the cavity, the measurement accuracy can be improved while maintaining the response speed.
[0011]
The thermal conductivity measuring device according to the present invention is designed such that the porous body exchanges the fluid in the flow path and the fluid in the cavity only by molecular diffusion. If the porous body is designed in this way, the fluid flow based on forced convection is eliminated even in the vicinity of the porous body in the cavity. For this reason, even if the sensor is arranged close to the porous body, the sensor can be accurately measured without being affected by forced convection. In this case, since the sample arrival time is extremely short, the response speed can be extremely increased.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a thermal conductivity measuring device according to the present invention. This figure shows a cross section including the axial direction of the flow path 4.
As shown in FIG. 1, the flow path 4 which guides the fluid is comprised by the inner wall of each flow path block 1 and 1a. A through hole 2a is formed in the flow path block 1a, and a cavity 5a is configured by the through hole 2a and the can case 21 inserted into the through hole 2a. The cavity 5 a is a space facing the flow path 4 and retains the fluid guided by the flow path 4. The cavity 5a has a depth of 5 mm. The can case 21 is made by pouring glass into a case made of Kovar.
[0013]
A heating resistance thermal conductivity sensor 10 is disposed on the can case 21 which is the bottom of the cavity 5a. The thermal conductivity sensor 10 is a sensor that measures the thermal conductivity of a fluid.
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the heating resistance type thermal conductivity sensor 10. A membrane 12 is formed at the center of the base 11. The lower part of the membrane 12 is hollow (not shown). The cavity inside the base 11 communicates with the outside of the base 11 through a large number of slits 13 formed in the membrane 12. A heating element 14 made of a resistor pattern is formed on the membrane 12. Electrode pads 15a and 15b are connected to both ends of the heating element 14, respectively. A thermal conductivity sensor 10 having such a structure is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-232052.
[0014]
Returning to the description of FIG. A stainless support plate 22 having a hole 22a through which lead pins 23a and 23b extending from the can case 21 are welded is welded to the bottom surface of the can case 21, that is, the surface continuous to the outer wall of the flow path block 1a. The electrode pads 15a and 15b of the thermal conductivity sensor 10 shown in FIG. 2 are connected to lead pins 23a and 23b, respectively, and are pulled out to the outside and connected to an external circuit (not shown).
Furthermore, a metal mesh 31 having a large number of meshes is provided at the boundary between the flow path 4 and the cavity 5a, which is a feature of the present invention. Here, “the boundary between the flow path 4 and the cavity 5a” refers to the opening of the cavity 5a. A recess 3 is formed around the through hole 2a on the inner wall side of the flow path block 1a, and a wire mesh 31 is welded to the recess 3 portion. Although FIG. 1 shows an example in which one wire mesh is installed, a plurality of wire meshes may be installed in an overlapping manner.
[0015]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the behavior of the fluid near the wire mesh 31. This figure is an enlarged view of a portion III surrounded by a dotted line in FIG. The fluid in the flow path 4 flows into the cavity 5 a through the mesh 31 a of the metal mesh 31. For example, when the fluid is LNG and the wire mesh 31 is about 60 mesh (the number of meshes 31a per inch is 60 and the wire diameter is 0.12 mm, the length of one side of the mesh 31a is 0.3 mm). The small vortex 7 is formed near the mesh 31a in the cavity 5a by the flow force of the flow path 4. However, since the force of the vortex 7 is weak, the forced convection due to the vortex 7 hardly occurs in the cavity 5a. Accordingly, although depending on the type of fluid and the flow velocity, if the thermal conductivity sensor 10 is separated from the wire mesh 31 by about 5 to 10 mm, a flow based on forced convection hardly occurs on the thermal conductivity sensor 10.
[0016]
Therefore, the flow on the thermal conductivity sensor 10 can be slowed without increasing the depth of the cavity as in the conventional thermal conductivity measuring device shown in FIG. That is, since the flow on the thermal conductivity sensor 10 can be delayed without increasing the sample arrival time in the cavity 5a, the measurement accuracy can be increased while maintaining the response speed of the thermal conductivity measuring device.
In the conventional thermal conductivity measuring device shown in FIG. 7 or FIG. 8, there is a large vortex flow (convection 107, 108) on the thermal conductivity sensor 110, and the flow velocity is not constant. For this reason, the conventional thermal conductivity measuring device has a drawback that the measurement result is not stable. In contrast, the thermal conductivity measuring apparatus shown in FIG. 1 does not have a large vortex flow on the thermal conductivity sensor 10 and is not affected by the flow velocity, so that the measurement stability is improved. can get.
[0017]
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the second embodiment of the thermal conductivity measuring device according to the present invention. FIG. 5 is an enlarged view of a portion V surrounded by a dotted line in FIG. 4, and is a schematic diagram showing the behavior of the fluid in the vicinity of the wire mesh 32. In these drawings, the same parts as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
In the thermal conductivity measuring apparatus shown in FIG. 4, the wire mesh 32 is specifically designed so that the fluid in the flow path 4 and the fluid in the cavity 5 b are exchanged only by the molecular diffusion 8.
[0018]
The conditions under which the fluid is exchanged only by the molecular diffusion 8 are the viscosity / density of the fluid, the size of the molecule, the diameter / depth / shape of the mesh (hole) 32a of the wire mesh (porous body) 32, and the wire mesh (porous body) 32. Since it changes due to the unevenness of the surface, it cannot be said unconditionally.
For example, in the case of LNG whose main component is liquefied methane, if a wire mesh of 0.04 mm and a 200 mesh wire mesh (a wire mesh having 200 meshes 32a per inch) 32 is used, the length of one side of the mesh 32a Is 0.09 mm and the depth is about 0.04 mm, and fluid exchange by molecular diffusion 8 alone is possible.
In the case of gas, high accuracy can be obtained even if the exchange of fluid is not limited to molecular diffusion. However, if only molecular diffusion is used, a finer metal mesh 32 may be used than in the case of liquid.
[0019]
If the wire mesh 32 is designed in this way, the fluid flow based on forced convection is eliminated even in the vicinity of the wire mesh 32 in the cavity 5b. For this reason, even if the thermal conductivity sensor 10 is disposed close to the wire mesh 32 at a distance of about 1 to 2 mm, the thermal conductivity sensor 10 can be measured with little influence from forced convection. In this case, since the sample arrival time is extremely short, the response speed can be extremely increased.
[0020]
Further, when forced convection can be generated in the cavities 105a and 105b by the flow in the flow path 104 as in the conventional thermal conductivity measurement device, the flow speed of forced convection also changes according to the change in the flow speed in the flow path 104. . For this reason, in order to perform a stable measurement, it was necessary to control the flow velocity in the flow path 104 accurately and constantly. However, the thermal conductivity measuring apparatus shown in FIG. 4 can perform measurement with almost no influence from forced convection as described above, so that it is not necessary to strictly control the flow velocity in the flow path 4. A secondary effect is also obtained.
[0021]
Here, in the conventional thermal conductivity measurement device and the thermal conductivity measurement device according to the present invention, the flow velocity on the thermal conductivity sensor and the sample arrival time are compared. Table 1 shows the flow rate and sample arrival time on the thermal conductivity sensors 10 and 110 in the conventional thermal conductivity measuring device (FIGS. 7 and 8) and the thermal conductivity measuring device according to the present invention (FIGS. 1 and 4). It is a table | surface which shows an example.
[0022]
[Table 1]
Figure 0003785016
[0023]
As described above, since it is important that the amount of heat carried away by the flow is small when measuring the thermal conductivity, the slower the flow rate on the thermal conductivity sensors 10, 110 is, the better. Moreover, since measurement at a fast response speed is required, the shorter the sample arrival time, the better. As can be seen from Table 1, the flow rate on the thermal conductivity sensor 110 is improved in the conventional thermal conductivity measurement device shown in FIG. 8 as compared with the conventional thermal conductivity measurement device shown in FIG. However, the sample arrival time was longer instead. On the other hand, according to the thermal conductivity measuring apparatus shown in FIG. 1, the flow velocity on the thermal conductivity sensor 10 can be improved while maintaining the sample arrival time. Further, according to the thermal conductivity measuring device shown in FIG. 4, both the flow rate on the thermal conductivity sensor 10 and the sample arrival time can be further improved as compared with the thermal conductivity measuring device shown in FIG. . That is, according to the thermal conductivity measuring device shown in FIGS. 1 and 4, it can be said that both the flow rate on the thermal conductivity sensor 10 and the sample arrival time can be achieved.
[0024]
( Reference example )
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a reference example related to the thermal conductivity measuring device according to the present invention. 6A shows a cross section including the axial direction of the flow path 44, and FIG. 6B shows a cross section in the VIB-VIB 'line direction in FIG. 6A. In FIG. 6, the same parts as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
1 and 4 has a configuration in which cavities 5a and 5b are formed in the flow path blocks 1a and 1b. However, the thermal conductivity measurement apparatus illustrated in FIG. The cavity 45 is provided inside.
[0025]
The cavity 45 includes a cylindrical container 42 having an upper surface opened and a can case 21 inserted into the container 42. The thermal conductivity sensor 10 is disposed on the can case 21, and a sintered metal plate 33 is fitted on the opened surface of the container 42. The container 42 is disposed in the flow path 44 so that the surface on which the sintered metal plate 33 is fitted faces the upstream side of the flow path 44, and is supported by a support member 43 fixed to the inner wall of the flow path block 41. .
The sintered metal plate 33 has a function similar to that of the wire mesh 32 shown in FIG. That is, the fluid in the flow path 44 and the fluid in the cavity 45 are exchanged only by molecular diffusion through the sintered metal plate 33. For this reason, even if the flow 46 in the flow path 44 is orthogonal to the sintered metal plate 33, forced convection does not occur in the cavity 45 by the flow 46 in the flow path 44. Therefore, even with the thermal conductivity measurement device shown in FIG. 6, it is possible to obtain the same measurement accuracy and response speed as the thermal conductivity measurement device shown in FIG.
[0026]
As described above, it is a feature of the present invention to provide the wire nets 31, 32 or the sintered metal plate 33 at the boundary between the flow paths 4, 44 and the cavities 5a, 5b, 45. However, since it is only necessary to obtain an effect of reducing the influence of the fluid flows 6 and 46 in the flow paths 4 and 44 on the cavities 5a, 5b and 45, the flow paths 4 and 44 and the cavities 5a, 5b and 45 What is disposed on the boundary of the substrate may be a porous body having many pores. As the porous body, in addition to the metal nets 31 and 32 and the sintered metal plate 33, a resin net such as Teflon, a punching plate, a porous ceramic plate, and the like can be used.
Further, regarding the porous body, it is desirable that the diameter of the hole is small in order to slow down the flow in the cavities 5a, 5b, 45. Further, it is desirable that the number of holes per unit area is large and the depth of the holes is shallow so that the fluid in the cavities 5a, 5b, 45 can be replaced quickly.
[0027]
The fluid in the present invention is a general term for gas and liquid, and the thermal conductivity measuring device according to the present invention is effective for both gas and liquid, but is particularly effective for liquid.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-232052 discloses a technique in which a wire mesh is provided on the upstream side or the downstream side of the sensor to reduce the flow velocity on the sensor. However, this technique differs from the present invention in that the location where the wire mesh is provided is not in the boundary between the flow path and the cavity but in the middle of the flow path. Even if the flow rate is slow, the effect is different in that the flow in a certain direction on the sensor does not disappear after all. Therefore, the above publication cannot be a material that denies the inventive step of the present invention.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, in the thermal conductivity measuring device according to the present invention, the porous body is provided in the opening to the flow path of the cavity formed in the flow path block . Since the flow velocity is reduced by this porous body, the flow on the thermal conductivity sensor can be slowed without increasing the depth of the cavity. Therefore, the measurement accuracy can be increased while maintaining the response speed. In addition, since there is no large vortex flow on the thermal conductivity sensor and the flow velocity does not change, the measurement stability is improved.
[0029]
Also, by designing the porous body so that the fluid in the flow path and the fluid in the cavity are exchanged only by molecular diffusion, the thermal conductivity sensor Measurements can be made accurately without being affected by forced convection. In this case, the response speed can be extremely increased. In addition, if a porous body designed in this way is used, even if the flow velocity of the flow path changes, measurement can be performed with almost no influence from forced convection, so there is no need to strictly control the flow rate. can get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a thermal conductivity measuring device according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a heating resistance type thermal conductivity sensor.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the behavior of the fluid in the vicinity of the wire mesh shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a second embodiment of a thermal conductivity measuring device according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the behavior of the fluid near the wire mesh shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of a reference example related to the thermal conductivity measuring device according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional thermal conductivity measuring device.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another configuration example of a conventional thermal conductivity measuring device.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 41 ... flow path block, 2a, 2b ... through hole, 3 ... depression, 4, 44 ... flow path, 5a, 5b, 45 ... cavity, 6, 46 ... flow of fluid in the flow path, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Eddy, 8 ... Molecular diffusion, 10 ... Heat generation resistance type thermal conductivity sensor, 11 ... Base, 12 ... Membrane, 13 ... Slit, 14 ... Heating element, 15a, 15b ... Electrode pad, 21 ... Can case, 22 ... Stainless steel support plate, 23a, 23b ... lead pin, 31,32 ... wire mesh, 31a, 32b ... mesh, 33 ... sintered metal plate, 42 ... container, 43 ... support member.

Claims (2)

流体を導く流路を形成する流路ブロックと、
前記流路に面するように前記流路ブロックに形成されかつ前記流体が滞留するキャビティと、
このキャビティ内に設けられかつ前記流体の熱伝導率を測定する発熱式熱伝導率センサと、
前記キャビティの前記流路への開口部に前記流路の内壁面の一部を構成するように設けられた多孔体とを備えたことを特徴とする熱伝導率測定装置。
A channel block forming a channel for guiding fluid;
A cavity formed in the flow path block so as to face the flow path and in which the fluid stays,
An exothermic thermal conductivity sensor provided in the cavity and measuring the thermal conductivity of the fluid;
A thermal conductivity measuring device comprising: a porous body provided so as to constitute a part of an inner wall surface of the flow path at an opening portion of the cavity to the flow path.
請求項1記載の熱伝導率測定装置において、
前記多孔体は、前記流路内の流体と前記キャビティ内の流体とが分子拡散のみにより交換されるように設計されていることを特徴とする熱伝導率測定装置。
In the thermal conductivity measuring device according to claim 1,
The thermal conductivity measuring device is characterized in that the porous body is designed such that the fluid in the flow path and the fluid in the cavity are exchanged only by molecular diffusion.
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