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公開番号2025113044
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007667
出願日2024-01-22
発明の名称液膜計測装置
出願人一般財団法人電力中央研究所
代理人個人,個人
主分類G01N 27/22 20060101AFI20250725BHJP(測定;試験)
要約【課題】計測対象面の液膜の状況を直接計測する。
【解決手段】液膜計測装置は、計測対象の液体が流通する流通面を有する第1電極部材と、前記第1電極部材の前記流通面に対向して近接して配される線状体の第2電極部材と、前記第1電極部材、前記第2電極部材の間に励起受信回路を構成し入力信号に対する静電容量の成分(液体と気体が合成された領域の静電容量)の応答を得る励起受信回路手段と、前記励起受信回路手段で得られた静電容量の成分の情報が入力されて前記第1電極部材の前記流通面の前記液体の状況を把握する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
計測対象の液体が流通する流通面を有する第１電極部材と（計測電極部）、
前記第１電極部材の前記流通面に対向して近接して配される線状体の第２電極部材と（計測電極部）、
前記第１電極部材、前記第２電極部材の間に励起受信回路を構成し入力信号に対する静電容量の成分（液体と気体が合成された領域の静電容量）の応答を得る励起受信回路手段と、
前記励起受信回路手段で得られた静電容量の成分の情報が入力されて前記第１電極部材の前記流通面の前記液体の状況を把握する制御手段とを備えた
ことを特徴とする液膜計測装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載の液膜計測装置において、
前記制御手段は、
所望の静電容量の値に対する液膜の状況が記憶された記憶機能と、
前記励起受信回路手段で得られた静電容量の成分、及び、前記記憶機能に記憶された液膜の状況を比較し、前記励起受信回路手段で得られた静電容量の成分に応じた液膜の状況を抽出する抽出機能とを有している
ことを特徴とする液膜計測装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の液膜計測装置において、
前記励起受信回路手段は、
前記液体と気体が合成された領域の静電容量を評価する等価回路を含む
ことを特徴とする液膜計測装置。
【請求項４】
請求項２に記載の液膜計測装置において、
前記記憶機能は、
光学的に得られた液膜の情報と、得られた液膜の情報に対応した際の静電容量の値の関係が予め記憶されている機能である
ことを特徴とする液膜計測装置。
【請求項５】
請求項３に記載の液膜計測装置において、
前記記憶機能は、
所望の厚さの液膜を再現したモデルにより液膜の情報に対する静電容量の値を求め、前記モデルにより求められた液膜の情報と静電容量の値との関係が予め記憶されている機能であり、
前記モデルは、
気体と同等の誘電率を有する樹脂に第２電極部材が配され、前記樹脂と第１電極部材の間に前記液体が封入されたものである
ことを特徴とする液膜計測装置。
【請求項６】
請求項１もしくは請求項２に記載の液膜計測装置において、
前記第２電極部材は前記液体の流通方向に沿って複数配され、
前記制御手段には、
前記第１電極部材と前記それぞれの第２電極部材との間の静電容量の検出信号を個別に把握し、検出信号の遅れ状況に基づいて前記液体の流通方向の流通状況を評価する流通状況評価機能を有している
ことを特徴とする液膜計測装置。
【請求項７】
請求項１もしくは請求項２に記載の液膜計測装置において、
前記第２電極部材は液体の流通方向に沿って複数配され、前記液体の流通方向に交差する導体部の幅（絶縁されていない部分の幅）が互いに相違しており、
前記制御手段には、
前記第１電極部材と前記それぞれの第２電極部材との間の静電容量の成分を個別に把握し、静電容量の成分の相違状態に基づいて前記液体の流通方向における流通幅を評価する流通幅評価機能を有している
ことを特徴とする液膜計測装置。
【請求項８】
請求項１もしくは請求項２に記載の液膜計測装置において、
前記第２電極部材は前記液体の流通方向に沿って複数配され、前記液体の流通方向に交差する導体部の位置（絶縁されていない部分の位置）が互いに相違しており、
前記制御手段には、
前記第１電極部材と前記それぞれの第２電極部材との間の静電容量の成分を個別に把握し、静電容量の成分の相違状態に基づいて前記液体の３次元形の形状を類推する流通形状評価機能を有している
ことを特徴とする液膜計測装置。
【請求項９】
請求項１もしくは請求項２に記載の液膜計測装置において、
前記第１電極部材は、長尺状の部材であり、
前記第２電極部材は、
前記第１電極部材の長手方向の任意の位置に、交差して複数設けられる
ことを特徴とする液膜計測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、液膜の厚さを計測する液膜計測装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、ヒートポンプシステムに用いられる熱交換器として、流下液膜式の熱交換器が採用されている。流下液膜式の熱交換器として、ケース内に伝熱管が複数並べられて構成され、液体状の冷媒を伝熱管の表面にかけ流し、伝熱管の表面に冷媒の液膜を形成することで、伝熱管内を流れる流体状の熱媒体と冷媒とを熱交換するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
流下液膜式の熱交換器は、作動に要する冷媒の充填量を削減できることから、大型の機器の熱交換器として有用となっている。一方で、有効な伝熱面は液膜が形成されている部分であるため、熱交換効率を有効に維持するためには、液膜を伝熱管の表面に安定して形成させる必要がある。伝熱管の表面の液膜の安定した形成・維持のためには、伝熱管の表面の液膜の状況を計測して、液膜の状況（厚さや液膜の幅など）を把握することが有効であると考えられている。
【０００４】
しかし、流下液膜式の熱交換器の内部は限られたスペースに機器が配置されているため、計測手段を別途設けることができないのが現状であり、伝熱管の表面の液膜の状況を直接計測できる技術の出現が望まれているのが実情であった。
【０００５】
流下液膜式の熱交換器の分野だけでなく、電子回路の液浸冷却や、冷却水槽内に収容された被冷却部材の冷却の分野においても、電子回路の表面、被冷却部材の表面などにおける二相流体の液膜の状況を把握することが、冷却効率を有効に維持するために有効であると考えられている。また、冷却水槽内に収容された被冷却部材の冷却の分野においても、被冷却部材の表面などにおける二相流体の液膜の状況を把握することが、冷却効率を有効に維持するために有効であると考えられている。しかし、熱交換器の分野と同様に、電子回路や被冷却部材の表面の液膜の状況を直接計測できる技術の出現が望まれているのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１７－５３５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、静電容量を計測することで計測対象面の液膜の状況を直接計測することができる液膜計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の液膜計測装置は、計測対象の液体が流通する流通面を有する第１電極部材と（計測電極部）、前記第１電極部材の前記流通面に対向して近接して配される線状体の第２電極部材と（計測電極部）、前記第１電極部材、前記第２電極部材の間に励起受信回路を構成し入力信号に対する静電容量の成分（液体と気体が合成された領域の静電容量）の応答を得る励起受信回路手段と、前記励起受信回路手段で得られた静電容量の成分の情報が入力されて前記第１電極部材の前記流通面の前記液体の状況を把握する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明では、励起受信回路手段により、第１電極部材と第２電極部材との間に静電容量の成分（液体と気体が合成された領域の静電容量）の応答を得る。制御手段では、励起受信回路手段で得られた静電容量の成分の情報に基づいて、液体（液膜）の状況が把握される。例えば、液膜の厚さや流通幅が導出される（演算、記憶データとの比較などにより求められる）。
【００１０】
液体が流通する流通面を有する部材を第１電極部材として用い、部材が設けられてスペースに限りがある機器に、線条体（数ｍｍ程度のワイヤ）の第２電極部材を配することにより、静電容量に対する液膜の状況（厚さや流通幅など）を直接計測することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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