気体（窒素ガス）の充填量計算方法

質問

• 外資系医療器機メーカーのサービスを担当しております。腕を固定する器具に窒素ガスを使用しており、その充填量の計算方法で困っているため、教えていただきたいです。
• 器具の仕様は直径4.5cm、長さ50cmの円筒計であり、窒素ガスには0.8MPaの圧力がかかっています。室温は20度です。空気もれがないという条件のもとで、どのくらいのガスが充填されているかを求めたいです。
• 自己計算の結果、円筒の体積は795.21cm3（0.000795m3）であり、0.68MPaの圧力と293度の絶対温度を使用してボイル・シャルルの法則を適用し、窒素の質量を計算しました。その結果、0.00616kg（6.16g）となりますが、正しいかどうか確認したいです。また、重さ（グラム）以外の立法メートルまたはリットルで充填量を表す方法があれば教えていただきたいです。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

考え方は合っていますが、
窒素の圧力が、ゲージ圧なのか絶対圧なのかで、
答えの数字は変わります。

ゲージ圧は1気圧（101.3kPa）を0とした圧力単位なので、
ボイル・シャルルの法則で計算する場合、
圧力の値に101.3kPaをプラスしてやらないといけません。

使用量を重さ以外で表示する場合、
Nm3（ノーマル立方メートル）という単位を使う事が多いです。
これは、使用圧・温度における体積を、
ボイル・シャルルの法則を使って、
標準状態（0度、1気圧）の場合の体積に変換した数値です。

多少の誤差に目を瞑るのであれば、1bar≒1気圧なので
『円筒の体積にバールを掛けた数値』を
Nm3としての充填量として扱っても差し支えないと思います。

計算は、P･V ＝ P'･V' より
　0.68[MPa]×795.21[cm3] ＝ 0.1[MPa]×V'
　V' ＝ 0.68/0.1×795.21[cm3]
　　 ＝ 5407.43[Ncm3]

なお、上式では1気圧を100kPaとして計算していますし、
温度の影響も無視していますので、
あくまで近似値としてお考え下さい。

お礼

早急のご回答誠にありがとうございます。
ゲージ圧、絶対圧までは気が付きませんでした。
Nm3でも計算をしてみます。
それと差支えなければ教えていただきたいのですが、
円筒の体積にバールを掛けた数値は、ガスの充填量としてみなせますでしょうか。
795.21cm3 x 6.8bar(0.68Mpa)=6,631.68cm3
この計算方法はボンベを購入しているガス屋さんから聞いたのですが、計算方法がネットで見つけられませんでした。

度々のご回答誠にありがとうございました。
アメリカ本社に問い合わせをしても回答もらえなかったので、大変たすかりました。
ありがとうございます。