JP2014059028A - Gas replacement method and gas replacement apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タンク内をガスで置換する技術に関する。 The present invention relates to a technique for replacing gas in a tank.
従来、処理室内の大気を不活性ガスで置換した後に、真空排気して処理室内を水素で置換する技術が知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a technique is known in which the atmosphere in a processing chamber is replaced with an inert gas and then evacuated to replace the processing chamber with hydrogen (for example, Patent Document 1).
ここで、近年、燃料電池を駆動源として有する自動車(燃料電池自動車)が開発されている。また、燃料電池自動車の水素源として高圧で水素を充填するタンクが開発されている。このタンクを製造する場合において、気密性を有するか否かの気密試験(例えば、高圧ガス保安協会が定める組試験)を行うことが必要となる。この場合において、気密試験の際に充填されたタンク内の不活性ガスを、試験終了後に水素に置換する必要がある。また、安全性の観点から置換後の水素は、高純度(例えば、純度99.9%以上)かつ低圧(例えば、1MPa以下)である事が望まれる。例えば、高圧で水素を収容するためのタンク(高圧水素タンク)を燃料電池自動車に組み付けるときには、安全の為にタンク内圧力を1MPa以下にする必要がある。 Here, in recent years, an automobile (fuel cell automobile) having a fuel cell as a drive source has been developed. In addition, a tank filled with hydrogen at a high pressure has been developed as a hydrogen source for fuel cell vehicles. When manufacturing this tank, it is necessary to perform an airtight test (for example, a set test determined by the High Pressure Gas Safety Association) to determine whether or not the tank has airtightness. In this case, it is necessary to replace the inert gas in the tank filled in the airtight test with hydrogen after the test is completed. Further, from the viewpoint of safety, it is desirable that the hydrogen after substitution is of high purity (for example, purity 99.9% or more) and low pressure (for example, 1 MPa or less). For example, when a tank for storing hydrogen at high pressure (a high-pressure hydrogen tank) is assembled to a fuel cell vehicle, the tank internal pressure needs to be 1 MPa or less for safety.
既存の水素置換方法では上記条件(純度や圧力)を満たす水素置換を行うためには長時間を要する場合があった。例えば、差圧を駆動力とした置換方法では、大気圧とタンク内圧力との差圧が小さくなるとタンク内の気体が外部に放出されるための放出速度が低下する。 In existing hydrogen replacement methods, it may take a long time to perform hydrogen replacement that satisfies the above conditions (purity and pressure). For example, in the replacement method using the differential pressure as the driving force, when the differential pressure between the atmospheric pressure and the tank internal pressure becomes small, the release speed for releasing the gas in the tank to the outside decreases.
上記のような要望は、不活性ガスが収容されたタンク内を水素で置換する技術に限らず、第1種のガスが収容されたタンクを第1種のガスとは異なる第2種のガスに置換する技術に共通する要望であった。 The demand as described above is not limited to the technique of replacing the inside of the tank containing the inert gas with hydrogen, but the second type gas different from the first type gas in the tank containing the first type gas. This was a common request for the technology to replace
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、タンク内に収容された第1種のガスを、前記タンク内の圧力が所定値未満となるように第2種のガスで置換するガス置換方法が提供される。このガス置換方法は、(a)前記タンク内の圧力が前記所定値以上となるように前記第2種のガスを前記第1種のガスが収容された前記タンク内に供給する供給工程と、前記供給工程の後に前記タンク内の気体を外部に排出する排出工程と、を有する給排工程を複数回行う工程と、(b)前記工程(a)の後に、前記タンク内の圧力を前記所定値未満にする工程と、を備え、前記工程(a)は、前記排出工程を行っている際に、前記タンク内の圧力を縦軸とし経過時間を横軸とした前記タンク内の圧力の変化を表したグラフにおいて、変曲点が現れた時点で前記供給工程に切り替える。
この形態のガス置換方法によれば、気体の排出速度が比較的高い範囲において排出工程を行うことができるため、タンク内を第2種のガスで置換する時間を短縮できる。
(1) According to one aspect of the present invention, there is provided a gas replacement method for replacing the first type gas stored in the tank with the second type gas so that the pressure in the tank is less than a predetermined value. Provided. In this gas replacement method, (a) a supply step of supplying the second type gas into the tank containing the first type gas so that the pressure in the tank becomes equal to or higher than the predetermined value; A step of performing a plurality of supply / exhaust steps after the supply step, and a step of exhausting the gas in the tank to the outside; (b) after the step (a), the pressure in the tank is The step (a) includes a step of changing the pressure in the tank with the pressure in the tank as the vertical axis and the elapsed time as the horizontal axis during the discharging step. Is switched to the supplying step when an inflection point appears.
According to the gas replacement method of this aspect, since the discharge process can be performed in a range where the gas discharge speed is relatively high, the time for replacing the inside of the tank with the second type gas can be shortened.
(2)上記形態のガス置換方法であって、前記工程(a)は、少なくとも前記タンクを加熱して前記タンク内の温度を上昇させることで、前記タンクの内圧を前記所定値よりも上昇させた状態で行なわれても良い。
上記形態のガス置換方法によれば、タンクの内圧を上昇させて給排工程を行うことから、大気圧とタンク内圧との差圧を利用した排出工程における気体の排出速度を上昇できる。これにより、タンク内を第2種のガスで置換する時間をさらに短縮できる。
(2) In the gas replacement method of the above aspect, in the step (a), at least the tank is heated to increase the temperature in the tank, thereby increasing the internal pressure of the tank above the predetermined value. It may be performed in the state.
According to the gas replacement method of the above aspect, since the supply / discharge process is performed by increasing the internal pressure of the tank, the gas discharge speed in the discharge process using the differential pressure between the atmospheric pressure and the tank internal pressure can be increased. Thereby, the time for replacing the inside of the tank with the second type gas can be further shortened.
(3)上記形態のガス置換方法であって、前記工程(b)は、前記タンク内の温度を前記加熱前よりも低下させることで、前記タンクの内圧を前記所定値未満にまで低下させる工程であっても良い。
上記形態のガス置換方法によれば、タンク内の温度を低下させることで容易にタンクの内圧を所定値未満にできる。
(3) In the gas replacement method of the above aspect, the step (b) is a step of reducing the internal pressure of the tank to less than the predetermined value by lowering the temperature in the tank than before the heating. It may be.
According to the gas replacement method of the above aspect, the internal pressure of the tank can be easily made less than the predetermined value by lowering the temperature in the tank.
(4)他の一実施形態によれば、タンク内に収容された第1種のガスを、前記タンク内の圧力が所定値未満となるように第2種のガスで置換するガス置換装置が提供される。このガス置換装置は、前記第2種ガスを収容するガス源と、前記ガス源に収容された前記第2種のガスを前記タンク内に供給するための供給ラインと、前記タンク内の気体を排出するための排出ラインと、前記タンク内の圧力を測定するための圧力測定部と、前記ガス置換装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記タンク内の圧力を縦軸とし、経過時間を横軸とし、前記タンク内の圧力の変化を表したグラフを生成し、前記排出ラインによる前記気体の排出を行っている際に前記グラフにおいて変曲点が現れた時点で、前記供給ラインを用いた前記第2種のガスの供給に切り替える。
上記他の一実施形態のガス置換装置によれば、制御部が、気体の排出速度が比較的高い範囲において気体の排出を行うことで、タンク内を第2種のガスで置換する時間を短縮できる。
(4) According to another embodiment, there is provided a gas replacement device that replaces the first type gas accommodated in the tank with the second type gas so that the pressure in the tank becomes less than a predetermined value. Provided. The gas replacement device includes a gas source for storing the second type gas, a supply line for supplying the second type gas stored in the gas source into the tank, and a gas in the tank. A discharge line for discharging, a pressure measuring unit for measuring the pressure in the tank, and a control unit for controlling the operation of the gas replacement device, wherein the control unit controls the pressure in the tank. When the vertical axis represents the elapsed time and the horizontal axis represents the change in pressure in the tank, and when the gas is discharged through the discharge line, an inflection point appears in the graph. Then, switching to the supply of the second type gas using the supply line.
According to the gas replacement device of the other embodiment, the control unit reduces the time for replacing the inside of the tank with the second type gas by discharging the gas in a range where the gas discharge speed is relatively high. it can.
(5)上記形態のガス置換装置であって、少なくとも前記タンクを加熱する加熱部を有し、前記制御部は、前記加熱部によって前記タンクを加熱して前記タンク内の温度を上昇させることで、前記タンクの内圧を前記所定値よりも上昇させた状態で、前記供給ラインによる前記第2種のガスの供給と、前記排出ラインによる前記気体の排出とを実行しても良い。
上記形態のガス置換装置によれば、制御部が、加熱部によってタンクの内圧を上昇させた状態で、第2種のガスの供給と気体の排出を行っている。これにより、大気圧とタンク内圧との差圧を利用した気体の排出速度を上昇できる。これにより、タンク内を第2種のガスで置換する時間をさらに短縮できる。
(5) In the gas replacement device of the above aspect, the gas replacement device includes at least a heating unit that heats the tank, and the control unit heats the tank by the heating unit to increase the temperature in the tank. The supply of the second type gas by the supply line and the discharge of the gas by the discharge line may be executed in a state where the internal pressure of the tank is raised above the predetermined value.
According to the gas replacement device of the above aspect, the control unit supplies the second type gas and discharges the gas in a state where the internal pressure of the tank is increased by the heating unit. Thereby, the gas discharge speed using the differential pressure between the atmospheric pressure and the tank internal pressure can be increased. Thereby, the time for replacing the inside of the tank with the second type gas can be further shortened.
(6)上記形態のガス置換装置であって、前記制御部は、前記第2種のガスの供給と、前記気体の排出とを繰り返し実行した後に、前記加熱部による前記タンクの加熱を停止して、前記タンク内の温度を低下させることで、前記タンクの内圧を前記所定値未満としても良い。
上記形態の水素置換装置によれば、制御部が、タンク内の温度を低下させることで容易にタンクの内圧を所定値未満にできる。
(6) In the gas replacement device according to the above aspect, the control unit repeatedly performs the supply of the second type gas and the discharge of the gas, and then stops the heating of the tank by the heating unit. Then, the internal pressure of the tank may be less than the predetermined value by lowering the temperature in the tank.
According to the hydrogen substitution apparatus of the above aspect, the control unit can easily reduce the internal pressure of the tank below a predetermined value by lowering the temperature in the tank.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガス置換方法、ガス置換装置の他、ガス置換方法やガス置換装置を用いて製造したタンク、タンクを搭載した燃料電池車両等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, in addition to a gas replacement method and a gas replacement device, a tank manufactured using the gas replacement method and the gas replacement device, and a fuel cell equipped with the tank It can be realized in the form of a vehicle or the like.
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
A.第1実施形態:
B.第2実施形態
C.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order.
A. First embodiment:
B. Second Embodiment C. Variations:
A.第1実施形態:
図1は、ガス置換の様子を示す図である。図1に示すように、タンク10は、タンク本体12と、バルブ部14とを備える。タンク10は、タンク10の位置を固定するための固定台20上に配置されている。タンク10内部の気体を排出するための排出ライン46と、第2種のガスを供給するための供給ライン44とがバルブ部14に接続されている。そして、供給ライン44を用いたタンク10への第2種のガスの供給と、排出ライン46を用いたタンク10内の気体の排出を繰り返し行うことで、タンク10内を第2種のガスで置換する。また、第2種のガスで置換後のタンク10の内圧は、1MPa未満となる。供給ライン44および排出ライン46には、それぞれラインの開閉を行うためのバルブが配置されている。なお、供給ライン44は第2種のガスを収容したガス源42に連通している。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a diagram showing a state of gas replacement. As shown in FIG. 1, the
図2は、第1実施形態のガス置換方法のフローである。このガス置換方法によって、タンク10内に収容されていた第1種のガス(例えば、不活性ガス)が、タンク10内の圧力が所定値である1MPa未満となるように第2種のガス(例えば、水素)で置換される。
FIG. 2 is a flow of the gas replacement method of the first embodiment. By this gas replacement method, the first type gas (for example, inert gas) contained in the
まず、給排工程を行う(ステップS20)。給排工程は、供給ライン44を用いた第1種のタンク10内への供給工程と、排出ライン46を用いたタンク10内の気体の排出工程とを繰り返し行う工程である。供給工程は、タンク10内の圧力が所定値(1MPa)以上である第1の設定値となるように第2種のガスを第1種のガスが収容されたタンク10内に供給する工程である。排出工程は、外部とタンク10の内圧との差圧によってタンク10内の気体を外部に排出する工程である。また、給排工程は、排出工程を行っている際に、タンク10内の圧力を縦軸とし、経過時間を横軸としたタンク10内の圧力の変化を表したグラフ(「圧力変化グラフ」、又は、「圧力変化曲線」とも呼ぶ。)において、変曲点が現れた時点で供給工程に切り替える。例えば、ガス置換方法を実行する制御装置によって、圧力変化グラフを算出し、変曲点が現れた時点で制御装置がバルブを制御することで排出工程から供給工程へと切り替える。
First, a supply / discharge process is performed (step S20). The supply / discharge process is a process in which the supply process into the
給排工程によってタンク10内が所定濃度(例えば、99.9%以上)の第2種のガスに置換された後、圧力低下工程を行う(ステップS30)。圧力低下工程は、変曲点にかかわらず排出工程を継続することでタンク10内の圧力を第1の設定値よりも低い所定値未満にまで低下させる工程である(ステップS30)。なお、タンク10内の第2種のガス(例えば、水素やヘリウム)の濃度は、例えば以下の式(1)を用いて算出できる。なお、タンク10内の第2種のガス(置換ガス)濃度は、式(1)を用いた算出の他に、濃度センサ等を用いても行うことができる。
式(1)
M2=1−(P1/P2)×(1−M1) (1)
ここで、M1は供給工程前のタンク内の第2種のガス濃度、M2は1回の供給工程後のタンク内の第2種のガス濃度、P1は供給工程後のタンク内圧力、P2は排出工程後のタンク内圧力である。
After the inside of the
Formula (1)
M2 = 1− (P1 / P2) × (1−M1) (1)
Here, M1 is the second type gas concentration in the tank before the supply process, M2 is the second type gas concentration in the tank after one supply process, P1 is the tank internal pressure after the supply process, and P2 is It is the tank internal pressure after the discharge process.
図3は、本実施形態のガス置換方法を用いた際の圧力変化グラフである。縦軸はタンク10内の圧力であり、横時間は経過時間である。図3に示すように、タンク10内の気体を排出(放出)している際に、圧力変化グラフに変曲点Q1が現れた時点(圧力P2になった時点)で、排出工程から供給工程に切り替える。この圧力変化グラフでは、1回の供給工程と1回の排出工程からなる給排工程を5回繰り返し行なった後に、圧力低下工程を行っている。ここで、第1の設定値が圧力P1であり、所定値未満の圧力は大気圧程度(0MPa)である。
FIG. 3 is a pressure change graph when the gas replacement method of the present embodiment is used. The vertical axis is the pressure in the
図4は、参考例のガス置換方法を用いた際の圧力変化グラフである。参考例のガス置換方法では、変曲点に出現に拘わらず、タンク10内圧力がP1になるまで供給工程を行い、その後、タンク10内圧力が大気圧付近(本実施形態では、0MPa)になるまで排出工程を行うことでタンク10内のガスを置換する方法である。
FIG. 4 is a pressure change graph when the gas replacement method of the reference example is used. In the gas replacement method of the reference example, the supply process is performed until the internal pressure of the
参考例のガス置換方法において、P1を2MPaとし、0MPa〜2MPaの給排工程を3回繰り返し実施して、タンク10内の空気(第1種のガス)を所定濃度のヘリウム(第2種のガス)に置換した。この場合、置換にかかった時間T1は約30分であった。なお、「置換」とは、タンク10内の置換ガス濃度が99.9%以上になることをいう。
In the gas replacement method of the reference example, P1 is set to 2 MPa, the supply / exhaust process of 0 MPa to 2 MPa is repeated three times, and the air (first gas) in the
一方、本実施形態のガス置換方法において、P1を2MPaとし、P2を0.2MPaとして給排工程を5回繰り返し実施して、タンク10内の空気(第1種のガス)を所定濃度のヘリウム(第2種のガス)に置換した。その後、圧力低下工程を行ってタンク10内圧力を0MPaとした。この場合、置換にかかった時間T2は約10分であり、参考例のガス置換方法よりも、タンク10内のガスを置換し、かつ、タンク10内の圧力を0MPaにするまでにかかった時間が短縮できた。
On the other hand, in the gas replacement method of this embodiment, P1 is set to 2 MPa, P2 is set to 0.2 MPa, and the supply / exhaust process is repeated five times, and the air (first gas) in the
また、P2を0.4MPaとして本実施形態のガス置換方法を行った場合、時間T2は12分であり、P2を0.2MPaとして本実施形態のガス置換方法を行った場合、時間T2は14分であった。 When the gas replacement method of the present embodiment is performed with P2 of 0.4 MPa, the time T2 is 12 minutes. When the gas replacement method of the present embodiment is performed with P2 of 0.2 MPa, the time T2 is 14 minutes. Minutes.
上記のごとく、本実施形態のガス置換方法では、圧力変化グラフの変曲点が現れた時点で排出工程から供給工程に切り替えている。これにより、気体の排出速度が比較的高い範囲において排出工程を行うことができるため、タンク10内を第2種のガスで置換する時間を短縮できる。
As described above, in the gas replacement method of the present embodiment, the discharge process is switched to the supply process when an inflection point of the pressure change graph appears. Thereby, since the discharge process can be performed in a range where the gas discharge speed is relatively high, the time for replacing the inside of the
B.第2実施形態:
図5は、第2実施形態のガス置換装置を説明するための図である。ガス置換装置100は、制御部90と、給排装置40と、加熱部85と、ガス源42と、を備える。制御部90は、給排装置40及び加熱部85の動作を制御する。ガス源42はタンク10内を置換するための置換ガス(第2種のガス)が所定圧(例えば、10MPa以上)で充填されている。この、ガス置換装置100は第1実施形態のガス置換方法を実施する際にも使用できる。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a diagram for explaining the gas replacement device of the second embodiment. The
給排装置40は、置換ガスである第2種のガスをタンク10に供給するための供給ライン44と、タンク10内の気体を外部へ排出するための排出ライン46と、を備える。供給ライン44は、ガス源42の第2種のガスをタンク10に供給する。排出ライン46は、タンク10内の気体を外部へ排出する。排出ライン46による排出は、第1実施形態の排出工程と同様に、タンク10外部の圧力(大気圧)とタンク10内の圧力との差圧によって行なわれる。また、供給ライン44の下流側及び排出ライン46の上流側は、バルブ部14内に位置し共通したラインである。
The supply /
供給ライン44は、バルブ62,54と、接続ポート83と、供給ポート81と、温度センサ74と、圧力センサ77とを備える。接続ポート83は、接続ポート83の上流側と下流側とを切り離し可能に構成される。供給ポート81は、供給ポート81よりも上流側と下流側とを切り離し可能に構成される。圧力センサ77は、タンク10内の圧力(内圧)を測定して、制御部90に測定結果を出力する。温度センサ74は、タンク10内の温度を測定して、制御部90に測定結果を出力する。
The
排出ライン46は、バルブ61,52と、接続ポート84と、排出ポート82と、を備える。接続ポート84は、接続ポート84の上流側と下流側とを切り離し可能に構成される。排出ポート82は、排出ポート82の上流側と下流側とを切り離し可能に構成される。
The
給排装置40はさらに、供給ライン44と排出ライン46とを接続するバイパスライン86を備える。バイパスライン86は、バルブ63、と圧力センサ71,72とを備える。給排装置40をタンク10に接続し、第2種のガスの供給及び気体の排出を行う前に、バルブ63を開弁させて、供給ライン44と排出ライン46とを第2種のガスで充填させる。なお、給排工程を行う際にはバイパスライン86はバルブ63によって遮断される。
The supply /
加熱部85は、タンク10及びタンク10に接続されているライン(配管)44,46を加熱可能に構成される。加熱部85は、例えば、ヒーターである。本実施形態では、加熱部85は、タンク10と供給ライン44を加熱する。詳細には、図5中の領域R1内を加熱する。制御部90は、給排装置40からの信号を受けて、バルブ62,54,52,61を制御することで、タンク10内への第2種のガスの供給、及び、タンク10内からの気体の排出を制御する。
The
図6は、第2実施形態のガス置換方法のフローである。このガス置換方法によって、タンク10内に収容された第1種のガス(本実施形態ではヘリウム)が、タンク10内の圧力が1MPa未満となるように第2種のガス(本実施形態では、窒素)で置換される。
FIG. 6 is a flow of the gas replacement method of the second embodiment. By this gas replacement method, the first type gas (in this embodiment, helium) accommodated in the
このガス置換方法は、制御部90によって実行される。ガス置換方法は、加熱工程を備える(ステップS10)。加熱工程は、加熱部85によってタンク10及び供給ライン44を加熱して、供給ライン44内、及び、タンク10内を常温(15℃)よりも高い温度(例えば、85℃〜100℃)になるまで昇温させる。タンク10内が昇温することで、タンク10内の圧力が膨張により上昇する。例えば、タンク10内の圧力が0.8MPaから1MPaへと上昇する。なお、加熱工程では、少なくともタンク10内が昇温すれば良い。
This gas replacement method is executed by the
ステップS10の後に、給排工程を行う(ステップS20a)。給排工程は、供給ライン44を用いた第2種のガスのタンク10内への供給と、排出ライン46を用いたタンク10内の気体の排出とを繰り返し行う工程である。ステップS20は、供給ライン44内、及び、タンク10内を常温(15℃)よりも高い温度(例えば、85℃〜100℃)に昇温させた状態で行なわれる。給排工程は、例えば、タンク10内の圧力が1MPa〜3MPaの範囲で行う。
After step S10, a supply / discharge process is performed (step S20a). The supply / discharge process is a process of repeatedly supplying the second type gas into the
ステップS20によってタンク10内が第2種のガスで置換された後に、圧力低下工程を行う(ステップS30a)。圧力低下工程は、タンク10内の圧力を1MPa未満にする工程である。本実施形態では、加熱部85による加熱を停止し、給排装置40及びタンク10を常温(例えば15℃)にまで低下させることで圧力低下工程を行う。タンク10内の温度を低下させることで、タンク10内の圧力が加熱前(ステップS10より前)の圧力にまで低下する。これにより、タンク10内の圧力を1MPa未満にできる。
After the inside of the
図7は、本実施形態のガス置換方法を用いた実験結果である。本実験結果では、置換前のタンク10内には第1種のガスとしてのヘリウムが収容(充填)されており、このヘリウムを第2種のガスとしての窒素で置換する。ガス置換方法の各工程の詳細は以下の通りである。
FIG. 7 shows the experimental results using the gas replacement method of the present embodiment. In this experimental result, helium as the first type gas is accommodated (filled) in the
ステップS10において、供給ライン44内及びタンク10内を常温(15℃)から高温(85℃〜100℃の範囲)まで昇温させる。これにより、タンク10内が熱膨張によって内圧が0.8MPaから1MPaへと増加する。次に、3MPa〜1MPaの範囲で給排工程を繰り返し行う。すなわち、ステップS10の後、内圧が3MPaになるまで窒素をタンク10内に供給する。内圧が3MPaになると供給工程を停止し、内圧が1MPaになるまで排出工程を行う。タンク10内が窒素で置換した後に、圧力低下工程を行う。すなわち、加熱部85による加熱を停止して、タンク10内を常温(15℃)にまで低下させることで、タンク10内の圧力を1MPa未満にする。なお、冷風などをタンク10に吹き付けてタンク10内の温度を低下させても良い。図7に示すように、タンク10内をヘリウムで置換するまでにかかった給排工程の時間Tpは、約15分であった。
In step S10, the temperature in the
図8は、参考例のガス置換方法を用いた実験結果である。参考例のガス置換方法は、加熱部85を起動させることなく給排工程を行っている。すなわち、タンク10内温度を常温(15℃)とし、タンク10内圧力が2.5MPa〜3.0MPa付近になるまでヘリウムをタンク10内に供給し、次いでタンク10内圧力が0MPa付近になるまでタンク10内の気体を排出している。参考例のガス置換方法では、タンク10内をヘリウムで置換するまでにかかった給排工程の時間Tpは、約35分であった。
FIG. 8 shows the experimental results using the gas replacement method of the reference example. The gas replacement method of the reference example performs the supply / exhaust process without starting the
上記のように、第2実施形態のガス置換方法では、タンク10内を昇温させた状態で、給出工程を行うことで、タンク10内外の差圧を利用して行う排出工程において排出速度が低くなるタンク10内圧力が1MPa以下の領域におけるガス放出を省略できる。これにより、ガス置換時間を短縮できる。
As described above, in the gas replacement method of the second embodiment, the discharge rate is performed in the discharge step performed using the differential pressure inside and outside the
上記第2実施形態において、排出工程から供給工程に切り替える時点を、圧力変化グラフの変曲点が現れた時点としても良い。こうすることで、排出速度が高い差圧のみを利用してガス置換を行うことができるため、ガス置換時間をさらに短縮できる。この場合、制御部90は圧力変化グラフを生成する。
In the second embodiment, the time point when the discharge process is switched to the supply process may be the time point when the inflection point of the pressure change graph appears. By so doing, gas replacement can be performed using only the differential pressure with a high discharge rate, and therefore the gas replacement time can be further shortened. In this case, the
C.変形例:
なお、上記実施形態における構成要素の中の、特許請求の範囲の独立項に記載した要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、本発明の上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
C. Variations:
In addition, elements other than the elements described in the independent claims of the claims in the constituent elements in the embodiment are additional elements and can be omitted as appropriate. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
C−1.第1変形例:
上記実施形態では、置換ガス(第2種のガス)として、窒素やヘリウムを用いた例を説明したが、他のガスを用いても良い。例えば、ヘリウム等の不活性ガスによって気密試験が行なわれた高圧ガスタンクを水素で置換する場合にも適用できる。
C-1. First modification:
In the above embodiment, an example in which nitrogen or helium is used as the replacement gas (second type gas) has been described, but other gases may be used. For example, the present invention can be applied to a case where a high pressure gas tank that has been subjected to an airtight test with an inert gas such as helium is replaced with hydrogen.
10…タンク
12…タンク本体
14…バルブ部
20…固定台
40…給排装置
42…ガス源
44…供給ライン
46…排出ライン
61…バルブ
62…バルブ
63…バルブ
71…圧力センサ
74…温度センサ
77…圧力センサ
81…供給ポート
82…排出ポート
83…接続ポート
84…接続ポート
85…加熱部
86…バイパスライン
90…制御部
100…ガス置換装置
Q1…変曲点
DESCRIPTION OF
Claims (6)
(a)前記タンク内の圧力が前記所定値以上となるように前記第2種のガスを前記第1種のガスが収容された前記タンク内に供給する供給工程と、前記供給工程の後に前記タンク内の気体を外部に排出する排出工程と、を有する給排工程を複数回行う工程と、
(b)前記工程(a)の後に、前記タンク内の圧力を前記所定値未満にする工程と、を備え、
前記工程(a)は、
前記排出工程を行っている際に、前記タンク内の圧力を縦軸とし経過時間を横軸とした前記タンク内の圧力の変化を表したグラフにおいて、変曲点が現れた時点で前記供給工程に切り替える、ガス置換方法。 A gas replacement method for replacing the first type gas stored in the tank with the second type gas so that the pressure in the tank becomes less than a predetermined value,
(A) a supply step of supplying the second type gas into the tank in which the first type gas is accommodated so that a pressure in the tank is equal to or higher than the predetermined value; and after the supply step, A step of discharging the gas in the tank to the outside, and a step of performing a supply and discharge step having a plurality of times,
(B) after the step (a), the step of making the pressure in the tank less than the predetermined value,
The step (a)
In the graph showing the change in pressure in the tank with the pressure in the tank as the vertical axis and the elapsed time as the horizontal axis when performing the discharge step, the supply step when the inflection point appears Switch to the gas replacement method.
前記工程(a)は、少なくとも前記タンクを加熱して前記タンク内の温度を上昇させることで、前記タンクの内圧を前記所定値よりも上昇させた状態で行なわれる、ガス置換方法。 The gas replacement method according to claim 1,
The gas replacement method, wherein the step (a) is performed in a state where the internal pressure of the tank is raised above the predetermined value by heating at least the tank to raise the temperature in the tank.
前記工程(b)は、前記タンク内の温度を前記加熱前よりも低下させることで、前記タンクの内圧を前記所定値未満にまで低下させる工程である、ガス置換方法。 The gas replacement method according to claim 2,
The gas replacement method, wherein the step (b) is a step of lowering the internal pressure of the tank to less than the predetermined value by lowering the temperature in the tank than before the heating.
前記第2種ガスを収容するガス源と、
前記ガス源に収容された前記第2種のガスを前記第1種のガスが収容された前記タンク内に供給するための供給ラインと、
前記タンク内の気体を排出するための排出ラインと、
前記タンク内の圧力を測定するための圧力測定部と、
前記ガス置換装置の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記タンク内の圧力を縦軸とし、経過時間を横軸とし、前記タンク内の圧力の変化を表したグラフを生成し、前記排出ラインによる前記気体の排出を行っている際に前記グラフにおいて変曲点が現れた時点で、前記供給ラインを用いた前記第2種のガスの供給に切り替える、ガス置換装置。 A gas replacement device that replaces the first type gas stored in the tank with the second type gas so that the pressure in the tank becomes less than a predetermined value,
A gas source containing the second type gas;
A supply line for supplying the second type gas stored in the gas source into the tank in which the first type gas is stored;
A discharge line for discharging the gas in the tank;
A pressure measuring unit for measuring the pressure in the tank;
A control unit for controlling the operation of the gas replacement device,
The controller is
The pressure in the tank is plotted on the vertical axis, the elapsed time is plotted on the horizontal axis, and a graph representing the change in pressure in the tank is generated, and the graph changes when the gas is discharged through the discharge line. A gas replacement device that switches to the supply of the second type gas using the supply line when a bending point appears.
少なくとも前記タンクを加熱する加熱部を有し、
前記制御部は、
前記加熱部によって前記タンクを加熱して前記タンク内の温度を上昇させることで、前記タンクの内圧を前記所定値よりも上昇させた状態で、前記供給ラインによる前記第2種のガスの供給と、前記排出ラインによる前記気体の排出とを実行する、ガス置換装置。 The gas replacement device according to claim 4, further comprising a heating unit that heats at least the tank,
The controller is
In the state where the internal pressure of the tank is raised above the predetermined value by heating the tank by the heating unit and increasing the temperature in the tank, the supply of the second type gas by the supply line A gas replacement device that performs the discharge of the gas by the discharge line.
前記制御部は、
前記第2種のガスの供給と、前記気体の排出とを繰り返し実行した後に、前記加熱部による前記タンクの加熱を停止して、前記タンク内の温度を低下させることで、前記タンクの内圧を前記所定値未満とする、ガス置換装置。 The gas replacement device according to claim 5,
The controller is
After repeatedly performing the supply of the second type gas and the discharge of the gas, the heating of the tank by the heating unit is stopped and the temperature in the tank is decreased, thereby reducing the internal pressure of the tank. A gas replacement device that is less than the predetermined value.
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