JP2016155077A

JP2016155077A - 試験ガス生成装置

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Publication number: JP2016155077A
Application number: JP2015034414A
Authority: JP
Inventors: 健二秋本; Kenji Akimoto
Original assignee: Komyo Rikagaku Kogyo KK
Current assignee: Komyo Rikagaku Kogyo KK
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: JP6122890B2

Abstract

【課題】正確な水素ガス濃度で水素ガスを含有する試験ガス生成装置を提供する。
【解決手段】水素ガス流路１２と希釈ガス流路１３とを合流部１０で合流させ、合流部１０を吸引ポンプ１５で吸引して、水素ガスを水素ガス用抵抗体３２に流し、希釈ガスを希釈ガス用抵抗体３３に流して合流部１０で合流させて混合ガスを生成する。吸引ポンプ１５の吸引力の強さによって、合流部１０の混合ガスの水素ガス濃度を制御することができるので、水素ガス濃度を測定しながら吸引力を調節することで、正確な濃度の混合ガスを生成して、試験ガスとして、車載水素センサ３７に供給することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガスを所定の水素ガス濃度で含有する試験ガスを生成する試験ガス生成装置に関し、特に、簡単な構造で含有率が正確な試験ガス生成装置に関する。

現在では、水素ガスを貯蔵して燃料として用いる水素ガス自動車や、燃料電池の発電に用いてモータで走行する燃料電池自動車が実用化されつつあり、特に、燃料電池自動車には、車載水素センサがガス漏れ検知器として搭載されており、水素配管等から漏えいする水素を検知して、警報を発したり、水素容器の元弁を遮断するようになっている。

そのような車載水素センサを検査するために、水素・空気混合ガスを現場で生成し、燃料電池自動車に搭載された車載水素センサに吹きかけて、車載水素センサの動作確認を行いたいとの要求があり、現場で容易に動作確認を実施することができる試験ガス生成装置が必要とされている。
しかしながら、既存技術を使用して得られる高精度の試験ガス生成装置は、定置型の大型装置であったり、複雑な構造のため高価であったりして、現場で使用するのには不便である。

ところで、「圧縮水素ガスを燃料とする自動車の燃料装置の技術基準」(国土交通省の道路運送車両の保安基準の細目を定める告示(2006.03.31)別添100)の3.9.5 に記載された「別紙３」には、水素ガス漏れ検知器の試験に用いる試験用ガスには、「空気に水素を混合した水素濃度３．９％±０．１％のガスを用いる。」、と記載されている。

水素を含む可燃性ガスの空気中への漏えいを検知する水素センサは、自動車以外の用途、特に、化学プラントや製鉄所などにおいて従来から広く使われている。その多くは接触燃焼式あるいは半導体式によるもので、いずれも、空気雰囲気で作動するように作られている。

可燃性ガス検知器は、通常、検知対象ガスの爆発下限濃度の１／３程度に警報設定されるので、水素に関しては、爆発下限濃度４％の１／３に当たる１．３％付近が警報設定値とされてきた。この１．３％（爆発下限濃度４％の１／３）の濃度は、空気ベースなど酸素を含む容器入り標準ガスとして、安全上の制約から製造が許される上限濃度とも一致している。
したがって、自動車以外の用途における従来型の水素センサを試験あるいは校正するときには、空気ベースの水素標準ガス１．３％が広く使われてきた。

ところが、前記の技術基準によれば、燃料電池自動車に搭載された車載水素センサの試験に用いるガスは、「空気に水素を混合した水素」つまり酸素を含む水素であって、その濃度は３．９％±０．１％と規定されているので、容器入り標準ガスは製造できず、別の手段で試験ガスを用意しなければならない。

従来技術では、試験用ガスを得るために、水素ガスと希釈ガスとを混合して試験ガスを生成する際に、マスフローコントローラを使用して、所望の濃度で水素ガスを含有する試験ガスを得る技術が開発されている。

しかしながら、水素ガスの流量と希釈ガスの流量とを制御して、所望の水素ガス濃度の試験ガスを得ようとしても、正確な水素ガス濃度に調整することが困難であり、また、マスフローコントローラのコストが高いという問題がある。

試験用の標準ガスを作成する技術は、例えば下記特許文献１に記載されている。
また、マスフローコントローラを使用しない技術としては、例えば下記特許文献２に記載されている装置があるが、この装置は、供給切替器と貯留装置等を含む複雑な通気回路となるため、供給ガスの濃度が安定するまでの待ち時間が長く、安価で携帯可能な小型装置にすることは困難であった。

特開２０１２−１４１２９２号公報特許第５６７０５３０号公報

本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、本発明は、小型軽量で正確な水素ガス濃度で試験ガスを生成することができる試験ガス生成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、水素ガス源が供給する水素ガスが通る水素ガス流路と、希釈ガス源が供給する希釈ガスが通る希釈ガス流路と、前記水素ガス流路と前記希釈ガス流路とが合流する合流部と、前記水素ガス流路から流入する前記水素ガスと前記希釈ガス流路から流入する前記希釈ガスとを含有し、前記合流部で生成された混合ガスを、吸引力で吸引し、出力部に供給する吸引ポンプと、前記水素ガス流路に設けられ、前記水素ガス流路を通る前記水素ガスの流れを制限する水素ガス用抵抗体と、前記希釈ガス流路に設けられ、前記希釈ガス流路を通る前記希釈ガスの流れを制限する希釈ガス用抵抗体と、前記混合ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサと、前記吸引ポンプの前記吸引力を変化させる制御装置と、を有し、前記希釈ガスには空気が用いられ、前記希釈ガス用抵抗体の両端に生じた差圧によって、前記希釈ガス用抵抗体に前記希釈ガスが流れ、前記水素ガス用抵抗体の両端に生じた差圧によって、前記水素ガス用抵抗体に前記水素ガスが流れるように構成され、前記希釈ガス用抵抗体の両端の差圧と、前記希釈ガス用抵抗体を流れる前記希釈ガス流量の関係を示す希釈ガス流量曲線の傾きと、前記水素ガス用抵抗体の両端の差圧と、前記水素ガス用抵抗体を流れる前記水素ガス流量の関係を示す水素ガス流量曲線の傾きとが異なる数値であり、かつ、前記希釈ガス流量曲線上の接線が前記差圧と前記希釈ガス流量曲線の座標系における原点を通らず、前記座標系の流量軸との切片が正の値となるような前記希釈ガス用抵抗体であり、前記制御装置には、前記水素センサが検出した検出結果が入力され、前記制御装置は、前記水素ガス濃度が基準値になるように、前記吸引ポンプの前記吸引力を変化させる試験ガス生成装置である。
また、本発明は試験ガス生成装置であって、前記水素センサは、前記吸引ポンプが前記出力部に供給する前記混合ガスの水素ガス濃度を検出する試験ガス生成装置である。
また、本発明は試験ガス生成装置であって、前記希釈ガス源が供給する前記希釈ガスと、前記水素ガス源が供給する前記水素ガスとが、大気圧に晒された試験ガス生成装置である。
また、本発明は試験ガス生成装置であって、前記吸引ポンプは、前記水素ガス用抵抗体の両端の前記差圧と、前記希釈ガス用抵抗体の両端の前記差圧を４００Ｐａ以上の圧力にする前記吸引力で前記混合ガスを吸引するように構成された試験ガス生成装置である。

燃料電池自動車に搭載された車載水素センサを、技術基準に従って試験するときに必要とされる水素ガス濃度の試験ガスを、試験場所において容易に生成し、被試験対象である車載水素センサに供給することができる。
また、生成した試験ガスの水素濃度は測定されており、混合率を制御することができるので、混合率つまり水素ガス濃度を正確に調整することができる。

さらに、本発明によれば、一定濃度に調整された供給ガスを安定供給できる利点があり、マスフローコントローラによる流量制御で混合率を制御する場合よりも低コストで、精度も高くなる。
空気に水素を混合した試験ガスを、容器入り標準ガスでは供給されない１．３％を超える３．９％の濃度で生成し、供給することができる。

本発明の試験ガス生成装置の一例水素ガス用抵抗体の差圧と水素ガス流量の関係を示すグラフ希釈ガス用抵抗体の差圧と希釈ガス流量の関係を示すグラフ混合ガスの差圧と水素ガス濃度の計算値との関係を示すグラフ水素ガス濃度の計算値と実測値のグラフ試験ガスの水素ガス濃度を示すグラフ差圧と水素ガス流量の関係を測定する測定装置差圧と希釈ガス流量の関係を測定する測定装置 (ａ)：水素ガス源の第一の他の例 (ｂ)：水素ガス源の第二の他の例

本発明は、特に、車載水素センサの動作確認に必要な３．９％の水素・空気混合ガスを、より簡単な方法で車載水素センサに供給する試験ガス生成装置である。
ガスを流れにくくする性質を流量制限特性と呼ぶと、流量制限特性を有する二個の通気抵抗素子（通気抵抗体）と、ガス吸引手段と、水素センサと、水素センサの信号に基づきガス吸引手段の吸引能力を調整するための制御手段とを有している。

ガスが流れる流路(配管)の中で、流量制限特性を有する２点間をガスが流れるときには、流路中の２点間のガス流量は、２点間の差圧の関数になる。
差圧が微少変化するときの、ガス流量の微少変化量に対する差圧の微少変化量の比(差圧の微少変化量／ガス流量の微少変化量)の値は、流量制限特性を示しており、その値は差圧の関数であり、２点間の構造やガスの性質に基づいている。

各構成要素の内容と流路（配管）の接続については、水素ガスが流れる通気抵抗素子を水素ガス用抵抗体とし、その一端を、内部が大気圧とほぼ同じ圧力に保たれた水素ガス貯蔵装置に貯蔵された水素ガス（例えば100%水素）に接続し、希釈ガスが流れる通気抵抗素子を、希釈ガス用抵抗体として、その一端を大気圧の希釈ガス雰囲気に接続する。ここでは、希釈ガスとして空気を用い、一端を空気雰囲気に開放する。

配管の内部空間等、水素ガスが水素ガス用抵抗体を流れる流路を水素ガス流路とし、希釈ガスが希釈ガス用抵抗体を流れる流路を希釈ガス流路とすると、水素ガス流路の水素ガス用抵抗体よりも下流側の端と、希釈ガス流路の希釈ガス用抵抗体よりも下流側の端とを、合流場所で接続して、水素ガスと希釈ガスとを合流させ、合流場所で合流した水素ガスと希釈ガスとが混合された混合ガスを吸引ポンプで吸引する。

吸引手段は、混合ガスを入口側から吸引し、出口側から放出して車載水素センサに供給する。混合ガスの水素ガスの含有率である水素ガス濃度を検出する水素センサは、吸引手段の入口側に接続しても出口側に接続しても良い。なお、水素ガス濃度は、(混合ガス中の水素ガスの体積)／(混合ガスの体積) の値である。

合流場所における圧力は、大気圧に対して負圧であり、吸引手段の吸引力が制御手段の動作によって増加又は減少されることによって混合ガス中の水素ガス濃度を一定の値にすることができる。

混合ガス中の水素ガス濃度を３．９％に設定する場合を例にとると、水素ガスの流量に対する希釈ガス（空気）の流量の比率が１：２４．６になればよく、使用する吸引手段の吸引力によって設定可能な合流場所の大気圧との差圧において、流量の比率１：２４．６が得られるように、水素ガス用抵抗体と希釈ガス用抵抗体の流量制限特性を選定すればよい。

ここで、水素ガスは希釈ガス（空気）と比べて格段に粘性抵抗が小さい上、流量比も小さいため、水素ガス用抵抗体を通る水素ガスの流量は、差圧に対し原点を通る直線関係が成り立つ。一方、希釈ガス用抵抗体を通る希釈ガスの流量は、差圧に対し、非直線関係を示し、例えば、差圧４００Ｐａ以上においては、この希釈ガス流量曲線に接する直線（接線）を延長したときの流量軸（差圧＝０Ｐａ）との切片は原点を通らず、正の値となる。

つまり、水素ガス用抵抗体両端の差圧と水素ガス用抵抗体を流れる水素ガス流量との関係は、差圧がゼロの時に水素ガス流量がゼロとなる一次式として近似することができるのに対し、希釈ガス用抵抗体両端の差圧と希釈ガス用抵抗体を流れる希釈ガス流量との関係は、差圧が変化すると流量制限特性の値が変化する関係になっている。

以上の関係に基づくならば、混合ガス中の水素ガス濃度を求める場合、水素ガス流量Yhと希釈ガス流量Yaとは、変数Xと正の係数Kh，Kaと正の数値bとを用いて、次の(１)式、(２)式のように表すことができる。

Yh = Kh・X ……(１)
Ya = Ka・X+b ……(２)

Khは定数、Kaは差圧Xにおける希釈ガス流量曲線の接線の傾きであり、係数Khと係数Kaとは、差圧の変化に対する流量変化の割合を示しており、その値は、水素ガス用抵抗体と希釈ガス用抵抗体との流れやすさを示している。また、係数Khと係数Kaの逆数１／Khと１／Kaとは流量制限特性であり、流れにくさを示している。

差圧Xの値が大きくなるにつれて係数Kaの値は小さくなり、切片bの値は大きくなる。
上記(１)、(２)式は、設定された差圧Ｘ（Ｐａ）の近傍における近似式（直線式）として用いてもよい。
(１)式と(２)式とから、混合ガス中の水素ガス濃度Rは、下記の(３)式で表すことができる。

R = Yh/(Yh+Ya) = Kh・X/(Kh・X+Ka・X+b)
=Kh・X/[(Kh+Ka)・X+b] = Kh/[Kh+Ka+b/X]
……(３)

上記の(３)式から、差圧Xが大きくなるにつれて、分母が小さくなるので水素ガス濃度Rが大きくなることがわかる。逆に、差圧Xが小さくなれば、分母が大きくなり水素ガス濃度Rは小さくなる。

このように、希釈ガス流量曲線の接線の切片b値が正であるような流量制限特性をもつ希釈ガス用抵抗体を選定し使用すれば、混合ガス中の水素ガス濃度は差圧Xに依存し、吸引力の調整による水素ガス濃度の基準値への制御が可能となる。

測定した水素ガス濃度の値が、設定された基準値よりも小さい場合は、吸引力を増加させ、水素ガス濃度の値を増加させれば良く、また、測定した水素ガス濃度の値が、設定された基準値よりも大きい場合は、吸引力を減少させ、水素ガス濃度の値を減少させれば、水素ガス濃度を設定された基準値に維持することができる。

希釈ガス用抵抗体の両端に生じた差圧によって、希釈ガス用抵抗体に希釈ガスが流れ、水素ガス用抵抗体の両端に生じた差圧によって、水素ガス用抵抗体に水素ガスが流れる。希釈ガス用抵抗体に希釈ガスが流れるときに、希釈ガスは、差圧変化に対する希釈ガスの流量変化の割合が、差圧が大きくなると小さくなる性質を有していることが観察されており、そのため、差圧−希釈ガス流量の関係を示すグラフは、差圧を横軸にとったときに、上に凸になっている。
また、希釈ガス用抵抗体に流す希釈ガスの流量は、水素ガス用抵抗体に流す水素ガスの流量よりも多くなるようにされている。

図１を参照し、符号２は、本発明の試験ガス生成装置を示している。
この試験ガス生成装置２は、水素ガス源２０と、希釈ガス源２１とを有していて、水素ガス源２０は、柔軟性を有する樹脂から成る袋状の容器２８を有しており、容器２８は、水素ガス配管２２の一端である水素ガス流入部２５に接続されている。

希釈ガス源２１として、ここでは容器は用いられておらず、大気雰囲気が希釈ガス源２１にされ、希釈ガス配管２３の一端である希釈ガス流入部２６は、希釈ガス源２１である大気雰囲気中に開放されている。

水素ガス配管２２の他端と、希釈ガス配管２３の他端とは、互いに接続されており、その接続された部分を合流部１０とすると、水素ガス配管２２の水素ガス流入部２５と合流部１０との間には、水素ガス用抵抗体３２が設けられており、水素ガス源２０から供給された水素ガスは、水素ガス配管２２の内部空間と水素ガス用抵抗体３２の内部空間とで構成される水素ガス流路１２を流れ、合流部１０に流入する。

また、希釈ガス配管２３の希釈ガス流入部２６と合流部１０との間には、希釈ガス用抵抗体３３が設けられており、希釈ガス源２１から供給された希釈ガスは、希釈ガス配管２３の内部と希釈ガス用抵抗体３３の内部とで構成される希釈ガス流路１３を流れ、合流部１０に流入する。

合流部１０には、混合ガス配管２４の一端が接続されており、混合ガス配管２４の他端には、大気に開放された放出口から成る放出部２７が設けられている。
合流部１０では、流入した水素ガスと希釈ガスとが混合され、混合ガスが生成されている。

混合ガス配管２４の、合流部１０に接続された部分と放出部２７との間には、吸引ポンプ１５が設けられており、吸引ポンプ１５で合流部１０が吸引されると、合流部１０内に位置する混合ガスは、混合ガス配管２４の内部空間と、吸引ポンプ１５の内部空間とで構成された混合ガス流路１４を流れて放出部２７から放出される。

放出部２７の近傍には、検査対象の車載水素センサ３７が配置されており、放出部２７から放出された混合ガスは、車載水素センサ３７に吹き付けられ、車載水素センサ３７の混合ガスに対する検出性能を試験することができる。

ここで、水素ガス用抵抗体３２は、水素ガス流路１２を流れる水素ガスに対して、予め設定された流量制限特性を有しており、希釈ガス用抵抗体３３は、希釈ガス流路１３を流れる希釈ガスに対して、予め設定された流量制限特性を有している。

水素ガス流路１２と希釈ガス流路１３と吸引ポンプ１５よりも合流部１０側の混合ガス流路１４のうち、水素ガス用抵抗体３２と希釈ガス用抵抗体３３以外の部分の流量制限効果は、無視できるほど小さいものとすると、水素ガス流路１２を流れる水素ガスの流量は水素ガス用抵抗体３２の両端の圧力の差と、水素ガス用抵抗体３２の流量制限特性とで決まり、また、希釈ガス流路１３を流れる希釈ガスの流量は希釈ガス用抵抗体３３の両端の圧力の差と、希釈ガス用抵抗体３３の流量制限特性とで決まる。

水素ガス源２０には、高濃度(ここでは１００％)の水素ガスが充填されており、水素ガス源２０の水素ガス量が減少し、柔軟性を有する容器内の圧力が低下しようとすると、大気圧が容器を押圧して容器の容積を減少させ、容器の内部は大気圧に維持される。

また、水素ガスボンベ等から水素ガス源２０に水素ガスが注入され、柔軟性を有する容器内の圧力が上昇しようとすると、容器は大気圧に抗して膨張し、容積が増大して容器の内部は大気圧に維持される。

本発明では、吸引ポンプ１５の吸引力が変化した場合でも、水素ガス用抵抗体３２の両端の圧力の差と希釈ガス用抵抗体３３の両端の圧力の差とが等しくなるようにされている。
この例では、水素ガス用抵抗体３２と希釈ガス用抵抗体３３の両端のうち、一端は合流部１０に接続されており、水素ガス用抵抗体３２の一端と希釈ガス用抵抗体３３の一端とは、両方が、吸引ポンプ１５が動作して合流部１０を吸引したときの圧力にされている。

水素ガス用抵抗体３２と希釈ガス用抵抗体３３との他端は大気圧にされており、従って、水素ガス用抵抗体３２の両端の圧力の差と希釈ガス用抵抗体３３の両端の圧力の差とは等しくなる。

吸引ポンプ１５が動作を開始して、合流部１０を大気圧よりも低い圧力にすると、水素ガス源２０と希釈ガス源２１とから、水素ガスと希釈ガス(ここでは大気中の空気）とがそれぞれ合流部１０に供給され、合流部１０で供給された水素ガスと希釈ガスとから成る混合ガスが生成され、混合ガス流路１４を流れて、放出部２７から大気に放出される。

混合ガスが流れる混合ガス流路１４には、水素センサ１６が設けられ、水素センサ１６によって、混合ガス流路１４を流れる混合ガスの水素ガス濃度を検出するようになっている。
ここでは、混合ガス流路１４を流れる混合ガスは、水素センサ１６の内部を通過するようにされているが、混合ガスが水素センサ１６を通過しないように配置してもよい。

水素センサ１６は、混合ガス流路１４のうち、吸引ポンプ１５と放出部２７との間の位置で、混合ガス流路１４を流れる混合ガスの水素ガス濃度を検出しているが、吸引ポンプ１５と合流部１０との間を流れる混合ガスの水素ガス濃度を検出してもよい。

水素センサ１６は、制御装置１７に接続されており、検出した水素ガス濃度を示す検出結果は、水素センサ１６から制御装置１７に出力される。
制御装置１７には、予め、水素ガス濃度の基準値が記憶されている。

混合ガスの水素ガス濃度は、差圧によって変化するようになっており、制御装置１７は入力された検出結果を基準値と比較し、水素センサ１６が検出する水素ガス濃度が基準値と等しくなるように、吸引ポンプ１５の吸引力を制御し、混合ガスの水素ガス濃度を基準値に近づけると、放出部２７から放出される混合ガスの水素ガス濃度は基準値で安定し、混合ガスを試験ガスとして車載水素センサ３７に吹き付けながら、車載水素センサ３７を動作させると、車載水素センサ３７が基準値の水素ガス濃度の試験ガスに対して、正常に動作しているかどうかの確認を行うことができる。

水素ガス源２０に充填された水素ガスは減少するが、柔軟性を有する容器２８の容積が減少し、容器２８内の圧力は大気圧に維持される。
水素ガス濃度が３．９％の試験ガスの生成を求められることから、水素ガス用抵抗体３２の水素ガス流に対する流量制限特性と、希釈ガス用抵抗体３３の希釈ガス流に対する流量制限特性は、水素ガスの流量に対する希釈ガス（空気）の流量の比率が１：２４．６くらいになるように選定されている。

＜差圧と流量の測定＞
水素ガス用抵抗体３２と希釈ガス用抵抗体３３の差圧に対する流量測定は図７と図８に示す装置により行った。

水素ガス用抵抗体３２の両端の圧力の差は、差圧計３１により測定し、水素ガス用抵抗体３２を流れる水素ガスの流量は、流量計４１（石けん膜式）を用いて測定した。希釈ガス用抵抗体３３の両端の圧力の差と、希釈ガス用抵抗体３３を流れる希釈ガスの流量の測定についても同様に行った。

水素ガス用抵抗体３２の両端の圧力の差と希釈ガス用抵抗体３３の両端の圧力の差とを、差圧、とすると、測定結果と、測定結果から算出した差圧と混合ガス中の水素ガス濃度との関係を下記表１に示す。

図２は、表１の水素ガス用抵抗体３２の差圧に対する水素ガスの流量の測定値を結んだグラフであり、図３は、希釈ガス用抵抗体３３の差圧に対する希釈ガスの流量の測定値を結んだグラフである。図４は、表１の、差圧に対する混合ガスの水素ガス濃度の計算値を結んだグラフである。

次に、上記試験ガス生成装置２の合流部１０に、差圧計３１を接続し、表１に記載した差圧と同じ差圧になるように、制御装置１７によって吸引ポンプ１５を制御して混合ガスを作成し、水素センサ１６によって、水素ガス濃度を検出した。
検出した水素ガス濃度を、計算した水素ガス濃度と共に、下記表２に示す。

表２の、差圧計３１の圧力測定結果に対する水素ガス濃度との関係と、差圧に対する計算で求めた水素ガス濃度との関係を、同じ図５にそれぞれグラフとして記載した。
計算値と実測値の差異は、計算値が水素ガス用抵抗体３２と希釈ガス用抵抗体３３の両端の圧力の差に対する個別の流量測定値に基づくのに対し、実測値では、流量計４１（石けん膜式）を挿入せずに、水素ガス濃度を水素センサ１６により実測した結果であることに基づくと考えられる。石けん膜式流量計は、小さな圧力損失で微小流量を測定するのに適しているが、微小流量では、石けん膜の表面張力と重力の影響があり、流量比から求めた水素ガス濃度と流量計の挿入無しで水素ガス濃度を実測した値との差異となって現れる。
計算値と実測値のいずれの特性も、差圧を制御すること、または合流点の圧力を制御することによって、水素ガス濃度を調節することが可能であることを示している。

＜測定装置＞
表１，２の数値を求めた測定装置を説明する。
水素ガス用抵抗体３２についての、差圧と水素ガス流量の関係を得るために、図７に示すように、柔軟性を有する容器２８を水素ガス流入部２５に接続し、水素ガス流入部２５を、流量計４１を介して水素ガス用抵抗体３２の一端に接続し、他端を吸引ポンプ１５に接続する。

吸引ポンプ１５を動作させ、容器２８内に貯留された１００％の水素ガスを吸引し、流量計４１で流量を測定しながら水素ガス用抵抗体３２を通過させ、放出部２７から大気に放出させる。

水素ガス用抵抗体３２と並列に、差圧計３１を接続させておき、水素ガス用抵抗体３２に水素ガスが流れるときに、水素ガス用抵抗体３２の両端に生じる差圧を計測する。吸引ポンプ１５の吸引力を変えて、水素ガス用抵抗体３２の差圧と水素ガス流量とを測定することで、水素ガス用抵抗体３２についての、差圧と水素ガス流量の関係を得ることができる。

また、希釈ガスと希釈ガス用抵抗体３３についての、差圧と希釈ガス流量の関係を得るために、図８に示すように、大気に開放された希釈ガス流入部２６を、流量計４１を介して、希釈ガス用抵抗体３３の一端に接続し、他端を吸引ポンプ１５に接続する。
吸引ポンプ１５を動作させ、空気を希釈ガスとして、希釈ガス流入部２６から吸引し、流量計４１で流量を測定しながら希釈ガス用抵抗体３３を通過させ、放出部２７から大気に放出させる。

上記水素ガス用抵抗体３２の測定と同様に、希釈ガス用抵抗体３３と並列に、差圧計３１を接続させておき、希釈ガス用抵抗体３３に希釈ガスが流れるときに、希釈ガス用抵抗体３３の両端に生じる差圧を計測する。吸引ポンプ１５の吸引力を変えて、希釈ガス用抵抗体３３の差圧と希釈ガス流量とを測定することで、希釈ガス用抵抗体３３についての、差圧と希釈ガス流量の関係を得ることができる。

＜水素ガス濃度の検出結果＞
次に、上記試験ガス生成装置２の制御装置１７に、３．９％の水素ガス濃度を基準値として設定し、混合ガスを生成し、試験ガスとして放出部２７から放出させた。生成した混合ガスの水素ガス濃度を水素センサ１６で検出した。検出結果としての水素濃度の推移を、図６のグラフに示す。

吸引ポンプ１５が動作を開始してから約８秒経過後に検出結果は基準値と同じ水素ガス濃度になった。約１５秒経過後に水素濃度がゼロに戻ったのは、検出結果の立ち下がりを確認するために容器２８を水素ガス流入部２５から切り離し、水素ガスの供給を停止させたときの応答を示している。

＜抵抗体、ガス源＞
上記水素ガス用抵抗体３２には、内径０．３５ｍｍ、長さ３７ｍｍの注射針様のステンレス管を用いた。希釈ガス用抵抗体３３には内径１．０ｍｍ、長さ３０ｍｍの樹脂管を用いた。
このようなキャピラリチューブの他、水素ガス用抵抗体３２や希釈ガス用抵抗体３３には、ピンホールや、多孔質体を用いることができる。

以上は、水素ガス用抵抗体３２の一端と希釈ガス用抵抗体３３の一端が大気圧にされ、他端が合流部１０で同じ圧力にされていたが、合流部１０と反対側の一端は、同じ圧力にされる場合に限定されるものではなく、一定圧力が維持されれば、水素ガス用抵抗体３２の一端と希釈ガス用抵抗体３３の一端とは、異なる圧力にされていてもよい。

水素ガス源については、例えば、図９(ａ)に示す水素ガス源２０ａのように、水素吸蔵合金が内部に配置された金属容器４２を用い、水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵させておき、金属容器４２の水素ガス出口を水素ガス流入部２５に接続し、金属容器４２と水素ガス流入部２５との間の水素ガス流路に柔軟性を有する容器４３を接続する。このとき、金属容器４２内部の水素吸蔵合金から放出される水素ガスの流量は、水素ガス用抵抗体３２に流れるべき水素ガス流量よりも少しだけ大きくなるように、水素吸蔵合金の量（仕様）が適正に選定されている必要がある。このときの過剰な水素が柔軟性を有する容器４３に移行することで、水素ガス流入部２５における圧力を大気圧に保持できる。

また、図９(ｂ)に示す水素ガス源２０ｂのように、水素吸蔵合金入りの金属容器４２の水素ガス出口と水素ガス流入部２５との間の水素ガス流路の圧力を、大気に開放させるための開放部４５を設け、過剰な水素ガスを大気に開放して、水素ガス用抵抗体３２の一端が大気圧に維持されるようにして水素ガスを供給するようにしてもよい。

なお、水素ガス源２０には、１００％の水素ガスを用いる他、希釈ガスで希釈された水素ガスも用いることができるが、水素ガス源２０の水素濃度が変わると、差圧と流量の関係も変わることになるので、水素ガス用抵抗体３２と希釈ガス用抵抗体３３の流量制限特性を選定し直す必要がある。

２……試験ガス生成装置
１２……水素ガス流路
１３……希釈ガス流路
１４……混合ガス流路
１５……吸引ポンプ
１６……水素センサ
１７……制御装置
２０、２０ａ、２０ｂ……水素ガス源
２１……希釈ガス源
２８……容器
３２……水素ガス用抵抗体
３３……希釈ガス用抵抗体

Claims

水素ガス源が供給する水素ガスが通る水素ガス流路と、
希釈ガス源が供給する希釈ガスが通る希釈ガス流路と、
前記水素ガス流路と前記希釈ガス流路とが合流する合流部と、
前記水素ガス流路から流入する前記水素ガスと前記希釈ガス流路から流入する前記希釈ガスとを含有し、前記合流部で生成された混合ガスを、吸引力で吸引し、出力部に供給する吸引ポンプと、
前記水素ガス流路に設けられ、前記水素ガス流路を通る前記水素ガスの流れを制限する水素ガス用抵抗体と、
前記希釈ガス流路に設けられ、前記希釈ガス流路を通る前記希釈ガスの流れを制限する希釈ガス用抵抗体と、
前記混合ガスの水素ガス濃度を検出する水素センサと、
前記吸引ポンプの前記吸引力を変化させる制御装置と、
を有し、
前記希釈ガスには空気が用いられ、
前記希釈ガス用抵抗体の両端に生じた差圧によって、前記希釈ガス用抵抗体に前記希釈ガスが流れ、前記水素ガス用抵抗体の両端に生じた差圧によって、前記水素ガス用抵抗体に前記水素ガスが流れるように構成され、
前記希釈ガス用抵抗体の両端の差圧と、前記希釈ガス用抵抗体を流れる前記希釈ガス流量の関係を示す希釈ガス流量曲線の傾きと、前記水素ガス用抵抗体の両端の差圧と、前記水素ガス用抵抗体を流れる前記水素ガス流量の関係を示す水素ガス流量曲線の傾きとが異なる数値であり、かつ、前記希釈ガス流量曲線上の接線が前記差圧と前記希釈ガス流量曲線の座標系における原点を通らず、前記座標系の流量軸との切片が正の値となるような前記希釈ガス用抵抗体であり、
前記制御装置には、前記水素センサが検出した検出結果が入力され、
前記制御装置は、前記水素ガス濃度が基準値になるように、前記吸引ポンプの前記吸引力を変化させる試験ガス生成装置。
前記水素センサは、前記吸引ポンプが前記出力部に供給する前記混合ガスの水素ガス濃度を検出する請求項１記載の試験ガス生成装置。
前記希釈ガス源が供給する前記希釈ガスと、前記水素ガス源が供給する前記水素ガスとが、大気圧に晒された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の試験ガス生成装置。
前記吸引ポンプは、前記水素ガス用抵抗体の両端の前記差圧と、前記希釈ガス用抵抗体の両端の前記差圧を４００Ｐａ以上の圧力にする前記吸引力で前記混合ガスを吸引するように構成された請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の試験ガス生成装置。