JP2017166693A - 水素燃料補給ステーション用制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
図4aは、安全計装システム、すなわち、最終安全要素20bを制御する安全コントローラ12に入力を提供する安全測定装置18bの模式図である。従って、図4aは、安全コントローラ12により制御される安全計装システムに関連するのみであるが、プロセスコントローラ13により制御される基本プロセス制御システムの類似の模式図も存在する。測定装置18bと最終要素20bが好ましくは接続されるI/Oモジュールは例示されていない。これらのI/Oモジュールは、好ましくは、ケーブルを介して、安全コントローラ12のI/Oモジュールに接続される。
そのため、安全計装システム(SIS)は、容認できないプロセス条件が検出されたときに、プロセスの安全状態を維持するように設計されている。SISに関連する計装機器(Instrumentation)及び制御機器は、基本プロセス制御システムとは独立して作動する。
このSIFは、燃料補給の特別なフェイズ、すなわち、受取り容器2の圧力と、ディスペンサ14、例えば、水素ライン21における水素の圧力と、の間の圧力均等化ステップの間の安全として意図されている。
このSIFは、ユーザが燃料補給を開始した後10秒開く作動のウィンドウにおいて、HRSの作動をトリップできるのみであるべきである。これは、弁ポジショナで、安全コントローラ12により検出できる。従って、圧力均等化の作動のウィンドウは、例えば、質量流量が検出され、基準が満たされたときに開始でき、安全コントローラ12が、ディスペンサノード弁(Dispenser Node Valve)及びディスペンサノズル弁(Dispenser Nozzle Valve)が共に閉じた位置であることを検出したときに終了される。
そのような制御は、例えば、60秒以内に圧力が均等化されない場合に、水素の流量を停止することを含むことができる。
このSIFは、燃料補給の特別なフェイズ、すなわち、ホース燃料補給漏洩チェックの間の安全として意図されている。
このSIFは、プロセスコントローラ13と安全コントローラ12が、水素ライン21における流量を検出したときに開く作動のウィンドウにおいて、HRS1の作動をトリップできるのみであるべきである。ウィンドウは、漏洩チェックが完了したときに閉じる。
このSIFのロジックは、弁V4の位置を監視する弁ポジショナV4posと、圧力トランスデューサP2と、温度トランスデューサT1を含む安全測定装置18bからの入力を必要とする。これらの入力に基づいて、安全コントローラ12は、弁V3を含む最終安全要素20bを制御する。
そのような制御は、例えば、1バール及び50℃の違いが第1の圧力/温度チェックと、例えば2秒の時間間隔をおいた、第2の圧力/温度チェックとの間にあるときに、弁V3を閉じることを含むことができる。
このSIFは、燃料補給の特別なフェイズ(主要燃料補給状態)の間の安全として意図され、安全コントローラ12が必要な燃料補給パラメータを判定したときに開き、燃料補給完了状態になったとき、すなわち、弁ポジショナが、ホース及びノズルの水素の放出を容易にする放出弁が開いていると測定したときに閉じる作動のウィンドウにおいて、トリップができるのみであるべきである。
このSIFのロジックは、ノズル圧力トランスミッタからの入力を必要とし、この圧力が上方及び下方閾値の間であることを監視する。上方閾値を超えると、安全コントローラは、HRS1の作動をトリップする。圧力が、下方閾値を下回ると、ポーズタイマーが作動していない限り、HRS1の作動はトリップされる。主要燃料補給状態の最初の5秒間を除いて、ノズル圧力が1/2×平均圧力傾斜率より小さい圧力増加を体験すると、ポーズタイマーが指定され、すなわち、ノズル圧力の測定及び格納が一時中断される。ポーズタイマーがオンの間、上方及び下方圧力許容誤差(Upper and Lower Pressure Tolerance)は一定に保たれ、圧力は、HRS1の作動のトリップを容易にすることなく、閾値以下に低下できる。
ポーズタイマーは、ディスペンサ供給圧力トランスミッタが、1/2×平均圧力傾斜率を超える圧力増加を体験すると停止され、上方及び下方圧力許容誤差の展開がここで再開される。例えば、20から35秒後に、ポーズタイマーがタイムアウトとなる場合、HRS1の作動がトリップされると好適である。更に、ノズル圧力から、一時中断中(例えば、水素供給の変更を容易にするための間)の間に測定された圧力を差し引いた圧力の絶対値が、100バールよりも小さく、ノズル圧力が、下方閾値未満である場合で、ポーズタイマーが停止されてから、例えば、最大10秒が経過するときも、HRS1の作動はトリップされる。これにより、例えば、バンクシフトの間に最初に気付かれる、燃料補給中の漏洩の徴候が得られる。
この安全計装機能は、燃料補給の特別なフェイズ(主要燃料補給状態)の間の安全として意図され、作動のウィンドウにおいてトリップができるのみであるべきであり、作動のウィンドウは、燃料補給パラメータの状態(Refueling Parameter State)(平均圧力傾斜率と目標圧力のような燃料補給を開始するために必要なパラメータが判定される状態)の後、30秒開き、燃料補給完了又は停止状態(Complete or stop Refueling State)(燃料補給が終了した状態)に入ると、閉じる。
この安全計装機能は、ノズル温度測定装置から入力を得るので、ノズル温度が、現在の冷却区分に対する上限を超えた場合、「より熱い」冷却区分への変更が開始され、この変更について信号がプロセスコントローラ13に提供される。ノズル温度が、上限を2回超えると、安全コントローラ12がHRS1の作動をトリップすることが行われ、プロセスコントローラ13は通知される。
このSIFは、平均圧力傾斜率の閾値に関連する圧力を監視し、一時中断及び冷却区分の変更、及びバンクスイッチは、閾値の通常の時間依存展開を変更する可能性があるので、SIFは、平均圧力傾斜率の閾値を継続的に更新しなければならない。
このSIFの意図は、車両の燃料補給の間の圧力が、平均圧力傾斜率を定義する指定閾値を外れた場合は、これは、HRSの作動のトリップ、又は、ある期間の後に自動的にリセットされる燃料補給プロセスの少なくとも停止という結果にしなければならないということである。
このSIFは、燃料補給の特別なフェイズ(主要燃料補給状態)の間の安全として意図され、安全コントローラ12が、平均圧力傾斜率又は目標圧力のような必要な燃料補給パラメータを判定したときに開き、燃料補給完了状態(Complete Refueling State)になったとき、すなわち、例えば、ホース及びノズルから水素を放出する放出弁がプロセスコントローラ13により開けられたときに閉じる作動のウィンドウにおいてトリップができるのみであるべきである。
このSIFのロジックは、好ましくは、SIFの第4の例において上述したノズル圧力センサとは異なるノズル圧力センサからの入力を必要とする。このSIFのロジックは、同じ出力を有する、上述した第4の例のロジックのロジックとして作動する。
このSIFの意図は、プロセスコントローラ13が燃料補給の目標圧力から許容誤差を差し引いた圧力への到達に対する行動に失敗した場合に、HRS1の作動のトリップを強制するということである。目標圧力から許容誤差を差し引いたものは、燃料補給の成功する終了を決定する1つの手段である。
このSIFのロジックは圧力トランスミッタ(例えば、ディスペンサ圧力供給トランスミッタと目標圧力)である。安全コントローラ12は、目標圧力のルックアップテーブル値を読まなければならず、安全コントローラは、目標圧力のルックアップテーブル値を、例えば、事前冷却温度区分の変更により、燃料補給充填シーケンスの間に変更できるということを知っていなければならない。従って、SIFは、ルックアップテーブル値をその作動のウィンドウ内で実行し、従って、SIFは、ルックアップ値を、圧力測定値と比較するだけである。
ディスペンサ圧力供給トランスミッタが目標圧力を超えた場合は、HRS1の作動はトリップされる。しかし、安全コントローラ12が、通信が途絶え、ディスペンサ圧力供給トランスミッタが、通信が途絶えたときの、車両との通信なしの燃料補給において容認される目標圧力よりも高いことを記録すると、10秒間待つ。この10秒の間に、圧力が50バールを超えて降下した場合は、プロセスコントローラ13は、燃料補給完了状態に入ったと仮定され、このSIFはもはやアクティブではなくなる。
このSIFによるHRS1のトリップは、コンプレッサの作動をトリップすることを含み、幾つかの安全最終要素20bは、閉じられて、HRS1における異なる位置での水素流量を停止する。更に、プロセスコントローラ13は通知される。このSIFからのトリップは、手動によるリセットが必要である。
このSIFは、質量流量がある限界を超えたときにウィンドウが閉じる作動のウィンドウ内で作動する。質量流量は、各パルスに対して、瞬間的にはゼロとは異なってよいが、しかし、25g/sを超える定常質量流量のみが、首尾よく達成される圧力均等化状態を示すべきである。このSIFの意図は、開始圧力が安全範囲内であることを確実にすることであって、そうでない場合は、燃料補給を拒絶しなければならない。
このSIFは、燃料補給の特別なフェイズ(圧力均等化状態)の間の安全として意図され、燃料補給要求(Refueling Request)の後25秒開き、25g/sより高い質量流量が、1から5秒の間一貫して記録されるときに閉じる作動のウィンドウにおいてHRS1の作動をトリップできるのみであるべきである。
このSIFのロジックは、圧力供給圧力を測定する圧力センサからの入力を必要とし、ディスペンサを通しての、質量流量に関連する安全コントローラからの入力を必要とする。下記のシーケンスが、燃料補給手順が作動ウィンドウ内のときに行われる。
例えば、60秒でタイマーを開始する。
ディスペンサ供給圧力トランスミッタ測定値が安全範囲、例えば、5バールから700バールの範囲外の場合は、HRS1の作動はトリップされ、プロセスコントローラ13は通知される。
例えば、60秒後のタイムアウトが、質量流量基準(例えば、2秒間の25g/s)を記録することなく経過すると、HRS1の作動はトリップされ、プロセスコントローラ13は通知される。
このSIFは、例えば、60秒後に自動でリセットできる。
2 受取り容器
3 車両
4 水素供給ネットワーク
5 外部水素ストレージ
6 内部水素ストレージ
7 一時的水素ストレージ
8 コンプレッサ
9 冷却システム
10 制御及び監視システム
11 HRS筐体
12 安全コントローラ
13 プロセスコントローラ
14 ディスペンサ
15 ホース
16 ノズル
17 供給ライン
18 測定装置
18a プロセス測定装置(Vp1、P1s)
18b 安全測定装置(UI、P1p)
19 水素ライン
20 最終要素
20a 最終プロセス要素(V1)
20b 最終安全要素(V2)
21 水素ライン
22a、22b、22c 通信ライン
A 水素ラインにおける圧力測定領域
Claims (31)
- 車両(3)の容器(2)を水素で充填するための水素燃料補給ステーション(HRS)(1)であって、前記水素燃料補給ステーション(1)は、
水素供給源と、
前記車両(3)の前記容器(2)に流体的に接続可能な、水素取出し口と、
基本プロセス制御システムであって、プロセスコントローラ(13)と、複数のプロセス測定装置(18a)と、複数の最終プロセス要素(20a)と、前記水素燃料補給ステーション(1)の作動の監視及び制御を容易にする、関連する複数の基本プロセス制御機能と、を備える、基本プロセス制御システムと、
を備え、
前記水素燃料補給ステーション(1)は、更に、安全計装システムを備え、前記安全計装システムは、安全コントローラ(12)と、複数の安全測定装置(18b)と、複数の最終安全要素(20b)と、関連する複数の安全計装機能と、を備え、
前記最終プロセス要素(20a)と前記最終安全要素(20b)との少なくとも1つは、関連する前記プロセスコントローラ(13)又は関連する前記安全コントローラ(12)それぞれの制御のもとで、前記水素燃料補給ステーション(1)の前記作動のトリップを容易にしている、
水素燃料補給ステーション(1)。 - 基本プロセス制御機能の数は、安全計装機能の数よりも大きい、
請求項1に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全計装機能は、前記基本プロセス制御機能に入力を提供している、
請求項1又は2に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記基本プロセス制御機能への入力が、前記水素燃料補給ステーション(1)の作動のモードを変更するために、好ましくは、前記水素燃料補給ステーション(1)の作動を停止するために、使用されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラ(12)と前記プロセスコントローラとは、独立しているマイクロプロセッサを備えている、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記車両の前記容器を充填するときの前記水素の温度は、マイナス10℃より低く、好ましくは、マイナス30℃よりも低く、最も好ましくは、マイナス33℃とマイナス43℃との間である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記車両の前記容器の燃料補給の端部側における前記水素の圧力は、500バール以上、好ましくは、750バール以上、最も好ましくは、875バール以下である、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記水素燃料補給ステーション(1)は、車両(3)の容器(2)を水素で充填することを容易にし、前記水素燃料補給ステーション(1)は、
水素供給源と、
前記車両(3)の前記容器(2)に接続可能な、水素取出し口と、
前記水素燃料補給ステーション(1)の前記作動を監視及び制御するように構成されている、プロセスコントローラ(13)と、
を備え、
第1のパラメータの値は、プロセス測定装置(18a)により測定され、前記水素燃料補給ステーション(1)を制御するための前記プロセスコントローラ(13)への入力として使用され、
前記プロセスコントローラ(13)による前記水素燃料補給ステーション(1)の前記制御は、前記第1のパラメータのプロセス評価に基づいて前記水素燃料補給ステーション(1)の前記作動を停止することを含み、
前記水素燃料補給ステーション(1)は、安全コントローラ(12)を更に備え、前記安全コントローラ(12)は、前記水素燃料補給ステーション(1)の複数のパラメータを監視し、前記水素燃料補給ステーション(1)を少なくとも部分的に制御するように構成されており、
前記第1のパラメータの前記値は、安全測定装置(18b)によっても測定され、前記安全コントローラ(12)への入力として使用され、
前記安全コントローラ(12)は、前記第1のパラメータの安全評価を行い、
前記安全コントローラ(12)の前記制御は、前記第1のパラメータの前記値の前記安全評価に基づいて、最終安全要素(20b)の状態を変更することにより、前記水素燃料補給ステーション(1)の、作動の通常モードから作動の非通常モードへの変化を容易にしている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記プロセス測定装置及び安全測定装置(18a、18b)により測定される第1のパラメータは、前記水素供給源と前記水素取出し口との間の水素流路において測定され、前記第1のパラメータは、圧力、水素の流量、弁の位置、温度、及び時間を含むリストから選択されている、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記プロセスコントローラ(13)と前記安全コントローラ(12)との間の通信は、前記安全コントローラ(12)から前記プロセスコントローラ(13)への一方向である、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラ(12)は、第1のパラメータの値の安全評価がその限界を超えていると判断されていると同時に、前記水素燃料補給ステーション(1)が通常作動モードで作動されている場合、前記プロセスコントローラ(13)に停止信号を通信する、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記プロセスコントローラと前記安全コントローラとは、同じ最終要素(20)を制御している、
請求項1〜11のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記プロセス測定装置及び安全測定装置(18a、18b)は、第1のパラメータを、同じ位置で監視している、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記プロセス測定装置及び安全測定装置(18a、18b)は、同じ筐体内に位置している、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラ(12)は、前記水素燃料補給ステーション(1)の通常作動の間は、常にアクティブである、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラ(12)は、作動不可とすることができる、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラ(12)は、前記プロセスコントローラ(13)の安全レベル以上の安全レベルである、
請求項1〜16のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全測定装置(18b)は、前記プロセス測定装置(18a)の安全レベル以上の安全レベルである、
請求項1〜17のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記プロセス測定装置と安全測定装置(18a、18b)とは、異なる製品である、
請求項1〜18のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 作動の通常モードから非通常モードへの変化は、少なくとも1つの最終安全要素(20b)により、前記水素燃料補給ステーション(1)の前記作動をトリップすることにより行われている、
請求項1〜19のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記水素燃料補給ステーション(1)の前記トリップは、前記安全コントローラ(12)単独により作動される最終安全要素(20b)によって行われている、
請求項1〜20のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラ(12)により行われる第1のパラメータの値の安全評価は、前記値が、定義された閾値を超えるか、又は下回るか、を監視することを備えている、
請求項1〜21のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 閾値が、前記水素燃料補給ステーション(1)の作動中に動的に決定されている、
請求項1〜22のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラ(12)は、前記水素燃料補給ステーション(1)の前記作動のトリップに使用される最終プロセス要素(20a)の制御を行っている、
請求項1〜23のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラのプログラムソフトウェアは、前記プロセスコントローラのプログラムソフトウェアとは異なっている、
請求項1〜24のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全コントローラのプログラムソフトウェアは、複数の安全計装機能を実現している、
請求項1〜25のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記複数の安全計装機能は、作動のための個々のウィンドウを有している、
請求項1〜26のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 前記安全計装機能は、過剰水素流量監視、スタートアップ燃料補給漏洩チェック、水素供給圧力監視、冷却区分モニタ、水素中間圧力監視、目標圧力監視、車両開始圧力監視を含むリストから選択されている、
請求項1〜27のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)。 - 請求項1〜28のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)を、車両(3)の容器(2)に燃料補給するために使用する、使用。
- 水素燃料補給ステーション(1)の安全計装システムの安全コントローラにおける実現のための安全計装機能を決定する方法であって、前記方法は、
水素燃料補給ステーション(1)を制御するために必要な制御機能を、前記安全コントローラにより制御される安全計装機能と、基本プロセスコントローラにより制御される非安全計装機能とに分割するステップと、
前記安全計装機能を監視するために、前記安全コントローラに対して必要とされる入力を決定するステップと、
前記安全コントローラが、前記安全計装機能を制御することを可能とするために、前記安全コントローラから必要とされる出力を決定するステップと、
を備える、
方法。 - 少なくとも部分的には安全コントローラにより制御される、請求項1〜28のいずれか1項に記載の水素燃料補給ステーション(1)であって、
前記安全コントローラにより行われる制御は、少なくとも1つの安全計装機能に基づいている、
水素燃料補給ステーション(1)。
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