JP2023130036A - estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、推定装置に関する。 The present invention relates to an estimation device.
従来から、混合ガスに含まれる化学種の濃度を推定する推定装置が知られている。推定装置は、例えば、二酸化炭素と水素の化学反応によってメタンガスを製造するメタン製造プロセスに適用され、二酸化炭素と水素を含む混合ガスの組成を把握するために用いられる。このようなメタン製造プロセスにおいて、メタンガスの品質を安定させるためには、ガス濃度測定装置を用いて混合ガス中の二酸化炭素の濃度と水素の濃度を連続的に測定し、これらの濃度が所定の範囲から外れている場合には、新たに二酸化炭素や水素を追加し、濃度を制御する必要がある。 BACKGROUND ART Estimating devices that estimate the concentration of chemical species contained in a mixed gas have been known. The estimation device is applied, for example, to a methane production process that produces methane gas through a chemical reaction between carbon dioxide and hydrogen, and is used to grasp the composition of a mixed gas containing carbon dioxide and hydrogen. In such a methane production process, in order to stabilize the quality of methane gas, a gas concentration measuring device is used to continuously measure the concentration of carbon dioxide and hydrogen in the mixed gas. If it is outside the range, it is necessary to add new carbon dioxide or hydrogen and control the concentration.
しかしながら、ガス濃度測定装置は、測定対象ガスの濃度が明らかになるまで数十秒程度の時間がかかる場合がある。上述のメタン製造プロセスの場合、混合ガス中の二酸化炭素の濃度や水素の濃度に急激な変化があると、濃度の制御が追い付かず、メタンガスの品質が安定しないおそれがある。 However, with the gas concentration measuring device, it may take several tens of seconds until the concentration of the gas to be measured becomes clear. In the case of the above-mentioned methane production process, if there is a sudden change in the concentration of carbon dioxide or hydrogen in the mixed gas, the concentration may not be able to be controlled and the quality of the methane gas may not be stable.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、推定装置において、混合ガスに含まれる化学種の濃度を短時間で推定する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a technique for estimating the concentration of chemical species contained in a mixed gas in a short time using an estimation device.
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。 The present invention has been made to solve at least part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、異なる2種の化学種Aおよび化学種Bを含む混合ガスの組成を推定する推定装置が提供される。この推定装置は、前記混合ガスの供給源からガスタンクに供給されるガスの前記ガスタンクの入口におけるガスの表示流量である入口表示流量Qdisplay_tank_inを検出する入口流量検出部と、前記ガスタンクの出口におけるガスの表示流量である出口表示流量Qdisplay_tank_outを検出する出口流量検出部と、前記ガスタンク内の圧力の計測値であるタンク圧計測値Ptankを検出する圧力検出部と、前記ガスタンク内の温度の計測値であるタンク温計測値Ttankを検出する温度検出部と、前記入口表示流量Qdisplay_tank_inと、前記出口表示流量Qdisplay_tank_outと、前記タンク圧計測値Ptankと、前記タンク温計測値Ttankとを用いて、前記ガスタンクの入口における前記化学種Aの濃度XA_tank_inと前記化学種Bの濃度XB_tank_in、前記ガスタンク内の前記化学種Aの濃度XA_tankと前記化学種Bの濃度XB_tank、前記ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_in、および、前記ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_out、のうちの少なくとも1つを推定する推定部と、を備える。 (1) According to one embodiment of the present invention, an estimation device is provided that estimates the composition of a mixed gas containing two different types of chemical species A and chemical species B. This estimating device includes an inlet flow rate detection unit that detects an inlet display flow rate Q display_tank_in that is a display flow rate of gas at the inlet of the gas tank of the gas supplied from the mixed gas supply source to the gas tank; an outlet flow rate detection unit that detects an outlet display flow rate Q display_tank_out that is a display flow rate of , a pressure detection unit that detects a tank pressure measurement value P tank that is a measurement value of the pressure in the gas tank, and a pressure detection unit that measures the temperature in the gas tank. a temperature detection unit that detects the tank temperature measurement value T tank , the inlet display flow rate Q display_tank_in , the outlet display flow rate Q display_tank_out , the tank pressure measurement value P tank , and the tank temperature measurement value T tank . The concentration of the chemical species A at the inlet of the gas tank X A_tank_in and the concentration of the chemical species B X B_tank_in , the concentration of the chemical species A in the gas tank X A_tank and the concentration of the chemical species B X B_tank , and an estimator that estimates at least one of an actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank and an actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank.
この構成によれば、推定部は、入口流量検出部の入口表示流量Qdisplay_tank_inと、出口流量検出部の出口表示流量Qdisplay_tank_outと、圧力検出部のタンク圧計測値Ptankと、温度検出部のタンク温計測値Ttankとを用いて、ガスタンク内の化学種Aの濃度XA_tankと化学種Bの濃度XB_tankなどを推定する。これにより、例えば、測定対象ガスの濃度が明らかになるまで数十秒程度の時間がかかるガス分析計に比べ、比較的短時間で化学種の濃度を推定することができる。 According to this configuration, the estimating unit receives the inlet display flow rate Q display_tank_in of the inlet flow rate detection unit, the outlet display flow rate Q display_tank_out of the outlet flow rate detection unit, the tank pressure measurement value P tank of the pressure detection unit, and the temperature detection unit The concentration of chemical species A in the gas tank, X A_tank , the concentration of chemical species B, X B_tank, etc. in the gas tank is estimated using the tank temperature measurement value T tank . As a result, the concentration of chemical species can be estimated in a relatively short time, compared to, for example, a gas analyzer that takes several tens of seconds to determine the concentration of the gas to be measured.
(2)上記形態の推定装置において、前記推定部は、式(1)と式(2)とを用いて、前記ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_in[slm]を推定し、式(3)と式(4)とを用いて、前記ガスタンクの入口における前記化学種Aの濃度XA_tank_in[mol%]と前記化学種Bの濃度XB_tank_in[mol%]とを推定してもよい。
Vtank:ガスタンクの内容積[L]
R:気体定数[J/K-mol]
t:現在時刻[s]
Δt:推定装置の制御周期[s]
Creal_tank_in:現在時刻での入口流量検出部の制御定数[-]
Ccalib_tank_in:キャリブレーション時の入口流量検出部の制御定数[-]
CA_tank_in:入口流量検出部の化学種Aについての制御定数[-]
CB_tank_in:入口流量検出部の化学種Bについての制御定数[-]
この構成によれば、推定部は、タンク圧計測値Ptankの時間変化に基づいて、ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_inを推定し、推定したガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_inと入口表示流量Qdisplay_tank_inとに基づいて、ガスタンクの入口における化学種Aの濃度XA_tank_inと化学種Bの濃度XB_tank_inとを推定することができる。
(2) In the estimating device of the above embodiment, the estimating unit estimates the actual flow rate Q real_tank_in [slm] at the inlet of the gas tank using equation (1) and equation (2), and uses equation (3) and The concentration X A_tank_in [mol%] of the chemical species A and the concentration X B_tank_in [mol%] of the chemical species B at the inlet of the gas tank may be estimated using equation (4).
V tank : Internal volume of gas tank [L]
R: Gas constant [J/K-mol]
t: Current time [s]
Δt: Control period of estimation device [s]
C real_tank_in : Control constant of inlet flow rate detection unit at current time [-]
C calib_tank_in : Control constant of inlet flow rate detection section during calibration [-]
C A_tank_in : Control constant for chemical species A in the inlet flow rate detection section [-]
C B_tank_in : Control constant for chemical species B in the inlet flow rate detection section [-]
According to this configuration, the estimation unit estimates the actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank based on the time change of the measured tank pressure value P tank , and combines the estimated actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank and the displayed inlet flow rate Q. display_tank_in , the concentration X A_tank_in of chemical species A and the concentration X B_tank_in of chemical species B at the inlet of the gas tank can be estimated.
(3)上記形態の推定装置において、前記推定部は、式(5)を用いて、前記ガスタンクの入口における前記化学種Aの濃度XA_tank_in[mol%]と前記化学種Bの濃度XB_tank_in[mol%]とを推定してもよい。
(4)上記形態の推定装置において、前記推定部は、式(6)を用いて、前記出口流量検出部の制御定数Creal_tank_out[-]を推定し、式(7)を用いて、前記ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_out[slm]を推定してもよい。
CB_tank_out:出口流量検出部の化学種Bについての制御定数[-]
Ccalib_tank_out:キャリブレーション時の出口流量検出部の制御定数[-]
この構成によれば、現在時刻での出口流量検出部の制御定数Creal_tank_outと、キャリブレーション時の出口流量検出部の制御定数Ccalib_tank_outとの比とに基づいて、ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_outを推定することができる。これにより、式(2)を用いて、ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_inを容易に推定することができる。
(4) In the estimating device of the above embodiment, the estimating section estimates the control constant C real_tank_out [-] of the outlet flow rate detection section using Equation (6), and estimates the control constant C real_tank_out [-] of the outlet flow rate detection section using Equation (7). The actual flow rate Q real_tank_out [slm] at the outlet of may be estimated.
C B_tank_out : Control constant for chemical species B of the outlet flow rate detection section [-]
C calib_tank_out : Control constant of outlet flow rate detection section during calibration [-]
According to this configuration, the actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank is calculated based on the ratio between the control constant C real_tank_out of the outlet flow rate detection unit at the current time and the control constant C calib_tank_out of the outlet flow rate detection unit at the time of calibration. can be estimated. Thereby, the actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank can be easily estimated using equation (2).
(5)上記形態の推定装置において、前記推定部は、式(8)を用いて、前記ガスタンク内のガスのモル数ntank[-]を推定し、式(9)と式(10)とを用いて、前記ガスタンク内の前記化学種Aの濃度XA_tank[mol%]と前記化学種Bの濃度XB_tank[mol%]とを推定してもよい。
(6)上記形態の推定装置において、前記ガスタンクの出口の下流に設けられ、前記化学種Aと前記化学種Bのうちの一方を含むガスを供給する調整ガス供給部と、前記ガスタンク内の前記化学種Aの濃度XA_tankと前記化学種Bの濃度XB_tank、前記ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_in、および、前記ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_outの少なくとも1つに応じて、前記調整ガス供給部が供給するガスの流量を変更する制御部と、を備えてもよい。この構成によれば、制御部は、推定されるガスタンク内の化学種Aの濃度XA_tankと化学種Bの濃度XB_tankなどを用いて、調整ガス供給部が供給するガスの流量を変更する。これにより、比較的短時間で測定対象ガスの濃度などを推定することができるため、ガスの濃度が急激に変化しても迅速に所望の濃度とすることができる。 (6) In the estimating device of the above embodiment, a regulating gas supply section that is provided downstream of the outlet of the gas tank and supplies a gas containing one of the chemical species A and the chemical species B; The adjusted gas supply is performed according to at least one of the concentration X A_tank of the chemical species A, the concentration X B_tank of the chemical species B, the actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank, and the actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank. The control unit may also include a control unit that changes the flow rate of gas supplied by the unit. According to this configuration, the control unit changes the flow rate of the gas supplied by the adjustment gas supply unit using the estimated concentration X A_tank of chemical species A and the estimated concentration X B_tank of chemical species B in the gas tank. This makes it possible to estimate the concentration of the gas to be measured in a relatively short period of time, so that even if the concentration of the gas changes rapidly, it can be quickly brought to a desired concentration.
(7)上記形態の推定装置において、前記調整ガス供給部は、前記化学種Aを含むガスを供給し、前記制御部は、前記調整ガス供給部が供給する前記化学種Aのガスの流量を、式(11)を用いて算出される流量に変更してもよい。
C:制御定数(-)
ξtarget:化学種A/化学種Bの目標値(-)
この構成によれば、制御部は、ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_outと、化学種A/化学種Bの目標値ξtargetを用いて、調整ガス供給部が供給する化学種Aのガスの流量を変更することができる。したがって、比較的容易に化学種Aのガスの濃度を所望の濃度とすることができる。
(7) In the estimation device of the above embodiment, the adjustment gas supply section supplies a gas containing the chemical species A, and the control section controls the flow rate of the gas of the chemical species A supplied by the adjustment gas supply section. , the flow rate may be changed to one calculated using equation (11).
C: Control constant (-)
ξ target : Target value of chemical species A/chemical species B (-)
According to this configuration, the control unit uses the actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank and the target value ξ target of chemical species A/chemical species B to determine the flow rate of the gas of chemical type A supplied by the adjustment gas supply unit. can be changed. Therefore, the concentration of the chemical species A gas can be set to a desired concentration relatively easily.
(8)上記形態の推定装置において、前記調整ガス供給部は、前記化学種Bを含むガスを供給し、前記制御部は、前記調整ガス供給部が供給する前記化学種Bのガスの流量を、式(12)を用いて算出される流量に変更してもよい。
この構成によれば、制御部は、ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_outと、化学種A/化学種Bの目標値ξtargetを用いて、調整ガス供給部が供給する化学種Bのガスの流量を変更することができる。したがって、比較的容易に化学種Bのガスの濃度を所望の濃度とすることができる。
(8) In the estimation device of the above embodiment, the adjustment gas supply section supplies a gas containing the chemical species B, and the control section controls the flow rate of the gas of the chemical species B supplied by the adjustment gas supply section. , the flow rate may be changed to the flow rate calculated using equation (12).
According to this configuration, the control unit uses the actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank and the target value ξ target of chemical species A/chemical species B to determine the flow rate of the gas of chemical species B supplied by the adjustment gas supply unit. can be changed. Therefore, the concentration of the chemical species B gas can be set to a desired concentration relatively easily.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、推定装置を含む混合ガス供給システム、これら装置およびシステムの制御方法、これら装置およびシステムにおいてガス濃度の推定方法を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various aspects, such as a mixed gas supply system including an estimation device, a method for controlling these devices and systems, and a method for estimating gas concentration in these devices and systems. It can be realized in the form of a computer program, a server device for distributing the computer program, a non-temporary storage medium storing the computer program, and the like.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の推定装置の概略構成を示す模式図である。本実施形態の推定装置1は、二酸化炭素(CO2)と水素(H2)との混合ガスから、メタン(CH4)を生成するメタン生成システム5に含まれる。メタン生成システム5は、混合ガス供給部6と、ガスタンク7と、メタン化反応器8と、推定装置1と、を備える。混合ガス供給部6は、CO2とH2とからなる混合ガスを、ガスタンク7と推定装置1とを介して、メタン化反応器8に供給する。推定装置1は、メタン化反応器8に供給される混合ガスの組成(CO2濃度とH2濃度との組み合わせ)が、CO2とH2とのいずれもが過不足なく安定して反応する組成となるように制御する。これにより、メタン化反応器8は、安定した高品質のCH4を生成することができる。すなわち、推定装置1は、混合ガスの組成が時間的に変化しないように、ガス濃度の変動を緩和し、かつ、安定化させる機能を有する。
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an estimation device according to a first embodiment. The
推定装置1は、第1の流路11と、第2の流路12と、入口流量検出部21と、出口流量検出部22と、圧力計23と、温度計24と、調整ガス供給部31と、供給流路32と、制御部40と、を備える。推定装置1は、推定される混合ガスのCO2濃度とH2濃度に基づいて、調整ガス供給部31が供給する調整ガスを用いて、第2の流路12を流れる混合ガスの組成を調整する。
The
第1の流路11は、混合ガス供給部6とガスタンク7とを接続する流路であって、混合ガス供給部6が供給する混合ガスが流れる。第1の流路11を流れる混合ガスは、ガスタンク7で一時的に貯留されることで、整流されるとともに均質化される。第2の流路12は、ガスタンク7とメタン化反応器8とを接続し、ガスタンク7に貯留されている混合ガスをメタン化反応器8に供給する。
The
入口流量検出部21は、第1の流路11に設けられる熱式質量流量計(T-MFM)である。入口流量検出部21は、第1の流路11を流れるガスとの熱伝達による温度変化を検出し、第1の流路11を流れるガスの流量を算出する。ここで、入口流量検出部21が算出する流量を「入口表示流量」とする。入口流量検出部21は、後述する制御部40と電気的に接続しており、算出する「入口表示流量」を制御部40に出力する。
The inlet flow
出口流量検出部22は、第2の流路12に設けられる熱式質量流量計である。出口流量検出部22は、第2の流路12を流れるガスとの熱伝達による温度変化を検出し、第2の流路12を流れるガスの流量を算出する。ここで、出口流量検出部22が算出する流量を「出口表示流量」とする。出口流量検出部22は、制御部40と電気的に接続しており、算出する「入口表示流量」を制御部40に出力する。
The outlet flow
圧力計23は、ガスタンク7に設けられ、ガスタンク7内の圧力を検出する。ここで、圧力計23が検出する圧力を「タンク圧計測値」とする。圧力計23は、制御部40と電気的に接続しており、検出した「タンク圧計測値」を制御部40に出力する。
The
温度計24は、ガスタンク7に設けられて、ガスタンク7内の温度を検出する。ここで、温度計24が検出する温度を「タンク温計測値」とする。温度計24は、制御部40と電気的に接続しており、検出した「タンク温計測値」を制御部40に出力する。
The
調整ガス供給部31は、供給流路32を介して、第2の流路12に接続されている。調整ガス供給部31は、制御部40と電気的に接続されている。本実施形態では、調整ガス供給部31は、CO2ガスとH2ガスとを別々に貯留しており、制御部40の指令に応じて、第2の流路12に、CO2ガスまたはH2ガスのいずれかを供給する。なお、調整ガス供給部31は、CO2ガスまたはH2ガスのいずれか一方を貯留していてもよい。
The adjustment
制御部40は、ハードディスクなどから構成される記憶媒体と、ROMに格納されているコンピュータプログラムをRAMに展開して実行するCPUと、を有する。制御部40は、入口流量検出部21と、出口流量検出部22と、圧力計23と、温度計24と、調整ガス供給部31と、電気的に接続している。制御部40は、入口流量検出部21の表示流量と、出口流量検出部22の表示流量と、圧力計23の検出値と、温度計24の検出値と、を用いて、ガスタンク7の入口におけるCO2濃度とH2濃度、ガスタンク7内のCO2濃度とH2濃度、ガスタンク7の入口の混合ガスの実流量、および、ガスタンクの出口の混合ガスの実流量のうちの少なくとも1つを推定する。制御部40は、ガスタンク7内のCO2濃度とH2濃度、ガスタンク7の入口の混合ガスの実流量、および、ガスタンク7の出口の混合ガスの実流量の少なくとも1つに応じて、調整ガス供給部31が供給するガスの流量を変更する。
The control unit 40 includes a storage medium such as a hard disk, and a CPU that expands a computer program stored in a ROM into a RAM and executes it. The control unit 40 is electrically connected to the inlet flow
次に、本実施形態のガス組成制御方法の詳細を説明する。本実施形態のガス組成制御方法は、メタン生成システム5において、CH4の生成を開始するとき、混合ガス供給部6が供給するCO2とH2との混合ガスの組成を制御する。これにより、メタン化反応器8には、所定の組成となった混合ガスが供給されるため、メタン化反応器8は、濃度が一定の安定した品質のCH4を生成することができる。本実施形態のガス組成制御方法は、ガスタンク7内の混合ガスの組成を推定するガス組成推定方法と、推定されたガスタンク7内の混合ガスの組成を用いて、メタン化反応器8に供給される混合ガスの組成を調整するガス組成調整方法と、から構成されている。
Next, details of the gas composition control method of this embodiment will be explained. The gas composition control method of the present embodiment controls the composition of the mixed gas of CO 2 and H 2 supplied by the mixed
図2は、ガス組成制御方法の第1のフローチャートであって、ガス組成推定方法のフローチャートである。ガス組成推定方法は、メタン生成システム5において、CH4の生成を開始するとき、開始される。ガス組成推定方法では、最初に、直前のガスタンク7内の組成および圧力を取得する(ステップS11)。ステップS11では、制御部40は、ガス組成制御方法が開始される直前のガスタンク7内の組成および圧力を初期値として取得する。本実施形態では、制御部40は、ガス組成制御方法がスタートする前に測定されているガスタンク7内のCO2の濃度とH2の濃度、および、タンク圧計測値を取得する。
FIG. 2 is a first flowchart of the gas composition control method, and is a flowchart of the gas composition estimation method. The gas composition estimation method is started when the
ステップS11において制御部40が取得するガスタンク7内の組成および圧力は、現在時刻をt[s]とし、推定装置1の制御周期をΔt[s]とすると、以下のように表すことができる。なお、ここでは、便宜的に、ガス組成制御方法をスタートする前の時刻を、現在時刻から推定装置1の制御周期を差し引いた時間とする。ステップS11では、制御部40は、推定装置1に関する設定値として、ガスタンク7の内容積Vtank[L]も取得する。
ガスタンク7内のCO2モル濃度:XCO2_tank(t-Δt)[mol%]
ガスタンク7内のH2モル濃度:XH2_tank(t-Δt)[mol%]
タンク圧検出値:Ptank[kPa]
The composition and pressure inside the
CO2 molar concentration in gas tank 7: X CO2_tank (t-Δt) [mol%]
H2 molar concentration in gas tank 7: X H2_tank (t-Δt) [mol%]
Tank pressure detection value: P tank [kPa]
次に、スタート前のガスタンク7内の組成から、ガスタンク出口のガスの実流量を推定する(ステップS12)。ステップS12では、制御部40は、最初に、ステップS11で取得した初期値のうち、ガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tank(t-Δt)とH2モル濃度XH2_tank(t-Δt)とに基づいて、式(6)を用いて、現在時刻tでの出口流量検出部22の変換係数Creal_tank_out[-]を推定する。
ここで、熱式質量流量計の変換係数について説明する。熱式質量流量計は、一般的に、流量を測定される対象ガスの流れに対して、対象ガスの大部分が流れる主流路と、対象ガスの残りが流れるバイパス流路を備えている。熱式質量流量計は、バイパス流路を流れる対象ガスが、熱式質量流量計に内蔵されている発熱体から熱を運び去る程度に基づいて流量を算出する。このため、熱式質量流量計には、主流路とバイパス流路との分流比と対象ガスの定圧比熱との関係に応じて、対象ガスの種類ごとに、キャリブレーションを行い、流量を算出するための変換係数が設定される。言い換えれば、熱式質量流量計は、対象ガスの種類が変わると変換係数が異なることとなる。そこで、本実施形態では、組成が変化する混合ガスに対応するように、式(6)を用いて、ガスの組成に応じて、熱式質量流量計の変換係数を算出する。式(6)によって算出される現在時刻tでの出口流量検出部22の変換係数Creal_tank_outは、時刻tにおいて第2の流路12を流れるガスの流量を測定するための変換係数を時刻(t-Δt)での変換係数によって示している。本実施形態の熱式質量流量計の変換係数は、特許請求の範囲に記載の「制御定数」に相当する。
Here, the conversion coefficient of the thermal mass flowmeter will be explained. A thermal mass flowmeter generally includes a main flow path through which most of the target gas flows, and a bypass flow path through which the remainder of the target gas flows. The thermal mass flow meter calculates the flow rate based on the extent to which the target gas flowing through the bypass channel carries away heat from the heating element built into the thermal mass flow meter. For this reason, thermal mass flowmeters must be calibrated for each type of target gas to calculate the flow rate, depending on the relationship between the division ratio between the main flow path and the bypass flow path and the constant pressure specific heat of the target gas. Conversion coefficients are set for In other words, the thermal mass flowmeter has a different conversion coefficient depending on the type of target gas. Therefore, in this embodiment, the conversion coefficient of the thermal mass flowmeter is calculated according to the composition of the gas using equation (6) so as to correspond to a mixed gas whose composition changes. The conversion coefficient C real_tank_out of the outlet flow
ステップS12では、さらに、式(6)によって推定された現在時刻tでの出口流量検出部22の変換係数Creal_tank_outに基づいて、式(7)を用いて、ガスタンク出口の混合ガスの実流量Qreal_tank_out[slm]を推定する。
次に、ガスタンク7内の圧力変化から、ガスタンク7内のガスのモル数変化量を推定する(ステップS13)。ステップS13では、制御部40は、圧力計23のタンク圧計測値Ptank[kPa]に基づいて、式(1)を用いて、ガスタンク7内のガスのモル数変化量Δntank[mol]を推定する。
次に、ガスタンク出口のガスの実流量と、ガスタンク7内のモル数変化量から、ガスタンク入口のガスの実流量を推定する(ステップS14)。ステップS14では、制御部40は、ステップS12で推定したガスタンク出口のガスの実流量Qreal_tank_outと、ステップS13で推定したガスタンク7内のモル数変化量Δntankとに基づいて、式(2)を用いて、ガスタンク入口のガスの実流量Qreal_tank_in[slm]を推定する。
次に、ガスタンク入口のガスの実流量と、入口流量検出部21の入口表示流量とに基づいて、現在時刻での入口流量検出部21の変換係数を推定する(ステップS15)。ステップS15では、制御部40は、ステップS14で推定したガスタンク入口のガスの実流量Qreal_tank_inと、入口流量検出部21の入口表示流量Qdisplay_tank_in[slm]とから、式(3)を用いて、現在時刻tでの入口流量検出部21の変換係数Creal_tank_in[-]を求める。
次に、現在時刻での入口流量検出部21の変換係数に基づいて、ガスタンク入口のガスの組成を推定する(ステップS16)。ステップS16では、制御部40は、ステップS15で推定された現在時刻tでの入口流量検出部21の変換係数Creal_tank_inに基づいて、式(4)と式(5)を用いて、ガスタンク入口のCO2モル濃度XCO2_tank_in(t-Δt)[mol%]と、H2モル濃度XH2_tank_in(t-Δt)[mol%]を推定する。なお、式(5)は、混合ガスは、CO2ガスとH2ガスのみから構成されていることを示す式である。
次に、ガスタンク7内の圧力検出値と、ガスタンク7内のモル数変化量と、ガスタンク入口のガスの組成とに基づいて、ガスタンク7内の組成を推定する(ステップS17)。ステップS17では、制御部40は、最初に、タンク圧計測値Ptank[kPa]に基づいて、式(8)を用いて、ガスタンク7内のモル数ntank[mol]を推定する。
ステップS17では、ガスタンク7内のモル数変化量Δntank[mol]と、ガスタンク入口のガスの組成(ガスタンク入口のCO2モル濃度XCO2_tank_in(t-Δt)とH2モル濃度XH2_tank_in(t-Δt))とに基づいて、式(9)と式(10)とを用いて、ガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tank(t)[mol%]とH2モル濃度XH2_tank(t)[mol%]を推定する。
図2に示すガス組成推定方法は、ステップS17まで進むと、推定装置1の制御周期Δtが経過した(ステップS18)のち、再びガスタンク出口のガスの実流量Qreal_tank_outを推定する(ステップS12)。この場合、ガスタンク出口のガスの実流量Qreal_tank_outを推定するために必要な「直前のガスタンク7内の組成」は、ステップS12に進む前のステップS17で推定したガスタンク7内のCO2モル濃度Xco2_tankとH2モル濃度XH2_tankが用いられる。
When the gas composition estimation method shown in FIG. 2 proceeds to step S17, the control period Δt of the
図3は、ガス組成制御方法の第2のフローチャートであって、ガス組成調整方法のフローチャートである。ガス組成調整方法は、上述したステップS17においてガスタンク7内のガスの組成が推定されると、その推定結果に応じて、調整ガス供給部31が調整ガスを第2の流路12に供給する。
FIG. 3 is a second flowchart of the gas composition control method, and is a flowchart of the gas composition adjustment method. In the gas composition adjustment method, when the composition of the gas in the
ガス組成調整方法では、最初に、ガスタンク7内のガスの組成から第2の流路12に供給する化学種の流量を算出する(ステップS19)。ステップS19では、制御部40は、ステップS17で推定されたガスタンク7内のCO2モル濃度Xco2_tankとH2モル濃度XH2_tankと、ステップS12で推定されたガスタンク出口におけるガスの実流量Qreal_tank_outとに基づいて、式(11)を用いてCO2ガスの流量、および、式(12)を用いてH2ガスの流量のいずれかの流量を算出する。
次に、所定の化学種のガスを第2の流路12に供給する指令を調整ガス供給部31に出力する(ステップS20)。ステップS20では、制御部40は、ステップS19において算出した流量に基づいて、第2の流路12に供給する指令を調整ガス供給部31に出力する。具体的には、ステップS20において算出されたCO2ガスの流量QCO2、または、H2ガスの流量QH2のいずれかを第2の流路12に供給する。これにより、メタン化反応器8に供給されるガスの組成をH2/CO2の目標値の組成とすることができる。
Next, a command to supply a predetermined chemical type of gas to the
次に、本実施形態の推定装置1によるガス組成推定方法の効果について説明する。ここでは、本実施形態のガス組成推定方法によって推定されたガスの組成の時間変化と、実際のガスの組成の時間変化とを実験によって測定し、比較した。
Next, the effects of the gas composition estimation method using the
図4は、第1実施形態のガス組成推定方法の評価試験の結果を説明する図である。図4には、横軸に時間を示し、縦軸にガスタンク7内のH2/CO2(=XH2_tank/Xco2_tank)が示されている。図4では、ガスタンク7内のH2/CO2の計測値(真値)を実線で示し、本実施形態のガス組成推定方法による推定値を点線で示している。図4に示すように、推定値は、計測値が上下するタイミングで同じように上下することが明らかとなった。したがって、本実施形態のガス組成推定方法は、ガスタンク7内のH2/CO2を良好に予測することができることが明らかとなった。
FIG. 4 is a diagram illustrating the results of an evaluation test of the gas composition estimation method of the first embodiment. In FIG. 4, the horizontal axis shows time, and the vertical axis shows H 2 /CO 2 (=X H2_tank /X co2_tank ) in the
化学反応によってガス製品を製造する製造プロセスでは、化学反応によって生成される生成ガスの品質を高いレベルで維持するには、化学反応の原料ガスの組成を精密に制御しておく必要がある。例えば、メタン生成プロセスにおいて生成されるCH4ガスは、原料ガスのH2/CO2の値の影響を強く受ける。具体的には、原料ガスのH2/CO2が4.0であってCO2転化率が99%の場合、生成ガス中のCH4濃度は、95%となる。しかしながら、H2/CO2が4.1のときには、CO2転化率が99%であっても、生成ガス中のCH4濃度は、87%まで低下する。このように、生成ガスの品質を保障するには、原料ガスの組成を詳細に制御し、かつ、安定化させることが必要である。 In manufacturing processes that produce gas products through chemical reactions, it is necessary to precisely control the composition of the raw material gas for the chemical reaction in order to maintain a high quality of the gas produced by the chemical reaction. For example, CH 4 gas produced in a methane production process is strongly influenced by the H 2 /CO 2 value of the raw gas. Specifically, when the H 2 /CO 2 ratio of the raw material gas is 4.0 and the CO 2 conversion rate is 99%, the CH 4 concentration in the generated gas is 95%. However, when H 2 /CO 2 is 4.1, the CH 4 concentration in the produced gas decreases to 87% even if the CO 2 conversion rate is 99%. As described above, in order to ensure the quality of the produced gas, it is necessary to precisely control and stabilize the composition of the raw material gas.
また、対象とする化学反応が、原料ガスとして、二種以上の化学種のガスを必要な場合、それぞれの化学種のガスが必ずしも別々に独立して供給されるとは限らない。場合によっては,化学種のガスが既に混合された混合ガスが原料として化学反応装置に供給される場合もある。この場合、混合ガスの組成が目的とする化学反応にとって適したものであり、かつ、時間的に安定していれば、混合ガスを反応器に直接供給すればよい。しかしながら、例えば、他のプロセスから排出されるガスを有効利用しようとする場合、そのような条件は満たされにくく、混合ガスの組成は、時間的に変動するため、何かしらの方法で調整する必要がある。 Further, when the target chemical reaction requires gases of two or more chemical species as raw material gases, the gases of each chemical species are not necessarily supplied separately and independently. In some cases, a mixed gas in which chemical gases have already been mixed may be supplied to the chemical reaction device as a raw material. In this case, if the composition of the mixed gas is suitable for the intended chemical reaction and is stable over time, the mixed gas may be directly supplied to the reactor. However, for example, when trying to effectively utilize gases emitted from other processes, such conditions are difficult to meet, and the composition of the mixed gas changes over time, so it is necessary to adjust it in some way. be.
図5は、比較例の推定装置の概略構成を示す模式図である。図5に示す化学反応システム2は、混合ガス供給部6と、ガスタンク7と、メタン化反応器8の他に、推定装置90を備える。比較例の推定装置90は、第1マスフローコントローラ(第1MFC)91と、ガス分析計92と、調整ガス供給部93と、第2マスフローコントローラ(第2MFC)94と、を備える。化学反応システム2では、第2の流路12を流れる混合ガスの組成をガス分析計92によって計測し、計測結果と混合ガスのH2/CO2の目標値との差分に応じて第1マスフローコントローラ91と調整ガス供給部93が供給する混合ガスの流量を調整する第2マスフローコントローラ94とを制御する。これにより、メタン化反応器8に供給される混合ガスの組成をH2/CO2の目標値とする。しかしながら、ガス分析計92によるガス濃度の測定は、計測遅れが生じやすい。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an estimation device of a comparative example. The
図6は、比較例のガス組成推定方法の特性を説明する図である。一般的に、ガス分析計は、分析結果を同定するまでに数十秒の時間を要する(図6(a)に示す「計測遅れ」)このため、混合ガスのH2/CO2の変化が、図6(a)の時刻t1から時刻t2までの間ように急峻であった場合、誤った情報に基づいて調整ガスを供給するおそれがあり、メタン化反応器8の入口でH2/CO2の変動が残存する(図6(b)の符号A1)。H2/CO2の変動が残存すると、混合ガスの組成が目的とする化学反応にとって適した数値になりにくく、また、安定もしない。 FIG. 6 is a diagram illustrating the characteristics of the gas composition estimation method of the comparative example. Generally, a gas analyzer takes several tens of seconds to identify the analysis result (“measurement delay” shown in Figure 6(a)). Therefore, changes in H 2 /CO 2 in the mixed gas , if the period from time t1 to time t2 in FIG. 2 fluctuations remain (symbol A1 in FIG. 6(b)). If fluctuations in H 2 /CO 2 remain, it is difficult for the composition of the mixed gas to reach a value suitable for the intended chemical reaction, and it is also not stable.
また、連続的にガスの濃度を計測可能なガス分析計は、一般的に高価である。さらに、ガス分析計は、反応器に供給されるガスの一部を抜き出す必要があるため、抜き出した原料ガスを排気すると原料ガスの損失につながる。また、一般的に、ガス分析計内部での濃度の計測は、大気圧で行われるため、抜き出した原料ガスをリサイクルするには、ブロアやコンプレッサなどを用いて再度昇圧する必要となる。このため、動力が必要となり、エネルギの損失が発生する。 Furthermore, gas analyzers that can continuously measure gas concentration are generally expensive. Furthermore, since the gas analyzer needs to extract a portion of the gas supplied to the reactor, exhausting the extracted raw material gas leads to loss of the raw material gas. Furthermore, since the concentration inside the gas analyzer is generally measured at atmospheric pressure, in order to recycle the extracted raw material gas, it is necessary to raise the pressure again using a blower, compressor, or the like. Therefore, power is required and energy loss occurs.
以上説明した、本実施形態の推定装置1によれば、制御部40は、入口流量検出部21の入口表示流量Qdisplay_tank_inと、出口流量検出部22の出口表示流量Qdisplay_tank_outと、圧力計23のタンク圧計測値Ptankと、温度計24のタンク温計測値Ttankとを用いて、ガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tankとH2モル濃度XB_tankなどを推定する。これにより、測定対象ガスの濃度が明らかになるまで数十秒程度の時間がかかるガス分析計に比べ、比較的短時間で測定対象ガスの濃度を推定することができる。
According to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、混合ガスの流量を熱式質量流量計である入口流量検出部21と出口流量検出部22によって検出し、ガスタンク7内の圧力を圧力計23で検出する。熱式質量流量計と圧力計は、ガス分析計と異なる、計測遅れがサブ秒オーダーで十分に小さい。このため、ガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tankとH2モル濃度XB_tankなどは、計測遅れが小さくなり、ガス組成制御方法によるH2/CO2制御にも遅れが発生しにくい。したがって、メタン化反応器8に供給される混合ガスの組成を安定させることができる。
Further, according to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、入口流量検出部21と出口流量検出部22として用いられる熱式質量流量計は、ガス分析計に比べて安価である。これにより、より安価に、ガス濃度の推定装置を作ることができる。
Furthermore, according to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、入口流量検出部21と出口流量検出部22として用いられる熱式質量流量計は、混合ガスの一部を用いて流量を検出するものの、検出に用いられた混合ガスは、メタン化反応器8に供給される。これにより、混合ガスの一部を廃棄するガス分析計と異なり、ガス濃度の推定によって原料となる混合ガスの損失は発生しない。さらに、熱式質量流量計は、混合ガスの流れをそのまま利用して流量を検出するため、一般的に常圧でガス濃度の検出を行うガス分析計に比べ、ガス濃度の検出に用いたガスを昇圧する必要がない。したがって、より経済的にCH4ガスを生成することができる。
Furthermore, according to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、制御部40は、式(1)および式(2)を用いて、タンク圧計測値Ptankの時間変化に基づいて、ガスタンク7の入口の実流量Qreal_tank_inを推定する。制御部40は、式(3)および式(4)を用いて、推定したガスタンク7の入口の実流量Qreal_tank_inと入口表示流量Qdisplay_tank_inとに基づいて、ガスタンク7の入口のCO2モル濃度XCO2_tank_inとH2モル濃度XH2_tank_inとを推定する。これにより、入口流量検出部21と圧力計23とを用いることで、容易に、ガスタンク7の入口の混合ガスの組成を推定することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、混合ガスは、CO2のガスとH2のガスとの2種類のガスから構成されていることから、式(4)に加えて、CO2モル濃度とH2モル濃度とを足すと100となる式(5)を用いて、ガスタンクの入口における化学種Aの濃度XA_tank_inと化学種Bの濃度XB_tank_inとを推定することができる。このように、2種の化学種のガスからなる混合ガスでは、容易に混合ガスの組成を推定することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、式(6)および式(7)を用いて、現在時刻での出口流量検出部22の制御定数Creal_tank_outと、キャリブレーション時の出口流量検出部22の変換係数Ccalib_tank_outとの比に基づいて、ガスタンク7の出口の実流量Qreal_tank_outを推定することができる。これにより、式(2)を用いて、ガスタンク7の入口の実流量Qreal_tank_inを容易に推定することができる。
According to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、制御部40は、式(8)を用いて、ガスタンク内のガスのモル数ntankを推定する。さらに、制御部40は、式(9)および式(10)を用いて、ガスタンク7の入口のCO2モル濃度XCO2_tank(t-Δt)とH2モル濃度XH2_tank(t-Δt)とに基づいて、ガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tank(t)とH2モル濃度XH2_tank(t)とを推定することができる。これにより、直前のガスタンク7の入口の混合ガスの組成を用いて、現在時刻のガスタンク7内の混合ガスの組成を推定することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、制御部40は、推定されるガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tank(t)とH2モル濃度XH2_tank(t)などを用いて、調整ガス供給部31が供給するガスの流量を変更する。これにより、推定装置1は、比較的短時間で測定対象ガスの濃度などを推定することができるため、ガスの濃度が急激に変化しても迅速に所望の濃度とすることができる。
Further, according to the
また、本実施形態の推定装置1によれば、制御部40は、ガスタンク7の出口の実流量Qreal_tank_outと、H2/CO2の目標値ξtargetを用いて、調整ガス供給部31が供給するCO2のガスやH2のガスの流量を変更することができる。したがって、比較的容易に、混合ガスのH2/CO2をH2/CO2の目標値とすることができる。
Further, according to the
<本実施形態の変形例>
本発明は上記の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態様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。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the spirit thereof. For example, the following modifications are also possible.
[変形例1]
上述の実施形態では、式(1)から式(10)を用いて混合ガスの組成を推定し、式(11)と式(12)とを用いて混合ガスの組成を制御するとした。しかしながら、混合ガスのガス組成推定方法、および、ガス組成制御方法は、これに限定されない。例えば、式(1)から式(4)までを用いて、ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_inと、ガスタンク入口のCO2モル濃度XCO2_tank_in(t-Δt)と、H2モル濃度XH2_tank_in(t-Δt)を推定し、式(9)および式(10)を用いて、ガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tank(t)とH2モル濃度XH2_tank(t)を推定してもよい。
[Modification 1]
In the embodiment described above, the composition of the mixed gas is estimated using equations (1) to (10), and the composition of the mixed gas is controlled using equations (11) and (12). However, the method for estimating the gas composition of the mixed gas and the method for controlling the gas composition are not limited to this. For example, using equations (1) to (4), the actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank, the CO 2 molar concentration X CO2_tank_in (t-Δt), and the H 2 molar concentration X H2_tank_in (t -Δt), and then the CO 2 molar concentration X CO2_tank (t) and the H 2 molar concentration X H2_tank (t) in the
[変形例2]
上述の実施形態では、入口表示流量Qdisplay_tank_inと、出口表示流量Qdisplay_tank_outと、タンク圧計測値Ptankと、タンク温計測値Ttankとを用いて、ガスタンク7内の混化学種Aの濃度XA_tankと化学種Bの濃度XB_tankを推定するとした。推定装置は、ガスタンクの入口における化学種Aの濃度XA_tank_inと化学種Bの濃度XB_tank_in、ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_in、ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_outの推定にのみ用いられてもよい。
[Modification 2]
In the embodiment described above, the concentration X of the mixed species A in the
[変形例3]
上述の実施形態では、タンク温計測値Ttankは、ガスタンク7に設けられている温度計24によって検出するとした。ガスタンク7の温度は、推定装置1の環境温度と一致するため、環境温度をタンク温計測値Ttankとしてもよい。
[Modification 3]
In the embodiment described above, the tank temperature measurement value T tank is detected by the
[変形例4]
上述の実施形態では、入口流量検出部21および出口流量検出部22のそれぞれについて、CO2およびH2についての変換係数(CCO2_tank_out、CH2_tank_out、CCO2_tank_in、CH2_tank_in)は、熱式質量流量計の製造者から提供されるとした。しかしながら、変換係数は、これに限定されない。推定装置1におけるガスの組成の推定において、推定精度を向上させるために、調整してもよい。通常、製造者から提供される変換係数は、定常状態での使用を想定しているため、熱式質量流量計を使用する現場において調整することで、推定装置1の推定精度を向上させることができる。具体的には、入口流量検出部21および出口流量検出部22のそれぞれの変換係数Ccalib_tank_out、CA_tank_out、CB_tank_out、C calib_tank_in、C A_tank_in、C B_tank_inは、推定値と図4に示すような濃度の真値とを比較することで値を調整することが可能である。
[Modification 4]
In the above-described embodiment, the conversion coefficients for CO 2 and H 2 (C CO2_tank_out , C H2_tank_out , C CO2_tank_in , C H2_tank_in ) for each of the inlet flow
[変形例5]
上述の実施形態では、入口流量検出部21および出口流量検出部22として、熱式質量流量計を用いるとしたが、熱式質量流量計に流量制御機能を追加したマスフローコントローラ(T-MFC)を使用してもよい。T-MFCは、内部に調整弁が追加されており、調整弁の開度を調整して表示流量を一定に保つように動作する(したがって、組成が変動する条件では、実流量は一定に保たれない)。T-MFCの表示流量は、T-MFMと同じ原理で検出されるため、T-MFCを用いても、T-MFCの表示流量から、ガスタンク7内のCO2モル濃度XCO2_tankとH2モル濃度XB_tankなどを推定することができる。
[Modification 5]
In the above embodiment, a thermal mass flowmeter is used as the inlet flow
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 Although the present aspect has been described above based on the embodiments and modified examples, the embodiments of the above-described aspect are for facilitating understanding of the present aspect, and do not limit the present aspect. This aspect may be modified and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and this aspect includes equivalents thereof. Furthermore, if the technical feature is not described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
1…推定装置
6…混合ガス供給部
7…ガスタンク
21…入口流量検出部
22…出口流量検出部
23…圧力計
24…温度計
31…調整ガス供給部
40…制御部
Qdisplay_tank_in…入口表示流量
Qdisplay_tank_out…出口表示流量
Qreal_tank_in…ガスタンク入口の実流量
Qreal_tank_out…ガスタンク出口の実流量
XCO2_tank_in…ガスタンク入口のCO2モル濃度
XH_tank_in…ガスタンク入口のH2モル濃度
XCO2_tank…ガスタンク内のCO2モル濃度
XH_tank…ガスタンク内のH2モル濃度
1...
Claims (8)
前記混合ガスの供給源からガスタンクに供給されるガスの前記ガスタンクの入口におけるガスの表示流量である入口表示流量Qdisplay_tank_inを検出する入口流量検出部と、
前記ガスタンクの出口におけるガスの表示流量である出口表示流量Qdisplay_tank_outを検出する出口流量検出部と、
前記ガスタンク内の圧力の計測値であるタンク圧計測値Ptankを検出する圧力検出部と、
前記ガスタンク内の温度の計測値であるタンク温計測値Ttankを検出する温度検出部と、
前記入口表示流量Qdisplay_tank_inと、前記出口表示流量Qdisplay_tank_outと、前記タンク圧計測値Ptankと、前記タンク温計測値Ttankとを用いて、
前記ガスタンクの入口における前記化学種Aの濃度XA_tank_inと前記化学種Bの濃度XB_tank_in、
前記ガスタンク内の前記化学種Aの濃度XA_tankと前記化学種Bの濃度XB_tank、
前記ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_in、および、
前記ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_out、
のうちの少なくとも1つを推定する推定部と、を備える、
推定装置。 An estimation device for estimating the composition of a mixed gas containing two different types of chemical species A and chemical species B,
an inlet flow rate detection unit that detects an inlet display flow rate Q display_tank_in , which is a display flow rate of gas at the inlet of the gas tank, of the gas supplied from the mixed gas supply source to the gas tank;
an outlet flow rate detection unit that detects an outlet display flow rate Q display_tank_out that is a display flow rate of gas at the outlet of the gas tank;
a pressure detection unit that detects a tank pressure measurement value P tank that is a measurement value of the pressure in the gas tank;
a temperature detection unit that detects a tank temperature measurement value T tank that is a measurement value of the temperature inside the gas tank;
Using the inlet display flow rate Q display_tank_in , the outlet display flow rate Q display_tank_out , the tank pressure measurement value P tank , and the tank temperature measurement value T tank ,
The concentration of the chemical species A at the inlet of the gas tank X A_tank_in and the concentration of the chemical species B X B_tank_in ,
The concentration of the chemical species A in the gas tank X A_tank and the concentration of the chemical species B X B_tank ,
the actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank, and
Actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank,
an estimation unit that estimates at least one of the
Estimation device.
前記推定部は、
式(1)と式(2)とを用いて、前記ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_in[slm]を推定し、
式(3)と式(4)とを用いて、前記ガスタンクの入口における前記化学種Aの濃度XA_tank_in[mol%]と前記化学種Bの濃度XB_tank_in[mol%]とを推定する、
推定装置。
Vtank:ガスタンクの内容積[L]
R:気体定数[J/K-mol]
t:現在時刻[s]
Δt:推定装置の制御周期[s]
Creal_tank_in:現在時刻での入口流量検出部の制御定数[-]
Ccalib_tank_in:キャリブレーション時の入口流量検出部の制御定数[-]
CA_tank_in:入口流量検出部の化学種Aについての制御定数[-]
CB_tank_in:入口流量検出部の化学種Bについての制御定数[-] The estimation device according to claim 1,
The estimation unit is
Using equations (1) and (2), estimate the actual flow rate Q real_tank_in [slm] at the inlet of the gas tank,
Estimating the concentration of the chemical species A X A_tank_in [mol%] and the concentration of the chemical species B X B_tank_in [mol%] at the inlet of the gas tank using equations (3) and (4);
Estimation device.
V tank : Internal volume of gas tank [L]
R: Gas constant [J/K-mol]
t: Current time [s]
Δt: Control period of estimation device [s]
C real_tank_in : Control constant of inlet flow rate detection unit at current time [-]
C calib_tank_in : Control constant of inlet flow rate detection section during calibration [-]
C A_tank_in : Control constant for chemical species A in the inlet flow rate detection section [-]
C B_tank_in : Control constant for chemical species B in the inlet flow rate detection section [-]
前記推定部は、式(5)を用いて、前記ガスタンクの入口における前記化学種Aの濃度XA_tank_in[mol%]と前記化学種Bの濃度XB_tank_in[mol%]とを推定する、
推定装置。
The estimation unit estimates the concentration of the chemical species A X A_tank_in [mol%] and the concentration of the chemical species B X B_tank_in [mol%] at the inlet of the gas tank using equation (5).
Estimation device.
前記推定部は、
式(6)を用いて、前記出口流量検出部の制御定数Creal_tank_out[-]を推定し、
式(7)を用いて、前記ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_out[slm]を推定する、
推定装置。
CB_tank_out:出口流量検出部の化学種Bについての制御定数[-]
Ccalib_tank_out:キャリブレーション時の出口流量検出部の制御定数[-] The estimation device according to claim 2 or 3,
The estimation unit is
Using equation (6), estimate the control constant C real_tank_out [-] of the outlet flow rate detection section,
Estimate the actual flow rate Q real_tank_out [slm] at the outlet of the gas tank using equation (7);
Estimation device.
C B_tank_out : Control constant for chemical species B of the outlet flow rate detection section [-]
C calib_tank_out : Control constant of outlet flow rate detection section during calibration [-]
前記推定部は、
式(8)を用いて、前記ガスタンク内のガスのモル数ntank[-]を推定し、
式(9)と式(10)とを用いて、前記ガスタンク内の前記化学種Aの濃度XA_tank[mol%]と前記化学種Bの濃度XB_tank[mol%]とを推定する、
推定装置。
The estimation unit is
Using equation (8), estimate the number of moles of gas n tank [-] in the gas tank,
Estimating the concentration X A_tank [mol%] of the chemical species A and the concentration X B_tank [mol%] of the chemical species B in the gas tank using equations (9) and (10);
Estimation device.
前記ガスタンクの出口の下流に設けられ、前記化学種Aと前記化学種Bのうちの一方を含むガスを供給する調整ガス供給部と、
前記ガスタンク内の前記化学種Aの濃度XA_tankと前記化学種Bの濃度XB_tank、前記ガスタンクの入口の実流量Qreal_tank_in、および、前記ガスタンクの出口の実流量Qreal_tank_outの少なくとも1つに応じて、前記調整ガス供給部が供給するガスの流量を変更する制御部と、を備える、
推定装置。 The estimation device according to any one of claims 1 to 5 further comprises:
a regulating gas supply unit that is provided downstream of the outlet of the gas tank and supplies a gas containing one of the chemical species A and the chemical species B;
According to at least one of the concentration X A_tank of the chemical species A in the gas tank, the concentration X B_tank of the chemical species B, the actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank, and the actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank. , a control unit that changes the flow rate of the gas supplied by the adjustment gas supply unit,
Estimation device.
前記調整ガス供給部は、前記化学種Aを含むガスを供給し、
前記制御部は、前記調整ガス供給部が供給する前記化学種Aのガスの流量を、式(11)を用いて算出される流量に変更する、
推定装置。
C:制御定数(-)
ξtarget:化学種A/化学種Bの目標値(-) The estimation device according to claim 6,
The adjustment gas supply unit supplies a gas containing the chemical species A,
The control unit changes the flow rate of the chemical species A gas supplied by the adjustment gas supply unit to a flow rate calculated using equation (11).
Estimation device.
C: Control constant (-)
ξ target : Target value of chemical species A/chemical species B (-)
前記調整ガス供給部は、前記化学種Bを含むガスを供給し、
前記制御部は、前記調整ガス供給部が供給する前記化学種Bのガスの流量を、式(12)を用いて算出される流量に変更する、
推定装置。
The adjustment gas supply unit supplies a gas containing the chemical species B,
The control unit changes the flow rate of the chemical species B gas supplied by the adjustment gas supply unit to a flow rate calculated using equation (12).
Estimation device.
Priority Applications (1)
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JP2022034477A JP2023130036A (en) | 2022-03-07 | 2022-03-07 | estimation device |
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Family Applications (1)
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2022
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