JP2023130036A - estimation device - Google Patents

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JP2023130036A JP2022034477A JP2022034477A JP2023130036A JP 2023130036 A JP2023130036 A JP 2023130036A JP 2022034477 A JP2022034477 A JP 2022034477A JP 2022034477 A JP2022034477 A JP 2022034477A JP 2023130036 A JP2023130036 A JP 2023130036A
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勝悟 佐山
Shogo Sayama
征治 山本
Seiji Yamamoto
裕貴 黒沢
Yuki Kurosawa
哲治 永田
Tetsuji Nagata
伸光 堀部
Nobumitsu Horibe
翔 三ツ橋
Sho Mitsuhashi
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Toyota Industries Corp
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Aisin Corp
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Toyota Industries Corp
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Aisin Corp
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Abstract

To provide a technique which reduces a measurement delay of the density of a chemical species contained in mixed gas in an estimation device.SOLUTION: An estimation device comprises: an inlet flow rate detection unit which detects an inlet display flow rate Qdisplay_tank_in being a display flow rate of gas supplied to an inlet of a gas tank; an outlet flow rate detection unit which detects an outlet display flow rate Qdisplay_tank_out being a display flow rate of gas at an outlet of the gas tank; a pressure detection unit which detects a tank pressure measurement value Ptank being the pressure in the gas tank; a temperature detection unit which detects a tank temperature measurement value Ttank being the temperature in the gas tank; and an estimation unit which estimates the density XA_tank of a chemical species A and the density XB_tank of a chemical species B in the gas tank by using the inlet display flow rate Qdisplay_tank_in, the outlet display flow rate Qdisplay_tank_out, the tank pressure measurement value Ptank and the tank temperature measurement value Ttank.SELECTED DRAWING: Figure 1

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.

特開2019-142806号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-142806 特開2020-158403号公報Japanese Patent Application Publication No. 2020-158403

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。

Figure 2023130036000002
Figure 2023130036000003
Figure 2023130036000004
Figure 2023130036000005
Δntank:ガスタンク内のガスのモル数変化量[mol]
tank: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]
real_tank_in:現在時刻での入口流量検出部の制御定数[-]
calib_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[-]
A_tank_in:入口流量検出部の化学種Aについての制御定数[-]
B_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).
Figure 2023130036000002
Figure 2023130036000003
Figure 2023130036000004
Figure 2023130036000005
Δn tank : Change in the number of moles of gas in the gas tank [mol]
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。

Figure 2023130036000006
この構成によれば、混合ガスは、化学種Aのガスと化学種B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、化学種Aのガスのモル濃度と化学種Bのガスの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。 (3) In the estimating device of the above embodiment, the estimating unit calculates the concentration X A_tank_in [mol%] of the chemical species A at the inlet of the gas tank and the concentration X B_tank_in [mol%] of the chemical species B at the inlet of the gas tank, using equation (5). mol%] may be estimated.
Figure 2023130036000006
According to this configuration, since the mixed gas is composed of two types of gas, the gas of chemical species A and the gas of chemical species B, in addition to equation (4), the molar amount of the gas of chemical species A is The concentration of chemical species A at the inlet of the gas tank, X A_tank_in , and the concentration of chemical species B, X B_tank_in , can be estimated using equation (5) in which the sum of the concentration and the molar concentration of chemical species B gas is 100. can.

(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。

Figure 2023130036000007
Figure 2023130036000008
A_tank_out:出口流量検出部の化学種Aについての制御定数[-]
B_tank_out:出口流量検出部の化学種Bについての制御定数[-]
calib_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.
Figure 2023130036000007
Figure 2023130036000008
C A_tank_out : Control constant for chemical species A of the outlet flow rate detection section [-]
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。

Figure 2023130036000009
Figure 2023130036000010
Figure 2023130036000011
この構成によれば、現在時刻より、推定装置の制御時間分だけ前の時刻でのガスタンクの入口の化学種Aの濃度XA_tank(t-Δt)と化学種Bの濃度XB_tank(t-Δt)とを用いて、ガスタンク内の化学種Aの濃度XA_tank(t)と化学種Bの濃度XB_tank(t)とを推定することができる。 (5) In the estimating device of the above form, the estimating unit estimates the number of moles of gas n tank [-] in the gas tank using equation (8), and may be used to estimate 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.
Figure 2023130036000009
Figure 2023130036000010
Figure 2023130036000011
According to this configuration, the concentration of chemical species A X A_tank (t-Δt) and the concentration of chemical species B X B_tank (t-Δt) at the inlet of the gas tank at a time before the current time by the control time of the estimation device ), the concentration of chemical species A in the gas tank X A_tank (t) and the concentration of chemical species B in the gas tank X B_tank (t) can be estimated.

(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。

Figure 2023130036000012
A:化学種Aのガスの流量[slm]
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).
Figure 2023130036000012
Q A : Flow rate of gas of chemical species A [slm]
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。

Figure 2023130036000013
B:化学種Bのガスの流量[slm]
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).
Figure 2023130036000013
Q B : Flow rate of gas of chemical species B [slm]
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実施形態の推定装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an estimation device according to a first embodiment. ガス組成制御方法の第1のフローチャートである。3 is a first flowchart of a gas composition control method. ガス組成制御方法の第2のフローチャートである。It is a 2nd flowchart of a gas composition control method. 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。It is a figure explaining the result of the evaluation test of the gas composition estimation method of 1st Embodiment. 比較例の推定装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an estimation device of a comparative example. 比較例のガス組成推定方法の特性を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating characteristics of a gas composition estimation method of a comparative example.

<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 estimation device 1 of this embodiment is included in a methane generation system 5 that generates methane (CH 4 ) from a mixed gas of carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ). The methane generation system 5 includes a mixed gas supply section 6 , a gas tank 7 , a methanation reactor 8 , and an estimation device 1 . The mixed gas supply unit 6 supplies a mixed gas consisting of CO 2 and H 2 to the methanation reactor 8 via the gas tank 7 and the estimation device 1 . The estimation device 1 determines that the composition of the mixed gas (combination of CO 2 concentration and H 2 concentration) supplied to the methanation reactor 8 is such that both CO 2 and H 2 react stably with no excess or deficiency. The composition is controlled to be the same. Thereby, the methanation reactor 8 can produce stable and high quality CH 4 . That is, the estimation device 1 has a function of alleviating and stabilizing fluctuations in gas concentration so that the composition of the mixed gas does not change over time.

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 estimation device 1 includes a first flow path 11, a second flow path 12, an inlet flow rate detection section 21, an outlet flow rate detection section 22, a pressure gauge 23, a thermometer 24, and an adjustment gas supply section 31. , a supply channel 32 , and a control section 40 . The estimation device 1 adjusts the composition of the mixed gas flowing through the second flow path 12 using the adjusted gas supplied by the adjusted gas supply unit 31 based on the estimated CO 2 concentration and H 2 concentration of the mixed gas. do.

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 first channel 11 is a channel that connects the mixed gas supply section 6 and the gas tank 7, and the mixed gas supplied by the mixed gas supply section 6 flows therethrough. The mixed gas flowing through the first channel 11 is temporarily stored in the gas tank 7, thereby being rectified and homogenized. The second flow path 12 connects the gas tank 7 and the methanation reactor 8 and supplies the mixed gas stored in the gas tank 7 to the methanation reactor 8.

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 rate detection section 21 is a thermal mass flow meter (T-MFM) provided in the first flow path 11. The inlet flow rate detection unit 21 detects a temperature change due to heat transfer with the gas flowing through the first flow path 11 and calculates the flow rate of the gas flowing through the first flow path 11 . Here, the flow rate calculated by the inlet flow rate detection unit 21 is referred to as the "inlet display flow rate." The inlet flow rate detection unit 21 is electrically connected to a control unit 40 described later, and outputs the calculated “inlet display flow rate” to the control unit 40.

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 rate detection unit 22 is a thermal mass flowmeter provided in the second flow path 12. The outlet flow rate detection unit 22 detects a temperature change due to heat transfer with the gas flowing through the second flow path 12, and calculates the flow rate of the gas flowing through the second flow path 12. Here, the flow rate calculated by the outlet flow rate detection unit 22 is referred to as the "exit display flow rate." The outlet flow rate detection unit 22 is electrically connected to the control unit 40 and outputs the calculated “inlet display flow rate” to the control unit 40.

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 pressure gauge 23 is provided in the gas tank 7 and detects the pressure inside the gas tank 7. Here, the pressure detected by the pressure gauge 23 is referred to as a "tank pressure measurement value." The pressure gauge 23 is electrically connected to the control unit 40 and outputs the detected “tank pressure measurement value” to the control unit 40.

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 thermometer 24 is provided in the gas tank 7 and detects the temperature inside the gas tank 7. Here, the temperature detected by the thermometer 24 is referred to as a "tank temperature measurement value." The thermometer 24 is electrically connected to the control unit 40 and outputs the detected “tank temperature measurement value” to the control unit 40.

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 gas supply section 31 is connected to the second flow path 12 via a supply flow path 32. The adjustment gas supply section 31 is electrically connected to the control section 40 . In the present embodiment, the adjustment gas supply unit 31 stores CO 2 gas and H 2 gas separately, and supplies CO 2 gas or H 2 gas to the second flow path 12 according to a command from the control unit 40. Supply either of the two gases. Note that the adjustment gas supply section 31 may store either CO 2 gas or H 2 gas.

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 rate detection unit 21, the outlet flow rate detection unit 22, the pressure gauge 23, the thermometer 24, and the adjustment gas supply unit 31. The control unit 40 uses the displayed flow rate of the inlet flow rate detection unit 21, the displayed flow rate of the outlet flow rate detection unit 22, the detected value of the pressure gauge 23, and the detected value of the thermometer 24, to determine the flow rate at the inlet of the gas tank 7. Estimate at least one of the following: CO 2 concentration and H 2 concentration, CO 2 concentration and H 2 concentration in the gas tank 7, the actual flow rate of the mixed gas at the inlet of the gas tank 7, and the actual flow rate of the mixed gas at the outlet of the gas tank. do. The control unit 40 controls the adjustment gas according to at least one of the CO 2 concentration and H 2 concentration in the gas tank 7 , the actual flow rate of the mixed gas at the inlet of the gas tank 7 , and the actual flow rate of the mixed gas at the outlet of the gas tank 7 . The flow rate of gas supplied by the supply unit 31 is changed.

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 gas supply section 6 when the methane generation system 5 starts producing CH 4 . As a result, the mixed gas having a predetermined composition is supplied to the methanation reactor 8, so that the methanation reactor 8 can generate CH 4 of stable quality and constant concentration. The gas composition control method of the present embodiment uses a gas composition estimation method for estimating the composition of the mixed gas in the gas tank 7 and the estimated composition of the mixed gas in the gas tank 7 to supply the gas to the methanation reactor 8. and a gas composition adjustment method for adjusting the composition of a mixed gas.

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 methane production system 5 starts producing CH 4 . In the gas composition estimation method, first, the composition and pressure in the immediately preceding gas tank 7 are acquired (step S11). In step S11, the control unit 40 obtains the composition and pressure in the gas tank 7 immediately before the start of the gas composition control method as initial values. In this embodiment, the control unit 40 acquires the concentration of CO 2 and H 2 in the gas tank 7, which are measured before the gas composition control method starts, and the tank pressure measurement value.

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 gas tank 7 acquired by the control unit 40 in step S11 can be expressed as follows, where the current time is t [s] and the control period of the estimation device 1 is Δt [s]. Here, for convenience, the time before starting the gas composition control method is defined as the time obtained by subtracting the control period of the estimating device 1 from the current time. In step S11, the control unit 40 also obtains the internal volume V tank [L] of the gas tank 7 as a setting value regarding the estimation device 1.
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。

Figure 2023130036000014
式(6)において、CCO2_tank_out[-]は、出口流量検出部22のCO2についての変換係数であり、CH2_tank_out[-]は、出口流量検出部22のH2についての変換係数である。本実施形態では、出口流量検出部22のCO2およびH2についての変換係数は、例えば、熱式質量流量計の製造者から提供される。 Next, the actual flow rate of gas at the gas tank outlet is estimated from the composition in the gas tank 7 before the start (step S12). In step S12, the control unit 40 first selects the CO 2 molar concentration X CO2_tank (t-Δt) and the H 2 molar concentration X H2_tank (t-Δt) in the gas tank 7 from among the initial values acquired in step S11. Based on the equation (6), the conversion coefficient C real_tank_out [-] of the outlet flow rate detection unit 22 at the current time t is estimated.
Figure 2023130036000014
In equation (6), C CO2_tank_out [-] is a conversion coefficient for CO 2 of the outlet flow rate detection section 22, and C H2_tank_out [-] is a conversion coefficient for H 2 of the outlet flow rate detection section 22. In this embodiment, the conversion factors for CO 2 and H 2 of the outlet flow rate detector 22 are provided, for example, by the manufacturer of the thermal mass flow meter.

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 rate detection unit 22 at the current time t calculated by equation (6) is the conversion coefficient C real_tank_out for measuring the flow rate of gas flowing through the second flow path 12 at the time t. -Δt). The conversion coefficient of the thermal mass flowmeter of this embodiment corresponds to the "control constant" described in the claims.

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。

Figure 2023130036000015
式(7)において、Qdisplay_tank_out[slm]は、出口流量検出部22の表示流量であり、Ccalib_tank_out[-]は、キャリブレーション時の出口流量検出部22の変換係数[-]である。 In step S12, further, based on the conversion coefficient C real_tank_out of the outlet flow rate detection unit 22 at the current time t estimated by the equation (6), the actual flow rate Q of the mixed gas at the gas tank outlet is calculated using the equation (7). Estimate real_tank_out [slm].
Figure 2023130036000015
In equation (7), Q display_tank_out [slm] is the display flow rate of the outlet flow rate detector 22, and C calib_tank_out [-] is the conversion coefficient [-] of the outlet flow rate detector 22 during calibration.

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。

Figure 2023130036000016
式(1)において、Ttank[K]は、温度計24のタンク温計測値である。なお、R[J/K-mol]は、気体定数である。 Next, the amount of change in the number of moles of gas in the gas tank 7 is estimated from the pressure change in the gas tank 7 (step S13). In step S13, the control unit 40 calculates the amount of change in the number of moles of gas Δn tank [mol] in the gas tank 7 based on the tank pressure measurement value P tank [kPa] of the pressure gauge 23 using equation (1). presume.
Figure 2023130036000016
In equation (1), T tank [K] is the tank temperature measured by the thermometer 24. Note that R[J/K-mol] is a gas constant.

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。

Figure 2023130036000017
Next, the actual flow rate of gas at the gas tank inlet is estimated from the actual flow rate of gas at the gas tank outlet and the amount of change in the number of moles in the gas tank 7 (step S14). In step S14, the control unit 40 calculates equation (2) based on the actual gas flow rate Q real_tank_out at the gas tank outlet estimated in step S12 and the amount of change in the number of moles in the gas tank Δn tank estimated in step S13. is used to estimate the actual gas flow rate Q real_tank_in [slm] at the gas tank inlet.
Figure 2023130036000017

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。

Figure 2023130036000018
式(3)において、Ccalib_tank_in[-]は、キャリブレーション時の入口流量検出部21の変換係数[-]である。 Next, the conversion coefficient of the inlet flow rate detector 21 at the current time is estimated based on the actual gas flow rate at the gas tank inlet and the inlet display flow rate of the inlet flow rate detector 21 (step S15). In step S15, the control unit 40 uses equation (3) from the actual gas flow rate Q real_tank_in at the gas tank inlet estimated in step S14 and the inlet display flow rate Q display_tank_in [slm] of the inlet flow rate detection unit 21. The conversion coefficient C real_tank_in [-] of the inlet flow rate detection unit 21 at the current time t is determined.
Figure 2023130036000018
In equation (3), C calib_tank_in [-] is the conversion coefficient [-] of the inlet flow rate detection section 21 during calibration.

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。

Figure 2023130036000019
Figure 2023130036000020
式(4)において、CCO2_tank_in[-]は、入口流量検出部21のCO2についての変換係数であり、CH2_tank_in[-]は、入口流量検出部21のH2についての変換係数である。本実施形態では、入口流量検出部21のCO2およびH2についての変換係数は、例えば、熱式質量流量計の製造者から提供される。 Next, the composition of the gas at the gas tank inlet is estimated based on the conversion coefficient of the inlet flow rate detector 21 at the current time (step S16). In step S16, the control unit 40 uses equations (4) and (5) based on the conversion coefficient C real_tank_in of the inlet flow rate detection unit 21 at the current time t estimated in step S15 to Estimate the CO 2 molar concentration X CO2_tank_in (t-Δt) [mol%] and the H 2 molar concentration X H2_tank_in (t-Δt) [mol%]. Note that equation (5) is an equation that indicates that the mixed gas is composed of only CO 2 gas and H 2 gas.
Figure 2023130036000019
Figure 2023130036000020
In equation (4), C CO2_tank_in [-] is a conversion coefficient for CO 2 of the inlet flow rate detection section 21, and C H2_tank_in [-] is a conversion coefficient for H 2 of the inlet flow rate detection section 21. In this embodiment, the conversion factors for CO 2 and H 2 of the inlet flow rate detector 21 are provided, for example, by the manufacturer of the thermal mass flow meter.

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。

Figure 2023130036000021
Next, the composition in the gas tank 7 is estimated based on the detected pressure value in the gas tank 7, the amount of change in the number of moles in the gas tank 7, and the composition of the gas at the gas tank inlet (step S17). In step S17, the control unit 40 first estimates the number of moles n tank [mol] in the gas tank 7 using equation (8) based on the measured tank pressure value P tank [kPa].
Figure 2023130036000021

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。

Figure 2023130036000022
Figure 2023130036000023
In step S17, the amount of change in the number of moles in the gas tank 7 Δn tank [mol], the composition of the gas at the gas tank inlet (CO 2 molar concentration at the gas tank inlet X CO2_tank_in (t-Δt), H 2 molar concentration Based on Δt)), using equations (9) and (10), the CO 2 molar concentration in the gas tank 7 X CO2_tank (t) [mol%] and the H 2 molar concentration X H2_tank (t) [ mol%].
Figure 2023130036000022
Figure 2023130036000023

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 estimation device 1 has elapsed (step S18), and then the actual flow rate Q real_tank_out of the gas at the gas tank outlet is estimated again (step S12). In this case, the "previous composition in the gas tank 7" required to estimate the actual gas flow rate Q real_tank_out at the gas tank outlet is the CO 2 molar concentration X in the gas tank 7 estimated in step S17 before proceeding to step S12. co2_tank and H2 molar concentration X H2_tank are used.

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 gas tank 7 is estimated in step S17 described above, the adjustment gas supply section 31 supplies the adjustment gas to the second flow path 12 according to the estimation result.

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。

Figure 2023130036000024
式(11)において、QCO2は、CO2ガスの流量[slm]であり、Cは、変換係数(-)であり、ξtargetは、H2/CO2の目標値(-)である。
Figure 2023130036000025
式(12)において、QH2は、H2ガスの流量[slm]である。 In the gas composition adjustment method, first, the flow rate of chemical species to be supplied to the second channel 12 is calculated from the composition of the gas in the gas tank 7 (step S19). In step S19, the control unit 40 calculates the CO 2 molar concentration X co2_tank and H 2 molar concentration X H2_tank in the gas tank 7 estimated in step S17, and the actual gas flow rate Q real_tank_out at the gas tank outlet estimated in step S12. Based on this, either the flow rate of CO 2 gas is calculated using equation (11) or the flow rate of H 2 gas is calculated using equation (12).
Figure 2023130036000024
In equation (11), Q CO2 is the flow rate [slm] of CO 2 gas, C is the conversion coefficient (-), and ξ target is the target value (-) of H 2 /CO 2 .
Figure 2023130036000025
In equation (12), Q H2 is the flow rate [slm] of H 2 gas.

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 second flow path 12 is output to the adjustment gas supply section 31 (step S20). In step S20, the control unit 40 outputs a command to supply the second flow path 12 to the adjustment gas supply unit 31 based on the flow rate calculated in step S19. Specifically, either the CO 2 gas flow rate Q CO2 or the H 2 gas flow rate Q H2 calculated in step S20 is supplied to the second flow path 12 . Thereby, the composition of the gas supplied to the methanation reactor 8 can be set to the target value of H 2 /CO 2 .

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 estimation device 1 of this embodiment will be explained. Here, the temporal change in the gas composition estimated by the gas composition estimation method of the present embodiment and the actual temporal change in the gas composition were experimentally measured and compared.

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 gas tank 7. In FIG. 4, the measured value (true value) of H 2 /CO 2 in the gas tank 7 is shown by a solid line, and the estimated value by the gas composition estimation method of this embodiment is shown by a dotted line. As shown in FIG. 4, it has become clear that the estimated value rises and falls at the same timing as the measured value rises and falls. Therefore, it has become clear that the gas composition estimation method of this embodiment can predict H 2 /CO 2 in the gas tank 7 well.

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 chemical reaction system 2 shown in FIG. 5 includes an estimation device 90 in addition to a mixed gas supply section 6, a gas tank 7, and a methanation reactor 8. The estimation device 90 of the comparative example includes a first mass flow controller (first MFC) 91, a gas analyzer 92, a regulating gas supply section 93, and a second mass flow controller (second MFC) 94. In the chemical reaction system 2, the composition of the mixed gas flowing through the second flow path 12 is measured by the gas analyzer 92, and the first mass flow is adjusted according to the difference between the measurement result and the target value of H 2 /CO 2 of the mixed gas. The controller 91 and the second mass flow controller 94 that adjusts the flow rate of the mixed gas supplied by the adjustment gas supply section 93 are controlled. Thereby, the composition of the mixed gas supplied to the methanation reactor 8 is set to the target value of H 2 /CO 2 . However, measurement of gas concentration by the gas analyzer 92 tends to be delayed.

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 estimation device 1 of the present embodiment described above, the control unit 40 controls the inlet display flow rate Q display_tank_in of the inlet flow rate detection unit 21, the outlet display flow rate Q display_tank_out of the outlet flow rate detection unit 22, and the pressure gauge 23. Using the tank pressure measurement value P tank and the tank temperature measurement value T tank of the thermometer 24, the CO 2 molar concentration X CO2_tank , the H 2 molar concentration X B_tank , etc. in the gas tank 7 are estimated. As a result, the concentration of the gas to be measured can be estimated in a relatively short time compared to a gas analyzer that takes several tens of seconds to determine the concentration of the gas to be measured.

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 estimation device 1 of the present embodiment, the flow rate of the mixed gas is detected by the inlet flow rate detection unit 21 and the outlet flow rate detection unit 22, which are thermal mass flowmeters, and the pressure inside the gas tank 7 is detected by the pressure gauge 23. To detect. Unlike gas analyzers, thermal mass flow meters and pressure gauges have sufficiently small measurement delays on the order of sub-seconds. Therefore, the measurement delay of the CO 2 molar concentration X CO2_tank , H 2 molar concentration X B_tank, etc. in the gas tank 7 is small, and the H 2 /CO 2 control by the gas composition control method is also less likely to have a delay. Therefore, the composition of the mixed gas supplied to the methanation reactor 8 can be stabilized.

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 estimation device 1 of this embodiment, the thermal mass flowmeter used as the inlet flow rate detection section 21 and the outlet flow rate detection section 22 is cheaper than a gas analyzer. Thereby, a gas concentration estimating device can be manufactured at a lower cost.

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 estimation device 1 of the present embodiment, the thermal mass flowmeter used as the inlet flow rate detection unit 21 and the outlet flow rate detection unit 22 detects the flow rate using a part of the mixed gas; The used mixed gas is supplied to the methanation reactor 8. As a result, unlike gas analyzers that discard part of the mixed gas, there is no loss of the raw material mixed gas due to estimation of gas concentration. Furthermore, thermal mass flowmeters use the flow of the mixed gas as is to detect the flow rate, so compared to gas analyzers that generally detect gas concentrations at normal pressure, There is no need to boost the pressure. Therefore, CH 4 gas can be produced more economically.

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 estimation device 1 of the present embodiment, the control unit 40 uses equations (1) and (2) to determine the actual value of the inlet of the gas tank 7 based on the time change of the measured tank pressure value P tank . Estimate the flow rate Q real_tank_in . The control unit 40 uses equations (3) and (4) to determine the CO 2 molar concentration X at the inlet of the gas tank 7 based on the estimated actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank 7 and the inlet display flow rate Q display_tank_in Estimate CO2_tank_in and H 2 molar concentration X H2_tank_in . Thereby, by using the inlet flow rate detection section 21 and the pressure gauge 23, the composition of the mixed gas at the inlet of the gas tank 7 can be easily estimated.

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 estimation device 1 of this embodiment, since the mixed gas is composed of two types of gases, CO 2 gas and H 2 gas, in addition to equation (4), CO 2 The concentration of chemical species A, X A_tank_in , and the concentration of chemical species B, X B_tank_in , at the inlet of the gas tank can be estimated using equation (5) in which the molar concentration and the H 2 molar concentration add up to 100. In this way, in the case of a mixed gas consisting of two types of chemical gases, the composition of the mixed gas can be easily estimated.

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 estimation device 1 of the present embodiment, the control constant C real_tank_out of the outlet flow rate detector 22 at the current time and the outlet flow rate detector at the time of calibration are calculated using equations (6) and (7). The actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank 7 can be estimated based on the ratio with the conversion coefficient C calib_tank_out of 22. Thereby, the actual flow rate Q real_tank_in at the inlet of the gas tank 7 can be easily estimated using equation (2).

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 estimation device 1 of the present embodiment, the control unit 40 estimates the number of moles of gas in the gas tank n tank using equation (8). Furthermore, the control unit 40 uses equations (9) and (10) to determine the CO 2 molar concentration X CO2_tank (t−Δt) and the H 2 molar concentration X H2_tank (t−Δt) at the inlet of the gas tank 7. Based on this, the CO 2 molar concentration X CO2_tank (t) and the H 2 molar concentration X H2_tank (t) in the gas tank 7 can be estimated. Thereby, the composition of the mixed gas in the gas tank 7 at the current time can be estimated using the composition of the mixed gas at the inlet of the gas tank 7 immediately before.

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 estimation device 1 of the present embodiment, the control unit 40 adjusts the estimated CO 2 molar concentration in the gas tank 7 using the estimated CO 2 molar concentration X CO2_tank (t) and H 2 molar concentration X H2_tank (t). The flow rate of gas supplied by the gas supply unit 31 is changed. Thereby, the estimating device 1 can 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 quickly reach the desired concentration.

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 estimation device 1 of the present embodiment, the control unit 40 uses the actual flow rate Q real_tank_out at the outlet of the gas tank 7 and the target value ξ target of H 2 /CO 2 to determine the amount of gas supplied by the adjustment gas supply unit 31. The flow rates of CO 2 gas and H 2 gas can be changed. Therefore, the H 2 /CO 2 of the mixed gas can be set to the target value of H 2 /CO 2 relatively easily.

<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 gas tank 7 may be estimated using equations (9) and (10).

[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 gas tank 7 is determined 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 . It is assumed that A_tank and the concentration of chemical species B, X B_tank, are estimated. The estimation device may be used only to estimate the concentration of chemical species A at the inlet of the gas tank, X A_tank_in , the concentration of chemical species B, X B_tank_in, the actual flow rate at the inlet of the gas tank, Q real_tank_in , and the actual flow rate, Q real_tank_out , at the outlet of the gas tank. .

[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 thermometer 24 provided in the gas tank 7 . Since the temperature of the gas tank 7 matches the environmental temperature of the estimation device 1, the environmental temperature may be used as the tank temperature measurement value T tank .

[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 rate detection unit 21 and the outlet flow rate detection unit 22 are determined by the thermal mass flowmeter. provided by the manufacturer. However, the conversion coefficients are not limited to this. In estimating the gas composition in the estimating device 1, adjustments may be made to improve estimation accuracy. Usually, the conversion coefficients provided by the manufacturer are assumed to be used in a steady state, so the estimation accuracy of the estimation device 1 can be improved by adjusting them at the site where the thermal mass flowmeter is used. can. Specifically, the conversion coefficients C calib_tank_out , C A_tank_out , C B_tank_out , C calib_tank_in , C A_tank_in , and C B_tank_in of the inlet flow rate detection unit 21 and the outlet flow rate detection unit 22 are calculated based on the estimated values and the concentrations shown in FIG. It is possible to adjust the value by comparing it with the true value of .

[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 rate detection section 21 and the outlet flow rate detection section 22, but a mass flow controller (T-MFC) which is a thermal mass flowmeter with a flow control function added may be used. May be used. T-MFC has an additional adjustment valve inside, and operates to keep the displayed flow rate constant by adjusting the opening degree of the adjustment valve (therefore, under conditions where the composition fluctuates, the actual flow rate cannot be kept constant). (I can't stand it). The displayed flow rate of T-MFC is detected using the same principle as T-MFM, so even when using T-MFC, from the displayed flow rate of T-MFC, the CO 2 molar concentration in the gas tank 7 X CO2_tank and H 2 mol Concentration X B_tank etc. can be estimated.

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
display_tank_in…入口表示流量
display_tank_out…出口表示流量
real_tank_in…ガスタンク入口の実流量
real_tank_out…ガスタンク出口の実流量
CO2_tank_in…ガスタンク入口のCO2モル濃度
H_tank_in…ガスタンク入口のH2モル濃度
CO2_tank…ガスタンク内のCO2モル濃度
H_tank…ガスタンク内のH2モル濃度
1...Estimation device 6...Mixed gas supply unit 7...Gas tank 21...Inlet flow rate detection unit 22...Outlet flow rate detection unit 23...Pressure gauge 24...Thermometer 31...Adjusted gas supply unit 40...Control unit Q display_tank_in ...Inlet display flow rate Q display_tank_out ...Displayed flow rate at the outlet Q real_tank_in ...Actual flow rate at the inlet of the gas tank Q real_tank_out ...Actual flow rate at the outlet of the gas tank X CO2_tank_in ... Molar concentration of CO2 at the inlet of the gas tank Concentration X H_tankH2 molar concentration in the gas tank

Claims (8)

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であって、
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.
請求項1に記載の推定装置であって、
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%]とを推定する、
推定装置。
Figure 2023130036000026
Figure 2023130036000027
Figure 2023130036000028
Figure 2023130036000029
Δntank:ガスタンク内のガスのモル数変化量[mol]
tank: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]
real_tank_in:現在時刻での入口流量検出部の制御定数[-]
calib_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[-]
A_tank_in:入口流量検出部の化学種Aについての制御定数[-]
B_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.
Figure 2023130036000026
Figure 2023130036000027
Figure 2023130036000028
Figure 2023130036000029
Δn tank : Change in the number of moles of gas in the gas tank [mol]
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 [-]
請求項2に記載の推定装置であって、
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%]とを推定する、
推定装置。
Figure 2023130036000030
The estimation device according to claim 2,
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.
Figure 2023130036000030
請求項2または請求項3に記載の推定装置であって、
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]を推定する、
推定装置。
Figure 2023130036000031
Figure 2023130036000032
A_tank_out:出口流量検出部の化学種Aについての制御定数[-]
B_tank_out:出口流量検出部の化学種Bについての制御定数[-]
calib_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.
Figure 2023130036000031
Figure 2023130036000032
C A_tank_out : Control constant for chemical species A of the outlet flow rate detection section [-]
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 [-]
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の推定装置であって、
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%]とを推定する、
推定装置。
Figure 2023130036000033
Figure 2023130036000034
Figure 2023130036000035
The estimation device according to any one of claims 2 to 4,
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.
Figure 2023130036000033
Figure 2023130036000034
Figure 2023130036000035
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の推定装置は、さらに、
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.
請求項6に記載の推定装置であって、
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する、
推定装置。
Figure 2023130036000036
A:化学種Aのガスの流量[slm]
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.
Figure 2023130036000036
Q A : Flow rate of gas of chemical species A [slm]
C: Control constant (-)
ξ target : Target value of chemical species A/chemical species B (-)
請求項6または請求項7に記載の推定装置であって、
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する、
推定装置。
Figure 2023130036000037
B:化学種Bのガスの流量[slm]
The estimation device according to claim 6 or 7,
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.
Figure 2023130036000037
Q B : Flow rate of gas of chemical species B [slm]
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