JP5670530B1

JP5670530B1 - 試験ガス生成装置

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Publication number: JP5670530B1
Application number: JP2013193371A
Authority: JP
Inventors: 健二秋本
Original assignee: Komyo Rikagaku Kogyo KK
Current assignee: Komyo Rikagaku Kogyo KK
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2033-09-18
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Abstract

【課題】正確な水素ガス濃度の試験ガスを安定して供給する。【解決手段】供給部５から、水素ガスを含有する供給ガスと、水素ガス濃度を希釈する希釈ガスとが、設定された混合比になるように、交互に平滑部９に供給されて混合ガスとして貯留され、循環部６によって一部が抽出され、循環される。貯留された混合ガスの水素ガス濃度が供給条件を満たすようになると、抽出部７が抽出した混合ガスが試験ガスとして供給される。混合比を制御することにより、所望の水素ガス濃度の試験ガスを安定して供給することが出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、水素を燃料とする燃料電池自動車に搭載される水素漏れ検知器の試験技術に関し、特に、試験用水素ガスを生成し供給する技術に関する。

燃料電池自動車には、水素ガス漏れ検知器が搭載されており、水素配管等から漏えいする水素を検知して、警報を発したり、水素容器の元弁を遮断するようになっている。
「圧縮水素ガスを燃料とする自動車の燃料装置の技術基準」(国土交通省の道路運送車両の保安基準の細目を定める告示(2006.03.31)別添100)の3.9.5 に記載された「別紙３」には、水素ガス漏れ検知器の試験に用いる試験用ガスには、「空気に水素を混合した水素濃度３．９％±０．１％のガスを用いる。」、と記載されている。

水素を含む可燃性ガスの空気中への漏えいを検知する可燃性ガス検知器は、自動車以外の用途、特に、化学プラントや製鉄所などにおいて従来から広く使われている。その多くは接触燃焼式あるいは半導体式によるもので、いずれも、空気雰囲気で作動するように作られている。可燃性ガス検知器は、通常、検知対象ガスの爆発下限濃度の１／３程度に警報設定されるので、水素に関しては、爆発下限濃度４％の１／３に当たる１．３％付近が警報設定値とされてきた。この１．３％（爆発下限濃度４％の１／３）の濃度は、空気ベースなど酸素を含む容器入り標準ガスとして、安全上の制約から製造が許される上限濃度とも一致している。したがって、自動車以外の用途における従来型の水素検知器を試験あるいは校正するときには、空気ベースの水素標準ガス１．３％が広く使われてきた。

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

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

しかしながら、水素ガスの流量と希釈ガスの流量とを制御して、所望の水素ガス濃度の試験ガスを得ようとしても、正確な水素ガス濃度に調整することが困難であり、また、マスフローコントローラのコストが高いという問題がある。
試験用の標準ガスを作成する技術は、例えば下記文献に記載されている。

特開２０１２−１４１２９２号公報

本発明は、空気に水素を混合した試験ガスを、容器入り標準ガスでは供給されない１．３％を超える３．９％の濃度で生成し、供給できる簡便な装置の技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、自動車搭載の燃料電池に供給する水素ガスの大気への漏出を検出する水素ガス漏れ検知器を試験するための試験ガスを生成する試験ガス生成装置であって、水素ガスを含有する供給ガスと、前記供給ガスに含有される水素ガスを希釈する希釈ガスとが混合された混合ガスを貯留し、水素ガス濃度の変化を平滑にさせる平滑部と、前記供給ガスと前記希釈ガスとを設定された混合比で前記平滑部に供給する供給部と、前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を抽出して前記平滑部に戻す循環部と、前記混合ガスの前記水素ガス濃度を測定する濃度検出器と、前記濃度検出器の前記水素ガス濃度の測定結果に基づいて、前記供給部の前記混合比の設定を変更する制御部と、前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を、前記試験ガスとして供給するために抽出する抽出部と、を有し、前記供給部は、前記供給ガスと前記希釈ガスとを交互に前記平滑部に供給する切替器を有し、前記切替器は、前記供給ガスの供給時間と前記希釈ガスの供給時間との比を変更することで、前記混合比が変更されるように構成された試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記平滑部は、硬質の材料で形成された混合ガスチャンバを有し、前記混合ガスチャンバは、貯留した前記混合ガスの量に応じて内部の圧力が変化するように構成された試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記混合ガスチャンバの圧力を測定する圧力測定装置を有する試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記平滑部は、軟質の材料で形成された混合ガスバッグを有し、前記混合ガスバッグは、貯留する前記混合ガスの量に応じて体積が変化するように構成された試験ガス生成装置である。
本発明は、自動車搭載の燃料電池に供給する水素ガスの大気への漏出を検出する水素ガス漏れ検知器を試験するための試験ガスを生成する試験ガス生成装置であって、水素ガスを含有する供給ガスと、前記供給ガスに含有される水素ガスを希釈する希釈ガスとが混合された混合ガスを貯留し、水素ガス濃度の変化を平滑にさせる平滑部と、前記供給ガスと前記希釈ガスとを設定された混合比で前記平滑部に供給する供給部と、前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を抽出して前記平滑部に戻す循環部と、前記混合ガスの前記水素ガス濃度を測定する濃度検出器と、前記濃度検出器の前記水素ガス濃度の測定結果に基づいて、前記供給部の前記混合比の設定を変更する制御部と、前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を、前記試験ガスとして供給するために抽出する抽出部と、を有し、前記平滑部は、軟質の材料で形成された混合ガスバッグを有し、前記混合ガスバッグは、貯留する前記混合ガスの量に応じて体積が変化するように構成された試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記混合ガスバッグの高さを測定する距離センサを有し、前記混合ガスバッグは、前記体積の増減によって高さが変化するように構成された試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記供給部から前記平滑部に供給された前記供給ガスと前記希釈ガスとの流量である供給流量と、前記抽出部で抽出された前記混合ガスの流量である抽出流量とが測定され、前記制御部は、前記混合ガスバッグに貯留された前記混合ガスの量が一定になるように、前記供給流量と前記抽出流量のうち、いずれか一方又は両方を変化させるように構成された試験ガス生成装置である。
本発明は、自動車搭載の燃料電池に供給する水素ガスの大気への漏出を検出する水素ガス漏れ検知器を試験するための試験ガスを生成する試験ガス生成装置であって、水素ガスを含有する供給ガスと、前記供給ガスに含有される水素ガスを希釈する希釈ガスとが混合された混合ガスを貯留し、水素ガス濃度の変化を平滑にさせる平滑部と、前記供給ガスと前記希釈ガスとを設定された混合比で前記平滑部に供給する供給部と、前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を抽出して前記平滑部に戻す循環部と、前記混合ガスの前記水素ガス濃度を測定する濃度検出器と、前記濃度検出器の前記水素ガス濃度の測定結果に基づいて、前記供給部の前記混合比の設定を変更する制御部と、前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を、前記試験ガスとして供給するために抽出する抽出部と、を有し、前記平滑部は、硬質の材料で形成された混合ガスチャンバを有し、前記混合ガスチャンバは、貯留した前記混合ガスの量に応じて内部の圧力が変化するように構成された試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記混合ガスチャンバの圧力を測定する圧力測定装置を有する試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記水素ガス濃度の供給条件が設定され、前記測定結果が前記供給条件を満足させると、満足したことを報知する報知装置を有する試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記水素ガス濃度の供給条件が設定され、前記測定結果が前記供給条件を満足させると、前記試験ガスを供給する試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記希釈ガスは、酸素ガスを含有する試験ガス生成装置である。
本発明は試験ガス生成装置であって、前記希釈ガスには、大気中の空気が用いられる試験ガス生成装置である。

燃料電池自動車に搭載された水素漏れ検知器を、技術基準に従って試験するときに必要とされる試験ガスを、試験場所において、水素ガス含有の供給ガスを空気で希釈することにより、容易に生成し、被試験対象である水素漏れ検知器に供給することができる。

また、生成した試験ガスの水素濃度は、濃度検知器により測定されている。水素ガス含有の供給ガスと、希釈ガスである空気とが、切換器を通過する時間の比を制御することで、混合率を制御できるので、濃度検知器からの出力により、混合率つまり水素濃度を正確に調整することができる。

さらに、本発明によれば、一定濃度に調整され生成された混合ガスを、貯留しながら試験ガスとして安定供給できる利点があり、マスフローコントローラによる流量制御で混合率を制御する場合よりも低コストで、精度も高くなる。

本発明の第一例の試験ガス生成装置本発明の第二例の試験ガス生成装置本発明の第三例の試験ガス生成装置本発明の第一例の試験ガス生成装置の変形例

燃料電池自動車は、水素ガスを燃料として発電して走行しており、水素ガスの漏出を検出するために、水素ガス漏れ検知器が設けられている。
図１〜３の符号１〜３は、水素ガス漏れ検知器の動作を試験するために、試験ガスを生成する本発明の第一例〜第三例の試験ガス生成装置を示している。

＜構造の説明＞
これら本発明の第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３は、供給部５と、循環部６と、抽出部７と、制御部８と、平滑部９と、を有している。
供給部５には、水素ガス供給源１５と希釈ガス供給源６１とが接続されており、供給部５には、水素ガス供給源１５から、水素ガスを含有する供給ガスが供給され、希釈ガス供給源６１から、希釈ガスが供給され、供給ガスと混合されて、供給ガスの水素ガス濃度(Ｈ₂の含有量)よりも低い水素ガス濃度の混合ガスが形成される。

ここでは、供給ガスとして、純水素ガスの他、一定濃度に希釈された水素ガスを含有するガスが供給ガスとして供給されており、希釈された供給ガスは、供給対象に供給される試験ガスの水素ガス濃度よりも高い濃度にされている。

希釈ガスとしてはＡｒガスやＮ₂ガスも採用し得るが、燃料電池自動車に搭載されている水素ガス漏れ検知器の多くは、空気中で正常に作動するように作られているので、ここでは空気が用いられている。空気は、大気から導入した自然空気であってもよいし、また、Ｎ₂ガスとＯ₂ガスとを、大気と同じ比率で混合した人工空気であってもよい。

供給部５は、制御部８に接続され（接続は不図示）、制御部８によって制御されており、供給部５は、制御部８に設定された混合比で、水素ガス供給源１５と希釈ガス供給源６１とから供給された供給ガスと希釈ガスとを平滑部９に供給し、平滑部９は、供給された供給ガスと希釈ガスとを同じ場所に貯留し、混合された状態で貯留する。
この平滑部９は、貯留装置１２を有しており、供給部５から供給された供給ガスと希釈ガスとは、貯留装置１２に導入され、混合されて水素ガスを含有する混合ガスとして貯留されている。

平滑部９には、循環部６が接続されており、循環部６は、平滑部９に貯留された混合ガスの一部を抽出して平滑部９に戻す。ここでは、貯留装置１２に貯留された混合ガスの一部が抽出され、貯留装置１２に注入されており、特に、混合ガスが貯留装置１２の内部から抽出される場所と、注入される場所とは離間しており、抽出と注入によって、貯留装置１２の内部にガス流が発生し、供給部５から供給された供給ガスと希釈ガスとが攪拌されて混合され、貯留装置１２の内部では、水素ガス濃度が均一になるようにされている。

また、第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３は濃度検出器１３を有しており、平滑部９に貯留されている混合ガスの水素ガス濃度を測定できるようになっている。
ここでは、濃度検出器１３は、平滑部９から抽出されて循環部６を流れている混合ガスの水素ガス濃度を測定しており、測定した水素ガス濃度である測定結果を制御部８に出力する。

制御部８には、水素ガス濃度の基準値が記憶されており、測定結果と基準値とが比較され、測定結果が基準値よりも大きい場合は、設定されていた混合比は、供給ガスの割合が小さくされた値に変更して設定され、供給部５は、新しく設定され、水素ガスの割合が小さくされた混合比で、供給ガスと希釈ガスとを平滑部９に供給する。

逆に、測定結果が基準値よりも小さい場合は、設定されていた混合比は、供給ガスの割合が大きくされた値に変更して設定され、供給部５は、新しく設定され、水素ガスの割合が大きくされた混合比で、供給ガスと希釈ガスとを平滑部９に供給する。

その結果、平滑部９に貯留された混合ガスの水素ガス濃度は、基準値に近づく。
基準値が、水素ガス濃度の上限値と下限値の両方を有する水素ガス濃度の範囲である場合は、測定結果が、下限値よりも小さい場合と上限値よりも大きい場合に、設定された混合比の値を変えて、測定結果が上限値以下で下限値以上の範囲内になるようにしても良い。

次に、平滑部９には抽出部７が直接又は循環部６を介して接続されており、抽出部７が動作すると、平滑部９に蓄積された混合ガスが抽出される。
図１〜図４の符号６３は、模式的に示した燃料電池自動車の車体であり、符号６４は、その内部に配置された水素ガス漏れ検知器を示している。この水素ガス漏れ検知器６４の動作の試験を行うためには、水素ガス漏れ検知器６４を供給対象にし、又は、水素ガス漏れ検知器６４が設けられた場所等を供給対象にして、供給対象に試験ガスを供給する必要がある。

制御部８には、抽出部７が抽出した混合ガスを、試験ガスとして供給対象に供給できる供給条件が設定されており、供給条件としては、ここでは水素ガスの濃度範囲が、制御部８に設定されている。例えば、供給条件の水素ガス濃度は３．９±０．１％以内の範囲であり、制御部８は、設定された供給条件と濃度検出器１３の測定結果とを比較し、測定結果が、供給条件を示す水素ガス濃度範囲の最低値以上且つ最高値以下のときに、供給条件が満たされたものとして、抽出部７を動作させ、抽出した混合ガスを供給対象に試験ガスとして供給することができる。

抽出部７には排出ポンプ３４が設けられており、抽出用切替器２３の三方弁５３が平滑部９を大気に接続すると、排出ポンプ３４によって、平滑部９に貯留された混合ガスを抽出して大気に放出することができる。

他方、抽出用切替器２３の三方弁５３が平滑部９を供給対象に接続し、供給対象に試験ガスが供給されると、水素ガス漏れ検知器６４が測定した水素ガス濃度の値と、試験ガス濃度の値とが比較されたり、又は、水素ガス漏れ検知器６４による警報の発生や遮断動作の起動等の確認を行うことができる。

供給条件が濃度範囲である場合は、測定結果が示す水素ガス濃度が、供給条件である濃度範囲の下限よりも小さいときか、又は、上限よりも大きいときには、制御部８は、供給条件を満たさないと判断し、抽出部７から供給対象に試験ガスは供給しない。

濃度検出器１３は、水素ガス濃度を、常時又は所定の時間間隔で測定し、測定結果を常時又は測定毎に濃度検出器１３から制御部８に出力しており、制御部８は、以上説明したように、測定結果と基準値を比較して混合比を変更し、また、測定結果と供給条件とを比較して、平滑部９に貯留された混合ガスを抽出するか否か、抽出して大気に放出するか供給対象に試験ガスとして供給するかどうかを決定する。
基準値と供給条件は、同じ水素ガス濃度の値又は範囲であっても良いし、別々の値又は別々の範囲であってもよい。

このように制御部８により、測定結果と供給条件とは繰り返し比較されており、前回の比較が行われたときに供給条件を満たしていた場合でも、今回の比較を行ったところ、測定結果が供給条件を満たさなくなった場合は、制御部８は、抽出部７から供給対象への試験ガスの供給を停止させる。

なお、第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３の制御部８は、コンピュータ３５と報知装置(ここでは、ディスプレイ等の表示装置)３６とを有しており、供給条件や基準値は、コンピュータ３５の不揮発性の記憶装置に記憶させておくことができる。比較についてはコンピュータ３５が行い、判断結果を報知装置３６に表示させることもできる。

次に、第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３の各部５〜９について説明する。
先ず、供給部５は、供給切替器２１と、供給ポンプ３１と、供給開閉器２２とを有している。

供給切替器２１には、一端が水素ガス供給源１５に接続された第一の配管４１の他端と、一端が希釈ガス供給源６１に接続された第二の配管４２の他端と、一端が循環部６を介して、平滑部９に接続された第三の配管４３の他端とが接続されている。

供給切替器２１は、三方弁５１と、三方弁駆動装置７１とを有している。三方弁駆動装置７１は、制御部８に接続されており、三方弁５１は、三方弁駆動装置７１を介して、制御部８によって動作が制御されており、三方弁５１は、第三の配管４３に接続される配管４１、４２を切り換える。

供給ポンプ３１は、第三の配管４３の供給切替器２１よりも下流側に接続されており、供給開閉器２２は、供給ポンプ３１の下流側に接続されている。供給開閉器２２は、開閉弁５２と、開閉弁５２を駆動する開閉駆動装置７２とを有している。開閉駆動装置７２は制御部８に接続されており、開閉弁５２は、開閉駆動装置７２を介して、制御部８によって制御されている。

開閉弁５２が制御部８によって開状態にされると、供給ポンプ３１は、第三の配管４３によって平滑部９に接続される。ここでは、供給ポンプ３１は循環部６を介して、平滑部９に接続されている。
開閉弁５２が閉状態のときは、供給ポンプ３１は、平滑部９に接続されず、供給ガスと希釈ガスは、平滑部９には供給されない。第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３を動作させる際には、供給開閉器２２が開状態にされ、供給ポンプ３１が動作しているものとする。

制御部８は、供給切替器２１が、第一又は第二の配管４１、４２のうちの一方を第三の配管４３に接続するか、又は両方を第三の配管４３に接続しないように制御しており、第一、第二の配管４１、４２のうち、一方が第三の配管４３に接続されると、供給切替器２１を通過した供給ガス又は希釈ガスが平滑部９に供給される。
また、第一、第二の配管４１、４２が第三の配管４３に接続される時間は、制御部８によって制御されている。

第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３では、第一の配管４１の内部の供給ガスと、第二の配管４２の内部の希釈ガスは、それぞれ一定圧力にされて、供給切替器２１に供給されており、第一の配管４１と第三の配管４３とを接続する時間と、第二の配管４２と第三の配管４３とを接続する時間との比が、平滑部９に供給される供給ガスの量と、希釈ガスの量の比である。すなわち、平滑部９に供給される供給ガスと希釈ガスの割合は、制御部８によって制御されている。

つまり、第三の配管４３には第一の配管４１を接続して、供給切替器２１に供給ガスを通過させる時間を供給ガス時間Ｈとし、第三の配管４３に第二の配管４２を接続して、供給切替器２１に希釈ガスを通過させる時間を希釈ガス時間Ｄとする。また、第三の配管４３には、第一、第二の配管４１、４２の両方を接続しないで、供給切替器２１には、供給ガスと希釈ガスのいずれのガスも通過させない時間を遮断時間Ｃとし、各時間Ｈ、Ｄ、Ｃを合計した時間が一定値の一周期時間Ｔであるとすると、供給ガス時間Ｈと希釈ガス時間Ｄの比（ここでは、Ｈ：Ｄ）が、混合比となる。

制御部８は、供給ガス中の水素ガス濃度と、希釈ガス中の水素ガス濃度が予め分かっている。従って、一周期時間Ｔの間に平滑部９に供給するガスの水素ガス濃度が決まっていれば、その水素ガス濃度を混合比の値に換算して、換算した混合比によって、供給切替器２１を動作させる。

供給ガス時間Ｈと希釈ガス時間Ｄの比が制御部８によって変更されると、混合比が変更されたことになる。
供給ガスと希釈ガスは、同じ第三の配管４３を一緒に流れることは無いようにされており、第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３では、平滑部９の貯留装置１２には、供給ガスと希釈ガスとが交互に導入される。

次に、貯留装置１２を説明すると、貯留装置１２は、軟質の材料で形成された混合ガスバッグであってもよいし、硬質の材料で形成された混合ガスチャンバであってもよい。
貯留装置１２は大気雰囲気中に置かれており、軟質の混合ガスバッグの内部に貯留する混合ガス量が変化した場合は、貯留装置１２は、内部の圧力が大気圧に近づくように伸縮して、内部に貯留された混合ガスの量に応じて体積が変化する。
それに対し、硬質の混合ガスチャンバの場合は伸縮することができず、容積(体積)は一定であるから、内部に貯留された混合ガスの量に応じて内部の圧力が変化することになる。

貯留装置１２が、硬質の混合ガスチャンバの場合は、図１〜３に示すように、貯留装置１２の内部の圧力を測定する圧力測定装置１６を設け、制御部８に所定の圧力又は圧力範囲の基準圧力を設定しておき、圧力測定装置１６の圧力の測定結果が、基準圧力よりも高圧を示している場合は、制御部８は供給開閉器２２を閉状態にして、供給ガスと希釈ガスとの貯留装置１２への導入を停止、又は減少させることや、抽出部７が平滑部９から抽出する混合ガスの量を増加させることが出来る。

なお、循環部６の第四の配管４４は、入口側の一端と、出口側の一端の両方が貯留装置１２に接続されており、第四の配管４４に設けられた循環ポンプ３２を動作させて、貯留装置１２に貯留された混合ガスを抽出した後、貯留装置１２に注入することで、平滑部９内の混合ガスを循環させており、混合ガスの抽出と注入とにより、貯留装置１２の中に、混合ガスの流れが生じ、供給ガスと希釈ガスとが混合され、水素ガス濃度が平滑にされる。

図１〜３では、圧力測定装置１６は、混合ガスを循環させる第四の配管４４に接続されているが、貯留装置１２に直接接続して貯留装置１２に貯留された混合ガスの圧力を測定するようにしてもよい。

また、第四の配管４４には、水素ガス濃度を検出する濃度検出器１３が設けられており、第四の配管４４内を流れる混合ガスの水素ガス濃度は、濃度検出器１３によって測定され、測定結果は制御部８に出力される。

濃度検出器１３の位置について説明すると、供給部５が、第四の配管４４に供給ガスと希釈ガスとを供給するように接続されている場合は、供給ガスと希釈ガスとは、濃度検出器１３よりも下流側に供給されるようになっており、濃度検出器１３は、供給部５から供給された供給ガスと希釈ガスとの水素ガス濃度は検出しない。濃度検出器１３は、貯留装置１２に設けてもよい。

次に、抽出部７について説明すると、抽出部７は、一端に平滑部９に貯留された混合ガスが供給され、他端が供給対象に置かれた第五の配管４５を有している。
第五の配管４５には、抽出用切替器２３と、抽出ポンプ３３とが設けられている。抽出用切替器２３は、三方弁５３と、三方弁駆動装置７３とを有しており、制御部８によって、三方弁駆動装置７３を介して、三方弁５３が制御され、抽出ポンプ３３が平滑部９に接続されて、抽出ポンプ３３が動作すると、抽出ポンプ３３が平滑部９(の貯留装置１２)に貯留された混合ガスを抽出し、供給対象に、試験ガスとして供給できるようになっている。
抽出用切替器２３の三方弁５３が平滑部９を第六の配管４６を介して大気に接続して、排出ポンプ３４で抽出した混合ガスを大気に放出することもできる。

なお、第一例〜第三例の試験ガス生成装置１〜３では、第五の配管４５の一端の接続部分が異なっており、第一例の試験ガス生成装置１では、一端は、第四の配管４４に接続され、循環ポンプ３２によって平滑部９から抽出された混合ガスが、濃度検出器１３に向かう流れと、抽出部７に向かう流れに分岐されている。

第二例の試験ガス生成装置２では、第五の配管４５の一端は、第四の配管４４の、貯留装置１２への注入部分のうちの、供給部５に接続された部分よりも上流側に接続されており、濃度検出器１３によって水素ガス濃度の測定が行われ、貯留装置１２に注入される前の混合ガスだけが、抽出されるようになっている。

第三例の試験ガス生成装置３では、第５の配管４５の一端は、貯留装置１２に接続されており、第一例の試験ガス生成装置１と同じく、貯留装置１２の内部の混合ガスが抽出されている。

＜動作の説明＞
以上説明した第一〜第三例の試験ガス生成装置１〜３に関し、貯留装置１２が硬質の混合ガスチャンバであった場合に、供給条件を満たす試験ガスを供給対象に供給するために、制御部８は、先ず、抽出部７を、抽出部７から供給対象に試験ガスが供給されない状態にして、循環部６によって、貯留装置１２内のガスを循環させる。

循環する混合ガスの水素ガス濃度を濃度検出器１３に測定させ、水素ガス濃度の測定結果と供給条件とを比較し、測定結果が供給条件を満たさない場合は、貯留装置１２の内部に、供給条件を満たす水素ガス濃度の混合ガスが貯留されていないから、抽出部７によって、又は抽出部７とは別の装置によって、貯留装置１２の内部を抽出して大気に排出する。

そのとき、供給部５からは、濃度検出器１３の測定結果に基づいて設定された値の混合比で、供給ガスと希釈ガスとが貯留装置１２に供給されており、貯留装置１２の内部に存する気体が大気に排出されている。

このように、制御部８は、循環部６によって、貯留装置１２の内部の気体の循環と水素ガス濃度の測定を行いながら、供給部５による供給と、貯留装置１２内の気体の排出を行っており、濃度検出器１３の測定結果が供給条件を満たさないときは供給対象に試験ガスは供給せず、平滑部９の混合ガスを抽出して、排出ポンプ３４によって大気に排出させておく。

濃度検出器１３の測定結果が供給条件を満たしたときには、試験ガスを供給対象に供給することができるようになったので、自動的に抽出用切替器２３を大気から供給対象側に切り換え、試験ガスを供給対象に供給するようにしてもよいし、又は、制御部８が報知装置３６によって測定結果が供給条件を満たしたことを周囲に報知し、その報知から供給条件が満足されたことを知見した人手で、抽出部７が抽出した混合ガスの供給先を供給対象に変更するようにしても良い。その場合、第六の配管４６を大気に接続して抽出した混合ガスを第六の配管４６から大気に放出させておき、報知装置３６の報知によって、第五の配管４５の先端を、人手で供給対象に移動させるようにしてもよいし、抽出用切替器２３の三方弁５３により、平滑部９と大気との接続を、人手で平滑部９と供給対象との接続に切り替えても良い。

貯留装置１２内の混合ガスの大気中への排出を、供給対象への試験ガスとしての供給に切り換えると、車体６３の中の水素ガス漏れ検知器６４の試験を行うことが出来るようになる。
この動作例では、供給部５から供給ガスと希釈ガスとが設定された混合比で供給されながら、試験ガスが供給対象に供給されるようになっている。

貯留装置１２内部の混合ガスの圧力は、圧力測定装置１６によって測定されており、圧力の測定結果として制御部８に出力されている。
制御部８には、所定の圧力又は所定の圧力範囲が基準圧力として設定されており、圧力の測定結果が基準圧力と比較され、測定結果が基準圧力よりも低い場合は、供給ポンプ３１が、貯留装置１２に供給される供給ガスと希釈ガスの量を増加させ、基準圧力よりも高い場合は、貯留装置１２に供給される供給ガスと希釈ガスの量を減少させ、貯留装置１２の内部圧力が基準圧力を維持するようにする。

また、測定結果が基準圧力よりも低い場合は、抽出ポンプ３３が、貯留装置１２から抽出する混合ガスの量を減少させ、基準値よりも高い場合は、貯留装置１２から抽出する混合ガスの量を増加させて、貯留装置１２の内部圧力が基準圧力を維持するようにしてもよく、このような供給ポンプ３１と抽出ポンプ３３の動作の両方を行ってもよい。

他方、貯留装置１２が軟質の材料で構成された混合ガスバッグの場合では、貯留装置１２に貯留された混合ガスが抽出可能な量になっているときは、硬質材料の混合ガスチャンバと同じ手順で試験ガスを供給対象に供給することが出来るが、貯留装置１２が空であり、収縮して体積が小さくなっていて抽出可能ではない場合は、先ず、抽出部７の抽出動作を停止させ、貯留装置１２から混合ガスが抽出されない状態にして、設定された混合比によって、供給部５から貯留装置１２に供給ガスと希釈ガスの供給を行うと、貯留装置１２に供給された供給ガスと希釈ガスとによって貯留装置１２が膨張し、体積が増大する。

このとき、制御部８は、供給部５の動作と共に、循環部６も動作させ、平滑部９内に供給された供給ガスと希釈ガスとを循環させて、貯留装置１２内に蓄積される混合ガスを攪拌、混合する。

この例では、循環部６の第四の配管４４や、貯留装置１２に、圧力測定装置１６が接続されており、制御部８には、所定の圧力又は圧力範囲が抽出条件として設定されている。
供給された供給ガスと希釈ガスとによって貯留装置１２が膨張して体積が増大するときにも、貯留装置１２の内部圧力は圧力測定装置１６によって測定され、測定した圧力値である測定結果は制御部８に出力され、制御部８で測定結果は抽出条件と比較されている。

水素ガス濃度は、濃度検出器１３によって測定され、測定結果は制御部８に出力されており、水素ガス濃度の測定結果が供給条件を満たしていても、圧力の測定結果が抽出条件を満たさない場合は、制御部８は、抽出部７に、抽出動作を開始させず、供給対象には試験ガスを供給しないようになっている。その場合は、貯留装置１２の体積を増加させる。

圧力の測定結果が抽出条件を満たし、且つ、水素ガス濃度の測定結果が供給条件を満たしている場合には、上述したように、報知装置３６による供給条件を満たしたことの報知や、供給対象への試験ガスの自動的な供給を開始する。
ここでは、抽出条件として、大気圧よりも所定値だけ高い圧力範囲が設定されており、貯留装置１２の内部圧力が、抽出条件を満たしたときに、貯留装置１２は満杯になったと看做すことができる。

他方、圧力の測定結果が抽出条件を満たしていても、水素ガス濃度の供給条件が満たされていない場合は、抽出用切替器２３によって貯留装置１２を大気に接続して混合ガスを抽出しながら、希釈ガスと供給ガスとを設定された混合比で貯留装置１２に供給し、貯留装置１２に貯留された混合ガスの水素ガス濃度を、供給条件に近づける。この場合、抽出した混合ガスは試験ガスとして供給対象に供給せず、大気に排出する。

そして、圧力の測定結果と水素ガス濃度の測定結果が、抽出条件と供給条件を満たしたときには、上述したように、そのことを報知装置３６によって周囲に報知し、人手で試験ガスを供給対象に供給するようにしてもよいし、報知装置３６の報知に替え、又は報知装置３６の報知と共に、自動的に混合ガスの大気への放出を、試験ガスとしての供給対象への供給に切り替えても良い。

いずれにしろ、試験ガスの供給を開始した後は、供給部５からの平滑部９に対する供給ガスと希釈ガスの供給対象への供給は停止し、貯留装置１２から混合ガスが抽出されるに従い、貯留装置１２の体積が縮小するようにしてもよいし、上述したように、供給ガスと希釈ガスを貯留装置１２に供給しながら、貯留装置１２から抽出した混合ガスを試験ガスとして供給対象に供給するようにしても良い。

供給ガスと希釈ガスの供給を停止する場合は、貯留装置１２の体積が縮小しているときでも圧力測定装置１６によって貯留装置１２の内部の圧力を測定し、測定結果が、制御部８が、貯留装置１２の内部の混合ガスが無くなったことを示す空袋条件が満たされたと判断すると、貯留装置１２からの抽出を終了させる。この場合には、試験ガスの供給を再開するために、供給部５による供給ガスと希釈ガスの供給を再開し、貯留装置１２を膨張させて混合ガスの貯留量を増加させればよい。

第一〜第三例の試験ガス生成装置１〜３では、貯留装置１２が軟質材料の混合ガスバッグの場合に、圧力測定装置１６を設けたが、その変形例である第四の試験ガス供給装置４を図４に示す。

第四の試験ガス供給装置４では、圧力測定装置１６に代え、距離センサ６２が用いられている。
第四の試験ガス供給装置４は、剛性を有する筺体６０を有しており、軟質材料の混合ガスバッグである貯留装置１２は、筺体６０の内部空間に配置されている。

貯留装置１２が収縮している場合は、先ず、上記と同様に、抽出用切替器２３を閉状態にして、平滑部９から大気中や供給対象にガスが流れ出さないようにしておき、供給部５から供給ガスと希釈ガスとを、設定された混合比で平滑部９に供給する。

筺体６０の内部空間は大気に開放されており、貯留装置１２は大気雰囲気中に置かれている。従って、収縮した貯留装置１２に供給ガスと希釈ガスとが供給されると膨張し、体積が増大する。

距離センサ６２は、筺体６０の天井に設けられており、距離センサ６２と対面する貯留装置１２の上部と、距離センサ６２との間の距離が、距離センサ６２によって測定され、距離を示す測定結果として制御部８に出力されている。

貯留装置１２の上部と、距離センサ６２との間の距離は、貯留装置１２の高さと相関関係があり、貯留装置１２の貯留量が抽出可能になった時の、貯留装置１２の上部と距離センサ６２との間の距離は、予め測定されており、その測定結果から、所定の距離又は所定の距離範囲が抽出条件として制御部８に設定されている。

また、制御部８には、所定値又は所定の範囲の基準距離が設定されており、制御部８が距離センサ６２の測定結果と抽出条件とを比較し、測定結果が抽出条件よりも小さい場合(短い場合)は、供給ポンプ３１は、貯留装置１２に供給する供給ガスと希釈ガスの量を減少させ、測定結果が抽出条件よりも大きい場合(長い場合)は、供給ポンプ３１は、貯留装置１２に供給する供給ガスと希釈ガスの量を増加させて、貯留装置１２の蓄積量が、抽出条件に対応した量を維持するようにする。

また、測定結果が抽出条件よりも小さい場合は、抽出ポンプ３３が、貯留装置１２から抽出する混合ガスの量を増加させ、測定結果が抽出条件よりも大きい場合は、貯留装置１２から抽出する混合ガスの量を減少させて、貯留装置１２の蓄積量が抽出条件に対応した量を維持するようにすることができる。
また、このような供給ポンプ３１の動作と抽出ポンプ３３の動作は、両方を行っても良い。

抽出条件と供給条件が満足されていれば、制御部８は、上述した報知装置３６による報知や、供給対象への試験ガスの供給を行う。
このように、距離センサ６２による距離の測定結果は、圧力測定装置１６による圧力の測定結果と同様に、貯留装置１２から混合ガスを抽出できるかどうかを制御部８が判断する根拠になる。

なお、上述した報知装置３６はディスプレイであり文字や図形を表示することで報知を行ったが、報知装置３６はディスプレイに限定されるものではなく、スピーカー、ブザー、ライト等を用いることが出来、水素ガス濃度の測定結果が、供給条件を満足したことを周囲に報知できる装置であればよい。

１〜４……試験ガス生成装置
６……循環部
７……抽出部
８……制御部
９……平滑部
１２……貯留装置(混合ガスバッグ、混合ガスチャンバ)
１３……濃度検出器
１６……圧力測定装置
２１……供給切替器
３６‥‥報知装置

Claims

自動車搭載の燃料電池に供給する水素ガスの大気への漏出を検出する水素ガス漏れ検知器を試験するための試験ガスを生成する試験ガス生成装置であって、
水素ガスを含有する供給ガスと、前記供給ガスに含有される水素ガスを希釈する希釈ガスとが混合された混合ガスを貯留し、水素ガス濃度の変化を平滑にさせる平滑部と、
前記供給ガスと前記希釈ガスとを設定された混合比で前記平滑部に供給する供給部と、
前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を抽出して前記平滑部に戻す循環部と、
前記混合ガスの前記水素ガス濃度を測定する濃度検出器と、
前記濃度検出器の前記水素ガス濃度の測定結果に基づいて、前記供給部の前記混合比の設定を変更する制御部と、
前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を、前記試験ガスとして供給するために抽出する抽出部と、
を有し、
前記供給部は、前記供給ガスと前記希釈ガスとを交互に前記平滑部に供給する切替器を有し、
前記切替器は、前記供給ガスの供給時間と前記希釈ガスの供給時間との比を変更することで、前記混合比が変更されるように構成された試験ガス生成装置。
前記平滑部は、硬質の材料で形成された混合ガスチャンバを有し、
前記混合ガスチャンバは、貯留した前記混合ガスの量に応じて内部の圧力が変化するように構成された請求項１記載の試験ガス生成装置。
前記混合ガスチャンバの圧力を測定する圧力測定装置を有する請求項２記載の試験ガス生成装置。
前記平滑部は、軟質の材料で形成された混合ガスバッグを有し、
前記混合ガスバッグは、貯留する前記混合ガスの量に応じて体積が変化するように構成された請求項１記載の試験ガス生成装置。
自動車搭載の燃料電池に供給する水素ガスの大気への漏出を検出する水素ガス漏れ検知器を試験するための試験ガスを生成する試験ガス生成装置であって、
水素ガスを含有する供給ガスと、前記供給ガスに含有される水素ガスを希釈する希釈ガスとが混合された混合ガスを貯留し、水素ガス濃度の変化を平滑にさせる平滑部と、
前記供給ガスと前記希釈ガスとを設定された混合比で前記平滑部に供給する供給部と、
前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を抽出して前記平滑部に戻す循環部と、
前記混合ガスの前記水素ガス濃度を測定する濃度検出器と、
前記濃度検出器の前記水素ガス濃度の測定結果に基づいて、前記供給部の前記混合比の設定を変更する制御部と、
前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を、前記試験ガスとして供給するために抽出する抽出部と、
を有し、
前記平滑部は、軟質の材料で形成された混合ガスバッグを有し、
前記混合ガスバッグは、貯留する前記混合ガスの量に応じて体積が変化するように構成された試験ガス生成装置。
前記混合ガスバッグの高さを測定する距離センサを有し、
前記混合ガスバッグは、前記体積の増減によって高さが変化するように構成された請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の試験ガス生成装置。
前記供給部から前記平滑部に供給された前記供給ガスと前記希釈ガスとの流量である供給流量と、前記抽出部で抽出された前記混合ガスの流量である抽出流量とが測定され、
前記制御部は、前記混合ガスバッグに貯留された前記混合ガスの量が一定になるように、前記供給流量と前記抽出流量のうち、いずれか一方又は両方を変化させるように構成された請求項４又は請求項５のいずれか１項記載の試験ガス生成装置。
自動車搭載の燃料電池に供給する水素ガスの大気への漏出を検出する水素ガス漏れ検知器を試験するための試験ガスを生成する試験ガス生成装置であって、
水素ガスを含有する供給ガスと、前記供給ガスに含有される水素ガスを希釈する希釈ガスとが混合された混合ガスを貯留し、水素ガス濃度の変化を平滑にさせる平滑部と、
前記供給ガスと前記希釈ガスとを設定された混合比で前記平滑部に供給する供給部と、
前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を抽出して前記平滑部に戻す循環部と、
前記混合ガスの前記水素ガス濃度を測定する濃度検出器と、
前記濃度検出器の前記水素ガス濃度の測定結果に基づいて、前記供給部の前記混合比の設定を変更する制御部と、
前記平滑部に貯留された前記混合ガスの一部を、前記試験ガスとして供給するために抽出する抽出部と、
を有し、
前記平滑部は、硬質の材料で形成された混合ガスチャンバを有し、
前記混合ガスチャンバは、貯留した前記混合ガスの量に応じて内部の圧力が変化するように構成された試験ガス生成装置。
前記混合ガスチャンバの圧力を測定する圧力測定装置を有する請求項８記載の試験ガス生成装置。
前記水素ガス濃度の供給条件が設定され、前記測定結果が前記供給条件を満足させると、満足したことを報知する報知装置を有する請求項１、請求項２、請求項４、請求項５，又は請求項８のいずれか１項記載の試験ガス生成装置。
前記水素ガス濃度の供給条件が設定され、前記測定結果が前記供給条件を満足させると、前記試験ガスを供給する請求項１、請求項２、請求項４、請求項５，又は請求項８のいずれか１項記載の試験ガス生成装置。
前記希釈ガスは、酸素ガスを含有する請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、請求項８、請求項１０、又は請求項１１のいずれか１項記載の試験ガス生成装置。
前記希釈ガスには、大気中の空気が用いられる請求項１２記載の試験ガス生成装置。