JP6338202B2 - 校正装置 - Google Patents
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Description
近年では環境問題への対策として、水素を燃料とする燃料電池自動車が開発され、それに伴って水素充填装置及び水素充填装置の校正装置が検討されている。
しかし、水素を−40℃に冷却して水素充填装置の校正装置に充填すると、レセプタクル、充填ガス供給管路、充填容器その他の機器は周囲の温度よりも低温になり、当該機器に結露が発生し、その結露が蒸発すると校正装置全体の重量が変化して、正確な校正ができなくなるという問題が存在する。
また、校正装置の充填容器から水素ガスを放出する場合、断熱膨張現象により充填容器の温度が低下して結露が生じる。そして複数回の校正を行う場合には、表面積の大きい充填容器の表面が結露、蒸発を繰り返し、校正装置の重量変化が顕著に現れてしまい、正確な測定が不可能になる。
ここで前記秤(3)は、前記充填容器(2)に供給された燃料ガスの重量を計測ハウジング(1、10)ごと計測するのが好ましい。
ここで「半密閉構造」なる文言は、完全に密閉する訳ではないが略々密閉に近い状態にすることが出来る構造を意味している。
当該露点計(5)は計測ハウジング(1、10)外側に着脱自在に設けることが出来るが、計測ハウジング(1、10)内に設けることも可能である。
この場合、第2の室(10B)における乾燥ガスの単位容積あたりの流量が第1の室(10A)における乾燥ガスの単位容積あたりの流量よりも多くすることが好ましい。
乾燥ガスとしては、調達コストが安く、計測ハウジング(1、10)内への充填や排出を短時間で完了することが出来て、しかも安全性向上に寄与することが出来る性状の気体であれば、適用可能である。
その結果、燃料ガス(例えば−40℃に冷却されている水素ガス)を校正装置(100、200)内の充填容器(2)に供給しても、計測ハウジング(1、10)内の機器に結露が発生することが防止される。すなわち本発明によれば、計測ハウジング(1、10)内の機器に結露が生じることを防止して、高精度、高信頼、高安定な校正を実現することが出来る。
ここで本発明によれば、乾燥ガス管路(4)が(計測ハウジング1、10に対して)着脱自在に設けられているので、校正における重量測定(秤量)に際して乾燥ガス管路(4)を計測ハウジング(1、10)から分離することにより、乾燥ガス管路(4)を構成する部材に生じた応力により、重量測定結果が変動してしまうことが防止される。
そのため、校正装置(100、200)内の充填容器(2)に連続して燃料ガス(例えば−40℃に冷却されている水素ガス)を充填する場合に、1回の充填毎に結露した機器が乾燥するのを待機すること無く、連続して充填して、校正或いは各種試験を実行することが可能である。
そして、水分を含んだエアが計測ハウジング(1、10)内に浸入しなければ、−40℃の水素を充填しても、レセプタクル(6)、充填ガス供給管路(7)、充填容器(2)その他の機器が結露することが防止出来る。
例えば、露点温度が所定温度(例えば−20℃:計測ハウジング1内が必要十分に乾燥していると判断出来る露点温度)であり、計測ハウジング(1)内が必要十分に乾燥していると判断出来る時に燃料ガス(例えば−40℃に冷却されている水素ガス)を供給すれば、レセプタクル(6)、充填ガス供給管路(7)、充填容器(2)その他の機器に発生する結露量は少なくなり、当該少ない結露量は重量測定に及ぼす影響が十分に小さい。
ここで、例えば−40℃以下まで露点を下げれば結露量はゼロになると予測されるが、露点−40℃以下の結露量と露点−20℃における結露量の差は小さい。そのため、必要十分乾燥していると判断出来る基準となる露点温度として、−20℃〜−25℃程度を設定することが現実的であり且つ経済的である。
この場合、第2の室(10B)は充填ノズル(41)とレセプタクル(6)を脱着する度毎に水分を包含する外気が浸入するのに対して、第1の室(10A)には水分を包含する外気が浸入する可能性は低いので、第2の室(10B)における乾燥ガスの単位容積あたりの流量が第1の室(1A)における乾燥ガスの単位容積あたりの流量よりも多くすることが適当である。また、その流量は個々に調整できることが望ましい。
最初に図1、図2を参照して本発明の第1実施形態を説明する。
図1において、本発明の第1実施形態に係る校正装置は、全体を符号100で示されている。校正装置100は、計測ハウジング1、計測ハウジング1内に配置され外部から高圧の燃料ガス(例えば水素ガス)が供給される充填容器2、計測ハウジング1の重量を測定する秤3、計測ハウジング1と秤3を収容する本体ハウジング20を備える。なお、充填容器2は台座8を介して計測ハウジング1の底面上に載置される。
以下、燃料ガスとして水素ガスを採用する場合について記載する。
計測ハウジング1(充填容器2等を収容する)と秤3を収容する本体ハウジング20は、その下面に移動手段20A(車輪等)を備え、校正に際し校正すべき装置(水素充填装置)の設置個所まで移動することが出来る。
すなわち、水素充填装置40と計測ハウジング1は、充填ノズル41とレセプタクル6の結合により連結され、水素ガスが水素充填装置40から計測ハウジング1内の充填容器2に供給される。
なお、符号2Aは充填装置2における充填ガス取入部を示し、符号9は計測ハウジング1側に供給された水素ガスの逆流を防止する逆止弁である。
ここで乾燥ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや、炭酸ガス、乾燥エアを用いることが出来るが、調達コストが安く、計測ハウジング1内への充填や排出を短時間で完了することが出来て、しかも安全性の高い気体であれば、適用可能である。
ここで、例えば−40℃以下まで露点を下げれば結露量はゼロになると予測されるが、露点−40℃以下の結露量と露点−20℃における結露量の差は小さい。そのため、必要十分乾燥していると判断出来る基準となる露点温度として、−20℃〜−25℃程度を設定することが現実的であり且つ経済的である。
図示の実施形態では露点計5は計測ハウジング1の外側に設けられているが、露点計5を計測ハウジング1内に設けることも可能である。
さらに、計測ハウジング1の上面には充填ガス放出口11が設けられ、充電ガス放出口11は充填ガス放出管路12により充填容器2と接続されている。
充填容器2から水素ガスを放出する場合、充填容器2から放出された水素ガスは充填ガス放出管路12を通過して、充填ガス放出口11から計測ハウジング1の外部に放出される。図示はされていないが、本体ハウジング20にも気体放出機構が設けられている。
支持部材14、支持部材15及び充填容器2を載置する台座8は、熱伝導率の低い断熱材、例えばゴムや樹脂等を使用している。計測ハウジング1内の低温が、支持部材14、支持部材15及び台座8を通して計測ハウジング1の外面に伝導し、大気に接している計測ハウジング1や秤3の外表面に結露が生じることを防止するためである。
計測ハウジング1を半密閉構造にすることで、計測ハウジング1内に乾燥ガスを供給し、計測ハウジング1内を僅かに加圧された状態に保持することにより、水分を含んだエアが計測ハウジング1内に侵入することを防止出来る。
図2の校正のフローチャートにおいて、ステップS1では、最初に水素ガス充填前の状態における計測ハウジング1の重量を、秤3により、乾燥ガス管路4、充填ノズル41が接続されていない状態で計測する。
そして、乾燥ガス管路4、充填ノズル41を接続し、計測ハウジング1内のエア、その他の水分を包含する気体を排出し(掃気作業)、水素充填装置40(校正対象)から充填容器2への水素ガスを充填し(充填作業)、そして乾燥ガス管路4、充填ノズル41を接続解除する(接続解除作業)。
掃気作業では、図示しない乾燥ガス供給源から乾燥ガス管路4を介して、計測ハウジング1内に乾燥ガスを供給、充填する。計測ハウジング1内に乾燥ガスが充填されることで、計測ハウジング1内に存在していたエアの様な水分を包含する気体を、気体排出口13から計測ハウジング1の外部に排出する。
露点温度が所定温度(例えば−20℃)に達した状態では計測ハウジング1内が十分に乾燥しているので、例えば−40℃に冷却されている水素ガスを計測ハウジング1内の充填容器2に充填しても、充填容器2、レセプタクル6、充填ガス供給管路7、その他の機器に発生する結露量は少なく、当該結露量が重量測定に及ぼす影響は十分に小さい。
ここで、例えば−40℃以下まで露点を下げれば結露量はゼロになると予測されるが、露点−40℃以下の結露量と露点−20℃における結露量の差は小さい。そのため、必要十分乾燥していると判断出来る基準となる露点温度として、−20℃〜−25℃程度を設定することが現実的であり且つ経済的である。
水素ガスの充填は、水素充填装置40の圧力計(図示せず)により、所定量の水素ガスが供給されたと判断されるまで行う。
接続解除作業では、乾燥ガス管路4、充填ノズル41の接続を解除する。乾燥ガス管路4を計測ハウジング1から接続解除して計測ハウジング1から分離することにより、秤3による校正における重量測定(秤量、ステップS2)に際して、乾燥ガス管路4を構成する部材に生じた応力の影響を秤3による測定から除去し、当該応力により重量測定結果が変動してしまうことを防止している。
ステップS1が終了したら、ステップS2に進む。
水素ガス充填後の計測に際して、充填容器2等の計測ハウジング1内の機器は結露していないので、結露による誤差を排除した正確な重量が測定出来る。
そして水素ガス充填前の計測ハウジング1の重量と水素ガス充填後の計測ハウジング1の重量の計測結果から、充填容器2に充填された水素ガスの重量を演算し、水素ガスの充填量を演算する。そして、演算された充填量と校正すべき水素充填装置40の流量計に基づいて決定された充填量とを比較することにより、水素充填装置40の校正が行われる。
ステップS2が終了するとステップS3に進む。
さらに、前記計測結果である水素ガスの充填量或いは充填された水素ガスの重量を、校正対象である水素充填装置40の識別番号(例えば製品番号)、校正日時等と共に、情報処理機器(例えば図示しないパソコン等)の記憶装置に保存する。そして校正の手順を終了する。
連続して(別の)水素充填装置40の校正を行う場合には、図2の「スタート」に戻り、ステップS1〜S3の作業を実行する。
さらに、上述した充填容器2に充填された水素ガスの放出は、次の対象装置の校正におけるステップS1の秤リセットの中で行うことも出来る。
その結果、燃料ガス(例えば−40℃に冷却されている水素ガス)を校正装置100の充填容器2に供給しても、計測ハウジング1内の機器に結露が発生することが防止され、高精度、高信頼、高安定な校正を実現することが出来る。
計測ハウジング1の重量測定(秤量)に際して、露点計5を分離することも可能である。
そのため、−40℃の水素を充填容器2に充填しても、充填容器2、レセプタクル6、充填ガス供給管路7、その他の機器が結露することが防止出来る。
例えば、露点温度が所定温度(例えば−20℃:計測ハウジング1内が十分に乾燥していると判断出来る露点温度)に達したことを露点計5で計測した場合には、計測ハウジング1内が十分に乾燥していると判断して、水素ガス(例えば−40℃)を供給すれば良い。その際には計測ハウジング1内が十分に乾燥しているので、充填容器2、レセプタクル6、充填ガス供給管路7、その他の機器に発生する結露量は少なく、当該結露量が重量測定に及ぼす影響は十分に小さい。
ここで、例えば−40℃以下まで露点を下げれば結露量はゼロになると予測されるが、露点−40℃以下の結露量と露点−20℃における結露量の差は小さい。そのため、必要十分乾燥していると判断出来る基準となる露点温度として、−20℃〜−25℃程度を設定することが現実的であり且つ経済的である。
1回のみの校正であれば、例えば−40℃の水素ガスを充填容器2に充填して、充填容器2、レセプタクル6、充填ガス供給管路7、その他の機器が結露しても、それが十分に乾燥してから計測ハウジング1の重量を計測することにより、正確な校正が出来る。しかし、単一の校正装置100により複数の水素充填装置40について連続して校正する場合には、充填容器2が結露してしまうと、十分に乾燥するまで重量の計測を待機しなければならず、校正に長時間が必要となってしまう。
そのため、校正装置100で複数の水素充填装置40について連続して構成する場合に、1回の校正毎に結露した機器、管路が乾燥するのを待機すること無く、連続して充填して、校正或いは各種試験を実行することが可能である。
図3において、第2実施形態に係る校正装置は、全体を符号200で示されている。校正装置200では、計測ハウジング10を、第1の室10A(主室)及び第2の室10B(副室)から構成される2室構造とし、校正対象の水素充填装置40からの水素受入口であるレセプタクル6を当該副室10Bに収容している。
第2実施形態の校正装置200で、計測ハウジング10に副室10Bを設け、当該副室10Bにレセプタクル6を収容した構成以外は、第1実施形態の校正装置100と同様である。
充填容器2に供給、充填された水素ガスの重量を測定する際には、第1実施形態と同様に、水素ガス充填前の計測ハウジング10の重量と水素ガス充填後の計測ハウジング10の重量を秤3により計測し、水素ガス充填前後の計測ジング10の重量の際から、水素ガスの充填量を演算する。
主室10Aの水素ガス導入側の側面(図3で右側側面)には、隣接して副室10Bが配置され、副室10B内にレセプタクル6は収容され、レセプタクル6は従来公知の態様(図示せず)で副室10Bに固定される。また、レセプタクル6には、一端を主室10A内の充填容器2に接続した充填ガス供給管路7の他端が接続される。なお、符号9は逆止弁である。
なお、主室10A、副室10Bの側壁の充填ガス供給管路7の貫通部分にはシール部材16が設けられており、当該貫通孔部分を介してエアの様な水分を含有する気体が主室10A及び副室10B間を流通することを防止している。
乾燥ガスは図示しない供給源から乾燥ガス管路4Aにより副室10B内に供給され、副室10B内に乾燥ガスを充填することが出来る。
使用する乾燥ガスは、第1実施形態と同様に、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスや、炭酸ガス、乾燥したエアである。
そのため、副室10Bの水素充填装置40の接続側側面(図3で右側側面)には、開閉軸10Dに対して開閉自在な蓋部10Cが設けられる。さらに蓋部10Cの下縁及び当該下縁に対向する副室10B側には、それぞれ連泡構造の柔軟な部材(例えばスポンジ)で構成される蓋部シール部材10E、10Fが設けられ、蓋部10Cの側縁にも図示しないシール部材が設けられる。
水素ガスを充填する際は、水素充填装置40の水素配管42は、蓋部シール部材10E、10Fで挟まれた状態となり、以って、水素配管42の蓋部シール部材10E、10Fで挟まれた部分がシールされた状態になる。
そのため、第2実施形態の校正装置200では、副室10Bにおける乾燥ガスの単位容積あたりの流量(循環量)は主室10Aにおける乾燥ガスの単位容積あたりの流量(循環量)よりも多く設定されている。例えば、副室10Bの乾燥ガスの循環流量は主室10Aにおける乾燥ガスの循環流量に比較して、数倍のオーダーで大きく、その流量は個々に調整できることが望ましい。副室10B内に多量の乾燥ガスを循環させることにより、水素配管42が蓋部シール部材10E、10Fで挟まれた箇所から水分を含んだ外気が副室10B内に侵入することを防止するためである。
図3の第2実施形態では、主室10Aに露点計5を設置して副室10Bには露点計を設置せず、主室10A内の湿度管理を行なうことにより、水素充填開始の判断は主室10Aの露点計5の計測結果に基いて行う。但し、副室10Bにも露点計(図示せず)を設置し、主室10Aの露点計5と副室10B内の露点計の計測結果の双方に基いて水素充填開始のタイミングを判断することが可能である。
ここで、レセプタクル6、充填ノズル41、水素配管42等の結露の量は大きく、レセプタクル6、充填ノズル41、水素配管42の表面積は、主室10A内に配置されている機器の表面積に比較して小さいので、仮に副室10B内で結露を生じたとしても、その影響が秤3による重量測定に与える悪影響は少ない。そのため、レセプタクル6、充填ノズル41、水素配管42を主室10Aから隔離して副室10Bに収容することによる計測精度の劣化抑制の効果は大きい。
例えば、図示の実施形態では水素充填装置の校正装置として説明しているが、本発明はCNG充填装置の校正装置についても適用することが可能である。
2・・・充填容器
3・・・秤
4、4A.・・・乾燥ガス管路
5・・・露点計
6・・・レセプタクル(水素受入口)
7・・・充填ガス供給管路
8・・・台座
9・・・逆止弁
10A・・・計測ハウジングの第1の室(主室)
10B・・・計測ハウジングの第2の室(副室)
10C・・・蓋部
10D・・・開閉軸
10E、10F・・・蓋部シール部材(スポンジ等)
11・・・充填ガス放出口
12・・・充填ガス放出管路
13・・・気体排出口
14、15・・・支持部材
16・・・シール部材
20、30・・・本体ハウジング
20A、30A・・・移動手段(車輪等)
40・・・水素充填装置
41・・・充填ノズル
42・・・水素配管
100、200・・・校正装置
Claims (4)
- 高圧充填された燃料ガスの充填量の重量を正確に測定するための校正装置において、計測ハウジング(1、10)内に配置され外部から高圧の燃料ガスが供給される充填容器(2)と、当該充填容器(2)に供給された燃料ガスの重量を測定する秤(3)とを備え、前記計測ハウジング(1、10)内に乾燥ガスを供給する乾燥ガス管路(4)が前記計測ハウジング(1、10)に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする校正装置。
- 前記計測ハウジング(1、10)は半密閉構造である請求項1の校正装置。
- 前記計測ハウジング(1、10)内の露点温度を測定する露点計(5)を設けた請求項1、2の何れかの校正装置。
- 前記計測ハウジング(1、10)は、充填容器(2)を備えた第1の室(10A)と、レセプタクル(6)を収容する第2の室(10B)を有している請求項1〜3の何れか1項の校正装置。
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