JP7451310B2 - ガス中水分量変化検出装置および除湿装置の状態検出装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態によるガス中水分量変化検出装置10を示すブロック図である。ガス中水分量変化検出装置10は、複数の流量測定部の一例である第1流量測定センサ1および第2流量測定センサ2と、水分量変化検出部3とを備える。
センサ値_2=熱式センサ係数×温度差/ガス比熱 (1)
数式(1)において、「熱式センサ係数」は、熱式流量計に固有の係数(定数)である。「温度差」は、ガスの流路上の上流側および下流側の2つの温度測定点間の温度差である。
ガス比熱≒(1-水分率)×純ガス比熱+水分率×水分飽和ガス比熱 (2)
数式(2)において、「水分率」は、ガスの量を1とした場合のガス中の水分量の比率である。「純ガス比熱」は、水分で飽和していないガスの比熱である。「水分飽和ガス比熱」は、水分で飽和したガスの比熱である。
ただし、数式(4)において、「td」は、第1流量測定センサ1と第2流量測定センサ2との測定時間の差である。「td」は、次式で表すことができる。
td≒センサ間距離/ガス平均流速 (5)
センサ間距離は既知の値であるので、ガス平均流速を一定とみなす場合は、tdは定数となる。
補正後のセンサ値_1=水分補正係数×補正前のセンサ値_1 (6)
補正後のセンサ値_2=(1-水分補正係数)×補正前のセンサ値_2 (7)
ただし、数式(6)および数式(7)において、「水分補正係数」は、(1+水分率)/2である。この場合、ガス中の水分率が0の場合、水分補正係数は1/2になる。
次に、水の電気分解によって発生した水素中の水分量の変化を検出する第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態によるガス中水分量変化検出装置10を示すブロック図である。
2H2O→2H2+O2 (8)
センサ値_1=電流効率×電解電流×変換係数 (9)
ただし、数式(9)における「変換係数」は、次式で表される。
変換係数=水素のモル体積/水素分子の原子量/ファラデー定数×セル数 (10)
なお、数式(9)における「電流効率」は、水電解装置4の特性に依存し、短時間では一定である。
吸着容量=飽和状態の吸着量-再生後の吸着量
=吸着筒が飽和状態になるまでの湿潤ガスの総流量 (10)
劣化率=1-吸着容量/初期(設計値)の吸着容量 (11)
2…第2流量測定センサ
3…水分量変化検出部
10…ガス中水分量変化検出装置
Claims (7)
- ガスの流動方向に間隔を空けて配置され、前記ガスの流量を測定する複数の流量測定部であって、前記ガス中の水分量の変化による前記ガスの流量の測定値への影響が互いに異なる複数の流量測定部と、
前記複数の流量測定部の測定値の差に基づいて前記ガス中の水分量の変化を検出する水分量変化検出部と、
を備えるガス中水分量変化検出装置であって、
前記複数の流量測定部は、前記ガス中の水分量の変化による前記ガスの流量の測定値への影響を受けない第1流量測定部と、前記第1流量測定部よりも前記ガスの下流側に配置され、前記ガス中の水分量の変化による前記ガスの流量の測定値への影響を受ける第2流量測定部と、を有し、
前記ガスは、水素であり、
前記ガス中水分量変化検出装置は、
水を電気分解して前記水素と酸素とを生成する水電解装置を更に備え、
前記第1流量測定部は、前記電気分解に用いられる電解電流に基づいて、次式にしたがって前記水素の流量を測定する、ガス中水分量変化検出装置。
前記水素の流量=電流効率×前記電解電流×変換係数
ただし、前記変換係数は、次式で表される。
前記変換係数=水素のモル体積/水素分子の原子量/ファラデー定数×前記水電解装置を構成する水電解セルのセル数 - 前記水分量変化検出部は、前記複数の流量測定部間の間隔による前記複数の流量測定部間における前記ガスの流量の測定時間の差を考慮して、前記測定時間の差に相当する時間差で取得された前記複数の流量測定部の測定値の差に基づいて前記ガス中の水分量の変化を検出する、請求項1に記載のガス中水分量変化検出装置。
- 前記複数の流量測定部は、前記ガスの流量に応じた温度変化と前記ガスの比熱とを用いて前記ガスの流量を測定する熱式流量計を含む、請求項1または2に記載のガス中水分量変化検出装置。
- 前記水電解装置で生成された前記水素中の水分を除去する除湿装置を更に備える、請求項1~3のいずれか1項に記載のガス中水分量変化検出装置。
- 前記水分量変化検出部は、補正係数を用いて前記複数の流量測定部の測定値を補正し、補正後の前記複数の流量測定部の測定値の差に基づいて前記ガス中の水分量の変化を検出する、請求項1~4のいずれか1項に記載のガス中水分量変化検出装置。
- 水を電気分解して水素と酸素とを生成する水電解装置と、
前記水電解装置で生成された前記水素の流量を測定する第1流量測定部であって、前記水素中の水分量の変化による前記水素の流量の測定値への影響を受けない第1流量測定部と、
前記水電解装置で生成された水素中の水分を除去する除湿装置と、
前記除湿装置で水分が除去された水素の流量を測定する第2流量測定部であって、前記水素中の水分量の変化による前記水素の流量の測定値への影響を受ける第2流量測定部と、
前記第1流量測定部の測定値と前記第2流量測定部の測定値との差に基づいて前記水素中の水分量の変化を検出する水分量変化検出部と、
を備えたガス中水分量変化検出装置に備えられ、
前記水分量変化検出部で検出された水分量の変化に基づいて前記除湿装置の状態を検出する除湿状態検出部を備える、除湿装置の状態検出装置であって、
前記第1流量測定部は、前記電気分解に用いられる電解電流に基づいて、次式にしたがって前記水素の流量を測定する、除湿装置の状態検出装置。
前記水素の流量=電流効率×前記電解電流×変換係数
ただし、前記変換係数は、次式で表される。
前記変換係数=水素のモル体積/水素分子の原子量/ファラデー定数×前記水電解装置を構成する水電解セルのセル数 - 前記除湿装置は、
前記水電解装置側から導入された前記水素中の水分を吸着して除去し、水分が除去された水素を前記第2流量測定部側に排出する複数の吸着筒と、
前記複数の吸着筒を用いた前記水素中の水分の除去を制御する除湿制御部と、を備え、
前記除湿状態検出部は、前記水分量変化検出部の検出結果に基づいて、前記除湿装置の状態として前記複数の吸着筒の飽和状態を検出し、
前記除湿制御部は、前記飽和状態が検出されていない吸着筒については、当該吸着筒に前記水素を通して水分を除去させ、水分が除去された水素を前記第2流量測定部側に排出させ、前記飽和状態が検出された吸着筒については、当該吸着筒を加熱しながら当該吸着筒に前記飽和状態が検出されていない吸着筒から前記第2流量測定部側に排出される水素の一部を分岐させて通すことで、前記飽和状態を解消させる、請求項6に記載の状態検出装置。
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