(57)【要約】【課題】窒素容器窒素残存量の計測方法の提供。【解決手段】一種の窒素容器窒素残存量の計測方法、交換前の窒素容器の窒素残存量を計測する方法。該方法は窒素容器の窒素全量と窒素消費量をそれぞれに読み取った上、窒素残存量計算式により、使用可能な窒素残存量を算出する。該窒素容器は窒素の充満または交換するとき、窒素容器の使用回数、窒素容器の窒素全量と窒素消費量の順で読み取った後、窒素残存量計算式により、使用可能な窒素残存量を算出する。【選択図】図５
2006308580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）窒素容器の窒素残存量を計測する、
（ｂ）該窒素容器で消費された窒素量を計測する、
（ｃ）以下の窒素残存量計算式により、窒素容器の窒素残存量を算出する、
【数１】
2006308580.tif 000012
【数２】
2006308580.tif 000013
【数３】
2006308580.tif 000014
そのうち、
Ｃoc＝窒素充満後または新規交換後の窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃac＝窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃuc ＝消費された窒素量、
Ｔ ＝  窒素容器の操業温度、
Ｎ ＝  窒素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  窒素容器の交換状態、Ｓ＝０窒素容器が新規交換、Ｓ＝１窒素容器交換前を示す、
Ｔ ＝  窒素容器の使用時間（秒）、
以上の手順を含まれた窒素容器の使用可能な窒素残存量を計測する一種の窒素容器窒素残存量の計測方法。
【請求項２】
手順（ａ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項１記載の窒素容器窒素残存量の計測方法。
【請求項３】
手順（ｃ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項１記載の窒素容器窒素残存量の計測方法。
【請求項４】
（ａ）窒素容器の使用サイクル数を計測する、
（ｂ）窒素容器の窒素残存量を計測する、
（ｃ）該窒素容器で消費された窒素量を計測する
（ｄ）以下の窒素残存量計算式により、窒素容器の使用可能な窒素残存量を算出する、
【数４】
2006308580.tif 000015
【数５】
2006308580.tif 000016
【数６】
2006308580.tif 000017
そのうち、
Ｃoc ＝  窒素充満後または新規交換後の窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃac ＝  窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃuc ＝  消費された窒素量、
Ｔ ＝  窒素容器の操業温度、
Ｎ ＝  窒素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  窒素容器の交換状態、Ｓ＝０窒素容器が新規交換、Ｓ＝１窒素容器交換前を示す、
Ｔ ＝  窒素容器の使用時間（秒）、
以上の手順を含まれた窒素充満後または新規交換後の窒素容器の使用可能な窒素残存量を計測する一種の窒素容器窒素残存量の計測方法。
【請求項５】
手順（ａ）はさらに、窒素容量減衰曲線計算を行い、窒素容器の使用可能な窒素量計算手順を含まれることを特徴とする請求項４記載の窒素容器窒素残存量の計測方法。
【請求項６】
手順（ａ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項４記載の窒素容器窒素残存量の計測方法。
【請求項７】
手順（ｃ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項４記載の窒素容器窒素残存量の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒素保存容器の窒素容量の計測方法、特に一種の窒素容器窒素残存量の計測方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
窒素エンジン車両、窒素燃料電池系統や製品または再生エネルギーによる窒素生成系統など、すべては窒素保存装置が必要である。現時点の主な商用目的の窒素保存技術は、おもに液体、高圧気体および低圧金属窒化物の３種類に分けられる。安全使用を配慮し、固体金属窒化物の保存方法が一番好ましいである。
【０００３】
通常、常温低圧の固体合金窒素保存技術、そのほとんどはチタンフェライト合金、チタンニッケル合金またはマグネシウム合金粉末などの粉末を窒素保存の媒質に使用し、窒素容器に充填して使用に備える。使用する前に、窒素保存合金に窒素を充満させ、使用するときは、窒素を窒素エンジンまたは燃料電池などの装置に出力させる。
【０００４】
実務上、固体合金窒素容器を使用するときは、窒素補充の時点を判断するため、窒素容器の残存量を随時に把握しなければならない。窒素缶の携帯式燃料電池発電機、または電気オートバイや自転車の利用者は、窒素残存量を正確に把握し、使用可能時間、窒素充填または窒素缶の交換タイミングの判断を行なう。
【０００５】
固体合金窒素保存の性能変化は、操業圧力、窒素容量と操業温度のＰＣＴ曲線で表す。図１に示すものは、チタンフェライト合金（ＴｉＦｅ）固体合金窒素保存が様々な操業温度におけるＰＣＴ曲線を示し、図２に示すものは、チタンニッケル合金（LａＮi5）固体合金窒素保存が様々な操業温度におけるＰＣＴ曲線を示すものである。図１、図２のＰＣＴ曲線において、横軸の座標は窒素容量を示し、縦軸の座標は窒素の解離圧力（ａｔｍ）を示すものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１、図２のＰＣＴ曲線分析から、固体合金窒素保存は異なる窒素容量における圧力変化は顕著的でない。高い残存量と低い残存量において、その変化が顕著になる。ほとんどの残存量における窒素圧力は平らな曲線を示すため、従来の単純な圧力計測でもって、固体窒素合金の窒素容量を判断することができない。
【０００７】
一方、固体窒素合金の窒素容量は温度変化に対して、非常に敏感であり、その変化に一定のパターンがある。しかし、窒素容量は圧力影響を同時に受けるため、単純な温度計測でもって、固体窒素合金の窒素容量を判断することができない。
【０００８】
固体窒素合金における窒素容量を判断する手段として、実験室には重量差測定法を用いる。該測定法は精密の秤をもって、使用前・後の窒素容器の重量差を測定し、概略的な固体窒素合金の窒素容量を算出する。
【０００９】
しかし、実務上の窒素供給装置は窒素容器、熱交換器水套、自在継手、冷却装置を含まれるため、重量変化が大きく、計量秤は装置空間を増やせるばかりでなく、その取付けが困難である。このため、この種の重量差の計測方法を指示計に応用することは産業上の需要に応えることができない。
【００１０】
実務上、固体合金窒素容器における窒素容量は窒素の純度、合金中毒度などによって低下される。つまり、窒素容器の使用サイクル数が多いほど、窒素容量は小さくなる。このほか、窒素容器の窒素全量ではなく、使用可能な窒素残存量を把握することが目的である。これは使用時点における窒素容器の温度、必要な窒素圧力と流量に関係する。
【００１１】
しかしながら、窒素容器の窒素容量測定について、現時点には迅速、精確、産業実務要求に応えられるような類似技術または製品が見かけませんでした。しかし、これは燃料電池系統、燃料電池自動車などの窒素応用装置は製品化と応用拡大に問題をきたす。
【００１２】
本発明は公知技術の欠点および実務要求に対して、一種の斬新な技術により、実用的な窒素容器の窒素容量の測定方法を提供する。本発明の方法は、交換前または交換後の窒素容器の窒素使用可能量を精確に計測することができる。
【００１３】
公知技術の単純な圧力または温度計測による固体窒素保存合金の窒素容量判断の欠点を克服することが本発明もう一つの目的である。
【００１４】
本発明は公知技術による窒素残存量計測の計測誤差が大きいため、産業実務要求に応えられない欠点を克服する窒素容器の窒素残存量の計測方法を提供することをさらなる一つの目的である。
【００１５】
本発明は公知技術の問題点を解決するための技術手段として、窒素容器の窒素残容量を計測し、窒素容器の窒素消費量を読み取り、窒素残存量計算式により、窒素容器の使用可能な窒素残存量を算出する。該窒素容器は窒素の充満または交換するとき、窒素容器の使用回数、窒素容器の窒素全量と窒素消費量の順で読み取った後、窒素残存量計算式により、使用可能な窒素残存量を算出する。
【００１６】
好ましい実施例において、本発明はさらに窒素容量減衰曲線に基づいて、窒素容器の窒素使用可能量を算出できる。本発明は窒素容器操業時点の温度を計測し、温度補正後の窒素容器の窒素使用可能量を計算する手順を含まれることができる。
【００１７】
本発明の窒素容器は、窒素残存量の計測技術により、公知技術の単純な圧力測定または温度、窒素重量差計測による固体窒素保存合金の窒素容量判断の欠点を克服し、産業実務に簡単に応用できる。本発明は迅速、精確、産業実務要求の技術を満足し、燃料電池系統、燃料電池自動車などの窒素応用装置の研究開発、製品化および実務応用の拡大に大きなメリットを実現できる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、（ａ）窒素容器の窒素残存量を計測する、
（ｂ）該窒素容器で消費された窒素量を計測する、
（ｃ）以下の窒素残存量計算式により、窒素容器の窒素残存量を算出する、
【数１】
2006308580.tif 000003
【数２】
2006308580.tif 000004
【数３】
2006308580.tif 000005
そのうち、
Ｃoc ＝  窒素充満後または新規交換後の窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃac ＝  窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃuc ＝  消費された窒素量、
Ｔ ＝  窒素容器の操業温度、
Ｎ ＝  窒素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  窒素容器の交換状態、Ｓ＝０窒素容器が新規交換、Ｓ＝１窒素容器交換前を示す、
Ｔ ＝  窒素容器の使用時間（秒）、
以上の手順を含まれた窒素容器の使用可能な窒素残存量を計測する一種の窒素容器窒素残存量の計測方法としている。
請求項２の発明は、手順（ａ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項１記載の窒素容器窒素残存量の計測方法としている。
請求項３の発明は、手順（ｃ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項１記載の窒素容器窒素残存量の計測方法としている。
請求項４の発明は、（ａ）窒素容器の使用サイクル数を計測する、
（ｂ）窒素容器の窒素残存量を計測する、
（ｃ）該窒素容器で消費された窒素量を計測する、
（ｄ）以下の窒素残存量計算式により、窒素容器の使用可能な窒素残存量を算出する、
【数４】
2006308580.tif 000006
【数５】
2006308580.tif 000007
【数６】
2006308580.tif 000008
そのうち、
Ｃoc ＝  窒素充満後または新規交換後の窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃac ＝  窒素容器の使用可能な窒素容量、
Ｃuc ＝  消費された窒素量、
Ｔ ＝  窒素容器の操業温度、
Ｎ ＝  窒素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  窒素容器の交換状態、Ｓ＝０窒素容器が新規交換、Ｓ＝１窒素容器交換前を示す、
Ｔ ＝  窒素容器の使用時間（秒）、
以上の手順を含まれた窒素充満後または新規交換後の窒素容器の使用可能な窒素残存量を計測する一種の窒素容器窒素残存量の計測方法としている。
請求項５の発明は、手順（ａ）はさらに、窒素容量減衰曲線計算を行い、窒素容器の使用可能な窒素量計算手順を含まれることを特徴とする請求項４記載の窒素容器窒素残存量の計測方法としている。
請求項６の発明は、手順（ａ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項４記載の窒素容器窒素残存量の計測方法としている。
請求項７の発明は、手順（ｃ）はさらに、窒素容器現時点の操業温度を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素量を算出する手順を含まれることを特徴とする請求項４記載の窒素容器窒素残存量の計測方法としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の窒素容器は、窒素残存量の計測技術により、公知技術の単純な圧力測定または温度、窒素重量差計測による固体窒素保存合金の窒素容量判断の欠点を克服し、産業実務に簡単に応用できる。本発明は迅速、精確、産業実務要求の技術を満足し、燃料電池系統、燃料電池自動車などの窒素応用装置の研究開発、製品化および実務応用の拡大に大きなメリットを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
窒素容器の窒素使用可能量の計測方法の説明に当たり、窒素容器の使用状況における窒素容量変化を理解する必要がある。この要求に満足する実験方法は、所定の窒素充填条件に従い、窒素充填作業完了の窒素容器を様々な操業温度において、応用装置規定の窒素圧力と窒素最少流量による窒素出力作業を行い、質量流量計により窒素容器の窒素出力量を測定し、実務使用条件における窒素容器の窒素流量、窒素圧力と時間関係動的窒素出力特性曲線（図３）を算出する。そのうち、曲線Ｃ１は窒素流量を示し、曲線Ｃ２は窒素圧力を示す。これにより、異なる操業温度における窒素出力量を算出し、これに基づいて、温度補正後の窒素容器の窒素残存量を算出する。
【００２１】
さらに、窒素保存合金は窒素に含まれた不純物の影響により、窒素の充填、出力サイクルを繰り返した後、窒素容量が次第に低下する。変化状況を把握するため、事前に測定する必要がある。図４に示すものは、窒素容器の窒素容量の減衰曲線を示すものである。窒素容器が５００回の窒素充填、出力サイクルを繰り返した後、窒素容量およそ５%を低下している。
【００２２】
なお、実務上窒素容器の合金部材と数量は一定であり、窒素出力特性並びに窒素容量の減衰状況とも既知数値であるため、窒素残存量を以下の計算式で表すことができる、
【数７】
2006308580.tif 000009
【数８】
2006308580.tif 000010
【数９】
2006308580.tif 000011
そのうち、
Ｃoc ＝  窒素充満後または新規交換後の窒素容器の使用可能な窒素容量（oc，Ｏｒｉｇｉｎａｌ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）、
Ｃac ＝  窒素容器の使用可能な窒素容量（ac，Ａｖａｉｌａｂｌｅ  Ｒｅｓｉｄｕｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ）、
Ｃuc ＝  消費された窒素量（uc，Ｕｓｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｙ）、
Ｔ ＝  窒素容器の操業温度、
Ｎ ＝  窒素容器の使用サイクル数、
Ｓ＝  窒素容器の交換状態、Ｓ＝０窒素容器が新規交換、Ｓ＝１窒素容器交換前を示す、
Ｔ ＝  窒素容器の使用時間（秒）、
【００２３】
前記の数７〜数９および既知の窒素容器の窒素出力特性と窒素容量減衰曲線に基づいて、窒素容器の使用可能な窒素残存量を算出できる。
【００２４】
図５は本発明における窒素容器中の窒素使用可能量の計測フロー図である。前記の数７、数８に沿って、本発明の操業フローを以下のとおり説明する。
【００２５】
本発明の操業手順として、まず特定対象の窒素容器は交換済みか、交換前の状態（手順１０１）の判断を行なう。測定対象の窒素容器が交換前のとき、該窒素容器の窒素残存量（手順１０２）読み取りを行なう。引き続き、窒素容器その点の操業温度Ｔ（手順１０３）を測定した上、温度補正後の窒素容器の窒素残存量（手順１０４）を算出する。
【００２６】
手順１０１により、測定対象の窒素容器は新規交換のものと判断されたとき、窒素容器の使用サイクル数Ｎ（手順１０５）を計測した上、窒素容量減衰曲線計算を行い、窒素充満後または新規交換の窒素容器の窒素使用可能量Ｃoc（手順１０６）を算出する。引き続き、窒素容器その時点における操業温度Ｔ（手順１０７）を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素容量Ｃoc（手順１０８）を算出する。
【００２７】
以上の手順により、窒素容器の窒素残存量または使用可能な窒素容量を獲得し、窒素消費量Ｃuc（手順１０９）を算出する。引き続き、前記の窒素残存量計算式により、窒素容器の使用可能な窒素残存量の算出（手順１１０）を行なう。
【００２８】
引き続き、窒素容器その時点における操業温度Ｔ（手順１１１）を測定し、温度補正後の窒素容器の使用可能な窒素容量（手順１１２）を算出する。
【００２９】
前記の計測手順を経て、同じ計測手順（すなわち、手順１０９ −１１２）を数回繰り返して行なう。計算手順を終了させ、算出された使用可能な窒素容量Ｃacを保存する（手順１１３）。
【００３０】
実務応用上、図５の操業フローを簡素化することができる。一例として、装置の操業温度変化が大きくない、一定温度で操業する場合が多きとき、窒素容量の温度補正手順（すなわち、手順１０３、手順１０７、手順１１１）を省略できる。
【００３１】
さらに、窒素容器の窒素純度と品質が非常に良いのとき、窒素容器が数回（５００など）を繰り返して使用した後の窒素容量の減衰率が５%以下のとき、減衰による容量補正（手順１０６）を省くか、または使用寿命期間５００回の減衰率を２.５%のような平均値を使用しても良い。
【００３２】
本発明は前記した手順と計算により、窒素容器の窒素残存量表示モジュール形態によって実施することができる。複数の窒素容器を使用した応用装置は、窒素容器それぞれに本発明の窒素残存量表示モジュールを取り付けて、順次に使用することができる。ただし、複数缶による管理系統を設けることが好ましいである。このほか、複数の窒素容器を接続しておき、一つの窒素残存量表示モジュールのみを取り付けることにより、交換するときは一斉交換または同時に充填しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】チタンフェライト合金（ＴｉＦｅ）固体合金窒素容器が様々な操業温度における圧力/容積/温度のＰＣＴ曲線を示したものである。
【図２】チタンニッケル合金（LａＮi5）固体合金窒素容器が様々な操業温度条件における圧力/容積/温度のＰＣＴ曲線を示したものである。
【図３】窒素容器がシステムの必要な窒素圧力と最少流量条件における窒素出力作業を行い、質量流量計により窒素容器の窒素出力を読み取り、窒素出力量を計測し、窒素容器の使用条件における窒素流量、圧力と時間関係の動的窒素出力特性曲線算出を示すものであるである。
【図４】窒素容器が５００回の窒素充填と出力サイクルを経過した後の窒素容量減衰曲線図を示すものである。
【図５】本発明の窒素容器中の窒素使用可能量の計測フロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  測定対象の窒素容器が交換済みまたは交換前状態の判断
１０２  窒素容器の窒素残存量の読み取り
１０３  窒素容器現時点における操業温度の計測
１０４  温度補正後の窒素容器の窒素残存量の変換計算
１０５  窒素容器の使用サイクル数の読み取り
１０６  窒素容量減衰曲線に基づいて、窒素充満または新しい窒素容器交換後の窒素使用可能量を算出
１０７  窒素容器現時点における操業温度の計測
１０８  温度補正後の窒素容器の窒素使用可能量の変換計算
１０９  窒素消費量の読み取り
１１０  窒素残存量計算式により、窒素容器の窒素残存量の算出
１１１  窒素容器現時点における操業温度の計測
１１２  温度補正後の窒素容器の窒素残存量の変換計算
１１３  算出した窒素使用可能量を保存する
【図１】
2006308580.tif 000018
【図２】
2006308580.tif 000019
【図３】
2006308580.tif 000020
【図４】
2006308580.tif 000021
【図５】
2006308580.tif 000022