(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を含んだ状態のガスを管体内を送流させるガス供給経路にあって、前記ガス供給経路の管体の途中に配置された第１の流量計を挿入接続し、前記第１の流量計によって水蒸気を含まない純ガスの流量を検出する流量計測方法において，
前記ガス供給経路の管体の途中で前記第１の流量計の挿入位置より後段の位置に、前記管体内の水蒸気を含むガスの流量を検出するとともに、前記管体内を流れる該水蒸気を含むガスの圧力、温度、および絶対湿度を検出する機能を備え、これら検出値に基づいて水蒸気を含まない純ガスの流量値を検出することのできる第２の流量計を着脱自在に挿入接続し，
前記第１の流量計を、
前記管体内に配置される前記第１の流量計の検出出力値を入力し、前記管体内に流れる水蒸気を含むガスの流量を算出する検出回路と，
前記第２の流量計から出力される純ガスの流量値を格納する第１メモリと、
前記検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含むガスの流量値と前記第１メモリに格納されている純ガスの流量値との差分値演算し、該差分値を出力する第１演算回路と、
前記第１演算回路において演算され出力される差分値を格納する第２メモリと、
前記検出回路から出力される該検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含むガスの流量値と、前記第２メモリに格納されている差分値とに基づいて第１の流量計に基づく水蒸気を含むガスの流量から純ガスの流量を演算する第２演算回路と、
からなる補正回路と，
によって構成される純ガス流量検出回路を接続して構成し，
前記第２の流量計によって前記管体内を送流するガスの純ガス流量値を検出し，前記第１の流量計の第１メモリに記憶し，
前記第１の流量計の検出回路によって検出した水蒸気を含むガスの流量値と、前記第２の流量計によって検出した前記純ガス流量値とに基づいてその差分を求め、該差分値を前記第１の流量計によって検出した前記ガス流量値から差し引いて純ガス流量値として出力し，
しかる後、前記第２の流量計を前記ガス供給経路から取り外し，
以後、前記第１の流量計の検出回路によって検出される水蒸気を含むガスの流量値から前記第１メモリに記憶されている前記第２の流量計によって検出した前記純ガス流量値と前記第１の流量計によって検出した前記ガス流量値との差分値を差し引いて純ガス流量値として測定することを特徴とする流量計測方法。
【請求項２】
前記第１の流量計は，
熱式流量計であり，
前記第２の流量計は，
容積流量計である請求項１に記載の流量計測方法。
【請求項３】
前記第１の流量計は，
熱式流量計であり，
前記第２の流量計は，
質量流量計である請求項１に記載の流量計測方法。
【請求項４】
水素ガスボンベから供給される水素ガスを管体内を流通させて必要量の水素ガスを燃料電池側に供給するガス供給経路にあって、前記ガス供給経路の管体の途中に配置された熱式流量計を挿入接続し、前記熱式流量計によって前記水素ガスボンベから供給される純水素ガスの流量を検出する流量計測方法において，
前記ガス供給経路の管体の途中で前記熱式流量計の挿入位置より後段の位置に、前記管体内の水蒸気を含む水素ガスの流量を検出するとともに、前記管体内を流れる該水蒸気を含む水素ガスの圧力、温度、および絶対湿度を検出する機能を備え、これら検出値に基づいて水蒸気を含まない純水素ガスの流量値を検出することのできる標準流量計を着脱自在に挿入接続し，
前記熱式流量計を、
前記管体内に配置される前記熱式流量計の検出電極からの出力値を入力し、前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量を算出する検出回路と，
前記標準流量計からの出力される純水素ガスの流量値を格納する第１メモリと、
前記検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と前記第１メモリに格納されている純水素ガスの流量値との差分値演算し、該差分値を出力する第１演算回路と、
前記第１演算回路において演算され出力される差分値を格納する第２メモリと、
前記検出回路から出力される該検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記第２メモリに格納されている差分値とに基づいて前記熱式流量計に基づく水蒸気を含む水素ガスの流量から純水素ガスの流量を演算する第２演算回路と、
からなる補正回路と，
によって構成される純ガス流量検出回路を接続して構成し，
前記標準流量計によって前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水素ガスの純水素ガス流量値を検出し，前記熱式流量計の第１メモリに記憶し，
前記熱式流量計の検出回路によって検出した前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値とに基づいてその差分を求め、該差分値を前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値から差し引いて純水素ガス流量値として出力し，
しかる後、前記標準流量計を前記ガス供給経路から取り外し，
以後、前記熱式流量計の検出回路によって検出される水蒸気を含む水素ガスの流量値から前記第１メモリに記憶されている前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値と前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値との差分値を差し引いて純水素ガス流量値として測定することを特徴とする流量計測方法。
【請求項５】
水素ガスボンベから供給される水素ガスを管体内を流通させて必要量の水素ガスを燃料電池側に供給するガス供給経路にあって、前記ガス供給経路の管体の途中に配置された熱式流量計を挿入接続し、前記熱式流量計によって前記水素ガスボンベから供給される純水素ガスの流量を検出する流量計測方法において，
前記ガス供給経路の管体の途中で前記熱式流量計の挿入位置より後段の位置に、前記管体内の水蒸気を含む水素ガスの質量流量と、アクチュアル密度からアクチュアル容積流量を検出する機能を備え、これら検出値に基づいて水蒸気を含まない純水素ガスの流量値を検出することのできる質量流量型の標準流量計を着脱自在に挿入接続し，
前記熱式流量計を、
前記管体内に配置される前記熱式流量計の検出電極からの出力値を入力し、前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量を算出する検出回路と，
前記標準流量計からの出力される純水素ガスの流量値を格納する第１メモリと、
前記検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と前記第１メモリに格納されている純水素ガスの流量値との差分値演算し、該差分値を出力する第１演算回路と、
前記第１演算回路において演算され出力される差分値を格納する第２メモリと、
前記検出回路から出力される該検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記第２メモリに格納されている差分値とに基づいて前記熱式流量計に基づく水蒸気を含む水素ガスの流量から純水素ガスの流量を演算する第２演算回路と、
からなる補正回路と，
によって構成される純ガス流量検出回路を接続して構成し，
前記標準流量計によって前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水素ガスの純水素ガス流量値を検出し，前記熱式流量計の第１メモリに記憶し，
前記熱式流量計の検出回路によって検出された前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値とに基づいてその差分を求め、該差分値を前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値から差し引いて純水素ガス流量値として出力し，
しかる後、前記標準流量計を前記ガス供給経路から取り外し，
以後、前記熱式流量計の検出回路によって検出される水蒸気を含む水素ガスの流量値から前記第１メモリに記憶されている前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値と前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値との差分値を差し引いて純水素ガス流量値として測定することを特徴とする流量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量計測方法に係り、水素ガスの流量を計測するのに好適な流量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、燃料電池はその空気極（プラス極）に空気が供給され燃料極（マイナス極）に水素が供給されることにより構成される。このような構成からなる燃料電池は空気中の酸素と前記水素を反応させ、この反応から直接電気エネルギーを生成するため極めて変換効率の優れた電池であるとして知られるに至っている。
【０００３】
そして、該燃料電池の燃料極への水素供給のための経路において、該水素の供給量の制御を行うため、たとえば水素ボンベからの配管の途中に流量計が設けられ、この流量計の計測値に基づき実運用を行うのが通常である。
【０００４】
この場合、該燃料電池はその変換効率が高いがゆえに、その被反応物質である水素の流量も正確な値が期され、したがって、前記流量計の計測値において正確な値が要求されることはいうまでもない。
【０００５】
なお、このような燃料電池システムにおける水素供給経路はたとえば下記の特許文献１等に詳述されている。
【特許文献１】特開平７−３７５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した流量計による水素ガスの流量計測において、その計測値が正確でなく、その原因が該水素ガスに含まれてしまう水蒸気に原因があることが見いだされるに至った。
【０００７】
水蒸気が含まれることによる流量計測の誤差は、ガス体がたとえば窒素（Ｎ２）の場合において弊害とは見出されなかった。それは窒素ガスのモル質量は水蒸気よりも大きく、多湿状態のガスでもたとえば容積比率で考えれば５％程度であり誤差要因とならなかったからである。
【０００８】
しかし、上述のようにガス体が水素の場合にあっては、そのモル質量は水蒸気の１／１０であり、該水蒸気は十分な誤差要因となり得るものとなっている。
【０００９】
したがって、通常の燃料電池への水素供給経路において、水素ボンベから配管を通して得られる水素ガスは実際には該配管内に残留する水蒸気を含み、たとえそれが微量であったとしても、計測された流量値は水素のみの流量値と比較してずれが生じることが判明する。
【００１０】
このずれは、たとえば気温２０℃の時に露点温度が０℃の水素ガスが水蒸気を含まない純ガス状態時と比較して密度が＋４％の増大を伴い、これがそのまま測定流量値に影響して現れることを鑑みれば、無視し得ないことが判明する。
【００１１】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、その目的は、水蒸気等が含有されているにもかかわらず、水蒸気を含まないガスのみの流量を正確に計測することのできる流量計測方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、上述の正確な計測をするのに高価な流量計を用いる必要のない流量計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明による流量計測方法は、水蒸気を含んだ状態のガスを管体内を送流させるガス供給経路にあって、前記ガス供給経路の管体の途中に配置された第１の流量計を挿入接続し、前記第１の流量計によって水蒸気を含まない純ガスの流量を検出する流量計測方法において，
前記ガス供給経路の管体の途中で前記第１の流量計の挿入位置より後段の位置に、前記管体内の水蒸気を含むガスの流量を検出するとともに、前記管体内を流れる該水蒸気を含むガスの圧力、温度、および絶対湿度を検出する機能を備え、これら検出値に基づいて水蒸気を含まない純ガスの流量値を検出することのできる第２の流量計を着脱自在に挿入接続し，
前記第１の流量計を、
前記管体内に配置される前記第１の流量計の検出出力値を入力し、前記管体内に流れる水蒸気を含むガスの流量を算出する検出回路と，
前記第２の流量計から出力される純ガスの流量値を格納する第１メモリと、
前記検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含むガスの流量値と前記第１メモリに格納されている純ガスの流量値との差分値演算し、該差分値を出力する第１演算回路と、
前記第１演算回路において演算され出力される差分値を格納する第２メモリと、
前記検出回路から出力される該検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含むガスの流量値と、前記第２メモリに格納されている差分値とに基づいて第１の流量計に基づく水蒸気を含むガスの流量から純ガスの流量を演算する第２演算回路と、
からなる補正回路と，
によって構成される純ガス流量検出回路を接続して構成し，
前記第２の流量計によって前記管体内を送流するガスの純ガス流量値を検出し，前記第１の流量計の第１メモリに記憶し，
前記第１の流量計の検出回路によって検出した水蒸気を含むガスの流量値と、前記第２の流量計によって検出した前記純ガス流量値とに基づいてその差分を求め、該差分値を前記第１の流量計によって検出した前記ガス流量値から差し引いて純ガス流量値として出力し，
しかる後、前記第２の流量計を前記ガス供給経路から取り外し，
以後、前記第１の流量計の検出回路によって検出される水蒸気を含むガスの流量値から前記第１メモリに記憶されている前記第２の流量計によって検出した前記純ガス流量値と前記第１の流量計によって検出した前記ガス流量値との差分値を差し引いて純ガス流量値として測定することを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項２に記載の本発明による流量計測方法は、前記第１の流量計を，熱式流量計で構成し、前記第２の流量計を，容積流量計で構成したことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項３に記載の本発明による流量計測方法は、前記第１の流量計を，熱式流量計で構成し、前記第２の流量計を，質量流量計で構成したことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決するためになされた請求項４に記載の本発明による流量計測方法は、水素ガスボンベから供給される水素ガスを管体内を流通させて必要量の水素ガスを燃料電池側に供給するガス供給経路にあって、前記ガス供給経路の管体の途中に配置された熱式流量計を挿入接続し、前記熱式流量計によって前記水素ガスボンベから供給される純水素ガスの流量を検出する流量計測方法において，
前記ガス供給経路の管体の途中で前記熱式流量計の挿入位置より後段の位置に、前記管体内の水蒸気を含む水素ガスの流量を検出するとともに、前記管体内を流れる該水蒸気を含む水素ガスの圧力、温度、および絶対湿度を検出する機能を備え、これら検出値に基づいて水蒸気を含まない純水素ガスの流量値を検出することのできる標準流量計を着脱自在に挿入接続し，
前記熱式流量計を、
前記管体内に配置される前記熱式流量計の検出電極からの出力値を入力し、前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量を算出する検出回路と，
前記標準流量計からの出力される純水素ガスの流量値を格納する第１メモリと、
前記検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と前記第１メモリに格納されている純水素ガスの流量値との差分値演算し、該差分値を出力する第１演算回路と、
前記第１演算回路において演算され出力される差分値を格納する第２メモリと、
前記検出回路から出力される該検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記第２メモリに格納されている差分値とに基づいて前記熱式流量計に基づく水蒸気を含む水素ガスの流量から純水素ガスの流量を演算する第２演算回路と、
からなる補正回路と，
によって構成される純ガス流量検出回路を接続して構成し，
前記標準流量計によって前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水素ガスの純水素ガス流量値を検出し，前記熱式流量計の第１メモリに記憶し，
前記熱式流量計の検出回路によって検出した前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値とに基づいてその差分を求め、該差分値を前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値から差し引いて純水素ガス流量値として出力し，
しかる後、前記標準流量計を前記ガス供給経路から取り外し，
以後、前記熱式流量計の検出回路によって検出される水蒸気を含む水素ガスの流量値から前記第１メモリに記憶されている前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値と前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値との差分値を差し引いて純水素ガス流量値として測定することを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項５に記載の本発明による流量計測方法は、水素ガスボンベから供給される水素ガスを管体内を流通させて必要量の水素ガスを燃料電池側に供給するガス供給経路にあって、前記ガス供給経路の管体の途中に配置された熱式流量計を挿入接続し、前記熱式流量計によって前記水素ガスボンベから供給される純水素ガスの流量を検出する流量計測方法において，
前記ガス供給経路の管体の途中で前記熱式流量計の挿入位置より後段の位置に、前記管体内の水蒸気を含む水素ガスの質量流量と、アクチュアル密度からアクチュアル容積流量を検出する機能を備え、これら検出値に基づいて水蒸気を含まない純水素ガスの流量値を検出することのできる質量流量型の標準流量計を着脱自在に挿入接続し，
前記熱式流量計を、
前記管体内に配置される前記熱式流量計の検出電極からの出力値を入力し、前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量を算出する検出回路と，
前記標準流量計からの出力される純水素ガスの流量値を格納する第１メモリと、
前記検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と前記第１メモリに格納されている純水素ガスの流量値との差分値演算し、該差分値を出力する第１演算回路と、
前記第１演算回路において演算され出力される差分値を格納する第２メモリと、
前記検出回路から出力される該検出回路によって検出された前記管体内に流れる水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記第２メモリに格納されている差分値とに基づいて前記熱式流量計に基づく水蒸気を含む水素ガスの流量から純水素ガスの流量を演算する第２演算回路と、
からなる補正回路と，
によって構成される純ガス流量検出回路を接続して構成し，
前記標準流量計によって前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水素ガスの純水素ガス流量値を検出し，前記熱式流量計の第１メモリに記憶し，
前記熱式流量計の検出回路によって検出された前記水素ガスボンベから供給され管体内を送流する水蒸気を含む水素ガスの流量値と、前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値とに基づいてその差分を求め、該差分値を前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値から差し引いて純水素ガス流量値として出力し，
しかる後、前記標準流量計を前記ガス供給経路から取り外し，
以後、前記熱式流量計の検出回路によって検出される水蒸気を含む水素ガスの流量値から前記第１メモリに記憶されている前記標準流量計によって検出した前記純水素ガス流量値と前記熱式流量計によって検出した前記水素ガス流量値との差分値を差し引いて純水素ガス流量値として測定することを特徴とする。
【００２２】
なお、本発明は以上の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明による流体計測方法の実施例を図面を用いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明による流体計測方法の一実施例を適用させた構成図で、たとえば、燃料電池試験システムを示した構成図である。
【００２５】
まず、水素ガスボンベ１があり、この水素ガスボンベ１内の水素ガスは管体２の途中に配置された汎用形の流量計Ｆ、加湿源３、および本発明による純ガス流量抽出回路を搭載した標準流量計ＳＦを通して図示しない燃料電池側に供給されるようになっている。ここでの「純ガス流量」とは「水蒸気を含まぬガスの流量」の意味である。なお、前記標準流量計ＳＦは燃料電池の設置個所に代替されて取り付けられたものであってもよい。
【００２６】
ここで、前記流量計Ｆは管体２に常時設置されたものとして構成されるものである。これに対し、前記標準流量計ＳＦはこの発明を適用させる際において管体２に取り付けられるようになっている。すなわち、該標準流量計ＳＦは、この発明を適用させた後には管体２から取り外されるようになっており、燃料電池試験システム系にあってはその構成要素の一つとして構成しないものとなっている。
【００２７】
この標準流量計ＳＦは、前記流量計Ｆと比較して、流量値を極めて正確に測定できるように構成されたものとなっており、併せて流体の圧力、温度、湿度を検出し、水蒸気を含まぬガス流量を抽出する機能を備えることから、その構成は該流量計Ｆよりも複雑で、かつ、価格も該流量計Ｆよりも高価となっている。したがって、燃料電池試験システムにおいて、その水素ガスの計測を精度よく行うため、該標準流量計ＳＦを該燃料電池試験システムに組み込んだままとして用いることは極めて好都合であるが、該燃料電池試験システムとして高価格となってしまうことが免れないことから、上述したように、この発明を適用させた後には管体２から取り外すように構成したものとなっている。なお、この標準流量計ＳＦはその名が示す通りある規定以上の精度を有するものとして構成されるのが通常であるが、この発明の適用にあって該標準流量計ＳＦは前記流量計Ｆよりも測定精度がよいものであれば、これを適用できる。後の説明が明らかとなるように、この燃料電池システムにおいて純水素ガス（水蒸気を含まないガス）の正確な流量測定は該標準流量計ＳＦの精度にそのまま依存するからである。
【００２８】
また、前記加湿源３は、燃料電池において、水素と酸素を反応させる電池部分（セルスタック）は湿潤環境下で安定動作するものであり、その必要のために設けられている。しかし、他の実施例として該加湿源３は必ずしも前記管体２の途中に備えられたものでなくてもよい。この加湿源３が存在しない場合であっても、水素ガスボンベ１からの水素ガスには配管途中で水蒸気が含まれる可能性があり、それにも関わらず、本発明は該水蒸気を除いた純水素ガスの流量を精度よく計測しようとするものであるからである。それは、たとえ、該加湿源３が存在しない場合であっても、水素ガスボンベ１から該標準流量計ＳＦに至るまでの管体２内には完全に除去することが叶うことのない水蒸気が存在するからである。
【００２９】
前記流量計Ｆは、たとえばマスフローメータ（熱式流量計）からなり、該加湿源や燃料電池の取り外し時に起因する湿り気が流量計Ｆへの逆流を防ぐ機構を備えていれば、その測定精度は前記標準流量計ＳＦの測定精度よりも高いものを用いる必要のないものとなっている。この流量計Ｆにおいて、管体２内に配置される該熱式流量計の検出電極からの出力は、検出回路４に入力され、この検出回路４によって前記流量計Ｆに流れる水素ガスの流量が算出されるようになっている。ここで、この流量計Ｆによって算出された水素ガスの流量値は、水素ガスボンベ１内の水蒸気を含まない純水素ガスの流量値ではなく、該水素ガスボンベ１から流量計Ｆにまで至る管体内に存在する水蒸気の影響を受けた流量値となっている。燃料電池システムの制御においては、水蒸気を含まない純水素ガスのみの流量値に基づいて行うのが極めて好都合であることから、前記検出回路４によって算出された流量値を、その後において、補正回路５によって補正されるように構成されている。なお、この実施例では、前記検出回路４および補正回路５からなる回路を純ガス流量検出回路６と称する。この純ガス流量検出回路６は前記検出回路４からの出力を得るのが目的でなく、該出力を補正して純ガスの流量値を出力させるのが目的だからである。
【００３０】
該補正回路５はたとえば第１メモリ７、第１演算回路８、第２メモリ９、および第２演算回路１０とから構成されている。そして、第１メモリ７には標準流量計ＳＦからの出力によって純水素ガスの流量値を演算する後述の純ガス流量抽出回路１４からの出力値（流量値）が格納されるようになっており、この格納された流量値に相当する情報は、第１演算回路８に入力されるようになっている。
【００３１】
一方、第１演算回路８には前記検出回路４からの検出された流量値に相当する情報も入力されており、この情報の流量値と前記第１メモリ７に格納されている情報の流量値との差分値がこの第１演算回路８によって演算されるようになっている。そして、この差分値は第２メモリ９に出力されて格納されるようになっている。その後において、前記検出回路４からの流量値は第２演算回路１０に入力されるようになり、この第２演算回路１０によって、該流量値から第２メモリ９に格納された前記差分値を減算させ、この減算させた値を前記補正回路５の出力として、すなわち純ガス流量検出回路６の出力として、出力させるようになっている。これにより、前記補正回路５によって補正された流量値は、水蒸気を含まない純水素ガスのみの流量値となり、その値は、表示装置１１に表示されるように構成されている。
【００３２】
なお、後述の純ガス流量抽出回路１４からの出力値を前記純ガス流量検出回路６の第１メモリ７に格納した後は、その純ガス流量抽出回路１４および標準流量計ＳＦはいずれも必要としなくなるものであり、図３に示すように、これら純ガス流量抽出回路１４および標準流量計ＳＦを取り除いた構成として燃料電池試験システムを構成する。この時点で、流量計Ｆは前記標準流量計ＳＦの計測精度に準拠した計測精度を備えたものとして校正されたからである。
【００３３】
次に、前記標準流量計ＳＦと純ガス流量抽出回路の各構成について以下説明をする。前記標準流量計ＳＦはそれが取り付けられた管体２内の水素ガス（水蒸気を含む）の流量Ｑを検出回路１３によって検出するようになっている。この場合、標準流量計ＳＦには、被計測流体の圧力Ｐ、温度Ｔ、および絶対湿度ｈａを検出するセンサを備えてなり、これらセンサの圧力Ｐ、温度Ｔ、および絶対湿度ｈａに相当する出力値は純水素ガス（水蒸気を含まない）流量Ｑｇｖｎを算出する際のパラメータとなる。
【００３４】
そして、前記検出器１３からの出力、すなわち、前記流量Ｑ、前記圧力Ｐ、温度Ｔ、および絶対湿度ｈａに相当する出力値は、それぞれ、純ガス流量抽出回路１４に入力されるようになっている。
【００３５】
純ガス流量抽出回路１４は、たとえばマイクロコンピュータから構成され、図２に示すステップで順次演算がなされるようになっている。以下、ステップ順に該純ガス流量抽出回路１４の動作を説明する。
【００３６】
ステップＳＴ１：湿りガスのモル分率Ｘｖを求める。ここで、湿りガスは水蒸気を含む水素ガスをいう。
【００３７】
湿りガスのモル分率Ｘｖは次式（１）に基づいて算出される。
【００３８】
Ｘｖ＝（ｈａ・Ｒｕ・Ｔ）／（Ｐ・Ｎｖａｐ）  ……（１）
ここで、Ｎｖａｐは水蒸気のモル質量（＝０．０１８０１５０ｋｇ／ｍｏｌ）、Ｒｕは普遍気体定数（＝８．３１４５１Ｊ／（Ｋ・ｍｏｌ））、Ｐはガス圧力（Ｐａ［ａｂｓ］）、Ｔはガス温度（Ｋ）、ｈａは絶対湿度（ｋｇ／ｍ３）である。
【００３９】
ガス圧力Ｐ、ガス温度Ｔ、絶対湿度ｈａはそれぞれ標準流量計ＳＦに設けられたセンサからの出力から算出されるものである。
【００４０】
ステップＳＴ２：湿りガス中の純ガスのモル質量Ｎｇａｓを求める。まず、ステップＳＴ１で得られたモル分率Ｘｖより、湿りガスのモル質量Ｎは次式（２）に示すように分解できる。
【００４１】
Ｎ＝Ｎｄｒｙ×（１−Ｘｖ）＋Ｎｖａｐ・Ｘｖ  ……（２）
ここで、Ｎｄｒｙは乾燥ガスのモル質量（ｋｇ／ｍｏｌ）である。この乾燥ガスは不純物を含まない水素ガスであることから、既定値として定まっている値である。
【００４２】
そして、純ガスのみのモル質量Ｎｇａｓは次式（３）に基づいて算出される。
【００４３】
Ｎｇａｓ＝Ｎｄｒｙ×（１−Ｘｖ）  ……（３）
ステップＳＴ３：純ガスの実際の密度値ρｇａｓを求める。この密度値ρｇａｓは次式（４）に基づいて算出される。
【００４４】
ρｇａｓ＝（Ｎｇａｓ・Ｐ）／（Ｒｕ・Ｚ・Ｔ）  ……（４）
ここで、Ｚは圧縮係数である。
【００４５】
ステップＳＴ４：純ガスの質量流量値Ｑｇｍを求める。この質量流量値Ｑｇｍは次式（５）に基づいて算出される。
【００４６】
Ｑｇｍ＝ρｇａｓ×Ｑ  ……（５）
ここで、Ｑは容積流量値（Ｌ／ｍｉｎ）であり、前記標準流量計ＳＦから得られる流量値である。
【００４７】
ステップＳＴ５：純ガスのノルマル容積流量値Ｑｇｖｎを求める。このノルマル容積流量値Ｑｇｖｎは次式（６）に基づいて算出される。
【００４８】
Ｑｇｖｎ＝Ｑｇｍ／ρｇｎ  ……（６）
ここで、ρｇｎはガスの標準（ノルマル）条件時の密度（ｇ／Ｌ）であり、既定値として定まっている。
【００４９】
このようにして得られたノルマル容積流量値Ｑｇｖｎは純ガス流量抽出回路１４の出力として得られ、上述したように、流量計Ｆの純ガス流量検出回路６に組み込まれた第１メモリ７に格納されるようになっている。なお、この実施例では、前記純ガス流量抽出回路１４をマイクロコンピュータが行う演算回路として示したものであるが、これに限定されることはなく、専用のデジタル回路として構成してもよいことはいうまでもない。また、流量計Ｆの構造が、該補正回路５を非搭載な簡易なものであった場合、直接その流量出力値Ｑｍ（Ｆ）を校正値Ｑｇｍに合わせて調整してもよいことはいうまでもない。
【００５０】
以上説明したことから明らかなように、本実施例による流量計測方法によれば、管体２に常備されている流量計Ｆは水蒸気の影響が排除されたガスのみの流量値が出力されるようになる。そして該流量計Ｆは適時標準流量計ＳＦにより水蒸気を含まぬガス流量値での校正を実施することが可能であるため、いわゆる純ガスのみの流量を極めて精度よく計測することができるようになる。
【００５１】
さらに、前記標準流量計ＳＦのように前記流量計Ｆよりも計測精度の良好な他の流量計ＳＦの使用は一時的なもの（流量計Ｆの出力値を補正する際の使用）であり、その後は管体２から取り外され、管体２に常備されている流量計Ｆによって精度よい計測を行うようにしていることから、この計測にあって高価な流量計を用いる必要のないものとなる。
【００５２】
上述した実施例では、純ガス流量抽出回路１４からの出力（流量値）を演算を用いて求めるのに、標準流量計ＳＦから得られるガス圧力Ｐ、ガス温度Ｔ、および絶対湿度ｈａのみを考慮に入れたものである。これは標準流量計ＳＦにいわゆる純ガスのみの流量を正確に算出させるためである。すなわち、加湿源３を通過後のガス圧力Ｐ、ガス温度Ｔ、および絶対湿度ｈａの変化に関わらず、標準流量計ＳＦは水蒸気を含まぬガスの流量値のみを抽出できるので、流量計Ｆからの検出出力に対し補正を施し、これを純ガスの流量値とするものである。経験則上、流量計Ｆの上流側に加湿源が無い構成、または安定した加湿源を有する構成の場合には、水蒸気が流量計Ｆに及ぼす誤差補正量の変化は緩やかであるとともに、その変化量も極めて小さいことに基づくものである。
【００５３】
さらに流量計Ｆに圧力、温度、湿度を測定できる能力を附加した場合、流量計Ｆの上流側に不安定な加湿源が存在しても対応可能な流量計となる。この実施例の態様としてたとえば流量計Ｆにより測定されるガス圧力、ガス温度、および絶対湿度をそれぞれの設定された範囲でグループ分けさせ、それぞれのグループ毎に標準流量計ＳＦから得られる純ガス流量抽出回路１４からの各流量値を前記第１メモリ７に格納させておく。その後標準流量計ＳＦを管体２から取り外し、流量計Ｆにより流量を測定する場合、流量計Ｆにより最初に得られた流量値Ｑｍ（Ｆ）を、同時に測定されたガス圧力、ガス温度、および絶対湿度から上述したグループの内より近似のグループを選択し、この選択されたグループにおいて測定流量値Ｑｍ（Ｆ）に対応する流量値を選択し、この選択された流量値で前記第１演算回路８および第２演算回路１０による演算を行うように構成してもよいことはいうまでもない。換言すれば、前記第１メモリ７には標準流量計ＳＦにより測定された各流量値がマップ化されて格納されている。すなわち、各流量値は、同時に流量計Ｆで測定されたガス圧力、ガス温度、および絶対湿度の各区分に応じて格納される。その後、標準流量計ＳＦが取り外されて、流量計Ｆによる測定が行われる際には、測定されたガス圧力、ガス温度、および絶対湿度に応じて該区分に格納されている各流量値により補正が行われるようになっている。このように構成した場合、流量計Ｆに流入するガス圧力、ガス温度、および絶対湿度が変化しても、これに応じた適切な流量値を算出できるようになる。
【００５４】
さらに、実施例の他の態様として、上述した各態様から、ガス圧力、ガス温度、および絶対湿度のうち、一つあるいは二つを度外しし、残りの二つあるいは一つによって純ガス流量抽出回路からの出力を演算するように構成し、この場合、上述した各態様を適用させるようにしてもよいことはいうまでもない。
【００５５】
また、上述した実施例では、燃料電池試験システムに配置される標準流量計ＳＦは容積流量計であるとして説明をしたものである。しかし、容積流量計に限定されることはなく、質量流量計であっても同様に本発明を適用できることはいうまでもない。この場合の図１に対応する構成図は図４に示すようになる。図１の場合と比較して異なる部分は、加湿源３の下流側に配置される標準流量計ＳＦが質量流量計であること、そして、純ガス流量抽出回路１４の構成が若干異なるにすぎないものとなっている。すなわち、純ガス流量抽出回路１４は、図５に示すフローチャートのように動作し、前述した図２と対応した図となっている。図２の場合には、ステップＳＴ４にて純ガスの質量流量値Ｑｇｍを算出し、さらにこの質量流量値Ｑｇｍからノルマル容積流量値Ｑｇｖｎを算出するようにしているが、図４の場合には、標準流量計ＳＦから質量流量Ｑｍとアクチュアル密度ρを得ることで、アクチュアル容積流量Ｑが求まり、以下、同様の処理を行うようになっている。
【００５６】
このように構成した場合において、図１の場合と同様に、第１演算回路８では、流量計Ｆで検出された流量値と標準流量計ＳＦ側の純ガス流量抽出回路１４からの流量値との差分値が演算され、第２演算回路１０では、流量計Ｆで検出された流量値に前記差分値を減算する演算がされるようになる。
【００５７】
以上説明したことから明らかなように、本発明による流量計測方法によれば、水素ガス供給経路に常備されている流量計の精度を維持するためには定期的な校正が不可欠なのだが、たとえば校正時の配管経路上に不安定な加湿源が存在した場合でも純ガス流量抽出機能付きの標準流量計を用いれば適時純ガスのみでの校正ができるようになる。
【００５８】
このようにして精度の管理が行われた汎用流量計では、汎用形であるにも拘わらず、純ガスのみの流量を極めて精度よく計測することができるようになる。
【００５９】
さらに、前記標準流量計のように前記流量計よりも計測精度の良好な他の流量計の使用は一時的なものであり、その後は管体から取り外され、水素ガス供給経路に常備されている流量計によって精度よい計測を行うようにしていることから、この計測にあって高価な流量計を用いる必要のないものとなる。
【００６０】
また、上述した各実施例では、水素ガス供給経路として燃料電池システムを例に挙げて説明したものである。しかし、燃料電池試験システムに限定されることはなく、他のシステムにおける水素ガス供給経路において本発明が適用できることはいうまでもない。他の水素ガス供給経路においても、水蒸気を含まない純水素ガスのみの流量を精度よく計測したいという要望があるからである。
【００６１】
さらに、上述した図１、図３、図４、及び図６に示した構成において、流量計Ｆに搭載される補正回路５は、第１メモリ７、第１演算回路８、第２メモリ９、第２演算回路１０から構成された場合を示したものである。しかし、これら補正回路５を非搭載とした、より簡易な構造の流量計の場合でも本発明が適用できることはいうまでもない。その場合には流量計の出力値Ｑｍ（Ｆ）を直接校正値であるＱｇｍに合わせて調整できるからである。
【００６２】
上述した各実施例はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施例での効果を単独であるいは相乗して奏することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による流量計測方法の一実施例を燃料電池試験システムに適用させた場合の構成図である。
【図２】図１に示す純ガス流量抽出回路の動作の一実施例を示すフローチャートである。
【図３】本発明による流量計測方法の一実施例を適用させた後における燃料電池試験システムの構成図である。
【図４】本発明による流量計測方法の他の実施例を燃料電池試験システムに適用させた場合の構成図である。
【図５】図４に示す純ガス流量抽出回路の動作の他の実施例を示すフローチャートである。
【図６】本発明による流量計測方法の他の実施例を適用させた後における燃料電池試験システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
Ｆ……流量計（管体２に常備）、ＳＦ……標準流量計（管体に対して取り外し可能）、１……水素ガスボンベ、２……管体、３……加湿源、４、１３……検出回路、５……補正回路、６……純ガス流量検出回路、７……第１メモリ、８……第１演算回路、９……第２メモリ、１０……第２演算回路、１１……表示装置、１４……純ガス流量抽出回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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