(57)【要約】【課題】オリフィス付きの大径のオリフィス拡大管を用いることにより、高圧タンク内の圧力変化が大きい場合でも正確に流量係数の計測が可能となり、高圧ガスの流量を正確に計測し得る高圧ガス流量計測装置及び高圧ガス流量計測方法を提供する。【解決手段】高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置において、前記高圧配管の出口部に、出口端を大気に開放された大径のオリフィス拡大管の入口を接続するとともに、該オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記出口部からの距離は前記出口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されることを特徴とする。【選択図】図１
2009198472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置において、
前記高圧配管の出口部に、出口端を大気に開放された大径のオリフィス拡大管の入口を接続するとともに、該オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記出口部からの距離は前記出口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されたことを特徴とする高圧ガス流量計測装置。
【請求項２】
前記高圧配管の出口部を所定の絞り部に構成し、前記オリフィス拡大管は該絞り部から前記断面積が急拡大した所定長さの円筒体に形成され、前記円筒体の途中に前記オリフィス及び差圧計を設けたことを特徴とする請求項１記載の高圧ガス流量計測装置。
【請求項３】
高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測方法であって、
前記高圧配管の出口部に大径のオリフィス拡大管を接続し、前記オリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置にオリフィスを設定して、大気圧近傍でオリフィスの差圧を検出することを特徴とする高圧ガス流量計測方法。
【請求項４】
高圧の水素ボンベに収納された水素ガスを、リークガス配管を通して外部に送出するに際し、水素ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置において、
出口端を大気に開放された大径のオリフィス拡大管を地中に埋設するとともに、前記リークガス配管の出口部を地中に埋めて該オリフィス拡大管の入口に接続し、前記オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置に、オリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記リークガス配管の出口部からの距離は該出口部からオリフィス拡大管内に噴出された水素ガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されたことを特徴とする高圧ガス流量計測装置。
【請求項５】
高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置において、
前記高圧配管の途中に安全弁を設け、該安全弁出口の前記高圧配管を大径のオリフィス拡大管の入口に接続するとともに、該オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記出口部からの距離は、前記安全弁を通して前記入口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されたことを特徴とする高圧ガス流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ボンベ等の高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置及び流量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスが収納された高圧タンクからガスが漏洩する場合やガスを放出する場合において、放出ガスの流量を計測する必要が生じるときがある。
一般に、高圧ガスは出口部でチョークして音速となるため、出口穴部での膨張過程が等エントロピー的であれば、出口面積×ガス流速×ガス密度によって、排出流量を推定することができる。
【０００３】
しかしながら、実際の前記出口穴部では、高圧配管部からの面積変化等に伴う圧力損失等があり、理論的な膨張過程による圧力低下とは異なる場合が多い。また、水素等の気体では、実在気体効果と呼ばれる分子間力の効果により高圧域で理想気体の理論式と異なる挙動を示す場合も多い。
このように、ガス音速、ガス密度は、出口穴部での膨張過程で変化するため、ガス出口として面積が限定された部分でのガス音速、ガス密度を特定するのは、一般に困難である。
【０００４】
この問題を解決する手段として、図４（Ａ）のような高圧タンク１内の圧力変化が小さい場合で、高圧タンク１に接続された高圧配管２を通して高圧タンク１内の高圧ガスを排出する場合、圧力計１５で検出される高圧タンク１内の圧力Ｐ１の圧力変化が小さい場合には、高圧タンク１内の圧力変化Ｐ１と放出時間から時間当たりの流量を算出し、圧力計１６で高圧配管２出口の圧力Ｐ２を検出して理論流量を算出し、前記時間当たりの流量を算出値との比から高圧配管２で出口の流量係数を算出して、この流量係数とノズル前圧力とにより実際の流量を推定している。
【０００５】
また、特許文献１(実開平４−７５９１４号公報）には、ガス状流体が流れる配管の１対のフランジの間に挟持され前後に離間した位置に内外方向に貫通する連通孔が明けられたリング状のスペーサと、該スペーサの内部にガス状流体の流路と交差状態に配置されるオリフィスプレートと、該オリフィスプレートの縁部とスペーサの内面ｎスペーサの内における連通孔の離間位置とのあいだに接続状態に配置され、オリフィスプレートの半径方向の変位によって変形する支持リングと、スペーサの１対の連通孔の外方に接続されオリフィスプレートの前後位置の圧力を外部に導く圧力伝達管とを備え、
前記支持リングの部分に変位を負担させることにより、オリフィスプレートが相対的に熱膨張したときの変形を支持リングで吸収して、オリフィスプレートとスペーサとの取付部分に熱応力が集中することを低減している。
【０００６】
【特許文献１】実開平４−７５９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図４には、高圧ガスが収納された高圧タンクから送出される高圧ガスの流量を計測する装置の略図であり、図４（Ａ）は高圧タンク内の圧力変化が小さい場合、図４（Ｂ）は高圧タンク内の圧力変化が著しく大きい場合について示す。
図４（Ａ）のように、高圧タンク１内の圧力変化が小さい場合には、つまり前記のように、高圧タンク１に接続された高圧配管２を通して高圧タンク１内の高圧ガスを排出し、圧力計１５で検出される高圧タンク１内の圧力Ｐ１の圧力変化が小さい場合には、高圧タンク１内の圧力変化Ｐ１と放出時間から時間当たりの流量を算出し、圧力計１６で高圧配管２出口の圧力Ｐ２を検出して理論流量を算出し、前記時間当たりの流量を算出値との比から高圧配管２で出口の流量係数を算出して、この流量係数を実際の計測に用いている。
【０００８】
しかしながら、図４（Ｂ）のように高圧タンク１内の圧力変化が、圧力計１５で検出される圧力Ｐ３のように著しく大きい場合には、時間毎の流量算出が困難であり、また圧力計１６で検出される圧力変化もＰ４のように、著しく大きく変化し、所定の圧力に保持できず、かかる場合には流量係数の計測が困難となり、実際の計測の誤差が避けられない。
【０００９】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、オリフィス付きの大径のオリフィス拡大管を用いることにより、高圧タンク内の圧力変化が大きい場合でも正確に流量係数の計測が可能となり、高圧ガスの流量を正確に計測し得る高圧ガス流量計測装置及び高圧ガス流量計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はかかる目的を達成するもので、高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置において、前記高圧配管の出口部に、出口端を大気に開放された大径のオリフィス拡大管の入口を接続するとともに、該オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記出口部からの距離は前記出口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されたことを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
かかる発明において、具体的には、
前記高圧配管の出口部を所定の絞り部に構成し、前記オリフィス拡大管は該絞り部から前記断面積が急拡大した所定長さの円筒体に形成され、前記円筒体の途中に前記オリフィス及び差圧計を設ける（請求項２）。
【００１２】
また、本発明に係る高圧ガス流量計測方法は、
高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測方法であって、前記高圧配管の出口部に大径のオリフィス拡大管を接続し、前記オリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置にオリフィスを設定して、大気圧近傍でオリフィスの差圧を検出することを特徴とする（請求項３）。
【００１３】
また、本発明にかかる高圧ガス流量計測装置の使用手段は、
（１）高圧の水素ボンベに収納された水素ガスを、リークガス配管を通して外部に送出するに際し、水素ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置において、
出口端を大気に開放された大径のオリフィス拡大管を地中に埋設するとともに、前記リークガス配管の出口部を地中に埋めて該オリフィス拡大管の入口に接続し、前記オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記リークガス配管の出口部からの距離は該出口部からオリフィス拡大管内に噴出された水素ガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定される（請求項４）。
【００１４】
（２）高圧タンクに収納された高圧ガスを、高圧配管を通して外部に送出するに際し、該高圧ガスの流量を計測する高圧ガス流量計測装置において、前記高圧配管の途中に安全弁を設け、該安全弁出口の前記高圧配管を大径のオリフィス拡大管の入口に接続するとともに、該オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記出口部からの距離は、前記安全弁を通して前記入口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定される（請求項５）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、高圧タンクに接続される高圧配管の出口部に、出口端を大気に開放された大径のオリフィス拡大管の入口に接続するとともに、該オリフィス拡大管は前記入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記出口部からの距離は前記出口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定され（請求項１，３）、具体的には高圧配管の出口部を所定の絞り部に構成し、前記オリフィス拡大管は該絞り部から断面積が急拡大した所定長さの円筒体に形成され、前記円筒体の途中に前記オリフィス及び差圧計を設けたので（請求項２）、
高圧タンク内の高圧ガスが高圧配管から、絞り部を通って断面積が急拡大した所定長さの円筒体に形成されたオリフィス拡大管内に流入する際に、オリフィス拡大管の断面積が急拡大するのに伴い急膨張して圧力が低下する。この場合、高圧配管側のガスには何の影響も及ぼさない。
【００１６】
そして、オリフィスの高圧配管出口部からの圧力の膨張距離を、前記出口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されているので、オリフィスには大気圧近傍に下がったガスが供給され、通常のオリフィス前後の圧力差を検出する差圧計による計測が可能となり、高圧タンク内の圧力変化が大きい場合でも正確に流量係数の計測が可能となる。
よって、高圧ガスの流量を正確に計測し得る高圧ガス流量計測装置が得られる。
【００１７】
また、出口端を大気に開放された大径のオリフィス拡大管を地中に埋設するとともに、前記リークガス配管の出口部を地中に埋めて該オリフィス拡大管の入口に接続し、オリフィス拡大管は入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスのリークガス配管の出口部からの距離は、該出口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定すれば（請求項４）、
高圧の水素ボンベに収納された水素ガスのリークガス配管入口部からの圧力の膨張距離を、前記入口部からオリフィス拡大管内に噴出された水素ガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されているので、オリフィスには大気圧近傍に下がった水素ガスが供給され、リークガス配管側に影響を与えることなく、通常のオリフィス前後の圧力差を検出する差圧計による計測が可能となり、リーク水素ガスの流量計測が可能となる。
【００１８】
また、高圧タンクに収納された高圧ガスが通流する高圧配管の途中に安全弁を設け、該安全弁出口の前記高圧配管を、大径のオリフィス拡大管の入口に接続するとともに、該オリフィス拡大管は入口部から適正位置にオリフィスと該オリフィス前後の圧力差を検出する差圧計を設けてなり、該オリフィスの前記出口部からの距離は、前記安全弁を通して前記入口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定すれば（請求項５）、
前記安全弁の下流に、大径のオリフィス拡大管の入口に接続し、該オリフィスの前記出口部からの距離は、安全弁を通して入口部からオリフィス拡大管内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定したので、安全弁の作動は何ら影響を受けずに行うことができ、またオリフィス拡大管による流量の計測も支障なく実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の第1実施例を示す高圧タンクの流量計測装置の構成図である。
図１において、１は高圧ガスが収納される高圧タンク、該高圧タンク１には高圧配管２が接続されている。４は前記高圧配管２が接続されるオリフィス拡大管である。該高圧配管２の前記オリフィス拡大管４への接続される出口部はチョーク部（絞り部）を有するノズル３に形成されている。
前記オリフィス拡大管４は、前記ノズル３から断面積が急拡大した所定長さの円筒体に形成され、前記円筒体の途中にオリフィス５及びオリフィス５入口側の圧力タップ６及びオリフィス５出口側の圧力タップ７が設置され、該圧力タップ６、７からの差圧を圧力センサ８で検出するようになっている。
【００２１】
前記オリフィス５の前記ノズル３からの距離Ｌは、前記ノズル３からオリフィス拡大管４内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定される。
これにより、高圧タンク１内の高圧ガスが高圧配管２から、ノズル（絞り部）３を通って流路を絞られた後、オリフィス拡大管４に流入する際に、オリフィス拡大管４の断面積が急拡大するのに伴い急膨張して圧力が急低下する。この場合、オリフィス拡大管４における前記作動は高圧配管２側のガスには何の悪影響も及ぼさない。
従って、前記オリフィス拡大管４によって、十分な距離Ｌと前記オリフィス拡大管４の内径を十分に大きく取ることによって、常温、低圧の流れとなり、通常の該圧力タップ６、７からの差圧を圧力センサ８で高精度で検出することが可能となる。
【００２２】
具体的には、前記オリフィス拡大管４は、理論流量（予測値）を用いて、通常のオリフィス５の使用制限を満たすように、配管内径及び前記ノズル３からの距離Ｌを決定する。即ち、次の（１）式をベースに決定できる。予想質量流量：ｍは、
ｍ（ｋｇ／ｓ）＝Ｓｅ・Ｕｅ・Ａｅ    （１）
Ｓｅ＝出口密度（ｋｇ／ｍ３）
Ｕｅ＝出口速度（ｍ／ｓ）
Ａｅ＝出口面積（ｍ２）
前記Ｓｅ（出口密度）及びＵｅ（出口速度）は、等エントロピーの式を用いてタンク内の圧力及び温度から推算し、
オリフィス拡大管４では、圧力は大気圧、温度はタンク温度と想定し、流速Ｕｐ（ｍ／ｓ）は、
Ｕｐ＝ｍ／Ｓｐ／Ａｐ    （２）
Ｓｐ＝大気圧時のガス密度（ｋｇ／ｍ３）
Ａｐ＝オリフィス拡大管４の断面積（ｍ２）
従って、（２）式の、オリフィス部５の流速Ｕｐ（ｍ／ｓ）が、オリフィス５の使用制限を満たすように、オリフィス拡大管４の断面積Ａｐつまりオリフィス拡大管４の内径を決める。
【００２３】
そして、かかる実施例によれば、オリフィス５の高圧配管出口部のノズル３からの圧力の膨張距離を、前記ノズル３からオリフィス拡大管４内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置に設定されているので、オリフィス５には大気圧近傍に下がったガスが供給され、通常のオリフィス５前後の圧力さを検出する圧力センサ８による計測が可能となり、高圧タンク１内の圧力変化が大きい場合でも正確に流量係数の計測が可能となる。よって、高圧ガスの流量を正確に計測し得る高圧ガス流量計測装置が得られる。
【実施例２】
【００２４】
図２は、本発明の第２実施例を示す水素ボンベのリークガス流量計測装置の構成図である。
図２において、大気に開放されたベントスタック１１（出口端）に継手１０を介して、大径のオリフィス拡大管４を地中１４に横方向に埋設するとともに、出口側を継手１０を介して大気に開放されたベントスタック１１（出口端）に接続する。
前記オリフィス拡大管４の入口側には、高圧の水素ボンベ１２に収納された水素ガスを、リークガス配管１３が接続され、該リークガス配管１３を通してオリフィス拡大管４内にリーク水素ガスを注入する。
【００２５】
そして、前記オリフィス拡大管４は、前記第１実施例と同じく、前記リークガス配管１３から断面積が急拡大した所定長さの円筒体に形成されている。
そして、前記円筒体の、リークガス配管１３の入口部から適正位置Ｌ０に、つまり該リークガス配管１３からオリフィス拡大管４内に噴出された水素ガスの圧力が大気圧近傍になるような位置Ｌ０に、前記オリフィス５及びオリフィス５入口側の圧力タップ６及びオリフィス５出口側の圧力タップ７が設置され、該圧力タップ６、７からの差圧を圧力センサ８で検出するようになっている。
【００２６】
かかる第２実施例によれば、高圧の水素ボンベ１２に収納された水素ガスのリークガス配管１３入口部からの、圧力の膨張距離Ｌ０を、前記リークガス配管１３入口部からオリフィス拡大管４内に噴出された水素ガスの圧力が大気圧近傍になるような位置Ｌ０に設定されているので、オリフィス５には大気圧近傍に下がった水素ガスが供給され、リークガス配管１３側に影響を与えることなく、通常のオリフィス５前後の圧力差を検出する圧力センサ８での差圧計測が可能となり、リーク水素ガスの流量計測が可能となる。
【実施例３】
【００２７】
図３は、本発明の第３実施例を示す安全弁を備えた高圧ガス流量計測装置の構成図である。
図３において、高圧タンク１内に収納された高圧ガスを、高圧配管２を通して外部に送出するに際し、該高圧配管２の途中に安全弁１５を設け、該安全弁１５出口の前記高圧配管２を大径のオリフィス拡大管４の入口部３に接続している。
そして、前記オリフィス拡大管４は、前記入口部３から適正位置Ｌにオリフィス５を設置している。
つまり、前記第１実施例と同じく、前記安全弁１５を通して前記入口部３からオリフィス拡大管４内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置Ｌに、オリフィス５を設置し、オリフィス５入口側の圧力タップ６及びオリフィス５出口側の圧力タップ７が設置されて、該圧力タップ６、７からの差圧を圧力センサ８で検出するようになっている。
【００２８】
かかる第３実施例によれば、前記安全弁１５の下流に、大径のオリフィス拡大管４の入口部３に接続し、該オリフィス５の前記入口部３からの距離は、安全弁１５を通して入口部３からオリフィス拡大管４内に噴出されたガスの圧力が大気圧近傍になるような位置Ｌに設定したので、安全弁１５の作動は何ら影響を受けずに行うことができ、またオリフィス拡大管４による流量の計測も支障なく実施できる。  
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、オリフィス付きの大径のオリフィス拡大管を用いることにより、高圧タンク内の圧力変化が大きい場合でも正確に流量係数の計測が可能となり、高圧ガスの流量を正確に計測し得る高圧ガス流量計測装置及び高圧ガス流量計測方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第1実施例を示す高圧タンクの流量計測装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す水素ボンベのリークガス流量計測装置の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す安全弁を備えた高圧ガス流量計測装置の構成図である。
【図４】高圧ガスが収納された高圧タンクから送出される高圧ガスの流量を計測する装置の略図であり、（Ａ）は高圧タンク内の圧力変化が小さい場合、（Ｂ）は高圧タンク内の圧力変化が著しく大きい場合について示す。
【符号の説明】
【００３１】
１      高圧タンク
２      高圧配管
３      ノズル
４      オリフィス拡大管
５      オリフィス
６、７  圧力タップ
８      圧力センサ
１１    ベントスタック
１２    水素ボンベ
１３    リークガス配管
１４    地中
１５    安全弁
Ｌ      ノズルからの距離
【図１】
2009198472.tif 000003
【図２】
2009198472.tif 000004
【図３】
2009198472.tif 000005
【図４】
2009198472.tif 000006