演算型流量計
【課題】 水蒸気を含んだガスの流量値から該水蒸気を低減させた前記ガス単独の流量値を算出させることができる演算型流量計の提供。
【解決手段】 湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備える。
【解決手段】 湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は演算型流量計に係り、たとえば水素ガス等の流量を計測するのに好適な演算型流量計に関する。
【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、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いだされなかった。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、該水蒸気は充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】
ここで、対象となるガスが水素の場合にあって、上述したような不都合が生じるが、水素に限らず他のガスであってもそれが湿りを含む可能性がある場合、該湿りの影響を低減させたガスの流量値を得ることが好都合となる場合が多々ある。
【００１２】
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、湿りを含む可能性のあるガス体の流量値から該湿りの影響を低減させた当該ガスの流量値を算出させることができる演算型流量計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】
（１）本発明による演算型流量計は、たとえば、湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
（２）本発明による演算型流量計は、たとえば、湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
（３）本発明による演算型流量計は、たとえば、湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子と、
前記ガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
上記（１）に記載された本発明に係る演算型流量計は、ガス流量抽出回路を備え、その各演算手段によって水蒸気を含まぬガスの容積または質量流量値が算出されるようになっている。すなわち、水蒸気等の湿りによる影響を低減させたガスの流量値を得ることができるようになっている。
【００１９】
そして、湿りの影響を低減させた前記ガスの流量値に相当する情報を当該演算型流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備えたものとして構成されている。このことは、前記情報を他の機器に出力させ、該他の機器によって前記情報を有効に活用させることができることを意味する。
【００２０】
このため、このように構成される演算型流量計を用い、たとえば他の流量計であって同様に水蒸気の影響をも含めた前記ガスの計測において、その計測値に補正を施こすことにより、該他の流量計においても湿りの影響を低減させた前記ガスの流量値を算出させることができる効果を奏する。
【００２１】
また、上記（２）に記載された本発明に係る演算型流量計は、（１）に記載した流量計と同様に、ガス流量抽出回路を備え、湿りの影響を低減させたガスの流量値を得ることができるようになっている。そして、該ガス流量抽出回路からの前記容積流量値に相当する情報を表示装置に表示させることができるようになっている。
【００２２】
このため、この演算型流量計をそれ単独で用いることができ、湿りを含んだ前記ガスの計測にあって、該湿りの影響を除いた前記ガスのみの流量を直接に認識できる計測を行うことができるようになる。
【００２３】
さらに、上記（３）に記載された本発明に係る流量計は、上記（１）、（２）に記載された演算型流量計の効果を併せもつように構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による演算型流量計の実施例を図面を用いて説明をする。
【００２５】
図１は、本発明による演算型流量計の一実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。そして、本発明による演算型流量計はその計測流体（対象ガス）を水素とする流量計となっている。
【００２６】
図１において、該燃料電池試験システムは、まず、水素ガスボンベ１と、この水素ガスボンベ１からの水素が燃料電池（図示しない）側に供給される途中の管体２において、該水素ガスボンベ１側から順に配置される汎用形の流量計Ｆ、加湿源３、および標準流量計ＳＦ（演算型流量計）とから構成されている。ここで、前記標準流量計ＳＦは本発明に係る流量計として把握される。
【００２７】
そして、この燃料電池試験システムにあっては、前記標準流量計ＳＦはたとえば前記燃料電池の設置個所に代替されて取り付けられ、この標準流量計ＳＦから得られる演算値に基づいて前記流量計Ｆからの計測値を補正し、この補正された該流量計Ｆの演算値は水蒸気を含まない水素のみの流量値として検出できるようになっている。
【００２８】
このため、前記標準流量計ＳＦは前記流量計Ｆにおいて補正された流量値が得られるようになった後に前記管体２から取り外され（その個所に前記燃料電池が配置され）るようになっているのに対し、前記流量計Ｆは該管体２に常時設置されるものとして構成される。流量計Ｆは計測値として水蒸気を含まない水素のみの流量を表示するようになる。
【００２９】
前記標準流量計ＳＦは、前記流量計Ｆと比較して、流量を極めて正確に測定できるように構成され、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となるが、高価格となってしまうことを免れず、上述したように、前記流量計Ｆにおいて補正された流量値が得られた後は、該標準流量計ＳＦを取り外すようにしている。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前記流量計Ｆよりも測定精度が良好のものであれば充分となる。後の説明から明らかとなるように、この燃料電池システムにおける純水素ガス（ここでは水蒸気を含まない水素ガスの意味。以下同様）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関係にあるからである。
【００３０】
なお、前記加湿源３はそれを備えることにより燃料電池を安定して動作させることができるようになる。該燃料電池の水素と酸素を反応させる部分（セルスタック）は湿潤環境下で安定動作するからである。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に備えられたものでなくてもよい。該加湿源３が存在しない場合であっても、管体２には完全に除去できない水蒸気が存在し、この場合にも拘わらず、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。
【００３１】
このような構成において、まず、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の他に、該水素ガスの圧力Ｐ、温度Ｔ、および絶対湿度ｈａをそれぞれ検出する検出回路１３と、これら流量Ｑ、圧力Ｐ、温度Ｔ、および絶対湿度ｈａに基づいて演算をして前記流量から水蒸気を除いた純水素ガスのみの流量値(ノルマル容量流量値Ｑｇｖｎ)を算出する純ガス流量抽出回路１４と、この純ガス流量抽出回路１４によって算出された流量値の情報を前記流量計Ｆ側へ送出させるための出力端子１５を備えて構成されている。
【００３２】
ここで、前記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。
【００３３】
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。
【００３４】
湿りガスのモル分率Ｘｖは次式（１）に基づいて算出される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
ρｇａｓ＝（Ｎｇａｓ・Ｐ）／（Ｒｕ・Ｚ・Ｔ） ……（４）
ここで、Ｚは圧縮係数である。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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の出力情報として出力端子１５を介して前記流量計Ｆ側に送出されるようになっている。該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎによって前記流量計Ｆによって得られる計測値を補正し、この補正された該流量計Ｆの演算値を水蒸気を含まない水素のみの流量値として算出させるためである。
【００４７】
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。
【００４８】
また、図１に示すように、標準流量計ＳＦに設けられている前記出力端子１５には、信号伝送線１６の一端が接続され、この信号伝送線１６の他端は前記流量計Ｆ側に接続されるように構成されている。該信号伝送線１６を介して前記標準流量計ＳＦによって算出されたノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報が該流量計Ｆ側に送出されるようになっている。
【００４９】
このことから、前記出力端子１５は、標準流量計ＳＦによって算出された前記ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を当該標準流量計ＳＦ以外の他の機器に出力させるための端子として機能することになる。
【００５０】
この場合、前記信号伝送線１６は、前記出力端子１５を介することなく標準流量計ＳＦに取り付けられ、該標準流量計ＳＦの構成部材の一部として構成されたものであってもよい。この場合、該信号伝送線１６の流量計Ｆに接続される側が出力端子として機能することになる。
【００５１】
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、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２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。
【００５２】
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前記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。
【００５３】
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る。
【００５４】
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、前記標準流量計ＳＦを必要としなくなるものであり、図３に示すように、該標準流量計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ようになっている。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。
【００５５】
以上説明したことから明らかとなるように、前記標準流量計ＳＦは、それに具備された純ガス流量抽出回路１４の各演算手段によって水素ガス単体でのノルマル容積流量値Ｑｇｖｎが算出されるようになっている。すなわち、水蒸気の影響を排除させた水素ガスのみでの流量値を得ることができるようになっている。
【００５６】
そして、該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を当該標準流量計ＳＦ以外の他の流量計Ｆに出力させる出力端子１５を備えたものとして構成されている。このことは、前記情報を該流量計Ｆに出力させ、該流量計Ｆによって前記情報を有効に活用させることができることを意味し、すなわち、その計測値に補正を施こすことにより、該流量計Ｆにおいても水蒸気を低減させた水素ガスの流量値を算出させることができる効果を奏するようになる。
【００５７】
図４は、本発明による流量計の他の実施例を示す構成図で、図１に対応した図となっている。
【００５８】
図１と比較して異なる構成は、まず、標準流量計ＳＦにおいて、表示装置１７が設けられ、この表示装置１７には、純ガス流量抽出回路１４からの出力値、すなわち、前記ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎが表示されるようになっている。
【００５９】
したがって、水蒸気の影響が除かれた水素ガスの流量値は、表示装置１７を目視することによって認識することができることになる。この場合、図１に示したように標準流量計ＳＦが算出したノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに基づいて流量計Ｆからの計測値を補正できるように構成する場合、図４に示すように、該流量計Ｆにおいてデータ入力手段２０を具備させるようにすればよい。このデータ入力手段２０は、数値を入力できるキーボード等のデータ入力手段として構成し、このデータ入力手段２０から入力された数値に相当する情報は前記補正回路５内の第１メモリ７に格納されるようになっている。
【００６０】
すなわち、図１では、標準流量計ＳＦが算出したノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を、信号伝送線１６を介して流量計Ｆ側の第１メモリ７に格納させるのに対し、図４では、該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎを目視で認識した操作者が該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を流量計Ｆのデータ入力手段２０の操作を介して第１メモリ７に格納させることに相違を有する。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。
【００６１】
しかし、図４に示した標準流量計ＳＦは、必ずしも図４に示したように流量計Ｆの計測値を補正するために用いる必要はなく、前記流量計Ｆの存在に関わりなく、該標準流量計ＳＦをそれ単独で用いるようにしてもよいことはもちろんである。このようにした場合、水蒸気を含んだ水素ガスの計測にあって、該水蒸気の影響を除いた水素ガスのみの流量を表示器１７によって直接に認識できる計測を行うことができるようになる。
【００６２】
なお、前記表示装置１７は、図１に示した標準流量計ＳＦにも取り付けてもよいことはもちろんである。図５はこのようにして構成した標準流量計ＳＦを示す図である。
【００６３】
なお、上述した実施例では、標準流量計ＳＦによって水蒸気を含む水素ガスのうち該水蒸気の影響をほとんど除き、高い精度で水素ガスの流量を算出するようにしたものである。しかし、本発明はあくまでも前記ガスの流量抽出値を得ることが目的であるため、厳密な湿度の測定まで行う必要はなく、流量抽出値に及ぼす水蒸気の影響を減少させる程度であってもよいことはいうまでもない。本発明に係る流量計の使用される環境下において、水蒸気の影響をほぼ完全に除去する必要はなく、ある程度で充分であるという場合があるからである。
【００６４】
さらに、上述した実施例において、本発明による演算型流量計は水素ガスを計測流体とする流量計としたものであるが、これに限定されることはなく、水素ガス以外のガス体であって、湿りを含む可能性のあるものであっても適用できることはいうまでもない。水素ガス以外のガスであっても、それに含まれる湿りの影響を低減させた該ガスの流量値を得ることが好都合となる場合が多々あるからである。
【００６５】
そして、前記演算型流量計として水素ガスを計測流体とした流量計を示したことから、上記実施例では、その用途の一例として燃料電池試験システムを背景として説明したものである。しかし、本発明による演算型流量計は、燃料電池試験システム以外の他の用途において適用されるようなことがあってもよいことはもちろんである。
【００６６】
図６ないし図１４は、本発明による演算型流量計のいくつかの好適な用途を、上記実施例で示した用途をも含めて、纏めて示した説明図である。そして、これら各図において、計測流体は一般的に湿りを含む可能性のあるガス体を対象としたものとしている。このことから、前記水素ガスボンベ１に対応するものとしては対象ガス供給源１’とし、流量計Ｆに対応するものとしては汎用流量計等の受検体Ｆ’とし、前記管体２のうち特に加湿器を備えた配管又は加湿の可能性の有る配管に対応するものとして配管２’とし、前記標準流量計ＳＦに対応するものとして対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’としてそれぞれ示している。そして、この対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’には、前記純ガス流量抽出回路１４に対応するものとして対象ガス流量抽出演算器１４’が備えられている。
【００６７】
また、上述した標準流量計ＳＦはその表示装置としてガス流量値を示す表示装置１７のみを備えるものであったが、該対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’には、たとえば、対象ガス抽出流量値（Ｑｇｖｎ）を表示する表示装置１７ａ、ガス流量値（Ｑ）を表示する表示装置１７ｂ、ガス湿度値（ｈａ）を表示する表示装置１７ｃ、ガス温度値（Ｔ）を表示する表示装置１７ｄ、およびガス圧力値（Ｐ）を表示する表示装置１７ｅが備えられたものとして構成されている。
【００６８】
まず、図６は、配管を通して対象ガス供給源１’、汎用流量計等の受検体Ｆ’、対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’が順次配置され、該配管のうち加湿器、又は加湿の可能性のある配管２’が対象ガス供給源１’と受検体Ｆ’の間に存在しており、前記受検体Ｆ’からの検出出力値と対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’からの検出出力値がいずれもデータ集計装置３０に入力されるようになっている。このように構成した場合、たとえば、該データ集計装置３０によって、受検体Ｆ’からの検出出力値が、対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’からの検出出力値に対して、どのように変化するかの過程（挙動）を測定でき、加湿流体が流れた時の受検体Ｆ’の出力特性を検出（校正）することができるような効果を奏するようになる。
【００６９】
図７は、図６の事例とは反対に、ドライ流体を流した時の受検体Ｆ’の出力特性を検出（校正）する事例の図で、図６の場合と比較して異なる構成は、加湿器、又は加湿の可能性のある配管２’が受検体Ｆ’と対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’の間に存在することにある。このような構成は、たとえば、図１で上述した燃料電池試験システムによく見られるが、前記受検体Ｆ’が配管から取り外しができない状態（外すと湿気が入る等の理由から）で、しかも加湿源２’を間に挟んでいるにも拘わらず、該受検体Ｆ’に対し、ドライ流体を流した時の定期的な校正が必要となる場合に好適となる。
【００７０】
図８は、図６と対応する図であり、図６の場合と比較して異なる機能は、加湿流体を受検体Ｆ’に流すことは同様だが、受検体Ｆ’に加湿ガス体からドライガス流量値を抽出する機能を与えること特化した事例である。図６の場合と比較して異なる構成は、配管を通して対象ガス供給源１’、対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’、受検体Ｆ’が順次配置されているとともに、加湿器、又は加湿の可能性のある配管２’は対象ガス供給源１’と対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’の間、および対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’と受検体Ｆ’の間と配管上の至る所に加湿源が存在することにある。このような構成であった場合でも、対象ガス流量抽出機能付流量計は常にドライガス流量値を演算出力できるため、たとえば、受検体Ｆ’を燃料電池とし、水素ガスＸ（ＮＬ／ｍｉｎ）消費時の該燃料電池の出力はＹ（ｗ）というようなドライガス流量に基づく結果（校正された出力値）を得ることができる。そして、供給ガス源、および配管上の残存湿度に影響されないため、より高精度の測定を可能とすることができる。
【００７１】
図９ないし図１１は、それぞれ、汎用流量計等の受検体Ｆ’に表示装置１１が設けられ、その表示値を対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’の表示装置１７ａないし１７ｅの表示値と比較することにより、前記図６ないし図８に示したと同様な効果を得ようとするものである。ここで、図９は図６に示した用途に対応し、図１０は図７に示した用途に対応し、図１１は図８に示した用途に対応して、それぞれ描いたものとなっている。
【００７２】
図１２ないし図１４は、前記図６ないし図９に示した構成と、前記図９ないし図１１に示した構成とを合わせ用いた構成となっているもので、それらの各構成を必要に応じて別個にあるいは合わせて利用できるようになる。ここで、図１２は図６および図９に示した用途に対応し、図１３は図７および図１０に示した用途に対応し、図１４は図８および図１１に示した用途に対応して、それぞれ描いたものとなっている。
【００７３】
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】
【００７４】
【図１】本発明による演算型流量計の一実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。
【図２】図１に示す純ガス流量抽出回路における演算過程の一実施例を示すフロー図である。
【図３】本発明による演算型流量計を取り除いた際の燃料電池試験システムの一実施例を示す図である。
【図４】本発明による演算型流量計の他の実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。
【図５】本発明による演算型流量計の他の実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。
【図６】本発明による演算型流量計の用途の一形態を示した説明図である。
【図７】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図８】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図９】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１０】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１１】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１２】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１３】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１４】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
Ｆ……流量計（管体２に常備）、Ｆ’……汎用流量計等の受検体、ＳＦ……標準流量計（管体に対して取り外し可能）、ＳＦ’……対象ガス流量抽出機能付流量計、１……水素ガスボンベ、１’……対象ガス供給源、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、１１’、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ……表示装置、１４……純ガス流量抽出回路、１４’……対象ガス流量抽出演算器、１５……出力端子、１６……信号伝送線、２０……データ入力手段、３０……データ集計装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は演算型流量計に係り、たとえば水素ガス等の流量を計測するのに好適な演算型流量計に関する。
【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、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いだされなかった。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、該水蒸気は充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】
ここで、対象となるガスが水素の場合にあって、上述したような不都合が生じるが、水素に限らず他のガスであってもそれが湿りを含む可能性がある場合、該湿りの影響を低減させたガスの流量値を得ることが好都合となる場合が多々ある。
【００１２】
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、湿りを含む可能性のあるガス体の流量値から該湿りの影響を低減させた当該ガスの流量値を算出させることができる演算型流量計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】
（１）本発明による演算型流量計は、たとえば、湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
（２）本発明による演算型流量計は、たとえば、湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
（３）本発明による演算型流量計は、たとえば、湿りを含む可能性の有るガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子と、
前記ガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
上記（１）に記載された本発明に係る演算型流量計は、ガス流量抽出回路を備え、その各演算手段によって水蒸気を含まぬガスの容積または質量流量値が算出されるようになっている。すなわち、水蒸気等の湿りによる影響を低減させたガスの流量値を得ることができるようになっている。
【００１９】
そして、湿りの影響を低減させた前記ガスの流量値に相当する情報を当該演算型流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備えたものとして構成されている。このことは、前記情報を他の機器に出力させ、該他の機器によって前記情報を有効に活用させることができることを意味する。
【００２０】
このため、このように構成される演算型流量計を用い、たとえば他の流量計であって同様に水蒸気の影響をも含めた前記ガスの計測において、その計測値に補正を施こすことにより、該他の流量計においても湿りの影響を低減させた前記ガスの流量値を算出させることができる効果を奏する。
【００２１】
また、上記（２）に記載された本発明に係る演算型流量計は、（１）に記載した流量計と同様に、ガス流量抽出回路を備え、湿りの影響を低減させたガスの流量値を得ることができるようになっている。そして、該ガス流量抽出回路からの前記容積流量値に相当する情報を表示装置に表示させることができるようになっている。
【００２２】
このため、この演算型流量計をそれ単独で用いることができ、湿りを含んだ前記ガスの計測にあって、該湿りの影響を除いた前記ガスのみの流量を直接に認識できる計測を行うことができるようになる。
【００２３】
さらに、上記（３）に記載された本発明に係る流量計は、上記（１）、（２）に記載された演算型流量計の効果を併せもつように構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による演算型流量計の実施例を図面を用いて説明をする。
【００２５】
図１は、本発明による演算型流量計の一実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。そして、本発明による演算型流量計はその計測流体（対象ガス）を水素とする流量計となっている。
【００２６】
図１において、該燃料電池試験システムは、まず、水素ガスボンベ１と、この水素ガスボンベ１からの水素が燃料電池（図示しない）側に供給される途中の管体２において、該水素ガスボンベ１側から順に配置される汎用形の流量計Ｆ、加湿源３、および標準流量計ＳＦ（演算型流量計）とから構成されている。ここで、前記標準流量計ＳＦは本発明に係る流量計として把握される。
【００２７】
そして、この燃料電池試験システムにあっては、前記標準流量計ＳＦはたとえば前記燃料電池の設置個所に代替されて取り付けられ、この標準流量計ＳＦから得られる演算値に基づいて前記流量計Ｆからの計測値を補正し、この補正された該流量計Ｆの演算値は水蒸気を含まない水素のみの流量値として検出できるようになっている。
【００２８】
このため、前記標準流量計ＳＦは前記流量計Ｆにおいて補正された流量値が得られるようになった後に前記管体２から取り外され（その個所に前記燃料電池が配置され）るようになっているのに対し、前記流量計Ｆは該管体２に常時設置されるものとして構成される。流量計Ｆは計測値として水蒸気を含まない水素のみの流量を表示するようになる。
【００２９】
前記標準流量計ＳＦは、前記流量計Ｆと比較して、流量を極めて正確に測定できるように構成され、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となるが、高価格となってしまうことを免れず、上述したように、前記流量計Ｆにおいて補正された流量値が得られた後は、該標準流量計ＳＦを取り外すようにしている。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前記流量計Ｆよりも測定精度が良好のものであれば充分となる。後の説明から明らかとなるように、この燃料電池システムにおける純水素ガス（ここでは水蒸気を含まない水素ガスの意味。以下同様）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関係にあるからである。
【００３０】
なお、前記加湿源３はそれを備えることにより燃料電池を安定して動作させることができるようになる。該燃料電池の水素と酸素を反応させる部分（セルスタック）は湿潤環境下で安定動作するからである。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に備えられたものでなくてもよい。該加湿源３が存在しない場合であっても、管体２には完全に除去できない水蒸気が存在し、この場合にも拘わらず、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。
【００３１】
このような構成において、まず、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の他に、該水素ガスの圧力Ｐ、温度Ｔ、および絶対湿度ｈａをそれぞれ検出する検出回路１３と、これら流量Ｑ、圧力Ｐ、温度Ｔ、および絶対湿度ｈａに基づいて演算をして前記流量から水蒸気を除いた純水素ガスのみの流量値(ノルマル容量流量値Ｑｇｖｎ)を算出する純ガス流量抽出回路１４と、この純ガス流量抽出回路１４によって算出された流量値の情報を前記流量計Ｆ側へ送出させるための出力端子１５を備えて構成されている。
【００３２】
ここで、前記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。
【００３３】
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。
【００３４】
湿りガスのモル分率Ｘｖは次式（１）に基づいて算出される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
ρｇａｓ＝（Ｎｇａｓ・Ｐ）／（Ｒｕ・Ｚ・Ｔ） ……（４）
ここで、Ｚは圧縮係数である。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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の出力情報として出力端子１５を介して前記流量計Ｆ側に送出されるようになっている。該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎによって前記流量計Ｆによって得られる計測値を補正し、この補正された該流量計Ｆの演算値を水蒸気を含まない水素のみの流量値として算出させるためである。
【００４７】
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。
【００４８】
また、図１に示すように、標準流量計ＳＦに設けられている前記出力端子１５には、信号伝送線１６の一端が接続され、この信号伝送線１６の他端は前記流量計Ｆ側に接続されるように構成されている。該信号伝送線１６を介して前記標準流量計ＳＦによって算出されたノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報が該流量計Ｆ側に送出されるようになっている。
【００４９】
このことから、前記出力端子１５は、標準流量計ＳＦによって算出された前記ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を当該標準流量計ＳＦ以外の他の機器に出力させるための端子として機能することになる。
【００５０】
この場合、前記信号伝送線１６は、前記出力端子１５を介することなく標準流量計ＳＦに取り付けられ、該標準流量計ＳＦの構成部材の一部として構成されたものであってもよい。この場合、該信号伝送線１６の流量計Ｆに接続される側が出力端子として機能することになる。
【００５１】
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、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２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。
【００５２】
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前記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。
【００５３】
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る。
【００５４】
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、前記標準流量計ＳＦを必要としなくなるものであり、図３に示すように、該標準流量計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ようになっている。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。
【００５５】
以上説明したことから明らかとなるように、前記標準流量計ＳＦは、それに具備された純ガス流量抽出回路１４の各演算手段によって水素ガス単体でのノルマル容積流量値Ｑｇｖｎが算出されるようになっている。すなわち、水蒸気の影響を排除させた水素ガスのみでの流量値を得ることができるようになっている。
【００５６】
そして、該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を当該標準流量計ＳＦ以外の他の流量計Ｆに出力させる出力端子１５を備えたものとして構成されている。このことは、前記情報を該流量計Ｆに出力させ、該流量計Ｆによって前記情報を有効に活用させることができることを意味し、すなわち、その計測値に補正を施こすことにより、該流量計Ｆにおいても水蒸気を低減させた水素ガスの流量値を算出させることができる効果を奏するようになる。
【００５７】
図４は、本発明による流量計の他の実施例を示す構成図で、図１に対応した図となっている。
【００５８】
図１と比較して異なる構成は、まず、標準流量計ＳＦにおいて、表示装置１７が設けられ、この表示装置１７には、純ガス流量抽出回路１４からの出力値、すなわち、前記ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎが表示されるようになっている。
【００５９】
したがって、水蒸気の影響が除かれた水素ガスの流量値は、表示装置１７を目視することによって認識することができることになる。この場合、図１に示したように標準流量計ＳＦが算出したノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに基づいて流量計Ｆからの計測値を補正できるように構成する場合、図４に示すように、該流量計Ｆにおいてデータ入力手段２０を具備させるようにすればよい。このデータ入力手段２０は、数値を入力できるキーボード等のデータ入力手段として構成し、このデータ入力手段２０から入力された数値に相当する情報は前記補正回路５内の第１メモリ７に格納されるようになっている。
【００６０】
すなわち、図１では、標準流量計ＳＦが算出したノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を、信号伝送線１６を介して流量計Ｆ側の第１メモリ７に格納させるのに対し、図４では、該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎを目視で認識した操作者が該ノルマル容積流量値Ｑｇｖｎに相当する情報を流量計Ｆのデータ入力手段２０の操作を介して第１メモリ７に格納させることに相違を有する。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。
【００６１】
しかし、図４に示した標準流量計ＳＦは、必ずしも図４に示したように流量計Ｆの計測値を補正するために用いる必要はなく、前記流量計Ｆの存在に関わりなく、該標準流量計ＳＦをそれ単独で用いるようにしてもよいことはもちろんである。このようにした場合、水蒸気を含んだ水素ガスの計測にあって、該水蒸気の影響を除いた水素ガスのみの流量を表示器１７によって直接に認識できる計測を行うことができるようになる。
【００６２】
なお、前記表示装置１７は、図１に示した標準流量計ＳＦにも取り付けてもよいことはもちろんである。図５はこのようにして構成した標準流量計ＳＦを示す図である。
【００６３】
なお、上述した実施例では、標準流量計ＳＦによって水蒸気を含む水素ガスのうち該水蒸気の影響をほとんど除き、高い精度で水素ガスの流量を算出するようにしたものである。しかし、本発明はあくまでも前記ガスの流量抽出値を得ることが目的であるため、厳密な湿度の測定まで行う必要はなく、流量抽出値に及ぼす水蒸気の影響を減少させる程度であってもよいことはいうまでもない。本発明に係る流量計の使用される環境下において、水蒸気の影響をほぼ完全に除去する必要はなく、ある程度で充分であるという場合があるからである。
【００６４】
さらに、上述した実施例において、本発明による演算型流量計は水素ガスを計測流体とする流量計としたものであるが、これに限定されることはなく、水素ガス以外のガス体であって、湿りを含む可能性のあるものであっても適用できることはいうまでもない。水素ガス以外のガスであっても、それに含まれる湿りの影響を低減させた該ガスの流量値を得ることが好都合となる場合が多々あるからである。
【００６５】
そして、前記演算型流量計として水素ガスを計測流体とした流量計を示したことから、上記実施例では、その用途の一例として燃料電池試験システムを背景として説明したものである。しかし、本発明による演算型流量計は、燃料電池試験システム以外の他の用途において適用されるようなことがあってもよいことはもちろんである。
【００６６】
図６ないし図１４は、本発明による演算型流量計のいくつかの好適な用途を、上記実施例で示した用途をも含めて、纏めて示した説明図である。そして、これら各図において、計測流体は一般的に湿りを含む可能性のあるガス体を対象としたものとしている。このことから、前記水素ガスボンベ１に対応するものとしては対象ガス供給源１’とし、流量計Ｆに対応するものとしては汎用流量計等の受検体Ｆ’とし、前記管体２のうち特に加湿器を備えた配管又は加湿の可能性の有る配管に対応するものとして配管２’とし、前記標準流量計ＳＦに対応するものとして対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’としてそれぞれ示している。そして、この対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’には、前記純ガス流量抽出回路１４に対応するものとして対象ガス流量抽出演算器１４’が備えられている。
【００６７】
また、上述した標準流量計ＳＦはその表示装置としてガス流量値を示す表示装置１７のみを備えるものであったが、該対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’には、たとえば、対象ガス抽出流量値（Ｑｇｖｎ）を表示する表示装置１７ａ、ガス流量値（Ｑ）を表示する表示装置１７ｂ、ガス湿度値（ｈａ）を表示する表示装置１７ｃ、ガス温度値（Ｔ）を表示する表示装置１７ｄ、およびガス圧力値（Ｐ）を表示する表示装置１７ｅが備えられたものとして構成されている。
【００６８】
まず、図６は、配管を通して対象ガス供給源１’、汎用流量計等の受検体Ｆ’、対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’が順次配置され、該配管のうち加湿器、又は加湿の可能性のある配管２’が対象ガス供給源１’と受検体Ｆ’の間に存在しており、前記受検体Ｆ’からの検出出力値と対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’からの検出出力値がいずれもデータ集計装置３０に入力されるようになっている。このように構成した場合、たとえば、該データ集計装置３０によって、受検体Ｆ’からの検出出力値が、対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’からの検出出力値に対して、どのように変化するかの過程（挙動）を測定でき、加湿流体が流れた時の受検体Ｆ’の出力特性を検出（校正）することができるような効果を奏するようになる。
【００６９】
図７は、図６の事例とは反対に、ドライ流体を流した時の受検体Ｆ’の出力特性を検出（校正）する事例の図で、図６の場合と比較して異なる構成は、加湿器、又は加湿の可能性のある配管２’が受検体Ｆ’と対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’の間に存在することにある。このような構成は、たとえば、図１で上述した燃料電池試験システムによく見られるが、前記受検体Ｆ’が配管から取り外しができない状態（外すと湿気が入る等の理由から）で、しかも加湿源２’を間に挟んでいるにも拘わらず、該受検体Ｆ’に対し、ドライ流体を流した時の定期的な校正が必要となる場合に好適となる。
【００７０】
図８は、図６と対応する図であり、図６の場合と比較して異なる機能は、加湿流体を受検体Ｆ’に流すことは同様だが、受検体Ｆ’に加湿ガス体からドライガス流量値を抽出する機能を与えること特化した事例である。図６の場合と比較して異なる構成は、配管を通して対象ガス供給源１’、対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’、受検体Ｆ’が順次配置されているとともに、加湿器、又は加湿の可能性のある配管２’は対象ガス供給源１’と対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’の間、および対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’と受検体Ｆ’の間と配管上の至る所に加湿源が存在することにある。このような構成であった場合でも、対象ガス流量抽出機能付流量計は常にドライガス流量値を演算出力できるため、たとえば、受検体Ｆ’を燃料電池とし、水素ガスＸ（ＮＬ／ｍｉｎ）消費時の該燃料電池の出力はＹ（ｗ）というようなドライガス流量に基づく結果（校正された出力値）を得ることができる。そして、供給ガス源、および配管上の残存湿度に影響されないため、より高精度の測定を可能とすることができる。
【００７１】
図９ないし図１１は、それぞれ、汎用流量計等の受検体Ｆ’に表示装置１１が設けられ、その表示値を対象ガス流量抽出機能付流量計ＳＦ’の表示装置１７ａないし１７ｅの表示値と比較することにより、前記図６ないし図８に示したと同様な効果を得ようとするものである。ここで、図９は図６に示した用途に対応し、図１０は図７に示した用途に対応し、図１１は図８に示した用途に対応して、それぞれ描いたものとなっている。
【００７２】
図１２ないし図１４は、前記図６ないし図９に示した構成と、前記図９ないし図１１に示した構成とを合わせ用いた構成となっているもので、それらの各構成を必要に応じて別個にあるいは合わせて利用できるようになる。ここで、図１２は図６および図９に示した用途に対応し、図１３は図７および図１０に示した用途に対応し、図１４は図８および図１１に示した用途に対応して、それぞれ描いたものとなっている。
【００７３】
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】
【００７４】
【図１】本発明による演算型流量計の一実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。
【図２】図１に示す純ガス流量抽出回路における演算過程の一実施例を示すフロー図である。
【図３】本発明による演算型流量計を取り除いた際の燃料電池試験システムの一実施例を示す図である。
【図４】本発明による演算型流量計の他の実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。
【図５】本発明による演算型流量計の他の実施例を燃料電池試験システムに適用させて用いた場合において示した構成図である。
【図６】本発明による演算型流量計の用途の一形態を示した説明図である。
【図７】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図８】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図９】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１０】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１１】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１２】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１３】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【図１４】本発明による演算型流量計の用途の他の形態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
Ｆ……流量計（管体２に常備）、Ｆ’……汎用流量計等の受検体、ＳＦ……標準流量計（管体に対して取り外し可能）、ＳＦ’……対象ガス流量抽出機能付流量計、１……水素ガスボンベ、１’……対象ガス供給源、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、１１’、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ……表示装置、１４……純ガス流量抽出回路、１４’……対象ガス流量抽出演算器、１５……出力端子、１６……信号伝送線、２０……データ入力手段、３０……データ集計装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿りを含む可能性のあるガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備えることを特徴とする演算型流量計。
【請求項２】
湿りを含む可能性のあるガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とする演算型流量計。
【請求項３】
湿りを含む可能性のあるガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子と、
前記ガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とする演算型流量計。
【請求項１】
湿りを含む可能性のあるガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子を備えることを特徴とする演算型流量計。
【請求項２】
湿りを含む可能性のあるガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とする演算型流量計。
【請求項３】
湿りを含む可能性のあるガス体を計測流体とする流量計であって、
ガス流量抽出回路を具備し、このガス流量抽出回路は、少なくとも、計測されたガスのモル分率を求める演算手段と、該モル分率から前記ガスのモル質量を求める演算手段と、該モル質量から前記ガスの密度値を求める演算手段と、該密度値から前記ガスの湿り分を除いた質量流量値を求める演算手段と、該質量流量値から前記ガスの湿り分を除いた容積流量値を求める演算手段とから構成され、
かつ、このガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を当該流量計以外の他の機器に出力させる出力端子と、
前記ガス流量抽出回路からの前記容積または質量流量値に相当する情報を表示させる表示装置を備えることを特徴とする演算型流量計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１９２６８４（Ｐ２００７−１９２６８４Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１５２４（Ｐ２００６−１１５２４）
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【出願人】（０００１０３５７４）株式会社オーバル (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【出願人】（０００１０３５７４）株式会社オーバル (82)
【Ｆターム（参考）】
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