特許 6867515 高圧下にある水素の粒子負荷を決定するための試験装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6867515

(24)【登録日】2021年4月12日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】高圧下にある水素の粒子負荷を決定するための試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/06 20060101AFI20210419BHJP

   G01N 1/00 20060101ALI20210419BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/06 D

   G01N1/00 101S

【請求項の数】10

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2019-567637(P2019-567637)

(86)(22)【出願日】2018年6月26日

(65)【公表番号】特表2020-525759(P2020-525759A)

(43)【公表日】2020年8月27日

(86)【国際出願番号】EP2018067057

(87)【国際公開番号】WO2019002260

(87)【国際公開日】20190103

【審査請求日】2020年2月26日

(31)【優先権主張番号】102017006063.0

(32)【優先日】2017年6月27日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】513021718

【氏名又は名称】ハイダック アクセサリーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】マルクス シュトルップ

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン クリスティアン ザウアー

【審査官】 野田 華代

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／１３９４６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２１５０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５３６６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３０１５２２８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表平０７−５０５２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７９０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００５６６６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １５／００−１５／１４

Ｇ０１Ｎ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧下にある水素の粒子負荷を決定するための試験装置であって、水素が流入若しくは流出するための入口（４）及び出口（８）と試料室（５２）とを有するハウジング（２）を備えており、前記試料室（５２）には試験フィルタ（５８）用のフィルタ受容部（４４）が設けられていて、前記試験フィルタ（５８）は試験過程では試料量の水素が貫流でき、試験過程終了後には粒子の沈殿を評価するために前記試料室（５２）から取り出すことができるようになっており、さらに前記試料室（５２）の除圧を可能にする排気装置（６４、７０）を備えている試験装置において、
前記排気装置（６４、７０）は、前記ハウジング（２）内に配置されていて、水素の流出が終了した後にまだ前記試験装置内に残っている水素を、少なくとも部分的に前記試験装置から前記入口（４）の方向に排出することを特徴とする試験装置。

【請求項2】

前記排気装置は２つのバルブ（６２、７０）を有しており、前記２つのバルブ（６２、７０）の内の第１のバルブ（６２）は第２のバルブ（７０）が閉じた状態で前記入口（４）から前記試験フィルタ（５８）を通って前記出口（８）に至る流路を解放し、前記出口（８）での流出が終了した後で前記試験装置内に残っている水素の圧力下で前記第２のバルブ（７０）は設定可能な閾値で開いて、第１のバルブ（６２）が閉じた状態で前記入口（４）の方向に排気を行うことを特徴とする、請求項１に記載の試験装置。

【請求項3】

前記２つのバルブ（６２、７０）はばね付勢された逆止弁（６２，７０）から形成されており、前記２つのバルブ（６２、７０）の内の第１のバルブ（６２）はその閉鎖位置から出発して前記出口（８）の方向に開き、第２のバルブ（７０）は反対に前記入口（４）の方向に開くことを特徴とする、請求項１又は２に記載の試験装置。

【請求項4】

前記第２のバルブ（７０）は前記第１のバルブ（６２）に対するバイパスとして接続ライン（６４）内に配置されており、前記接続ライン（６４）はその一方の端部で前記試験フィルタ（５８）と前記出口（８）の間の接続点（６６）に開口し、他方の端部で流路の前記入口（４）と第１のバルブ（６２）の間の接続点（６８）に開口していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の試験装置。

【請求項5】

前記入口（４）は、特に自動車タンクステーション（６）の水素貯蔵タンクに流体連通するように接続可能であり、前記出口（８）は車両（１０）に水素を補給するための燃料ノズルにホースラインを介して接続可能であり、排気装置（６４、７０）による排気は、燃料の補給若しくは取り出し作業の後でタンクステーション（６）の排気システムによって自動的に行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の試験装置。

【請求項6】

前記ハウジング（２）は複数部分、特に２部分から構成されており、前記２つのハウジング部分（２０、２２）は再び取外し可能なユニオンナット（３２）によって互いに接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の試験装置。

【請求項7】

前記２つのバルブは内蔵逆止弁（６２、７０）の形で前記入口（４）を有する方のハウジング部分（２０）に受容されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の試験装置。

【請求項8】

前記試験フィルタ（５８）は前記２つのハウジング部分（２０、２２）の間でフィルタ受容部（４４）を備えた前記試料室（５２）内に固持されており、前記試料室（５２）は前記試験フィルタの両自由前面に円錐形の拡張部（４８、５０）を有しており、前記拡張部（４８、５０）は互いに反対方向に前記試験フィルタ（５８）から離れて先細になり、前記入口（４）と前記出口（８）の間の流路に開口していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の試験装置。

【請求項9】

前記接続ライン（６４）内で前記２つのハウジング部分（２０、２２）の間に配置されて、かつ前記ハウジング部分（２０、２２）に突入係合して接続管（８０）が存在しており、前記接続管（８０）は少なくとも１つのシール要素（８２）によって密封された状態で前記２つのハウジング部分（２０、２２）のそれぞれの中で案内されていて、前記２つのハウジング部分（２０、２２）の間の分離点を貫通していることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の試験装置。

【請求項10】

挿入されたバルブ（６２、７０）とそれらのシール要素を含む前記試験装置の構成部材がステンレス鋼材で作られていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧下にある水素の粒子負荷を決定するための試験装置であって、水素が流入若しくは流出するための入口及び出口と試料室とを有するハウジングを備えており、試料室には試験フィルタ用のフィルタ受容部が設けられていて、試験フィルタは試験過程では試料量の水素が貫流でき、試験過程終了後には粒子の沈殿を評価するために試料室から取り出すことができるようになっており、さらに試料室の除圧を可能にする排気装置を備えているものに関する。

【背景技術】

【0002】

この種類の試験装置は、特許文献１（国際公開第２０１３／１３９４６２号）から知られている。そのような装置は、主に水素燃料補給システムで使用するために利用でき、したがって特に水素を気体燃料として利用する自動車用途で、又は燃料電池に水素を供給するために利用できる。燃料電池と同様、水素で駆動される内燃機関でも、水素が粒子状の異物を全く含まないことが支障のない運転にとって決定的である。それゆえ粒子がないか試験することは、水素が供給される装置の安全な運転を保証するために重要な寄与をする。

【0003】

上記の既知の試験装置を利用する際に、試験作業は燃料補給作業の過程で行われ、燃料補給作業時に試験装置のハウジングの入口は水素燃料ステーションと接続されており、出口は、例えば車両の燃料補給のためにタンクホースを介して燃料ノズルと接続されている。この作業の間、燃料ノズルを介して消費者のタンクへの接続が形成されており、試料室内にある試験フィルタは試料量を形成する燃料補給量によって貫流されている。燃料補給作業が終了した後に堆積物を検査するために試験フィルタを取り出すことができるようにするには、８０ＭＰａ（８００ｂａｒ）以上の高い燃料補給圧力下にある試料室を無圧状態にする必要がある。この目的のために、上述した既知の試験装置では排気装置として、ハウジング外側にある手動で操作可能な排気弁が開かれる。排気弁は排出スリーブを備えており、それを通して試験室、タンクホース及び水素燃料補給ステーションとの接続ライン内にある気体量を周囲に吐き出す。これらの接続部はハウジングの入口と出口から取り外すことができ、ハウジングを実験室に運んで開いて、試験フィルタの堆積物を検査して確認された堆積物を分析することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１３９４６２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、この先行技術から出発して、特に安全な運転特性を特徴とする、冒頭に記載した形式の試験装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば上記の課題は、特許請求項１の特徴をその全体において有する試験装置によって解決される。

【0007】

請求項１の特徴部によれば、本発明の本質的な特徴は、排気装置はハウジング内に配置されていて、水素の流出が終了した後にまだ試験装置内に残っている水素を、少なくとも部分的に試験装置から入口の方向に排出することにある。それにより燃料補給作業が終了すると、高圧水素燃料補給用に許可されている燃料補給ステーションに設けられた排気システムによって自動的に排気作業が行われる。したがって周囲に危険な水素雰囲気が発生する可能性のある、排出弁を手で操作する排気は必要なくなる。

【0008】

有利な実施形態では、排気装置は２つのバルブを有しており、そのうちの第１のバルブは第２のバルブが閉じた状態で入口から試験フィルタを通って出口に至る流路を開放し、出口での流出が終了した後で試験装置内に残っている水素の圧力下で第２のバルブが設定可能な閾値で開いて、第１のバルブが閉じた状態で入口の方向に排気を行う。

【0009】

有利には、両バルブはばね付勢された逆止弁から形成されてよく、そのうちの第１のバルブはその閉鎖位置から出発して出口の方向に開き、第２のバルブは反対に入口の方向に開く。

【0010】

有利には、第２のバルブは第１のバルブに対するバイパスとして接続ライン内に配置されており、この接続ラインはその一方の端部で試験フィルタと出口の間の接続点に開口し、他方の端部で流路の入口と第１のバルブの間の接続点に開口している。接続ラインをこのように配置すると、第２のバルブが開いているときに接続ラインを通って延びる流路は試験フィルタを迂回するので、試験フィルタを通って望ましくない戻り流が生じることはない。

【0011】

試験作業を実行するために、上記入口は、特に自動車タンクステーションの水素貯蔵タンクに流体連通するように接続可能であり、上記出口は車両に水素を補給するための燃料ノズルにホースラインを介して接続可能であり、その結果として排気装置による排気は、燃料の補給若しくは取り出し作業の後でタンクステーションの排気システムによって自動的に行われる。

【0012】

好適な実施形態において、ハウジングは複数部分、特に２部分から構成されており、両ハウジング部分は再び取外し可能なユニオンナットによって互いに接続されている。このユニオンナットに対して、締め付けられた回転位置でユニオンナットを取外し可能に固持する回動防止機構を設けることができる。

【0013】

有利には、両バルブは内蔵逆止弁の形で入口を有する方のハウジング部分に受容されている。

【0014】

試験フィルタは有利には両ハウジング部分の間でフィルタ受容部を備えた試料室内に固持されており、試料室は試験フィルタの両自由前面に円錐形の拡張部を有しており、この拡張部は互いに反対方向に試験フィルタから離れて先細になり、入口と出口の間の流路に開口している。

【0015】

両ハウジング部分の間で第２のバルブを含む接続ラインの密封された移行部を形成するために、有利には接続ライン内で両ハウジング部分の間に配置されて、かつハウジング部分に突入係合して接続管が存在してよく、この接続管は少なくとも１つのシール要素によって密封された状態でそれぞれのハウジング部分内で案内されていて、両ハウジング部分の間の分離点を貫通している。

【0016】

好ましくは試験装置の構成部材が、挿入されたバルブとそれらのシール要素を含めて、ステンレス鋼材で作られている。

【0017】

以下に本発明による装置を図面に示した実施形態に基づいて詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、水素タンクステーションと燃料補給される自動車との間に挿入された本発明による試験装置の実施形態の流体回路の記号図を示す。

【図2】図２は、タンクステーションと接続される装置ハウジングの入口の方から見た実施形態の斜視図を示す。

【図3】図３は、実施形態の縦断面図を示す。

【図4】図４は、図３に対して９０°回転させた実施形態の縦断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１の概略図は、燃料補給作業の過程で行われる動作における配置構成を示しており、装置ハウジング２はその入口４で水素燃料ステーション６の形態の高圧下にある水素源と接続されており、ハウジング２はその出口８で燃料補給される車両１０と接続されている。タンクステーション６と接続するために、ハウジング２はその入口４に、雌ねじを付けた孔１４内で入口４に着座するねじ込み部材の形態のタンクニップル１２を備えている。反対側の出口８では、接続管１８が孔１６内の雌ねじでねじ込まれており、この接続管１８は同様に図示されていないタンクホースと接続でき、タンクホースには車両１０の燃料補給のための燃料ノズルが付いている。

【0020】

ステンレス鋼製のハウジング２は２つのハウジング部分を有し、各ハウジング部分はそれぞれ直径が等しい円筒形のフランジ部２０及び２２を有している。これらのフランジ部２０及び２２にはそれぞれ同軸の接続部２４若しくは２６が接続しており、それらのうち接続部２４は自由端に入口４の孔１４を有し、接続部２６は外端に入口８の孔１６を有する。これらの接続部２４、２６は全体として、フランジ部２０、２２よりも直径が小さい円筒形の形状を有し、互いに反対側の平坦部を備えている（図２参照）。ハウジング２が閉じた状態でフランジ部２０及び２２は、半径方向平面内にある端面２８及び３０と当接する。端面２８、３０が圧力に耐えて取外し可能に当接するために、フランジ部２２の雄ねじ３４上で回転でき、他方のフランジ２０を覆うように把持する環状部３６を有するユニオンナット３２が設けられている。ユニオンナット３２はフックスパナで締め付けるために、半径方向外側の孔３８を備えている。ユニオンナット３２は環状部３６を貫通するばね付勢されたロックピンによって締め付け位置に固定可能である。

【0021】

フランジ部２０、２２が互いに当接する端面２８、３０のセンタリングのために、端面３０は、軸方向に突出する同心の環状リブ４２を有する。この環状リブ４２は、他方の端面３０の環状溝４４に突入して嵌合し、その際にシールリング４６が環状溝４４の拡張部に挿入されている。上記の国際特許出願ＷＯ２０１３／１３９４６２Ａ１号により知られている試験装置と同様に、フランジ部２０及び２２内に試料室５２を画定する同軸の凹部４８及び５０が端面２８及び３０を起点として形成されている。これらの凹部４８、５０は、上記の既知の装置のように、直角の頂点を有するそれぞれ１つの円錐によって形成されており、凹部４８の頂点には、入口４を介してタンクニップル１２と接続している同軸の流入路５４が開口している。他方の凹部５０の頂点からは、流出路５６が出口８を介して接続管１８に延びている。

【0022】

試料室５２内には、シート状の円形メンブランの形態の試験フィルタ５８がある。これは、フィルタ精度が０．２μｍの範囲にあるペーパーフィルタ、又は積層支持構造を有するＰＴＦＤメンブレンであってよい。そのようなフィルタは、０．１５ｍｍの厚さを有することができる。そのようなシート状要素の保持体として、円形プレートの形態の支持フィルタ６０が設けられており、これに試験フィルタ５８の流入路５４に面する側が当接している。この例では支持フィルタ６０のプレートの厚さは５ｍｍであり、支持フィルタ６０は、１５０μｍの範囲のフィルタ精度に対応する多孔度を有する焼結金属で形成されている。支持フィルタ６０のプレートは、端面２８の環状リブ４２と端面３０の環状溝４４の底部との間に保持されている。

【0023】

試料室５２に開口する流入ライン５４の端部領域には、試料室５２の方向に開くばね付勢された逆止弁６２の形態の第１のバルブがある。逆止弁６２に対するバイパスとして接続ライン６４（図３参照）が設けられている。接続ライン６４は、一方の端部が試験フィルタ５８と出口８との間の接続点６６に開口し、他方の端部が入口４と第１のバルブを形成する逆止弁との間の接続点６８に開口している。この接続ライン６４には第２のバルブが配置されており、この第２のバルブも同様にばね付勢された逆止弁７０として構成されており、接続点６８の方向に、したがって出口４の方向に開く。両逆止弁６２及び７０は、いわゆるカートリッジ構造の内蔵逆止弁として設計されており、そのすべての構成要素はステンレス鋼で作られている。図３に示すように、接続ライン６４の端部を形成する孔７２及び７４は、ねじプラグ７６及び７８によって閉じられている。同様に図３に示すように、端面２８と端面３０との間に形成された分離点における接続ライン６４の移行部は、それぞれのフランジ部２０、２２でシール要素８２によって密封された接続管８０によって形成されている。

【0024】

燃料補給作業及び試験作業を実施するための試験装置の操作を容易にするために、ハウジング２には接続部２４の前面にタンクニップル１２に隣接して把持板８４が設けられている。車両１０の燃料補給中に行われる試験作業のために、水素タンクステーション６の充填カップリングにタンクニップル１２が接続され、接続管１８に燃料ノズルを付けたタンクホース１４が取り付けられる。その際にタンクホースに存在する通常のホース破損機構を保持ボルト８６でハウジング２に固定でき、保持ボルト８６は接続部から突出して保持アイに引っ掛けることができる。燃料補給作業を実施すると、第１の逆止弁６２が開いて試験フィルタ５８が貫流される。燃料補給作業が終了して燃料ノズルを閉じると、タンクステーション６の排気システムが作動する。試料室５２内、及び出口８に接続されたタンクホース内に存在する水素圧力が第１の逆止弁６２を閉じて、接続ライン６４内にある第２の逆止弁７０を開くので、第２の逆止弁７０は排気弁として機能して、それにより出口４、ひいてはガスステーション６の排気システムの方向へ除圧が行われる。その結果、排出弁による手動排気を行う必要なく、試験装置の連結を解除して、実験室で試験フィルタ５８の堆積物を分析するために開くことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】