JP4263747B2 - 水素残量センサ - Google Patents
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Description
特許文献2、3、4では、水素吸蔵合金充填部の両端に電極を配置し、その電気抵抗値の変化によって水素残量を検出する装置が提案されている。しかしながら、得られる電気抵抗値は水素吸蔵合金粉体同士の接触密度に事実上依存しているため、前項の発明と同様に、水素吸蔵合金の微粉化や容器の向きによって出力が変わりやすいという欠点を持つ。
また、易歪み部の歪みを測定する歪みゲージは、本発明としては特にその種別、構造等が限定されるものではなく、歪みを測定して測定結果を出力できるものであればよく、既知のものを用いることができる。
(1)センサ本体の向きによって残量の出力値が変化しない。
(2)センサ本体内へ高密度に水素吸蔵合金を充填することで、従来の水素残量計では計測が難しかった低残量域にも対応可能である。
(3)センサ本体は数mm角、歪み変換・残量表示部などは数cm角で済むためコンパクトで可搬式にも対応できる。
まず、小容器からなる水素残量センサ本体について説明する。センサ本体のサイズは特定しないが、数mm角程度であれば小型の水素貯蔵容器内に入れやすく、また、水素の吸放出を制御するバルブに取り付けるなどの工夫がしやすいため好ましい。
センサ本体の容器材質は、アルミニウム、各種スチールなどの適当な強度と弾性を有する金属であれば何でも良い。ただし、高炭素鋼やチタンなどの水素脆性しやすい材料は、使用中に強度が変わるおそれがあるため好ましくない。Fe−36Niなどのインバー材は、熱膨張率が少ないため、温度変化による出力誤差の影響を小さくできる。その他、樹脂などの金属以外の材料でも、強度や弾性が条件に合えばセンサ本体材料とすることに問題はない。
開放型のセンサ本体を有する残量センサは、水素吸蔵合金の膨張応力が効果的に歪みゲージに伝わるよう、センサ本体自身がバネとして働く形状となっている。
例えば、図1(a)のような四角筒型のセンサ本体20、図1(b)のような円筒型のセンサ本体23、あるいは図1(c)のような三角筒型のセンサ本体26が考えられる。これらのセンサ本体では、筒壁に軸方向全長に亘った切り欠き部21、24、27がそれぞれ形成されており、センサ本体20では、4角筒壁の一側壁が切り欠き部21として切り欠かれて断面コ字形状を有し角筒内がセンサ用水素吸蔵合金充填部22となっている。また、センサ本体23では、円筒の一部が切り欠き部24として軸方向全長に亘って切り欠かれて断面C字形状を有しており、円筒内がセンサ用水素吸蔵合金充填部25となっている。さらに、センサ本体26では、三角筒壁の一頂角部分が切り欠き部27として軸方向全長に亘って切り欠かれて三角筒内がセンサ用水素吸蔵合金充填部28となっている。これらの切り欠き部の対向する筒壁は、各センサ本体20、23、26が切り欠き部21、24、27を開放端として変形する際に応力が集中する易歪み部20a、23a、26aとなっている。
なお、図3、4では、センサ本体20を用いて説明をしたが、センサ本体の種別がこれらに限定されないことは勿論である。
図1(a)と同形状となるよう、肉厚1mmのアルミニウム合金で立方体(一辺10mm)の3面を形成したもの(一面は切り欠き部とする)を残量センサ用のセンサ本体として用いる。また、センサ本体には、アルミニウム合金でできた熱伝導延長部(10mm×40mm×1mm)が接合されている。センサ本体内部には、AB5系の水素吸蔵合金粉末にシリコン樹脂を5wt%混合し、成形したものを60%の水素吸蔵合金体積密度で充填した(水素吸蔵合金質量3.5g)。水素吸蔵合金樹脂混合物の充填後、図1(a)と同じ位置に共和電業製KFG型企みゲージを貼り付けた。
試験用の水素貯蔵容器(内容積50cc)に、センサ本体内に充填したものと同じ水素吸蔵合金粉末を100g充填し、前述の熱伝導延長部を主となる水素吸蔵合金充填部の中心付近に差し込んだ。また、センサ本体の周りの空隙部はセラミックウールで充填した。歪みゲージの出力線は継手を通じて外部に引き出され、データ収集装置に繋いで歪みを随時記録できるようにした。また、水素貯蔵容器には水素の導入バルブを取り付けた。
6a 歪み出力線
20 センサ本体
20a 易歪み部
21 切り欠き部
23 センサ本体
23a 易歪み部
24 切り欠き部
26 センサ本体
26a 易歪み部
27 切り欠き部
30 熱伝導延長部
40 主となる水素吸蔵合金充填部
50 付属部材
51 導通口
Claims (5)
- 主となる水素吸蔵合金により水素の吸放出がなされる空間に配置される水素残量センサであって、センサ用水素吸蔵合金が充填され、前記水素の内外移動が可能とされた容器形状のセンサ本体を備え、前記センサ本体は筒形状からなり、その筒壁に軸方向全長に亘る切り欠き部を有し、該切り欠き部の対向する筒壁が前記センサ用水素吸蔵合金の水素吸放出に伴って歪みが容易に生じる易歪み部となっており、該易歪み部の歪みを測定する歪みゲージが設けられていることを特徴とする水素残量センサ。
- 前記センサ用水素吸蔵合金は、高密度に成形されて前記センサ本体に充填されていることを特徴とする請求項1記載の水素残量センサ。
- 前記センサ本体は、インバー材を構成材料とすることを特徴とする請求項1または2に記載の水素残量センサ。
- 前記センサ本体に外部に伸張する熱伝導延長部が設けられており、該熱伝導延長部が前記主となる水素吸蔵合金側に接触するように配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水素残量センサ。
- 前記主となる水素吸蔵合金を収容する水素貯蔵容器の付属部材に前記センサ本体が固定されるとともに、前記付属部材に設けられた水素貯蔵容器外部との導通口を通じて前記歪みゲージの出力線が配線されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の水素残量センサ。
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