JPH05223012A - Device for detecting remaining quantity of hydrogen - Google Patents
Device for detecting remaining quantity of hydrogenInfo
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- JPH05223012A JPH05223012A JP2272592A JP2272592A JPH05223012A JP H05223012 A JPH05223012 A JP H05223012A JP 2272592 A JP2272592 A JP 2272592A JP 2272592 A JP2272592 A JP 2272592A JP H05223012 A JPH05223012 A JP H05223012A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、金属水素化物（メタル
ハイドライド或いは水素吸蔵合金ともいう。以下これを
ＭＨと略称する。）を用いた水素貯蔵タンク内の水素残
量を検出する装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting the remaining amount of hydrogen in a hydrogen storage tank using a metal hydride (also referred to as a metal hydride or a hydrogen storage alloy. This is hereinafter abbreviated as MH). Is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、所謂ＭＨタンク内の水素残量を検
出する方法として、例えば、水素を燃料とするエンジン
と、そのための燃料タンクとして、エンジン冷却水を加
熱のための熱媒体として利用するＭＨタンクを搭載して
いる水素自動車において、ＭＨタンク内の温度を検出
し、それが８０℃以上になった時に燃料切れと判定して
警告を出すシステムがある。（特開昭６３−２４６４５
９号公報参照）2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of detecting the remaining amount of hydrogen in a so-called MH tank, for example, an engine using hydrogen as a fuel, a fuel tank for the engine, and engine cooling water as a heat medium for heating are used. There is a system that detects the temperature in the MH tank of a hydrogen automobile equipped with the MH tank and determines that the fuel is out when the temperature exceeds 80 ° C and issues a warning. (JP-A-63-24645
(See Publication No. 9)
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、始めからＭ
Ｈタンク内の水素残量が少ない状態で、しかも冷間始動
時のように、タンク内のＭＨの温度が低い条件下では、
ＭＨの温度が８０℃まで上昇する前に燃料切れになって
しまう可能性がある。また、燃料があるうちは低温で、
燃料切れになると急に温度が上昇して８０℃を越えるた
め、それまでは、あとどのぐらい水素が残っているのか
わからない状態にあり、走行中に突然燃料切れになって
しまう可能性がある。そこで、本発明の目的は、水素残
量０％から１００％までの全域にわたって、リアルタイ
ムに水素残量を検出することができる手段を提供するこ
とにある。However, since the beginning, M
In the condition where the amount of hydrogen remaining in the H tank is low, and when the temperature of the MH in the tank is low, such as during cold start,
There is a possibility that the fuel will run out before the MH temperature rises to 80 ° C. Also, the temperature is low while there is fuel,
When the fuel runs out, the temperature suddenly rises and exceeds 80 ° C, and until then, it is difficult to know how much hydrogen remains, and there is a possibility that the fuel will suddenly run out during running. Therefore, an object of the present invention is to provide a means capable of detecting the remaining hydrogen amount in real time over the entire range from 0% to 100% of the remaining hydrogen amount.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、ＭＨが水素を吸蔵すると、
ＭＨ合金の結晶格子が膨張することにより、ＭＨの粉末
の体積が増加し、逆に水素を解離すると、結晶格子が縮
少して、ＭＨの粉末の体積が減少するという性質を利用
し、ＭＨの体積変化を検出すると共に、ＭＨの体積変化
からＭＨ水素貯蔵量を演算して水素残量を表示する水素
残量計を含む水素残量検出装置を提供するものである。Means for Solving the Problems The present invention provides a means for solving the above-mentioned problems when MH stores hydrogen.
By expanding the crystal lattice of the MH alloy, the volume of the powder of MH increases, and conversely, when hydrogen is dissociated, the crystal lattice shrinks, and the volume of the powder of MH decreases. Provided is a hydrogen remaining amount detecting device including a hydrogen remaining amount gauge that detects a volume change and calculates a MH hydrogen storage amount from the MH volume change to display a hydrogen remaining amount.
【０００５】[0005]
【作用】ＭＨの粉末の体積（嵩）は水素吸蔵量の変化と
共に連続的に変化する性質があるので、上記構成によれ
ば、２値的な変化をするＭＨの温度による残量検出方式
と異なり、すべての状態においてＭＨに含まれる水素量
をアナログ的な連続変化量として、リアルタイムに検出
することができる。例えば、水素エンジンとＭＨタンク
を搭載した水素自動車においては、走り出す前に水素の
残量を確認することができるので、走行中、不意に燃料
切れになって立往生するというようなことがなくなる。The volume (bulk) of the MH powder has a property of continuously changing with the change of the hydrogen storage amount. Therefore, according to the above configuration, the residual amount detecting method based on the temperature of the MH that makes a binary change is used. Differently, the amount of hydrogen contained in MH can be detected in real time in all states as an analog continuous change amount. For example, in a hydrogen vehicle equipped with a hydrogen engine and an MH tank, the remaining amount of hydrogen can be confirmed before starting, so that there is no chance of suddenly running out of fuel and getting stuck during running.
【０００６】[0006]
【実施例】図１に、本発明における第１の実施例の全体
構成を示す。１はＭＨタンク、２はＭＨタンク１内に充
填された粉末状のＭＨであり、タンク容積の約８０％以
下まで充填されている。３はＭＨタンク１内に充填され
たＭＨに埋没するように設けられた曲管状の熱交換器で
あり、曲管は多数のフィンを有し、水素を充填する時は
冷水、水素を放出する際は、例えば水素エンジン車の場
合はエンジン冷却水等を熱媒体として、ポンプ等により
その中へ流通させる。FIG. 1 shows the overall construction of a first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 is an MH tank, 2 is a powdery MH filled in the MH tank 1, and is filled up to about 80% or less of the tank volume. Reference numeral 3 is a curved tubular heat exchanger provided so as to be buried in the MH filled in the MH tank 1. The curved tube has a large number of fins, and when charging hydrogen, releases cold water and hydrogen. At this time, for example, in the case of a hydrogen engine vehicle, engine cooling water or the like is used as a heat medium and is circulated therein by a pump or the like.
【０００７】４は静電容量式レベルセンサで、２枚の平
行な電極板４ａ，４ｂの先端は水素を充填しない状態で
少なくとも１０％以上粉末状ＭＨに埋没するように、タ
ンク上部に取り付けられている。なおＭＨは導電体であ
るから、電極板表面に絶縁コーティングを施こしてい
る。また、電極板ホルダ４ｃは気密性を保つように、Ｍ
ＨタンクにＰＴネジまたはフランジ等の手段を用いて取
り付けられている。５は電極板４ａ，４ｂ間の静電容量
を検出する回路であり、６は回路５で検出した静電容量
を水素残量に換算する演算回路、７は、例えば、自動車
のフューエルメータ等の水素残量表示部である。Reference numeral 4 denotes a capacitance type level sensor which is attached to the upper part of the tank so that the tips of the two parallel electrode plates 4a and 4b are at least 10% or more buried in the powdery MH without being filled with hydrogen. ing. Since MH is a conductor, an insulating coating is applied to the surface of the electrode plate. In addition, the electrode plate holder 4c is
It is attached to the H tank using means such as a PT screw or a flange. Reference numeral 5 is a circuit for detecting the electrostatic capacitance between the electrode plates 4a and 4b, 6 is an arithmetic circuit for converting the electrostatic capacitance detected by the circuit 5 into the remaining amount of hydrogen, and 7 is, for example, a fuel meter of an automobile. It is a remaining hydrogen display portion.
【０００８】第１実施例の水素残量検出装置の作動を次
に説明する。まず水素をＭＨタンク１に充填する時、熱
交換器３に冷水を流してタンク１内のＭＨ２を冷却しな
がら、高圧水素ボンベ１０からレギュレータ９ａで減圧
された水素をＭＨタンク１に導入すると、タンク１内の
ＭＨ２となるべき金属（合金）は金属水素化物に変化す
ることによって水素を吸蔵し、その際ＭＨの粒子自体が
膨張するので、粉末のレベルが上昇する。従って、電極
板４ａ，４ｂ間に存在するＭＨの体積が増加し、電極板
４ａ，４ｂ間の静電容量が増加する。静電容量は検出回
路５によって電気信号に変換され、演算回路６におい
て、図２に示すような水素残量と静電容量の関係をもと
に水素残量に換算され、表示部７に表示される。The operation of the hydrogen remaining amount detecting apparatus of the first embodiment will be described below. First, when filling the MH tank 1 with hydrogen, while introducing cold water into the heat exchanger 3 to cool the MH 2 in the tank 1, while introducing hydrogen depressurized by the regulator 9a from the high-pressure hydrogen cylinder 10 into the MH tank 1, The metal (alloy) to be MH2 in the tank 1 absorbs hydrogen by changing to a metal hydride, and the particles of MH expand at that time, so that the powder level rises. Therefore, the volume of MH existing between the electrode plates 4a and 4b increases, and the capacitance between the electrode plates 4a and 4b increases. The electrostatic capacitance is converted into an electric signal by the detection circuit 5, and is converted into the residual hydrogen amount in the arithmetic circuit 6 based on the relationship between the residual hydrogen amount and the electrostatic capacitance as shown in FIG. To be done.
【０００９】また、水素エンジンへ供給する等の目的で
水素を放出する時は、熱交換器３にエンジンで暖められ
た冷却水を流し、ＭＨ２が水素を解離して放出すると、
ＭＨの粒子自体が収縮するので、粉末２のレベルが下降
する。従って、電極板４ａ，４ｂ間に存在するＭＨが減
少して静電容量が減少する。その際の静電容量も同様
に、検出回路５、演算回路６により水素残量に変換し、
表示部７に表示される。ＭＨの粒子が経年劣化により微
細化して体積が変化する場合には、例えばＭＨタンクの
定期点検の際等に、ＭＨから水素を脱気した際にリセッ
トすることができる機能を演算回路６に設けてもよい。Further, when hydrogen is released for the purpose of supplying it to a hydrogen engine, cooling water warmed by the engine is caused to flow through the heat exchanger 3, and when MH2 dissociates and releases hydrogen,
As the particles of MH contract themselves, the level of powder 2 drops. Therefore, the MH existing between the electrode plates 4a and 4b decreases, and the capacitance decreases. Similarly, the electrostatic capacity at that time is converted into the remaining hydrogen amount by the detection circuit 5 and the arithmetic circuit 6,
It is displayed on the display unit 7. When the particles of MH become finer due to aging and change in volume, the arithmetic circuit 6 is provided with a function capable of resetting when hydrogen is degassed from the MH, for example, during periodic inspection of the MH tank. May be.
【００１０】また、ＭＨの粉末が電極に付着し易い場合
は、水素放出時にＭＨのレベルが降下してもＭＨが電極
に付着して残ることがあるので、正しい水素残量を検知
することができなくなる恐れがある。それを予防するに
は、電極板の絶縁コーティング材をフッ素樹脂等の摩擦
係数の小さい材質にするとよい。また、大流量の水素を
充填、放出する際に、微粉状のＭＨがＭＨタンク内の空
間に飛散することによって、電極間の静電容量に誤差を
生じる恐れがあるときは、ＭＨ中にシリコーンオイル等
を含浸し、飛散を抑えてもよい。When the MH powder easily adheres to the electrode, the MH may adhere and remain on the electrode even if the level of MH drops during hydrogen release, so that the correct hydrogen remaining amount can be detected. You may not be able to. To prevent this, the insulating coating material of the electrode plate may be made of a material having a small friction coefficient such as fluororesin. In addition, when a large amount of hydrogen is filled and released, fine powder MH may scatter into the space inside the MH tank, which may cause an error in the capacitance between the electrodes. It may be impregnated with oil or the like to suppress scattering.
【００１１】図３に本発明の第２の実施例の全体構成図
を示す。本実施例と第１の実施例の違いは、２枚の電極
板４ａ，４ｂ間の静電容量の変化を検出するかわりに、
１本の電極棒２０ａと、電極棒のまわりのＭＨタンク１
の内壁との間の静電容量の変化によって、ＭＨ２の体積
変化を検出するところにある。なお、ＭＨ２は導電体で
あるから、電極棒２０ａとＭＨタンク１の内壁には絶縁
コーティングを施こして、直接に電流が流れないように
している。この方式によっても第１の実施例と略同様な
効果が得られる。FIG. 3 shows the overall configuration of the second embodiment of the present invention. The difference between this embodiment and the first embodiment is that instead of detecting the change in capacitance between the two electrode plates 4a and 4b,
One electrode rod 20a and MH tank 1 around the electrode rod
The change in the volume of MH2 is detected by the change in the capacitance between the inner wall of the MH2. Since MH2 is a conductor, an insulating coating is applied to the electrode rod 20a and the inner wall of the MH tank 1 to prevent current from flowing directly. With this method, substantially the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
【００１２】図４に本発明の第３の実施例の全体構成を
示す。本実施例は第１及び第２の実施例における静電容
量式レベルセンサのかわりに超音波式レベルセンサ１１
を装着した例である。センサ１１よりＭＨタンク１内の
上部空間に発射される超音波が、充填されたＭＨの上面
で反射し、同じセンサ１１で受信されるまでのエコー時
間を検出回路１２で電気信号に変換し、図５に示す水素
残量とエコー時間の関係をもとに演算回路１３にて水素
残量を演算し、表示部７に表示する。FIG. 4 shows the overall construction of the third embodiment of the present invention. In this embodiment, an ultrasonic type level sensor 11 is used instead of the capacitance type level sensor in the first and second embodiments.
This is an example of wearing. The ultrasonic wave emitted from the sensor 11 to the upper space in the MH tank 1 is reflected on the upper surface of the filled MH, and the echo time until it is received by the same sensor 11 is converted into an electric signal by the detection circuit 12, The calculation circuit 13 calculates the hydrogen remaining amount based on the relationship between the hydrogen remaining amount and the echo time shown in FIG.
【００１３】本実施例によれば、超音波式レベルセンサ
１１はＭＨ２と非接触状態でそのレベルを検出すること
ができるので、センサ１１へのＭＨの付着による誤差が
小さいこと、及びＭＨが膨張した時でも、ＭＨの粉粒体
圧によってセンサが破損するような恐れがないこと、等
の利点がある。According to this embodiment, since the ultrasonic level sensor 11 can detect the level of the MH2 in a non-contact state, the error due to the MH adhering to the sensor 11 is small and the MH expands. Even if it is done, there is an advantage that the sensor is not likely to be damaged by the powder and granular material pressure of MH.
【００１４】図６に、本発明における第４の実施例の構
成図を示す。１４ａはＭＨ成形体であって、ＭＨタンク
１内に充填されているＭＨと同種の金属粉末表面にニッ
ケルメッキを施こした上で棒状にプレス成形したもので
ある。ＭＨ成形体１４ａは筒状のケーシング１４ｂ内に
おいて、スプリング１４ｃによって一方に押圧されるこ
とによって固定されている。なお、ケーシング１４ｂ
の、ＭＨ成形体１４ａが挿入されている部分は、ステン
レス鋼の焼結体等の多孔質のフィルタ構造となってお
り、水素ガスのみを透過させてＭＨ成形体１４ａに自由
に導入することができるようになっている。また、ケー
シング１４ｂとＭＨタンク１との間はシール材１４ｅを
使用して気密を保つようになっている。ギャップ検出コ
イル１４ｄはケーシング１４ｂに固定されており、検出
回路１５により高周波電流が印加されている。ギャップ
検出コイル１４ｄとＭＨ成形体１４ａに距離変化が生ず
ると、検出コイル１４ｄのインダクタンスが変化し、変
化したインダクタンスは検出回路１５において直流電圧
の信号に変換される。１６は演算回路であり、図７に示
す水素残量とインダクタンスの関係より水素残量を演算
し、表示部７に表示させる。FIG. 6 shows a block diagram of the fourth embodiment of the present invention. Reference numeral 14a denotes an MH compact, which is obtained by nickel-plating the surface of the metal powder of the same kind as that of the MH filled in the MH tank 1 and press-molding it into a rod shape. The MH molded body 14a is fixed by being pressed to one side by a spring 14c in a cylindrical casing 14b. Incidentally, the casing 14b
The portion in which the MH molded body 14a is inserted has a porous filter structure such as a sintered body of stainless steel, and it is possible to allow only hydrogen gas to permeate and be freely introduced into the MH molded body 14a. You can do it. A sealant 14e is used between the casing 14b and the MH tank 1 to keep airtightness. The gap detection coil 14d is fixed to the casing 14b, and a high frequency current is applied by the detection circuit 15. When the distance between the gap detection coil 14d and the MH molded body 14a changes, the inductance of the detection coil 14d changes, and the changed inductance is converted into a DC voltage signal in the detection circuit 15. Reference numeral 16 denotes an arithmetic circuit, which calculates the remaining hydrogen amount from the relationship between the remaining hydrogen amount and the inductance shown in FIG.
【００１５】次に本実施例の水素残量検出装置の作動を
説明する。ＭＨタンク１内に高圧水素ボンベ１０から水
素が充填されると、ケーシング１４ｂ内部にも水素が透
過して導入され、ＭＨ成形体１４ａが水素を吸蔵するた
め、ＭＨ成形体１４ａが伸張し、ギャップ検出コイル１
４ｄとの距離が縮少してコイル１４ｄのインダクタンス
が増加する。また、水素エンジン等へＭＨタンク１から
水素が供給されると、ＭＨ成形体１４ａから水素が解離
するため、ＭＨ成形体１４ａが縮少し、ギャップ検出コ
イル１４ｄとの距離が増大してコイル１４ｄのインダク
タンスが減少する。この際のインダクタンスを検出回路
１５によって電気信号に変換し、演算回路１６にて水素
残量を演算し表示部７に表示する。Next, the operation of the hydrogen remaining amount detecting apparatus of this embodiment will be described. When the MH tank 1 is filled with hydrogen from the high-pressure hydrogen cylinder 10, hydrogen is also permeated and introduced into the casing 14b, and the MH molded body 14a absorbs hydrogen, so that the MH molded body 14a expands and a gap is generated. Detection coil 1
The inductance of the coil 14d increases as the distance from 4d decreases. Further, when hydrogen is supplied from the MH tank 1 to a hydrogen engine or the like, hydrogen is dissociated from the MH molded body 14a, so that the MH molded body 14a shrinks and the distance to the gap detection coil 14d increases, so Inductance is reduced. The inductance at this time is converted into an electric signal by the detection circuit 15, and the remaining amount of hydrogen is calculated by the calculation circuit 16 and displayed on the display unit 7.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明によれば、水素残量を０％〜１０
０％の全域にわたってリアルタイムに検出することがで
きるため、例えば水素自動車の燃料タンクとして使用さ
れるＭＨタンクに適用すれば、常に現在の水素残量を検
知することができ、走行中の不意の燃料切れを防ぐこと
ができる。According to the present invention, the residual hydrogen amount is 0% to 10%.
Since it can be detected in real time over the entire range of 0%, if it is applied to, for example, an MH tank used as a fuel tank of a hydrogen automobile, it is possible to always detect the current remaining hydrogen amount, and sudden fuel during running can be detected. It can prevent breakage.
【図１】本発明の水素残量検出装置の第１実施例を示す
全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment of a hydrogen remaining amount detecting device of the present invention.
【図２】図１の静電容量式レベルセンサが検出する静電
容量と水素残量との関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the electrostatic capacity detected by the electrostatic capacity type level sensor of FIG. 1 and the remaining hydrogen amount.
【図３】本発明の水素残量検出装置の第２実施例を示す
全体構成図である。FIG. 3 is an overall configuration diagram showing a second embodiment of the hydrogen remaining amount detecting device of the present invention.
【図４】本発明の水素残量検出装置の第３実施例を示す
全体構成図である。FIG. 4 is an overall configuration diagram showing a third embodiment of the hydrogen remaining amount detecting device of the present invention.
【図５】図４の超音波式レベルセンサが検出するエコー
時間と水素残量との関係を示す特性図である。5 is a characteristic diagram showing the relationship between the echo time detected by the ultrasonic level sensor of FIG. 4 and the remaining hydrogen amount.
【図６】本発明の水素残量検出装置の第４実施例を示す
全体構成図である。FIG. 6 is an overall configuration diagram showing a fourth embodiment of the hydrogen remaining amount detecting device of the present invention.
【図７】図６のギャップ検出コイルのインダクタンスと
水素残量との関係を示す特性図である。7 is a characteristic diagram showing the relationship between the inductance of the gap detection coil of FIG. 6 and the remaining amount of hydrogen.
１…ＭＨタンク ２…粉末状ＭＨ ３…熱交換器 ４…静電容量式レベルセンサ ４ａ，４ｂ…電極板 ５…検出回路 ６…演算回路 ７…表示部 ８ａ，８ｂ…ストップ弁 ９ａ，９ｂ…レギュレータ １０…高圧水素ボンベ １１…超音波式レベルセンサ １２…検出回路 １３…演算回路 １４ａ…ＭＨ成形体 １４ｂ…ケーシング １４ｃ…スプリング １４ｄ…ギャップ検出コイル １４ｅ…シール材 １４ｆ…リード線 １５…検出回路 １６…演算回路 ２０…静電容量式レベルセンサ（単極式） ２０ａ…電極棒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... MH tank 2 ... Powdered MH 3 ... Heat exchanger 4 ... Capacitance type level sensor 4a, 4b ... Electrode plate 5 ... Detection circuit 6 ... Arithmetic circuit 7 ... Display part 8a, 8b ... Stop valve 9a, 9b ... Regulator 10 ... High-pressure hydrogen cylinder 11 ... Ultrasonic level sensor 12 ... Detection circuit 13 ... Calculation circuit 14a ... MH molded body 14b ... Casing 14c ... Spring 14d ... Gap detection coil 14e ... Seal material 14f ... Lead wire 15 ... Detection circuit 16 ... Arithmetic circuit 20 ... Capacitance type level sensor (unipolar type) 20a ... Electrode rod
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 潤 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 鬼頭 修 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Jun Yamada 14 Iwatani, Shimohakaku-cho, Nishio-shi, Aichi Japan Auto Parts Research Institute (72) Inventor Osamu Kito 1 Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi Prefecture Toyota Automobile Within the corporation
Claims (1)
物タンクに設けられ金属水素化物の体積変化を検出する
手段と、該手段によって検出される金属水素化物の体積
変化から金属水素化物に吸蔵されている水素の残量を演
算する手段とを備えていることを特徴とする水素残量検
出装置。1. A means for detecting a volume change of a metal hydride provided in a metal hydride tank containing a metal hydride, and a metal hydride occlusion based on the volume change of the metal hydride detected by the means. And a means for calculating the remaining amount of hydrogen stored therein.
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