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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige des
Füllstandes
eines einen Behälter
aufweisenden Metallhydridspeichers, mit mindestens einem Sensor
und mit dem Sensor bzw. Sensoren verbundenen und gegeneinander isolierten
elektrisch leitenden Kabel, die zum Anschluss an eine Anzeige- und/oder
Auswerteinrichtung durch mindestens eine Öffnung des Behälters geführt sind.
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Eine
entsprechende Vorrichtung ist aus der US-2003/0070487 A1 bekannt.
Die US-2003/0070487
A1 offenbart einen Behälter,
in dem ein Metallhydrid eingeschlossen ist. Derartige Metallhydridspeicher
können
größere Mengen
Wasserstoff bei geringem Druck und verhältnismäßig kleinem Volumen speichern
und eignen sich insbesondere als Kraftstofftanks für Brennstoffzellen-Fahrzeuge.
Hierzu ist es erforderlich, den Füllstand des Wasserstoffs in
dem Behälter
zu erfassen. Beim Einlass von Wasserstoff in den Behälter wird
der Wasserstoff an der Oberfläche
des Metallhydrids unter leichtem Druck reversibel gespeichert. Bei
diesem Speichervorgang dissoziiert das zweiatomige Gas Wasserstoff
in atomaren Wasserstoff und penetriert die Zwischenplätze des
Metallwirtgitters. Das in dem Behälter eingeschlossene Metallhydrid
bzw. die Metallhydridschüttung
erfährt
infolge der Wasserstoffeinlagerung eine Volumenausdehnung. Der Ladevorgang des
Metallhydridspeichers ist ein exothermer Vorgang, und die erzeugte
Wärme muss
abgeführt
werden, da der Gleichgewichtsdruck des chemischen Gleichgewichts
in dem Behälter
sich mit der Temperatur verändert.
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Bei
der aus dem gattungsbildenden Stand der Technik bekannten Vorrichtung
zur Anzeige des Füllstandes,
die sich das Verhalten der Metallhydridschüttung zueigen macht, mit steigender
Wasserstoffbeladung einen höheren
elektrischen Widerstand zu zeigen, wird der elektrische Widerstand
der Schüttung
zwischen zwei Sensoren einer in dem Behälter eingebrachten Kammer gemessen.
Die Sensoren sind mit Kabeln verbunden, die zum Anschluss an eine
Anzeige- und Auswerteeinrichtung durch eine Öffnung in dem Behälter nach
außen
geführt werden.
Die Kammer ist mit Metallhydrid gefüllt, in welches die Sensoren
eingebettet sind. Die Wandungen der Kammer bestehen aus einem wasserstoffdurchlässigen Material,
so dass beim Einlass von Wasserstoff in den Behälter der Wasserstoff nicht
nur auf das Metallhydrid des Behälters
sondern auch auf das Metallhydrid der Kammer wirkt. Die Sensoren werden
an jeweils einem Ende der Kammer, gegenüberliegend voneinander angebracht.
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Um
die Wasserstoffkapazität
des Behälters zu
ermitteln, wird ein elektrisches Signal von der Kammer an die Anzeige-
und Auswerteinrichtung weitergeleitet. Das elektrische Signal erfasst
den elektrischen Widerstand zwischen den Sensoren in der Kammer.
Da das Metallhydrid der Kammer und des Behälters vorzugsweise identisch
sind, kann die Änderung
des Widerstandes in der Kammer unmittelbar mit dem Beladungszustand
des Metallhydrids in dem Behälter
korreliert werden. Mittels der Auswerteinreichung lässt sich
dann der aktuelle Füllstand des
Behälters
errechnen.
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Die
US-2003/0070487 A1 offenbart auch Ausführungsbeispiele, die anhand
der Volumenausdehnung der Metallhydridschüttung deren Füllstand ermitteln.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist in einer mit Metallhydrid gefüllten Kammer ein Kolben eingebracht,
der mit einer Anzeigevorrichtung mechanisch verbunden ist, und sich
abhängig
von dem Druck, der sich aufgrund der Volumenausdehnung der Metallhydridschüttung einstellt,
longitudinal zu der zylindrisch ausgebildeten Kammer verschiebt. Diese
Verschiebung führt
dazu, dass aufgrund der mechanischen Verbindung zwischen dem Kolben und
der Messanzeigeeinrichtung der aktuelle Füllstand ermittelt werden kann.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
wird eine Membran in eine Kammer eingebracht, deren Farbe sich mit
dem durch Veränderung
des Füllstandes ändernden
Innendruck der Kammer verändert
und durch ein Schauglas als Maß für den Füllstand
abgelesen wird.
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Bei
den vorerwähnten
Ausführungsbeispielen
der US-2003/007487 A1 muss die Kammer mit einer vorbestimmten Menge
von Metallhydrid in einer vorbestimmten Weise gefüllt werden.
Unter anderem muss das Metallhydrid so verpackt werden, dass eine vorbestimmte
Metallhydriddichte innerhalb der Kammer erreicht wird, um die Voraussetzung
für eine
korrekte Erfassung der Zustandsänderung
des Metallhydrids bei sich änderndem
Belastungszustand zu schaffen. Ferner muss bei sämtlichen Ausführungsbeispielen
der in der Kammer aufgenommene Sensor kalibriert werden und mitunter
ist es erforderlich, das Verhalten des Metallhydrids in der Kammer
mit dem Verhalten des Me tallyhdrids in dem Behälter zu korrelieren, um auf
den Beladungszustand in dem Behälter
schließen
zu können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die eine einfache und zuverlässige Erfassung
des Füllstandes
des Metallhydridspeichers ermöglicht.
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Das
der Erfindung zugrundeliegende technische Problem wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst, die sich dadurch vom Stand
der Technik unterscheidet, dass der Sensor in eine Metallhydridschüttung des
Metallhydridspeichers im Zentrum des Behälters eingebracht ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist einen Behälter
mit vorzugsweise einer Öffnung
auf, durch die die elektrisch leitenden Kabel geführt sind. Der
Sensor ist in der Metallhydridschüttung des Metallhydridspeichers
eingebracht, d.h. der Sensor ist von dem Metallhydrid des Speichers
umgeben. Der Sensor wird also direkt in die Metallhydridschüttung des
Speichers eingebettet und nicht, wie im Stand der Technik, in eine
Metallhydridschüttung
einer Kammer. Der Sensor im Sinne der Erfindung kann jeder beliebige
Sensor sein, der anhand spezifischen Eigenschaftsänderungen
der Metallhydridschüttung des
Behälters
mit wechselndem Beladungszustand derselben ein entsprechendes Signal
erzeugt. Anhand des Signals kann dann der Füllstand des Speichers ermittelt
werden.
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Dadurch,
dass der Sensor in die Metallhydridschüttung des Behälters eingebettet
wird und nicht, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, in
eine Metallhydridschüttung
einer Kammer, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentlich vereinfacht.
Der Sensor ist dabei im Zentrum des Behälters angeordnet was bedeutet,
dass der Sensor umfänglich
von einer Metallhydridschüttung
umgeben und vorzugsweise im Mittelpunkt des Behälters vorgesehen ist, jedenfalls
aber einen Abstand von einer Wandung des Behälters von wenigstens 25%, vorzugsweise
von wenigstens 35% einer gegenüberliegende Behälterwandungen
verbindenden geraden Linie hat. Die Anordnung des Sensors im Zentrum
hat den Vorteil, dass der Sensor zum einen den Festkörperdruck in
der Schüt tung
repräsentativ
misst und zum anderen durch die Metallhydridschüttung von Außentemperatureinflüssen an
der Außenseite
des Behälters geschützt ist.
Folglich kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Beladungszustand
des Metallhydridspeichers mit höherer
Genauigkeit festgestellt werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das der Erfindung
zugrundeliegende technische Problem mit einer Vorrichtung mit den
Merkmalen von Anspruch 2 gelöst,
die sich dadurch vom Stand der Technik unterscheidet, dass die Kabel
gasdicht durch die Öffnung
hindurchgeführt sind.
Das Kabel im Sinne der Erfindung kann jedes beliebige Kabel sein,
das gasdicht durch die Öffnung hindurchgeführt ist.
Eine gasdichte Durchführung
der Kabel ist gewährleistet,
wenn kein Wasserstoff in Längsrichtung
des Kabels aus dem Behälter
entweichen kann. Hierzu ist die Öffnung
beispielsweise mit einer Masse gefüllt, die vorzugsweise aus einem
Material gebildet ist, das ein gutes Haftvermögen aufweist und welche an
der Innenumfangsfläche
der Öffnung
und der an den Umfangsflächen
der Kabel anliegt, vorzugsweise haftet. Die Masse kann sowohl starr
als auch elastisch sein. Die Masse verhindert, dass Wasserstoff
aus dem Behälter
entweicht, indem sie dichtend an der Innenumfangsfläche der Öffnung oder
einem dichtend in die Öffnung
eingesetztes Zwischenstück
und an der Umfangsfläche
des bzw. der Kabel anliegt. Die Kabel sind in der Masse eingebettet.
Vorzugsweise ist die Masse nicht elektrisch leitend. Sofern das
Kabel herkömmlich
ausgebildet ist und aus mehreren zu einer Litze verdrillten Einzeldrähten besteht,
wobei die Litze mit einem Isolierungsmaterial umhüllt ist,
ist eine Masse zwischen die Innenumfangsfläche des Isolierungsmaterials und
den Umfangsflächen
der Einzeldrähte
unter Ausfüllung
der Zwischenräume
zwischen den Einzeldrähten
eingebracht, so dass kein Wasserstoff in Längsrichtung der Kabel durch
die Öffnung
oder das Zwischenstück
entweicht. Ferner liegt Masse dichtend zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Isolierungsmaterials und der Innenumfangsfläche der Öffnung oder des Zwischenstücks dichtend
an.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, bei der die
Kabel zumindest im Bereich der Öffnung
gasdicht sind, ist die Gasdichtigkeit der Kabel in dem vorerwähnten Sinne
lediglich im Bereich der Öffnung
verwirklicht, wohingegen die übrige
Länge des
Kabels konventionell ausgebildet sein kann. Hiernach kann zur Verwirklichung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Signalführung
von dem Sensor zu der Anzeige- und/oder Auswerteeinrichung über weite
Strecken durch ein kostengünstiges,
herkömmliches
Kabel erfolgen, welches lediglich im Bereich der Öffnung gasdicht
modifiziert worden ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bestehen
die Kabel zumindest im Bereich der Öffnung aus einem Vollmaterial, d.h.
die im Bereich der Öffnung
abzudichtende Außenumfangsfläche des
Kabels wird durch die Außenumfangsfläche des
Vollmaterials gebildet. Das Vollmaterial kann jedes beliebige elektrisch
leitende Material sein, so wie beispielsweise Kupfer. Durch Verwendung
eines Kabels, welches zumindest im Bereich der Öffnung aus einem Vollmaterial
besteht, wird verhindert, dass Wasserstoff durch das Kabel nach
außen
gelangt. Bei Verwendung eines herkömmlichen Kabels im Bereich
der Öffnung
haben praktische Versuche gezeigt, dass Wasserstoff entlang der
Litze und zwischen den Einzeldrähten
des Kabels aus dem Behälter
entweicht. In Bezug auf die Minimierung der abzudichtenden Umfangsfläche bei größtmöglichem
Leitungsquerschnitt ist es zu bevorzugen, ein Vollmaterial mit runder
Querschnittsfläche zu
verwenden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist im Bereich
der Öffnung eine
Hülse gasdicht
mit dem Behälter
verbunden und mit einem Polymer gefüllt. Die Kabel sind durch die Hülse hindurchgeführt und
das Polymer liegt zumindest im Bereich der Öffnung gasdicht an der Innenumfangsfläche der
Hülse und
an den äußeren Umfangsflächen der
Kabel an. Die in die Öffnung
des Behälters
eingesetzte Hülse
ist vorzugsweise gasdicht mit dem Behälter verschraubt. Die Länge der Hülse wird üblicherweise
so gewählt,
dass die Hülse innen-
und außenseitig
eine gewisse Länge
von der Behälterwandung
absteht.
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Im
Hinblick auf eine möglichst
zuverlässige Positionierung
des Sensors im Zentrum des Behälters
wird gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass
zwischen der Hülse
und dem Sensor ein die Sensorkabel aufnehmendes Rohr vorgesehen
ist. Durch das Rohr ist der Sensor gegenüber der Behälterwandung zunächst mit
einem biegesteifen Element beabstandet gehalten. Das Rohr kann mit
seinem dem Sensor gegenüberliegenden
Ende fest mit dem Behälter
verbunden sein, wodurch die Lage des Sensors in dem Behälter fixiert
wird. Das Rohr wirkt ferner stabilisierend auf die Metallhydridschüttung und
verhindert ein Verrutschen derselben in dem Behälter insbesondere bei geringeren
Beladungszuständen
des Metallhydrids. Aus Gründen
einer einfachen Herstellung wird gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung hierzu vorgeschlagen, dass
die Hülse
zur Ausbildung des Rohres verlängert
ist und bei dieser Ausgestaltung bildet das Rohr und die Hülse ein
einheitliches Bauteil aus.
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Im
Hinblick auf eine möglichst
gute Haftung der Kabel mit dem Polymer und zur sicheren Isolation der
Kabel gegeneinander sind die Kabel vorzugsweise mit einem Lack überzogen,
insbesondere aus einem Kupferlackdraht gebildet. Gute Haftungs-
und Abdichtungseigenschaften zeigt beispielsweise ein in die Hülse eingebrachter
Epoxidharz.
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Praktische
Versuche haben gezeigt, dass als Sensor vorzugsweise ein Sensor
in die Vorrichtung eingebaut wird, der den Innendruck der Metallhydridschüttung erfasst.
Diese Innendruckmessung der Metallhydridschüttung, die sich aufgrund der
Quellung der Schüttung
bei steigender Beladung ergibt, stellt ein wesentlich zuverlässigeres
Signal für
die Ermittlung des Füllstandes
bereit, als die Messung des Gasinnendruckes in dem Behälter. Letztere
wird wesentlich beeinflusst von Temperaturschwankungen und insbesondere
von thermodynamischen Ausgleichsvorgängen während der Be- und Entladung des
Metallyhdridspeichers. Ferner steigt zwar der Druck mit zunehmender
Beladung des Metallhydridspeichers zunächst an, bildet aber dann bei
Erreichen eines Grenzdruckes, bei dem der Wasserstoff von dem Metall
chemisch aufgenommen wird und sich mit Metallhydrid bildet, ein
Plateau aus, welches erst dann mit zunehmender Beladung des Metallhydridspeichers
zu einem Anstieg der Druckwerte führt, wenn das Abspeichern des
Wasserstoffes in dem Metallhydridspeicher abgeschlossen ist, d.h.
alle Gitterplätze
des Metallwirtsgitters mit Wasserstoff besetzt sind. In diesem Plateaubereich
kann allein aufgrund von Innendruckmessungen keine differenzierte
Aussage über
den Beladungszustand des Metallhydridspeichers gemacht werden.
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Zur
genaueren Ermittlung des Füllstandes zwischen
dem Beginn und dem Ende der Speicherung von Wasserstoff an den Gitterplätzen des
Metallwirtsgitters wird gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen,
an der Vorrichtung einen weiteren Sensor vorzusehen, der in die
Metallhydridschüttung eingebracht
ist und der ein die elektrische Leitfähigkeit und/oder die optische
Durchlässigkeit
der Metallhydridschüttung
wiedergebendes Messsignal an die Auswerte- und Anzeigeeinrichtung
weiterleitet. Versuche haben gezeigt, dass der elektrische Widerstand
in der Metallhydridschüttung
mit zunehmender Beladung des Metallhydrids auch in dem Bereich,
in dem die Gitterplätze
des Metallwirtsgitters zunächst belegt
werden, einen kontinuierlich degressiven Verlauf hat, so dass sich
auch dieses Verhalten gut für die
Bestimmung der Befüllung
des Speichers eignet. Der Leitfähigkeit
bzw. der optische Sensor können auch
anstelle des Drucksensors als alleiniger Sensor vorgesehen sein.
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Der
Drucksensor wird gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zum
Schutz gegen Beschädigung
des Speichers in einer Kunststoffumhüllung gekapselt, deren Steifigkeit
so gewählt
wird, dass der von der Metallhydridschüttung infolge der Volumenausdehnung
der Schüttung
auf den Drucksensor ausgeübten
Druck ungehindert auf den Drucksensor einwirken kann. Regelmäßig wird
die Kunststoffumhüllung
bis über die
Außenumfangsfläche eines
die Kabel für
den Drucksensor enthaltenden, isolierten Kabelstranges geführt und
schützend
an diese angelegt.
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Etwaige
Temperatureinflüsse
auf die zur Ermittlung des Füllstandes
herangezogenen Eigenschaftsänderungen
werden in an sich bekannter Weise in der Auswerte- und/oder Anzeigeeinrichtung kompensiert.
Hierzu ist vorzugsweise ein in die Metallhydridschüttung eingebrachter
Temperatursensor vorgesehen, der ein temperaturabhängiges Messsignal
an die Auswerte- und/oder Anzeigeeinrichtung weiterleitet. Neben
dieser Messung der Innentemperatur ist es weiterhin zu bevorzugen,
einen Umgebungstemperatursensor vorzusehen, der ein die Umgebungstemperatur
wiedergebendes Signal an die Auswerte- und/oder Anzeigeeinrichtung
weiterleitet. Durch die Kombination beider Temperatursensoren können temperaturabhängige Vorgänge im Inneren des
Behälters
ermittelt und durch Korrektur mit der Änderung der Außentemperatur
allein diejenigen Temperaturschwankungen isoliert werden, die auf endotherme/exotherme
Reaktionen in dem Metallhydridspeicher zurückzuführen sind.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bestückten
Metallhydridspeichers;
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2 eine
Schnittansicht entlang Linie II-II gemäß der Darstellung in 1;
und
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3 die
in den 1 und 2 dargestellte Anzeigevorrichtung.
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1 zeigt
einen Behälter 2 aufweisenden Metallhydridspeicher 4,
in dem das Metallhydrid eingeschlossen ist. An einem Ende des Behälters 2 ist als
Hülse ein
Metallrohr 8 im Bereich einer Öffnung 9 mit dem Behälter 2 gasdicht
verschraubt. Durch das Metallrohr 8 sind mehrere Kabelstränge 10 hindurchgeführt, welche
jeweils aus mehreren Einzelkabeln 11 bestehen. Die Kabelstränge 10 sind
im Inneren des Behälters 2 an
unterschiedlichen Sensoren 12, 14, 16 angeschlossen,
und das andere Ende der Kabelstränge
ist an eine Anzeige- und Auswerteeinrichtung 18 angeschlossen.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich das Metallrohr 8 von der Öffnung 9 bis
zu den Sensoren 12, 14, 16, die auf diese
Weise im Zentrum des Behälters 4 positioniert sind.
Ferner wird durch das Metallrohr 8 die Metallhydridschüttung stabilisiert
und an einer übermäßigen Verlagerung
innerhalb des Behälters
gehindert. Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel
hat ferner einen Umgebungstemperatursensor 20.
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Die
Einzelkabel 11 eines jeden Kabelstrangs 10 sind
aus Kupferlackdraht als Vollmaterial gebildet und in einer in 2 näher dargestellten
Weise gasdicht durch die Öffnung 9 des
Behälters 2 hindurchgeführt. In
der in 2 gezeigten Schnittdarstellung entlang der Linie
II-II sind die Einzeldrähte 11 der
jeweiligen Kabelstränge 10 zu
erkennen, welche in den jeweiligen Kabelsträngen 10 zugeordneten
Gruppe durch das Metallrohr 8 hindurchgeführt sind.
Das Metallrohr 8 ist im übrigen mit einem Epoxidharz 22 ausgefüllt, welches
dichtend an der Innenumfangsfläche des
Metallrohres 8 anliegt. Auch liegt der Epoxidharz 22 dichtend
and der jeweiligen Außenumfangsfläche der
Einzelkabel 11 an, so dass der von dem Metallrohr 8 gebildete
Innenraum das Hindurchführen
der Kabelstränge
erlaubt, jedoch in Längsrichtung
vollkommen gasdicht ausgebildet ist.
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Der
in 1 lediglich schematisch dargestellte Aufbau des
hier beschriebenen Ausführungsbeispiels
ist im Detail in 3 zu erkennen. Das Ausführungsbeispiel
zeigt eine aus dem elektrischen Leitfähigkeitssensor 12,
dem Drucksensor 14 und dem Temperatursensor 16 gebildete
Messsonde 24, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung
eines Kabelbaums 26 erstreckt, der die jeweiligen Kabelstränge 10 umfasst,
die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
jedenfalls über
die überwiegende
Länge des Kabelbaumes 26 jeweils
für sich
jeweils eine Kunststoffummantelung 25 gegeneinander isoliert
sind und mehrere Kupferlackdrähte
umfassen. Die einzelnen Kunststoffummantelungen 25 der
jeweiligen Kabelstränge 10 sind
wiederum von einer Außenummantelung 27 umgeben
und durch diese geschützt.
Im Bereich der Öffnung 9 sind
diese Kunststoffummantelungen 25 und die Außenummantelung 27 entfernt.
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Das
vordere Ende der Messsonde 24 weist eine nasenförmige Verjüngung 28 auf,
welche den Temperatursensor 16 trägt. Im Anschluss an die Verjüngung 28 weist
die Messsonde 24 eine planare Verdickung 30 auf,
die den Drucksensor 14 umschließt. Weiter in Richtung auf
das hintere Anschlussende der Messsonde 24 befindet sich
der Leitfähigkeitssensor 12,
dessen Kontaktflächen 32 an
der Außenumfangsfläche der
Messsonde 24 freiliegen, welcher aber wie der Temperatursensor 16 und
der Drucksensor 14 durch eine gemeinsame Umhüllung 34 aus
einem flexiblen Kunststoffmaterial überzogen ist, die in Richtung
der Anschlüsse
dichtend an der äußeren Umfangsfläche der äußeren Ummantelung
des Kabelbaumes 26 anliegt. Durch die Umhüllung 34 sind die
Sensoren 12, 14, 16 vor eindringendem
Metallhydridpulver geschützt.
Hierzu sind die Kontaktflächen 32 des
Leitfähigkeitssensors 12 zur
Messung der elektrischen Leitfähigkeit
dichtend in die Umhüllung 34 eingesiegelt.
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Hinter
dem anschlussseitigen Ende der Umhüllung
34 ist ferner
die Schraubverbindung
36 zu dem Metallrohr
8 dargestellt,
die in einer beispielsweise in
EP 0 954 714 B1 beschriebenen Weise ausgebildet
sein kann, um das Metallrohr
8 dichtend mit der Öffnung
9 des
Behälters
2 zu
verschrauben.
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Die
vorstehend beschriebene Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Anzeige des Füllstandes eines mit Wasserstoff
zu belandenden Metallwirts wurde intensiv untersucht. Hierzu wurde – wie in 1 zu
erkennen – an
der Ein- bzw. Auslassöffnung 3 des
Be hälters 2 zusätzlich ein
den Gas-Innendruck des Behälters 2 anzeigendes
Manometer 38, dem ein Ventil 40 nachgeordnet ist,
montiert. Zur Verdeutlichung sei noch einmal herausgehoben, dass
der an der Messsonde 24 verwirklichte Drucksensor 14 ein Drucksensor
ist, welcher den Innendruck der Schüttung, d.h. den Druck der gegeneinander
gepressten Schüttungskörner der
pulvrigen oder granulatförmigen
Metallschüttung
aufgrund Schwellung bzw. Abschwellung bei zunehmender Be- bzw. Entladung des
Metallhydrids ermittelt.
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Zur
Durchführung
der Versuche wurde der Behälter 2 mit
einer Wasserstoff speichernden Schüttung HYDRALLOY E60/0 der Firma
HERA gefüllt,
die aus ca. 25–35%
Lanthan-Mischmetall, ca. 2–6%
Zinn und ca. 60–70%
Nickel besteht. Mit dieser Befüllung wurden
die Änderungen
spezifischer Eigenschaften der Metallhydridschüttung in Abhängigkeit
von dem Füllgrad
untersucht.
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Durch
die Einlagerung des Wasserstoffs in dem Metallwirtsgitter erfährt die
in dem Behälter 2 aufgenommene
Metallhydridschüttung
eine Volumenerhöhung
(ausgehend vom unbeladenen Zustand) von etwa 40%. Diese Ausdehnung
des Metallhydrids wird als Messeffekt genutzt. Der in die Metallhydridschüttung eingebettete
Drucksensor wird aufgrund dieser Volumenänderung einem sich ändernden
Innendruck der Schüttung
ausgesetzt. Der sich hierbei ändernde
elektrische Widerstand des Sensors beeinflusst das an die Auswerte-
und Anzeigeeinrichtung 18 abgegebene Signal. Hierbei ist
zu beachten, dass der Druck in der Schüttung temperaturabhängig ist und
so für
eine genauere Anzeige des Füllgrades
in dem Behälter 2 sowohl
die Außen-
als auch die Innentemperatur über
die Sensoren 14, 20 ermittelt und an die Auswerteeinrichtung 18 weitergegeben werden.
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Die
Quellung der Hydridschüttung
eignet sich deshalb besonders als Maß für den Füllstand, da diese Quellung
der Schüttung
weitaus weniger bei Temperaturschwankungen, beispielsweise aufgrund von
thermodynamischen Ausgleichsvorgängen
innerhalb des Behälters
beim Be- und Entladen schwankt, als der Gas-Innendruck. Der bei
dem Ausführungsbeispiel
eingesetzte Drucksensor 14 zeigte ferner bei ansteigender
normierter Kraft auf den Sensor einen logarithmisch degressiven
Verlauf des Widerstandes mit steigender Beladung ohne Ausprägung eines
Plateaus, welches der Gas-Innendruck in dem Behälter bei zunehmender Wasserstoff-Beladung
des Behälter
von Beginn der Anlagerung des Wasserstoffs an die Gitterplätze bis
zur vollständigen Belegung
aller Gitterplätze
des Metallwirtsgitters mit Wasserstoff einnimmt und welches keine
differenzierten Rückschlüsse auf
den Beladungszustand zulässt. Über dem
Plateau des durch das Manometer 38 angezeigten Gas-Innendrucks
konnte in Versuchen vielmehr mit zunehmender Beladung ein weiter kontinuierlich
abfallender elektrischer Widerstand des Drucksensors 14 gemessen
werden. Die mit der Messung des Gas-Innendrucks einhergehenden Nachteile
weist die Messung des Innendrucks der Schüttung damit nicht auf. Zur
Erhöhung
der Messgenauigkeit wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich der
elektrische Widerstand in der Metallhydridschüttung gemessen, welcher mit
zunehmender Beladung des Speichers sinkt. Auch dieses Signal wird
an die Auswerte- und
Anzeigeeinrichtung 18 weitergeleitet, um bei Belegung der
Metallwirtsgitterplätze
eine genauere Aussage über
den Beladungszustand des Metallhydridspeichers zu erhalten.
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Sämtliche
der vorstehend diskutierten Merkmale können auch für sich erfindungswesentlich sein.
Für sich
allein erfindungswesentlich kann insbesondere der Gegenstand von
Anspruch 8 sein, der auf die Kombination von zwei unterschiedlichen
Sensoren gerichtet ist.
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- 2
- Behälter
- 3
- Einlass-
bzw. Auslassöffnung
- 4
- Metallhydridspeicher
- 8
- Metallrohr
- 9
- Öffnung
- 10
- Kabelstrang
- 11
- Einzelkabel
- 12
- Leitfähigkeitssensor
- 14
- Drucksensor
- 16
- Temperatursensor
- 18
- Auswerte-
und Anzeigeeinrichtung
- 20
- Umgebungs-Sensor
- 22
- Epoxidharz
- 24
- Messsonde
- 25
- Kunststoffummantelung
- 26
- Kabelbaum
- 27
- Außenummantelung
- 28
- Verjüngung
- 30
- Verdickung
- 32
- Kontaktfläche
- 34
- Umhüllung
- 36
- Verschraubung
- 38
- Manometer
- 40
- Ventil