JP2010266206A

JP2010266206A - 温度検出器および温度検出器を備えた水素充填システム

Info

Publication number: JP2010266206A
Application number: JP2009115120A
Authority: JP
Inventors: Hideyo Omori; 英世大森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: JP5321232B2

Abstract

【課題】水素暴露して劣化したセンサ素子の出力を補正して水素充填時の温度を測定する温度検出器を備えた水素充填システムを提供する。
【解決手段】温度検出器を備えた水素充填システムは、水素充填用のタンク１０と、タンク１０に水素を充填するためのガス流路を備えたバルブ１２と、タンク１０内のバルブ１２に取り付けられた温度センサ１００ａと、タンク１０の内壁に設けられた温度センサ１００ｂと、温度センサ１００ａ，１００ｂから出力される測定温度を基に水素暴露されていないセンサ素子を有する温度センサの出力を基に水素暴露されたセンサ素子を有する温度センサの出力を補正する補正手段を備えた制御部３０とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、温度検出器および温度検出器を備えた水素充填システムに関する。

温度を検出するためのセンサ素子を有する温度センサは、例えば、センサ素子が暴露状態で劣化するおそれのある環境下では、センサ素子を被覆するために、センサ素子を温度検出可能なハウジング内に収容し、ハウジングの開口部を密閉するためにろう付け処理が施される。

一方、特許文献１には、温度センサにおいて、センサ素子を収容する保護管の溶接不具合を防止するため、保護管より径の大きい支持管内に保護管の開放端を挿入し、肉厚の支持管の一端と保護管の外周とをろう付けした後、肉厚の支持管と肉厚のハウジングの溶接筒部とを溶接加工することが提案されている。

なお、特許文献２には、サーミスタなどの素子の所定温度における抵抗値を基準抵抗の値を基に校正処理し、温度測定を行う温度検出器が提案されている。

特開２００５−２８３４２５号公報特開平７−５５５８８号公報

ところで、上述したろう付け処理により形成されたろう付け部に、ボイドが発生してしまうことがある。但し、通常、温度センサが収容されたハウジングの内部空間とハウジングの外部雰囲気とが連通するようなボイドは発生しないが、時として、ハウジングの内部空間とハウジングの外部とが連通するような連通ボイドが生じてしまった場合があり、かかる場合、温度センサのセンサ素子が劣化するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ある温度センサのろう付け部に連通ボイドが発生しセンサ素子が劣化したとしても、劣化したセンサ素子の出力を補正して、精度の高い温度測定を可能にする温度検出器および該温度検出器を備えた水素充填システムを提供する。

上記目的を達成するために、本発明の温度検出器および温度検出器を備えた水素充填システムは以下の特徴を有する。

（１）温度を検出するためのセンサ素子と、前記センサ素子をろう付けされ密閉された空間内に備える複数の温度センサと、水素雰囲気内に設けられる複数の温度センサの中で検出温度の高い温度センサの出力を基に他の温度センサの出力を補正する補正手段と、を有する温度検出器である。

仮に、ある温度センサのろう付け部に連通ボイドが発生しセンサ素子が劣化したとしても、連通ボイドが発生していない他の温度センサのセンサ素子の出力を基に、劣化したセンサ素子の出力を補正して、高精度な温度測定が行われる。

（２）上記（１）に記載の温度検出器において、前記センサ素子は、温度によって抵抗値が変わるセンサ素子であり、前記補正手段は、複数の温度センサの中で検出温度の高い温度センサのセンサ素子の抵抗値に応じて、他の温度センサのセンサ素子の抵抗値を補正する温度検出器である。

センサ素子が還元作用によりその特性が変化するものである場合、そのセンサ素子が水素に暴露され還元されてしまうと、そのセンサ素子の抵抗値が高くなり、その結果、検出温度が、実際の温度より低く出力されてしまう。一方、水素暴露により還元されていないセンサ素子は、還元されたセンサ素子に比べ、センサ素子の抵抗値が低く、検出温度が高い。そこで、検出温度の高い温度センサのセンサ素子の抵抗値を基に他のセンサ素子の抵抗値を補正することにより、高精度の温度測定が可能な温度検出器を提供することができる。

（３）上記（１）または（２）に記載の温度検出器を備える水素充填システムである。

例えば、タンク内に高圧で水素を充填する場合、タンクの内部温度を予め設定された上限温度以下で精度よく水素充填圧を制御しながら水素を充填することができる。

（４）水素充填用の少なくとも１本以上のタンクと、温度を検出するためのセンサ素子をろう付けされ密閉された空間内に備えるとともに前記タンク内に少なくとも１つ以上設けられる複数の温度センサと、複数の温度センサの中で検出温度の高い温度センサを基に他の温度センサを補正する補正手段と、を備える水素充填システムである。

例えば、タンク外にタンク内部温度の基準とすべき温度センサがない場合であっても、タンク内に高圧で水素を充填する場合、タンクの内部温度を予め設定された上限温度以下で精度よく水素充填圧を制御しながら水素を充填することができる。

本発明によれば、例えば、ある温度センサのろう付け部に連通ボイドが発生しセンサ素子が劣化したとしても、劣化したセンサ素子の出力を補正して、精度の高い温度測定が行える。

本発明における一実施形態である水素充填システムの概略を示す構成図である。本発明における他の実施形態である水素充填システムの概略を示す構成図である。図１の破線で囲ったＡ部分の拡大概略断面図である。図３のＩ−Ｉ線に沿った断面を用いてろう付け部に発生するボイドを説明するための図である。本発明におけるろう付け部の構造の一例を説明するための図である。本発明におけるろう付け部の構造の他の例を説明するための図である。本発明におけるろう付け部の構造の他の例を説明するための図である。図７のＩＩ−ＩＩに沿った線に沿った断面図である。本発明におけるろう付け部の構造の他の例を説明するための図である。本発明における補正手段の補正の一例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

［第１の実施の形態］
図１に示すように、本発明における一実施形態である水素充填システムは、水素充填用の耐圧構造を有するタンク１０と、タンク１０に水素を充填するためのガス流路を備えたバルブ１２と、バルブ１２を流通するガス圧力を制御するレギュレータ１４と、水素を充填するためのプラグと結合可能なレセプタクル１６と、タンク１０内のバルブ１２に取り付けられた温度センサ１００と、温度センサ１００から出力される測定温度を基にレギュレータ１４のガス圧を制御するとともに温度センサ１００の出力を補正する補正手段を備えた制御部３０とを有する。

また、タンク１０内のバルブ１２に装着された温度センサ１００は、図３に示すように、熱伝導性を有する素材からなるハウジング２２と、ハウジング２２の空間内に備えられた温度検出用のセンサ素子２０と、ハウジング２２の開口部をろう付け部４０を介して密閉するための蓋２４とを有する。なお、センサ素子２０からの出力は、図３に示されていない信号線によって図１の制御部３０に送信されている。ここで、ハウジング２２は、例えば金属製の素材を用いることができる。

ろう付け部４０を形成するためのろう材としては、接合する部材（母材）であるハウジング２２や蓋２４に用いる金属よりも融点の低い合金（ろう）を用い、例えば、銀、銅、亜鉛を主成分とする銀ろう、銅と亜鉛が主成分とする銅ろう・黄銅ろう、銅と５％から８％のリンを主成分とするりん銅ろう、アルミろう、金ろうなどを用いることができる。なお、銀ろうには、カドミウム、ニッケルを添加したものもある。

時として、ろう付け処理により形成されたろう付け部４０には、図４に示すように、ボイド５０が発生してしまうことがあるが、通常、温度センサが収容されたハウジングの内部空間とハウジングの外部雰囲気とを連通するようなボイドは発生しない。しかし、ろう付け部４０に、ハウジングの内部空間とハウジングの外部とが連通するような連通ボイド５２が生じてしまう場合もあり、かかる場合、温度センサのセンサ素子が劣化するおそれがある。なお、ボイド５０および連通ボイド５２は、Ｘ線により観察することが可能である。

ここで、図１に示すタンク１０内に設けられた温度センサ１００内のセンサ素子が温度によって抵抗値が変わるセンサ素子であって、還元作用によりその特性が変化するものである場合、そのセンサ素子が水素に暴露され還元されてしまうと、そのセンサ素子の抵抗値が高くなり、その結果、検出温度が、実際の温度より低く出力されてしまう。

ところで、通常、燃料電池を搭載した車両等の移動体には、燃料ガスである水素ガスを充填可能な複数本のタンク１０が載せられている。また、水素暴露により還元されていないセンサ素子は、還元されたセンサ素子に比べ、センサ素子の抵抗値が低く、検出温度が高い。そこで、本実施の形態における水素充填システムでは、複数本のタンク１０にそれぞれに設けられた温度センサの中で、検出温度の高い温度センサのセンサ素子の抵抗値を基に、制御部３０内の補正手段において他のタンク１０に備えられた他のセンサ素子の抵抗値を補正し、仮に、１つのセンサ素子が劣化した場合であっても、他のセンサ素子の出力により補完し、精度高く温度測定を行うことができる。その結果、タンク１０外にタンク１０の内部温度の基準とすべき温度センサがない場合であっても、タンク１０内に高圧で水素を充填する場合に、タンクの内部温度を予め設定された上限温度以下で精度よく水素充填圧を制御しながら水素を充填することができる。

本実施の形態の制御部３０内の補正手段は、図１０に一例を示すように、測定温度と抵抗値の関係を用い、実線で示した還元されていないセンサ素子から出力される抵抗値を基準にして、破線で示した還元されたセンサ素子の抵抗値を補正して、各タンク１０に備えられた温度センサ１００の出力を補正することによって、より正確な各タンク１０の内部温度を検出可能にしている。

また、本実施の形態における温度検出器は、図１，図３に示すように、温度を検出するためのセンサ素子２０と、複数本のタンク１０内の水素雰囲気内に設けられ且つセンサ素子２０をろう付けされ密閉された空間内に備える複数の温度センサ１００と、複数の温度センサ１００の中で検出温度の高い温度センサの出力を基に他の温度センサの出力を補正する、制御部３０内に設けられた補正手段と、を有する。また、上述したように、センサ素子が温度によって抵抗値が変わるセンサ素子である場合、制御部３０内の補正手段は、複数の温度センサ１００の中で検出温度の高い温度センサのセンサ素子の抵抗値に応じて、他の温度センサのセンサ素子の抵抗値を補正している。

［第２の実施の形態］
図２に示すように、第２の実施の形態における水素充填システムは、水素充填用の耐圧構造を有するタンク１０と、タンク１０に水素を充填するためのガス流路を備えたバルブ１２と、バルブ１２を流通するガス圧力を制御するレギュレータ１４と、水素を充填するためのプラグと結合可能なレセプタクル１６と、タンク１０内のバルブ１２に取り付けられた温度センサ１００ａと、タンク１０の内壁に設けられた温度センサ１００ｂと、温度センサ１００ａ，１００ｂから出力される測定温度を基にレギュレータ１４のガス圧を制御するとともに温度センサ１００ａ，１００ｂの出力を補正する補正手段を備えた制御部３０とを有する。

第２の実施の形態における水素充填システムは、１本のタンク１０内でいずれかの温度センサが劣化した場合に、他の温度センサの出力に応じて補正を行うことができる。なお、温度センサ１００ａ，１００ｂの構成は、第１の実施の形態で説明した、図１に示すセンサ１００と同じであるため、同じ構成に同じ符号を付してその説明を省略する。

図２に示す制御部３０の補正手段は、図２に示すタンク１０内に設けられた温度センサ１００ａ，１００ｂ内のセンサ素子が温度によって抵抗値が変わるセンサ素子であって、還元作用によりその特性が変化するものである場合、１本のタンク１０に備えられた温度センサ１００ａ，１００ｂの中で、検出温度の高い温度センサのセンサ素子の抵抗値を基に、他のセンサ素子の抵抗値を補正し、仮に、１つのセンサ素子が劣化した場合であっても、他のセンサ素子の出力により補完し、図１０に一例を示すように、測定温度と抵抗値の関係を用い、実線で示した還元されていないセンサ素子から出力される抵抗値を基準にして、破線で示した還元されたセンサ素子の抵抗値を補正して、１本のタンク１０に備えれた温度センサ１００ａ，１００ｂのいずれかの出力を補正することによって、より正確なタンク１０の内部温度を検出可能にしている。

これにより、第２の実施の形態における水素充填システムは、タンク１０外にタンク１０の内部温度の基準とすべき温度センサがない場合であっても、タンク１０内に高圧で水素を充填する場合に、タンクの内部温度を予め設定された上限温度以下で精度よく水素充填圧を制御しながら水素を充填することができる。

また、本実施の形態における温度検出器は、図２，図３に示すように、温度を検出するためのセンサ素子２０と、１本のタンク１０内の水素雰囲気内に設けられ且つセンサ素子２０をろう付けされ密閉された空間内に備える複数の温度センサ１００ａ，１００ｂと、複数の温度センサ１００ａ，１００ｂの中で検出温度の高い温度センサの出力を基に他の温度センサの出力を補正する、制御部３０内に設けられた補正手段と、を有する。また、上述したように、センサ素子が温度によって抵抗値が変わるセンサ素子である場合、制御部３０内の補正手段は、複数の温度センサ１００ａ，１００ｂの中で検出温度の高い温度センサのセンサ素子の抵抗値に応じて、他の温度センサのセンサ素子の抵抗値を補正している。

また、第１の実施の形態および第２の実施の形態におけるろう付け部４０は、以下に示すろう付けシートを用いて、ろう付け処理時の連通ボイドの発生を低減させることができる。

まず、ろう付けシートの第１の例として、図５に示すように、ハウジングの開口端全体を覆うサイズの第１のろう付けシート４１と、ハウジングの開口端の肉厚幅より狭い幅を有する第２のろう付けシート４２とを用い、幅の異なる第１のろう付けシート４１と第２のろう付けシート４２とを２枚重ね、ろう付けシートの二重個所とハウジングおよび蓋との接合面での圧力を他の個所に比べ増加させることによって、図５の白抜き矢印で示したように、ハウジング２２の内部空間方向または外部方向にボイドを移動させて、ろう付け処理を行う。これにより、ろう付け部において連通ボイドの形成が抑制される。

また、ろう付けシートの第２の例として、図６に示すように、ろう付けシート４３は、その厚みに勾配が設けられ、例えば、ハウジング２２の内部空間に相当する中央部分からハウジングの外側に行くにつれて、その厚みが薄くなっている。したがって、センサ素子２０が設けられた内部空間に近い側で、ろう付けシート４３とハウジング２２および蓋２４との接合面の圧力は最も増大し、ハウジング２２の外部方向に行くにつれて接合面の圧力が相対的に低くなり、その結果、図６の白抜き矢印で示したように、ボイドをハウジング２２の外側方向に移動させて、ろう付け処理を行う。これにより、ろう付け部において連通ボイドの形成が抑制される。

また、ろう付けシートの第３の例として、図７および図８に示すように、断面が略円状のリング状のろう付けシート４４を用い、一方、ハウジング２２の開放端に略半円状の溝２６を形成し、この略半円状の溝２６に上記リング状のろう付けシート４４を装着して、ろう付け処理を行うことにより、ろう付けシート４４とハウジング２２および蓋２４との接合面の圧力が溝２６の最下部で最大になる。その結果、図７の白抜き矢印で示すように、ボイドをハウジング２２の内部空間方向または外部方向に移動させ、ろう付け処理が行われる。これにより、ろう付け部において連通ボイドの形成が抑制される。

また、図９に示すように、ハウジング２２の開放端の外周より小さい外周を有する蓋２８を用い、ハウジング２２と蓋２８に段差部を設ける。このようなハウジング２２と蓋２８をろう付けすることによって形成されたろう付け部４５は、図９の破線で囲んだ部分Ｘに示すように、ろう流れによりたまりがハウジング２２の開放端の外周に形成される。こにより、ろう付け部４５において連通ボイドの形成が抑制される。

本発明は、高圧水素環境下における温度検出器、およびその温度検出器を備える分野に利用可能であるが、例えば燃料電池を搭載した車両にも利用可能である。

１０タンク、１２バルブ、１４レギュレータ、１６レセプタクル、２０センサ素子、２２ハウジング、２４，２８蓋、２６溝、３０制御部、４０，４５ろう付け部、４１，４２，４３，４４ろう付けシート、５０ボイド、５２連通ボイド、１００，１００ａ，１００ｂ温度センサ。

Claims

温度を検出するためのセンサ素子と、
前記センサ素子をろう付けされ密閉された空間内に備える複数の温度センサと、
水素雰囲気内に設けられる複数の温度センサの中で検出温度の高い温度センサの出力を基に他の温度センサの出力を補正する補正手段と、を有することを特徴とする温度検出器。
請求項１に記載の温度検出器において、
前記センサ素子は、温度によって抵抗値が変わるセンサ素子であり、
前記補正手段は、複数の温度センサの中で検出温度の高い温度センサのセンサ素子の抵抗値に応じて、他の温度センサのセンサ素子の抵抗値を補正することを特徴とする温度検出器。
請求項１または請求項２に記載の温度検出器を備えることを特徴とする水素充填システム。
水素充填用の少なくとも１本以上のタンクと、
温度を検出するためのセンサ素子をろう付けされ密閉された空間内に備えるとともに前記タンク内に少なくとも１つ以上設けられる複数の温度センサと、
複数の温度センサの中で検出温度の高い温度センサを基に他の温度センサを補正する補正手段と、を備えることを特徴とする水素充填システム。