JP3203062B2 - 水素吸蔵合金容器内の残存水素量測定方法 - Google Patents

水素吸蔵合金容器内の残存水素量測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素吸蔵合金を利用し
た水素吸蔵合金容器内の残存水素量測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】水素吸蔵合金を用いた水素吸蔵合金容器
では、残存水素量の測定が実用上不可欠である。従来技
術として、水素解離圧力の異なる2種類以上の水素吸蔵
合金を混合し、貯蔵容器内容の圧力変化から残存水素量
を測定を行う方法が開示されている。
【0003】例えば、特開昭59ー78902号公報で
は、容器内に圧力P1で水素を解離する第1の金属水素
化物を主成分とし、圧力P1よりも低い圧力P2で水素
を解離する第2の金属水素化物を従成分とする金属水素
化物の混合物が充填されて、第1の金属水素化物から水
素が実質的に放出しつくされた後に、第2の金属水素化
物から水素が放出されると共に、圧力P1から圧力P2
の圧力変化を測定することにより残存水素量を測定する
ものが開示されている。
【0004】また、特開昭59ー197546号公報で
は金属水素化物の水素吸蔵量と平衡圧力との関係が直線
性を持つように数種類の金属水素化物の混合物を用いて
圧力の計測から水素貯蔵量を測定するものが開示されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の水素解離圧力の異なる2種類以上の水素吸蔵合金を
混合し、貯蔵容器内の圧力変化から残存水素量を測定を
行う方法よれば、水素放出停止時の温度と圧力の安定し
た平衡状態では残存水素量の測定ができるが、水素放出
中では、水素放出速度に応じて水素吸蔵合金の水素解離
吸熱反応の変化が生じて水素吸蔵合金の温度や圧力が不
確定に変動するから、圧力の測定では正確な残存水素量
の測定が困難である。
【0006】そこで、本発明は水素放出中でも正確な残
存水素量の測定が可能な水素吸蔵合金容器内の残存水素
量測定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、水素吸蔵合金
容器の壁に歪ゲージを取り付け、水素吸蔵合金の体積膨
張に応じた容器の歪量を測定する一方、予めこの水素吸
蔵合金から水素を少しずつ放出することによって順次残
存水素量を算出すると共に、このときの歪量を順次測定
して歪量と残存水素量との関係を設定し、残存水素量の
測定時には前記歪ゲージで測定した歪量から前記設定さ
れた前記歪量と残存水素量との関係に基づいて残存水素
量を測定するようにしたものである。
【0008】
【作用】水素吸蔵合金は、水素吸収量(残存水素量)に
応じて膨脹、収縮を生ずる。即ち、水素吸収量が多い
程、水素吸蔵合金の膨脹の度合は大きい。しかも、この
膨脹の度合は温度の影響を受けない。従って、水素吸蔵
合金の膨脹、収縮つまり水素吸蔵合金の体積変化に応じ
た容器壁の歪により水素吸蔵合金容器内の残存水素量を
温度に関係なく簡便に的確に測定でき、しかも、水素供
給中でも安定して測定できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0010】図1は、本発明の第1実施例を示す構成図
である。図中、1は水素吸蔵合金2が充填された容器、
3は容器1に形成される水素導入排出部、4は歪ゲージ
Gの変化量を検出する歪変化量検出手段としてのブリッ
ジ回路、5はブリッジ回路4からの歪の変化量を入力
し、この歪の変化量と予め設定された歪の変化量に対応
する残存水素量との関係から残存水素量を測定する残存
水素量測定手段である。ここで、測定する残存水素量
は、水素吸蔵合金2に吸蔵された水素と容器1内の水素
を含むものとする。
【0011】容器1は、円筒状のステンレススチール製
で、この容器1の円筒の一端に水素導入排出部3が形成
され、図示省略する水素バルブを介して水素供給手段に
連絡している。容器1の内部には、一例として、合金組
成LaNi5の水素吸蔵合金2が約50%の気孔率で充
填されており、容器1へ水素導入排出部3より図示省略
する水素供給手段から水素ガスが供給され、図2に示す
ように25℃で、圧力10atmの水素吸収状態(1.
5wt%)としている。容器1の外周壁1aには、歪抵
抗感応素子として歪ゲージGが貼付けられ、リード線G
a,Gbが付いている。なお、この歪ゲージGは金属抵
抗素子を線引した箔状のものを用いている。
【0012】歪ゲージGは、リード線Ga,Gbにより
抵抗RGとしてホイストンブリッジ回路4の一辺に接続
されている。すなわち、この抵抗RGをブリッジの一
辺、他の三辺を各々R1,R2,R3とするブリッジ回
路4が形成され、ブリッジ回路のR2とR3またはRG
とR1の両端4a,4bには一定の電圧Eが印加され、
ブリッジ回路4の他の両端4c,4dからブリッジ回路
4の電圧出力eが取り出され、この電圧出力eが入力す
るように残存水素量測定手段5がブリッジ回路4に接続
されている。
【0013】ところで、歪ゲージの抵抗RGは次の式
(1)で示される。
【0014】
【数1】
【0015】また、ブリッジ回路4の電圧出力eは次の
式(2)で示される。
【0016】
【数2】
【0017】上記式(2)において次の式(3)の条件
とすれば、電圧出力eは次の式(4)で示される。
【0018】
【数3】
【0019】
【数4】
【0020】この結果、上記の式(4)から歪εの変化
量に比例した電圧出力eが残存水素量測定手段5に入力
される。
【0021】次に、残存水素量測定手段5では、予め実
験により水素導入排出部3から順次水素を放出して残存
水素量を測定し、このときの歪の変化量を順次測定し、
歪の変化量と残存水素量との関係を設定しておく。すな
わち、例えば、上記した図2の25℃で、かつ、圧力1
0atmの状態で水素導入排出部3から図示省略する水
素バルブを開いて図示省略する水素流量計で放出水素の
測定から残存水素量を求め、対応する電圧出力eから歪
εを求めて図3に示す如く残存水素量cと歪ε/ε0
の関係を残存水素量測定手段5に設定する。
【0022】ここで、残存水素量cは、図2に示す完全
な水素吸収状態、1.5wt%を100%として、これ
に対応して残存水素量の比を%で示し、図2においてε
0完全な水素放出状態、つまり、1atmのときの歪を
示している。この図3によって歪の比ε/ε0は残存水
素量cに対して単調に比例して増加している。従って、
歪の比ε/ε0を求めれば、残存水素量cを求められ
る。
【0023】ところで、上記式(1)では歪ε0のとき
の電圧出力e=e0とすればe/e0の比はε/ε0の比
に対応するから残存水素量測定手段5ではe/e0の比
と図3に示す如くの歪の変化量に対応する残存水素量と
の関係とから残存水素量を測定する時にそのときの残存
水素量が測定される。残存水素量では、必要に応じて残
存水素量をモニタするため表示と印字、さらに、警報出
力する手段を設けるようにする。
【0024】なお、図3中S1の点で水素の放出を停止
しても歪の比ε/ε0の値は変化しなかった。すなわ
ち、本実施例では、水素吸蔵合金2が温度変化の影響を
受けず、水素の供給中でも停止中でも正確な残存水素量
の測定がされることが判明した。
【0025】このように、本実施例によれば、容器1の
外周壁1aに歪ゲージGを貼付け残存水素量に応じた水
素吸蔵合金2の体積の変化に伴う、容器1の壁の応力、
歪の変化から残存水素量を簡便に、しかも、正確に測定
できる。その上、水素供給中変化状態でも的確に残存水
素量の測定ができる。
【0026】次に、本発明の第2実施例を図4を参照し
て説明する。
【0027】図4が図1と異なる点は。3個の歪ゲージ
G1,G2,G3を容器1の外周壁1aに貼付けて、各
歪ゲージG1,G2,G3のリード線を直列に接続して
両端のリード線Ga,Gbにより抵抗RGとしてブリッ
ジ回路4の一辺として構成している点である。
【0028】上記構成で、第1実施例と同様に予め実験
によって残存水素量cと歪の比ε/ε0との関係を求め
た。その結果、第4図に示すように、残存水素量cと歪
の比ε/ε0の関係はほぼリニヤの関係となった。ま
た、第1実施例と同様にS2の点で水素放出を停止して
も歪の比ε/ε0の値は変化しなかった。残存水素量測
定手段5では、ホイストンブリッジ回路4の電圧出力の
比e/e0、つまり、図5に示す如くのε/ε0の比と残
存水素量cとの関係を予め設定しておけば、歪の変化量
から残存水素量cが測定される。
【0029】このように、電圧出力eと残存水素量cと
はリニヤに比例するから電圧表示計等によりモニタする
ことも容易で、機器構成の簡素化、低コスト化で実施で
きる。
【0030】なお、歪ゲージを貼付ける場所は、容器外
壁、内壁のいずれであっても、水素吸蔵合金の水素吸放
出に伴う体積変化による応力を受ける部位であれば同様
の効果が得られ、複数の歪ゲージを貼付ける場合では、
直列に接続に限らず並列の接続でもよい。また、本発明
の水素吸蔵合金容器を燃料電池の水素供給源として使用
すれば、燃料としての残存水素量を的確に知ることがで
き、容器の交換を円滑に行える。また、水素吸蔵合金は
前記に示した組成LaNi5に限られず他の組成の水素
吸蔵合金にも適用することができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
素吸蔵合金の体積変化に応じた容器壁の歪を容器壁に取
り付けた歪みゲージにより測定して残存水素量を得るよ
うにしたので、水素吸蔵合金容器内の残存水素量を温度
に関係なく簡便に精度良く測定でき、しかも、水素供給
中でも安定して測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す構成図。
【図2】図1の第1実施例に用いる水素吸蔵合金の平衡
圧力と残存水素量との関係を示す特性図。
【図3】図1の第1実施例に用いる残存水素量と歪の比
との関係を示す特性図。
【図4】本発明の第2実施例を示す構成図。
【図5】図4の第2実施例に用いる残存水素量と歪の比
との関係を示す特性図。
【符号の説明】
1 容器 2 水素吸蔵合金 3 水素導入排出部 4 ブリッジ回路 5 残存水素量測定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−118443(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 33/20 G01N 19/00 G01N 7/00 H01M 8/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素吸蔵合金を貯蔵した容器の壁に歪ゲ
    ージを取り付け、水素吸蔵合金の体積膨張に応じた容器
    の歪量を測定する一方、予めこの水素吸蔵合金から水素
    を少しずつ放出することによって順次残存水素量を算出
    すると共に、このときの歪量を順次測定して歪量と残存
    水素量との関係を設定し、残存水素量の測定時には前記
    歪ゲージで測定した歪量から前記設定された前記歪量と
    残存水素量との関係に基づいて残存水素量を測定するこ
    とを特徴とする水素吸蔵合金容器内の残存水素量測定方
    法。
  2. 【請求項2】 前記歪ゲージを複数個水素吸蔵合金容器
    の壁に付着すると共に、これらの歪ゲージを直列または
    並列に接続して残存水素量を測定することを特徴とする
    請求項1記載の水素吸蔵合金容器内の残存水素量測定方
    法。
  3. 【請求項3】 燃料電池の燃料極への水素供給源として
    用いた水素吸蔵合金容器内の残存水素量を測定すること
    を特徴とする請求項1記載または請求項2記載の水素吸
    蔵合金容器内の残存水素量測定方法。
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