JP6749274B2 - 水素量検出装置および水素貯蔵合金容器 - Google Patents
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Description
特許文献3では、静電容量式レベルセンサーの電極の先端を粒状の水素吸蔵合金内に埋没させ、水素吸蔵合金の体積変化に伴って変化する電極間の静電容量を検知し、静電容量に基づいて水素残量を検出している。
特に、センサー内の水素吸蔵合金の膨張量を検出する水素残量センサーでは、内部の水素吸蔵合金の体積膨張をケーシングに正確に伝達することが重要であるが、センサーが周囲の水素吸蔵合金によって拘束されるとセンサー内の水素吸蔵合金の膨張力が抑制され、異常出力の原因となりうる。
特許文献1〜3では、上記課題の提言やこの課題を解決するための記載はない。
センサー用水素吸蔵合金を有し、前記センサー用水素吸蔵合金の体積変化に基づいて水素量を検出する水素量センサーと、
前記水素量センサーの周囲を囲って周囲の水素吸蔵合金に対する保護空間を形成する保護壁と、を有することを特徴とする。
前記水素吸蔵合金の収容空間内に、請求項1〜7のいずれか1項に記載の水素量検出装置の一部または全部が配置されていることを特徴とする。
まず、本発明で使用される水素量センサーの一実施形態について説明する。
図1は、水素量センサー1の断面、および水素量センサー1の水素の吸放出に伴う変形を示す模式図である。
センサー本体2は、適度な強度と弾性を有する金属によって構成することができ、例えば、アルミニウムや各種スチール等を用いることができる。また、熱膨張率が少ないインバー材を用いた場合、温度変化による出力変化を低減することができる。十分な強度と弾性と有していれば、樹脂等の金属以外の材質を使用することもできる。
センサー用水素吸蔵合金3は、その合金の種類は特に限定されず、LaNi5を基本組成とするAB5型、TiMn2やTiCr2を基本組成とするAB2型、Mg2Niを基本組成とするT2B型、TiFeを基本組成とするAB型、あるいはTiCrVなどのBCC型などを使用することができる。ただし、センサーが設置される容器内の水素吸蔵合金と同種であることが望ましい。いずれの金属も、水素を吸収すると膨張し、水素を放出すると収縮する性質を有している。
一方、周囲の水素濃度が減少すると、センサー用水素吸蔵合金3は水素を放出して収縮し、センサー本体2は切り欠き部4が閉じる方向に弾性変形して縮径する。この結果、切り欠き部4に対向する位置の易歪み部5に圧縮応力が減少し、歪みゲージ6においてひずみの減少が検知される。
上記のように、センサーが設置された空間の水素量に応じて歪ゲージ6の出力が変化するため、歪ゲージにおける歪みの検知量に基づいて容器内の水素残量を検知することが可能となる。
また、水素量センサー1には切り欠き部4を有しているが、本発明としては切り欠き部が必須ではなく、切り欠き部を有していないセンサーであってもよい。例えば、センサー本体の一部において壁の厚さを薄くして応力を集中させ、その部分に歪センサーを配置して歪を検知するものを用いても良い。
また、水素量センサー1には歪ゲージが設けられており、歪ゲージによって水素吸蔵合金の体積変化を検出しているが、本発明としては、センサー用水素吸蔵合金の体積変化を検知する方法は特に限定されず、例えば、板バネ等の機構を用いて体積変化を検出しても良い。
水素貯蔵合金容器10は、水素吸蔵合金が収容されている容器本体11を有しており、容器本体の上部には継手12が設けられている。継手12には、水素の移動を調整する水素バルブ13が設けられている。
保護管15は、下面側が開口されており、下面の開口部は本発明の通過部として機能する。なお、本発明としては、保護壁が全面を囲むものであってもよく、その壁面において通過孔などの通過部を適宜設けることができる。
この実施形態では、水素量センサー1と保護管15とは、本発明の水素量検出装置を構成している。
さらに、容器の径方向などの中心に保護管を設けることにより、測定容器の中心部に水素量センサーを設置することが可能となるため、容器内の合金の温度変化を水素量センサーにおいて精密に検知することが可能となり、高精度に水素量を検出することが可能となる。
図1に示す構造の水素量センサーを用意した。水素量センサーとして、直径5.0mm、長さ20mmのC型ケーシング内にセンサー用としてAB5系合金を充填し、ケーシングの開口の対向側の外面にひずみゲージを貼り付けたものを用いた。
測定対象の容器としては、図2に示す形状の容器を使用した。容器内には、センサー内に充填したものと同種の水素吸蔵合金を有する樹脂混合物を3.5kg充填した。
センサーの出力検出部は直径5.0mmであり、合金としてはAB5合金を使用したため、測定容器内に直径8mmの導入孔を設け、直径8mm、肉厚0.3mmのステンレス管(SUS304)を保護管として使用し、この保護管内に前記した水素量センサーを設置した。
ひず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ひずみを随時記録できるようにした。また、水素貯蔵合金容器には、図2に示すように水素の導入バルブを取り付けた。
出力評価は、試験容器を25℃の水槽につけたまま、1.0MPaで12時間程度加圧した後、最大5.0NL/minの水素流量で水素を大気圧まで放出し、そのときのひずみ変化を記録・評価した。
水素貯蔵合金容器の水素量を横軸に、そのときのひずみ量を縦軸にプロットしたグラフを図3に示す。なお、水素量は、高精度の質量流量計を用いて流量を計測し、流量を積算した値を百分率化したものである。
図3に示すように、本発明の保護構造を適用した場合は、ひずみ量は水素放出とともにおおむね直線に沿ってひずみが増加していく(圧縮ひずみが解消していく)傾向が見られた。
図4に、保護壁を用いた試験結果に加えて、保護壁を適用しなかった水素量検出装置のセンサー出力評価の結果を示した。
図4に示されるように、保護構造を適用しなかった場合、保護構造を適用していた場合と異なり、水素残量に対しセンサー出力はいびつに曲線化しており、容器内の水素量を正確に検出できていないことが確認できた。例えば、水素残量が100%の時点では、保護構造を適用した水素量センサーではひずみ出力が−1600με程度であったのに対し、保護構造を適用しなかった場合はひずみ出力が−300με程度であり、両者に大きな開きが存在していた。 以上の結果から、本発明の保護管を適用することにより、水素貯蔵合金容器内の水素量を正確に検出可能となることが確認された。
2 センサー本体
3 センサー用水素吸蔵合金
4 切り欠き部
5 易歪み部
6 歪みゲージ
7 出力線
10 水素貯蔵合金容器
11 容器本体
12 継手
13 水素バルブ
14 水素吸蔵合金
15 保護管
Claims (11)
- 水素吸蔵合金が収容された水素貯蔵合金容器内に設置される水素量検出装置であって、
センサー用水素吸蔵合金を有し、前記センサー用水素吸蔵合金の体積変化に基づいて水素量を検出する水素量センサーと、
前記水素量センサーの周囲を囲って周囲の水素吸蔵合金に対する保護空間を形成する保護壁と、を有することを特徴とする水素量検出装置。 - 前記保護壁は、前記水素吸蔵合金の収縮、膨張による変形に対し対抗するものであることを特徴とする請求項1記載の水素量検出装置。
- 前記保護空間は、前記センサー用水素吸蔵合金の膨張による体積変化を阻害しないものであることを特徴とする請求項1または2に記載の水素量検出装置。
- 前記センサー用水素吸蔵合金がAB5型合金であり、
前記水素量センサーの体積変化方向において、前記保護空間の体積が、前記水素量センサーの体積の1.5倍以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素量検出装置。 - 前記保護壁は、ステンレス製またはセラミックス製であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の水素量検出装置。
- 前記保護壁は、水素が通過する通過部を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の水素量検出装置。
- 水素量センサーと保護壁を水素貯蔵合金容器に固定する固定具を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の水素量検出装置。
- 前記水素量センサーが前記保護壁の一部に直接または間接的に接触して配置されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の水素量検出装置。
- 水素吸蔵合金が収容された水素貯蔵合金容器であって、
前記水素吸蔵合金の収容空間内に、請求項1〜8のいずれか1項に記載の水素量検出装置の一部または全部が配置されていることを特徴とする水素貯蔵合金容器。 - 前記水素量検出装置は、前記水素貯蔵合金容器の所定方向の中心部に設けられていることを特徴とする請求項9記載の水素貯蔵合金容器。
- 前記水素量検出装置における水素量センサーは、前記水素吸蔵合金の収容空間内に全部が位置していることを特徴とする請求項9または10に記載の水素貯蔵合金容器。
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