MXPA04003550A

MXPA04003550A - Indicador de nivel de combustible para medio de almacenamiento de hidrogeno.

Info

Publication number: MXPA04003550A
Application number: MXPA04003550A
Authority: MX
Inventors: C Tragna David
Original assignee: Hera Usa Inc
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2005-06-20
Also published as: WO2003033113A3; WO2003033113A2; KR20040065551A; JP2005506495A; US20030070487A1; CN1589172A; RU2004113114A; US20040200735A1; EP1436066A4; US7237428B2; US7254983B2; EP1436066A2; CA2463652A1

Abstract

Un recipiente de almacenamiento de gas hidrogeno (10) tiene un frasco (12) con al menos una abertura de salida (14) para cargar y descargar gas, el frasco (10) encierra un hidruro metalico (120) capaz de absorber y desorber gas hidrogeno y un indicador de nivel (20) para medir la capacidad de hidrogeno que permanece en el material de hidruro (120). Para permitir adicionalmente la distribucion del hidrogeno a traves del material de hidruro (120), puede colocarse una matriz porosa en el material de hidruro metalico (120) para proporcionar una distribucion eficiente del gas hidrogeno en el material de hidruro metalico. El indicador de nivel de combustible (20) puede comprender adicionalmente montajes secundarios para determinar la capacidad de hidrogeno, cada uno de los cuales depende, para operar, de una propiedad diferente del material de hidruro metalico (120). Por ejemplo, un indicador de presion (130) sensible a la presion de meseta indicativa de la capacidad de hidrogeno, un sensor piezoelectrico (116) que en combinacion con una camara rigida en el cual el material de hidruro (120) se empaca estrechamente proporciona una diferencial de presion indicativa de la capacidad de hidrogeno, o un sensor de resistividad (420) que en combinacion con una camara (412) en el cual se empaca el material de hidruro proporciona un diferencial de resistencia indicativo de una capacidad de hidrogeno.

Description

INDICADOR DE NIVEL DE COMBUSTIBLE PARA MEDIO DE ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general con dispositivos de almacenamiento de hidrógeno y con más particularidad a tales dispositivos que utilizan hidruros metálicos para almacenamiento de grandes volúmenes de hidrógeno a bajas presiones. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Con el uso creciente del gas hidrógeno en aplicaciones industriales y comerciales, se ha visto que los métodos convencionales de almacenamiento de hidrógeno como un gas a presión presenta riesgos indeseables . El almacenamiento de hidrógeno como un gas se efectúa típicamente en cilindros de acero grandes y voluminosos a presiones muy altas (por ejemplo, 1.38 kPa (2,000 psi) ) . El hidrógeno puede almacenarse en forma líquida, típicamente aislando los recipientes a temperaturas muy bajas. Debe usarse energía para mantener baja la temperatura para evitar que el hidrógeno líquido se evapore o hierva. Por ello la producción y almacenamiento de hidrógeno criogénico es muy ineficiente debido a las temperaturas extremadamente frías a las cuales deben mantenerse los recipientes de almacenamiento..

Ref:155435 Más recientemente, se ha dirigido la atención al almacenamiento de hidrógeno en compuestos metálicos, conocidos como hidruros . Los hidruros metálicos pueden almacenar grandes cantidades de hidrógeno a bajas presiones y en volúmenes relativamente pequeños. El almacenamiento de hidrógeno a baja presión en recipientes que contienen M<iruros es relativamente seguro y permite la construcción de recipientes de hidrógeno que tienen formas significativamente diferentes que las del almacenamiento de drógeno gaseoso. Se pueden hallar ejemplos de recipientes de hidruros a baja presión en las patentes es adounidenses asignadas comúnmente con los números 5,250,368, 5,532,074 y 5,623,987, las cuales se incorporan aquí como referencia. Adicionalmente, los recipientes de almacenamiento de hidrógeno se venden por medio del beneficiario de la invención bajo el nombre comercial de unidades de almacenamiento de hidrógeno Ergenics Serie ST que utilizan hidruros manufacturados por el beneficiario de los mismos, por ejemplo, aleaciones de hidruros HY-STOR® 208. Está disponible información adicional acerca de estas unidades de almacenamiento y de aleaciones de hidruros en el sitio de Internet del beneficiario de esta invención, que se encuentra en www.ergenics.com. También el uso de materiales que pueden convertirse a hidruros para almacenar hidrógeno se describe en numerosas patentes, tal como en las patentes estadounidenses números 3,508,514, 3,516,263, 4,036,944, 5,518,528, 5,697,221 y 5 , 906 , 792.

Tales unidades de almacenamiento de hidruros metálicos tienen muchos usos y aplicaciones en una variedad de aplicaciones y ambientes industriales y de laboratorio. La diversidad de aplicaciones requiere un sistema de almacenamiento que pueda proporcionar al usuario una fuente confiable de hidrógeno en una variedad de capacidades . Las unidades de almacenamiento pequeñas se usan comúnmente como fuentes de hidrógeno para experimentación de laboratorio, como en los ejemplos descritos anteriormente. Se requieren unidades más grandes para proporcionar la cantidad de hidrógeno necesaria para sistemas de transportación vehicular o en aplicaciones de servicios públicos. Se requiere que los sistemas de almacenamiento de hidrógeno permitan un uso rápido y fácil del gas hidrógeno, y el sistema de ' almacenamiento, sin importar el tamaño y capacidad del recipiente, ' debe ser suficientemente robusto para desempeñarse apropiadamente bajo un amplio intervalo de condiciones ambientales . Otra consideración importante es la capacidad de un usuario de un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno de medir o indicar la cantidad de gas hidrógeno en el recipiente de hidruro disponible para uso adicional, como y cuando se necesite. Un indicador preciso es ideal, pero aún un indicador de la disponibilidad de la cantidad de gas hidrógeno que tiene una precisión entre 15 a 30% es deseable.

La construcción y operación normal de sistemas conocidos de hidruros metálicos de almacenamiento de hidrógeno hace especialmente difícil indicar con precisión la cantidad de gas hidrógeno disponible. Es posible estimar con precisión la cantidad de gas hidrógeno disponible en los recipientes antes descritos los cuales almacenan hidrógeno en un estado gas a partir de la ley de gas ideal (PV = nRT) , porque la cantidad de hidrógeno es directamente proporcional a la presión, cuando la temperatura se mantiene en un valor constante. Esto es posible porque en esos tipos de sistemas de almacenamiento, el volumen, V, y la temperatura, T, permanecen esencialmente constantes cuando se utiliza y extrae del sistema una cantidad de gas hidrógeno (n) . El uso de gas hidrógeno, al ser extraído del recipiente es indicado por una reducción en la cantidad de hidrógeno (n) , y produce una reducción '' directamente proporcional en la presión P. Por lo tanto, es posible estimar en un grado preciso, la cantidad de gas hidrógeno disponible en el recipiente mediante una lectura precisa de la presión, P. Sin embargo, debido a que el gas hidrógeno se incorpora en la estructura reticular del hidruro metálico, los recipientes de almacenamiento que utilizan hidruros no pueden basarse en la presión P como una medida directamente proporcional de la cantidad de gas hidrógeno (n) que permanece en .el recipiente. Por lo tanto es necesario proporcionar una medida bastante precisa del gas hidrógeno contenido en un recipiente, similar a un indicador de nivel de combustible en un automóvil de combustión interna estándar. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Consecuentemente lo que se describe y reclama como la invención de los solicitantes es un recipiente de almacenamiento de gas hidrógeno que tiene un frasco con al menos una abertura de salida ^para cargar y descargar gas, el frasco encierra un hidruro metálico capaz de absorber y desorber gas hidrógeno y un indicador para medir la capacidad de hidrógeno remanente en el material de hidruro. Para permitir adicionalmente la distribución del hidrógeno a través del hidruro, puede colocarse una matriz porosa en dicho material de hidruro metálico para proporcionar una distribución eficiente del gas hidrógeno en ese material de hidruro metálico. El indicador de nivel de combustible puede comprender adicionalmente montajes secundarios para determinar la capacidad de hidrógeno, y puede depender de principios diferentes, por ejemplo, un indicador de presión sensible a la presión de meseta indicativo de la capacidad de hidrógeno, un sensor piezoeléctrico que en combinación con una cámara rígida en la cual el material de hidruro está empacado estrechamente proporcione una diferencial de presión indicativa de la capacidad de hidrógeno, o un sensor de resistividad que en combinación con una cámara en la cual el material de hidruro se empaca proporcione una diferencial de resistencia indicativa de la capacidad de hidrógeno. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS .La figura 1 ilustra una vista en elevación de un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la presente invención. La figura 2 es una gráfica que muestra la .relación entre la capacidad de hidrógeno y la presión de hidrógeno a diferentes temperaturas. La figura 3 ilustra en una vista en perspectiva una primera modalidad del indicador de nivel de combustible de conformidad con la presente invención. La figura 4 ilustra una segunda modalidad del indicador de nivel de combustible de conformidad con la presente invención. La figura 5 ilustra aún otra modalidad de la presente invención. La figura 6 es una vista detallada de la porción indicadora del recipiente de almacenamiento de hidruro inventivo mostrado en la figura 5. La figura 7 ilustra otra modalidad de la invención que modifica la modalidad ilustrada en la figura 5. La figura 8 ilustra aún otra modalidad de un sistema de indicador de nivel de combustible de conformidad con la presente invención.

La figura 9 ilustra aún otra modalidad de la presente invención. La figura 10 es una vista detallada de la sección transversal de la modalidad mostrada en la figura 9. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la figura 1 se muestra un dispositivo de almacenamiento de gas hidrógeno 10, de conformidad con una modalidad de la presente ^nvención. El dispositivo de almacenamiento 10 comprende un frasco de almacenamiento 12, normalmente botellas de acero o de aluminio usadas para contener un material de hidruro para almacenar hidrógeno, tal como el descrito en la patente estadounidense asignada comúnmente con el número 4,396,114. El dispositivo 10 adicionalmente incluye una abertura 14 a través de la cual se carga o descarga el hidrógeno del frasco 12. La abertura 14 se cierra por 'medio de una válvula herméticamente sellada 16, controlada por una perilla 15, tal como se conoce en las técnicas anteriores. Al girar la perilla 15 a una posición cerrada cierra la válvula 16, la cual deberá permanecer cerrada en tanto no se conecte el frasco a otro dispositivo conectado (no mostrado) que utilice el hidrógeno almacenado en el frasco 12, por ejemplo, una celda combustible, una celda electroquímica de níquel hidrógeno o un motor de combustión de hidrógeno (no mostrado) . La válvula 16 incluye una salida de. fluido 18 a través de la cual se carga o descarga el hidrógeno únicamente cuando la salida de fluido 18 se conecta directamente ya sea a un dispositivo conectado de carga o de descarga de hidrógeno. En esta modalidad, se conecta un indicador de nivel de combustible 20 a la válvula 16 por medio de un miembro de comunicación fluida 22. El indicador de nivel de combustible 20 puede adoptar una de varias formas de acuerdo con una de varias modalidades de la invención que se describen más adelante. Con referencia a las figura 1 y 3, la figura 3 ilustra una sección detallada del indicador de nivel de combustible 20 mostrado en una vista en perspectiva. El indicador de nivel de combustible 20 comprende un miembro de comunicación fluida 22 para conexión con la válvula 16. El miembro de comunicación fluida 22 proporciona comunicación fluida entre un cuerpo de indicador de nivel de combustible 24 y la válvula 16 de tal manera para indicar la presión del hidrógeno contenido en el f asco 12. El cuerpo del indicador de nivel de combustible 24 puede comprender un indicador de presión de hidrógeno estándar, tal como se conoce para otros gases . El indicador de nivel de combustible/indicador de presión tiene una carátula 32 en la cual un indicador indica la presión del hidrógeno en el frasco 12. El indicador puede comprender un indicador de aguja 30, tal como se muestra. La carátula 32 del indicador 20 es diferente de otros indicadores de presión porque tiene una pluralidad de escalas, tal como se explicará más adelante con referencia a la gráfica en la figura 2. Se necesitan varias escalas con el fin de que sea capaz dé indicar con precisión la cantidad de capacidad de hidrógeno que queda en el frasco 12. Tal como se conoce en el campo de la hidruración, la presión del gas hidrógeno que se almacena en un hidruro no se correlaciona directamente con la presión del hidrógeno en el frasco, como se esperaría con un dispositivo/de almacenamiento general de tipo no hidruro. Además, debido a las características peculiares del proceso de hidruración/deshidruración, la temperatura del hidruro y del gas hidrógeno en el frasco también genera una variabilidad en la cantidad de gas hidrógeno dentro del frasco 12 indicada como disponible para uso. Con referencia ahora a la figura 2, se correlaciona una gráfica de la capacidad de hidrógeno de un hidruro M con la presión en el'' frasco 12 del gas hidrógeno marcado como PH2-Las características de los hidruros requieren que el hidruro absorba una cantidad mayor de hidrógeno en el cargado inicial del frasco 12 con un gas hidrógeno. Al ser absorbido el gas hidrógeno por el hidruro, se alcanza una presión de equilibrio en el frasco 12 entre el hidrógeno que es absorbido en el hidruro y el gas hidrógeno que flota libremente dentro del frasco de gas hidrógeno 12. Al continuar cargándose hidrógeno adicional presurizado dentro del frasco 12, el hidrógeno continúa absorbiéndolo el hidruro a una velocidad lenta hasta alcanzar un punto en la curva de presión de equilibro, conocida como presión de meseta. La presión de meseta de las isotermas 40, 42, 44 se muestra en la figura 2. La presión de meseta de la isoterma 40, que indica la presión tomada a una temperatura constante de 20°C, comienza en un punto aproximadamente alrededor de 50 y termina en un punto aproximadamente alrededor de 52. La isoterma 40 se describe aquí en un ejemplo para indicar cómo varía con la presión la cantidad de hidrógeno que se absorbe al aumentar la presión del gas hidrógeno cuando se introduce gas hidrógeno presurizado adicional dentro del frasco 12. El aplanamiento de la curva de isoterma entre los puntos 50 y 52, reconocido en general en el campo de los hidruros como la presión de meseta, proporciona el medio a través del cual ' esta modalidad de la invención se hace efectiva. La presión de meseta de la isoterma 40 indica que la absorción del gas hidrógeno en el hidruro es más rápida durante el lento incremento de presión de la meseta, entre los puntos 50 y 52. Como puede observarse, la isoterma 40 proporciona una capacidad mayor en la presión de meseta, como lo hacen las otras isotermas 42 y 44. Por lo tanto, un indicador de nivel de combustible que se calibra para que sea sensible a variaciones ligeras en presión en o alrededor de las presiones de meseta será capaz de proporcionar una indicación razonable de la capacidad de hidrógeno contenido en el hidruro colocado dentro del frasco 12.

El fenómeno del gas hidrógeno absorbido por el hidruro a lo largo de temperaturas variables es un resultado de la isoterma de una presión de equilibrio medida mientras la temperatura es mantenida a un temperatura constante, como se muestra en la figura 2. Por otro lado, si la presión del gas hidrógeno en el frasco 12 se mantiene a un valor constante, por ejemplo, como se muestra en la figura 2, la capacidad de hidrógeno del hidruro aumenta al disminuir la temperatura a presión constante P2. Es decir, al disminuir la temperatura de la isoterma 44 (30°C) a la isoterma 42 (25°C) , la capacidad aumenta de Mx a M2, y para la isoterma 40, (20°C) , la capacidad aumenta a M3. Similarmente, para una capacidad constante, por ejemplo, Mi, puede esperarse una mayor presión de equilibrio del material de hidruro con una temperatura mayor porque manteniendo la capacidad constante y aumentando la temperaturá calienta al hidruro y provoca la liberación de hidrógeno mediante desorción aumentando con ello la presión en el frasco 12. Además, como puede observarse de las gráficas, la calibración y la mayor sensibilidad del aparato de medición de presión a presiones inmediatamente por debajo de Pi, en la región de la presión de meseta de cada una de las isotermas 40, 42, 44, indicaría con mayor precisión la capacidad remanente, aún cuando la capacidad varíe de manera más inclinada con base en diferenciales de presión más pequeños.

Sin embargo, las presiones de meseta tal como se muestran en la figura 2 pueden indicar únicamente una presión específica sin referencia a la cantidad subyacente de gas hidrógeno y al punto de equilibrio que se logra a cualquier temperatura específica. Una presión constante Pi, tal como se muestra en la figura 2, sería indicativa de las diferentes capacidades de hidrógeno, es decir, Mi, M2, M3, cada una dependiendo de la temperatura experimentada en el frasco de gas hidrógeno 12 y del material de hidruro dentro del frasco. En otras palabras, la misma presión Pi puede ser indicativa de una mayor o menor cantidad de hidrógeno almacenado en el hidruro, tal como se muestra por medio de los valores Mi, M2, y M3, que son la intersección del valor de Pi con cada una de las diferentes isotermas 44, 42, 40, respectivamente . Es necesario una correlación entre la temperatura del contenido del frasco 12 y la temperatura que es indicada por el indicador de nivel de combustible 20, lo cual da cuenta de la presión que es indicada es dependiente de ' la temperatura para indicar con precisión la capacidad de hidrógeno M. Por lo tanto, con referencia nuevamente a la figura 3, la carátula 32 del indicador de nivel de combustible 20 incluye una pluralidad de escalas 34, 36, 38, cada una de las cuales indica la temperatura a la cual esa presión deberá, ser medida. Una tira separada dependiente de la temperatura 39 puede indicar por medio de un color variable qué temperatura está siendo experimentada por el sistema 10, la tira 39 puede mostrar por medio de un cambio de color de azul a verde la diferencia en temperatura entre 20°C, 25°C, y 30°C, respectivamente. Por ejemplo, nuevamente usando la isoterma 40 como ejemplo, una presión ?? tal como la muestra el indicador 30 es indicativa de que a 20°C, la isoterma de presión de equilibrio indica una capacidad M3 del hidrógeno dentro del frasco 12 y mediante una calibración de la cantidad de presión, la escala 34 indica que el valor de M3 se correlaciona con la capacidad total del hidrógeno en el hidruro. Por lo tanto, mediante una indicación de una tira azul 39 un observador sabe que la temperatura está en 20°C. El observador, que está leyendo el indicador 20 sabe que tiene que referirse al indicador de nivel de combustible a la temperatura dé 20°C, es decir, a la escala 34, para obtener una indicación de la capacidad del hidrógeno que queda en el frasco. Por el contrario, si la tira 39 muestra un color verde, que se correlaciona con la isoterma de 25 °C el observador notará que la escala 36 es indicativa de que la cantidad del combustible presente' dentro del frasco 12 está a la mitad de su capacidad. Finalmente, si la tira 39 indica la temperatura como roja, es decir, que la escalla a 30°C es apropiada, entonces el observador sabe que debe observar la escala 38, que correlaciona a 30°C, y podría conocer que la capacidad del combustible está próxima a vaciarse. Con referencia ahora a la figura 4, se indica en ella una carátula 132 en un indicador 130 de otra modalidad de la invención, en el cual en lugar de tener varias escalas diferentes, como en la modalidad 20 de la figura 3, la carátula 132 únicamente tiene una escala que es visible en cualquier momento, cuya espala visible, depende de la temperatura. Las tiras de material sensible a la temperatura, tal como las usadas para la tira 39 (figura 3) , y que se conocen y están disponibles de Omega Engineering, Inc. localizado en Stamford, Connecticut, se colocan en partes apropiadas de la carátula 132 de esta modalidad del indicador de nivel de combustible. Cada escala 134, 136, 138 y 140 aparece y se hace fácilmente visible para que sea vista por un observador' sólo a la temperatura apropiada. Por ejemplo, si la temperatura es 20°C, la escala azul 134 aparece mientras que las otras escalas están oscuras o indican un color más oscuro. Por lo tanto sólo la escala 134 ' es fácilmente visible porque es más brillante que las otras escalas, como resultado de la sensibilidad a la temperatura de la escala 132 a · la temperatura de 20°C, y el observador sabe que solo debe ver esa porción de la carátula 132 que se refiere a la escala de la isoterma 134, apropiada para la temperatura de..20°C. Similarmente, en la carátula indicadora 132, se iluminarán otras escalas 136, 138, 140 a las temperaturas asociadas, por ejemplo, 25°, 30° ó 35°, respectivamente. Cada una de estas escalas es indicada mediante las líneas punteadas en la carátula 132 de la figura 4. Por lo tanto, el uso de esta modalidad particular aseguraría que se leyera la temperatura correcta porque sólo una parte de la carátula del indicador de nivel de combustible 132 sería visible^ al observador a la temperatura apropiada . En otro aspecto de la invención, tal como se muestra en la figura 5, el frasco de almacenamiento 112 tiene una porción 114 que proporciona un inserto para un indicador de nivel de combustible 116. Preferentemente, el indicador de nivel de combustible 116 está inserto en la porción 114 colocado cerca del fondo del frasco 112 , tal como se muestra en la figura '5. Alternativamente, el indicador de nivel de combustible puede colocarse en una pared lateral de un frasco (no mostrado) . La figura 6 es una vista detallada de un indicador de nivel de combustible de conformidad con la presente modalidad de la invención. El indicador de nivel de combustible 116 comprende un recipiente 118, que define una cámara 122, la cual retiene rígidamente una aleación de hidruros 120 dentro de la cámara 122. El recipiente 118 comprende preferentemente un material rígido, tal como acero o un tipo similar de material que no se expande mucho como resultado de un aumento en la temperatura. El material de aleación de hidruro 120 se mantiene dentro de la cámara 122 en tal forma que cualquier expansión de la aleación de hidruro 120 debe efectuarse dentro de la cámara 122 a lo largo de una dirección longitudinal tal como se muestra mediante las flechas 121. El recipiente 118 comprende específicamente una cámara orientada longitudinalmente 122 que contiene al material de aleación de hidruro 120. Preferentemente, el material de aleación de hidruro dentro de la cámara 122 es el mismo material de aleación que está presente dentro del resto del frasco 112. Es un fenómeno conocido que las aleaciones de hidruración/deshidruración presentan una expansión considerable durante el proceso de absorción de hidrógeno y puede expandir tanto como 10 a 25% en volumen cuando la aleación absorbe desde una capacidad cero hasta una capacidad total de hidrógeno. Preferentemente, la aleación de hidruro se coloca dentro de un recipiente que se extiende longitudinalmente de tal manera que amplía los efectos del proceso de expansión por la forma del recipiente. Por lo tanto, el aumento en capacidad de hidrógeno en la aleación específica puede proporcionar una mayor o menor expansión de presión dependiendo de la cantidad de hidrógeno que se ha absorbido en esa aleación.

Con el objeto de que el hidrógeno sea absorbido y para que sea indicativo de la cantidad de hidrógeno que se ha absorbido en la aleación en el frasco 112, preferentemente existe un medio para comunicar y proporcionar el hidrógeno en la misma cantidad de presión dentro del recipiente 118 que está presente en el resto del frasco 112. Por lo tanto se coloca un medio de comunicación entre el frasco 112 y la cámara 122, tal como una ma,lla perforada (no mostrada) o abertura 126, como se indica en la figura 6. Cada una de las siguientes modalidades de la invención dependen de la estructura específica del inserto 114, tal como se muestra en la figura 5, de tal manera que el medio sensible a diferentes presiones para mostrar la cantidad de capacidad de hidrógeno que queda en el frasco 112, de acuerdo con cada una de las modalidades descritas más adelante, será indicativo de la invención tal 'como se describe . En una modalidad de la invención que utiliza la cámara ilustrada en la figura 6, el indicador de nivel de combustible se conecta y trabaja directamente con ' un diafragma 150. El indicador de nivel de combustible 140 puede ser un indicador estándar que muestra la cantidad de expansión de la aleación en la cámara 122 por medio de una escala sencilla en la carátula 142 del indicador 140 y un indicador de aguja 144, tal como se muestra. La carátula 142 puede tener una forma y dimensiones que coinciden con el tamaño de la abertura 116 en la pared del frasco 112. Por lo tanto una persona que desea medir la capacidad de hidrógeno que queda en el frasco 112 simplemente necesita observar la carátula 142 para ver la indicación de la aguja de la expansión del material de hidruro metálico, lo cual se correlaciona aproximadamente con la cantidad de capacidad de hidrógeno remanente. En la carátula 142 se muestra una escala sencilla porque la expansión volumétrica física del material de hidruro metálico contenido depende en un grado mucho mayor a la cantidad de hidrógeno que está contenido en el material de hidruro metálico que su dependencia en la temperatura del material de hidruro. La correlación de expansión volumétrica es mucho más dependiente de la cantidad de absorción de hidrógeno que puede descartarse efectivamente el efecto de expansión de la temperatura. Sin embargo, si se deseara una lectura más precisa, de tal manera que se tome en cuenta la expansión volumétrica del material de hidruro el cual se contribuye por un aumento en la temperatura, también puede proporcionarse una escala calibrada en la carátula 142, similar a las carátulas 32, 132 mostradas respectivamente en las figuras 3 ó 4. El diafragma 150 (figura 6) del recipiente 118 cierra la comunicación de fluido o gas para proporcionar un sello hermético del . frasco 112 en la abertura 116. El diafragma 150, está en contacto ya sea directamente o indirectamente con la porción del material de hidruro 120, el cual es capaz de expandirse en la dirección de la flecha 121, la expansión en las otras direcciones están restringidas por la naturaleza rígida de las paredes del recipiente 118. Por lo tanto, con el empacado correcto del material de hidruro 120, toda la expansión volumétrica se traduce en la dirección longitudinal, mostrada por la flecha 121. Utilizando los principios de movimiento hidráulico, una abertura de tamaño pequeño de la abertura 152, cubierta por el diafragma 150, traduce una expansión volumétrica de 10 a 25% del material de hidruro 120 en una fuerte presión de actuación longitudinal que actúa sobre el diafragma 150. Un poste 156 conecta al diafragma 150 con el indicador 140, de tal manera que la variación longitudinal en el poste 156 gira la aguja 144 hacia la indicación apropiada de capacidad de hidrógeno en el material de hidruro metálico 120 en la cámara 118. El material de hidruro metálico 120 es preferentemente idéntico al del material de hidruro metálico dentro 'del frasco 112, de tal manera que las características de absorción de hidrógeno del material de hidruro contenido son las mismas. Es decir, un buen empacado del material de hidruro 120 y la distribución efectiva, del gas hidrógeno introducido por medio del conducto de comunicación fluida 126 ocasionará una . absorción de hidrógeno idéntica, y consecuentemente, una expansión volumétrica idéntica del material de hidruro, proporcionando así una lectura razonablemente precisa de la capacidad de hidrógeno del frasco 112. Alternativamente, puede utilizarse dentro de la cámara 122 un material de aleación diferente el cual es más susceptible a la expansión volumétrica, para aumentar el efecto de la expansión de hidrógeno. Es decir, el material de aleación de hidruro metálico, el cual se expande más que el material de hidruro general en el frasco 112 , proporcionará una fluctuación relativa mayor en el volumen de material de hidruro dentro de la cámara 122, permitiendo de esta manera una mayor precisión en la lectura de la escala en la carátula 142. Si se utilizan dos hidruros metálicos diferentes, debe tenerse cuidado, de tal manera que las presiones de meseta de cada uno de lós hidruros pueda correlacionarse para calibrar con precisión la escala. Con referencia ahora a la figura 7, se describe otra modalidad del recipiente 218, el cual tiene dimensiones y una forma que permite su inserción en la abertura 116 del frasco 112 (figura 5) . El recipiente 218 comprende paredes rígidas 219, una abertura 222, y un material de hidruro metálico 220, el cual puede ser idéntico al material de hidruro en el frasco 112. Puede no ser necesario un conducto de comunicación fluida (no mostrado) en ésta o cualquiera de las modalidades descritas anteriormente, si las paredes de restricción rígidas 219 del recipiente 218 comprenden un material que mantiene su rigidez, pero que también es poroso para el gas hidrógeno. Es preferible este arreglo, porque es posible una distribución más eficiente y uniforme del hidrógeno dentro de la cámara 218, permitiendo que el gas hidrógeno sea absorbido por el material de hidruro metálico 220 de manera uniforme, proporcionando con ello características de expansión continua. Desde luego, son posibles otros medios de visualización con el indicador de nivel de combustible de la invención. Por ejemplo, el diafragma se puede acoplar con un indicador electrónico de presión o con otro tipo de indicador que proporcione la información requerida al operador. Por ejemplo, como se muestra en la figura 7, el recipiente rígido 218 proporciona un diafragma 240 que comprende un plástico sensible a la presión, que cambia de color, por ejemplo, de azul a rojo, dependiendo de la cantidad de presión que se experimente. El diafragma de plástico sensible a la presión 240 puede mantenerse en su lugar cómodamente contra el material de hidruro metálico 220 por medio de una cubierta de vidrio 242 y un engaste roscado 250, el cual al atornillarse en su lugar, choca contra la cubierta de vidrio 242 de tal manera que sella la abertura 222 y evita la fuga del gas hidrógeno fuera del frasco 112.

El diafragma de plástico sensible a la presión 240 tendría características que producen un cambio a un color diferente, dependiendo de la cantidad de presión longitudinal ejercida en el diafragma 240 por el material de hidruro 220 contenido en la cámara 222. Por ejemplo, El diafragma puede fijarse para mostrar un color azul cuando el hidrógeno se ha agotado del material de hidruro de tal manera que no es evidente ninguna expansión del material de hidruro, podría mostrar un color verde cuando tiene aproximadamente un medio de capacidad, cuando se mide en o cerca de la presión de meseta, tal como se muestra en la figura 2, y podría ser un color rojo cuando el hidrógeno está completamente cargado en el material de hidruro y el material de hidruro 220 no puede absorber más hidrógeno. Desde luego que, la presión ejercida por el material de hidruro que actúa sobre el diafragma 240 se afectaría ''por la presión longitudinal ejercida por el material de hidruro 220. Se contempla que la presión de expansión volumétrica sería mayor que la presión ejercida por el gas hidrógeno dentro de la cámara 222. Pueden ser necesarios medios apropiados, tales como un ajuste atornillable del engaste 250, para calibrar adicionalmente el código de color del diafragma 240 contra la capacidad de hidrógeno del material de hidruro en el frasco 112. Con referencia ahora a la figura 8, se muestra otra modalidad del. indicador de nivel de combustible 310 inventivo, el cual comprende un frasco 312, e incluye un puerto 314 a través del cual se extienden las líneas de conducción 316, 318 dentro del frasco 312. Cada una de las líneas de conducción 316, 318 se conectan a sensores de condición que detectan condiciones dentro del frasco 312. Por ejemplo, las líneas de conducción 316 se conectan a un transductor de presión (no mostrado) dentro del frasco que puede detectar ya sea la presión de gas hidrógeno dentro del frasco 312 o preferentemente, la presión detectada por un transductor piezoeléctrico 320 en el frasco 312. El transductor del sensor de presión puede proporcionar una lectura directa de la presión de gas hidrógeno, o puede tener un recipiente (no mostrado) , similar al recipiente 218 (figura 6) , el cual es sensible a la presión ejercida por una unidad de material de hidruro autocontenida . En cualquier caso, el transductor 320 genera una señal eléctrica la cual corresponde a un valor de presión y la transmite a un controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés) o microprocesador 330, colocado preferentemente fuera del frasco 312, tal como se muestra por medio de las líneas punteadas 326. Un segundo conjunto de líneas de conducción 318 se conecta a un sensor de temperatura 322 también colocado dentro del frasco 312, el cual puede comprender, por ejemplo, un termopar o., un dispositivo de temperatura de resistencia (RTD, por sus siglas en inglés) . El sensor de temperatura 322 genera también una señal a través de las lineas de conducción 318, la cual se transmite también al procesador central 330 por medio de las líneas de conducción punteadas 328. El procesador 330 recibe las señales transmitidas por los sensores 320, 322 y mediante manipulación eléctrica usando un algoritmo predeterminado, puede calcular un valor para la capacidad de hidrógeno en el frasco 312. Ese valor puede ser un valor analógico o, preferentemente digital, el cual puede mostrarse mediante una pantalla 332 conectada al procesador central 330. Alternativamente, o conjuntamente con el procesador central 330, los valores de la presión y la temperatura detectados por los sensores 320, 322 pueden corroborar en forma independiente que la pantalla de la '' capacidad de hidrógeno 332 está proporcionando datos razonables, o'' el operador puede utilizar los datos en las pantallas 336, 338, colocadas en línea con las líneas de conducción 316, 318, respectivamente, para determinar en forma independiente la capacidad de hidrógeno por ejemplo, haciendo referencia a una tabla. Alternativamente, las pantallas pueden por sí mismas visualizarse, por ejemplo, por medio de las pantallas 336, 338, respectivamente, de cuyos valores un operador puede determinar la presión del gas hidrógeno en el frasco 312 o alternativamente, en la presión piezoeléctrica detectada por un transductor 320 dentro del frasco 312. Las líneas de conducción 316, 318 pueden unirse permanentemente a los puertos del sensor 314, o las líneas de conducción pueden desprenderse y proveerse con una unidad de microprocesador portátil 330 que puede conectarse a los puertos 314 cuando se desea la información acerca de las condiciones en el frasco 312. En las figuras 9 y 10 se ilustra aún otra modalidad de la presente invención. Un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno 410 incluye un frasco de almacenamiento 412 que tiene una porción de inserción 414 dispuesta en el lado de la pared del frasco 412, aunque la disposición de la porción de inserción 414 puede estar en la pared del fondo del frasco 412, tal como se muestra en la modalidad de la figura 5, o aún en la válvula 416 (no mostrada) . La porción de inserción 414 comprende un puerto para un conjunto de alambres de conducción aislados 418 para proporcionar una conexión eléctrica a un miembro de resistencia 420 en el frasco 412 y se describirá con mayor detalle más adelante con referencia a la figura 10. Fuera del frasco 412, las líneas de conducción 418 se conectan eléctricamente a un dispositivo 440 para medir la resistencia eléctrica. El dispositivo 440 puede incluir una pantalla 442, tal como se muestra, que indica la resistencia o, alternativamente, indica la capacidad de hidrógeno a partir de la señal de resistencia eléctrica recibida de los alambres de conducción 418 y puede accederse a un algoritmo calibrado en un circuito de control lógico 444 en el dispositivo 440 para calcular la capacidad de hidrógeno de la señal de resistencia recibida del interior del frasco 412. Las lineas de conducción 418 pueden usarse también con un dispositivo portátil individual de medición de resistencia 440, siendo las líneas de conducción 418 capaces de unirse temporalmente a enchufes eléctricos (no mostrados) dispuestos en la porción de inserción 414, por ejemplo, similar a un receptáculo eléctrico. Esta característica permitiría que un operador transportara el dispositivo de medición 440, enchufara las líneas de conducción 418, midiera la capacidad de hidrógeno, extrajera las líneas de conducción 418 del enchufe inserto y continuara monitoreando otros dispositivos 410. El principio, mediante el cual opera el dispositivo 410, depende de 'Otra característica de los hidruros, que correlaciona la mayor resistividad con la mayor capacidad de hidrógeno. Mientras que no se ha establecido definitivamente una correlación directa, es una correlación suficientemente suave para proporcionar una indicación precisa de la capacidad de hidrógeno, después de una calibración apropiada. Es decir, dado que el aumento en la resistividad proporciona una correlación conocida con la capacidad de hidrógeno contenida en el hidruro, el conocimiento de la resistencia eléctrica local del hidruro puede traducirse directamente a un valor de capacidad de hidrógeno. En el contexto de los materiales de aleaciones de hidruros metálicos contemplados para uso en la presente invención, se conoce que la resistencia puede variar hasta 200% entre un valor cuando no hay hidrógeno contenido por el Mdruro y en o cerca del punto de saturación total del material de hidruro para el hidrógeno presurizado.

Con referencia ahora a la figura 10, el miembro de resistencia 420 de la figura 9 se muestra en una vista detallada de sección trasversal. El miembro de resistencia 420 se dispone internamente dentro del frasco 412, pero se comunica por medio de señales eléctricas transmitidas a través de las líneas de conducción eléctricas 418 en el inserto 414, como se describió anteriormente. Cada una de las líneas de conducción eléctricas 418 termina en las terminales 422 que están integradas dentro de una cámara interna estrechamente ''empacada 424. Es preferible que la cámara 424 tenga paredes cilindricas 426 y paredes de extremo 428 que definen un cilindro y las terminales 422 están espaciadas una de la otra y cada una dispuesta adyacente a cualquiera de las dos paredes de extremo 428 del cilindro. Alternativamente, pueden usarse otras formas, por ejemplo, formas hexagonales o cuadradas vistas en sección transversal. Las paredes 426, 428 de la cámara 424 comprenden un material de aislamiento eléctrico que es permeable al gas hidrógeno, por. ejemplo Teflón® disponible de E.I. du Pont de Nemours and Company, de Wilmington, Delaware . La permeabilidad del material que comprende las paredes 426, 428 permite que el hidrógeno se absorba y desorba libremente e igualmente por el material de aleación de hidruro 430 dentro de la cámara 424. La separación espacial entre las terminales 422 puede estar predeterminada para proporcionar una resistencia deseada entre las terminales para una cámara 424 de tamaño especificado. / La cámara 424 se empaca estrechamente con el material de hidruro metálico 430, en forma de polvo, hasta una densidad predeterminada para proporcionar un nivel de resistencia predeterminado, el cual varía dependiendo de la capacidad de hidrógeno del material de hidruro 430. Preferentemente, el material de hidruro es idéntico tanto en la cámara 424 como en el resto del frasco 412, de tal manera que la capacidad de hidrógeno del' material de hidruro coincide a lo largo del dispositivo, proporcionando de esta manera una lectura precisa de la capacidad de hidrógeno del material de hidruro dentro del frasco 412. Durante la operación, se transmite una señal desde el miembro de resistencia 420 que es indicativo de la resistencia entre ' las terminales 422, y también es esencialmente idéntica a la resistencia del material de hidruro dentro del frasco 412. Esta señal es enviada a un dispositivo de medición de resistencia 440, el cual analiza la señal y utilizando un algoritmo calibrado accedido en el circuito de control lógico 444 determina la capacidad de hidrógeno en el material de hidruro de aleación metálica en el frasco 412. Esta modalidad proporciona alguna ventaja porque el dispositivo de medición de resistencia 440 también absorbe hidrógeno, y por lo tanto el espacio tomado por el dispositivo 440 no esta subutilizado, sino que se utiliza en el almacenamiento del hidrógeno. Otras modificaciones y alteraciones las puede apreciar una persona con experiencia en la técnica a partir de un entendimiento de la presente invención. Por ejemplo, pueden modificarse o substituirse diferentes combinaciones de sensores y/o indicadores coloreados por aquellos descritos . Alternativamente, se pueden detectar otros tipos de condiciones por otro tipo de sensores no descritos aquí en detalle. Por éjemplo, puede proporcionarse un sensor de peso, ya sea internamente dentro del frasco o externamente, el cual mida el peso del material de hidruro, usando un peso de tara para la botella y válvulas, si se mide externamente, para proporcionar una medida alternativa o adicional de la capacidad de hidrógeno. Asimismo, se sabe que la medición del efecto Hall de un material, tal como el material de hidruro, cambia las propiedades electromagnéticas del material con el incremento en la capacidad de hidrógeno. Se contempla que un sensor de este tipo puede indicar la capacidad de hidrógeno de un material de hidruro encerrado mediante la inducción de un campo magnético y la medición de las propiedades eléctricas, tal como voltaje, del material. Se requerirá que la calibración del material contra capacidades conocidas proporcione lecturas precisas . Las modalidades antes descritas del indicador de nivel de combustible de hidrógeno inventivo deberán considerarse únicamente como ilustrativas no limitantes, limitándose la invención únicamente por las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere. pared del frasco, líneas de conducción unidas a terminales localizadas en lados opuestos de la cámara, siendo accesibles esas líneas de conducción en la parte externa a la pared del frasco y un dispositivo de medición" de resistencia que puede unirse a las líneas de conducción para medir el nivel de resistencia eléctrica en el material de hidruro dispuesto dentro de la cámara, siendo el nivel de resistencia indicativo de la capacidad de hidrógeno almacenado en el material de 'hidruro metálico dispuesto en el frasco. 16. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la cámara ' adicionalmente comprende paredes rígidas de un material aislante permeable al gas hidrógeno. 17. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el material permeable al gas hidrógeno adicionalmente comprende un polímero. 18. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno- de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el material permeable al gas hidrógeno adicionalmente comprende Teflón®. 19. Un recipiente de almacenamiento de hidrógeno, caracterizado porque comprendé: a) un frasco encerrado que tiene una pared y al menos una abertura de salida ¦ para cargar y descargar gas hidrógeno; b) un material de hidruro metálico contenido dentro del frasco, siendo el material capaz de absorber y desorber gas hidrógeno, e incluye una matriz porosa dispuesta en el material de hidruro metálico para proporcionar una distribución eficiente del gas hidrógeno en el material de hidruro metálico; y c) un indicador de nivel para medir' la capacidad de hidrógeno que permanece absorbido con el material de hidruro metálico y que está disponible para descargarse a través de la al menos una abertura de salida.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un recipiente de almacenamiento de gas hidrógeno (10) tiene un frasco (12) con al menos una abertura de salida (14) para cargar y descargar gas, el frasco (10) encierra un hidruro metálico (120) capaz de absorber y desorber gas hidrógeno y un indicador de nivel (20) para medir la capacidad de hidrógeno que permanece en el material de hidruro (120) . Para permitir adicionalmente la distribución del hidrógeno a través del material de hidruro (120) , puede colocarse una matriz porosa en el material de hidruro metálico (120) para proporcionar una distribución eficiente del gas hidrógeno en el material de hidruro metálico. El indicador de nivel de combustible (20) puede comprender adicionalmente montajes secundarios para determinar la capacidad de hidrógeno, cada uno de los cuales depende, para operar, de una propiedad diferente del material de hidruro metálico (120) . Por ejemplo, un indicador de presión (130) sensible a la presión de meseta indicativa de la capacidad de drógeno, un sensor piezoeléctrico (116) que en combinación con una cámara rígida en el cual el material de hidruro (120) se empaca estrechamente proporciona una diferencial de presión indicativa de la capacidad de hidrógeno, o un sensor de resistividad (420) que en combinación con una cámara (412) en el cual se empaca el material de hidruro proporciona un diferencial dé resistencia indicativo de una capacidad de hidrógeno.

Claims

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REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones . 1. Un recipiente de almacenamiento de hidrógeno, caracterizado porque comprende: a) un frasco encerrado que tiene una pared y al menos una abertura de salida P,ara cargar y descargar gas hidrógeno,- b) un material de hidruro metálico contenido dentro del frasco, siendo el material capaz de absorber y desorber gas hidrógeno,- y c) un indicador de nivel para medir la capacidad de hidrógeno que permanece absorbido con el material de hidruro metálico y que está disponible para descargarse a través de la al menos una abertura. 2. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el indicador adicionalmente comprende ' un indicador de presión en comunicación fluida con el frasco encerrado, el indicador de presión tiene una pluralidad de escalas para leer la cantidad de hidrógeno almacenado en el material de hidruro, siendo cada una de las escalas indicativa de la cantidad de hidrógeno almacenado a diferentes temperaturas. 32
3. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación' 2, caracterizado porque el indicador de presión adicionalmente comprende una porción de material sensible a la temperatura que cambia de color dependiendo de la temperatura ambiente, mediante lo cual se indica la escala apropiada proporcionando con ello la lectura correcta de la temperatura dependiente de la capacidad de hidrógeno .
4. El recipiente de almacenamien o de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el indicador de presión adicionalmente comprende un indicador, para proporcionar una característica de indicación para permitir a los observadores seleccionar la apropiada de esa pluralidad de escalas que corresponde a la temperatura ambiente del material de hidruro en el frasco .
5. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el frasco adicionalmente comprende una cámara rígida dispuesta adyacente' a la pared del frasco, que tiene una porción interna en comunicación fluida con el espacio encerrado por la pared del frasco, y una abertura visible en el exterior de la pared del frasco, y un indicador de combustible dispuesto en la abertura en .ese indicador de combustible siendo capaz 33 de indicar la capacidad de gas hidrógeno almacenado en el material de hidruro metálico dispuesto en el frasco .
6. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la cámara incluye un material de hidruro metálico, empacado estrechamente en el espacio encerrado por la cámara, estando el material de hidruro metálico en comunicación longitudinal con un elemento sensible a la presión dispuesto adyacente a la abertura, mediante lo cual los cambios volumétricos en el material de hidruro dentro de la cámara ocasionan cambios correspondientes en la presión ejercida por el material de hidruro como resultado de la expansión física ocasionada por la absorción de'' hidrógeno por ese material de hidruro.
7. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el indicador de combustible comprende un miembro sensible a la presión y la expansión o contracción del material de hidruro en la cámara ocasiona un diferencial de presión en el indicador de combustible, indicando con ello la cantidad de presión ocasionada por la expansión volumétrica del material, de hidruro en la cámara. 34
8. -El recipiente de ¦ almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el indicador de combustible adicionalmente comprende un plástico sensible a la presión encerrado capaz de cambiar de color como una indicación de la capacidad de hidrógeno del material de hidruro en el recipiente.
9. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el indicador de combustible adicionalmente comprende un miembro piezoeléctrico el cual produce una señal eléctrica indicativa de la presión ejercida por el material de hidruro metálico en esa cámara.
10. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el material de hidruro metálico en la cámara es idéntico al material de hidruro en el espacio encerrado por la pared del frasco .
11. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el material de hidruro metálico en la cámara es idéntico al material de hidruro en el espacio encerrado por la pared del frasco.
12. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el material de hidruro metálico en la cámara es idéntico al 35 material -de' hidruro en el espacio encerrado por la pared del frasco.
13. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque adi cionalmente comprende un sensor de temperatura dispuesto dentro del recipiente generando una señal eléctrica indicativa de una válvula de temperatura, ' siendo recibidas esas señales piezoelectricas y del sensor de temperatura por un procesador central, siendo el procesador central capaz de calcular el valor de la capacidad de hidrógeno con base en un algoritmo predeterminado.
14. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque adicionalmente comprende una pantalla digital para recibir un valor de capacidad de hidrógeno calculado por el procesador central y para visualizar el valor en la pantalla en un formato digital .
15. El recipiente de almacenamiento de hidrógeno de conformidad con la reivindicación 1, carac erizado porque el frasco , adicionalmente comprende una cámara dispuesta en la pared del frasco, estando la cámara empacada con material de hidruro metálico y en comunicación fluida con el espacio encerrado por la