專利名稱：氫儲(chǔ)存裝置的燃料計(jì)的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及氫儲(chǔ)存裝置，更特別地涉及利用金屬氫化物在低壓儲(chǔ)存大容量氫的裝置。
背景技術(shù)：
隨著在工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中使用氫氣的增加，在壓力下以氣態(tài)儲(chǔ)存氫的傳統(tǒng)方法被認(rèn)為是存在所不希望的風(fēng)險(xiǎn)。以氣態(tài)存儲(chǔ)氫通常是用大型笨重的鋼制氣罐在極高的氣壓(例如2,000psi)下實(shí)行的。
氫可以以液態(tài)形式儲(chǔ)存，通常是在隔熱的容器內(nèi)在很低的溫度下儲(chǔ)存。必須使用能量保持低溫以避免液態(tài)氫汽化或蒸發(fā)。因此，深冷氫的生產(chǎn)和儲(chǔ)存效率極低，因?yàn)閮?chǔ)存容器必須保持處于極冷的溫度。
近來(lái)，已經(jīng)將注意力指向在眾所周知的氫化物之類的金屬化合物中氫的儲(chǔ)存。金屬氫化物可以在低溫下以較小的體積儲(chǔ)存大量的氫。氫在具有氫化物的容器中的低壓儲(chǔ)存是較為安全的，而且允許氫容器的結(jié)構(gòu)形式與儲(chǔ)存氣態(tài)氫的容器有較大的不同。低壓氫化物容器的例子可以在共同被受讓的美國(guó)專利No.5,250,368、No.5,532,074和No.5,623,987中找到，這些專利文獻(xiàn)在此均引用為參考。
此外，氫儲(chǔ)存容器由發(fā)明代理人以其所制造的Ergenics ST系列使用氫化物的氫儲(chǔ)存裝置商標(biāo)名銷售，例如HY-STOR208氫化合金。關(guān)于這些儲(chǔ)存裝置和氫化合金的進(jìn)一步的信息，可以在此發(fā)明受讓人的網(wǎng)站www.ergenics.com.找到。固態(tài)可氫化材料儲(chǔ)存氫的使用也在大量的專利中公開，例如美國(guó)專利No.3,508,514、No.3,516,263、No.4,036,944、No.5,518,528、No.5,697,221和No.5,906,792。
這種金屬氫化物儲(chǔ)存裝置，在種類繁多的工業(yè)與實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用和環(huán)境中，具有多種用途和應(yīng)用。用途上的差異需要一種可以向用戶以各種容量提供可靠氫源的儲(chǔ)存系統(tǒng)。小儲(chǔ)存裝置通常用做實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的氫源，正如在上述例子中那樣。車輛運(yùn)輸系統(tǒng)或者公共事業(yè)設(shè)備應(yīng)用中，要求大得多的裝置提供所需用的氫。需要這樣的氫儲(chǔ)存系統(tǒng)，該儲(chǔ)存系統(tǒng)允許快速而容易地使用氫氣，而且，無(wú)論容器的尺寸與體積如何，儲(chǔ)存系統(tǒng)必須足夠堅(jiān)固耐用，能夠在寬廣的環(huán)境條件下正?？煽康毓ぷ?。
另一個(gè)主要的考慮在于，氫儲(chǔ)存裝置的用戶在必要時(shí)，檢測(cè)或計(jì)量在氫化物容器中可供進(jìn)一步使用的現(xiàn)有氫氣量的能力。精確地計(jì)量是理想的，但是，即使氫氣量的計(jì)量的可達(dá)性是所希望是，其精確度在15-30％之內(nèi)。
現(xiàn)有金屬氫化物氫儲(chǔ)存系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和正常運(yùn)行，使得精確計(jì)量現(xiàn)有氫氣的量特別困難。在上述以氣態(tài)儲(chǔ)存氫的氣體容器中，根據(jù)理想氣體定律(PV＝nRT)可以精確地估計(jì)現(xiàn)有氫氣的量，因?yàn)?，?dāng)溫度維持在一個(gè)恒定值時(shí)，氫氣的量直接正比于壓力。這之成為可能是因?yàn)檫@種類型的儲(chǔ)存系統(tǒng)中，當(dāng)適量的氫氣量(n)從系統(tǒng)中引出而被使用時(shí)，容積V和溫度T本質(zhì)上保持恒定。氫氣的使用，當(dāng)其從容器中引出，被指示為氫氣量(n)的減小，并產(chǎn)生一個(gè)直接成比例的壓力P的減小。這樣，可以通過(guò)精確的壓力P的讀數(shù)，以極高的精確度估計(jì)在容器中現(xiàn)有氫氣的量。
但是，因?yàn)闅錃馐墙Y(jié)合在金屬氫化物的晶格結(jié)構(gòu)中，使用氫化物的儲(chǔ)存容器，不能把壓力P作為與容器中剩余氫氣量(n)的直接比例度量。因此需要提供一種對(duì)容器中所包含的氫氣量令人滿意的精確測(cè)量方法，這種方法類似于標(biāo)準(zhǔn)的汽車內(nèi)燃機(jī)中的燃料計(jì)。
發(fā)明概述因此，申請(qǐng)人所說(shuō)明和所要求保護(hù)的發(fā)明，是一種氫氣儲(chǔ)存容器，該儲(chǔ)存容器具有罐，該罐具有至少一個(gè)注入和放出氣體的通路開口，罐內(nèi)封裝一種金屬氫化物，該金屬氫化物可以吸收氫氣和解吸收氫氣；計(jì)量器，其測(cè)量保存在氫化材料內(nèi)的氫氣的容量。為了進(jìn)一步允許氫在整個(gè)氫化物中分布，可以在所述金屬氫化材料內(nèi)設(shè)置一種多孔基質(zhì)，以保證氫氣在所述金屬氫化材料中有效地分布。燃料計(jì)可以進(jìn)一步包括確定氫容量的子組件，并可以基于不同的原理，例如壓力計(jì)，該壓力計(jì)對(duì)氫容量的坪壓力指示敏感；壓電傳感器，該壓電傳感器與嚴(yán)密封裝了氫化材料的剛性容器相結(jié)合，提供氫容量的壓差指示；或者電阻率傳感器，該電阻率傳感器與封裝了氫化材料的容器相結(jié)合，提供氫容量的電阻率差的指示。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種氫儲(chǔ)存裝置的正視圖；圖2為曲線圖，示出了在不同溫度下氫容量與氫壓力之間的關(guān)系；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料計(jì)的第一實(shí)施例的透視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料計(jì)指示計(jì)的第二實(shí)施例；圖5示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例；圖6為圖5所示所發(fā)明的氫化物儲(chǔ)存容器指示計(jì)部的詳細(xì)視圖；圖7示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例是通過(guò)修改圖5中的實(shí)施例而獲得的；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料計(jì)系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例；圖9示出了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例；圖10為圖9所示實(shí)施例的詳細(xì)橫截面視圖。
對(duì)推薦實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的氫氣儲(chǔ)存裝置10如圖1所示。儲(chǔ)存裝置10包括用于封裝氫化材料以儲(chǔ)存氫的儲(chǔ)存罐12，通常為鋼瓶或鋁瓶，例如在普通受讓的美國(guó)專利No.4,396,114中所公開的。儲(chǔ)存裝置10進(jìn)一步包括開口14，氫氣通過(guò)此開口注入罐12中或從罐中放出。開口14由一種氣密密封閥16封閉，用旋鈕15控制，例如像現(xiàn)有技術(shù)中的那樣。轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕15至封閉位置則關(guān)閉閥16，只要罐不與另一個(gè)裝置(未示出)連通，此閥必須保持關(guān)閉，該裝置使用儲(chǔ)存在罐12中的氫氣，例如燃料電池、鎳氫電化學(xué)電池或者氫內(nèi)燃機(jī)(未示出)。閥16包括流體通路口18，當(dāng)流體通路口18直接連接氫注入連接裝置或者氫引出連接裝置時(shí)，通過(guò)該通路口只注入氫或只放出氫。在本實(shí)施例中，燃料計(jì)20借助于流體連通元件22設(shè)置在閥16上。燃料計(jì)20可以根據(jù)下述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例之一采用其中的一種形式。
現(xiàn)在參看圖1至3，圖3示出了燃料計(jì)20詳細(xì)部的透視圖。燃料計(jì)20包括一個(gè)與閥16連接的流體連通元件22。流體連通元件22保證燃料計(jì)體24與閥16之間流體連通，以便指示容納在罐12中的氫的壓力。燃料計(jì)的體24可以包括一種標(biāo)準(zhǔn)的氫壓力計(jì)，就像其它氣體使用的已知的壓力計(jì)那樣。燃料計(jì)/壓力計(jì)也具有前表盤32，在前表盤上指示計(jì)指示罐12內(nèi)氫的壓力。指示計(jì)可以包括如圖所示的指針30。
燃料計(jì)20的表盤32不同于其它壓力計(jì)之處在于其具有數(shù)個(gè)刻度尺，對(duì)這些刻度尺將結(jié)合圖2中的曲線圖說(shuō)明如下。需要幾個(gè)刻度尺以便能夠精確計(jì)量在罐12內(nèi)剩余氫的容量。正如在氫化領(lǐng)域所熟知的，儲(chǔ)存在氫化物中的氫氣的壓力，并不與儲(chǔ)存罐內(nèi)氫的壓力直接相關(guān)，不像一般以非氫化方式儲(chǔ)存裝置所期望的那樣。而且，因?yàn)闅浠?解氫化過(guò)程的獨(dú)特特性，儲(chǔ)存罐內(nèi)的氫化物和氫氣的溫度，還使所指示在罐12內(nèi)可以加以利用的氫氣量產(chǎn)生變化性。
現(xiàn)在參看圖2，氫化物M的氫容量的曲線與罐12內(nèi)標(biāo)注為PH2的氫氣壓力相關(guān)。氫化物的特性要求基于氫氣對(duì)儲(chǔ)存罐12的初始注入，增加氫化物吸收氫的量。隨著氫氣被氫化物吸收，罐12內(nèi)被吸收在氫化物內(nèi)的氫與在氫氣罐12內(nèi)自由懸浮的氫氣之間達(dá)到壓力平衡。由于額外的增壓氫繼續(xù)充入罐12，氫繼續(xù)以低速率被氫化物吸收，直至達(dá)到壓力平衡曲線內(nèi)的某一點(diǎn)，這就是通常所說(shuō)的坪壓力。
等溫線40、42、44的坪壓力如圖2所示。指示在20℃恒溫時(shí)壓力的等溫線40的坪壓力，在大約50附近開始，在大約52附近終止。等溫線40在此作為一個(gè)例子以說(shuō)明，隨著氫氣壓力的增加，被吸收氫的量是如何隨著附加增壓氫氣被引入罐12而變化。在點(diǎn)50和52之間等溫線的平化，在氫化領(lǐng)域一般公認(rèn)為是坪壓力，提供了本發(fā)明實(shí)施例得以有效實(shí)施的方法。
等溫線40的坪壓力表明，在點(diǎn)50與52之間坪壓力增加緩慢的過(guò)程中，氫化物對(duì)氫氣的吸收最快?？梢钥闯觯葴鼐€40保證在坪壓力增加容量，其它等溫線42和44也這樣。因此，被標(biāo)定以靈敏反映在坪壓力或者在坪壓力附近微小壓力變化的燃料計(jì)，可以保證對(duì)設(shè)置在罐12內(nèi)的氫化物所包含氫容量的合理指示。
在變化的溫度范圍內(nèi)被氫化物吸收氫氣的現(xiàn)象，是在溫度保持恒定的情況下，在平衡壓力下檢測(cè)結(jié)果的等溫線，如圖2所示。另一方面，如果罐12內(nèi)的氫氣壓力保持為恒定值，例如，如圖2所示，氫化物的容量M隨著在恒定壓力P1時(shí)溫度的降低而增加。就是說(shuō)，當(dāng)溫度從等溫線44(30℃)降低到等溫線42(25℃)，容量從M1增加至M2，而對(duì)于等溫線40(20℃)，容量增加至M3。與此類似，對(duì)于一個(gè)恒定的容量，例如M1，氫化材料具有更高的溫度，可以期望具有更高的平衡壓力，因?yàn)楸３秩萘亢愣ê驮龈邷囟仁箽浠锛訜?，并通過(guò)解吸收而導(dǎo)致氫的釋放，因此增加罐12內(nèi)的壓力。此外，從曲線圖可以看出，在每一條等溫線40、42、44的坪壓力區(qū)域，就在略低于壓力P1標(biāo)定和提高壓力檢測(cè)裝置的靈敏度，可以更精確地計(jì)量剩余的容量，即使在更小的壓差基礎(chǔ)上容量變化更急劇。
不過(guò)，圖2所示的坪壓力只可以指示一個(gè)特定的壓力，沒有涉及氫氣的潛在量和在任何特定溫度達(dá)到的平衡點(diǎn)。如圖2所示，恒定壓力P1會(huì)是不同氫容量即M1、M2、M3的指示值，每一個(gè)氫容量取決于氫氣罐12和罐內(nèi)的氫化物材料內(nèi)所經(jīng)受的溫度。換句話說(shuō)，相同的壓力P1可以指示儲(chǔ)存在氫化物內(nèi)更多或者更少的氫量，如M1、M2、和M3的值所表示的，這些值是P1值分別與不同的等溫線40、42、44的交點(diǎn)。
在罐12內(nèi)的包含物的溫度與由燃料計(jì)20所指示的壓力之間的相關(guān)性是必須的，這種相關(guān)性說(shuō)明，要精確地指示氫容量M，作為其指示值的壓力取決于溫度。因此，再參看圖3，燃料計(jì)20的表盤32包括數(shù)個(gè)刻度尺34、36、38，每一個(gè)刻度尺指示應(yīng)被計(jì)量壓力的溫度。分離設(shè)置隨溫度而定的帶39，可以用不同的顏色顯示出系統(tǒng)10所經(jīng)受的溫度。帶39可以通過(guò)顏色從藍(lán)色向綠色再向紅色的改變，分別示出相應(yīng)的溫度在20℃、25℃和30℃之間變化。例如，再利用等溫線40作為例子，指示計(jì)30示出的壓力P1是在20℃的指示值，平衡壓力等溫線指示在罐12內(nèi)的氫容量為M3，并通過(guò)壓力量的標(biāo)定，刻度尺34指示M3的值與氫化物中氫是滿容量相關(guān)。這樣，通過(guò)藍(lán)色帶39的指示，觀察人得知溫度處于20℃。讀燃料計(jì)20的觀察人知道，對(duì)于在罐內(nèi)剩余的氫容量的指示，使用處于20℃的燃料計(jì)，即使用刻度尺34。
相反，如果帶39示出為綠色，與25℃等溫線相關(guān)，觀察人將注意到刻度尺36是指示物，指示目前在罐12內(nèi)燃料量處于總?cè)萘康囊话?。最后，如果由?9所指示的溫度為紅色，即30℃刻度尺是適合的，于是觀察人知道觀察與30℃相關(guān)的刻度尺38，并會(huì)知道燃料容量接近空了。
現(xiàn)在參看圖4，該圖示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃料計(jì)130上的表盤132，其中，不像圖3的實(shí)施例的燃料計(jì)20那樣有幾個(gè)不同的刻度尺，表盤132只有一個(gè)刻度尺，此刻度尺在任何一個(gè)時(shí)刻是可以看見的，該刻度尺之可見取決于溫度。溫度敏感材料制成的帶，設(shè)置在燃料計(jì)的本實(shí)施例的表盤132的適當(dāng)部位，這種材料，例如帶39(見圖3)所使用的材料是已知的，并可以從位于Connecticut，Stamford的Omega Engineering Inc.購(gòu)得。每一個(gè)刻度尺134、136、138和140只在適當(dāng)?shù)臏囟瘸霈F(xiàn)，并變成使觀察人觀察時(shí)容易看見的狀態(tài)。例如，如果溫度是20℃，藍(lán)色刻度尺134出現(xiàn)，而其它刻度尺為暗色或者顯示一種更暗的顏色。這樣，只有刻度尺134因?yàn)槠涓鼮槊髁炼菀子^察，這是由于刻度尺134在溫度20℃的溫度敏感性所產(chǎn)生的結(jié)果，而觀察人知道只觀察表盤132上屬于等溫線刻度尺134的部分，該刻度尺適合于溫度20℃。與此類似，在表盤132上的其它刻度尺136、138、140在相應(yīng)的溫度變亮，例如分別在25℃、30℃或35℃變亮。這些刻度尺中的每一個(gè)刻度尺，在圖4中的表盤132上用虛線表示。這樣，這種特定實(shí)施例的使用會(huì)保證可以正確讀出的溫度，因?yàn)槿剂嫌?jì)表盤132只有對(duì)應(yīng)于相應(yīng)溫度的那些部分對(duì)于觀察人是可以看見的。
本發(fā)明的另一方面如圖5所示，儲(chǔ)存罐112具有一個(gè)部分114，該部分提供一種供燃料計(jì)116用的插入物。推薦將燃料計(jì)116嵌入設(shè)置在鄰近罐112底部的114部，如圖5所示。作為替換，燃料計(jì)可以設(shè)置在罐的一個(gè)側(cè)壁上(未示出)。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的此實(shí)施例的燃料計(jì)的細(xì)部圖。燃料計(jì)116包括一種限定了室122的容器118，此容器在室122內(nèi)嚴(yán)密地保持一種氫化合金120。推薦容器118包括一種剛性材料，例如鋼或者類似類型的材料，這些材料在溫度升高時(shí)的膨脹不大。氫化合金材料120在室122內(nèi)的保持，應(yīng)使氫化合金120在室122內(nèi)的任何膨脹，必須發(fā)生在箭頭121所示的縱向方向。容器118特別設(shè)置了包含氫化合金材料120的縱向室122。推薦在室122內(nèi)的氫化合金材料是與存在于罐112內(nèi)其余部分的合金材料相同的合金材料。
在吸收氫氣的過(guò)程中，氫化/解氫化合金顯示出相當(dāng)可觀的膨脹是已知的現(xiàn)象，當(dāng)合金的吸收從零容量到滿容量，其體積膨脹可能達(dá)到10％-25％。推薦將氫化合金設(shè)置在一個(gè)縱向延伸的容器內(nèi)，以便使其通過(guò)容器的形狀，增大膨脹過(guò)程的效果。這樣，在特定的合金內(nèi)氫容量的增加，根據(jù)已經(jīng)被吸收入該合金內(nèi)氫的總量，可以提供更大或者更小的膨脹壓力。
為了使氫的吸收和已經(jīng)吸收入罐112內(nèi)合金的氫的總量的指示，推薦具有一種連通裝置，以保證設(shè)置在容器118內(nèi)的氫，具有與罐112內(nèi)其余部分相同的壓力。這樣，連通裝置設(shè)置在罐112和室122之間，例如一種穿孔屏(未示出)或者小孔126，如圖6所示。本發(fā)明的以下實(shí)施例，各取決于插入物114的特定結(jié)構(gòu)，如圖5所示，因此，顯示在罐112中剩余氫容量的總量的不同壓力敏感裝置，根據(jù)下述幾個(gè)實(shí)施例的每一個(gè)，將表明所述的本發(fā)明。
在本發(fā)明使用圖6所示室的一個(gè)實(shí)施例中，燃料計(jì)與膜盒150連接并直接與其一起工作。燃料計(jì)140可以是一種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量計(jì)，借助于如圖所示計(jì)量計(jì)140的表盤142上的單個(gè)刻度尺和指針144，示出室122內(nèi)合金的膨脹量。表盤142可以具有與在罐112的壁上孔126尺寸相匹配的尺寸和形狀。這樣，某人希望計(jì)量罐112中剩余氫容量時(shí)，只需要觀看表盤142以了解金屬氫化材料膨脹的指針指示，此膨脹量大體與剩余氫容量相關(guān)。
表盤142是單刻度尺，因?yàn)樗慕饘贇浠牧系奈锢眢w積膨脹，與其取決于氫化材料的溫度相比而言，在更大程度上取決于包含在氫化材料中的氫的總量。體膨脹的關(guān)系是如此大地取決于氫的吸收量，從而溫度膨脹效應(yīng)可以有效地忽視。但是，應(yīng)當(dāng)希望更精確地讀數(shù)，以便考慮氫化材料因溫度升高而產(chǎn)生的體膨脹，類似于圖3或4分別所示的表盤32、132，也可以在表盤142上設(shè)置經(jīng)過(guò)標(biāo)定的刻度尺。
容器118的膜盒150(見圖6)封閉了流體或氣體的連通，以便在孔126保證對(duì)罐112氣密密封。膜盒150可以直接地或者間接地與氫化材料120部接觸，該氫化材料可以沿箭頭121方向膨脹，在其它方向的膨脹被容器118的壁的剛性特性所約束。這樣，隨著氫化材料120具有正確的封裝，全部體膨脹沿箭頭121所示的縱向方向轉(zhuǎn)換。利用液體運(yùn)動(dòng)的原理，被膜盒150覆蓋的開口153的小孔尺寸，將氫化材料120的10-25％體膨脹轉(zhuǎn)換為作用在膜盒150上強(qiáng)有力的縱向作用壓力。柱156使膜盒150與燃料計(jì)140連接，于是柱156的縱向變位轉(zhuǎn)換為指針144對(duì)在室118內(nèi)的金屬氫化材料120中氫容量的適當(dāng)指示。
推薦金屬氫化材料120與設(shè)置在罐112內(nèi)的金屬氫化材料一致，這樣，所包含的氫化材料的氫吸收特性相同。就是說(shuō)，氫化材料120的良好封裝，以及從流體連通導(dǎo)管引入的氫氣的有效分布，將使得氫吸收一致，于是使氫化材料的體膨脹一致，從而保證對(duì)罐112內(nèi)氫容量合理地精確讀數(shù)。
作為替換，可以在室122內(nèi)使用對(duì)體膨脹更敏感的不同合金材料，以便進(jìn)一步擴(kuò)大氫膨脹的效果。就是說(shuō)，比罐112中的一般氫化材料膨脹更大的金屬氫化合金材料，將在室122內(nèi)的氫化材料的體積提供更大的相對(duì)起伏，于是，允許在讀表盤142的刻度尺時(shí)具有更高的精密度。如果使用兩種不同的金屬氫化物，必須小心，要使每一種氫化物的坪壓力可以是相關(guān)的，以便精確地標(biāo)定刻度尺。
現(xiàn)在參看圖7，公開了容器218的另一個(gè)實(shí)施例，該容器的尺寸和形狀允許其插入罐112的孔116(見圖5)。容器218包括剛性的壁219；孔222，和金屬氫化材料220，該金屬氫化材料可以與罐112中的氫化材料相同。如果容器218的剛性約束壁包括一種這樣的材料，該材料保持其剛性但對(duì)于氫氣又是多孔性的，流體連通導(dǎo)管(未示出)在本實(shí)施例中或者上述任何其它實(shí)施例中，可以并不是必需的。這種設(shè)置是更可取的，其中，氫在室218內(nèi)可能更有效和均勻地分布，允許氫氣被金屬氫化材料220均勻地吸收，從而保證連續(xù)的膨脹特性。
自然，本發(fā)明燃料計(jì)可以采用其它顯示裝置。例如，膜盒可以與一種電子壓力指示計(jì)或者其它類型的指示計(jì)相結(jié)合，該指示計(jì)向操作者提供所需要的信息。例如，如圖7所示，剛性容器218設(shè)置了一種膜盒240，該膜盒包括一種壓力敏感塑料，該塑料根據(jù)所經(jīng)受的壓力大小改變顏色，例如從藍(lán)色變?yōu)榧t色。壓力敏感塑料膜盒240可以通過(guò)玻璃蓋242和螺旋擰入的前蓋250貼靠金屬氫化材料220，當(dāng)前蓋擰入到位時(shí)，密切接觸在玻璃蓋242上，以便密封孔222，并避免氫氣泄漏到罐112之外。
壓力敏感塑料膜盒240會(huì)具有這樣的特性，該特性根據(jù)容納在室222內(nèi)氫化材料220作用在膜盒240上的縱向壓力的大小，改變成不同的顏色。例如當(dāng)氫已經(jīng)從氫化材料耗盡時(shí)，因此，顯然氫化材料沒有膨脹，膜盒可以設(shè)置成顯示藍(lán)色；當(dāng)存在大約1/2的容量，測(cè)得如圖2所示處于或者接近坪壓力時(shí)，可以顯示綠色；當(dāng)氫充分地注入氫化材料，沒有更多的氫可以被氫化材料220吸收時(shí)，可以是紅色。自然，由氫化材料作用在膜盒240上的壓力，會(huì)受由氫化材料220的縱向壓力的影響。預(yù)料體膨脹壓力大于由室222內(nèi)氫氣作用的氣體壓力?？赡苄枰m當(dāng)?shù)难b置，例如前蓋250的一種螺旋調(diào)節(jié)裝置，以進(jìn)一步對(duì)照罐112中氫化材料的氫容量標(biāo)定膜盒240的顏色標(biāo)識(shí)。
現(xiàn)在參看圖8，該圖示出了本發(fā)明燃料計(jì)310的另一個(gè)實(shí)施例，該燃料計(jì)包括罐312，和口314，經(jīng)過(guò)該口探測(cè)繩316、318延伸進(jìn)入罐312。兩條探測(cè)繩316、318各自連接至狀態(tài)傳感器，該傳感器檢測(cè)出罐312內(nèi)的狀態(tài)。例如，探測(cè)繩316與罐內(nèi)的壓力變換器(未示出)連接，該壓力變換器可以或者檢測(cè)出罐312內(nèi)的氫氣壓力，或者更可取地檢測(cè)出罐312內(nèi)壓電變換器320檢測(cè)出的壓力。壓力傳感變換器可以提供對(duì)氫氣壓力的直接閱讀，或者可以具有一種容器(未示出)，類似于容器218(圖6)，該容器對(duì)于自身包容的氫化材料裝置作用的壓力敏感。在任何一種情況下，變換器320產(chǎn)生一種對(duì)應(yīng)于壓力值的電信號(hào)，并傳遞到可編程邏輯控制器(PLC)或者微處理器330，這些裝置推薦設(shè)置在罐312之外，如圖中虛線326所示。
第二組探測(cè)繩318連接也設(shè)置在罐312內(nèi)的溫度傳感器322，該溫度傳感器例如可以包括熱電偶或者電阻式測(cè)溫裝置(RTD)。溫度傳感器322也產(chǎn)生一種信號(hào)，經(jīng)過(guò)探測(cè)繩318輸送，該信號(hào)也經(jīng)過(guò)虛線所示探測(cè)繩328傳輸?shù)街醒胩幚砥?30。
處理器330接收由傳感器320、322傳出的信號(hào)，并應(yīng)用預(yù)定的算法經(jīng)電子處理，可以計(jì)算出罐312內(nèi)氫容量的值。此值可以是模擬量值，或者，最好是數(shù)字量值，此值可以由與中央處理器330連接的顯示器332顯示。作為替換，或者與中央處理器330協(xié)同，由傳感器320、322感知的壓力和溫度，可以獨(dú)立地確定氫容量顯示器332正提供合理的數(shù)據(jù)，或者操作人員可以利用分別與探測(cè)繩316、318連接的顯示器336、338所顯示的數(shù)據(jù)，以獨(dú)立地確定氫容量，例如借助于參考一種表。
作為替換，這些顯示器可以自己顯示，例如分別由顯示器336、338顯示，操作人員從該顯示值或者得知罐312內(nèi)氫氣壓力，或者作為替換，得知罐312內(nèi)變換器320所感知的壓電壓力。探測(cè)繩316、318可以永久地設(shè)置在傳感器端口314，或者探測(cè)繩可以是可拆卸的，并提供一臺(tái)便攜式微處理機(jī)裝置330，當(dāng)需要了解有關(guān)罐312內(nèi)狀態(tài)的信息時(shí)，可以將該微處理機(jī)與端口314連接。
本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例在圖9和10中示出。氫儲(chǔ)存裝置410包括儲(chǔ)存罐412，該儲(chǔ)存罐具有設(shè)置在罐412壁的側(cè)面的插入部414，或者甚至設(shè)置在閥416(未示出)內(nèi)，盡管如圖5所示，插入部414可以設(shè)置在罐412的底壁上。插入部414包括絕緣探測(cè)繩418用的端口，以保證與罐412內(nèi)的電阻元件420電氣連接，對(duì)此將結(jié)合圖10更詳細(xì)說(shuō)明如下。
在罐412外，探測(cè)繩418與電阻檢測(cè)裝置440電氣連接以檢測(cè)電阻。電阻檢測(cè)裝置440可以包括一個(gè)如圖所示的顯示器442，該顯示器顯示電阻，或者作為替換，從探測(cè)繩418接收的電阻信號(hào)指示氫容量，這是使用裝置440內(nèi)的邏輯控制回路444的標(biāo)定算法，根據(jù)從罐412內(nèi)接收的電阻信號(hào)計(jì)算氫容量。探測(cè)繩418也可以與一臺(tái)便攜式獨(dú)立電阻測(cè)量裝置440結(jié)合使用，探測(cè)繩418可以臨時(shí)與電氣引入插頭(未示出)連接，該電氣引入插頭例如類似于電氣插座，設(shè)置在插入部414內(nèi)。這樣的特點(diǎn)會(huì)允許操作人員攜帶測(cè)量裝置440，將測(cè)量繩418插入，檢測(cè)氫容量，從插入插座拔出探測(cè)繩418，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)其它裝置410。
裝置410所據(jù)以運(yùn)行的原理，是基于氫化物的另一個(gè)特性，該特性表明隨著氫容量的增加電阻率增加。盡管一種直接的相關(guān)性還沒有確定性地建立，在正確標(biāo)定之后，提供一種對(duì)氫容量的精確計(jì)量是一種足夠平滑的相關(guān)。就是說(shuō)，既然電阻率的增加提供一種與包含在氫化物內(nèi)氫容量的已知相關(guān)性，氫化物局部電阻的知識(shí)可以直接轉(zhuǎn)換為氫容量的值。在本發(fā)明考慮使用的金屬氫化合金材料范圍內(nèi)，眾所周知，在氫化物不包含氫時(shí)與氫化材料所包含的增壓氫達(dá)到或者接近完全飽和點(diǎn)時(shí)，兩者之間的其電阻變化可能高達(dá)200％。
現(xiàn)在參看圖10，圖9中的電阻元件420以詳細(xì)的橫截面圖示出。電阻元件420設(shè)置在罐412的內(nèi)部，但借助于經(jīng)過(guò)設(shè)置在插入物414中的探測(cè)繩418傳輸?shù)碾娦盘?hào)通訊。每一條電探測(cè)繩418在端子422處終止，該端子均嵌入密實(shí)封裝的內(nèi)室424。推薦內(nèi)室424具有圓柱形壁426和端壁428以限定一個(gè)圓筒，而端子422彼此相距一段距離，并各自設(shè)置成鄰近圓筒兩端壁428其中之一。作為替換，可以采用其它形狀，例如，橫截面為六邊形或者正方形。
室424的壁426、428包括一種氫氣可以滲透的電氣絕緣材料，例如Delaware.Wilmington的E.I.du Pont de Nemours and Company的Teflon(特氟隆)。組成壁426、428的材料的可滲透性允許氫被室424內(nèi)的氫化合金材料自由地和同等地吸收與解除吸收。在端子424之間的空間分離可以預(yù)先確定，以便為具有特定尺寸的室424在端子之間保證所希望的電阻。
室424用氫化材料430以粉末形式密實(shí)封裝至預(yù)定的密度，以保證預(yù)定的電阻率水平，電阻率的變化取決于氫化材料430的氫容量。推薦在室424和在罐412其余部分兩者內(nèi)的氫化材料相同，這樣，在整個(gè)裝置內(nèi)的氫化材料的氫容量相匹配，于是保證在罐412內(nèi)氫化材料的氫容量精確讀數(shù)。
在運(yùn)行過(guò)程中，信號(hào)從電阻元件420傳輸，該信號(hào)是端子422之間的電阻指示物，而且也本質(zhì)上與罐412內(nèi)氫化材料的電阻一致。此信號(hào)被輸送到電阻檢測(cè)裝置440，該裝置分析此信號(hào)，并使用邏輯控制回路444中所使用的標(biāo)定算法，確定在罐412內(nèi)金屬合金氫化材料中的氫容量。此實(shí)施例提供了某些優(yōu)點(diǎn)，其中，電阻測(cè)量裝置440也吸收氫，因此，被裝置440所占據(jù)的空間并不是利用不足，而是利用于氫的儲(chǔ)存。
從對(duì)本發(fā)明的了解，其它的修改和變化，對(duì)于本領(lǐng)域的技人員而言會(huì)變得一目了然。例如，對(duì)于所公開的不同的傳感器和/或彩色指示計(jì)的組合可以修改與替換。作為替換，在此沒有詳細(xì)敘述的其它的狀態(tài)形式，可以用其它形式的傳感器感知。例如，可以設(shè)置重量傳感器檢測(cè)氫化材料的重量，既可以設(shè)置在罐內(nèi)，也可以設(shè)置在罐外，如果外面測(cè)量，為外殼和閥使用一種包裝重量，以提供一種氫容量的可替換的或者附加測(cè)量。再有，材料的例如氫化材料的霍爾效應(yīng)測(cè)量也是眾所周知的，隨著氫容量的增加，材料的電磁特性改變。預(yù)計(jì)這種傳感器可以通過(guò)感生一個(gè)電磁場(chǎng)，并檢測(cè)材料的電特性例如電壓，以計(jì)量被封裝的氫化材料的氫容量。為了保證精確讀數(shù)，根據(jù)已知容量進(jìn)行材料的標(biāo)定是必要的。
本發(fā)明氫燃料計(jì)的上述實(shí)施例，僅僅是供說(shuō)明而并不意味著限制，本發(fā)明只由下述權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種氫儲(chǔ)存容器，其包括a)封閉罐，其具有壁和至少一個(gè)通路開口，以充注和放出氫氣；b)金屬氫化材料，其容納在所述罐內(nèi)，所述材料能夠吸收氫氣和解吸收氫氣；和c)計(jì)量計(jì)，其檢測(cè)仍舊被吸收在所述金屬氫化材料中并可以經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)通路開口放出的氫容量。
2.如權(quán)利要求1所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，計(jì)量計(jì)進(jìn)一步包括與所述封閉罐連通的壓力計(jì)，所述壓力計(jì)具有數(shù)個(gè)刻度尺，其讀取儲(chǔ)存在所述氫化物內(nèi)的氫的總量，每一個(gè)所述刻度尺是處于不同溫度時(shí)所儲(chǔ)存氫的總量的指示。
3.如權(quán)利要求2所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述壓力計(jì)進(jìn)一步包括溫度敏感材料部，該材料部根據(jù)環(huán)境溫度改變顏色，因此，相應(yīng)的刻度尺被指示，從而提供與溫度有關(guān)的氫容量的正確讀數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述壓力計(jì)進(jìn)一步包括指示計(jì)，其提供一指示特性，以使觀察人能夠選擇所述數(shù)個(gè)刻度尺其中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)刻度尺，該刻度尺對(duì)應(yīng)于在所述罐內(nèi)的所述氫化材料的環(huán)境溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述罐進(jìn)一步包括鄰近所述罐壁設(shè)置的一剛性盒，該盒具有內(nèi)部，該內(nèi)部與由所述罐壁封閉的空間流體連通；孔，從所述罐壁外面可以看見；和燃料計(jì)，設(shè)置在所述孔內(nèi)，所述燃料計(jì)能夠指示設(shè)置在所述罐內(nèi)的金屬氫化材料內(nèi)部所儲(chǔ)存的氫氣容量。
6.如權(quán)利要求5所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述盒包括金屬氫化材料，嚴(yán)密封裝在由所述盒封閉的空間內(nèi)，所述金屬氫化材料在縱向與設(shè)置在鄰近所述孔的壓力敏感元件聯(lián)系，因此，所述盒內(nèi)的所述氫化材料的量改變，導(dǎo)致由所述氫化材料作用的相應(yīng)壓力改變，該壓力的改變是由所述氫化材料對(duì)氫的吸收所引起的物理膨脹的結(jié)果。
7.如權(quán)利要求6所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述燃料計(jì)包括壓力敏感元件，而在所述盒內(nèi)的所述氫化材料的膨脹或收縮，導(dǎo)致在所述燃料計(jì)上的壓力差，從而指示由在所述盒內(nèi)的所述氫化材料的體膨脹所引起的壓力量。
8.如權(quán)利要求7所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述燃料計(jì)進(jìn)一步包括封閉的壓力敏感塑料，該塑料能夠改變顏色，以作為在所述盒內(nèi)的所述氫化材料的氫容量的指示。
9.如權(quán)利要求7所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述燃料計(jì)進(jìn)一步包括壓電元件，該壓電元件產(chǎn)生一壓力的電信號(hào)指示物，該壓力由在所述室內(nèi)的所述氫化材料作用。
10.如權(quán)利要求9所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，在所述盒內(nèi)的所述金屬氫化材料與在由罐壁封閉的空間內(nèi)的氫化材料相同。
11.如權(quán)利要求6所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，在所述盒內(nèi)的所述金屬氫化材料與在由罐壁封閉的空間內(nèi)的氫化材料相同。
12.如權(quán)利要求9所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，在所述盒內(nèi)的所述金屬氫化材料與在由罐壁封閉的空間內(nèi)的氫化材料相同。
13.如權(quán)利要求9所述的氫儲(chǔ)存容器，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述容器內(nèi)的溫度傳感器，該傳感器生成溫度值的電信號(hào)指示，所述壓電和溫度傳感器信號(hào)被中央處理器接收，所述中央處理器能夠基于預(yù)定的算法計(jì)算出氫容量值。
14.如權(quán)利要求13所述的氫儲(chǔ)存容器，進(jìn)一步包括數(shù)字式顯示器，其接收由所述中央處理器計(jì)算所得的氫容量值，并以數(shù)字格式在所述顯示器上顯示該值。
15.如權(quán)利要求1所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述罐進(jìn)一步包括設(shè)置在所述罐壁內(nèi)的一盒，所述盒內(nèi)封裝以金屬氫化材料，并與由所述罐壁封閉的空間流體連通，探測(cè)繩與設(shè)置在所述盒相反側(cè)面的端子連接，所述探測(cè)繩可以從外面進(jìn)入所述罐壁，電阻測(cè)量裝置可以與所述探測(cè)繩連接，以檢測(cè)設(shè)置在所述盒內(nèi)的所述氫化材料的電阻水平，所述電阻水平是設(shè)置在所述罐內(nèi)的金屬氫化材料所儲(chǔ)存氫氣容量的指示。
16.如權(quán)利要求15所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，所述盒進(jìn)一步包括用可以滲透氫氣的一隔離材料制成的剛性壁。
17.如權(quán)利要求16所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，可以滲透氫氣的材料進(jìn)一步包括一聚合物。
18.如權(quán)利要求16所述的氫儲(chǔ)存容器，其中，可以滲透氫氣的材料進(jìn)一步包括Teflon。
19.一種氫儲(chǔ)存容器，其包括a)封閉罐，其具有壁和至少一個(gè)出口開口，以充注和放出氫氣；b)金屬氫化材料，其容納在所述罐內(nèi)，所述材料能夠吸收氫氣和解吸收氫氣；并包括設(shè)置在所述金屬氫化材料內(nèi)的一多孔基質(zhì)，以保證氫氣在所述金屬氫化材料內(nèi)有效分布；c)計(jì)量計(jì)，其檢測(cè)仍舊被吸收在所述金屬氫化材料中并可以經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)出口開口放出的氫容量。
全文摘要
一種氫儲(chǔ)存容器(10)具有罐(12)，該罐設(shè)有至少一個(gè)充注和放出氫氣用的通路開口(14)，罐(12)封裝以能夠吸收氫氣和解吸收氫氣的金屬氫化物(120)，并具有檢測(cè)保留在氫化材料(120)內(nèi)的氫容量用的計(jì)量計(jì)(20)。為了進(jìn)一步允許氫在整個(gè)氫化材料(120)內(nèi)分布，可以在所述氫化材料(120)內(nèi)設(shè)置多孔基質(zhì)，以保證氫氣有效分布在所述氫化材料內(nèi)。燃料計(jì)(20)可以進(jìn)一步包括確定氫容量用的子組件，每一種子組件根據(jù)金屬氫化材料(120)工作的不同特性確定。例如壓力計(jì)量計(jì)(130)，該計(jì)量計(jì)對(duì)氫容量的壓力指示物敏感；壓電傳感器(116)，與封裝有氫化材料(120)的剛性盒結(jié)合使用，提供一種氫容量的壓力差指示物，或者電阻率傳感器(420)，與封裝有氫化材料(120)的盒(412)結(jié)合使用，提供氫容量的電阻率差的指示物。
文檔編號(hào)G01F17/00GK1589172SQ02823070
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2002年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月16日
發(fā)明者戴維·H·達(dá)科斯塔, 馬克·P·戈?duì)栘惗? 戴維·C·特拉格納 申請(qǐng)人:Hera 美國(guó)公司