JPH0743611B2 - Pressure control device for metal hydride tank in hydrogen engine system - Google Patents
Pressure control device for metal hydride tank in hydrogen engine systemInfo
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- JPH0743611B2 JPH0743611B2 JP60060434A JP6043485A JPH0743611B2 JP H0743611 B2 JPH0743611 B2 JP H0743611B2 JP 60060434 A JP60060434 A JP 60060434A JP 6043485 A JP6043485 A JP 6043485A JP H0743611 B2 JPH0743611 B2 JP H0743611B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、水素の貯蔵形態の一つである金属水素化物を
用いた水素エンジンシステムにおいて、金属水素化物タ
ンクの圧力を負荷変動にかかわらず一定に保つようにし
た圧力制御装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a hydrogen engine system using a metal hydride, which is one of hydrogen storage forms, in which the pressure of the metal hydride tank is set regardless of load fluctuations. The present invention relates to a pressure control device which is kept constant.
［従来の技術］ 一般に、金属水素化物を用いたエンジンシステムは、第
３図に示すように、金属水素化物を燃料源とするタンク
１とエンジン２を主体として構成される。[Prior Art] In general, an engine system using a metal hydride is mainly composed of a tank 1 and a engine 2 which use a metal hydride as a fuel source, as shown in FIG.
上記金属水素化物のタンク１は、水素ガスを充填すると
きは加圧及び冷却することにより水素ガスが水素吸収合
金に吸蔵され、一方、水素ガスを放出するときは加熱す
る必要があり、従ってそのタンク１は燃料水素ガスの貯
蔵だけでなく、熱交換器の機能、並びに圧力容器の機能
を持っている。The metal hydride tank 1 needs to be pressurized and cooled when being filled with hydrogen gas so that the hydrogen gas is occluded in the hydrogen absorbing alloy, while it is necessary to be heated when releasing the hydrogen gas. The tank 1 has not only a function of storing fuel hydrogen gas but also a function of a heat exchanger and a function of a pressure vessel.
このような金属水素化物エンジンシステムでは、タンク
１内の水素吸蔵合金及び熱交換用伝熱面の間の空間にガ
ス状で貯蔵されている水素をエンジンに導き、エンジン
を始動させて動力を得ると共に、エンジンからの排ガス
または加熱されたエンジン冷却水を燃料タンク１に導
き、その燃料タンクを加熱する。その結果、金属水素化
物から水素ガスが放出され、そのガスを再びエンジンに
導き、エンジンの運転が継続される。In such a metal hydride engine system, hydrogen stored in a gaseous state in the space between the hydrogen storage alloy in the tank 1 and the heat transfer surface for heat exchange is guided to the engine to start the engine to obtain power. At the same time, the exhaust gas from the engine or the heated engine cooling water is guided to the fuel tank 1 to heat the fuel tank. As a result, hydrogen gas is released from the metal hydride, and the gas is guided to the engine again, and the engine operation is continued.
このシステムにおいては、エンジンが出力を必要とする
ときには、使用する水素ガス量が増すため、その使用量
に応じた水素ガスを金属水素化物から放出させる必要が
ある。しかしながら、このシステムを自動車等のエンジ
ンに使用する場合には、エンジンの負荷変動が大きいた
め、タンク１内の圧力が水素使用量の変動によって大き
く変化することになる。In this system, when the engine needs output, the amount of hydrogen gas used increases, so it is necessary to release hydrogen gas from the metal hydride according to the amount used. However, when this system is used for an engine of an automobile or the like, the load of the engine varies greatly, so that the pressure in the tank 1 varies greatly depending on the variation of the hydrogen usage amount.
一般に金属水素化物を用いた燃料タンクの圧力制御で
は、第４図に示すように、燃料タンク内の設定圧力レベ
ルPs1または圧力範囲Ps1〜Ps2を決めておき、燃料タン
ク内圧力がこの圧力または圧力範囲より低くなった場合
には、第３図の弁３を開放すると同時に弁４を閉じて、
燃料タンクへ廃熱をすべて供給し、タンク内圧が上記設
定圧力または圧力範囲よりも高くなった場合には、弁３
を閉じると同時に弁４を開放して、廃熱をタンクに通す
ことなく、バイパス路５を経て排出させる（例えば、S.
A.E.880636参照）。Generally, in pressure control of a fuel tank using a metal hydride, as shown in FIG. 4, a set pressure level Ps 1 in the fuel tank or a pressure range Ps 1 to Ps 2 is determined, and the fuel tank pressure is When the pressure becomes lower than the pressure or the pressure range, the valve 3 shown in FIG. 3 is opened and the valve 4 is closed at the same time.
When all the waste heat is supplied to the fuel tank and the tank internal pressure becomes higher than the above set pressure or pressure range, the valve 3
And at the same time the valve 4 is opened to discharge the waste heat through the bypass 5 without passing through the tank (for example, S.
See AE880636).
このような方式を採用しても、特に負荷変動の激しい金
属水素化物エンジンシステムでは、その変動に追随でき
ず、場合によって圧力過大となり、あるいは必要時に金
属水素化物のタンク内圧力低下のため供給量が不足する
など、エンジンシステムの制御が難しくなり、また水素
使用量が零となる緊急停止時には燃料タンク内圧力が過
大となって、そのタンクの安全性にも影響を及ぼすこと
になる。Even if such a system is adopted, especially in a metal hydride engine system in which the load fluctuates significantly, it is not possible to follow the fluctuation, and in some cases the pressure may become excessively high, or the metal hydride tank pressure may drop when necessary. It becomes difficult to control the engine system due to lack of fuel, and the pressure in the fuel tank becomes excessive during an emergency stop when the amount of hydrogen used becomes zero, which also affects the safety of the tank.
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上述した金属水素化物を用いた水素エンジン
システムにおいて、単に燃料タンク内圧力レベルのみに
よってそのタンク内金属水素化物の加熱制御を行うので
はなく、燃料タンク内圧力の時間変化、即ち圧力勾配の
程度とタンク内圧力レベルとに応じて、金属水素化物を
加熱するための熱量制御を行い、それによってタンク内
圧力を負荷にかかわらずほぼ一定に保つようにすること
を目的とするものである。[Problems to be Solved by the Invention] In the hydrogen engine system using the metal hydride described above, the present invention does not simply control the heating of the metal hydride in the tank by only the pressure level in the fuel tank. The heat quantity control for heating the metal hydride is performed according to the time change of the fuel tank pressure, that is, the degree of the pressure gradient and the tank pressure level, thereby keeping the tank pressure almost constant regardless of the load. The purpose is to do so.
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては、金属水素
化物を収容したタンクと、その金属水素化物に吸蔵され
た水素ガスを燃料源とするエンジンとを備え、上記エン
ジンにおいて発生した熱を上記タンクに送給して金属水
素化物を加熱するようにした水素エンジンシステムにお
いて、上記エンジンからタンクへ熱を送給する送給路に
送給熱量制御手段を設けると共に、上記タンクに水素ガ
スの圧力を検出する圧力センサを設け、この圧力センサ
に、それによって検出した圧力の時間的変化を求めて、
その時間的変化に応じて上記送給熱量制御手段を制御す
ると共に、タンク内圧力レベルが予め設定した圧力範囲
を越えたときに、上記圧力の時間的変化にかかわらず送
給熱量を一定に保つように上記送給熱量制御手段を制御
する演算制御装置を接続するという手段を採用してい
る。[Means for Solving Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a tank containing a metal hydride and an engine using a hydrogen gas stored in the metal hydride as a fuel source. In a hydrogen engine system that heats a metal hydride by sending heat generated in the engine to the tank, a feed heat amount control means is provided in a feed path that feeds heat from the engine to the tank. Along with, a pressure sensor for detecting the pressure of hydrogen gas is provided in the tank, and this pressure sensor is used to obtain a temporal change in the pressure detected by the pressure sensor.
The heat supply amount control means is controlled according to the time change, and when the tank pressure level exceeds a preset pressure range, the heat supply amount is kept constant regardless of the time change of the pressure. As described above, the means for connecting the arithmetic and control unit for controlling the heat supply amount control means is adopted.
［作 用］ 上記構成を有する本発明の制御装置においては、水素エ
ンジンにおいて発生した熱をタンクに送給して金属水素
化物を加熱するに際し、エンジンからタンクへ送給され
る熱量が、その送給路に設けた送給熱量制御手段により
タンク内の水素ガス圧力の時間的変化及びタンク内圧力
レベルに応じて制御され、従って金属水素化物タンク内
の水素ガス圧力を負荷変動に対して応答よく追随させ
て、負荷変動にかかわらずタンク内圧をほぼ一定にする
ことができる。[Operation] In the control device of the present invention having the above configuration, when the heat generated in the hydrogen engine is sent to the tank to heat the metal hydride, the amount of heat sent from the engine to the tank is It is controlled according to the temporal change in the hydrogen gas pressure in the tank and the pressure level in the tank by means of the heat supply and heat amount control means provided in the supply path. Therefore, the hydrogen gas pressure in the metal hydride tank responds well to load fluctuations. Following this, the tank internal pressure can be made almost constant regardless of load fluctuations.
［実施例］ 第１図は本発明の圧力制御装置を用いた金属水素化物エ
ンジンシステムの構成を示している。[Embodiment] FIG. 1 shows the configuration of a metal hydride engine system using the pressure control device of the present invention.
このシステムにおいては、金属水素化物を収容したタン
ク10とエンジン11とを備え、このエンジン11は、上記金
属水素化物に吸蔵された水素ガスを燃料源として、負荷
に応じて供給される燃料水素ガスにより稼動し、それに
より発生した熱を上記タンク10に送給して、タンク内の
金属水素化物を加熱するように構成している。エンジン
11からタンク10に送給される熱は、例えばエンジン11の
排ガスまたはエンジンで加熱された冷却水として送るこ
とができるが、さらにそれらと熱交換した流体を用いる
こともできる。In this system, a tank 10 containing a metal hydride and an engine 11 are provided, and the engine 11 uses the hydrogen gas stored in the metal hydride as a fuel source and supplies the fuel hydrogen gas according to the load. Is operated and the heat generated thereby is sent to the tank 10 to heat the metal hydride in the tank. engine
The heat sent from the tank 11 to the tank 10 can be sent as, for example, exhaust gas of the engine 11 or cooling water heated by the engine, but it is also possible to use a fluid that exchanges heat with them.
タンク10内の金属水素化物を加熱するための熱量を制御
するため、上記エンジン11からタンク10へ熱を送給する
送給路12には、送給熱量制御手段13を設けている。この
送給熱量制御手段12は、一例として図示しているよう
に、上記送給路12に流量制御弁14を設けると共に、エン
ジン11とその流量制御弁14の間でバイパス路15を分岐さ
せ、そのバイパス路15にも流量制御弁16を設けることに
より構成することができる。In order to control the amount of heat for heating the metal hydride in the tank 10, a feed heat amount control means 13 is provided in the feed path 12 that feeds heat from the engine 11 to the tank 10. The feed heat amount control means 12 is provided with a flow rate control valve 14 in the feed path 12 as shown as an example, and a bypass path 15 is branched between the engine 11 and the flow control valve 14, The bypass passage 15 can also be configured by providing the flow control valve 16.
また、上記タンク10には、その内部に貯蔵されている水
素ガスの圧力を検出するための圧力センサ17を設け、こ
の圧力センサ17に演算制御装置18を接続している。Further, the tank 10 is provided with a pressure sensor 17 for detecting the pressure of hydrogen gas stored therein, and an arithmetic and control unit 18 is connected to the pressure sensor 17.
上記演算制御装置18は、圧力センサ17によって検出した
圧力（第２図の上図）の時間的変化（第２図の下図）即
ち圧力勾配（dP/dt）を求め、その圧力勾配に応じて上
記送給熱量制御手段13、即ち流量制御弁14,16の開度を
制御するものである。なお、同図中のＰＵ及びＰＬは、
好ましいタンク内圧の上限及び下限の設定値を示してい
る。The arithmetic and control unit 18 obtains a temporal change (lower diagram in FIG. 2) of the pressure (upper diagram in FIG. 2) detected by the pressure sensor 17, that is, a pressure gradient (dP / dt), and according to the pressure gradient. It controls the opening degree of the heat supply amount control means 13, that is, the flow rate control valves 14 and 16. In addition, P U and P L in FIG.
The set values of the upper limit and the lower limit of the preferable tank internal pressure are shown.
この流量制御弁14,16の開度を制御するに際しては、上
記圧力センサ17において検出したタンク内圧力Ｐのレベ
ルをも考慮し、タンク内圧力レベルが予め設定した圧力
範囲を越えたときには、上記圧力勾配にかかわらず流量
制御弁14,16の開度を一定に保つように制御するもので
ある。When controlling the opening of the flow rate control valves 14 and 16, the level of the tank internal pressure P detected by the pressure sensor 17 is also taken into consideration, and when the tank internal pressure level exceeds a preset pressure range, The opening degree of the flow control valves 14 and 16 is controlled to be kept constant regardless of the pressure gradient.
第１表及び第２表は、上記演算制御装置18により送給熱
量制御手段13を制御するために、その演算制御装置18に
付設した記憶装置19内に備える参照マップの一例を示し
ている。Tables 1 and 2 show examples of reference maps provided in the storage device 19 attached to the arithmetic and control unit 18 in order to control the heat supply amount control means 13 by the arithmetic and control unit 18.
これらの参照マップは、圧力勾配（dP/dt）及びタンク
内圧力Ｐのレベルと流量制御弁14,16の開度とのそれぞ
れの対応関係を示すもので、同マップ中のK1,K2,K3,K4
は圧力勾配の閾値（K1＞０＞K2,K3＞０＞K4）、Ax,Bxは
送給熱量制御手段13に対する制御量、その添字のｘは当
該制御量の場合に流量制御弁14,16を通じて送られる送
給熱量を概略的百分率によって示している。These reference maps show the respective correspondences between the pressure gradient (dP / dt) and the level of the tank internal pressure P and the openings of the flow control valves 14 and 16, and K 1 and K 2 in the map are shown. , K 3 , K 4
Is a threshold value of the pressure gradient (K 1 >0> K 2 , K 3 >0> K 4 ), Ax and Bx are control amounts for the heat supply amount control means 13, and the subscript x is flow rate control when the control amount. The amount of heat delivered through valves 14 and 16 is shown as a rough percentage.
演算制御装置18における制御は、圧力センサ17の出力
（タンク内圧力Ｐ）及びそれから求めた圧力勾配（dP/d
t）を、上述したような参照マップにおけるデータと比
較対照し、それらによって得られたタンク内圧力Ｐ及び
圧力勾配（dP/dt）に対応する制御量（Ax,Bx）で、送給
熱量制御手段13を制御し、即ち、流量制御弁14,16のそ
れぞれの開度を、第１表の制御量（Ax）及び第２表の制
御量（Bx）として与えられる開度に制御するものであ
る。 The control in the arithmetic and control unit 18 is performed by the output of the pressure sensor 17 (the tank internal pressure P) and the pressure gradient (dP / d) obtained from the output.
t) is compared and compared with the data in the reference map as described above, and the feed heat amount control is performed with the control amounts (Ax, Bx) corresponding to the tank internal pressure P and the pressure gradient (dP / dt) obtained by them. The means 13 is controlled, that is, the opening of each of the flow control valves 14 and 16 is controlled to the opening given as the controlled variable (Ax) in Table 1 and the controlled variable (Bx) in Table 2. is there.
なお、第１表中の「圧力過大警報」は、タンク内圧力Ｐ
が上記設定値ＰＵを越えているにも拘らず圧力勾配（dP
/dt）が正の値をとっているため、この状態が進行する
とタンク圧力が危険な状態に達することを警報する場合
を、同「圧力低下注意」は、早期に対処しないとタンク
圧力の低下によりエンジン11の運転が困難になる場合
を、また「タンク空警報」は、タンクが殆ど空になって
いるため、直ちにエンジンの運転を中止することを警告
する場合を意味している。In addition, "Overpressure alarm" in Table 1 indicates the tank pressure P
Pressure gradient (dP but despite exceeds the setting value P U
/ dt) takes a positive value, the warning "pressure drop" is used to warn that the tank pressure will reach a dangerous state if this state progresses. Therefore, the operation of the engine 11 becomes difficult, and the "tank empty alarm" means a case of warning that the operation of the engine will be stopped immediately because the tank is almost empty.
上記構成を有する金属水素化物タンク圧力制御装置にお
いては、エンジン11で発生した熱をタンク10に送給して
金属水素化物を加熱するに際し、送給される熱量が演算
制御装置18による流量制御弁14,16の開度調整により制
御され、その際、特にタンク内の水素ガス圧力の圧力勾
配及び圧力レベルに応じて流量制御弁14,16の開度を制
御するため、タンク内圧力の変動を予め予測した制御を
行うことができ、そのため金属水素化物タンク10内の水
素ガス圧力を負荷変動に対して応答よく追随させること
ができる。In the metal hydride tank pressure control device having the above configuration, when the heat generated in the engine 11 is sent to the tank 10 to heat the metal hydride, the amount of heat sent is the flow control valve by the arithmetic and control unit 18. It is controlled by adjusting the opening degree of 14,16.At that time, the opening of the flow control valves 14,16 is controlled in accordance with the pressure gradient and the pressure level of the hydrogen gas pressure in the tank. The control predicted in advance can be performed, so that the hydrogen gas pressure in the metal hydride tank 10 can be made to follow the load variation with good response.
［発明の効果］ このような本発明の圧力制御装置によれば、水素エンジ
ンで発生した熱をタンクに送給して金属水素化物を加熱
するに際し、送給する熱量をタンク内の水素ガス圧力の
圧力勾配及び圧力レベルに応じて制御するため、金属水
素化物タンク内の圧力制御がその後の変化を予測する予
測制御となり、タンク内圧力により制御する前記従来例
に比して、タンク内圧を応答性よくほぼ一定にすること
ができ、それによってシステムの機能を向上させること
ができる。さらに、水素エンジンの緊急停止時にタンク
内圧が過大になるのを抑制することもでき、システムの
安全性を高めることができる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the pressure control device of the present invention as described above, when the heat generated by the hydrogen engine is sent to the tank to heat the metal hydride, the amount of heat to be sent is determined by the hydrogen gas pressure in the tank. Since it is controlled according to the pressure gradient and the pressure level of the tank, the pressure control in the metal hydride tank becomes a predictive control for predicting the subsequent change, and the tank internal pressure responds as compared with the conventional example in which the tank internal pressure is controlled. It can be kept fairly constant, which improves the functionality of the system. Further, it is possible to prevent the tank internal pressure from becoming excessive at the time of emergency stop of the hydrogen engine, and it is possible to enhance the safety of the system.
第１図は本発明の圧力制御装置を備えた金属水素化物エ
ンジンシステムの構成図、第２図は本発明における制御
についての説明図、第３図は公知の金属水素化物エンジ
ンシステムの構成図、第４図はそのエンジンシステムに
おける制御についての説明図である。 10……タンク、11……エンジン、12……送給路、 13……送給熱量制御手段、17……圧力センサ、18……演
算制御装置。FIG. 1 is a block diagram of a metal hydride engine system provided with a pressure control device of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of control in the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a known metal hydride engine system, FIG. 4 is an explanatory diagram of control in the engine system. 10 ... tank, 11 ... engine, 12 ... feeding path, 13 ... feeding heat amount control means, 17 ... pressure sensor, 18 ... arithmetic control device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−118607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−14004（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−34004（ＪＰ，Ｕ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-53-118607 (JP, A) JP-A-59-14004 (JP, A) Practical application Sho-57-34004 (JP, U)
Claims (1)
属水素化物に吸蔵された水素ガスを燃料源とするエンジ
ンとを備え、上記エンジンにおいて発生した熱を上記タ
ンクに送給して金属水素化物を加熱するようにした水素
エンジンシステムにおいて、 上記エンジンからタンクへ熱を送給する送給路に送給熱
量制御手段を設けると共に、上記タンクに水素ガスの圧
力を検出する圧力センサを設け、 この圧力センサに、それによって検出した圧力の時間的
変化を求めて、その時間的変化に応じて上記送給熱量制
御手段を制御すると共に、タンク内圧力レベルが予め設
定した圧力範囲を越えたときに、上記圧力の時間的変化
にかかわらず送給熱量を一定に保つように上記送給熱量
制御手段を制御する演算制御装置を接続した、 ことを特徴とする水素エンジンシステムにおける金属水
素化物タンクの圧力制御装置。1. A metal hydrogen tank comprising a tank containing a metal hydride and an engine using hydrogen gas stored in the metal hydride as a fuel source, wherein heat generated in the engine is supplied to the tank. In a hydrogen engine system configured to heat a compound, a supply heat amount control means is provided in a supply path for supplying heat from the engine to the tank, and a pressure sensor for detecting the pressure of hydrogen gas is provided in the tank, When the pressure sensor detects a temporal change in pressure detected by the pressure sensor and controls the heat supply amount control means according to the temporal change, and when the tank pressure level exceeds a preset pressure range. In addition, an arithmetic and control unit is connected to control the supply heat amount control means so as to keep the supply heat amount constant irrespective of the temporal change of the pressure. Pressure control apparatus for a metal hydride tank in containing the engine system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60060434A JPH0743611B2 (en) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | Pressure control device for metal hydride tank in hydrogen engine system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60060434A JPH0743611B2 (en) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | Pressure control device for metal hydride tank in hydrogen engine system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61220009A JPS61220009A (en) | 1986-09-30 |
| JPH0743611B2 true JPH0743611B2 (en) | 1995-05-15 |
Family
ID=13142145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60060434A Expired - Lifetime JPH0743611B2 (en) | 1985-03-25 | 1985-03-25 | Pressure control device for metal hydride tank in hydrogen engine system |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0743611B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5305714A (en) * | 1991-07-03 | 1994-04-26 | Nippon Soken, Inc. | Fuel supply system for an internal combustion engine |
| JP4454824B2 (en) | 2000-10-12 | 2010-04-21 | 本田技研工業株式会社 | Hydrogen supply device |
| JP6319239B2 (en) * | 2015-09-09 | 2018-05-09 | マツダ株式会社 | Control device for gaseous fuel engine |
-
1985
- 1985-03-25 JP JP60060434A patent/JPH0743611B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61220009A (en) | 1986-09-30 |
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