JPH11230813A - Fluid residue measuring device - Google Patents
Fluid residue measuring deviceInfo
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- JPH11230813A JPH11230813A JP10048809A JP4880998A JPH11230813A JP H11230813 A JPH11230813 A JP H11230813A JP 10048809 A JP10048809 A JP 10048809A JP 4880998 A JP4880998 A JP 4880998A JP H11230813 A JPH11230813 A JP H11230813A
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- Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種流体容器の残
量を計測するための流体残量計測装置に関し、特に自動
車用燃料タンクの残量や燃料電池用燃料ボンベの残量を
広範囲、高精度かつ低抵抗で計測できる耐久性および信
頼性に優れた流体残量計測装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid remaining amount measuring device for measuring the remaining amount of various fluid containers, and more particularly, to measuring the remaining amount of a fuel tank for an automobile or a fuel cylinder for a fuel cell in a wide range. The present invention relates to a fluid remaining amount measuring device that is highly durable and reliable and can be measured accurately and with low resistance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の自動車用燃料タンクの残量計とし
ては、タンク内に設けられたフロートの上下移動を当該
フロートの受感部で検出して、これを残量に変換するい
わゆるフロート式のものが知られている。2. Description of the Related Art As a conventional fuel gauge for a fuel tank for an automobile, a so-called float type in which the vertical movement of a float provided in the tank is detected by a sensing part of the float and converted into a remaining amount. Are known.
【０００３】一方、燃料電池用燃料ボンベの燃料残量
は、管路の途中に設けられた流量計、たとえばオリフィ
スを利用した流量計、ベンチュリ管を利用した流量計、
カルマン渦列の発生周波数を測定することにより流量を
測定する流量計等々により計測されている。On the other hand, the remaining amount of fuel in a fuel cylinder for a fuel cell can be measured by a flow meter provided in the middle of a pipe, for example, a flow meter using an orifice, a flow meter using a Venturi tube,
It is measured by a flow meter or the like that measures the flow rate by measuring the generation frequency of the Karman vortex street.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車
用燃料タンクの残量計にあっては、燃料タンクの形状は
きわめて複雑であることから、フロートの上下移動量と
燃料残量とがスムーズな関係にならず、計測精度に問題
があった。また、フロート式残量計ではタンク液面の揺
動によって表示針がふらつくといった基本的な問題もあ
り、表示針の応答感度を下げたとしても自ずと限界があ
った。However, in fuel gauges for automobile fuel tanks, since the shape of the fuel tank is extremely complicated, the relationship between the amount of vertical movement of the float and the amount of remaining fuel is smooth. And there was a problem with the measurement accuracy. Further, in the float type fuel gauge, there is a basic problem that the display needle fluctuates due to the fluctuation of the tank liquid level, and there is naturally a limit even if the response sensitivity of the display needle is lowered.
【０００５】一方、燃料電池用燃料ボンベの残量計に用
いられる流量計は、全て管路の流れ中に何らかの流体抵
抗体を配置し、流体抵抗体による管路の流れの変化を計
測することにより、流体の平均流速を求め、流量を計測
するようになっている。このため、管路抵抗が増大する
という課題を本質的に有していた。[0005] On the other hand, all flow meters used as fuel gauges for fuel cylinders for fuel cells have a structure in which some kind of fluid resistance is arranged in the flow of the pipe, and the change in the flow of the pipe caused by the fluid resistance is measured. Thus, the average flow velocity of the fluid is obtained, and the flow rate is measured. For this reason, there was an inherent problem that the pipeline resistance increased.
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、自動車用燃料タンクの残量
や燃料電池用燃料ボンベの残量を広範囲、高精度かつ低
抵抗で計測できる耐久性および信頼性に優れた流体残量
計測装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and measures the remaining amount of a fuel tank for an automobile and the remaining amount of a fuel cylinder for a fuel cell in a wide range, with high accuracy, and with low resistance. It is an object of the present invention to provide a fluid remaining amount measuring device which is excellent in durability and reliability.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の観点によれば、燃料タンク内の燃料
残量を計測して表示する流体残量計測装置において、前
記燃料タンクから内燃機関に至る間の燃料パイプに設け
られ当該燃料パイプ内を通過する燃料の流量を計測する
流量計と、前記燃料タンク内に投入する燃料の初期値を
入力する入力器と、前記入力器により入力された燃料の
初期値から前記流量計により計測された燃料量を減算し
て燃料残量を演算する第１の演算器と、前記演算器から
出力された燃料残量を表示する表示器とを備え、前記流
量計は、前記燃料パイプの途中に設けられた渦発生体
と、前記渦発生体の上流側に位置する燃料パイプ内の上
流側静圧と、前記渦発生体の下流側に位置する燃料パイ
プ内の下流側静圧との圧力差（ΔＰ）を計測する圧力セ
ンサと、前記圧力センサで検出された圧力差（ΔＰ）に
基づき、下記に示す数式から、前記燃料パイプ内を流れ
る燃料量を演算する第２の演算器とを有することを特徴
とする流体残量計測装置が提供される。According to a first aspect of the present invention, there is provided a fluid remaining amount measuring device for measuring and displaying a remaining amount of fuel in a fuel tank. A flow meter provided in a fuel pipe from the tank to the internal combustion engine for measuring a flow rate of fuel passing through the fuel pipe; an input device for inputting an initial value of fuel to be charged into the fuel tank; A first calculator for calculating the remaining fuel amount by subtracting the fuel amount measured by the flow meter from the initial value of the fuel input by the calculator, and a display for displaying the remaining fuel amount output from the calculator. A vortex generator provided in the middle of the fuel pipe, an upstream static pressure in a fuel pipe located upstream of the vortex generator, and a downstream of the vortex generator. The downstream static pressure in the fuel pipe located on the A pressure sensor for measuring a pressure difference (ΔP), and a second calculator for calculating an amount of fuel flowing through the fuel pipe from the following equation based on the pressure difference (ΔP) detected by the pressure sensor. The fluid remaining amount measuring device is characterized by having:
【０００８】[0008]
【数３】 また上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に
よれば、燃料電池に供給される反応燃料が封入された燃
料ボンベ内の燃料残量を計測して表示する流体残量計測
装置において、前記燃料ボンベから前記燃料電池に至る
管路に設けられ当該管路内を通過する前記反応燃料の流
量を計測する流量計と、前記燃料ボンベ内に封入された
反応燃料の初期値を入力する入力器と、前記入力器によ
り入力された反応燃料封入量の初期値から前記流量計に
より計測された燃料量を減算して燃料残量を演算する第
１の演算器と、前記演算器から出力された燃料残量を表
示する表示器とを備え、前記流量計は、前記管路の途中
に設けられた渦発生体と、前記渦発生体の上流側に位置
する管路内の上流側静圧と、前記渦発生体の下流側に位
置する管路内の下流側静圧との圧力差（ΔＰ）を計測す
る圧力センサと、前記圧力センサで検出された圧力差
（ΔＰ）に基づき、下記に示す数式から、前記管路内を
流れる燃料量を演算する第２の演算器とを有することを
特徴とする流体残量計測装置が提供される。(Equation 3) According to a second aspect of the present invention, there is provided a fluid remaining amount measuring device for measuring and displaying a remaining amount of fuel in a fuel cylinder filled with a reaction fuel supplied to a fuel cell. And a flow meter provided in a conduit from the fuel cylinder to the fuel cell for measuring a flow rate of the reaction fuel passing through the conduit, and inputting an initial value of the reaction fuel sealed in the fuel cylinder. An input device, a first calculator for calculating the remaining fuel amount by subtracting the fuel amount measured by the flow meter from an initial value of the amount of charged fuel input by the input device, and An indicator for displaying the output remaining fuel amount, wherein the flow meter is provided with a vortex generator provided in the middle of the pipe, and an upstream side in a pipe located upstream of the vortex generator. The static pressure and the pressure in the pipeline located downstream of the vortex generator A pressure sensor that measures a pressure difference (ΔP) from the side static pressure, and a pressure sensor that calculates the amount of fuel flowing through the pipeline from the following equation based on the pressure difference (ΔP) detected by the pressure sensor. A fluid level measuring device, comprising: two arithmetic units.
【０００９】[0009]
【数４】 上記本発明の第１および第２の観点による流体残量計測
装置において、特に限定はされないが、前記圧力センサ
は、前記渦発生体の上流側に位置する燃料パイプまたは
管路の壁面に装着された第１圧力センサと、前記渦発生
体の下流側に位置する燃料パイプまたは管路の壁面に装
着された第２圧力センサとを有することが好ましい。(Equation 4) In the fluid remaining amount measuring device according to the first and second aspects of the present invention, the pressure sensor is mounted on a wall surface of a fuel pipe or a pipe located upstream of the vortex generator, although not particularly limited. And a second pressure sensor mounted on the wall surface of a fuel pipe or pipe located downstream of the vortex generator.
【００１０】またこのとき、特に限定はされないが、前
記燃料パイプまたは管路の断面基準寸法をＤとしたとき
に、前記第１圧力センサが、前記渦発生体の上流側で１
×Ｄ以上離れた位置に装着され、前記第２圧力センサ
が、前記渦発生体の下流側で２×Ｄ以上離れた位置に装
着されていることがより好ましい。これら圧力センサ
が、渦発生体にあまりに近いと、渦発生体の影響により
上記関係式が成り立たなくなるおそれがあり好ましくな
い。特に好ましくは、前記第１圧力センサが、前記渦発
生体の上流側で約２．７５×Ｄ離れた位置に装着され、
前記第２圧力センサが、前記渦発生体の下流側で約４．
３３×Ｄ離れた位置に装着されている。[0010] At this time, although not particularly limited, when the cross-sectional reference dimension of the fuel pipe or the pipe is D, the first pressure sensor is set to 1 at the upstream side of the vortex generator.
More preferably, the second pressure sensor is mounted at a position separated by 2D or more on the downstream side of the vortex generator. If these pressure sensors are too close to the vortex generator, the above relational expression may not be satisfied due to the influence of the vortex generator, which is not preferable. Particularly preferably, the first pressure sensor is mounted at a position about 2.75 × D upstream of the vortex generator,
The second pressure sensor has a pressure of about 4.0 downstream of the vortex generator.
It is mounted at a distance of 33 × D.
【００１１】本発明において、前記燃料パイプまたは管
路に設けられる渦発生体の断面形状は特に限定されず、
円形、半円形、三角形、台形、正方形、長方形等々の断
面形状を有する渦発生体を用いることができる。In the present invention, the cross-sectional shape of the vortex generator provided in the fuel pipe or pipe is not particularly limited.
A vortex generator having a cross-sectional shape such as a circle, a semicircle, a triangle, a trapezoid, a square, and a rectangle can be used.
【００１２】この場合、渦発生体の断面形状によって前
記数式（２）中の係数Ｃが相違する点に留意する。つま
り、本発明者らが確認したところによれば、上記数式中
の係数Ｃは、一様流中の抗力係数ＣD のほぼ０．８０
倍、すなわちＣ＝０．８０・ＣD の関係が成立する。こ
こで、断面形状に応じた一様流中の抗力係数ＣD は既知
であることから、これを０．８０倍すれば上記数式の係
数Ｃを求めることができる（表１参照）。たとえば、渦
発生体の断面が円形である場合にはＣD ＝１．１７であ
ることから、係数Ｃ＝０．８５である。In this case, it should be noted that the coefficient C in the equation (2) differs depending on the sectional shape of the vortex generator. In other words, the present inventors have confirmed that the coefficient C in the above equation is approximately 0.80 of the drag coefficient CD in a uniform flow.
Double, that is, the relationship of C = 0.80 · CD is established. Here, since the drag coefficient CD in a uniform flow according to the cross-sectional shape is known, by multiplying it by 0.80, the coefficient C of the above equation can be obtained (see Table 1). For example, when the cross section of the vortex generator is circular, CD = 1.17, so the coefficient C = 0.85.
【００１３】[0013]
【表１】 特に限定はされないが、本発明の流体残量計測装置によ
り計測される管路内流体のレイノルズ数は、１．９×１
０4 〜２．７×１０5 程度、開口比は０．６６〜０．１
９５程度の範囲内であることが好ましい。[Table 1] Although not particularly limited, the Reynolds number of the fluid in the pipeline measured by the fluid remaining amount measuring device of the present invention is 1.9 × 1
0 4 ~2.7 × 10 5 mm, the opening ratio is 0.66 to 0.1
It is preferable to be in the range of about 95.
【００１４】[0014]
【作用】本発明者らは、管路内に置かれた渦発生体の前
後の静圧差と平均流速との間の一般的関係式について実
験を重ねた結果、渦発生体の種類や管路内断面の形状な
どによらず、幅広いレイノルズ数の範囲において、円管
路内に置かれた渦発生体に基づく流体流れの損失係数Ｋ
は、［（１−β）／β2 ］に比例することを見い出し、
本発明を完成させるに至った。従来では、渦発生体によ
る損失係数は、渦発生の種類や管路の断面形状毎に図ま
たは表で与えられ、一般式化されていなかったので、渦
発生体自体を流量計の一要素として用いることは不可能
であった。The present inventors have repeated experiments on the general relational expression between the static pressure difference before and after the vortex generator placed in the conduit and the average flow velocity, and as a result, the types of the vortex generator and the conduit Regardless of the shape of the inner cross section, the loss coefficient K of the fluid flow based on the vortex generator placed in the circular pipe in a wide range of Reynolds number
Is found to be proportional to [(1-β) / β 2 ],
The present invention has been completed. Conventionally, the loss coefficient of a vortex generator is given in a diagram or table for each type of vortex generation and cross-sectional shape of the conduit, and was not generalized. It was impossible to use.
【００１５】本発明では、管路内に置かれた渦発生体に
基づく流体流れの損失係数Ｋを、開口比βを用いて一般
式化することに成功した。これにより、本発明では、渦
発生体自体を流量計の一部として用い、渦発生体の前後
の静圧差を求めることで、上記数式から、管路を流れる
流体の平均流速Ｕｍ、ひいては単位時間当たりの流量Ｑ
／ｔを算出することを可能ならしめた。そして、この単
位時間当たりの流量を積算することで総流量Ｑが求めら
れるので、初期値から総流量を減算していけば、現在の
流体の残量が求められる。In the present invention, the loss coefficient K of the fluid flow based on the vortex generator placed in the conduit has been successfully generalized using the aperture ratio β. Accordingly, in the present invention, by using the vortex generator itself as a part of the flow meter and determining the static pressure difference before and after the vortex generator, from the above equation, the average flow velocity Um of the fluid flowing through the pipeline, and hence the unit time Per flow Q
/ T was made possible to calculate. Then, since the total flow rate Q is obtained by integrating the flow rates per unit time, the current remaining amount of the fluid can be obtained by subtracting the total flow rate from the initial value.
【００１６】本発明では、レイノルズ数が１．９×１０
4 〜２．７×１０5 程度の範囲で計測が可能であるた
め、計測可能な流速の範囲が広く、自動車用燃料タンク
や燃料電池用燃料ボンベなどあらゆる装置に適用するこ
とができる。また、管路の壁面の静圧は安定しているの
で、計測の結果求められる流体残量の精度もきわめて高
くなる。さらに、流量計の構造が簡素であることから汚
れなどによる経時変化が少なく、耐久性および信頼性に
優れたものとなる。また、開口比の範囲も十分広いの
で、管路内に設けられる渦発生体の断面積を小さくして
流通抵抗を最小限とすることができる。In the present invention, the Reynolds number is 1.9 × 10
Since measurement is possible in the range of about 4 to 2.7 × 10 5, the range of flow velocity that can be measured is wide, and the present invention can be applied to various devices such as a fuel tank for an automobile and a fuel cylinder for a fuel cell. In addition, since the static pressure on the wall of the pipeline is stable, the accuracy of the remaining amount of fluid obtained as a result of the measurement is extremely high. Further, since the structure of the flow meter is simple, there is little change with time due to dirt or the like, and the flow meter is excellent in durability and reliability. Also, since the range of the aperture ratio is sufficiently wide, the cross-sectional area of the vortex generator provided in the conduit can be reduced to minimize the flow resistance.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施形
態に基づき説明する。第１実施形態 図１は本発明の流体残量計測装置の第１実施形態を示す
構成図、図２は本発明の流体残量計測装置に係る流量計
の実施形態を示す拡大断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings. First Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the fluid remaining amount measuring device of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an embodiment of a flow meter according to the fluid remaining amount measuring device of the present invention. .
【００１８】図１に示すように、本実施形態の流体残量
計測装置は、自動車用燃料タンクの残量表示計に適用し
たものである。まず、燃料タンク１には、燃料入口が形
成され、またタンク１の最下面に燃料ポンプ７が装着さ
れている。燃料ポンプ７で吸引された燃料は、燃料パイ
プ２を介して図外のフューエルインジェクタに供給され
る。燃料パイプ２の断面は、特に限定されないがたとえ
ば円形である。As shown in FIG. 1, the fluid remaining amount measuring device of the present embodiment is applied to a remaining amount indicator of an automobile fuel tank. First, a fuel inlet is formed in the fuel tank 1, and a fuel pump 7 is mounted on the lowermost surface of the tank 1. The fuel sucked by the fuel pump 7 is supplied to a fuel injector (not shown) through the fuel pipe 2. The cross section of the fuel pipe 2 is not particularly limited, but is, for example, circular.
【００１９】この燃料パイプ２の途中には、流量計３が
取り付けられている。この流量計３の詳細について説明
すると、図２に示すように、燃料パイプ２の内部には、
断面が円形の棒体からなる渦発生体３１が取り付けられ
ており、燃料の流れ方向（Ｘ矢印）に対する渦発生体３
１の上流側で、当該渦発生体３１から距離Ｌ１＝２．７
５×Ｄの位置の管壁に、第１圧力センサ３２が装着され
ている。この圧力センサ３２は、渦発生体３１の上流側
における燃料の静圧を測定する。特に限定されないが、
燃料パイプ２内の流通抵抗を極力増加させないために、
第１圧力センサ３２は、燃料パイプ２の管内壁に面一に
装着することが望ましい。In the middle of the fuel pipe 2, a flow meter 3 is mounted. The flow meter 3 will be described in detail. As shown in FIG.
A vortex generator 31 having a circular cross section is attached, and the vortex generator 3 in the fuel flow direction (X arrow) is attached.
1 and a distance L1 = 2.7 from the vortex generator 31.
The first pressure sensor 32 is mounted on the pipe wall at the position of 5 × D. The pressure sensor 32 measures the static pressure of the fuel on the upstream side of the vortex generator 31. Although not particularly limited,
In order to minimize the flow resistance in the fuel pipe 2,
The first pressure sensor 32 is desirably mounted flush with the inner wall of the fuel pipe 2.
【００２０】また、渦発生体３１の下流側であって、当
該渦発生体３１から距離Ｌ２＝４．３３×Ｄの位置の管
壁に、第２圧力センサ３３が装着されており、この第２
圧力センサ３３は、渦発生体３１の下流側における静圧
を測定する。特に限定されないが、燃料パイプ２内の流
通抵抗を極力増加させないために、第２圧力センサ３３
も、燃料パイプ２の管内壁に面一に装着することが望ま
しい。A second pressure sensor 33 is mounted on the pipe wall downstream of the vortex generator 31 and at a distance L2 = 4.33 × D from the vortex generator 31. 2
The pressure sensor 33 measures a static pressure on the downstream side of the vortex generator 31. Although not particularly limited, the second pressure sensor 33 is used to minimize the flow resistance in the fuel pipe 2 as much as possible.
Also, it is desirable to mount the fuel pipe 2 flush with the inner wall of the fuel pipe 2.
【００２１】これら第１および第２圧力センサ３２．３
３で測定された圧力信号は、それぞれ演算回路５（図１
参照）へと送出され、当該演算回路５では、第１および
第２圧力センサ３２．３３で検出された圧力の差ΔＰを
算出し、この差圧ΔＰを下記数式に代入し、燃料の流量
Ｑを算出する。本実施形態の演算回路５が、本発明の第
１の演算器および第２の演算器に相当する。The first and second pressure sensors 32.3
Each of the pressure signals measured at 3 is calculated by an arithmetic circuit 5 (FIG. 1).
The arithmetic circuit 5 calculates the difference ΔP between the pressures detected by the first and second pressure sensors 32.33, and substitutes the difference ΔP into the following equation to obtain the fuel flow rate Q Is calculated. The arithmetic circuit 5 of the present embodiment corresponds to the first arithmetic unit and the second arithmetic unit of the present invention.
【００２２】[0022]
【数５】 図１に示すように、燃料タンク１には、燃料液位の上限
を検出する液位センサ８ａと、燃料液位の下限を検出す
る液位センサ８ｂとが設けられており、それぞれの液位
センサ８ａ，８ｂからの検出信号は演算回路５に送出さ
れる。特に限定はされないが、これら液位センサ８ａ，
８ｂはフロート式センサが用いられる。(Equation 5) As shown in FIG. 1, the fuel tank 1 is provided with a liquid level sensor 8a for detecting the upper limit of the fuel level and a liquid level sensor 8b for detecting the lower limit of the fuel level. The detection signals from the sensors 8a and 8b are sent to the arithmetic circuit 5. Although not particularly limited, these liquid level sensors 8a,
8b uses a float type sensor.
【００２３】また、演算回路５には、入力器４が接続さ
れており、燃料入口から注入された燃料量を手入力する
ことができるようになっている。さらに、演算回路５に
は表示器６が接続されており、現在の燃料残量および液
位の警告信号を表示する。The input unit 4 is connected to the arithmetic circuit 5 so that the amount of fuel injected from the fuel inlet can be manually input. Further, a display 6 is connected to the arithmetic circuit 5, and displays a warning signal of the current fuel remaining amount and the liquid level.
【００２４】次に作用を説明する。まず、燃料タンク１
の燃料入口から所望量の燃料を注入したら、入力器４を
用いてその注入量を手入力する。これにより、燃料タン
ク１に存在する初期値が既知となる。Next, the operation will be described. First, the fuel tank 1
When a desired amount of fuel is injected from the fuel inlet of the above, the input amount is manually input using the input device 4. Thereby, the initial value existing in the fuel tank 1 becomes known.
【００２５】こうした状態から自動車を走行させると、
燃料ポンプ７によって燃料タンク１内の燃料がフューエ
ルインジェクタに供給され、徐々に消費されて行く。こ
の燃料が流量計３を流れる際に生じる差圧を第１および
第２圧力センサ３２，３３により検出し、演算回路５で
当該差圧ΔＰを求め、この差圧ΔＰを上述した式（１）
に代入する。When a car is driven from such a state,
The fuel in the fuel tank 1 is supplied to the fuel injector by the fuel pump 7 and is gradually consumed. The differential pressure generated when the fuel flows through the flow meter 3 is detected by the first and second pressure sensors 32 and 33, and the arithmetic circuit 5 obtains the differential pressure ΔP.
Substitute for
【００２６】式（１）において、重力加速度ｇ、燃料の
比重γ、燃料パイプの断面積Ａ0 、計測時間ｔはそれぞ
れ既知である。また、式（１）のＫは式（２）によって
与えられる、すなわち、式（２）において、開口比βは
燃料パイプ２の断面積と渦発生体３１の投影面積から算
出でき、定数Ｃは渦発生体３１の形状に応じて上述した
表１を参照して求められる。In equation (1), the gravitational acceleration g, the specific gravity γ of the fuel, the sectional area A0 of the fuel pipe, and the measurement time t are known. Further, K in Expression (1) is given by Expression (2), that is, in Expression (2), the aperture ratio β can be calculated from the cross-sectional area of the fuel pipe 2 and the projected area of the vortex generator 31, and the constant C is It is determined by referring to Table 1 described above according to the shape of the vortex generator 31.
【００２７】こうして求められた燃料の流量Ｑを先程入
力器４から入力された初期値から減算することで、現在
の燃料残量が求められるので、これを表示器６へ出力し
表示する。The current fuel remaining amount is obtained by subtracting the fuel flow rate Q thus obtained from the initial value input from the input device 4 and outputs the same to the display device 6 for display.
【００２８】また、２つの液位センサ８ａ，８ｂの何れ
かの検出信号により、燃料が上限あるいは下限に達した
ときには、演算回路５を介してその旨を表示器６へ出力
し使用者に喚起する。When the fuel reaches the upper limit or the lower limit based on the detection signal of one of the two liquid level sensors 8a and 8b, the fact is output to the display 6 via the arithmetic circuit 5 to evoke the user. I do.
【００２９】本実施形態の流体残量計測装置は、レイノ
ルズ数が１．９×１０4 〜２．７×１０5 程度、開口比
が０．６６〜０．１９５程度の範囲内で適用することが
できるので、適用される燃料の流速や燃料パイプの制限
が緩やかである。また、第１および第２圧力センサ３
２，３３で検出される燃料パイプの壁面の静圧は、きわ
めて安定しているので、計測の結果求められる流体残量
の精度もきわめて高くなる。The apparatus for measuring the remaining amount of fluid according to the present embodiment may be applied to a Reynolds number of about 1.9 × 10 4 to 2.7 × 10 5 and an aperture ratio of about 0.66 to 0.195. Therefore, the restrictions on the flow rate of the applied fuel and the fuel pipe are moderate. In addition, the first and second pressure sensors 3
Since the static pressure on the wall surface of the fuel pipe detected at 2 and 33 is extremely stable, the accuracy of the remaining amount of fluid obtained as a result of the measurement is extremely high.
【００３０】さらに、流量計３の構造が簡素であること
から、渦発生体３１やセンサ３２，３３の汚れなどによ
る経時変化が少なく、耐久性および信頼性に優れたもの
となる。また、開口比の範囲も十分広いので、燃料パイ
プ内に設けられる渦発生体３１の断面積を小さくして流
通抵抗を最小限とすることができる。Further, since the structure of the flow meter 3 is simple, there is little change with time due to contamination of the vortex generator 31 and the sensors 32 and 33, and the durability and reliability are excellent. Also, since the range of the opening ratio is sufficiently wide, the cross-sectional area of the vortex generator 31 provided in the fuel pipe can be reduced to minimize the flow resistance.
【００３１】第２実施形態 図３は本発明の流体残量計測装置の第２実施形態を示す
構成図であり、本実施形態は、電気自動車などに応用さ
れる燃料電池システムの反応ガス残量を計測する場合に
適用したものである。 Second Embodiment FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the fluid remaining amount measuring apparatus according to the present invention. In this embodiment, the reaction gas remaining amount of a fuel cell system applied to an electric vehicle or the like is shown. This is applied when measuring.
【００３２】こうした燃料電池システムは、水素と酸素
（または空気）とを反応させることにより発電を行うシ
ステムであって、図３に示すように、水素ガスの発生源
となる燃料が封入されたボンベ１は、バルブ９が装着さ
れた配管２を介して改質器１０に接続され、この改質器
１０によって水素ガスが生成されて燃料電池１１に供給
される。一方、コンプレッサ１２により取り込まれた空
気は、バルブ１３が装着された配管１４を介して燃料電
池１１に接続されている。Such a fuel cell system is a system for generating electricity by reacting hydrogen with oxygen (or air). As shown in FIG. 3, a cylinder filled with a fuel serving as a hydrogen gas generation source is provided. 1 is connected to a reformer 10 via a pipe 2 provided with a valve 9, and hydrogen gas is generated by the reformer 10 and supplied to a fuel cell 11. On the other hand, the air taken in by the compressor 12 is connected to the fuel cell 11 via a pipe 14 in which a valve 13 is mounted.
【００３３】こうして水素ガスと空気とが燃料電池１１
に供給されると、当該燃料電池１１内に設けられた水素
極で水素のイオン化が生じ、この水素イオンの流れと電
子の流れとに分離するプロセスを経て水素と酸素とが化
学的に結合される。このときの電子の流れが水素極と空
気極との間に生じるので、直流電流が流れることにな
り、これを直流交流変換装置によって交流電流に変換し
たのち、電気自動車の駆動モータなどに供給される。In this way, the hydrogen gas and the air are
Is supplied to the fuel cell 11, hydrogen ionization occurs at a hydrogen electrode provided in the fuel cell 11, and hydrogen and oxygen are chemically bonded through a process of separating the flow of hydrogen ions and the flow of electrons. You. Since the flow of electrons at this time occurs between the hydrogen electrode and the air electrode, a DC current flows, which is converted into an AC current by a DC / AC converter, and then supplied to a drive motor of an electric vehicle. You.
【００３４】本実施形態の流体残量供給装置では、燃料
ボンベ１から燃料電池１１に至る配管（管路）２に流量
計３が取り付けられており、その構成は図２に示すもの
と同一である。そして、図２に示す２つの圧力センサ３
２，３３からの検出信号は、それぞれ演算回路５に送出
される。また、燃料ボンベ１には、当該燃料ボンベ１を
交換したときに作動するボンベ取り換え検出センサ４が
設けられており、このボンベ取り換え検出センサ４から
の検出信号も演算回路５に送出される。さらに、燃料ボ
ンベ１の出口には、ボンベ１内の圧力を検出するための
圧力センサ１５が装着されており、この圧力センサ１５
の検出信号も演算回路５に送出される。In the fluid remaining amount supply device of the present embodiment, a flow meter 3 is attached to a pipe (pipe line) 2 from the fuel cylinder 1 to the fuel cell 11, and its configuration is the same as that shown in FIG. is there. Then, two pressure sensors 3 shown in FIG.
The detection signals from 2 and 33 are sent to the arithmetic circuit 5, respectively. Further, the fuel cylinder 1 is provided with a cylinder replacement detection sensor 4 that operates when the fuel cylinder 1 is replaced, and a detection signal from the cylinder replacement detection sensor 4 is also sent to the arithmetic circuit 5. Further, a pressure sensor 15 for detecting the pressure inside the cylinder 1 is mounted at the outlet of the fuel cylinder 1.
Is also sent to the arithmetic circuit 5.
【００３５】次に作用を説明する。まず、燃料ボンベ１
を新規に装着すると、ボンベ取り換え検出センサ４から
演算回路５にその旨の信号が送出されるので、これによ
り、燃料ボンベ１に存在する燃料の初期値が既知とな
る。Next, the operation will be described. First, fuel cylinder 1
Is newly installed, a signal to that effect is sent from the cylinder replacement detection sensor 4 to the arithmetic circuit 5, whereby the initial value of the fuel present in the fuel cylinder 1 becomes known.
【００３６】こうした状態から燃料電池１１に燃料およ
び空気を供給すると、ボンベ１内の燃料は徐々に消費さ
れて行く。この燃料が流量計３を流れる際に生じる差圧
を第１および第２圧力センサ３２，３３により検出し、
演算回路５で当該差圧ΔＰを求め、この差圧ΔＰを上述
した式（１）に代入する。When fuel and air are supplied to the fuel cell 11 from such a state, the fuel in the cylinder 1 is gradually consumed. A differential pressure generated when the fuel flows through the flow meter 3 is detected by the first and second pressure sensors 32 and 33,
The arithmetic circuit 5 calculates the differential pressure ΔP, and substitutes the differential pressure ΔP into the above equation (1).
【００３７】式（１）において、重力加速度ｇ、燃料の
比重γ、配管２の断面積Ａ0 、計測時間ｔはそれぞれ既
知である。また、式（１）のＫは式（２）によって与え
られる、すなわち、式（２）において、開口比βは配管
２の断面積と渦発生体３１の投影面積から算出でき、定
数Ｃは渦発生体３１の形状に応じて上述した表１を参照
して求められる。In equation (1), the gravitational acceleration g, the specific gravity γ of the fuel, the sectional area A0 of the pipe 2, and the measurement time t are known. Further, K in the equation (1) is given by the equation (2), that is, in the equation (2), the aperture ratio β can be calculated from the sectional area of the pipe 2 and the projected area of the vortex generator 31, and the constant C is It is obtained by referring to Table 1 described above according to the shape of the generator 31.
【００３８】こうして求められた燃料の流量Ｑを先程ボ
ンベ取り換えセンサ４から入力された初期値から減算す
ることで、現在の燃料残量が求められるので、これを表
示器６へ出力し表示する。The current fuel remaining amount is obtained by subtracting the fuel flow rate Q thus obtained from the initial value input from the cylinder replacement sensor 4 and is output to the display 6 for display.
【００３９】また、圧力センサ１５の検出信号により、
燃料が下限に達したときには、演算回路５を介してその
旨を表示器６へ出力し使用者に喚起する。Further, according to the detection signal of the pressure sensor 15,
When the fuel reaches the lower limit, the fact is output to the display 6 via the arithmetic circuit 5 to alert the user.
【００４０】本実施形態の流体残量計測装置は、レイノ
ルズ数が１．９×１０4 〜２．７×１０5 程度、開口比
が０．６６〜０．１９５程度の範囲内で適用することが
できるので、適用される燃料の流速や配管２の制限が緩
やかである。また、第１および第２圧力センサ３２，３
３で検出される配管２の壁面の静圧は、きわめて安定し
ているので、計測の結果求められる流体残量の精度もき
わめて高くなる。The apparatus for measuring the remaining amount of fluid according to the present embodiment should be applied when the Reynolds number is in the range of about 1.9 × 10 4 to 2.7 × 10 5 and the aperture ratio is in the range of about 0.66 to 0.195. Therefore, the flow rate of the applied fuel and the restrictions on the piping 2 are moderate. Further, the first and second pressure sensors 32, 3
Since the static pressure on the wall surface of the pipe 2 detected at 3 is extremely stable, the accuracy of the remaining amount of fluid obtained as a result of the measurement is extremely high.
【００４１】さらに、流量計３の構造が簡素であること
から、渦発生体３１やセンサ３２，３３の汚れなどによ
る経時変化が少なく、耐久性および信頼性に優れたもの
となる。また、開口比の範囲も十分広いので、配管２内
に設けられる渦発生体３１の断面積を小さくして流通抵
抗を最小限とすることができる。Further, since the structure of the flow meter 3 is simple, there is little change with time due to contamination of the vortex generator 31 and the sensors 32 and 33, and the durability and reliability are excellent. Further, since the range of the aperture ratio is sufficiently wide, the cross-sectional area of the vortex generator 31 provided in the pipe 2 can be reduced to minimize the flow resistance.
【００４２】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。The embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
【００４３】たとえば、渦発生体３１の前後の圧力差
は、別々の圧力センサ３２，３３により検出する以外に
も、これらセンサ３２，３３が位置する部分の静圧を差
圧計に導き、この差圧計により直接差圧を検出しても良
い。For example, the pressure difference before and after the vortex generator 31 is detected not only by separate pressure sensors 32 and 33 but also the static pressure of the portion where these sensors 32 and 33 are located is led to a differential pressure gauge. The pressure difference may be directly detected by a manometer.
【００４４】また、上述した第２実施形態において、燃
料ボンベ１の残量を計測する以外にも、酸素ボンベなど
を搭載する場合にはこのボンベの残量を計測しても良
い。In the second embodiment, in addition to measuring the remaining amount of the fuel cylinder 1, when an oxygen cylinder or the like is mounted, the remaining amount of the cylinder may be measured.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、計測可能な流速の範囲が広く、自動車用燃料タンク
や燃料電池用燃料ボンベなどあらゆる装置に適用するこ
とができる。また、検出される管路の壁面の静圧は安定
しているので、計測の結果求められる流体残量の精度も
きわめて高くなる。さらに、流量計の構造が簡素である
ことから汚れなどによる経時変化が少なく、耐久性およ
び信頼性に優れたものとなる。また、開口比の範囲も十
分広いので、管路内に設けられる渦発生体の断面積を小
さくして流通抵抗を最小限とすることができる。As described above, according to the present invention, the range of measurable flow velocity is wide, and the present invention can be applied to various devices such as a fuel tank for an automobile and a fuel cylinder for a fuel cell. Further, since the static pressure on the wall surface of the detected pipeline is stable, the accuracy of the remaining amount of fluid obtained as a result of the measurement is extremely high. Further, since the structure of the flow meter is simple, there is little change with time due to dirt or the like, and the flow meter is excellent in durability and reliability. Also, since the range of the aperture ratio is sufficiently wide, the cross-sectional area of the vortex generator provided in the conduit can be reduced to minimize the flow resistance.
【図１】本発明の流体残量計測装置の第１実施形態を示
す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a fluid remaining amount measuring device of the present invention.
【図２】本発明の流体残量計測装置に係る流量計の実施
形態を示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an embodiment of a flow meter according to the fluid remaining amount measuring device of the present invention.
【図３】本発明の流体残量計測装置の第２実施形態を示
す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the fluid remaining amount measuring device of the present invention.
１…燃料タンク、燃料ボンベ ２…燃料パイプ、配管（管路） ３…流量計 ３１…渦発生体 ３２…第１圧力センサ ３３…第２圧力センサ ４…入力器、ボンベ取り換えセンサ ５…演算回路（第１の演算器、第２の演算器） ６…表示器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel tank and fuel cylinder 2 ... Fuel pipe and piping (line) 3 ... Flow meter 31 ... Vortex generator 32 ... 1st pressure sensor 33 ... 2nd pressure sensor 4 ... Input device, cylinder replacement sensor 5 ... Operation circuit (1st computing unit, 2nd computing unit) 6 ... Display
Claims (2)
て表示する流体残量計測装置において、 前記燃料タンク（１）から内燃機関に至る間の燃料パイ
プ（２）に設けられ当該燃料パイプ内を通過する燃料の
流量を計測する流量計（３）と、前記燃料タンク内に投
入する燃料の初期値を入力する入力器（４）と、前記入
力器により入力された燃料の初期値から前記流量計によ
り計測された燃料量を減算して燃料残量を演算する第１
の演算器（５）と、前記演算器から出力された燃料残量
を表示する表示器（６）とを備え、 前記流量計（３）は、 前記燃料パイプの途中に設けられた渦発生体（３１）
と、 前記渦発生体の上流側に位置する燃料パイプ内の上流側
静圧と、前記渦発生体の下流側に位置する燃料パイプ内
の下流側静圧との圧力差（ΔＰ）を計測する圧力センサ
（３２，３３）と、 前記圧力センサで検出された圧力差（ΔＰ）に基づき、
下記に示す数式から、前記燃料パイプ内を流れる燃料量
（Ｑ）を演算する第２の演算器（５）とを有することを
特徴とする流体残量計測装置。 【数１】 1. A fluid remaining amount measuring device for measuring and displaying a remaining amount of fuel in a fuel tank (1), the device being provided in a fuel pipe (2) from the fuel tank (1) to an internal combustion engine. A flow meter (3) for measuring a flow rate of the fuel passing through the fuel pipe; an input device (4) for inputting an initial value of the fuel to be charged into the fuel tank; and an initial value of the fuel input by the input device A first method for calculating the fuel remaining amount by subtracting the fuel amount measured by the flow meter from the value
And a display (6) for displaying the remaining amount of fuel output from the calculator, wherein the flow meter (3) is provided with a vortex generator provided in the middle of the fuel pipe. (31)
And measuring a pressure difference (ΔP) between an upstream static pressure in a fuel pipe located upstream of the vortex generator and a downstream static pressure in a fuel pipe located downstream of the vortex generator. Based on the pressure sensors (32, 33) and the pressure difference (ΔP) detected by the pressure sensors,
A second computing unit (5) for computing an amount of fuel (Q) flowing through the fuel pipe from the following equation: (Equation 1)
が封入された燃料ボンベ（１）内の燃料残量を計測して
表示する流体残量計測装置において、 前記燃料ボンベ（１）から前記燃料電池（１１）に至る
管路（２）に設けられ当該管路内を通過する前記反応燃
料の流量を計測する流量計（３）と、前記燃料ボンベ内
に封入された反応燃料の初期値を入力する入力器（４）
と、前記入力器により入力された反応燃料封入量の初期
値から前記流量計により計測された燃料量を減算して燃
料残量を演算する第１の演算器（５）と、前記演算器か
ら出力された燃料残量を表示する表示器（６）とを備
え、 前記流量計（３）は、 前記管路の途中に設けられた渦発生体（３１）と、 前記渦発生体の上流側に位置する管路内の上流側静圧
と、前記渦発生体の下流側に位置する管路内の下流側静
圧との圧力差（ΔＰ）を計測する圧力センサ（３２，３
３）と、 前記圧力センサで検出された圧力差（ΔＰ）に基づき、
下記に示す数式から、前記管路内を流れる燃料流量
（Ｑ）を演算する第２の演算器（５）とを有することを
特徴とする流体残量計測装置。 【数２】 2. A fluid remaining amount measuring device for measuring and displaying a remaining amount of fuel in a fuel cylinder (1) in which a reaction fuel supplied to a fuel cell (11) is sealed, comprising: A flow meter (3) provided in a pipe (2) leading to the fuel cell (11) and measuring a flow rate of the reaction fuel passing through the pipe; and an initial state of the reaction fuel sealed in the fuel cylinder. Input device for inputting values (4)
A first computing unit (5) for subtracting the fuel amount measured by the flow meter from the initial value of the reaction fuel filling amount input by the input device to calculate the remaining fuel amount; An indicator (6) for displaying the output remaining fuel amount, wherein the flow meter (3) is provided with a vortex generator (31) provided in the middle of the pipe, and an upstream side of the vortex generator. Pressure sensor (32, 3) for measuring the pressure difference (ΔP) between the upstream static pressure in the pipeline located at the downstream side and the downstream static pressure in the pipeline located downstream of the vortex generator.
3) and based on the pressure difference (ΔP) detected by the pressure sensor,
A second calculator (5) for calculating a fuel flow rate (Q) flowing through the pipe from the following equation: (Equation 2)
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