CN102596620B - 储气罐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种向内部填充的气体的压力不易上升的储气罐。氢罐(1)具备：填充氢的容器主体(10)；设置在容器主体(10)的外表面(11)上的第一热发泡性隔热层(21)；在容器主体(10)的外表面(11)的一部分上假想地设置的带安装区域(16)；带(31)，其表面的一部分即背面(35)与带安装区域(16)相接，且该带(31)固定于车身(141)，由此将容器主体(10)固定于车身(141)；设置在背面(35)以外的带(31)的表面上的第二热发泡性隔热层(41)。

Description

储气罐
技术领域
本发明涉及储气罐。
背景技术
近年来，搭载有燃料电池且利用其电力来行驶的燃料电池车的开发不断进展。此种燃料电池车除了燃料电池之外，还搭载有向燃料电池供给氢(燃料气体)的氢罐(储气罐)、供给空气的压缩机、使制冷剂以经由燃料电池的方式循环的制冷剂泵、将直流电转换成交流电的PDU(PowerDrive Unit)、行驶用的电动机、将电动机的驱动力向驱动轮传递的传动系统等。
在此，压缩机、制冷剂泵、PDU、传动系统等外部设备伴随着工作而发热。
另外，将氢以高压填充到氢罐，而且，在从氢罐向燃料电池供给的氢所流通的氢供给流路设有多个减压阀(调节器)。并且，按照基于油门开度等而算出的发电要求量来设定氢的目标压力，而且，以使所述减压阀的二次侧压力成为算出的目标压力的方式控制所述减压阀。
与向这样的氢罐填充的氢(气体)不同，而在积存有液体燃料(汽油)的燃料罐中因吸入热量而产生燃料蒸气，会对燃料消耗等带来影响，为了抑制这种情况，提出了引入散热结构的燃料罐的结构(日本特开2001-130271号公报)。
然而，燃料电池车在盛夏的高温环境下行驶或如上述那样因压缩机等外部设备的发热而向氢罐输入热量时，氢发生膨胀，氢罐内的压力上升。
这样，当氢罐中的氢的压力上升时，所述减压阀的一次侧压力也上升，可能会以比所述目标压力高的压力将氢向燃料电池供给。并且，当以这样高的压力供给氢时，氢在燃料电池中无法被良好地消耗，而直接向车外排出，从而氢的消耗效率(燃料利用率)可能会下降。
在此，也考虑了搭载控制范围大的宽范围的减压阀的方法，不过这种宽范围的减压阀造价非常高，因此需要花费成本。
发明内容
因此，本发明的课题在于提供一种向内部填充的气体的压力不易上升的储气罐。
作为用于解决上述课题的手段，本发明涉及一种储气罐，其特征在于，具备：填充气体的容器主体；第一隔热部，其设置在所述容器主体的外表面；固定构件安装区域，其设置在所述容器主体的外表面的一部分上；固定构件，其表面的一部分即安装面与所述固定构件安装区域相接，且该固定构件固定于外部，由此将所述容器主体固定于外部；第二隔热部，其设置在所述固定构件的所述安装面以外的表面上。
根据这种储气罐，由于在容器主体的外表面设有第一隔热部，因此在储气罐的周围配置的外部设备(压缩机等)的热量由第一隔热部来隔热。
另外，由于固定构件的表面的一部分即安装面与容器主体的固定构件安装区域相接，并且固定构件固定于外部(后述的实施方式中的车身)，因此容器主体经由固定构件而固定于外部。
此外，在固定构件的所述安装面以外的表面上设有第二隔热部，因此外部设备的热量由第二隔热部来隔热。即，外部设备的热量不易向第二隔热部及固定构件的内部传递，从而不易向容器主体输入。
如此，外部设备的热量由设置在容器主体的外表面上的第一隔热部和设置在固定构件的安装面以外的表面上的第二隔热部来隔热，因此填充到容器主体的气体的温度不易上升。由此，气体不易膨胀，即，体积不易增加，从而容器主体内的气体的压力不易上升。
另外，如后述的实施方式中说明那样，这种第一隔热部及第二隔热部相对于所述的宽范围的减压阀而言，能够以低成本容易地构成，因此能够廉价地制造储气罐。
另外，在所述的储气罐中，其特征在于，所述第一隔热部及所述第二隔热部是通过涂敷液状或凝胶状的热发泡性隔热涂料而形成，且在温度上升时发泡而成为隔热层的层。
这种储气罐仅通过涂敷液状或凝胶状的热发泡性隔热涂料，就能够容易地构成第一隔热部及第二隔热部。
另外，在所述的储气罐中，其特征在于，所述第一隔热部是通过在所述容器主体上涂敷液状或凝胶状的热发泡性隔热涂料而形成，且在温度上升时发泡而成为隔热层的层，所述第二隔热部由固定在所述固定构件上的固体物即隔热构件(具有隔热性的隔热部件)形成。
这种储气罐通过涂敷液状或凝胶状的热发泡性隔热涂料，容易地构成第一隔热部，并通过将作为固体物的隔热构件(具有隔热性的隔热部件)固定于固定构件，能够容易地构成第二隔热部。
另外，所述的储气罐的特征在于，所述储气罐搭载于具备燃料电池的燃料电池车，所述气体是向所述燃料电池供给的燃料气体。
根据这种储气罐，向容器主体填充的燃料气体的压力不易上升，因此设置在储气罐与燃料电池之间的减压阀(调节器)的一次侧压力不易伴随着温度而较大地变化。
因此，在减压阀中，容易控制成基于油门开度等算出的目标压力。由此，不易发生燃料气体过剩地供给而在燃料电池中未被消耗直接排出的情况，从而燃料气体的消耗效率即燃料电池车的燃料利用率也提高。
发明效果
根据本发明，能够提供一种向内部填充的气体的压力不易上升的储气罐。并且，本发明的各方面及效果、以及其他的效果及特征通过参照附图而后述叙述的本发明的例示性的且非限制性的实施方式的详细说明，变得更加清楚。
附图说明
图1是本实施方式的燃料电池车的侧视图。
图2是本实施方式的氢罐的侧视图。
图3是本实施方式的氢罐的侧视图，省略了带。
图4是本实施方式的氢罐的横切方向上的剖视图(图2的X1-X1线剖视图)。
图5是图4所示的A部分的放大图，表示第二热发泡性隔热层41的通常时(发泡前)。
图6是图4所示的A部分的放大图，表示第二热发泡性隔热层41发泡且形成了第二隔热层41A的状态。
图7关于变形例，是与图4所示的A部分的放大图对应的图。
图8是变形例的氢罐的横切方向上的剖视图。
具体实施方式
以下，参照图1～图6，说明本发明的一实施方式。
《燃料电池车的结构》
本实施方式的燃料电池车100(车辆、移动体)具备燃料电池组110(燃料电池)、氢罐1(储气罐)、减压阀121、压缩机131、稀释器132。
需要说明的是，燃料电池车100的具体的种类例如包括四轮车、三轮车、二轮车、独轮车、列车等。
燃料电池组110是固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte FuelCell：PEFC)，通过将利用隔板(未图示)夹持MEA(Membrane ElectrodeAssembly，膜电极接合体)而成的单电池层叠多个而构成。MEA具备电解质膜(固体高分子膜)和夹持该电解质膜的阴极及阳极。在各隔板形成有由槽和贯通孔构成的阳极流路111(燃料气体流路)及阴极流路112(氧化剂气体流路)。
氢罐1是填充向阳极流路111供给的氢(燃料气体)的罐。并且，氢罐1经由配管121a、减压阀121(调节器)、配管121b而与阳极流路111的入口连接，氢罐1的氢通过配管121a等向阳极流路111供给。
即，通过配管121a和配管121b构成氢供给流路(燃料气体供给流路)，在该氢供给流路设有减压阀121。而且，在氢供给流路还设有通过未图示ECU(Electronic Control Unit、电子控制装置)进行开闭控制的常闭型的截止阀。需要说明的是，减压阀及截止阀例如朝向下游以一次截止阀、一次减压阀、二次截止阀、二次减压阀的方式设置多个。
例如本申请人提出的日本特开2004-185831号公报所记载的那样，减压阀121基于从配管121c输入的先导压力，来降低氢的压力，以使阳极流路111中的氢的压力与阴极流路112中的空气的压力平衡。需要说明的是，配管121c的上游端与朝向阴极流路112的空气所流通的配管131a连接。
阳极流路111的出口经由配管121d而与稀释器132连接。并且，从阳极流路111排出的阳极废气通过配管121d而向稀释器132排出。
压缩机131经由配管131a而与阴极流路112的入口连接，当压缩机131按照来自ECU的指令进行工作时，将含氧的空气取入并压缩，将其向阴极流路112压力输送。需要说明的是，压缩机131以燃料电池组110或高压蓄电池(未图示)为电源。
另外，压缩机131是工作时产生工作热的热源，在本实施方式中，例示了该工作热的一部分向氢罐1传递的情况。即，压缩机131从氢罐1的角度来说，是发热的外部设备。需要说明的是，这样发热的外部设备除了压缩机131之外，还列举有ECU、制冷剂泵、高压蓄电池、PDU、传动系统等各种设备。
阴极流路112的出口经由配管132a而与稀释器132连接。并且，从阴极流路112排出的阴极废气通过配管132a向稀释器132排出。
此外，在配管132a设有通过ECU来控制开度的常开型的背压阀(未图示)。即，ECU基于油门开度，算出发电要求量、目标空气压力、目标氢压力，并以成为目标空气压力的方式控制背压阀的开度及压缩机131的旋转速度。
稀释器132是利用来自配管132a的阴极废气对来自配管121d的阳极废气中的氢进行稀释，而使氢浓度减少的设备，在其内部具有稀释空间。并且，稀释后的气体通过配管132b向车外排出。
《氢罐的结构》
接下来，参照图2～图6，说明氢罐1的具体的结构。
如图2～图4所示，氢罐1具有大致圆柱状的外形，以横置的方式搭载于燃料电池车100(参照图1)。
氢罐1具备：在内部填充氢的容器主体10；在容器主体10的外表面11的整体上设置的第一热发泡性隔热层21(第一隔热部)；用于固定容器主体10的两根带31、31(固定构件)；在各带31的表面32(安装面以外的表面)设置的第二热发泡性隔热层41(第二隔热部)。
<容器主体>
容器主体10具备铝合金制的内衬12、设置在内衬12的外表面来加强内衬12的CFRP层13(Carbon Fiber Reinforced Plastic层，碳纤维强化塑料层)，内衬12的内部成为填充氢的罐室14。在内衬12的盖部(未图示)螺合有阀装置15，该阀装置15内置有通过ECU进行开闭控制的罐内(intank)电磁阀(一次截止阀)(参照图2、图3)。
CFRP层13例如通过将浸渍有热固化性树脂的长的碳纤维按照规定卷绕于内衬12之后，使所述热固化性树脂固化而得到。
但是，容器主体10的具体的结构并未限定为这样的内衬12与CFRP层13的双层结构，例如也可以是仅由合成树脂制或金属制的内衬构成的单层结构。
<第一热发泡性隔热层>
第一热发泡性隔热层21例如是以聚磷酸铵等发泡剂为成分的层，从外部被加热而温度上升，当达到发泡温度时通过产生气体而发泡，从而形成在内部形成有多个气泡的第一隔热层(发泡层)。这种第一热发泡性隔热层21例如通过将以聚磷酸铵等发泡剂为成分的公知的液状或凝胶状的热发泡性隔热涂料涂敷在容器主体10的外表面11整体上而容易形成。
通过变更因温度上升而产生气体的发泡剂，从而能够适当地设计变更第一热发泡性隔热层21发泡的发泡温度。即，第一热发泡性隔热层21的发泡温度与发热的压缩机131等外部设备的温度对应而能够适当地设计变更。
另外，第一热发泡性隔热层21并未限定为单层结构，也可以是发泡温度不同的多层结构。而且，也可以在第一热发泡性隔热层21与容器主体10之间夹设下涂层，还可以在第一热发泡性隔热层21上形成上涂层。
<带>
两根带31是用于将容器主体10固定在燃料电池车100的车身141(外部、周围构件)上的带状体，在本实施方式中，为耐久性高的金属制。各带31从第一热发泡性隔热层21上沿周向卷绕在容器主体10上，并且各带31的两端部33、33通过螺栓34A及螺母34B紧固，从而将各带31固定于容器主体10。
即，在容器主体10的外表面11的一部分上，假想地沿卷绕(安装)两根带31、31的周向设有两个带安装区域16(固定构件安装区域)(参照图3)。并且，各带31的表面的一部分即背面35(安装面，参照图4)经由第一热发泡性隔热层21而与带安装区域16分别相接。由此，在带安装区域16上形成的第一热发泡性隔热层21在径向上由容器主体10和带31夹持。
此外，也可以在带安装区域16不形成第一热发泡性隔热层21，而使各带31的背面35与带安装区域16直接相接。而且，带31的卷绕方向并未限定为容器主体10的周向，例如，既可以相对于容器主体10倾斜卷绕，也可以沿着横置的容器主体10的长度周围卷绕。
在各带31的适当的部位通过焊接等一体地形成有两个安装片36、36。各安装片36通过螺栓37分别与安装底座143紧固，该安装底座143设置在构成车身141的横梁142上，从而将容器主体10固定于车身141。
<第二热发泡性隔热层>
如图5所示，第二热发泡性隔热层41、41是分别设置在各带31的表面32上的带状的层。各第二热发泡性隔热层41与第一热发泡性隔热层21同样，在被从外部加热而温度上升时，产生气体而发泡，从而形成在内部形成有多个气泡的第二隔热层41A(发泡层)(参照图6)。第二热发泡性隔热层41的具体的组成、形成方法与第一热发泡性隔热层21相同，因此在此省略说明。
《氢罐的作用效果》
根据这种氢罐1，得到如下的作用效果。
当由于压缩机131等的工作热，而第一热发泡性隔热层21的温度上升至规定的发泡温度时，第一热发泡性隔热层21发泡，成为第一隔热层。而且，第二热发泡性隔热层41也在上升至规定的发泡温度时发泡，成为第二隔热层41A(参照图6)。
即，容器主体10成为由第一隔热层和第二隔热层41A覆盖的状态，压缩机131等的工作热由第一隔热层和第二隔热层41A来隔热，工作热不易向容器主体10传递，填充的氢的温度也不易上升。
即，带安装区域16中的第一热发泡性隔热层21由于被带31和容器主体10夹持，因此不易发泡，但是设置在带31的表面32上的第二热发泡性隔热层41发泡，形成第二隔热层41A，因此工作热由第二热发泡性隔热层41来隔热，从而不会通过带31部分向容器主体10传热。
如此，填充的氢的温度不易上升，并且不易膨胀，因此氢罐1内的氢的压力不易上升。因此，图1所示的减压阀121的一次侧压力不会受到压缩机131的工作热等的影响而上升。
由此，无需具备控制范围为大范围即宽范围的减压阀121，而能够以低成本来制造燃料电池车100。并且，减压阀121能够将氢减压·调整成适当的压力，将氢以适当的压力向阳极流路111供给，从而也能防止过剩的氢供给引起的燃料电池组110的劣化。而且，氢直接穿过燃料电池组110的情况也减少，从而燃料电池车100的燃料利用率、即氢的消耗效率提高。
以上，说明了本发明的一实施方式，但本发明并未限定于此，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够例如下述那样进行变更。
在上述的实施方式中，例示了在带31的表面32设有第二热发泡性隔热层41的结构(参照图5)，但也可以如图7所示，在带31的表面32上，起初就通过粘接剂等粘贴即粘接固定具有隔热性且为固体物的隔热构件42(隔热部件、第二隔热部)。
需要说明的是，若为这种结构，省略用于形成第二热发泡性隔热层41的热发泡性隔热涂料的涂敷工序，而执行比该工序简易的隔热构件42的粘接工序，由此能够得到氢罐1。
但是，隔热构件42的固定方法并未限定为基于粘接剂等的粘接固定方法，例如，也可以是利用螺栓进行固定的方法。而且，还可以在隔热构件42上形成爪，通过该爪来使隔热构件42与容器主体10进行搭扣配合结合的方法。
在上述的实施方式中，例示了利用带31将容器主体10固定于车身141的结构，但也可以如图8所示，利用底座61和按压夹具65(均为固定构件)来夹持容器主体10，并固定于车身141。若进一步进行说明，则底座61通过螺栓62、62固定于横梁142，按压夹具65通过螺栓66、66，以拆装自如的方式固定在与车身141一体的托架144、144上。
并且，在底座61的上表面形成有安装面63，该安装面63与容器主体10的外形对应而向下方凹陷，安装面63经由第一热发泡性隔热层21而与在容器主体10的外周面的下部假想地设定的带状的底座安装区域38A(固定构件安装区域)相接。
另外，在按压夹具65的下表面形成有安装面67，该安装面67与容器主体10的外形对应而向上方凹陷，安装面67经由第一热发泡性隔热层21而与在容器主体10的外周面的上部假想地设定的带状的按压夹具安装区域38B(固定构件安装区域)相接。
另外，在底座61的安装面63以外的表面(两侧面、两端面、下表面等)设有涂敷热发泡性隔热涂料而得到的第二热发泡性隔热层64(第二隔热部)，在按压夹具65的安装面67以外的表面(两侧面、两端面、上表面等)设有第二热发泡性隔热层68。
并且，当由于压缩机131的工作热等而上升至规定的发泡温度时，第二热发泡性隔热层64及第二热发泡性隔热层68分别发泡，而形成隔热层。由此，压缩机131的工作热等由所述隔热层良好地隔热，不会传递到底座61或按压夹具65内。
在上述的实施方式中，例示了填充氢的结构，但填充的气体的种类除此之外，也可以是例如氧、氮、天然气(甲烷)等。
在上述的实施方式中，在容器主体10的外表面11上设置了第一热发泡性隔热层21(第一隔热部)，除此之外，例如也可以在外表面11上固定与隔热构件42(参照图7)同样的隔热构件，将该隔热构件作为第一隔热部。
在上述的实施方式中，例示了将氢罐1搭载于燃料电池车100的结构，但氢罐1的使用地点并未限定于此，例如，也可以装入到搭载于船舶、航空器的燃料电池系统或固定型的燃料电池系统中。
另外，既可以是气体为天然气而搭载于CNG(Compressed Natural Gas)车，也可以填充气体燃料而使用在内燃机或外燃机。
符号说明：
1氢罐(储气罐)
10容器主体
11外表面
16带安装区域(固定构件安装区域)
21第一热发泡性隔热层(第一隔热部)
31带(固定构件)
32表面(安装面以外的表面)
35背面(安装面)
38A底座安装区域(固定构件安装区域)
38B按压夹具安装区域(固定构件安装区域)
41第二热发泡性隔热层(第二隔热部)
41A第二隔热层
42隔热构件(第二隔热部)
61底座(固定构件)
65按压夹具(固定构件)
100燃料电池车
110燃料电池组(燃料电池)
141车身(外部)

Claims (3)

1.一种储气罐，其特征在于，具备：
填充气体的容器主体；
第一隔热部，其设置在所述容器主体的外表面；
固定构件安装区域，其设置在所述容器主体的外表面的一部分上；
固定构件，其多个表面的一部分即安装面沿着所述容器主体的周围与所述固定构件安装区域相接，且该固定构件固定于外部，由此将所述容器主体固定于外部；
第二隔热部，其设置在所述固定构件的表面中的除了所述安装面以外的表面上，
所述第一隔热部及所述第二隔热部是通过涂敷液状或凝胶状的热发泡性隔热涂料而形成，且在温度上升时发泡而成为隔热层的层。
2.根据权利要求1所述的储气罐，其特征在于，
所述第一隔热部是通过在所述容器主体上涂敷液状或凝胶状的热发泡性隔热涂料而形成，且在温度上升时发泡而成为隔热层的层，
所述第二隔热部由固定在所述固定构件上的固体物即隔热构件形成。
3.根据权利要求1或2所述的储气罐，其特征在于，
所述储气罐搭载于具备燃料电池的燃料电池车，所述气体是向所述燃料电池供给的燃料气体。
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