JP2005282764A - Safety valve for high pressure gas tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧ガスタンクに使用される安全弁に関する。 The present invention relates to a safety valve used in a high-pressure gas tank.
燃料電池は、生成物が水であるため環境を汚染しない他、発電効率が高い等の特徴を有するため、近年、自動車用の動力源や家庭用コージェネレーション・システム等としての開発が進められている。燃料電池を動力源とする燃料電池自動車は、水素(H2)と空気中の酸素(O2)とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池を搭載し、燃料電池が発電した電気をモータに供給して駆動力を発生させている。通常、この燃料電池自動車は、電力発生のエネルギー源としての水素を充填した、高圧水素タンクを搭載している。この水素タンクでは、水素を高圧で貯蔵しているため、燃料電池自動車の周囲で火災などが発生して水素タンクの周囲が高温になると、内部の水素が膨張し、水素タンクを破損させるおそれがある。このため、周囲の温度が上昇し、水素が膨張して水素タンクを破損させる危険性がある温度になると、安全弁が作動して、水素タンクに充填された水素が放出されて、水素タンクの破損を防止する構造をとっている。なお、高圧ガスタンクとしては、上記燃料電池自動車に用いられる水素タンクの他に、天然ガス自動車に用いられる天然ガスタンク等がある。 Since fuel cells are water, the product does not pollute the environment and has features such as high power generation efficiency. In recent years, fuel cells have been developed as power sources for automobiles and household cogeneration systems. Yes. A fuel cell vehicle using a fuel cell as a power source is equipped with a fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in the air. A driving force is generated by supplying the motor. Normally, this fuel cell vehicle is equipped with a high-pressure hydrogen tank filled with hydrogen as an energy source for power generation. In this hydrogen tank, hydrogen is stored at a high pressure, so if a fire or the like occurs around the fuel cell vehicle and the surroundings of the hydrogen tank reach a high temperature, the internal hydrogen may expand and damage the hydrogen tank. is there. For this reason, when the ambient temperature rises and reaches a temperature at which there is a risk of hydrogen expanding and damaging the hydrogen tank, the safety valve is activated and the hydrogen filled in the hydrogen tank is released, causing damage to the hydrogen tank. It has a structure that prevents this. The high-pressure gas tank includes a natural gas tank used for a natural gas vehicle in addition to the hydrogen tank used for the fuel cell vehicle.
燃料電池自動車に搭載される水素タンクの安全弁に関して、特許文献1には、タンク周囲の温度が上昇したとき、可溶合金からなる溶栓が溶融してタンク内気体を放出し、内圧上昇によるタンクの破損を防止する技術が開示されている。また同様な技術分野に関して、特許文献2、及び特許文献3に開示がされている。
しかし、特許文献1に開示されている構造によれば、溶栓はタンク内圧が過度に上昇することを抑制できるように所定の流量を確保できる径とされているため、一旦溶栓が溶融してしまうとタンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという問題があった。 However, according to the structure disclosed in Patent Document 1, since the plug has a diameter that can secure a predetermined flow rate so that the tank internal pressure can be prevented from excessively rising, the plug once melts. If this happens, most of the gas in the tank will be discharged to the outside at once.
そこで本発明は、周囲温度の上昇の度合いに応じてタンク内気体を放出することが可能な高圧ガスタンク用安全弁を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the safety valve for high pressure gas tanks which can discharge | release the gas in a tank according to the raise degree of ambient temperature.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項1に記載の発明は、タンク雰囲気温度による溶融タイミングが互いに異なる複数の可溶部を備えた溶栓を有することを特徴とする高圧ガスタンク用安全弁である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の高圧ガスタンク用安全弁において、高圧ガスタンク内外に通じる連通路に、タンク内圧を開弁方向に受ける弁体を備え、複数の可溶部は互いに異なる融点を有するとともに、弁体の開弁方向への移動を制限するように直列に設けられており、弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の高圧ガスタンク用安全弁において、溶栓は常温において高圧ガスタンク内外に通じる連通路を閉鎖する弁体であって、複数の可溶部は互いに異なる融点を有する材料により形成されるとともに、低融点の可溶部のみが溶融したときには、連通路の一部のみに内外への連通路が形成され、残部の連通路は高融点の可溶部により依然として閉鎖されていることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の高圧ガスタンク用安全弁において、複数の可溶部は同一の材料により形成されており、一方の可溶部が他方の可溶部よりもタンク外部に近い位置に配置されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The invention according to claim 1 is a safety valve for a high-pressure gas tank having a fusing plug provided with a plurality of fusible portions having different melting timings depending on the tank atmosphere temperature.
According to a second aspect of the present invention, in the safety valve for a high pressure gas tank according to the first aspect, the communication passage communicating with the inside and outside of the high pressure gas tank is provided with a valve body that receives the tank internal pressure in the valve opening direction, and the plurality of soluble portions are mutually connected. It has different melting points, is provided in series so as to limit the movement of the valve body in the valve opening direction, and is provided with an urging means for urging the valve body in the valve closing direction.
According to a third aspect of the present invention, in the safety valve for a high-pressure gas tank according to the first aspect, the fusing plug is a valve body that closes the communication passage that communicates with the inside and outside of the high-pressure gas tank at room temperature, and the plurality of soluble portions are different from each other. When only the low melting point soluble part is melted, a communication path to the inside and outside is formed only in a part of the communication path, and the remaining communication path is formed by the high melting point soluble part. It is still closed.
According to a fourth aspect of the present invention, in the safety valve for a high-pressure gas tank according to the first aspect, the plurality of soluble portions are formed of the same material, and one soluble portion is a tank more than the other soluble portion. It is arranged at a position close to the outside.
請求項1に記載の発明によれば、温度の上昇の度合いが低い場合には、一方の可溶部のみが溶融するので、タンク内気体の外部への放出の度合いを抑制することができ、タンク内気体が一気に外部に放出されることがない。また、温度の上昇の度合いが高くなると、いずれの可溶部も溶融するので、タンク内気体の放出量を確保することができ、内圧上昇によるタンク破損を確実に防止することができる。 According to the first aspect of the invention, when the degree of temperature rise is low, only one soluble part melts, so the degree of release of the gas in the tank to the outside can be suppressed, The gas in the tank is not released to the outside at once. Further, if the degree of temperature increase is increased, any soluble portion is melted, so that the amount of gas released from the tank can be secured, and tank damage due to an increase in internal pressure can be reliably prevented.
請求項2に記載の発明によれば、タンク内圧を受ける弁体がこれに抗する方向に所定の力で付勢されているので、タンクから放出される気体の流量をタンク内圧が所定圧以下に維持するのに適当な流量とすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the valve body that receives the tank internal pressure is urged with a predetermined force in a direction against the pressure, so that the flow rate of the gas discharged from the tank is less than the predetermined pressure. Therefore, the flow rate can be set appropriately.
請求項3に記載の発明によれば、極めてシンプルな構造によって、タンク周囲の温度が上昇してきた場合に先ず低融点の材料にて形成された可溶部が溶融してタンクの内外に連通する小さな連通路が確保される。さらに温度上昇すると、高融点の可溶部も溶融して、連通路全体が開放される。かくして、タンク周囲温度の上昇の度合いに応じて、放出するタンク内気体の量を規制することができる。 According to the third aspect of the present invention, when the temperature around the tank rises due to the extremely simple structure, the soluble portion formed of the low melting point material is melted and communicated with the inside and outside of the tank. A small communication path is secured. When the temperature rises further, the high melting point soluble part is also melted and the entire communication path is opened. Thus, the amount of gas in the tank to be released can be regulated according to the degree of increase in the tank ambient temperature.
請求項4に記載の発明によれば、複数種類の材料を用意する必要がなく、より簡素な材料構成により高圧ガスタンク用安全弁を形成することが容易となる。 According to the invention described in claim 4, it is not necessary to prepare a plurality of types of materials, and it becomes easy to form a safety valve for a high-pressure gas tank with a simpler material configuration.
以下に図面を参照しつつ、本発明の高圧ガスタンク用安全弁(以下単に「安全弁」という。)に関する各実施形態について具体的に説明する。 Embodiments relating to a safety valve for a high-pressure gas tank (hereinafter simply referred to as “safety valve”) of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態にかかる安全弁を示す。(A)は連通路が閉鎖された状態、(B)は連通路が部分的に開放された状態、(C)は連通路が全面的に開放された状態を示す図である。図示の安全弁10は、高圧ガスタンク100の上部に取り付けられている。安全弁10は、一端側が高圧ガスタンク100の内部に連通するシリンダ部11と、シリンダ部11に連通して、さらに外部に一端側が開放された放出部12とを備えている。シリンダ部11は、下部側が高圧ガスタンク100に連通するよう開口されており、他端側の上部は開口が天板により閉鎖されている。放出部12は、シリンダ部11に直接連通する放出部本体12aと、一端側が放出部本体12aに連通し、他端側に外部への放出口が形成された噴射部12bとを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a safety valve according to the first embodiment. (A) is a state where the communication path is closed, (B) is a state where the communication path is partially opened, and (C) is a view showing a state where the communication path is fully opened. The illustrated
シリンダ部11の内部にはシリンダ部11の内周壁に沿って摺動自由に構成された弁体13が配設されている。さらにシリンダ部11内の弁体13の上方には弁体13と直列に可溶合金14、及び可溶合金14の上方に可溶合金15が配置されている。可溶合金14の融点は、可溶合金15の融点より低い。これら可溶合金14、15が溶栓を形成している。可溶合金15のさらに上部には、コイルばね16が配置されている。コイルばね16の上端は、シリンダ部11の天板内部側に当接され、下端は可溶合金15の上面側に当接されている。可溶合金14、15近傍のシリンダ部11の側面には、空洞部17が設けられている。シリンダ部11と、空洞部17とは連通されている。
Inside the cylinder part 11, a
かかる第1実施形態の安全弁10において、図1(A)に示される常温の状態では、コイルばね16は、可溶合金15を下方に付勢しており、さらにシリンダ部11内で直列に配列された可溶合金14を介して弁体13が下方に押圧されている。したがってこの状態においては、高圧ガスタンク100内部とシリンダ部11とは、弁体13により閉鎖されており、連通されていない。このため、高圧ガスタンク100内部の気体が外部に放出されることはない。
In the
高圧ガスタンク100周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金14が溶融する。溶融した可溶合金14は、重力の差用により空洞部17内に流れ落ちる。そしてシリンダ部11内で可溶合金14が配置されていた部位には空隙が生じる。
When the temperature around the high-
しかして、可溶合金15はコイルばね16の付勢により下方へと押し下げられ、シリンダ部11内部に摺動自由に設けられている弁体13は、高圧ガスタンク100内の気体の圧力により上方に押し上げられる。そして、コイルばね16の下方への付勢力と上記気体が弁体13を上方に押し上げる圧力のバランスする点で、弁体13の上面が可溶合金15の下面側に当接された状態で、両者の位置が決せられる(図1(B)参照)。
Thus, the
この状態においては、高圧ガスタンク100とシリンダ部11とは、弁体13が上方に移動することによって僅かな隙間が形成されて連通されている。したがって高圧ガスタンク100内の気体は、シリンダ部11から放出部12を介して、外部へと少量ずつ放出される。タンク内の気体の放出が続くと、徐々に弁体を押し上げる気体の圧力が低下してくる。連通路は徐々に狭められ、高圧ガスタンク100内の気体の圧力が所定値以下まで低化すると外部への気体放出は停止される。
In this state, the high-
高圧ガスタンク100の周囲温度がさらに上昇すると、高融点の可溶合金15も溶融して、空洞部17内へと流れ落ちる。シリンダ部11内で可溶合金15が配置されていた部位にも空洞が生じる。かくして弁体13はコイルばね16の上面に直接当接されるようになり、コイルばね16の下方への付勢と、高圧ガスタンク100内の気体による上方への圧力のバランスする位置まで上昇して停止する(図1(C)参照)。
When the ambient temperature of the high-
この状態では、高圧ガスタンク100とシリンダ部11との間には、弁体13がさらに上昇したことで、大きな連通路が形成される。したがって高圧ガスタンク100内の気体は、シリンダ部11から放出部12を介して、外部へと大量に放出される。したがって周囲の高温により、高圧ガスタンク100内の気体の圧力が高まって、タンクが破損されることが防止される。タンク内の気体の放出が続くと、徐々に弁体を押し上げる気体の圧力が低下してくるので、連通路は徐々に狭められ、外部への気体放出量は次第に少なくなり、やがて停止される。
In this state, a large communication path is formed between the high-
以上説明したように、第1実施形態にかかる安全弁10によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金14が溶融することによって、小さな連通路が形成され、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、可溶合金15も溶融して、大きな連通路が形成されるので、高圧ガスタンク100内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
As described above, according to the
<第2実施形態>
図2は、第2実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示し、(A)は連通路が閉鎖された状態、(B)は連通路が部分的に開放された状態、(C)は連通路が全面的に開放された状態を示す図である。なお、図1において説明した部材と同一のものについては同一の参照符号を付してある。
Second Embodiment
2A and 2B show a safety valve for a high-pressure gas tank according to the second embodiment, in which FIG. 2A shows a state in which the communication passage is closed, FIG. 2B shows a state in which the communication passage is partially opened, and FIG. It is a figure which shows the state by which was fully opened. The same members as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
図示の第2実施形態にかかる安全弁20の基本的構成は第1実施形態にかかる安全弁10と同一であり、可溶合金14、15の配置が上下逆である点のみが異なっている。したがって、周囲の温度が上昇した場合に、可溶合金の溶融する順序が上下逆になる。このように構成した安全弁20も、第1実施形態にかかる安全弁10と同一の作用効果を奏することが可能である。
The basic configuration of the
<第3実施形態>
図3は、第3実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す。(A)は連通路が閉鎖された状態における正面図、(B)は(A)のB−B線に沿った断面を示す図である。
<Third Embodiment>
FIG. 3 shows a safety valve for a high-pressure gas tank according to a third embodiment. (A) is a front view in the state where a communicating path was closed, and (B) is a figure showing a section which met a BB line of (A).
図示の安全弁30は、高圧ガスタンク100に連通するシリンダ部31と、シリンダ部31の内周側に固定された筒状体の可溶合金32と、可溶合金32の筒の内部を埋める円柱状の可溶合金33を備えている。可溶合金33の融点は、可溶合金32の融点よりも低い。
The illustrated
シリンダ部31と可溶合金32、及び可溶合金32と可溶合金33とは、二種金属間に生じる接着力、あるには他の接合手段により接合されており、常温では互いの位置がこていされている。したがって高圧ガスタンク100内部の気体が外部に放出されることはない。
The
高圧ガスタンク100周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金33が溶融する。溶融した可溶合金33は、高圧ガスタンク100内の気体の圧力で外部に放出され、一部は重力により高圧ガスタンク100内に流れ落ちる。かくして、可溶合金33があった部分は空洞となり、高圧ガスタンク100内部から外部への連通路が形成される。
When the temperature around the high-
さらに周囲温度が上昇すると、可溶合金32も溶融する。そして高圧ガスタンク100内部から外部への連通路が大きく拡大される。したがってこの第3実施形態にかかる安全弁30によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金33が溶融することによって、小さな連通路が形成され、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、可溶合金32も溶融して、大きな連通路が形成されるので、高圧ガスタンク100内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
When the ambient temperature further increases, the
この様な安全弁30は、例えば以下の手順により作製できる。
筒状のシリンダ部31を作製する。
シリンダ部31の一端側の開口を何らかの手段で閉鎖する。
シリンダ部31内部に溶融した可溶合金32を注ぎ、冷却固化させる。
可溶合金32の中心部近傍に、シリンダ部31の長手方向に沿って貫通孔を形成する。
貫通孔に溶融した可溶合金33を注ぎ込み、冷却固化させる。
Such a
The
The opening on one end side of the
The melted
A through hole is formed in the vicinity of the center portion of the
The
<第4実施形態>
図4は、第4実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。図示の安全弁40は、高圧ガスタンク100の内部に通じる連通路41を備えている。連通路41は途中から連通路42と連通路43との二又に分岐されている。連通路42は断面が小さく形成されており、連通路43は断面が大きく形成されている。連通路42、連通路43はそれぞれの端部が外部に開口されており、その途中に、溶栓44、45をそれぞれに備えている。溶栓44を形成する可溶合金の融点は、溶栓45を形成する可溶合金の融点より低い。
<Fourth embodiment>
FIG. 4 is a view showing a high pressure gas tank safety valve according to a fourth embodiment. The illustrated
高圧ガスタンク100周囲の温度が上昇してくると、まず低融点である溶栓44の可溶合金が溶融する。溶融した可溶合金44は、高圧ガスタンク100内の気体の圧力で外部に放出され、連通路42により、高圧ガスタンク100の内部と外部とが連通状態になる。かくして高圧ガスタンク100内の気体は連通路42を通じて外部へと放出される。さらに周囲温度が上昇すると、溶栓45を構成する高融点の可溶合金も溶融する。そして高圧ガスタンク100内部と外部とが断面形状大である連通路43によっても連通状態となる。したがってこの第4実施形態にかかる安全弁40によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず溶栓44の低融点可溶合金が溶融することによって、小さな連通路42が通じ、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、溶栓45の高融点可溶合金も溶融して、断面が大きな連通路43も通じるようになるので、高圧ガスタンク100内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
When the temperature around the high-
<第5実施形態>
図5は、第5実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。図示の安全弁50は、高圧ガスタンク100の内部に通じる連通路51を備えている。連通路51は途中から連通路52と連通路53との二又に分岐されている。連通路52は断面が小さく形成されており、連通路53は断面が大きく形成されている。連通路52、連通路53はそれぞれの端部が外部に開口されており、その途中に、溶栓54、55をそれぞれに備えている。溶栓54を形成する可溶合金と溶栓55を形成する可溶合金とは、同一の材料である。溶栓54は、溶栓55より高圧ガスタンク100の外部に近い位置に配置されている。
<Fifth Embodiment>
FIG. 5 is a view showing a high pressure gas tank safety valve according to a fifth embodiment. The illustrated
高圧ガスタンク100周囲の温度が上昇してくると、まず外部に近い溶栓54の温度が上昇して溶栓54の可溶合金が溶融する。溶融した溶栓54を構成する可溶合金は、高圧ガスタンク100内の気体の圧力で外部に放出され、連通路52により、高圧ガスタンク100の内部と外部とが連通状態になる。かくして高圧ガスタンク100内の気体は連通路52を通じて外部へと放出される。さらに周囲温度が上昇すると、高圧ガスタンク100に近い溶栓55の可溶合金も溶融する。そして高圧ガスタンク100内部と外部とが断面形状大である連通路53によっても連通状態となる。したがってこの第5実施形態にかかる安全弁50によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず外部に近い溶栓54の可溶合金が溶融することによって、小さな連通路52が通じ、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、高圧ガスタンク100に近い溶栓55の可溶合金も溶融して、断面が大きな連通路53も通じるようになるので、高圧ガスタンク100内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
When the temperature around the high-
以上に説明した各実施形態にかかる安全弁は、周囲の温度が上昇すると高圧ガスタンク100内の気体が、二段階の周囲温で外部に放出される場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、周囲温度に三段階以上のステップをとって、各温度に対応する気体放出量を異なるようにしてもよい。
The safety valve according to each of the embodiments described above has been described by taking as an example the case where the gas in the high-
また、以上に説明した各実施形態において、可溶部は可溶合金により形成されている例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可溶部は例えば、合成樹脂やワックスなどにより形成されていても良い。タンク周囲の高温の状態をいち早く察知するという観点から、可溶部の融点は例えば100℃前後のものと、それとは数10℃程度異なるものとすることができる。このような低い融点を備えた材料としては、例えば鉛をベースとした共晶系の合金を挙げることができる。また、ガリウム/インジウム系の共晶合金や、ビスマス/インジウム/銀系の合金等を使用することもできる。また、重合度を適度に調整した高分子材料(樹脂)や、所定の融点を備えた各種ワックスを使用することも可能である。 In each of the embodiments described above, the example in which the soluble part is formed of a soluble alloy has been described. However, the present invention is not limited to this, and the soluble part may be, for example, a synthetic resin or It may be formed of wax or the like. From the viewpoint of quickly detecting the high temperature around the tank, the melting point of the fusible portion can be different from, for example, about 100 ° C. by several tens of degrees C. Examples of such a material having a low melting point include a lead-based eutectic alloy. A gallium / indium eutectic alloy, a bismuth / indium / silver alloy, or the like can also be used. It is also possible to use a polymer material (resin) with a moderate degree of polymerization and various waxes having a predetermined melting point.
第1実施形態及び第2実施形態の安全弁10、20における噴射部12b、第4実施形態の安全弁40における連通路42、並びに第5実施形態の安全弁50における連通路52に、笛等の気体の放出を利用した音発生手段、あるいは、気体感知センサと警報機とを組み合わせた、放出報知手段を設けてもよい。このようにすれば、大量放出前に高圧ガスタンク周囲の者にタンク内気体の放出をいち早く報知することができる。
The
10、20、30、40、50 高圧ガスタンク用安全弁
12、41、42、43、51、52、53 連通路
13 弁体
14、15、32、33、44、45、54、55 可溶合金(可溶部)
16 コイルばね(付勢手段)
100 高圧ガスタンク
10, 20, 30, 40, 50 Safety valve for high-
16 Coil spring (biasing means)
100 High pressure gas tank
Claims (4)
The plurality of soluble portions are formed of the same material, and one soluble portion is disposed closer to the outside of the tank than the other soluble portion. Safety valve for high pressure gas tank.
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