JP2005299865A

JP2005299865A - 水素貯蔵タンクの防護方法及び装置

Info

Publication number: JP2005299865A
Application number: JP2004119766A
Authority: JP
Inventors: Walter Kevin; ウオルターケビン
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】燃料電池車の衝突事故などの際に、あるいは地上に設定した高圧水素タンクに対して、地震による大きな衝撃力が加わったり、危険な状況が迫ってきた場合等において、とっさに水素タンクの安全を確保する措置を取れる防護方法及び装置を提供する。
【解決手段】水素貯蔵タンク２内の圧力低下、あるいは前記水素貯蔵タンク２に負荷される衝撃力その他の環境異変を感知して、遅滞なく前記水素貯蔵タンクに設けられた放出弁１４を開け、同放出弁に連結した水素放出配管１３あるいは仕切り空間で希釈空気を混入し、あるいは水素と化学反応する希釈剤を混入し、水素濃度を低下させた後、外部に放出することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば燃料電池自動車などに搭載された高圧水素貯蔵タンクに衝突事故などの異常衝撃が加わったときに、いち早くその衝撃を検知して、水素貯蔵タンクに貯蔵された高圧水素の濃度を下げ、無害化してから外部に放出して、水素への着火等による危険性を未然に防止するようにした水素貯蔵タンクの防護方法及びその方法を実施するための装置に関する。

近年水素ガスは、燃料電池車に燃料としても利用が拡大されつつあり、そのため水素ガスを高圧状態で移動体に積み、運搬することが増加している。
水素は最も単純な燃料であり、その燃焼反応は典型的な連鎖伝播・分岐反応機構によって説明される。実際は、規制せずに水素ガスが着火すると、急速燃焼により爆発を伴う。また高圧下で水素濃度が高く、着火性が大きくなり、衝突の際、容器の安全確保が重要なことは広く認識されている。

燃料電池車に搭載された高圧水素タンクの漏れに対する対策として、たとえば特許文献１（特開２００３−１１８４０１号公報）には、水素ガスなどの燃料タンク又はこれに接続した燃料供給配管から、万一水素ガス等の燃料ガスが漏れた場合の対策として、車体後部のフロア上に配置した燃料タンクを、上部に車外へ連通した通気パイプを備えた格納ボックス内に格納したため、分子量の小さい燃料ガスが漏れても通気パイプで車外へ排出されて居室内に影響を及ぼすことがなく、また上記格納ボックスを上部ボックス及び下部ボックスに分割し、上部ボックスを外すことにより、燃料タンクや燃料供給管の着脱又はメンテナンス作業を容易にした燃料タンクの搭載構造が開示されている。

また、特許文献２（特開２００３−１２３８０３号公報）においては、燃料電池車の車内に水素ガス漏れが発生したとき、車外から水素ガス漏れをいち早く検知し、リモートコントローラにより、自動的に車体のルーフ開口部や窓を開け、車室内の換気を行うとともに、車内の水素ガス漏れの報知情報を出力するキーレスエントリ装置が開示されている。

特開２００３−１１８４０１号公報特開２００３−１２３８０３号公報

しかしながら上記特許文献１又は特許文献２の手段では、燃料電池車が衝突などの事故を起こした場合等に、高圧水素タンクに大きな衝撃力などが加わって、水素ガスの漏れ、あるいは着火等を起こす可能性がある場合等に、とっさにその安全を確保するような措置を取ることはできない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、燃料電池車の衝突事故などの際に、あるいは地上に設定した高圧水素タンクに対して、地震による大きな衝撃力が加わり、水素タンクに亀裂が生じ、水素漏れが発生した場合等において、水素ガスへの着火等を未然に防ぐ方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するもので、その第１の手段（方法）は、水素貯蔵タンク内の圧力低下、あるいは前記水素貯蔵タンクに負荷される衝撃力その他の環境異変を感知して、遅滞なく前記水素貯蔵タンクに設けられた放出弁を開け、同放出弁の下流側に設けられた水素放出配管あるいは仕切り空間で希釈空気を混入し、あるいは水素と化学反応する希釈剤を混入し、水素濃度を低下させた後、外部に放出することを特徴とする。
かかる第１の手段において、好ましくは、前記希釈剤として水素と化学反応する際に水素への着火につながるような放熱を生じない希釈剤を使用する。また好ましくは、水素濃度を低下させて外部に放出する場合、水素濃度を４重量％以下にした後、外部に放出する。

本発明の方法においては、いち早く水素貯蔵タンク内の圧力低下、あるいは水素タンク周辺の環境異変を感知して、遅滞なく放出弁を解放して、同放出弁の下流側に設けられた水素放出配管あるいは仕切り空間で希釈空気、あるいは水素と化学反応する希釈剤を混入し、水素濃度を低下させる。これによって水素ガスへの着火を未然に防止できる。
なお水素希釈剤としては、水素ガスと化学反応して発熱反応を起すような物質であると、水素ガスへの着火等を起こす可能性があるので、水素ガスに着火するような放熱をしない化学反応を起こして、水素分子を減少させるものを使用するのが望ましい。たとえばＨｅ，Ｎ_２等が挙げられる。
そして、水素ガスへの着火が生じにくい、たとえば４重量％以下になったら、外部に放出する。

次に本発明の第２の手段は、上記本発明方法を実施するための装置として、水素貯蔵タンク内部の圧力を検知するセンサと、前記水素貯蔵タンクに負荷される衝撃力その他の環境異変を感知する危険センサと、前記水素貯蔵タンクに設けられた水素放出配管とを備え、同水素放出配管に、同水素放出配管の開度を変更可能な第１放出弁、水素希釈空気又は水素希釈剤を注入する注入口、水素濃度を検知するセンサ及び大気放出弁を設け、前記圧力検知センサ、前記危険センサ及び前記水素濃度センサの検知信号を受信して、前記第１放出弁の開度を制御するとともに、前記大気放出弁を開閉させるコントローラを備えたことを特徴とする。

かかる第２の手段において、前記水素タンク内圧の圧力検知センサ及び前記危険センサにより、水素タンク内の異変あるいは水素タンクに迫る周囲環境異変をいち早く感知し、コントローラがそれらの信号を受信して、水素放出弁を開放する。
水素放出弁の開放により水素放出配管に放出された水素ガスは、前記注入口から注入される希釈空気又は希釈剤により、濃度を薄められる。この場合、水素タンクは一般にかなり高圧であるので、水素放出弁を開放すると、高圧水素タンクから水素放出管に水素ガスが噴出し、その場合のエジェクタ効果で、何らの動力がなくとも、希釈空気又は希釈剤が前記注入口から導入される。好ましくは、前記注入口を水素希釈空気又は水素希釈剤の逆流を阻止する逆止弁を備えた枝管で構成すると、希釈空気又は希釈剤の逆流を効果的に防止できる。

またかかる手段においては、水素放出配管の設けられた水素濃度センサで水素ガスの濃度を検知し、その検知信号をコントローラにフィードバックして水素ガス濃度を制御する。
好ましくは、前記注入口の下流側に吸引ファンを装着してもよい。こうすることにより、水素ガスの水素放出配管への放出が容易になる。またさらに好ましくは、前記吸引ファンを、前記コントローラから送られる制御信号で制御される可変速モータで駆動するようにしてもよい。これによって、水素濃度センサによる水素濃度の検知値のコントローラへのフィードバック制御との組み合わせにより、水素濃度の希釈制御を限界設定値に精密に合わせることができるようになる。

また好ましくは、前記吸引ファンを装着せずに、前記水素希釈空気又は水素希釈剤をエジェクタ効果により前記枝管から前記水素放出配管に導入するようにしてもよい。水素タンク内は一般に高圧であり、高圧水素ガスの放出配管への放出により、エジェクタ効果が発生し、それによって十分枝管から希釈空気又は水素希釈剤を放出配管内へ吸引することができる。このようにエジェクタ効果を利用すれば、吸引ファンなどの装備を必要とせず、構造が簡単かつ安価で済む。
また好ましくは、前記圧力センサ又は前記危険センサからの異常信号を受けて、警告を発する警報装置又は異常を表示する表示装置を設けてもよい。これによって危険が迫ったことをいち早く燃料電池車の乗員、その他周囲に認知させることができる。

以上のように、本発明によれば、水素貯蔵タンク内の圧力低下、あるいは前記水素貯蔵タンクに負荷される衝撃力その他の環境異変を感知して、遅滞なく前記水素貯蔵タンクに設けられた放出弁を開け、同放出弁の下流側に設けられた水素放出配管あるいは仕切り空間で希釈空気を混入し、あるいは水素と化学反応する希釈剤を混入し、水素濃度を低下させた後、外部に放出することにより、水素ガス濃度が局所的に着火危険値にならないように対処でき、水素ガスへの着火を未然に防止でき、仮に高圧水素容器の安全が確保できない場合でも、水素漏れによる着火の危険性を回避することができる。

また、本発明によれば、水素貯蔵タンク内部の圧力を検知するセンサと、前記水素貯蔵タンクに負荷される衝撃力その他の環境異変を感知する危険センサと、前記水素貯蔵タンクに設けられた水素放出配管とを備え、同水素放出配管に、同水素放出配管の開度を変更可能な第１放出弁、水素希釈空気又は水素希釈剤を同水素放出配管に注入する注入口、水素濃度を検知するセンサ及び大気放出弁を装着し、前記圧力検知センサ、前記危険センサ及び前記水素濃度センサの検知信号を受信して、前記第１放出弁の開度を制御するとともに、前記大気放出弁を開閉するコントローラを備えたことにより、前記各センサにより水素貯蔵タンクの環境異変を感知した後、水素濃度センサの水素検出値をコントローラにフィードバックしながら、すばやくシステマチックに水素濃度を低減し、無害化して外部に放出できるため、水素ガスへの着火等を確実に防止できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は高圧水素貯蔵タンクを搭載した燃料電池車の全体概略説明図、図２は本発明の第１実施例に係る水素貯蔵タンクの防護装置の系統図、図３は前記第１実施例のコントローラのよる制御工程のフローチャート、図４は本発明の第２実施例に係る水素貯蔵タンクの防護装置の概略断面図である。

高圧水素貯蔵タンクを搭載した燃料電池車の全体概略説明図を示す図１において、高圧水素タンクを搭載した燃料電池自動車を示す図１において、１は、車体の後方下部に設けられた高圧水素タンク２に水素を供給する水素充填口であり、水素タンク２に貯蔵された水素は、車体の前輪付近に設けられた燃料電池スタック３に送られる。燃料電池スタック３で発生した電気は、パワーコントロールユニット４の指令に従って、車輪を駆動するモータ５、及び２次電池６に供給される。

次に図２は、本発明の第１実施例に係る水素貯蔵タンクの防護装置の系統図で、図２において、１１は、高圧の水素貯蔵タンク２の内部の圧力を検知するセンサで、その検出値はコントローラ１２に送られる。水素貯蔵タンク２には水素放出配管１３が接続され、水素放出配管１３には、上流側から順に、第１放出弁１４、希釈空気を取り入れる枝管１５、吸引ファン１７、水素放出配管１３内を流れる水素の濃度検知センサ１８、及び大気放出弁１９が介装されている。１５ａは枝管１５から取り込む希釈空気ａに混入しているごみ等の流入を阻止するフィルタ、１６が枝管１５に水素ガス等が逆流するのを防止する逆止弁である。

また第１放出弁１４は、バルブ駆動装置２０によってその開閉度を制御され、バルブ駆動装置２０は、コントローラ１２からの信号によりその作動を制御される。２１は、吸引ファン１７の回転数を可変とする可変速モータで、同可変速モータ２１はコントローラ１２からの指令によって制御される。２２は、燃料電池車の適宜個所に設けられた、燃料電池車に加えられた衝撃を検知する危険センサで、燃料電池車が事故等で衝撃を受けたときは、すばやくその衝撃力を検知し、コントローラ１２に検知信号を送る。

かかる第１実施例の装置において、その作動態様を図３のフローチャートに基づいて説明する。まず高圧の水素貯蔵タンク２を搭載した燃料電池車が事故等何らかの原因により、過大の衝撃を受けたとき、あるいはたとえば水素貯蔵タンク２に亀裂が生じた等の理由により、水素貯蔵タンク２の内圧が急激に減少したことを圧力センサ１１が検知したとき、危険サンサー２２又は圧力センサ１１の検知信号が遅滞無くコントローラ１２に送信される。なお人為的に水素タンク２内の圧力を低下させる場合は、コントローラ１２が作動しないように、プログラムを組んでおく。

コンローラ１２では、前記危険信号等を受けると、車内の運転席等適宜位置に設けられた表示装置２３及び警報装置２４に指令を発して、表示装置２３に危険状態を表示させるとともに、警報装置２４から警報を発して乗員の注意を喚起する。
同時に、コントローラ１２から、第１放出弁１４を開とする指令信号を発し、バルブ駆動装置２０を介して、第１放出弁１４の開動作を開始させるとともに、可変速モータ２１に指令信号を発して、吸引ファン１７の作動を開始させる。

吸引ファン１７が作動すると、その上流側は負圧になり、そのエジェクタ効果によって、枝管１５から希釈空気が吸引される。なお枝管１５の接続開口には逆止弁１６があるので、放出配管１３内の水素が枝管１５から外部に漏れることはない。
吸引ファン１７の作動後、水素濃度センサ１８によって放出配管１３内の水素濃度を検知し、その検出値と予め定められた危険基準値（たとえば４重量％）とを比較し、検出値が基準値を下回ったら、コントローラ１２の指令により、大気放出弁１９を開放し、水素ガスを大気に放出する。
検出値が基準値を上回っている間は、第１放出弁１４の開度及び吸引ファン１７の回転数、その他の運転条件を変更して、水素ガスの濃度を下げ、検出値が基準値を下回ったら、大気放出弁１９を開放し、水素ガスを大気に放出する。

かかる装置によれば、水素タンクの異常、あるいは水素タンクに加わる衝撃力をいち早く感知し、水素タンクから水素ガスを放出するとともに、希釈空気と混合して、水素ガスの濃度を基準値以下に低減させるので、水素ガスへの着火を未然に防止できる。
また本装置によれば、希釈空気をエジェクタ効果によって、水素放出配管内に導入するようにしたので、希釈空気導入部の構造が複雑にならず、また余分な動力を必要としないという利点がある。
また危険センサ２２又は圧力センサ１１からの危険を感知する信号によって、表示装置２３又は警報装置２４で、危険な状態であることを表示し、又は警報を発するようにしたので、乗員にいち早く危険な状態を認知させ、回避策を講ずることができる。

次に、本発明の第２実施例における水素貯蔵タンクの防護装置を図４に基づいて説明する。図４は、吸引ファン１７及びその上流側に接続された逆止弁１６を具備した枝管１５の部分を示し、本実施例においては、枝管１５から、水素に着火するような熱を放出しない化学反応を行い、水素を他の物質に変えて、水素の濃度を減らす希釈剤Ｋ（たとえばＨｅ，Ｎ_２等）を導入するようにしたものである。
これによって、水素ガスへの着火等を招くことなく、水素ガスを無害な濃度まで低下させることができる。

本発明によれば、たとえば燃料電池車に搭載された水素貯蔵タンク、あるいは地上に設けられた水素タンク等に危険環境異変が起こった場合でも、いち早くその危険を感知し、水素ガスの濃度を減じて、無害化する対策を講じることができるので、今後の燃料電池車等の安全対策に極めて有益である。

高圧水素貯蔵タンクを搭載した燃料電池車の全体概略説明図である。本発明の第１実施例に係る水素貯蔵タンクの防護装置の系統図である。前記第１実施例のコントローラによる制御工程を示すフローチャートである。本発明の第２実施例に係る水素貯蔵タンクの防護装置の概略断面図である。

符号の説明

１水素充填口
２高圧水素タンク
３燃料電池スタック
４パワーコントロールユニット
５モータ
６２次電池
１１圧力センサ
１２コントロール
１３水素放出配管
１４第１放出弁
１５枝管
１６逆止弁
１７吸引ファン
１８水素濃度センサ
１９大気放出弁
ａ希釈空気
Ｋ希釈剤

Claims

水素貯蔵タンク内の圧力低下、あるいは前記水素貯蔵タンクに負荷される衝撃力その他の環境異変を感知して、遅滞なく前記水素貯蔵タンクに設けられた放出弁を開け、同放出弁に連結された水素放出配管あるいは仕切り空間で希釈空気を混入し、あるいは水素と化学反応する希釈剤を混入し、水素濃度を低下させた後、外部に放出することを特徴とする水素貯蔵タンクの防護方法。
前記希釈剤は水素と化学反応する際に水素への着火につながるような放熱を生じない希釈剤であることを特徴とする請求項１記載の水素貯蔵タンクの防護方法。
水素濃度を４重量％以下にした後、外部に放出することを特徴とする請求項２記載の水素貯蔵タンクの防護方法。
水素貯蔵タンク内部の圧力を検知するセンサと、前記水素貯蔵タンクに負荷される衝撃力その他の環境異変を感知する危険センサと、前記水素貯蔵タンクに設けられた水素放出配管とを備え、同水素放出配管に、同水素放出配管の開度を変更可能な第１放出弁、水素希釈空気又は水素希釈剤を注入する注入口、水素濃度を検知するセンサ及び大気放出弁を設け、前記圧力検知センサ、前記危険センサ及び前記水素濃度センサの検知信号を受信して、前記第１放出弁の開度を制御するとともに、前記大気放出弁を開閉させるコントローラを備えたことを特徴とする水素貯蔵タンクの防護装置。
前記注入口に、水素希釈空気又は水素希釈剤の逆流を阻止する逆止弁を備えた枝管で構成することを特徴とする請求項４記載の水素貯蔵タンクの防護装置。
前記注入口より下流側に吸引ファンを装着したことを特徴とする請求項４記載の水素貯蔵タンクの防護装置。
前記吸引ファンを、前記コントローラから送られる制御信号で制御される可変速モータで駆動するようにしたことを特徴とする請求項６記載の水素貯蔵タンクの防護装置。
前記水素希釈空気又は水素希釈剤をエジェクタ効果により前記枝管から前記水素放出配管に導入するようにしたことを特徴とする請求項４記載の水素貯蔵タンクの防護装置。
前記圧力センサ又は前記危険センサからの異常信号を受けて、警告を発する警報装置又は異常を表示する表示装置を設けたことを特徴とする請求項４記載の水素貯蔵タンクの防護装置。