JP2007112333A

JP2007112333A - 高圧ガスタンク搭載車両

Info

Publication number: JP2007112333A
Application number: JP2005307074A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yumita; 修弓田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】長時間の走行時等ガスを継続的に放出した際においても、ガスタンクの温度低下を効果的に抑制できる高圧ガスタンク搭載車両を提供することを目的とする。
【解決手段】高圧ガスを貯蔵した高圧ガスタンクと、前記高圧ガスタンクを収納したガスタンク室と、前記ガスタンク室と仕切られた乗車員が乗車する乗車室と、前記乗車室内の空気をガスタンク室に導く室内空気導入手段と、前記高圧ガスタンクの温度を検出するガスタンク温度検出手段と、前記ガスタンク温度検出手段によって検出された高圧ガスタンクの温度が所定温度以下の際に、前記室内空気導入手段によって乗車室内の空気をガスタンク室に導きガスタンク室内を昇温する昇温手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスが高圧状態で充填される高圧ガスタンクを搭載した高圧ガスタンク搭載車両に関するものである。

高圧状態でガスを貯蔵した高圧ガスタンクからガスを放出すると、断熱膨張によりガスの温度が急激に低下する。このガスの急激な温度低下は、高圧ガスタンクから放出するガスの圧力を低下するための減圧弁等、各種タンク周辺部位の樹脂硬化を招き、シール不良を発生させることがある。この対策として、従来以下のような方法によりガス放出時における温度低下を抑制している。

例えば、特許文献１には、車両用高圧ガスタンク容器において、高圧ガスタンク容器へのガス充填時における発熱を利用して、高圧ガスタンク容器からのガス放出時における温度低下を抑制する技術が記載されている。この技術によれば、ガス充填時の発熱を用いて、ガス放出時の温度低下を抑制することが可能となる。
特開２００４−２３２７７７号公報特開２００３−３０６１７２号公報特開２００３−２９１６５５号公報特開２００４−８７２８７号公報

しかし、前記車両用ガスタンクは、ガス充填時の発熱を利用しているため、長時間の走行時等ガスの放出状態が継続すると、ガス放出に伴う温度低下が顕著となり、ガスタンクの温度低下を抑制できなくなるおそれがある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、長時間の走行時等ガスを継続的に放出した際においても、ガスタンクの温度低下を効果的に抑制できる高圧ガスタンク搭載車両を提供することを技術的課題とする。

本発明は、高圧ガスを貯蔵した高圧ガスタンクと、前記高圧ガスタンクを収納したガスタンク室と、前記ガスタンク室と仕切られた乗車員の乗車室と、前記乗車室内の空気をガスタンク室に導く室内空気導入手段と、前記高圧ガスタンクの温度を検出するガスタンク温度検出手段と、前記ガスタンク温度検出手段によって検出された高圧ガスタンクの温度が所定温度以下の際に、前記室内空気導入手段によって乗車室内の空気をガスタンク室に導きガスタンク室内を昇温する昇温手段と、を備えることを特徴とする高圧ガスタンク搭載車両である。

前記高圧ガスタンク搭載車両は、高圧ガスタンクを収納するガスタンク室と、乗車員が乗車する乗車室とが仕切られており、ガスタンク室と乗車室との間で空気の移動は生じない。高圧ガスタンクは、ガスが高圧状態で貯蔵されており、当該高圧ガスタンク内のガスを外部に放出する際は、ガスの断熱膨張によりその温度は低下する。この温度低下は、ガスの種類及び当該貯蔵される際の圧力状態によって異なるが、例えば、燃料電池システムを駆動動力源として走行する燃料電池車両における高圧ガスタンクの走行時の温度は、−３０℃〜−５０℃となることもある。

これに対して、車両の乗車員が乗車する乗車室の走行時の温度は、車両外の温度の影響は多少受けるが、乗車員である人間が滞在できる温度に保たれており、ガスタンク室内の温度より高い。よって、ガスタンク室内の温度が所定温度以下の際に、乗車室内の空気をガスタンク室に導入することにより、ガスタンク室を昇温させることができ、ガス放出時の断熱膨張によるガスタンク温度の低下を抑制することができる。これにより、ガスタンク及びガスタンク周辺部位の樹脂等のシール不良を低抑制することが可能となる。

なお、前記所定温度とは、その温度以下でガスタンク及びガスタンク周辺部位（例えば、樹脂シール等）に不具合が生じる可能性が高くなる温度であり、ガスタンク及びその周辺部位の種類及び構造等に応じて、適宜に設定する。

また、本発明に係る高圧ガスタンク搭載車両は、水素ガス等を燃料ガスとする燃料電池システム、及びＬＰガス、水素ガス、メタンガス等を燃料ガスとするガスエンジンを駆動動力源とする車両に適用することができる。

さらに、本発明に係る高圧ガスタンク搭載車両は、前記乗車室内の空気の温度を検出する室内空気温度検出手段と、車両外の空気である外気の温度を検出する室外空気温度検出手段と、外気をガスタンク室に導く室外空気導入手段と、を更に備え、前記昇温手段は、前記外気の温度が乗車室内の空気の温度より高い際は、少なくとも室外空気導入手段によって外気をガスタンク室に導きガスタンク室内を昇温することを特徴とする。

前記構成により、乗車室の空気（室内空気）の温度より外気（車両外の空気）の温度が高い際に、外気をガスタンク室に導いてガスタンク室を昇温することができる。すなわち、乗車室内の空気と外気の温度を比較して、昇温に適した高い温度の空気をガスタンク室に導き、効率よくガスタンク室を昇温することができる。例えば、夏季等は、車内である乗車室が冷房等により外気より冷却されていることが多い。その際は、乗車室内の空気よりも外気の方が高いため、少なくとも外気をガスタンク室に導入することで、効率よくガスタンク室を昇温することができる。

また、乗車室の空気の温度が外気の温度より高い際のガスタンク室内への空気の導入は、乗車室の空気のみをガスタンク室に導いてもよいし、乗車室と外気を合わせてガスタンク室に導いてもよいし、いずれか適した方法によりガスタンク室を昇温すればよい。すなわち、ガスタンク室の温度に基づいて、昇温すべき温度になるように、乗車室の空気と外気の導入流量を適宜調整してガスタンク室に導き、ガスタンク室を昇温すればよい。

さらに、本発明に係る高圧ガスタンク搭載車両は、前記高圧ガスタンク内のガスを放出する際に、ガスの圧力を低下させる減圧弁を更に備え、前記昇温手段は、ガスタンク室内に導かれた空気を用いて前記減圧弁を昇温することを特徴とすることが望ましい。

一般的に、高圧ガスタンクは、貯蔵されたガスを放出する際に、圧力を低減させるための減圧弁を備えている。この減圧弁によって、高圧ガスタンクに貯蔵されたガスは一定圧力以下に減圧されて外部へ放出される。この減圧の際に断熱膨張によって温度が低下するため、ガスタンク室の中で特に減圧弁の温度が著しく低下する。よって、ガスタンク室に導かれた空気を用いて減圧弁を昇温することが望ましく、これにより、温度低下が著しい箇所を効率よく昇温することが可能となる。

加えて、本発明に係る高圧ガスタンク搭載車両は、前記高圧ガスタンクのガス漏れを検出するガス漏れ検出手段と、前記ガス漏れ検出手段によってガス漏れが検出された際に、ガスタンク室内の空気を車両外へ排出する空気排出手段と、を更に備えることを特徴とすることが望ましい。

前記ガス漏れ検出手段と前記空気排出手段とを備えることにより、高圧ガスタンクのガス漏れが生じた際に、ガス漏れ検出手段によってガス漏れを検出し、空気排出手段によってガスタンク室内のガスを車両外へ排出することができる。

なお、前記室内空気導入手段、室外空気導入手段、及び空気排出手段は、空気を移動できる手段であればよく、ファンが例示できる。また、室外空気導入手段は、車両外からガスタンク室に空気を送り、空気排出手段は、ガスタンク室から車両外に空気を送る。すなわち、空気を出し入れする箇所は同じであり、その送風方向は反対である。従って、ファンを用いた場合には、その回転方向を反対にすることにより、室外空気導入手段と空気排出手段とを兼ねて設けることが可能である。このように室外空気導入手段と空気排出手段とを兼ねて設けることにより、部品点数を減らし、省スペース化を図ることが可能となる。

本発明に係る高圧ガスタンク搭載車両によれば、乗車室の空気及び／又は外気を利用して、ガスタンク室の温度低下を抑制できるため、長時間の走行時等ガスを継続的に放出した際においても、ガスタンクの温度低下を効果的に抑制できる。また、ガスタンク室を車両内で仕切って設けるため、外気及び乗車室の温度の影響を少なくすることができ、効果的に昇温することが可能となる。

本発明に係る高圧ガスタンク搭載車両の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態に係る高圧ガスタンク搭載車両は、燃料電池システムを駆動動力源とする燃料電池自動車である。なお、本実施の形態では、高圧ガスタンク搭載車両を燃料電池自動車として説明するが、本発明は、燃料電池システム以外のガスエンジンを駆動動力源にする自動車においても適用可能であることは勿論である。

図１は、実施の形態に係る燃料電池自動車１のシステム構成図である。この燃料電池自動車１は、燃料ガスである水素ガスが高圧状態で貯蔵された高圧水素タンク１１と、高圧水素タンク１１の放出口に設けられ、高圧水素ガスタンク１１内の水素ガスを放出する際に、水素ガスの圧力を低下させる減圧弁１２と、高圧水素タンク１１の温度を検出するガスタンク温度検出手段としてのタンク温度計１３と、水素ガス漏れを検出するガス漏れ検出器１４を備え、これら高圧水素タンク１１、減圧弁１２、タンク温度計１３、及びガス漏れ検出器１４を格納したガスタンク室１０が車両内に仕切られて配置されている。

燃料電池自動車１には、前記ガスタンク室１０に隣接して、ガスタンク室１０と仕切られ、燃料電池自動車１の乗車員が乗車する空間である乗車室２０が設けられている。乗車室２０には、乗車室２０の温度を検出するための室内空気温度検出手段としての乗車室温度計２１が設けられている。

さらに、燃料電池自動車１は、前記タンク室１０及び乗車室２０と仕切られた燃料電池自動車１の車両外である外気の温度を検出する室外空気温度検出手段としての外気温度計３１を備えている。

前記ガスタンク室１０と乗車室２０は、仕切られているが、その間には室内空気導入手段としての第一のファン５１が設けられており、この第一のファン５１によって乗車室２０内の空気はガスタンク室１０に導入可能である。

さらに、ガスタンク室１０の車外と接する箇所には、第二のファン５２が設けられてお
り、この第二のファン５２によって、外気をガスタンク室１０に導入することができるとともに、ガスタンク室１０の空気を車両外へ排出することが可能である。すなわち、第二のファン５２は、室外空気導入手段と空気排出手段との機能を備えている。

また、燃料電池自動車１は、各種装置の制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）４１を備えている。前記タンク温度計１３、乗車室温度計２１、外気温度計３１、及びガス漏れ検出器１４によって検出された値はそれぞれＥＣＵ４１に入力される。ＥＣＵ４１は入力された値に基づいて、前記第一のファン５１と第二のファン５２を制御して、ガスタンク室１０の温度を調整する。すなわち、ＥＣＵ４１は、昇温手段としての機能を備えている。

以下、上記のように構成された燃料電池自動車１におけるガスタンク室１０の温度制御について、図２に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。図２に示すガスタンク室温度制御は、前記ＥＣＵ４１によって実行され、一定間隔で繰り返されるルーチンである。

本実施の形態に係るガスタンク室１０の温度制御は、自動車の継続走行時に公的に適用できる制御である。自動車の継続走行時等、水素ガスの使用を継続する状態では、水素ガス放出時の断熱膨張により高圧水素タンク１１の温度は低下し続けるため、一定間隔で繰り返し行うことが望ましい。

まず、水素ガス漏れ検出器１４によって、ガスタンク室１０内の水素ガス漏れを検出する（ステップ１０１）。ガスタンク室１０内で水素ガス漏れがあった際は、ガスタンク室１０の空気を車両外に排出する必要があるためである。ＥＣＵ４１は、水素ガス漏れ検出器１４の検出結果に基づいて、ガスタンク室１０内で水素ガス漏れがあるか否かを判定する（ステップ１０２）。ステップ１０２の判定の結果、水素ガス漏れが検出された場合は、第二のファン５２を稼動させ、ガスタンク室１０の空気を車両外へ排出する（ステップ１０３）。

ＥＣＵ４１は、ステップ１０３の後、水素ガス漏れがないと判定されるまでステップ１０１からステップ１０３の処理を繰り返す。ステップ１０２の判定の結果、水素ガス漏れがないと判定されると、タンク温度計１３によって、高圧水素タンク１１の温度を検出する（ステップ１０４）。

ＥＣＵ４１は、検出された温度に基づいて、高圧水素タンク１１の温度が所定温度以下であるか否かを判定する（ステップ１０５）。この所定温度とは、その温度以下で高圧水素タンク１１及びその周辺部位のシール不良が発生しうるおそれが高くなる閾値であり、高圧水素タンク１１の構造、周辺部位の構造等に応じて適宜設定する。ステップ１０５の判定の結果、高圧水素タンク１１の温度が所定温度以下であると判定された場合には、ガスタンク室１０の昇温処理を行う。

本実施の形態に係るガスタンク室１０の昇温処理は、乗車室２０の空気と外気の温度を比較して、高い温度の空気をガスタンク室１０に導入することにより行う。従って、まずＥＣＵ４１は、乗車室温度計２１と外気温度計３１によって、乗車室２０の空気と外気の温度を検出する（ステップ１０６）。次いで、検出された温度に基づいて、ガスタンク室１０に導入する空気を選択する（ステップ１０７）。具体的には、ガスタンク室１０を効率よく昇温することが望ましいため、高い温度の空気を選択する。

次いで、乗車室２０の空気をガスタンク室１０に導く場合には第一のファン５１を稼動させ、外気をガスタンク室１０に導く場合には第二のファン５２を稼動させ、ガスタンク室１０に空気を導入して、ガスタンク室１０を昇温する（ステップ１０８）。これにより
、ガスタンク室１０には、乗車室２０の空気又は外気が導入され、ガスタンク室１０は昇温する。また、前記ステップ１０５の判定の結果、ガスタンク室１０の温度が所定温度より高いと判定された場合には、昇温処理を行う必要がないと判断して、ガスタンク室の温度制御を終了する。

以上のように、前記実施の形態によれば、乗車室２０の空気又は外気を適宜に選択して、ガスタンク室１０に導き、ガスタンク室１０を昇温することが可能となる。乗車室２０の空気の導入及び外気の導入は、長時間の走行時においても適用可能であるため、長時間安定した温度制御が可能となる。

また、ガスタンク室１０は、車両外、及び乗車室２０と仕切られて設けられているため、直接外気温度等の影響を受けず、冬季等外気温度が低い場合においても、外気温度の影響を最小限に抑えることが可能となり、効率よく高圧水素タンク１１の温度低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、高圧水素タンク１１の昇温処理時に、乗車室２０の空気又は外気を選択して、高い温度の空気をガスタンク室１０に導入してガスタンク室１０を昇温したが、例えば、冬季等明らかに外気の温度が低いと想定される場合には、前記選択処理を行わず、乗車室２０の空気をガスタンク室１０に導くように構成してもよい。

さらに、ガスタンク室１０の昇温処理の際に、ガスタンク室１０に導かれた空気を高圧水素タンク１１内の水素ガスを減圧するための減圧弁１２に噴射するように構成して、ガスタンク室１０内でも特に低温となりやすい減圧弁１２を昇温するように構成してもよい。これにより、温度低下が著しい減圧弁１２を効果的に昇温することができ、効率よく温度低下を抑制することが可能となる。

また、前記実施の形態において、ガスタンク室１０に導く空気の流量を調整する流量調整手段と、ガスタンク室１０の温度計を更に設け、ガスタンク室１０を昇温処理する際に、ガスタンク室１０の温度に基づいて導入する空気の流量を調整するように構成してもよい。前記流量調整手段を設けることにより、必要以上の空気の導入を抑制し、省エネルギ化を図ることが可能となる。

実施の形態に係る燃料電池自動車の構成図である。ガスタンク室の温度制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１燃料電池自動車
１０ガスタンク室
１１高圧水素タンク
１２減圧弁
１３タンク温度計
１４水素ガス漏れ検出器
２０乗車室
２１乗車室温度計
３１外気温度計
４１電子制御装置（ＥＣＵ）
５１第一のファン
５２第二のファン

Claims

高圧ガスを貯蔵した高圧ガスタンクと、
前記高圧ガスタンクを収納したガスタンク室と、
前記ガスタンク室と仕切られた乗車員が乗車する乗車室と、
前記乗車室内の空気をガスタンク室に導く室内空気導入手段と、
前記高圧ガスタンクの温度を検出するガスタンク温度検出手段と、
前記ガスタンク温度検出手段によって検出された高圧ガスタンクの温度が所定温度以下の際に、前記室内空気導入手段によって乗車室内の空気をガスタンク室に導きガスタンク室内を昇温する昇温手段と、を備えることを特徴とする高圧ガスタンク搭載車両。
前記乗車室内の空気の温度を検出する室内空気温度検出手段と、
車両外の空気である外気の温度を検出する室外空気温度検出手段と、
外気をガスタンク室に導く室外空気導入手段と、を更に備え、
前記昇温手段は、前記外気の温度が乗車室内の空気の温度より高い際は、室外空気導入手段によって少なくとも外気をガスタンク室に導きガスタンク室内を昇温することを特徴とする請求項１に記載の高圧ガスタンク搭載車両。
前記高圧ガスタンク内のガスを放出する際に、ガスの圧力を低下させる減圧弁を更に備え、
前記昇温手段は、ガスタンク室に導かれた空気を用いて前記減圧弁を昇温することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高圧ガスタンク搭載車両。
前記高圧ガスタンクのガス漏れを検出するガス漏れ検出手段と、
前記ガス漏れ検出手段によってガス漏れが検出された際に、ガスタンク室内の空気を車両外へ排出する空気排出手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の高圧ガスタンク搭載車両。