JP2009138904A - Gas tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素ガス等のガスを貯留するガスタンクに関する。 The present invention relates to a gas tank for storing a gas such as hydrogen gas.
従来、圧縮ガスなどを貯留するガスタンクとして、雰囲気温度が何らかの理由で異常上昇した際に溶けてガス通路を開放する溶栓弁を備えたものが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a gas tank that stores compressed gas or the like is known that includes a plug valve that melts and opens a gas passage when the ambient temperature abnormally rises for some reason.
例えば、特許文献1では、タンク本体の外周に、その長手方向に沿って、熱伝導率の高い伝熱板を配設している。この構成によって、溶栓弁から離れた箇所で雰囲気温度の異常上昇が生じたとしても、伝熱板から溶栓弁に熱を伝達させ、溶栓弁を作動させるようにしている。また、特許文献2のように、火災を伴わない衝突事故時において、溶栓弁を積極的に加熱してガスを外部に放出するものも知られている。
特許文献2では、火災時にその温度上昇により溶栓弁を作動させるが、溶栓弁から遠く離れた箇所で局部火災が起きた場合、その熱が溶栓弁に伝わるのが遅くなる。このため、溶栓弁が作動する前に、タンク本体の温度が上昇し、タンク本体がバーストするおそれがある。
一方、特許文献1によれば、局部火災の熱を伝熱板により溶栓弁に伝達することができる。しかし、局部火災が溶栓弁の付近で生じると、溶栓弁の作動により放出されたガスが火災の炎に大きく影響を及ぼすおそれがある。
In
On the other hand, according to patent document 1, the heat of a local fire can be transmitted to a plug valve by a heat transfer plate. However, if a local fire occurs in the vicinity of the plug valve, the gas released by the operation of the plug valve may greatly affect the flame of the fire.
本発明は、溶栓弁を用いなくとも、火災の発生等により雰囲気温度が上昇したような場合に、内部のガスを放出できるガスタンクを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the gas tank which can discharge | release an internal gas, when an atmospheric temperature rises by generation | occurrence | production of a fire etc., without using a plug valve.
上記目的を達成するため、本発明のガスタンクは、タンク本体及び制御装置を有し、タンク本体は、内部にガスが充填されるライナーと、ライナーよりも融点が高くてライナーの外周面を覆う補強層と、ライナーと補強層との間に設けられた発熱体とを有し、タンク本体の周辺の温度上昇を検知した際に制御装置によって発熱体を通電するものである。 In order to achieve the above object, a gas tank of the present invention has a tank body and a control device, and the tank body has a liner filled with gas inside and a reinforcement that has a higher melting point than the liner and covers the outer peripheral surface of the liner. And a heating element provided between the liner and the reinforcing layer, and when the temperature rise around the tank main body is detected, the heating element is energized by the control device.
本発明によれば、発熱体が通電されると、補強層よりも先にライナーが融点に達して、ライナーが溶融する。これにより、ライナーの溶融部分がガスの放出経路となり、ライナー内のガスがタンク本体外部へと放出される。したがって、溶栓弁を用いなくとも、火災の発生などによりタンク本体の周辺の温度が上昇した場合に、ライナー内のガスを外部に放出でき、タンク本体のバーストを抑制できる。 According to the present invention, when the heating element is energized, the liner reaches the melting point before the reinforcing layer, and the liner melts. Thereby, the melted portion of the liner serves as a gas release path, and the gas in the liner is released to the outside of the tank body. Therefore, even if the plug valve is not used, when the temperature around the tank body rises due to the occurrence of a fire or the like, the gas in the liner can be released to the outside, and the tank body burst can be suppressed.
好ましくは、発熱体は、複数の位置に間隔をあけて設けられ、制御装置は、温度上昇を検知した位置に応じて、通電する発熱体の位置を変更するとよい。こうすることで、温度上昇を検知した位置に応じて、ライナーを溶かす位置を変えることができる。これにより、局部火災時に、火災発生箇所から遠い位置でガスを放出させることが可能となり、安全性をより一層高めることができる。 Preferably, the heating element is provided at intervals in a plurality of positions, and the control device may change the position of the heating element to be energized according to the position where the temperature rise is detected. By doing so, the position where the liner is melted can be changed according to the position where the temperature rise is detected. As a result, in the event of a local fire, it becomes possible to release gas at a position far from the location where the fire occurred, and safety can be further enhanced.
より好ましくは、制御装置により通電される発熱体の位置は、温度上昇の検知位置とはタンク本体内部を挟んで反対側にある位置であるとよい。 More preferably, the position of the heating element that is energized by the control device may be a position on the opposite side of the temperature increase detection position with respect to the inside of the tank body.
好ましくは、制御装置は、二以上の発熱体を通電してもよい。例えば、局部火災がタンク本体の中央部付近で起きた場合には、タンク本体の両端側の発熱体を通電することで、ガスの放出を促進しつつ、炎への放出ガスの影響を抑制することができる。 Preferably, the control device may energize two or more heating elements. For example, when a local fire occurs near the center of the tank body, the heat generators on both ends of the tank body are energized to promote the release of gas and suppress the influence of the released gas on the flame. be able to.
好ましくは、発熱体は、ライナーの外周面に接触しているとよい。こうすることで、ライナーの外周面に発熱体の熱を熱伝達により直接的に伝達することができるので、ライナーを短時間で溶融させることができる。 Preferably, the heating element is in contact with the outer peripheral surface of the liner. By carrying out like this, since the heat | fever of a heat generating body can be directly transmitted by heat transfer to the outer peripheral surface of a liner, a liner can be fuse | melted in a short time.
本発明の別の好ましい一態様によれば、発熱体は、ライナーの外周面に巻きつけられた電熱線であるとよい。こうすることで、ライナーの周囲全体に発熱体の熱を迅速に伝達させることができ、ライナーの溶融を促進できる。 According to another preferable aspect of the present invention, the heating element may be a heating wire wound around the outer peripheral surface of the liner. By doing so, the heat of the heating element can be quickly transmitted to the entire periphery of the liner, and the melting of the liner can be promoted.
好ましくは、タンク本体の周辺には、複数の温度センサが設けられ、制御装置は、温度上昇に関する検知信号を温度センサから受けて、発熱体を通電するとよい。こうすることで、温度センサが多角的に配置されるので、局部火災の発生及びその発生箇所を把握できる。これにより、局部火災の発生を確実性よく検知できると共に、局部火災の発生箇所に対応したガスの放出を可能にし得る。 Preferably, a plurality of temperature sensors are provided around the tank body, and the control device may receive a detection signal related to a temperature rise from the temperature sensor and energize the heating element. By doing so, since the temperature sensors are arranged in a multifaceted manner, it is possible to grasp the occurrence of a local fire and the location where it occurs. As a result, the occurrence of a local fire can be detected with certainty, and the release of gas corresponding to the location of the local fire can be made possible.
好ましくは、制御装置は、タンク本体の外部に位置するとよい。 Preferably, the control device is located outside the tank body.
本発明のガスタンクによれば、溶栓弁を用いなくとも、雰囲気温度が上昇した場合に、内部のガスを放出でき、タンク本体のバーストを抑制できる。 According to the gas tank of the present invention, the internal gas can be released and the burst of the tank main body can be suppressed when the ambient temperature rises without using a plug valve.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係るガスタンクについて説明する。このガスタンクは、各種のシステムに搭載することができ、例えば燃料電池システムにおける燃料ガスタンクとして用いることができる。燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば圧縮天然ガス又は水素ガスである。以下の説明では、ガスタンクに貯留されるガスとして、水素ガスを例に説明する。 Hereinafter, a gas tank according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This gas tank can be mounted in various systems, for example, can be used as a fuel gas tank in a fuel cell system. The fuel gas is a combustible high-pressure gas, such as compressed natural gas or hydrogen gas. In the following description, hydrogen gas will be described as an example of the gas stored in the gas tank.
<第1実施形態>
図1に示すように、ガスタンク1は、内部に水素ガスを貯留するためのタンク本体2と、タンク本体2の両端に設けられた口金3,3と、を備えている。また、ガスタンク1は、タンク本体2の外側に、温度センサ4a〜4h及び制御装置5を備えている。タンク本体2は、全体として密閉円筒状からなり、その内部は、水素ガスを常圧よりも高い圧力、例えば35MPaあるいは70MPaの高圧で貯留する貯留空間6を構成している。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the gas tank 1 includes a
タンク本体2は、例えば二層構造を有しており、その二層は、ガスバリア性を有する内側の樹脂製ライナー10と、ライナー10の外周側に位置する補強層12である。ライナー10の両端に形成された口部15,15に、金属製の口金3,3が例えばインサート成形により取り付けられている。図1の左側の口金3にバルブアッセンブリが取り付けられ、貯留空間6と外部のガス系統との間で水素ガスの給排がなされる。図1の右側の口金3にも、バルブを取り付けてもよいが、ここでは閉塞栓として構成されている。
The
ライナー10は、一対のライナー分割体10a,10bを互いに突き合わせてレーザ溶着などで接合して一体化したものである。ライナー10の樹脂は、補強層12の樹脂よりも融点の低いものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂を挙げることができる。また、これらの樹脂を二層以上に組み合わせて、複数層から成る積層体としてライナー10を構成することもできる。
The
補強層12は、ライナー10よりもガス透過性の高い層であり、ライナー10の外周面を覆っている。補強層12は、ガラス繊維や炭素繊維などからなる繊維強化樹脂層からなる。ここでは、補強層12は、マトリックス樹脂を炭素繊維で強化してなるCFRP層からなり、マトリックス樹脂として、ライナー10の樹脂よりも融点の高い樹脂、例えば、エポキシ樹脂や変性エポキシ樹脂等が用いられている。このような補強層12は、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維を、例えばフィラメントワインディング法によりライナー10に巻きつけ、エポキシ樹脂を加熱硬化させることで形成される。
The reinforcing
電熱線14は、例えばニクロム線などの発熱体からなり、ライナー10と補強層12との間に設けられている。詳細には、電熱線14は、ライナー10の外周面にらせん状に巻き付けられ、ライナー10の外周面に接触している。また、電熱線14は、ライナー10の長手方向の領域のうち、一定径を有する胴部の領域に巻き付けられている。ただし、他の実施態様では、電熱線14をライナー10の半球壁状の両端部にも巻きつけてもよい。また、巻きつけの仕方は、らせん状に限らず、例えば網状など他の方法を採用してもよい。
The
図1及び図2に示すように、電熱線14の両端は、リード線16に接続されている。リード線16は、ライナー10の外表面をつたって、口金3,3と補強層12との間からタンク本体2の外部に引き出されており、バッテリー18及びスイッチ20に接続されている。スイッチ20がONされることで、バッテリー18からリード線16を介して電熱線14に電気が供給される。この電気の供給を受けて、電熱線14が発熱し、ライナー10の外表面が熱伝達により加熱される。
As shown in FIGS. 1 and 2, both ends of the
温度センサ4a〜4hは、タンク本体2の周辺に複数(8個)が設けられている。温度センサ4a〜4hは、補強層12の外表面に接触状態で設けることもできるが、ここでは補強層12の外表面から離間している。温度センサ4a〜4hは、その配置を限定されるものではないが、タンク本体2の長手方向の各所に分散して設けられるとよい。ここでは、タンク本体2の両端側(口金3,3側)にそれぞれ2個の温度センサ4a、4d,4e,4hが設けられ、これらの間に所定の間隔を空けて、残りの4個の温度センサ4b、4c、4f、4gが設けられている。
A plurality (eight) of
制御装置5は、内部にCPU,ROM,RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置5は、温度センサ4a〜4hからの温度検知信号を入力される。タンク本体2の周辺で火災が発生し、タンク本体2の周辺の温度(雰囲気温度)が急上昇した場合、その旨が温度センセ4a〜4hにより制御装置5に入力される。これを受けて、制御装置5はスイッチ20をONするようになっている。
The
図3は、局部火災が発生したときの水素ガス放出の一例を示す図である。
図3に示すように、例えば一方の口金3の近傍で局部火災Fが発生すると、これに最も近い位置にある温度センサ4dによって、局部火災Fの発生(急激な温度上昇)が検知される。制御装置5は、温度センサ4dからの温度検知信号を受けて、スイッチ20をONする。すると、電熱線14が通電されて発熱し、ライナー10及び補強層12が加熱される。上記のとおり、補強層12の樹脂はライナー10の樹脂よりも高い融点を有しているので、補強層12よりも先にライナー10が融点に達して溶融する。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of hydrogen gas release when a local fire occurs.
As shown in FIG. 3, for example, when a local fire F occurs in the vicinity of one of the
そして、図3の一例のように、例えばライナー10の胴部中央が溶けると、その溶けた部分30から水素ガスがライナー10の外部に放出される。放出された水素ガスは、図3の矢印40に示すように、溶融部分30の近傍の補強層12を厚み方向に透過するように外部へと流れていく。また、ライナー10の軟化によって、ライナー10と補強層12との間にも隙間が生じるので、図3の矢印41に示すように、その隙間を経路として水素ガスが外部に放出されていく。すなわち、本実施形態によれば、ライナー10の溶融により、貯留空間6の水素ガスを外部に放出するためのリークパスが形成される。
3, for example, when the center of the body portion of the
このように、本実施形態のガスタンク1によれば、従来のように溶栓弁を用いなくとも、火災の発生などによって雰囲気温度が上昇した場合に、タンク本体2内の水素ガスを外部に放出することができる。その結果、タンク本体2の内圧上昇を抑制することができ、タンク本体2のバーストを抑制することができる。特に、従来の溶栓弁の方式では、溶栓弁の配置が限定されるので局部火災に対応しにくい。しかし、本実施形態によれば、電熱線14をライナー10の一端側から他端側にかけて設けているので、局部火災が先端側から後端側におけるいずれの箇所にて生じたとしても、電熱線14によってライナー10を溶融することができ、局部火災にも対応して水素ガスを外部に放出することができる。
As described above, according to the gas tank 1 of the present embodiment, hydrogen gas in the
<第2実施形態>
次に、図4を参照して、第2実施形態に係るガスタンク50について相違点を中心に説明する。第1実施形態との相違点は、火災の発生位置に応じてライナー10を溶かす位置を変えるべく、発熱体の態様を変更し、通電する発熱体の位置を変更したことである。なお、第1実施形態と共通する構成については、第1実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
Next, with reference to FIG. 4, the
本実施形態の発熱体60a〜60fは、例えばニクロムコイルからなり、ライナー10の外周面に複数(ここでは6個)が設けられている。詳細には、発熱体60a〜60fは、ライナー10の外周面に接触状態で且つ互いに一定の間隔をあけて設けられている。発熱体60a〜60fは、その配置を限定されるものではないが、ライナー10の長手方向の各所に分散して設けられるとよい。ここでは、ライナー10の両端側にそれぞれ2個の発熱体60a、60c、60d、60fが設けられ、ライナー10の継ぎ目部分に2個の発熱体60b、60eが設けられている。なお、発熱体の個数は、ライナー10の長さに応じて適宜増減させればよい。
The
発熱体60aと発熱体60dとは、タンク本体2の内部を挟んで対向している。同様に、発熱体60bと発熱体60eとは対向し、発熱体60cと発熱体60fとは対向している。また、発熱体60aと発熱体60fとは、タンク本体2の中心に関して点対称となるように配置されている。この点、発熱体60cと発熱体60dとも、同様の配置関係になっている。発熱体60a〜60fは、図示省略したリード線に接続されており、それぞれ個別に通電可能に構成されている。この構成により、発熱体60a〜60fを個別に発熱させることができるようになっている。
The
温度センサ70a〜70fは、例えば熱電対からなり、発熱体60a〜60fに対応する各位置において、補強層12の外側に設けられている。ここでは、温度センサ70a〜70fは、補強層12の外周面に接触しているが、もちろん非接触で設けてもよい。温度センサ70a〜70fは、制御装置5に接続されており、雰囲気温度の検出結果を制御装置5に入力する。制御装置5は、局部火災を検知した温度センサ70a〜70fの位置に応じて、通電すべき発熱体60a〜60fを選択する。
The
一例を説明すると、温度センサ70dの近傍で局部火災Fが発生し、このことが温度センサ70dによって検知されると、制御装置5は、温度センサ70dから最も遠い位置にある発熱体60cのみを通電する。これにより、発熱体60cの近傍におけるライナー10の部位が積極的に加熱されて溶融し、この溶融した部分から水素ガスがライナー10の外部へと放出されることとなる。
For example, when a local fire F occurs in the vicinity of the
このように、本実施形態のガスタンク50によれば、第1実施形態のガスタンク1の奏する作用効果に加え、局部火災Fの発生時に、その発生箇所から最も遠い位置で水素ガスを放出させることができる。これにより、放出後の水素ガスが局部火災Fに影響することを十分に抑制することができ、安全性をより一層高めることができる。
As described above, according to the
ここで、局部火災の発生時に、局部火災の発生位置によっては二以上の発熱体を通電してもよい。例えば、局部火災がタンク本体2の中央部付近で発生し、そのことが温度センサ70bにより検知された場合、制御装置5は、タンク本体2の両端側にある発熱体60d及び60fを通電するとよい。こうすることで、局部火災から離れた位置で、水素ガスの放出を促進することができる。
Here, when a local fire occurs, two or more heating elements may be energized depending on the location of the local fire. For example, when a local fire occurs near the center of the
なお、制御装置5は、局部火災の発生箇所と通電箇所との対応関係についてマップをROMに記憶しているとよい。本実施形態では、温度センサ70aが局部火災を検知したときは発熱体60fを通電し、温度センサ70cが局部火災を検知したときは発熱体60dを通電し、温度センサ70dが局部火災を検知したときは発熱体60cを通電し、温度センサ70eが局部火災を検知したときは発熱体60a及び60cを通電し、温度センサ70fが局部火災を検知したときは発熱体60aを通電する。
In addition, the
1…ガスタンク、2…タンク本体、4a〜4h…温度センサ、5…制御装置、10…ライナー、12…補強層、14…電熱線(発熱体)、50…ガスタンク、60a〜60f…発熱体、70a〜70f…温度センサ、F…局部火災 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas tank, 2 ... Tank main body, 4a-4h ... Temperature sensor, 5 ... Control apparatus, 10 ... Liner, 12 ... Reinforcement layer, 14 ... Heating wire (heating element), 50 ... Gas tank, 60a-60f ... Heating element, 70a-70f ... temperature sensor, F ... local fire
Claims (8)
前記タンク本体の周辺の温度上昇を検知した際に前記発熱体を通電する制御装置と、を備えた、ガスタンク。 A tank body having a liner filled with gas, a reinforcing layer having a melting point higher than that of the liner and covering the outer peripheral surface of the liner, and a heating element provided between the liner and the reinforcing layer When,
A gas tank comprising: a control device that energizes the heating element when a temperature rise around the tank body is detected.
前記制御装置は、前記温度上昇を検知した位置に応じて、通電する発熱体の位置を変更する、請求項1に記載のガスタンク。 The heating element is provided at a plurality of positions at intervals,
The gas tank according to claim 1, wherein the control device changes a position of a heating element to be energized according to a position where the temperature rise is detected.
前記制御装置は、前記温度上昇に関する検知信号を前記温度センサから受けて、前記発熱体を通電する、請求項1ないし6のいずれか一項に記載のガスタンク。 A plurality of temperature sensors are provided around the tank body,
The gas tank according to claim 1, wherein the control device receives a detection signal related to the temperature rise from the temperature sensor and energizes the heating element.
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