JP2009162255A - 安全弁装置、バルブ装置、高圧ガスタンク、および、車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】安全弁装置を備える高圧ガスタンクを車両に搭載する際に、安全弁装置から放出される高圧ガスの放出方向を、容易に調整可能とする。
【解決手段】安全弁装置300は、所定温度以上になったときに開弁する弁機構を内部に備える安全弁装置本体310と、弁機構が開弁したときに、安全弁装置本体310を介して、水素タンクから流出する水素が流れるガス流路332、および、ガス流路332を流れる水素を外部に放出するための水素放出口334を有する放出管330と、を備える。放出管330において、水素放出口334は、ガス流路332の軸心方向に対して傾斜した方向に水素が放出されるように形成されており、放出管330は、さらに、ガス流路332の軸心を中心として、放出管330を回動させる回転力が入力される溝部336を有する。
【選択図】図3

Description

本発明は、高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクに用いられる安全弁装置、バルブ装置、高圧ガスタンク、および、この高圧ガスタンクを搭載した車両に関するものである。
水素等の高圧ガスを貯蔵した高圧ガスタンクを搭載し、高圧ガスタンクに貯蔵された高圧ガスを燃料ガスとして走行する、いわゆる燃料電池自動車や、水素自動車等の車両が開発されている。
そして、高圧ガス(圧縮ガス、および、液化ガス)を貯蔵する高圧ガスタンクには、高圧ガスを高圧ガスタンクの内部から外部に放出したり、高圧ガスタンクの外部から内部に充填したりするためのバルブ装置が接続される。このバルブ装置には、一般に、例えば、火災等によって高圧ガスタンクが所定温度以上になったときに、高圧ガスタンク内の高圧ガスを外部に放出することによって、高圧ガスタンクの内圧が高くなりすぎるのを防止するための安全弁装置が接続される。
そして、従来、安全弁装置を備える高圧ガスタンクについて、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献1には、車両に搭載された気体燃料タンク(高圧ガスタンク)から、気体燃料(高圧ガス)を鉛直下方に放出する技術が記載されている。
特開2007−106262号公報 特開2000−193249号公報 特開平6−165803号公報 特開2002−168399号公報 特開2004−263786号公報
ところで、上述した安全弁装置を備える高圧ガスタンクを車両に搭載する場合、安全弁装置の作動時に、高圧ガスが車両の前方に放出されてはならないことが法により規定されている。しかし、上記特許文献1に記載された技術では、安全弁装置の作動時に、高圧ガスが車両の前方に放出される場合があった。上記特許文献1に記載された技術では、例えば、車両が下り坂を走行しているときに、安全弁装置が作動した場合には、高圧ガスが鉛直下方に放出されるので、高圧ガスが車両の前方に放出されてしまう。また、車両が反転したときに、安全弁装置が作動した場合には、高圧ガスが車両本体の方向に放出され、車両内の乗員に危険が及ぶ場合があった。つまり、上記特許文献1に記載された技術では、安全弁装置の作動時の高圧ガスの放出方向を調整することができなかった。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、安全弁装置を備える高圧ガスタンクを車両に搭載する際に、安全弁装置から放出される高圧ガスの放出方向を、容易に調整可能とする技術を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクに用いられる安全弁装置であって、所定温度以上になったときに開弁する弁機構を内部に備える安全弁装置本体と、前記弁機構が開弁したときに、前記安全弁装置本体を介して、前記高圧ガスタンクから流出する前記高圧ガスが流れるガス流路、および、前記ガス流路を流れる前記高圧ガスを外部に放出するためのガス放出口を有するガス放出管と、を備え、前記ガス放出管において、前記ガス放出口は、前記ガス流路の軸心方向に対して傾斜した方向に前記高圧ガスが放出されるように形成されており、前記ガス放出管は、さらに、前記ガス流路の軸心を中心として、前記ガス放出管を回動させる回転力が入力される回転入力部を備える、安全弁装置。
適用例1の安全弁装置では、上記ガス放出管に備えられた回転入力部に外部から回転力を入力することによって、上記ガス放出管からの高圧ガスの放出方向を容易に調整することができる。したがって、本適用例の安全弁装置を備える高圧ガスタンクを車両に搭載する際に、安全弁装置から放出される高圧ガスの放出方向を、容易に調整可能とし、高圧ガスの放出方向の調整についての作業性を向上させることができる。
[適用例2]適用例1記載の安全弁装置であって、前記ガス放出口には、防塵フィルタが備えられている、安全弁装置。
適用例2の安全弁装置では、上記ガス放出口に防塵フィルタが備えられているので、上記ガス放出管の外部からガス放出口への塵埃の侵入を抑制し、ガス放出口への塵埃の侵入に起因する安全弁装置の動作不良を抑制することができる。
[適用例3]適用例2記載の安全弁装置であって、前記防塵フィルタは、防水透湿性素材からなる、安全弁装置。
適用例3の安全弁装置では、上記防塵フィルタが防水透湿性素材からなるので、さらに、上記ガス放出管の外部からガス放出口への水の浸入を抑制し、ガス放出口への水の浸入に起因する安全弁装置の動作不良をさらに抑制することができる。
[適用例4]適用例1ないし3のいずれかに記載の安全弁装置であって、前記弁機構は、弁体と、前記弁体を支持することによって閉弁状態を維持するとともに、前記所定温度以上になったときに溶融する第1の溶融部材と、溶融した前記第1の溶融部材を外部に放出するための溶融部材放出口と、を備えており、前記第1の溶融部材が溶融し、前記溶融部材放出口から外部に放出されたときに、前記弁体が移動して開弁状態となる弁機構であり、前記溶融部材放出口には、前記所定温度以上になったときに溶融する第2の溶融部材が詰め込まれている、安全弁装置。
適用例4の安全弁装置では、上記溶融部材放出口に上記第2の溶融部材が詰め込まれているので、上記溶融部材放出口への塵埃の侵入を抑制し、溶融部材放出口への塵埃の侵入に起因する安全弁装置の動作不良を抑制することができる。なお、上記第1の溶融部材、および、上記第2の溶融部材としては、例えば、いわゆる低融点合金や樹脂等の比較的低融点の部材を用いることができる。また、第1の溶融部材と第2の溶融部材とは、同一の材料からなるものとしてもよいし、互いに異なる材料からなるものとしてもよい。
[適用例5]適用例4記載の安全弁装置であって、前記第1の溶融部材、および、前記第2の溶融部材の少なくとも一方は、合金からなる、安全弁装置。
適用例5の安全弁装置では、上記第1の溶融部材、および、上記第2の溶融部材の少なくとも一方が、合金からなるので、金属の組成比を変化させることによって、合金が溶融する温度を所望の温度に設定しやすくすることができる。
[適用例6]適用例4または5記載の安全弁装置であって、前記第2の溶融部材は、前記溶融部材放出口から前記安全弁装置本体の外部に突出しないように詰め込まれている、安全弁装置。
適用例6の安全弁装置では、上記第2の溶融部材が、上記溶融部材放出口から上記安全弁装置本体の外部に突出しないように詰め込まれているので、上記第2の溶融部材に異物が衝突する等によって、上記溶融部材放出口から上記第2の溶融部材が脱落するのを抑制することができる。
[適用例7]高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクに接続されるバルブ装置であって、適用例1ないし6のいずれかに記載の安全弁装置を備えるバルブ装置。
[適用例8]高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクであって、適用例1ないし6記載の安全弁装置、または、適用例7記載のバルブ装置を備える高圧ガスタンク。
[適用例9]車両であって、適用例8記載の高圧ガスタンクが、前記車両の床部に搭載されており、前記安全弁装置において、前記ガス放出管は、前記回転入力部に、前記回転力が入力されることによって、前記ガス放出口から放出される前記高圧ガスの放出方向が、前記車両の後方斜め下方であって、前記高圧ガスタンク、および、前記車両に備えられたタイヤが配置されている空間以外の空間となるように、前記高圧ガスの放出方向が調整され、前記安全弁装置本体に固定されている、車両。
適用例9の車両では、上記高圧タンクが車両の床部に搭載されており、上記安全弁装置において、上記ガス放出管が、上記回転入力部に外部から回転力が入力されることによって、上記ガス放出口から放出される高圧ガスの放出方向が、車両の後方斜め下方であって、高圧ガスタンク、および、車両に備えられたタイヤが配置されている空間以外の空間となるように、前記高圧ガスの放出方向が調整され、上記安全弁装置本体に固定されているので、本適用例の車両が横転や反転していない場合であって、安全弁装置が作動し、高圧ガスタンクから高圧ガスが放出されたときに、高圧ガスを直接的に路面に衝突させ、高圧ガスの拡散性を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
A.車両の構成:
図1は、本発明の一実施例としての車両1000の概略構成を示す説明図である。図1(a)に、車両1000を左側側面から見た様子を示した。また、図1(b)に、車両1000を後方から見た様子を示した。また、図1(c)に、車両1000を下方から見た様子を示した。
この車両1000は、いわゆる電気自動車であり、電源として、燃料電池FCや、図示しないバッテリを備えている。そして、車両1000は、燃料電池FCによって発電される電力や、バッテリから出力される電力によって、図示しないモータを駆動し、その動力によって、車輪を回転させて走行する。燃料電池FCによって発電された電力は、バッテリに蓄電することも可能である。
本実施例では、車両1000において、燃料電池FCは、図1(a)に示したように、車両1000の床部に備えられているものとした。また、車両1000の左側リアタイヤWRLと右側リアタイヤWRRとの間の床部に、燃料電池FCに燃料ガスとしての水素を供給するための、圧縮水素が貯蔵された水素タンク100が搭載されているものとした。本実施例では、車両1000には、4本の水素タンク100が搭載されるものとした。車両1000に搭載される水素タンク100の数は、任意に設定可能である。水素タンク100は、本発明における高圧ガスタンクに相当する。なお、図示は省略しているが、車両1000の床下部や、居室の前方や後方の、居室外の空間には、それぞれ、燃料電池FCやバッテリを備える燃料電池システムを構成する各種構成部品や、車輪を回転させるためのモータや、その他の機能部品等が配置されている。
図1(b)に示したように、水素タンク100には、バルブ装置200が接続されている。そして、バルブ装置200には、水素タンク100内の圧縮水素を燃料電池FCに供給するための水素供給配管、および、車両1000に備えられた圧縮水素充填口から圧縮水素を充填するための水素充填配管が接続されている。また、バルブ装置200には、火災等によって水素タンク100が所定温度以上になったときに、水素タンク100内の圧縮水素を外部に放出することによって、水素タンク100の内圧が高くなりすぎるのを防止するための安全弁装置300が接続されている。バルブ装置200、および、安全弁装置300については、後から詳述する。
安全弁装置300には、後述するように、安全弁装置300が作動したときに、水素が流れるガス流路、および、ガス流路を流れる水素を外部に放出するための水素放出口を有する放出管が備えられている。そして、図1(a)〜(c)中に矢印で示したように、安全弁装置300の作動時に、放出管に設けられた水素放出口から放出される水素の放出方向が、車両1000の後方斜め下方であって、水素タンク100、および、車両1000に備えられた左右のリアタイヤWRL,WRRが配置されている空間以外の空間となるように、水素の放出方向が調整されている。こうすることによって、車両1000が横転や反転していない場合であって、安全弁装置300が作動し、水素タンク100から水素が放出されたときに、水素を直接的に路面に衝突させ、水素の拡散性を向上させることができる。
B.水素タンクの構成:
図2は、水素タンク100の概略構成を模式的に示す説明図である。図示するように、水素タンク100には、バルブ装置200が接続されている。
バルブ装置200の内部には、図示するように、水素タンク100の内部から外部へ圧縮水素を放出するための第1のガス流路210、および、水素タンク100の外部から内部に圧縮水素を充填するための第2のガス流路240が形成されている。そして、第1のガス流路210には、水素タンク100の内部から外部へ圧縮水素を放出するか否かを切り換えるための電磁弁220が配設されている。また、第2のガス流路240には、水素タンク100の内部から外部への圧縮水素の逆流を防止するための逆止弁250が配設されている。
また、第2のガス流路240における逆止弁250と水素タンク100の内部側の端部との間には、分岐流路270が形成されており、この分岐流路270の端部には、火災等によって水素タンク100の温度が所定温度以上になったときに、水素タンク100内の圧縮水素を外部に放出するための安全弁装置300が接続されている。安全弁装置300については、後から詳述する。
バルブ装置200の内部に形成された第1のガス流路210における水素タンク100の外部側の端部には、第1のガス流路210と、燃料電池FCへ水素を供給するための水素供給配管400とを接続するための継手230が接続されている。そして、電磁弁220を開弁することによって、水素タンク100内の水素を、第1のガス流路210、および、水素供給配管400を介して、燃料電池FCに供給することができる。
また、バルブ装置200の内部に形成された第2のガス流路240における水素タンク100の外部側の端部には、第2のガス流路240と、車両1000に設けられた圧縮水素充填口から圧縮水素を充填するための水素充填配管500とを接続するための継手260が接続されている。
C.安全弁装置の構成:
図3は、安全弁装置300の外観を示す説明図である。図示するように、この安全弁装置300は、所定温度以上になったときに開弁する弁機構を内部に備える安全弁装置本体310と、安全弁装置本体310内に備えられた弁機構が開弁したときに、安全弁装置本体310を介して、水素タンク100から流出する水素が流れるガス流路332、および、ガス流路332を流れる水素を外部に放出するための水素放出口334を有する放出管330と、放出管330を安全弁装置本体310に固定するロックナット340とを備えている。
安全弁装置本体310の内部に備えられた弁機構は、図示、および、詳細な説明は省略するが、弁体と、この弁体を支持することによって閉弁状態を維持するとともに、所定温度以上になったときに溶融する溶融部材と、溶融した溶融部材を外部に放出するための複数の溶融部材放出口320と、を備えており、溶融部材が溶融して各溶融部材放出口320から外部に放出されたときに、弁体が移動して開弁状態となる弁機構である。なお、本実施例では、上記溶融部材としてビスマス(Bi)とインジウム(In)とからなる二元合金を用いるものとした。そして、本実施例では、ビスマス(Bi)とインジウム(In)との組成比は、溶融温度、すなわち、上記所定温度が110±5(℃)となるように設定されている。以下、上述した比較的低融点の合金を「可溶合金」と呼ぶ。
また、本実施例では、放出管330の形状は、円柱形状であるものとした。そして、放出管330において、水素放出口334は、ガス流路332の軸心方向に対して傾斜した方向に水素が放出されるように形成されている。また、放出管330の先端部には、溝部336が形成されている。この溝部336に、例えば、マイナスドライバを差し込み、放出管330をガス流路332の軸心を中心として回転させることによって、水素放出口334から放出される水素の放出方向を所望の方向に調整することができる。溝部336は、本発明における回転入力部に相当する。
図4は、放出管330の水素放出口334近傍を示す説明図である。本実施例では、放出管330において、水素放出口334は、防塵フィルタ350によって覆われており、この防塵フィルタ350は、水素放出口334から防塵フィルタ350を介して水素を放出するための穴が形成されたフィルムシール360によって、放出管330に貼付されている。本実施例では、防水透湿性素材(例えば、ゴアテックス(商標))からなる防塵フィルタ350を用いるものとした。こうすることによって、放出管330の外部から水素放出口334への塵埃や水の侵入を抑制し、水素放出口334への塵埃や水の侵入に起因する安全弁装置300の動作不良を抑制することができる。
図5は、安全弁装置本体310に設けられた溶融部材放出口320近傍の断面を示す説明図である。図示するように、安全弁装置本体310の内部には、先述した弁機構を構成する可溶合金312が配置されている。そして、本実施例では、図5の右側に示したように、溶融部材放出口320には、可溶合金322が、安全弁装置本体310の外部に突出しないように詰め込まれている。可溶合金312は、本発明における第1の溶融部材に相当する。また、可溶合金322は、本発明における第2の溶融部材に相当する。なお、本実施例では、可溶合金312と可溶合金322とは、同一の合金からなるものとした。そして、この可溶合金322は、グリス324によって、溶融部材放出口320に固定されているものとした。可溶合金322は、グリス324の代わりに、粘着性を有する他の材料(例えば、接着剤)によって、溶融部材放出口320に固定されるものとしてもよい。こうすることによって、溶融部材放出口320への塵埃の侵入を抑制し、溶融部材放出口320への塵埃の侵入に起因する安全弁装置300の動作不良を抑制することができる。また、本実施例では、可溶合金322が、溶融部材放出口320から安全弁装置本体310の外部に突出しないように詰め込まれているので、可溶合金322に異物が衝突する等によって、溶融部材放出口320から可溶合金322が脱落するのを抑制することができる。
以上説明した安全弁装置300によれば、放出管330に備えられた溝部336に回転力を入力し、ロックナット340によって、放出管330を安全弁装置本体310に固定することによって、放出管330からの水素の放出方向を容易に調整することができる。したがって、安全弁装置300を備える水素タンク100を車両1000に搭載する際に、安全弁装置300から放出される水素の放出方向を、例えば、図1に示したように、容易に調整可能とし、高圧ガスの放出方向の調整についての作業性を向上させることができる。
D.変形例:
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
D1.変形例1:
上記実施例では、安全弁装置300において、本発明における回転入力部として、溝部336を備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。回転入力部は、放出管330に対してガス流路3320の軸心を中心として回転力が入力されるように形成されていればよく、例えば、放出管330に、回転入力部として、突起や穴等を設けるようにしてもよい。また、放出管330自体の形状を多角柱形状とし、スパナ等の工具を用いて回転力が入力されるようにしてもよい。
D2.変形例2:
上記実施例では、放出管330を防水透湿性素材からなる防塵フィルタ350によって覆うものとしたが、本発明は、これに限られない。防塵フィルタ350として、防水透湿性を有していないものを用いるようにしてもよい。また、防塵フィルタ350を省略するようにしてもよい。
また、上記実施例では、防塵フィルタ350は、フィルムシール360によって、放出管330に貼付されるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、防塵フィルタ350を接着剤によって、放出管330に貼付するものとしてもよいし、キャップ部材等によって、放出管330に固定するようにしてもよい。
D3.変形例3:
上記実施例では、可溶合金312、および、可溶合金322として、ビスマス(Bi)とインジウム(In)とからなる二元合金を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。可溶合金312、および、可溶合金322として、他の合金を用いるようにしてもよい。また、可溶合金312と可溶合金322とは、互いに異なる合金からなるものとしてもよい。また、可溶合金312、および、可溶合金322の代わりに、これらのうちの少なくとも一方を、樹脂等の他の材料からなる溶融部材を用いるようにしてもよい。
D4.変形例4:
上記実施例では、可溶合金322は、溶融部材放出口320から安全弁装置本体310の外部に突出しないように詰め込まれているものとしたが、本発明は、これに限られない。
D5.変形例5:
上記実施例では、安全弁装置300は、バルブ装置200に接続されるものとしたが、本発明は、これに限られない。安全弁装置300を水素タンク100に直接接続するようにしてもよい。
D6.変形例6:
上記実施例では、水素タンク100は、燃料電池FCによって発電された電力を利用して走行する電気自動車(いわゆる燃料電池自動車)に搭載されるものとしたが、本発明は、これに限られない。水素タンク100を、いわゆる水素自動車に搭載するようにしてもよい。
D7.変形例7:
上記実施例では、本発明の高圧ガスタンクを水素タンク100に適用した場合について説明したが、水素以外の他の高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクに適用するようにしてもよい。
本発明の一実施例としての車両1000の概略構成を示す説明図である。 水素タンク100の概略構成を模式的に示す説明図である。 安全弁装置300の概略構成を示す説明図である。 放出管330の水素放出口334近傍を示す説明図である。 安全弁装置本体310に設けられた溶融部材放出口320近傍の断面を示す説明図である。
符号の説明
1000…車両
100…水素タンク
200…バルブ装置
210…第1のガス流路
220…電磁弁
230…継手
240…第2のガス流路
250…逆止弁
270…分岐流路
300…安全弁装置
310…安全弁装置本体
312…可溶合金
320…溶融部材放出口
322…可溶合金
324…グリス
330…放出管
332…ガス流路
334…水素放出口
336…溝部
340…ロックナット
350…防塵フィルタ
360…フィルムシール
400…水素供給配管
500…水素充填配管
FC…燃料電池
WRL…左側リアタイヤ
WRR…右側リアタイヤ

Claims (9)

  1. 高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクに用いられる安全弁装置であって、
    所定温度以上になったときに開弁する弁機構を内部に備える安全弁装置本体と、
    前記弁機構が開弁したときに、前記安全弁装置本体を介して、前記高圧ガスタンクから流出する前記高圧ガスが流れるガス流路、および、前記ガス流路を流れる前記高圧ガスを外部に放出するためのガス放出口を有するガス放出管と、を備え、
    前記ガス放出管において、前記ガス放出口は、前記ガス流路の軸心方向に対して傾斜した方向に前記高圧ガスが放出されるように形成されており、
    前記ガス放出管は、さらに、前記ガス流路の軸心を中心として、前記ガス放出管を回動させる回転力が入力される回転入力部を有する、
    安全弁装置。
  2. 請求項1記載の安全弁装置であって、
    前記ガス放出口には、防塵フィルタが備えられている、安全弁装置。
  3. 請求項2記載の安全弁装置であって、
    前記防塵フィルタは、防水透湿性素材からなる、安全弁装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の安全弁装置であって、
    前記弁機構は、
    弁体と、
    前記弁体を支持することによって閉弁状態を維持するとともに、前記所定温度以上になったときに溶融する第1の溶融部材と、
    溶融した前記第1の溶融部材を外部に放出するための溶融部材放出口と、を備えており、
    前記第1の溶融部材が溶融し、前記溶融部材放出口から外部に放出されたときに、前記弁体が移動して開弁状態となる弁機構であり、
    前記溶融部材放出口には、前記所定温度以上になったときに溶融する第2の溶融部材が詰め込まれている、安全弁装置。
  5. 請求項4記載の安全弁装置であって、
    前記第1の溶融部材、および、前記第2の溶融部材の少なくとも一方は、合金からなる、安全弁装置。
  6. 請求項4または5記載の安全弁装置であって、
    前記第2の溶融部材は、前記溶融部材放出口から前記安全弁装置本体の外部に突出しないように詰め込まれている、安全弁装置。
  7. 高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクに接続されるバルブ装置であって、
    請求項1ないし6のいずれかに記載の安全弁装置を備えるバルブ装置。
  8. 高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクであって、
    請求項1ないし6記載の安全弁装置、または、請求項7記載のバルブ装置を備える高圧ガスタンク。
  9. 車両であって、
    請求項8記載の高圧ガスタンクが、前記車両の床部に搭載されており、
    前記安全弁装置において、前記ガス放出管は、前記回転入力部に、前記回転力が入力されることによって、前記ガス放出口から放出される前記高圧ガスの放出方向が、前記車両の後方斜め下方であって、前記高圧ガスタンク、および、前記車両に備えられたタイヤが配置されている空間以外の空間となるように、前記高圧ガスの放出方向が調整され、前記安全弁装置本体に固定されている、車両。
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