JP2009185923A - 高圧タンク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高圧タンク10は、開口部13を有し高圧の気体が充填されるタンク本体11と、当該タンク本体11の外面を覆い、当該タンク本体11を補強する補強材12と、を備える。タンク本体11は、補強材12で覆われていない外側突出部15を開口部13と異なる位置に備えている。この外側突出部15をタンク本体11の外側から電熱ヒータ30によって加熱することでタンク本体11を加熱し、シール部材22のシール性が低下するのを抑制する。
【選択図】図1
Description
例えば、以上の高圧タンクを搭載した車両が寒冷地を走行すると、走行距離の増加に伴って当該高圧タンク内の気体が消費され、当該高圧タンク内の圧力が低下する。すると、高圧タンク内に残っている気体が膨張し、温度が極低温まで低下してしまう。
この手法によれば、極低温まで温度が低下すると、水素吸蔵合金が水素を吸蔵して発熱する。この熱は、ヒートパイプによってタンク本体に伝達され、タンク本体が暖められる。
開口部付近に配置される複数の部材とは、例えば、気体の充填時に逆流を防止する逆止弁、気体放出時に使用する電磁弁、調圧用のレギュレータ、気体の圧力を測定する圧力センサ、気体の温度を測定する温度センサ、気体を供給するための配管、気密性を保つための上記シール部材等である。
しかしながら、本発明によれば、開口部と異なる位置に設けられた露出部を加熱したので、加熱手段を設置するスペースを容易に確保できる。
しかしながら、本発明によれば、タンク本体を加熱手段によって適宜加熱し、従来のように開口部を直接加熱する場合に比べて、露出部から開口部に伝熱させることで、タンク本体全体の温度変化を小さくすることにより、タンク本体と補強材との熱膨張係数の相違から生じる熱応力を低減でき、高圧タンクの耐久性が低下するのを抑制できる。
さらに、タンク本体を熱伝導性の良いアルミニウム合金で形成した場合、開口部と離れた外側突出部を加熱しても、タンク本体の熱伝導により開口部付近を温めることができる。
また、上述のように、シール部材は、温度が極低温である所定温度(例えば、−50℃)以下になると劣化し、シール性が低下してしまう。そこで、判定温度を、この所定温度よりも適宜高い温度に設定することで、シール部材が劣化するのを効果的に抑制することができる。
その結果、電熱ヒータをタンク本体に直接螺合させたり、あるいは、ねじ構造を有する他の部材を介して電熱ヒータをタンク本体に取り付けたりすることで、加熱手段をタンク本体に容易に着脱できる。
また、上述のように気体の温度が所定の判定温度未満の場合に電熱ヒータを稼働することとすれば、使用電力量が少なくて済むので、電熱ヒータの電源として、別途搭載した小型の外部電源や、車両に搭載されたバッテリを用いることができる。よって、部品点数を削減できるとともに、装置全体を小型化できる。なお、車両が燃料電池を搭載している場合には、電熱ヒータの電源として、この燃料電池を用いることもできる。
この発明によれば、高圧タンクを車両に搭載した。車両は、寒冷地などの温度条件の厳しい環境下で使用されるので、加熱手段による加熱が特に有効となる。
また、車両の走行距離が増加するに従って、タンク本体内の気体が減少し、タンク本体内の温度も低下するため、タンク本体を加熱して、シール部材のシール性の低下を抑制する必要がある。しかしながら、車両の出力が増加するに従って、車両用パワープラントで生じる廃熱が増加するので、この廃熱をタンク本体の加熱に利用することにより、複雑な制御を行うことなく、簡易な構成で加熱でき、コストを低減できる。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る高圧タンク10を示す断面図である。図2は、高圧タンク10の電熱ヒータ30が取り付けられる部分の拡大断面図である。
高圧タンク10は、燃料電池車両(図示せず)に搭載され、高圧の水素が充填される。高圧タンク10は、内部空間を有し口金部14が形成されたタンク本体11と、口金部14に取り付けられた蓋部材20と、このタンク本体11の外面を覆う補強材12と、を備えている。
口金部14は、タンク本体11の一端側に設けられた円筒形状であり、タンク本体11の内部空間と外部とを連通する開口部13が形成されている。口金部14の内周面には、雌ねじ部14aが設けられている。
補強材12は、タンク本体11を補強するものであり、例えば、エポキシ樹脂等の接着剤を塗布したカーボンファイバー等の強化繊維をタンク本体11に巻き付けて形成される。
この蓋部材20の雄ねじ部20cを口金部14の雌ねじ部14aに螺合することで、蓋部材20は口金部14に取り付けられる。
蓋部材20の頭部と口金部14の先端面との間には、Oリング等のゴム製のシール部材22が介装されている。このシール部材22を挟んで、蓋部材20を口金部14に取り付けることで、タンク本体11の内部空間が密閉される。
タンク本体11のうち口金部14と反対側の端部つまり開口部13と異なる位置には、露出部としての外側突出部15が外方に突出形成されている。この外側突出部15は、補強材12で覆われておらず、外部に露出している。なお、補強材12の巻き方を工夫して、外側突出部15を露出させてもよい。
タンク本体11はフローフォーミング加工やスピニング加工等により製造されるが、この成形加工時にタンク本体11の一部を保持する必要があるため、外側突出部15は、この保持する部分として形成される。
このヒータ取付部材40の雄ねじ部40cを外側突出部15の雌ねじ部15cに螺合することで、ヒータ取付部材40は外側突出部15に取り付けられる。
なお、このヒータ取付部材40の素材としては、例えばアルミニウム合金等、熱伝導性の良好な素材が好ましい。
なお、後述の第2実施形態に示すように、ヒータ取付部材40を外側突出部15に直接螺合せず、別部材であるねじにより外側突出部15に取り付けてもよい。
電子制御装置は、温度センサ35から出力された温度に基づいて、シール部材22の温度を推定する。具体的には、予め実験により温度センサ35の測定温度とシール部材22の温度との相関データを記録しておき、このデータに基づいて、上記シール部材22の温度を推定する。
なお、本実施形態では、温度センサ35によりヒータ取付部材40の温度を測定したが、これに限らず、シール部材22の温度を直接測定してもよいし、口金部14の開口部13内の温度を測定してもよい。
高圧タンク10には、外側突出部15をタンク本体11の外側から加熱する加熱手段としての電熱ヒータ30が設けられている。
電熱ヒータ30は、内部にニクロム線等の発熱体を収容した棒状のヒータ31と、この棒状ヒータに配線33を介して電力を供給する電源32と、を備える。
この電熱ヒータ30のヒータ31は、ヒータ取付部材40のヒータ取付穴40dに挿入されている。
次に、電子制御装置による電熱ヒータ30の制御について、図3のフローチャートを用いて説明する。
シール部材22の機能を維持できなくなる程度に低い温度を限界温度とすると、判定温度TLは、この限界温度よりも高い温度に設定される。
ステップS3での判定がYESの場合には、電熱ヒータ30をONにし、外側突出部15を加熱して終了する。
例えば、シール部材22の機能を維持できなくなる限界温度を「−50℃」とし、この限界温度に基づいて、判定温度TLを「−37℃」とする。
時刻tでは、測定温度Tが「−37℃」未満となるため、電熱ヒータ30をONにする。
一方、電熱ヒータ30で加熱しない場合には、図4中破線に示すように、時刻t以降、測定温度Tは、時間経過とともに低下し、限界温度「−50℃」を下回り、シール部材22の劣化が進行するおそれが生じる。
すなわち、開口部13と異なる位置に設けられた外側突出部15を電熱ヒータ30によって加熱したので、この外側突出部15を介してタンク本体11の全体を温めることができ、開口部13に設けられたシール部材22の温度が過度に低下するのを抑制できる。したがって、低温条件下であっても、シール部材22が劣化して、シール性が低下するのを抑制でき、タンク本体11から気体が漏出するのを効果的に抑制できる。
また、電熱ヒータ30により外側突出部15を加熱したので、電熱ヒータ30がタンク本体11内部の高圧の気体と直接接触することがない。このため、電熱ヒータ30を高圧対応の構造とする必要がなく、部品点数を少なくできるので、装置全体を小型化、軽量化できる。
さらに、タンク本体11を熱伝導性の良いアルミニウム合金で形成したので、開口部13と離れた外側突出部15を加熱しても、タンク本体11の熱伝導により開口部13付近を温めることができる。
また、上述のように、シール部材22は、温度が極低温である所定温度(例えば、−50℃)以下になると劣化し、シール性が低下してしまう。そこで、判定温度TLを、この所定温度よりも適宜高い温度に設定することで、シール部材22が劣化するのを効果的に抑制することができる。
また、上述のように気体の温度が所定の判定温度TL未満の場合に電熱ヒータ30を稼働させたので、使用電力量が少なくて済み、電熱ヒータ30の電源として、別途搭載した小型の外部電源や、車両に搭載されたバッテリを用いることができる。よって、部品点数を削減できるとともに、装置全体を小型化できる。
すなわち、図5に示すように、温度センサ35により高圧タンク10の補強材12の温度を測定し、この補強材12の温度に基づいてシール部材22の温度を推定してもよい。また、図6に示すように、温度センサ35を、口金部14の開口部13を挿通してタンク本体11内に設けておき、タンク本体11内の気体の温度を測定し、このタンク本体11内の気体の温度に基づいて、シール部材22の温度を推定してもよい。
図7は、本発明の第2実施形態に係る高圧タンク10の電熱ヒータが取り付けられる部分示す部分断面図である。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
すなわち、ヒータ取付部材40には、ねじ42が挿通される貫通穴40eが設けられている。
外側突出部15の先端面15dには、穴部15bが設けられておらず、2つのねじ穴15eが設けられている。
ねじ42は、ヒータ取付部材40の貫通穴40eに挿通され、外側突出部15のねじ穴15eに螺合されている。これにより、ヒータ取付部材40は外側突出部15に着脱可能に固定されている。
図8は、本発明の第3実施形態に係る高圧タンク10を示す断面図である。
この第3実施形態は、高圧タンク10が車両に搭載され、エキゾーストパイプ50から排出された熱を利用してタンク本体11を加熱している点が、第1実施形態と異なる。
すなわち、車両は、寒冷地などの温度条件の厳しい環境下で使用されるので、エキゾーストパイプ50から排出された熱による加熱が特に有効となる。
また、車両用パワープラントとしては、天然ガスや水素などの高圧ガスを燃料としたレシプロエンジンが挙げられる。
図9は、本発明の第4実施形態に係る高圧タンク10を示す断面図である。
この第4実施形態に係る高圧タンク10は、燃料電池70を備えた車両に搭載され、燃料電池の冷却システムから得られる廃熱を利用してタンク本体11を加熱する点が、第1実施形態と異なる。
また、第1の配管71には、第1のバルブ77が設けられ、第2の配管72には、第2のバルブ78が設けられる。
図10は、本発明の第5実施形態に係る高圧タンク10を示す断面図である。
この第5実施形態に係る高圧タンク10は、燃料電池70を備えた車両に搭載され、燃料電池70の廃熱を利用してタンク本体11を加熱する点が、第1実施形態と異なる。
図11は、本発明の第6実施形態に係る高圧タンク10を示す断面図である。
この第6実施形態に係る高圧タンク10は、バッテリ63を備えた車両に搭載され、バッテリ63の廃熱を利用してタンク本体11を加熱する点が、第1実施形態と異なる。
図12は、本発明の第7実施形態に係る高圧タンク10を示す断面図である。
この第7実施形態に係る高圧タンク10は、空調システムを備えた車両に搭載され、空調システムの熱交換器90から得られる廃熱を利用してタンク本体11を加熱する点が、第1実施形態と異なる。
また、配管91には、バルブ95が設けられる。
11 タンク本体
12 補強材
13 開口部
15 外側突出部(露出部)
20 蓋部材
22 シール部材
30 電熱ヒータ(加熱手段)
35 温度センサ(温度測定手段)
50 エキゾーストパイプ(車両用パワープラント)
60 ヒートパイプ(加熱手段)
70 燃料電池
Claims (10)
- 開口部を有し高圧の気体が充填されるタンク本体と、
当該タンク本体の外面を覆い、当該タンク本体を補強する補強材と、を備えた高圧タンクであって、
前記タンク本体は、前記補強材で覆われていない露出部を前記開口部と異なる位置に備え、
当該露出部を前記タンク本体の外側から加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする高圧タンク。 - 前記露出部は、前記タンク本体の製造時に外方に突出形成された外側突出部であることを特徴とする請求項1に記載の高圧タンク。
- 前記加熱手段は、前記タンク本体の前記露出部に対して着脱可能に設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載の高圧タンク。
- 前記開口部に設けられたシール部材の温度を測定または推定する温度測定手段を更に備え、
前記温度測定手段によって測定または推定された温度が前記シール部材の機能を維持可能な判定温度未満となった場合に前記加熱手段を稼働させることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の高圧タンク。 - 前記加熱手段は、電熱ヒータであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高圧タンク。
- 前記高圧タンクは、車両に搭載されるものであり、
前記加熱手段は、車両用パワープラントから排出された熱を利用して前記タンク本体を加熱することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高圧タンク。 - 前記高圧タンクは、燃料電池を備えた車両に搭載されるものであり、
前記加熱手段は、前記燃料電池の廃熱を利用して前記タンク本体を加熱することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高圧タンク。 - 前記高圧タンクは、燃料電池を備えた車両に搭載されるものであり、
前記加熱手段は、前記燃料電池の冷却システムの熱交換器から得られる熱を利用して前記タンク本体を加熱することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高圧タンク。 - 前記高圧タンクは、車両に搭載されるものであり、
前記加熱手段は、前記車両のバッテリの廃熱を利用して前記タンク本体を加熱することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高圧タンク。 - 前記高圧タンクは、車両に搭載されるものであり、
前記加熱手段は、前記車両の空調システムの熱交換器から得られる熱を利用して前記タンク本体を加熱することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の高圧タンク。
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