JP2013194752A

JP2013194752A - 配管の液漏れ補修システム

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Publication number: JP2013194752A
Application number: JP2012059435A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Sugano; 重樹菅野; Tenkai Kin; 天海金; Yuki Nishi; 佑起西
Original assignee: Waseda University
Current assignee: Waseda University
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】液体が流れる配管が破損した際に、当該液体に添加される液漏れ防止用の添加剤を用いて、破損部位からの液漏れをより迅速且つ効果的に阻止すること。
【解決手段】本発明に係る配管の液漏れ補修システムは、揮発性の液体に、空気接触により硬化する添加剤が添加された混合液が循環する循環管路１１と、混合液に拍動流を発生させる拍動流発生手段１２と、循環管路１１から分岐する分岐管路１４と、循環管路１１と分岐管路１４の間に設けられ、循環管路１１を流れる前記混合液から前記液体を抽出して分岐管路１４に導くフィルタ２２と、分岐管路１４の前記液体の流量に従って、循環管路１１に前記液体を補給する補給手段１７とを備えており、循環管路１１の一部が破損した場合に、当該破損部位での前記添加剤の硬化により前記破損部位を補修するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管の液漏れ補修システムに係り、更に詳しくは、所定の管路を流れる揮発性の液体に、空気接触により硬化する添加剤を添加することで、管路の一部が破損した場合に、添加剤の硬化により管路の破損部位を補修する配管の液漏れ補修システムに関する。

従来、燃料としてメタノール、エタノール等のアルコール水溶液が用いられる燃料電池が知られている。このような燃料電池を電源とする自動車やエネルギープラントにおいて、燃料電池に燃料を供給する配管の破損は、重大な事故を招く虞があることから、配管の破損時における配管外への燃料漏れの対策が必要となる。

ところで、所定の配管内を流通する液体に、おがくず等の粉粒体と乾燥すると硬化する硬化剤とを添加することで、配管内にクラックやピンホール等の破損部位が生じた場合に、粉粒体が破損部位に入り込み、且つ、硬化剤が空気との接触により乾燥することで、破損部位からの液漏れを止める補修技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−１１３４８４号公報

しかしながら、前述の補修技術にあっては、ある程度の大きさ以上のクラックやピンホールが生じると、粉粒体が破損部位から配管外に排出され、配管内の液体の定常的な流れによって硬化剤が乾燥せず、破損部位からの液漏れを阻止できないという問題がある。また、燃料としてアルコール水溶液が用いられる燃料電池に燃料を供給する配管について、前述の補修技術を仮に適用した場合、所定のフィルタを使って、粉粒体や硬化剤を燃料から分離して燃料電池に供給する配管構造が必要となる。ところが、この場合、粉粒体や硬化剤によってフィルタが経時的に目詰まりし、燃料電池への燃料の供給が停止してしまうことから、フィルタの定期的なメンテナンスが必要になる。

本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、液体が流れる配管が破損した際に、当該液体に添加される液漏れ防止用の添加剤を用いて、破損部位からの液漏れをより迅速且つ効果的に阻止することができる配管の液漏れ補修システムを提供することにある。

また、本発明の更なる目的は、液体と添加剤との混合液から液体のみをフィルタで抽出する場合に、当該フィルタを目詰まりしにくくする配管の液漏れ補修システムを提供することにある。

前記目的を達成するため、主として、本発明は、所定の管路を流れる揮発性の液体に、空気接触により硬化する添加剤を添加することで、前記管路の一部が破損した場合に、当該破損部位での前記添加剤の硬化により前記破損部位を補修する配管の液漏れ補修システムであって、
前記管路を流れる前記液体と前記添加剤の混合液に拍動流を発生させる拍動流発生手段を備える、という構成を採っている。

本発明によれば、管路にクラックやピンホール等の破損が生じたときに、液体と添加剤の混合液に拍動流が付与され、管路内に液圧変動が発生することにより、破損部位から管路の外側への混合液の流れが逆流する時間帯が生じ、混合液に定常流が付与される場合に比べ、添加剤の乾燥が促進され、破損部位の補修をより迅速に且つ効果的に行うことができる。また、液体と添加剤との混合液から液体のみを抽出するフィルタを配置したときに、混合液に定常流が付与される場合に比べ、フィルタが経時的に目詰まりしにくくなり、混合液からの液体の抽出をより長期間に亘って確実に行うことが可能になる。

また、フィルタを混合液の流れ方向に沿って配置することで、フィルタの経時的な目詰まりを一層行いにくくすることができる。

本実施形態に係る燃料電池の燃料供給システムの概略構成図。コネクタの概略断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明に係る配管の液漏れ補修システムが適用された燃料電池の燃料供給システムの概略構成図が示されている。この図において、燃料供給システム１０は、エタノール水溶液を燃料とする燃料電池に燃料供給するためのシステムであり、更に、当該システムを構成する配管にピンホールやクラック等の破損が生じたときに、エタノール水溶液に添加された添加剤としてのデンプンにより、破損部位を補修可能になっている。

前記燃料供給システム１０は、エタノール水溶液とデンプンの混合液が循環する循環管路１１と、循環管路１１を流れる混合液に拍動流を発生させる拍動流発生手段１２と、循環管路１１から分岐して燃料電池Ｅに繋がる分岐管路１４と、循環管路１１と分岐管路１４を接続するコネクタ１５と、循環管路１１にエタノール水溶液を補給する補給手段１７とを備えて構成されている。

前記循環管路１１では、エタノール水溶液とデンプンの混合液が一定方向（本実施形態では、図１中時計回り）に流れて循環するようになっている。ここでの混合液は、循環管路１１内で凝固せず、且つ、循環管路１１の一部分にピンホールやクラック等の破損が生じ、循環管路１１の外側に漏出したときに、エタノール水溶液の揮発によってデンプンが乾燥して固化するように、エタノール水溶液とデンプンが適切な割合で混合されている。例えば、エタノール水溶液に対してデンプンが１１０〜１１５重量％の割合で混合される。

前記拍動流発生手段１２は、循環管路１１の途中に配置されて循環管路１１の一方向に混合液を流し、且つ、所定の範囲内で流体圧を変化させて混合液に拍動流を付与する拍動流ポンプからなる。なお、拍動流発生手段１２としては、拍動流ポンプに限定されるものではなく、循環管路１１を流れる混合液に拍動流を発生可能な装置や配管構造であれば何でも適用できる。例えば、弁装置等を使って循環管路１１内の液圧切換を頻繁に行う構造や、タンクや弾性チューブ等を用いて循環管路１１を流れる混合液のエネルギー吸収を経時的に変化させる構造等を適用することもできる。また、循環管路１１の混合液の流れ状態を一定時間毎に拍動流と定常流との間で切り換え可能なポンプを採用しても良い。

前記コネクタ１５は、図２に示されるように、同図中左右両端側が循環管路１１に接続されて混合液が通過する主流路１９と、主流路１９に連なって通じるとともに、分岐管路１４に接続される副流路２０と、主流路１９と副流路２０の間に配置されたフィルタ２２とを備えている。

前記副流路２０は、主流路１９の延出方向に対して横切って延びるように形成されている。

前記フィルタ２２は、主流路１９を流れる混合液の流れ方向に沿って配置され、エタノールの通過を許容する一方でデンプンの通過を阻止する網目構造を有するシート状のメンブレンフィルター（シート材）が用いられる。

循環管路１１を流れる混合液が、コネクタ１５内の主流路１９に図２中左端側から流入すると、その一部が副流路２０を経て分岐管路１４に流れるとともに、残りが主流路１９の同図中右端側から循環管路１１に流出することになる。この際、副流路２０には、フィルタ２２により、混合液からデンプンが取り除かれたエタノール水溶液のみが流れることになり、混合液から抽出されてエタノール水溶液が、分岐管路１４を通じて燃料電池Ｅに供給される。

前記補給手段１７は、図１に示されるように、エタノール水溶液が貯蔵されたタンク２４と、エタノール水溶液をタンク２４から循環管路１１におけるコネクタ１５の下流側近傍部分に導く燃料供給管路２５と、分岐管路１４の途中に設けられ、分岐管路１４を通過するエタノール水溶液の流量を計測する流量計２７と、燃料供給管路２５の途中に設けられ、流量計２７の計測値に応じて、燃料供給管路２５を通過するエタノール水溶液の流量を制御する制御弁装置２８とにより構成される。

前記制御弁装置２８は、流量計２７で計測されたエタノール水溶液の流量、すなわち、燃料電池Ｅに供給されたエタノール水溶液の流量と同一流量のエタノール水溶液が、タンク２４から循環管路１１に補給されるように、燃料供給管路２５を流れるエタノール水溶液の流量を制御可能になっている。

以上の構成の燃料供給システム１０では、循環管路１１のどこかでクラックやピンホール等の破損が生じた場合、循環管路１１を循環して流れる混合液が、循環管路１１の破損部位から循環管路１１の外側に一旦漏出する。ところが、この破損部位では、混合液中のエタノール水溶液が空気に接触して揮発し、デンプンが乾燥状態になって固化することにより破損部位を塞ぎ、以降、破損部位からの液漏れが阻止され、破損部位が自動的に補修されることになる。

ここで、本発明者らの実験によれば、循環管路１１を流れる混合液に拍動流が付与されることにより、定常流の場合に比べ、フィルタ２２の目詰まりの抑制効果が増大することを知見した。すなわち、混合液が定常流の場合は、ある時間経過すると、フィルタ２２がデンプンで目詰まりしてしまい、循環管路１１から燃料電池Ｅへのエタノール水溶液の供給が停止してしまう。その一方で、混合液を拍動流とした場合は、デンプンによるフィルタ２２の目詰まりが抑制され、長期間に亘って循環管路１１から燃料電池Ｅにほぼ一定の流量のエタノール水溶液が供給される結果となった。従って、本実施形態によれば、フィルタ２２のメンテナンスの回数を大幅に減少させるという効果を得る。

更に、循環管路１１におけるコネクタ１５の上流側部分にピンホールを空けた実験を行った結果、ピンホールの直径が所定値以上になると、混合液が定常流の場合は、デンプンの固化によるピンホールの補修が行われず、ピンホールからの液漏れが見られた。ところが、混合液が拍動流の場合、ピンホールの直径が前記所定値以上のある範囲内では、デンプンの固化によるピンホールの補修が行われ、ピンホールからの液漏れをすぐに停止することができた。従って、本実施形態によれば、混合液に拍動流が付与されることにより、定常流の場合に比べ、循環管路１１にピンホールやクラック等の破損が生じたときの当該破損部位の補修をより迅速に且つ効果的に行うことができる。これは、拍動流に基づく循環管路１１の液圧の変動により、循環管路１１の破損部位から漏出する混合液の流れが逆流する時間帯が生じ、当該時間帯にデンプンの硬化を促進することに起因すると考えられる。

なお、前記実施形態では、本発明に係る配管の液漏れ補修システムを燃料電池の燃料供給システムに適用した場合を図示説明したが、本発明はこれに限らず、アルコール等の揮発性の液体に、空気接触により硬化する添加剤が添加され、管路の一部が破損した場合に、当該破損部位での添加剤の硬化により破損部位を補修する配管であれば、何でも適用できる。つまり、空気接触により硬化する添加剤が添加された揮発性の液体に対して、拍動流を発生させた状態で配管を流通させることができる限り、種々の配管構成とすることができる。例えば、自動車の内燃機関やエネルギープラントでの冷却液や燃料搬送の配管構造や、医療や生体分野での人工透析等のための配管構造等にも、本発明を適用することができる。

また、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

１０燃料供給システム
１１循環管路
１２拍動流発生手段
１４分岐管路
１７補給手段
２２フィルタ

Claims

所定の管路を流れる揮発性の液体に、空気接触により硬化する添加剤を添加することで、前記管路の一部が破損した場合に、当該破損部位での前記添加剤の硬化により前記破損部位を補修する配管の液漏れ補修システムであって、
前記管路を流れる前記液体と前記添加剤の混合液に拍動流を発生させる拍動流発生手段を備えたことを特徴とする配管の液漏れ補修システム。
揮発性の液体に、空気接触により硬化する添加剤が添加された混合液が循環する循環管路と、前記混合液に拍動流を発生させる拍動流発生手段と、前記循環管路から分岐する分岐管路と、前記循環管路と前記分岐管路の間に設けられ、前記循環管路を流れる前記混合液から前記液体を抽出して前記分岐管路に導くフィルタと、前記分岐管路の前記液体の流量に従って、前記循環管路に前記液体を補給する補給手段とを備え、前記循環管路の一部が破損した場合に、当該破損部位での前記添加剤の硬化により前記破損部位を補修することを特徴とする配管の液漏れ補修システム。
前記フィルタは、前記液体の通過を許容する一方で前記添加剤の通過を阻止する網目構造を有するシート材からなり、当該シート材は、前記混合液の流れ方向に沿って配置されることを特徴とする請求項２記載の配管の液漏れ補修システム。