JP2019157865A - 高圧タンク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常動作時に異常時の漏洩が生じていると誤検知することを回避でき、しかも低コストで容易に搭載体に搭載することが可能な高圧タンク装置を提供する。【解決手段】高圧タンク装置１０の高圧タンク１６は、燃料電池４２に供給する燃料ガスを収容する樹脂製のライナ８２と、ライナ８２の外面を覆う補強層８０と、給排孔１３０が形成された挿入部材８８と、給排側導出孔１１４ａが形成された給排側口金８６とを有する。漏洩流体収容部２０は、少なくとも給排孔１３０と給排流路１２とを接続する接続部３６ｂから漏洩した漏洩流体を収容可能である。給排側排出流路２４ａは、漏洩流体収容部２０とは独立して設けられ、且つ給排側導出孔１１４ａを介して導出された一時放出流体を、燃料電池４２から排出されたアノードオフガスを希釈する希釈手段７８に導く。【選択図】図１

Description

本発明は、給排流路を介して樹脂製のライナに流体が給排され、ライナに収容した流体を燃料電池のアノード電極に供給することが可能な高圧タンクを備える高圧タンク装置に関する。

流体を内側に収容可能な樹脂製のライナと、該ライナの外面を覆う繊維強化プラスチック等からなる補強層と、ライナ及び補強層の開口に設けられ、該ライナの内部と外部を連通する挿入孔が形成された口金と、挿入孔に挿入される挿入部材とを備える高圧タンクが知られている。挿入部材には給排孔が貫通形成され、ライナの内部に流体を給排するための給排流路が接続部を介して該給排孔に接続されている。また、挿入部材には、給排孔を介したライナの内部と給排流路との連通又は遮断を切り換えることが可能な主止弁が内蔵されている。

この種の高圧タンクを備える高圧タンク装置では、その異常時に高圧タンク等から流体が漏洩することを検知可能な構成を備えることが一般的である。そして、異常時の漏洩が検知された場合には、上記の主止弁を閉弁して流体の給排を停止する等の対応が取られる。異常時の漏洩を検知可能な構成としては、漏洩した漏洩流体を収容可能とするべく高圧タンクや給排流路等を囲う収容部と、該収容部内の流体を検知するセンサとが挙げられる。

ところで、樹脂製のライナを備える高圧タンクでは、例えば、特許文献１等に記載されるように、ライナを透過して、該ライナの外面と補強層との間等（以下、被覆部ともいう）に流体が進入することがある。被覆部に流体が滞留すると、ライナと補強層との剥離や、ライナがその内部に向かって突出するバックリング等が生じ易くなる懸念がある。このため、ライナを透過して被覆部に進入した流体は、該被覆部の外部に導出することが好ましい。

被覆部から導出される流体（以下、一時放出流体ともいう）は、一時的に限定された量で生じるため、高圧タンク装置の通常動作の一環として、高圧タンクの外部に排出される。つまり、一時放出流体は、高圧タンク装置の異常時に漏洩する漏洩流体とは異なるものである。

特開２００９−２４３６７５号公報

上記のように収容部やセンサが設けられた高圧タンク装置では、一時放出流体と漏洩流体とが同様に収容部に収容されるため、通常動作時に導出された一時放出流体がセンサで検出された場合に、異常時に漏洩する漏洩流体が生じていると誤検知してしまう懸念がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、通常動作時に異常時の漏洩が生じていると誤検知することを回避でき、しかも低コストで容易に搭載体に搭載することが可能な高圧タンク装置を提供する。

上記の目的を達成するため、本発明は、給排流路を介して樹脂製のライナに流体が給排され、前記ライナに収容した前記流体を燃料電池のアノード電極に供給することが可能な高圧タンクを備える高圧タンク装置であって、前記高圧タンクは、前記ライナの外面を覆う補強層と、前記給排流路と接続部を介して接続され、該給排流路と前記ライナの内部とを連通可能な給排孔が形成された挿入部材と、前記ライナと前記補強層の間に介在する前記流体を導出する導出孔及び前記挿入部材が挿入される挿入孔がそれぞれ形成された口金と、を有し、少なくとも前記接続部から漏洩した前記流体である漏洩流体を収容可能である漏洩流体収容部と、前記漏洩流体収容部とは独立して設けられ、且つ前記導出孔を介して導出された前記流体である一時放出流体を、前記アノード電極から排出されたアノードオフガスを希釈する希釈手段に導く排出流路と、を備えることを特徴とする。

給排流路と給排孔との接続部は、高圧タンク装置の通常動作時には、流体の漏洩が生じないように設定された箇所である。このため、少なくとも接続部から漏洩した流体である漏洩流体は、高圧タンク装置に異常が生じることで漏洩した流体である。一方、一時放出流体は、高圧タンク装置の通常動作時に、ライナを透過してライナの外面と補強層との間（以下、被覆部ともいう）に進入した後、導出孔を介して該被覆部の外部に導出された流体である。

この高圧タンク装置では、漏洩流体を収容する漏洩流体収容部と、一時放出流体を希釈手段に導く排出流路とが独立して設けられている。これによって、漏洩流体収容部に一時放出流体を含まない漏洩流体を収容することができるため、異常時に漏洩する漏洩流体を通常動作時に導出される一時放出流体と区別して検知することができる。その結果、高圧タンク装置の通常動作時に、異常時の漏洩が生じていると誤検知することを回避できる。

ライナに収容された流体がアノード電極に供給される燃料電池では、該燃料電池で消費されなかった流体の未消費分を含むアノードオフガスがアノード電極から排出される。このため、燃料電池には、例えば、アノードオフガス中の流体の濃度が大気放出可能な大きさとなるように、該燃料電池のカソード電極から排出されたカソードオフガスや大気等を利用してアノードオフガスを希釈する希釈手段が付設される。

この高圧タンク装置では、排出流路により一時放出流体を希釈手段に導くことができる。このため、燃料電池に付設された希釈手段を利用して一時放出流体を希釈することができる。従って、高圧タンク装置の搭載体に対して、一時放出流体を希釈するための構成や、未希釈の一時放出流体の進入を抑制するべくシール性を高めるための構成等を新たに設けることなく、低コストで容易に高圧タンク装置を搭載することができる。

上記の高圧タンク装置において、前記排出流路を開閉する開閉弁をさらに備え、前記開閉弁は、前記希釈手段が希釈動作中に開弁することが好ましい。この場合、希釈動作中の希釈手段に対して、排出流路により一時放出流体を導くことができるため、該一時放出流体をより確実に希釈することが可能になる。

上記の高圧タンク装置において、前記開閉弁は、前記燃料電池の発電動作中に開弁することが好ましい。燃料電池の発電動作中の希釈手段は、燃料電池から排出されたカソードオフガスを用いてアノードオフガスを希釈する希釈動作中である。

また、燃料電池の発電動作中は、該燃料電池に流体を供給するべく、ライナから流体を排気している。この流体の排気によって、ライナの内圧が低下すると、ライナが補強層に向かって押圧される押圧力が小さくなるため、ライナを透過した流体がライナと補強層との間の被覆部に進入し易くなる。その結果、導出孔から一時放出流体が導出され易くなる。

従って、燃料電池の発電動作中に開閉弁を開弁することにより、導出孔から排出流路に一時放出流体が流入し易いタイミングで、該一時放出流体を希釈手段に効果的に導き、該希釈手段で確実に希釈することができる。

本発明によれば、高圧タンク装置の通常動作時に異常時の漏洩が生じていると誤検知することを回避でき、しかも搭載体に高圧タンク装置を低コストで容易に搭載することができる。

本発明の実施形態に係る高圧タンク装置と給排流路と燃料電池システムとの概略構成図である。 図１の高圧タンク装置の軸方向の一端側の要部拡大断面図である。 図１の高圧タンク装置の軸方向の他端側の要部拡大断面図である。 変形例に係る高圧タンク装置の軸方向の一端側の要部拡大断面図である。

本発明に係る高圧タンク装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

図１に示すように、本実施形態に係る高圧タンク装置１０は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両である搭載体（不図示）に搭載され、給排流路１２を介して燃料電池システム１４に供給する燃料ガス（流体）を収容する高圧タンク１６を備えるものとして好適に用いることができる。そこで、本実施形態では、搭載体を燃料電池車両とする例について説明するが、特にこれに限定されるものではない。高圧タンク装置１０は、燃料電池車両以外の搭載体に搭載されてもよい。

高圧タンク装置１０は、給排流路１２を介して燃料ガスを給排する高圧タンク１６と、カバー部材１８、１９と、漏洩流体収容部２０と、漏洩検知センサ２２と、給排側排出流路２４ａ（排出流路）と、エンド側排出流路２４ｂとを主に備える。

給排流路１２は、例えば、充填口２６から供給された燃料ガスを、分岐路２８を介して高圧タンク１６に供給すること、及び高圧タンク１６から排気した燃料ガスを、分岐路２８を介してレギュレータ３０に供給し、該レギュレータ３０で圧力調整した後に燃料電池システム１４に供給することが可能に構成されている。この場合、給排流路１２は、充填口２６と分岐路２８との間を接続する配管３４と、分岐路２８と高圧タンク１６とを接続する配管３６と、レギュレータ３０を介して分岐路２８と燃料電池システム１４を接続する配管３８等によって構成される。

燃料電池システム１４は、発電セル４０を複数積層したスタック（不図示）からなる燃料電池４２を備える。個々の発電セル４０は、例えば、固体高分子からなる電解質膜４４と、該電解質膜４４を挟んで対向するアノード電極４６及びカソード電極４８とを有する電解質膜・電極構造体５０が一対のセパレータ５２で挟持されることにより構成される。

燃料電池４２に設けられた燃料ガス供給口４２ａに、高圧タンク１６から燃料ガスとして水素ガスを供給することによって、該燃料電池４２の各アノード電極４６に燃料ガスを供給可能となっている。また、燃料電池４２に設けられた酸化剤ガス供給口４２ｂに酸化剤ガスとして酸素を含む空気等を供給することによって、燃料電池４２の各カソード電極４８に酸化剤ガスを供給可能となっている。燃料電池４２では、上記のようにして供給された燃料ガス及び酸化剤ガスが、アノード電極４６及びカソード電極４８での電気化学反応（発電反応）に消費されることで発電が行われる。

また、燃料ガス供給口４２ａから供給された燃料ガスのうち、上記の発電反応で消費されずに各アノード電極４６から排出されたアノードオフガスは、燃料電池４２に設けられたアノードオフガス排出口４２ｃから該燃料電池４２の外部に排出可能となっている。同様に、酸化剤ガス供給口４２ｂに供給された酸化剤ガスのうち、上記の発電反応で消費されずに各カソード電極４８から排出されたカソードオフガスは、燃料電池４２に設けられたカソードオフガス排出口４２ｄから該燃料電池４２の外部に排出可能となっている。

燃料ガス供給口４２ａには、燃料ガス供給流路５４が接続され、アノードオフガス排出口４２ｃには、アノードオフガス排出流路５６が接続されている。酸化剤ガス供給口４２ｂには、酸化剤ガス供給流路５８が接続され、カソードオフガス排出口４２ｄには、カソードオフガス排出流路６０が接続されている。

酸化剤ガス供給流路５８には、エアポンプ６２が設けられる。エアポンプ６２を駆動することで、大気から酸化剤ガス供給流路５８に圧縮された空気が酸化剤ガスとして取り込まれる。燃料ガス供給流路５４には、給排流路１２の配管３８から排出された燃料ガスがインジェクタ（不図示）及びエジェクタ６４を介して供給される。カソードオフガス排出流路６０の下流側は、混合排ガス排出流路６６に接続されている。

アノードオフガス排出流路５６の下流側には、気液分離器６８が接続されている。このため、アノードオフガス排出口４２ｃからアノードオフガス排出流路５６に排出されたアノードオフガスは、気液分離器６８に流入して、気体成分である循環ガスと、液体を含む排出流体とに分離される。

気液分離器６８の循環ガスを排出する気体排出口６８ａは、循環流路７０に接続されている。循環流路７０の下流側は、エジェクタ６４を介して燃料ガス供給流路５４と接続されている。上記の通り、エジェクタ６４には、その上流側に設けられたインジェクタを介して配管３８からの燃料ガスが噴射される。これによって、エジェクタ６４は、上記のように噴射された燃料ガスと、循環ガスとを混合して、その下流側の燃料ガス供給流路５４に排出する。

気液分離器６８の排出流体を排出する液体排出口６８ｂは、接続流路７２に接続されている。接続流路７２には排水弁７４が介装され、該排水弁７４の下流側が混合排ガス排出流路６６に接続されている。この混合排ガス排出流路６６の下流側には、希釈器７６が接続されている。これらの混合排ガス排出流路６６及び希釈器７６によって希釈手段７８が構成される。

希釈手段７８では、接続流路７２から排水弁７４を介して混合排ガス排出流路６６に流入した排出流体（アノードオフガス）が、該混合排ガス排出流路６６内において、カソードオフガスと混合されることで希釈される。また、カソードオフガスと混合された排出流体は、希釈器７６において大気と混合されることでさらに希釈される。これによって、排出流体は、例えば、該排出流体中の水素ガスの濃度が大気放出可能な大きさとなるように希釈された後、搭載体の外部の大気中に排出される。

希釈器７６は、混合排ガス排出流路６６から排出される流体に、大気を混合させることが可能な構成であれば、特に限定されるものではない。希釈器７６の構成の一例としては、混合排ガス排出流路６６から噴出される主流による負圧を用いて、副流である大気を吸引し、主流と副流とを混合する構成が挙げられる。また、希釈器７６は、搭載体が走行する際に生じる走行風を取り込み、混合排ガス排出流路６６から排出される流体に大気として走行風を混合させる構成としてもよい。

図１〜図３に示すように、高圧タンク１６は、補強層８０と、ライナ８２と、保護部材８４と、給排側口金８６（口金）と、挿入部材８８、８９と、エンド側口金９０とを有する。高圧タンク１６では、その軸方向（以下、高圧タンク１６の軸方向を単に軸方向ともいう）の一端側（図１の矢印Ｘ１側）に給排側口金８６が設けられ、他端側（図１の矢印Ｘ２側）にエンド側口金９０が設けられている。

補強層８０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等からなり、ライナ８２の外面等を覆う。ライナ８２は、樹脂からなる中空体であり、その内部に燃料ガスを収容することが可能である。具体的には、ライナ８２は、筒状の胴体部９２（図１参照）と、図２及び図３に示すように、胴体部９２の軸方向両側に設けられたドーム状部９４と、ドーム状部９４の軸方向両側にそれぞれ設けられた陥没部９６と、該陥没部９６から突出し且つ胴体部９２よりも小径の筒状部９８とを有する。なお、本実施形態では、補強層８０及びライナ８２は、その軸方向の一端側と他端側とが略同様に構成されている。

陥没部９６は、ライナ８２の燃料ガスを収容する内部に向かって陥没している。筒状部９８の突出端側（図２の矢印Ｘ１側）には薄肉部９８ａが設けられ、該薄肉部９８ａよりも基端側（図２の矢印Ｘ２側）には雄ねじ９８ｂが設けられている。

保護部材８４は、例えば、樹脂等からなり、主に、ライナ８２のドーム状部９４と胴体部９２との境界部分及びその周辺を補強層８０を介して覆う。このように保護部材８４を設けることで、高圧タンク１６の耐衝撃性等を向上させることができる。

図２に示すように、給排側口金８６は、例えば、金属製であり、ライナ８２の筒状部９８に外装される。また、給排側口金８６は、筒状の突出部１００と、該突出部１００の基端から径方向外側に広がる肩部１０２とを有し、突出部１００の軸方向に沿って挿入孔１０４が貫通形成されている。肩部１０２は、突出部１００と反対側（図２の矢印Ｘ２側）の端面１０２ａが、ライナ８２の陥没部９６の外面に臨む。また、肩部１０２の外周面は、ライナ８２の胴体部９２及びドーム状部９４とともに補強層８０で覆われている。突出部１００は、補強層８０に設けられた開口８０ａから露出するように突出する。

挿入孔１０４は、部位によって径が相違し、突出部１００の先端面１００ａ側に位置する中内径孔１０４ａと、肩部１０２の端面１０２ａ側に位置する大内径孔１０４ｂと、これら中内径孔１０４ａ及び大内径孔１０４ｂの間に位置する小内径孔１０４ｃとからなる。大内径孔１０４ｂ内にライナ８２の筒状部９８が挿入され、該筒状部９８内に円筒状のカラー１０６が圧入されている。これによって、大内径孔１０４ｂの内周面とカラー１０６の外周面との間で筒状部９８が支持される。

大内径孔１０４ｂの内壁には、筒状部９８の薄肉部９８ａに臨む部位に、周方向に沿う円環状のシール溝１０８が形成され、且つ筒状部９８の雄ねじ９８ｂに臨む部位に、該雄ねじ９８ｂと螺合する雌ねじ１１０が形成されている。シール溝１０８の内部には、Ｏリングからなるシール部材１１２が配設され、これによって、筒状部９８の外周面と大内径孔１０４ｂの内周面との間がシールされる。また、雄ねじ９８ｂと雌ねじ１１０とが螺合することで、ライナ８２の筒状部９８と給排側口金８６とが接合されている。

給排側口金８６には、導出孔１１４がさらに貫通形成されている。導出孔１１４は、ライナ８２と補強層８０との間（以下、被覆部１１５ともいう）に介在する燃料ガスを、被覆部１１５の外部に導出するために設けられる。具体的には、導出孔１１４は、その一方の開口１１６が給排側口金８６の端面１０２ａに設けられ、他方の開口１１８が突出部１００の先端面１００ａ（露出面）に設けられる。つまり、被覆部１１５に進入した燃料ガスは、一方の開口１１６を介して導出孔１１４に流入し、他方の開口１１８を介して導出孔１１４から排出される。以下では、このようにして、導出孔１１４により被覆部１１５の外部に導出された燃料ガスを一時放出流体ともいう。なお、導出孔１１４は、給排側口金８６に対して、１つだけ設けられてもよいし、該給排側口金８６の周方向に一定の間隔をおいて複数設けられてもよい。

挿入部材８８は、中内径孔１０４ａの径より外径が大きい頭部１２０と、頭部１２０から挿入孔１０４の内部に向かって延在する挿入部１２２とを有する。挿入部材８８では、挿入部１２２が中内径孔１０４ａ及び小内径孔１０４ｃの周面と、カラー１０６の内周面とに沿って挿入孔１０４に挿入される。この際、挿入孔１０４から露出する挿入部材８８の頭部１２０と、突出部１００の先端面１００ａとの間には、後述するように、カバー部材１８を高圧タンク１６に取り付けるための支持プレート１２４が挟持されている。

挿入部１２２の挿入孔１０４内で小内径孔１０４ｃに臨む部分の外周面には、周方向に沿う円環状のシール溝１２６が形成され、該シール溝１２６の内部には、Ｏリングからなるシール部材１２８が配設されている。これによって、挿入部１２２の外周面と挿入孔１０４の内周面との間がシールされる。

また、挿入部材８８の内部には、給排孔１３０が貫通形成されている。給排孔１３０には、接続部３６ｂを介して給排流路１２の配管３６が接続されている。これによって、給排孔１３０は、給排流路１２とライナ８２の内部とを連通する。また、挿入部材８８の内部には、不図示の主止弁（電磁弁）が内蔵され、該主止弁を開閉することによって、給排流路１２とライナ８２の内部とを連通した状態と遮断した状態とを切り換えることが可能になっている。

接続部３６ｂは、大外径部１３２と、該大外径部１３２よりも外径が小さい小外径部１３４とからなり、内部に配管３６が挿通されている。また、接続部３６ｂは、その小外径部１３４の一部が給排孔１３０に挿入されることで、挿入部材８８の頭部１２０に固定されている。後述するように、頭部１２０と大外径部１３２との間には、カバー部材１８と、シール部材１３６と、隔離部材１３８とが介在している。

図３に示すように、エンド側口金９０は、給排側口金８６（図２参照）と同様に構成されている。つまり、エンド側口金９０は、挿入孔１０４を介してライナ８２の筒状部９８に外装されている。また、エンド側口金９０にも、被覆部１１５に進入した水素ガスを、該被覆部１１５の外部に導出するための導出孔１１４が貫通形成されている。以下では、給排側口金８６に設けられた導出孔１１４を給排側導出孔１１４ａともいい、エンド側口金９０に設けられた導出孔１１４をエンド側導出孔１１４ｂともいう。

エンド側口金９０の挿入孔１０４には、挿入部材８９が挿入されている。挿入部材８９は、給排孔１３０が形成されず、上記の主止弁が内蔵されていないこと、及び挿入部１２２の軸方向の長さが短いことを除いて挿入部材８８と同様に構成されている。挿入孔１０４から露出する挿入部材８９の頭部１２０と、突出部１００の先端面１００ａとの間には、後述するように、カバー部材１９を高圧タンク１６に取り付けるための支持プレート１２４が挟持されている。

図２に示すように、支持プレート１２４は、上記の通り、頭部１２０と突出部１００との間に挟持されることで、該突出部１００の先端側を覆うように、高圧タンク１６の軸方向の両端側にそれぞれ取り付けられている。具体的には、支持プレート１２４の略中央には、挿入部１２２の外径よりも大径であり且つ頭部１２０の外径よりも小径であるプレート貫通孔１２４ａが形成されている。すなわち、同軸となるように重ねられたプレート貫通孔１２４ａと挿入孔１０４に、挿入部１２２が挿入されている。

突出部１００の先端面１００ａのうち、導出孔１１４の一時放出流体を排出する側の開口１１８よりも該突出部１００の径方向の外側で支持プレート１２４に臨む箇所には、円環状のシール溝１４２が形成されている。このシール溝１４２の内部にＯリングからなるシール部材１４４が配設されることで、突出部１００と支持プレート１２４との間がシールされる。

カバー部材１８は、例えば、ゴムやステンレス鋼（ＳＵＳ）等からなり、給排側導出孔１１４ａの開口１１８と、挿入部材８８の挿入孔１０４から露出する露出部である頭部１２０とを覆うように支持プレート１２４に取り付けられる。これによって、カバー部材１８は、その内部に給排側導出孔１１４ａにより導出された一時放出流体を収容可能となっている。また、カバー部材１８には、給排側排出流路２４ａが挿通される挿通孔１８ａが貫通形成され、該挿通孔１８ａを介して、カバー部材１８の内部と給排側排出流路２４ａとが連通している。このため、上記のようにして、カバー部材１８の内部に収容された一時放出流体は、給排側排出流路２４ａに流入可能となっている。

さらに、カバー部材１８には、挿入部材８８の頭部１２０に固定された接続部３６ｂを露出させる貫通孔１８ｂが形成されている。貫通孔１８ｂの径は、接続部３６ｂの大外径部１３２の外径よりも小さく且つ小外径部１３４の外径よりも大きい。上記の通り、接続部３６ｂの大外径部１３２と挿入部材８８の頭部１２０との間には、カバー部材１８の貫通孔１８ｂの外周部分と、Ｏリングからなるシール部材１３６と、隔離部材１３８とが挟持されている。

隔離部材１３８は、一端に底部１３８ａを有する有底筒状であり、底部１３８ａに形成された貫通孔に接続部３６ｂの小外径部１３４が挿通されている。また、隔離部材１３８の開口部１３８ｂ側には漏洩流体収容部２０が一体に接続されている。隔離部材１３８の底部１３８ａとカバー部材１８との間にシール部材１３６が介在することによって、カバー部材１８の内部と漏洩流体収容部２０の内部とが遮断（シール）されている。

カバー部材１９は、貫通孔１８ｂが設けられていないことを除いてカバー部材１８と同様に構成され、エンド側導出孔１１４ｂの開口１１８と、挿入部材８９の挿入孔１０４から露出する露出部である頭部１２０とを覆うように支持プレート１２４に取り付けられる。これによって、カバー部材１９は、その内部にエンド側導出孔１１４ｂにより導出された一時放出流体を収容可能となっている。また、カバー部材１９には、エンド側排出流路２４ｂが挿通される挿通孔１８ａが貫通形成され、該挿通孔１８ａを介して、カバー部材１９の内部とエンド側排出流路２４ｂとが連通している。このため、上記のようにして、カバー部材１９の内部に収容された一時放出流体は、エンド側排出流路２４ｂに流入可能となっている。

図１及び図２に示すように、漏洩流体収容部２０は、例えば、給排流路１２の配管３６と給排孔１３０とを接続する接続部３６ｂや、給排流路１２を少なくとも囲う壁部によって構成される。これによって、漏洩流体収容部２０は、接続部３６ｂや給排流路等の高圧タンク装置１０の通常動作時には燃料ガスの漏洩が生じないように設定された箇所から、高圧タンク装置１０に異常が生じることで漏洩した漏洩流体を収容可能となっている。

漏洩検知センサ２２（図１参照）は、漏洩流体収容部２０内に配設され、該漏洩流体収容部２０内の燃料ガスを検知する。漏洩検知センサ２２としては、燃料ガスの漏洩の有無又は燃料ガスの漏洩量（濃度）を検知することが可能な種々の水素センサを用いることができる。

図１に示すように、給排側排出流路２４ａは、カバー部材１８の内部と連通し、該カバー部材１８の内部から流入した一時放出流体を希釈手段７８に導く。具体的には、給排側排出流路２４ａは、開閉弁１５０を介して希釈手段７８の混合排ガス排出流路６６に連通可能となっている。

エンド側排出流路２４ｂは、カバー部材１９の内部と連通し、該カバー部材１９の内部から一時放出流体が流入する。これによって、エンド側排出流路２４ｂは、エンド側導出孔１１４ｂにより導出された一時放出流体を希釈手段７８に導く。例えば、エンド側排出流路２４ｂは、給排側排出流路２４ａの開閉弁１５０よりも上流側に接続されることで、給排側排出流路２４ａ及び開閉弁１５０を介して混合排ガス排出流路６６に連通可能となっている。

従って、開閉弁１５０を開弁状態とした場合に、給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂに流入した一時放出流体を混合排ガス排出流路６６に流入させることができる。一方、開閉弁１５０を閉弁状態とした場合に、給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂに流入した一時放出流体が混合排ガス排出流路６６に流入することを停止させることができる。

本実施形態に係る高圧タンク装置１０は、基本的には以上のように構成される。この高圧タンク装置１０の通常時の動作では、例えば、図１及び図２に示すように、充填口２６を介して水素補給源（不図示）から給排流路１２に供給された燃料ガスが、配管３４、分岐路２８、配管３６、給排孔１３０及び開状態の主止弁を介してライナ８２の内部に給気される。この給気により、ライナ８２に燃料ガスが十分に充填された場合、水素補給源からの燃料ガスの供給を停止する。

燃料電池システム１４によって発電を行う場合、酸化剤ガス供給流路５８に対して、エアポンプ６２の回転作用下に酸化剤ガスを取り込むとともに、燃料ガス供給流路５４に対して、給排流路１２を介してライナ８２内の燃料ガスを供給する。具体的には、給排流路１２の切り換えバルブ等（不図示）を操作することで、ライナ８２内から給排孔１３０及び開状態の主止弁を介して配管３６に燃料ガスを排気する。これによって、レギュレータ３０で圧力が調整された燃料ガスが、配管３８を介して燃料ガス供給流路５４に供給される。

酸化剤ガス供給流路５８に供給された酸化剤ガスは酸化剤ガス供給口４２ｂを経由して、燃料電池４２の各カソード電極４８に供給される。また、燃料ガス供給流路５４に供給された燃料ガスは、インジェクタ、エジェクタ６４、燃料ガス供給口４２ａを経由して燃料電池４２の各アノード電極４６に供給される。その結果、燃料ガス及び酸化剤ガスを消費した発電反応が生じ、燃料電池４２が発電動作中となる。

上記の発電反応で一部の酸素が消費された酸化剤ガスは、カソードオフガスとしてカソードオフガス排出口４２ｄからカソードオフガス排出流路６０に排出され、該カソードオフガス排出流路６０を介して混合排ガス排出流路６６へと流入する。

上記の発電反応で一部が消費された燃料ガスは、アノードオフガスとしてアノードオフガス排出口４２ｃからアノードオフガス排出流路５６に排出された後、気液分離器６８に流入する。これによって、アノードオフガスは、気体成分である循環ガスと、液体を含む排出流体とに分離される。

上記の通り、インジェクタを介してエジェクタ６４の上流側に燃料ガスが噴射されることにより、エジェクタ６４に接続される循環流路７０には負圧が生じている。このため、気体排出口６８ａから排出された循環ガスは、循環流路７０を介してエジェクタ６４に吸引され、燃料ガス供給流路５４に新たに供給された燃料ガスと混合された状態で、再び燃料電池４２の各アノード電極４６に供給される。

液体排出口６８ｂから排出された排出流体は、排水弁７４が開弁状態にあるとき、接続流路７２を介して混合排ガス排出流路６６へと流入する。上記の通り、混合排ガス排出流路６６には、カソードオフガスが流入しているため、該混合排ガス排出流路６６に排出流体を流入させることで、カソードオフガスと排出流体とを混合して、該排出流体を希釈することができる。また、混合排ガス排出流路６６内で混合されたカソードオフガス及び排出流体は、該混合排ガス排出流路６６の下流に設けられた希釈器７６に導入され、大気と混合されることでさらに希釈される。

すなわち、希釈手段７８では、混合排ガス排出流路６６にカソードオフガスが導入されている場合、換言すると、エアポンプ６２が駆動している場合に、混合排ガス排出流路６６に供給される排出流体等の流体を希釈する希釈動作を行うことができる。また、希釈手段７８は、例えば、希釈器７６に走行風を取り込むことが可能な搭載体の走行中等にも、希釈動作を行うことができる。

上記のように燃料電池４２の発電動作中に、燃料ガスを排気することで、ライナ８２の内圧が低下すると、ライナ８２が補強層８０に向かって押圧される押圧力も減少する。従って、ライナ８２の内圧が所定の大きさを下回ると、ライナ８２を透過した燃料ガスが被覆部１１５に進入し易くなる。

図２に示すように、被覆部１１５に進入した燃料ガスのうち、給排側導出孔１１４ａにより導出された一時放出流体は、カバー部材１８の内部から挿通孔１８ａを介して給排側排出流路２４ａに流入する。また、被覆部１１５に進入した燃料ガスのうち、エンド側導出孔１１４ｂにより導出された一時放出流体は、カバー部材１９の内部から挿通孔１８ａを介してエンド側排出流路２４ｂに流入する。

一方、例えば、接続部３６ｂや、給排流路１２の配管３４、３６、３８の接続部に緩みが生じた場合等のように、高圧タンク装置１０に異常が生じることで、接続部３６ｂや給排流路１２から漏洩した漏洩流体は漏洩流体収容部２０に収容される。この際、上記の通りカバー部材１８の内部と漏洩流体収容部２０の内部とが遮断されているため、漏洩流体は、カバー部材１８の内部に進入することなく、漏洩流体収容部２０に収容される。

つまり、一時放出流体とは別に漏洩流体を漏洩流体収容部２０に収容すること、及び漏洩流体とは別に一時放出流体を給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂへと流入させることができる。

このように、一時放出流体を含まない漏洩流体収容部２０内の漏洩流体を漏洩検知センサ２２により検知することで、異常時に漏洩する漏洩流体を通常動作時に導出される一時放出流体と区別して検知することができる。その結果、高圧タンク装置１０の通常動作時に、異常時の漏洩が生じていると誤検知することを回避できる。

また、高圧タンク装置１０では、開閉弁１５０を開弁することによって、給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂに流入した一時放出流体を希釈手段７８の混合排ガス排出流路６６に導くことができる。このため、希釈手段７８において、排出流体とともに一時放出流体を希釈することができる。つまり、燃料電池システム１４に付設された希釈手段７８を利用して一時放出流体を希釈することができる。

従って、搭載体に高圧タンク装置１０を搭載するにあたって、該搭載体に対して、一時放出流体を希釈するための構成を新設する必要がない。また、例えば、燃料電池車両である搭載体のフロア（不図示）の下方に高圧タンク装置１０を配設した場合に、該フロアを介してキャビン（不図示）に未希釈の一時放出流体が進入する懸念がないため、搭載体に対して、フロアのシール性を高めるための構成を新設する必要もない。これらから、高圧タンク装置１０は、低コストで容易に搭載体に搭載することが可能である。

さらに、上記のようにして、給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂにより一時放出流体を希釈手段７８に導くことで、被覆部１１５に流体が滞留することを効果的に抑制できる。その結果、ライナ８２に補強層８０から離間した部分が生じたり、このライナ８２の補強層８０から離間した部分が、ライナ８２の内部側に向かって膨出する、いわゆる、バックリングが生じたりすることを抑制でき、高圧タンク１６の耐久性を向上させることができる。

高圧タンク装置１０では、エアポンプ６２の駆動中や、搭載体の走行中等のように、希釈手段７８の希釈動作中に、開閉弁１５０を開弁することが好ましい。この場合、給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂにより希釈手段７８に導かれた一時放出流体をより確実に希釈することが可能になる。

高圧タンク装置１０では、特に、燃料電池４２の発電動作中に、開閉弁１５０を開弁することが好ましい。燃料電池４２の発電動作中は、エアポンプ６２の駆動中であり、希釈手段７８は、カソードオフガスを用いてアノードオフガスを希釈する希釈動作中である。また、上記の通り、燃料電池４２の発電動作中は、ライナ８２から流体を排気しているため、給排側導出孔１１４ａ及びエンド側導出孔１１４ｂにより一時放出流体が導出され易くなっている。

従って、燃料電池４２の発電動作中に開閉弁１５０を開弁することにより、給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂに一時放出流体が流入し易いタイミングで、該一時放出流体を希釈手段７８に効果的に導き、該希釈手段７８で確実に希釈することができる。

なお、例えば、搭載体が、燃料電池システム１４における発電によって充電可能なバッテリ（不図示）を備え、該バッテリの電力で駆動されるような場合、燃料電池４２が発電動作を行っていない間も、搭載体を走行させることができる。このように、燃料電池４２が発電動作を行っていない間であっても、搭載体が走行することで、希釈器７６に走行風が導入される場合には、希釈手段７８は希釈動作を行うことができる。

また、燃料電池４２が発電動作を行っていない間であっても、エアポンプ６２を駆動することで、カソードオフガス排出口４２ｄから、未使用の酸化剤ガス（空気）を排出することができる。この場合、カソードオフガス排出流路６０を介して混合排ガス排出流路６６に未使用の酸化剤ガスを流入させることができるため、希釈手段７８は、該未使用の酸化剤ガスを用いて希釈動作を行うことができる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

上記の高圧タンク装置１０では、カバー部材１８、１９の内部を介して給排側排出流路２４ａ及びエンド側排出流路２４ｂに一時放出流体を流入させることとした。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、高圧タンク装置１０では、漏洩流体を収容可能である漏洩流体収容部２０と、一時放出流体を希釈手段７８に導く給排側排出流路２４ａとが独立して設けられていればよい。

例えば、図４に示すように、上記の高圧タンク装置１０は、カバー部材１８及び支持プレート１２４（図２参照）を備えていなくてもよい。この場合、挿入部材８８の頭部１２０に連通孔１５１が貫通形成されている。また、給排側口金８６の突出部１００の先端面１００ａに形成されたシール溝１４２（図２参照）に代えて、挿入部材８８の頭部１２０にシール溝１５２が設けられている。

シール溝１５２は、頭部１２０のうち、給排側導出孔１１４ａの開口１１８よりも突出部１００の径方向の外側の先端面１００ａに臨む面に形成される。このシール溝１５２の内部にＯリングからなるシール部材１５４が配設されることで、挿入部材８８の頭部１２０と、突出部１００の先端面１００ａの開口１１８よりも前記径方向の外側との間がシールされる。

なお、給排側口金８６に対して、給排側導出孔１１４ａが複数設けられる場合、複数の給排側導出孔１１４ａの開口１１８のそれぞれを前記径方向に連通する環状の連通溝１５６が先端面１００ａに設けられていてもよい。連通孔１５１の一端側は、連通溝１５６に向かって開口する。連通孔１５１の他端側には接続部１５８を介して給排側排出流路２４ａが接続されている。このため、複数の給排側導出孔１１４ａのそれぞれは、連通溝１５６及び連通孔１５１を介して給排側排出流路２４ａに連通する。

接続部３６ｂの大外径部１３２と頭部１２０との間には、シール部材１３６及び隔離部材１３８が挟持される。すなわち、高圧タンク１６に対して給排側排出流路２４ａとは独立して、漏洩流体収容部２０が設けられている。従って、この場合も、一時放出流体とは別に漏洩流体を漏洩流体収容部２０に収容すること、及び漏洩流体とは別に一時放出流体を給排側排出流路２４ａへと流入させることができる。

上記の高圧タンク装置１０では、高圧タンク１６が、エンド側導出孔１１４ｂが形成されたエンド側口金９０を有し、該エンド側導出孔１１４ｂにエンド側排出流路２４ｂが接続されることとしたが、特にこれらには限定されない。例えば、高圧タンク１６は、エンド側口金９０を有していなくてもよい。また、エンド側口金９０にエンド側導出孔１１４ｂが設けられていなくてもよい。これらの場合、高圧タンク装置１０は、エンド側排出流路２４ｂを備えていなくてもよい。

さらに、高圧タンク装置１０では、高圧タンク１６のエンド側口金９０側が、図４に示す変形例と略同様にカバー部材１９及び支持プレート１２４を備えずに構成されてもよい。この場合、エンド側導出孔１１４ｂから導出された一時放出流体は、図４に示す給排側口金８６と同様にエンド側口金９０に設けられた連通溝１５６及び挿入部材８９に設けられた連通孔１５１を介してエンド側排出流路２４ｂに流入する。

上記の高圧タンク装置１０は、漏洩流体収容部２０が、接続部３６ｂと給排流路１２との両方を囲うことにより、接続部３６ｂから漏洩した漏洩流体と、給排流路１２から漏洩した漏洩流体との両方を収容可能であることとしたが、漏洩流体収容部２０は、少なくとも接続部３６ｂから漏洩する漏洩流体を収容可能に構成されていればよい。

上記の高圧タンク装置１０では、一つの高圧タンク１６を備えることとしたが、複数の高圧タンク１６を備えてもよい。この場合、一つの漏洩流体収容部２０によって、複数の高圧タンク１６から漏洩する漏洩流体を収容してもよいし、高圧タンク１６と同数の複数の漏洩流体収容部２０を設けて、高圧タンク１６ごとに漏洩流体を漏洩流体収容部２０に収容してもよい。

給排流路１２は、上記の配管３４、３６、３８や分岐路２８等から構成されるものに限定されず、高圧タンク１６に燃料ガス（流体）を給排可能な種々の構成を採用することができる。

１０…高圧タンク装置 １２…給排流路
１４…燃料電池システム １６…高圧タンク
１８、１９…カバー部材 ２０…漏洩流体収容部
２４ａ…給排側排出流路 ４２…燃料電池
４６…アノード電極 ６６…混合排ガス排出流路
７６…希釈器 ７８…希釈手段
８０…補強層 ８２…ライナ
８６…給排側口金 ８８、８９…挿入部材
１１４…導出孔 １１５…被覆部
１５０…開閉弁

Claims (3)

1. 給排流路を介して樹脂製のライナに流体が給排され、前記ライナに収容した前記流体を燃料電池のアノード電極に供給することが可能な高圧タンクを備える高圧タンク装置であって、
   前記高圧タンクは、
   前記ライナの外面を覆う補強層と、
   前記給排流路と接続部を介して接続され、該給排流路と前記ライナの内部とを連通可能な給排孔が形成された挿入部材と、
   前記ライナと前記補強層の間に介在する前記流体を導出する導出孔及び前記挿入部材が挿入される挿入孔がそれぞれ形成された口金と、
   を有し、
   少なくとも前記接続部から漏洩した前記流体である漏洩流体を収容可能である漏洩流体収容部と、
   前記漏洩流体収容部とは独立して設けられ、且つ前記導出孔を介して導出された前記流体である一時放出流体を、前記アノード電極から排出されたアノードオフガスを希釈する希釈手段に導く排出流路と、
   を備えることを特徴とする高圧タンク装置。
2. 請求項１記載の高圧タンク装置において、
   前記排出流路を開閉する開閉弁をさらに備え、
   前記開閉弁は、前記希釈手段が希釈動作中に開弁することを特徴とする高圧タンク装置。
3. 請求項２記載の高圧タンク装置において、
   前記開閉弁は、前記燃料電池の発電動作中に開弁することを特徴とする高圧タンク装置。

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