JP4631648B2 - 車両用気体燃料タンク構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載され、気体燃料を貯蔵する気体燃料タンクの構造に関し、特に、事故の際のタンクの破裂を防止するための安全装置の技術分野に属する。

この種の車両用気体燃料タンクとしては、従来より一般に、天然ガス自動車に搭載され、天然ガスを圧縮して所定の高圧状態で貯蔵する所謂高圧ガスタンクが広く実用に供されている。また、近年では燃料電池自動車や水素エンジンの開発に伴い、その燃料である水素ガスを貯蔵する手段として前記高圧ガスタンクが利用されている。

そのように車両に搭載される気体燃料タンクは、通常、車両事故などの際に高温に曝されても破裂しないように、タンク周辺の温度が所定以上に高くなると気体燃料を放出して、圧力を逃がす安全弁（圧力除去装置）を備えている。

このような安全弁は、例えば特許文献１に記載されているように、所定温度で溶融する樹脂や共晶合金等の易溶性部材を備えており、タンク周辺の温度が高くなると、その部材が溶融して弁体を移動させたり、或いは易溶性部材からなる弁体そのものが溶融したりすることで、タンク内の圧力を解放するようになっている。
特開平１０−０３８１１３号公報

ところで、前記従来例のように気体燃料タンクに安全弁を設ける場合には、この安全弁を燃料タンクの元弁に組み込むことが多いが、車両事故の際の衝撃を考慮すれば、その元弁の周囲を金属製部材などで覆い、保護することが好ましい。これは、事故の際にも頑丈な燃料タンク本体が破損する可能性は極めて低いが、元弁やそのタンク本体との接続部はタンク本体に比較して脆弱なので、この部位に事故の際の衝撃が直接、加わると、破損する虞れがあるからである。

しかし、そうして安全弁や元弁の周囲を金属製部材などで覆ってしまうと、周囲の空気の温度が安全弁に伝わり難くなるので、事故等の際に燃料タンクが高温に曝されて、その周囲の空気温度が所定以上に高くなっても安全弁が作動せず、気体燃料の放出が行われない虞れがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、前記安全弁のような圧力除去装置を備えた気体燃料タンクにおいて、それらを事故の際の衝撃から十分に保護するとともに、その圧力除去装置の正常な作動を担保して、高温による万一のタンクの破裂を防止することにある。

前記の目的を達成するために、本発明では、圧力除去装置の取り付けられた制御弁（元弁）を覆うように、気体燃料タンクに保護部材を配設するとともに、この保護部材には、前記制御弁などが収容されている内部空間を少なくとも空気温度の高いときに外部に連通する連通口を形成したものである。

具体的に、請求項１の発明は、車両に搭載され、気体燃料を貯蔵する気体燃料タンクの構造に係るものであり、この気体燃料タンクに、その内部に連通する気体燃料の給排口が設けられるとともに、この給排口を開閉して気体燃料の給排を制御する制御弁が配設され、該制御弁には、周囲の空気温度が所定値以上になると気体燃料を放出させて、タンク内の圧力上昇を抑える圧力除去装置が取り付けられている場合に、前記制御弁及び圧力除去装置を覆うように前記気体燃料タンクに保護部材を配設するとともに、当該保護部材にはその内部空間を外部に連通可能な連通口と、周囲の空気温度が少なくとも前記所定値以上になると前記連通口を開放する開放部材と、を設けたものである。

前記の構成により、車両の事故の際に、気体燃料タンクにおける制御弁の付近に衝撃が作用しても、この制御弁及び圧力除去装置を覆うように気体燃料タンクに保護部材が配設されているので、タンク本体に比較して脆弱な制御弁やその接続部位に衝撃が直接、加わることはなく、それらの破損による気体燃料の漏出を防止することができる。

また、前記事故の際に気体燃料タンクの周囲の空気温度が所定値以上になると、前記保護部材の連通口が開放部材によって開放されて、その周囲の空気温度が前記制御弁や圧力除去装置に速やかに伝達され、この圧力除去装置の作動による気体燃料の放出が行われる。これにより、タンク内の圧力上昇を抑えて、その破裂を未然に防止することができる。

つまり、前記制御弁及び圧力除去装置を保護部材で覆うことによって、それらを事故の際の衝撃から十分に保護できるとともに、周囲の空気温度が高くなったときの圧力除去装置の正常作動を担保して、気体燃料タンクの破裂を防止することができる。

前記のように制御弁や圧力除去装置を保護する保護部材は、気体燃料タンクに固定され、前記制御弁及び圧力除去装置の周囲を囲んでタンク外方に延びる周壁部と、この周壁部のタンク外方端に連なる端壁部とを有するものとし、この端壁部に前記連通口を形成するのが好ましい（請求項２の発明）。こうすれば、頑丈な気体燃料タンクに固定された周壁部によって制御弁などを取り囲み、それらをより確実に衝撃から保護することができる。

また、前記保護部材の連通口に設ける開放部材は、前記保護部材の連通口を閉塞し、周囲の空気温度が前記所定値乃至これよりも低い別の所定値になると溶融して、前記連通口を開放する板部材により構成すればよい（請求項３の発明）。こうすれば、タンク周囲の空気温度が低い間は開放部材によって連通口を閉塞し、制御弁などをより確実に保護することができる。

一方、空気温度が高くなれば、開放部材が溶融して連通口は開放されるので、周囲の空気温度が速やかに圧力除去装置に伝達されるようになる。すなわち、仮にセンサにより空気温度の上昇を検出し、これに応じてアクチュエータなどにより連通口を開放させるようにした場合、事故の際の衝撃により制御系統が故障する虞れもあるが、前記のように構成すれば、そのような可能性はなく、圧力除去装置をより確実に作動させることができる。

以上、説明したように、本願発明に係る車両用気体燃料タンク構造によると、車両に搭載される気体燃料タンクに所定の状態で気体燃料を放出させる圧力除去装置が取り付けられている場合に、その圧力除去装置や制御弁を覆うように保護部材を配設して、それらを事故の際の衝撃から十分に保護することができるとともに、その保護部材には少なくとも空気温度の高いときに開放されるように連通口を形成したから、気体燃料タンクの周囲の空気温度が所定以上に高くなれば、圧力除去装置をより確実に作動させて、タンクの破裂を防止することができる。

特に請求項２の発明では、頑丈な気体燃料タンクに固定した周壁部によって制御弁及び圧力除去装置を取り囲むことにより、また、請求項３の発明ではタンク周囲の空気温度が低い間、連通口を閉塞することによって、それぞれ、制御弁などをより確実に保護することができる

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明に係る気体燃料タンク１を搭載した自動車Ｖにおける燃料供給系のレイアウトを示す。図の例では、車体前部のエンジンルームに水素ガスを燃焼させるエンジン２が搭載される一方、車体後部には、図示しない隔壁により車室と隔てて、気体燃料である水素ガスを例えば３５ＭＰａの高圧状態で貯蔵する燃料タンク１が搭載されている。この燃料タンク１としては、例えば天然ガス自動車に使用される高圧ガスタンクの中から、比較的軽量で水素の透過防止などに有利なＴｙｐｅ３のものを利用することができる。

前記燃料タンク１は概略円筒形状を有し、長手方向が車幅方向となるように自動車Ｖの車体に横向きに搭載されていて、その長手方向の端部（車幅方向の端部）に配設された元弁３には、エンジン２へ水素ガスを供給するための燃料配管４が接続されている。この燃料配管４の途中には、燃料タンク１に貯蔵されている水素ガスをエンジン２のインジェクタなど（図示せず）に供給する所定圧（例えば０．６ＭＰａ）まで減圧するためのレギュレータ５が介設されている。

前記元弁３には、図２に模式的に示すが、前記のように燃料配管４を介してエンジン２へ水素ガスを供給するための電磁弁３１と、図１にも示す水素充填管６を介して外部から供給される水素ガスを受け入れるためのチェック弁３２と、が一体化されている。つまり、元弁３は、燃料タンク１の内部に連通する気体燃料の給排口１ａを開閉して、タンク内への水素ガスの供給、及びエンジン側への水素ガスの排出を制御する制御弁である。

また、前記元弁３には、燃料タンク１が高温に曝されて、その周辺の温度が所定以上に高くなったときに、水素ガスを放出する圧力除去装置としてのＰＲＤ（Pressure Release Device）３３も一体的に設けられており、さらに、図示は省略するが、サービス時の遮断用の手動開閉弁や温度センサ、圧力センサ等も設けられている。

前記ＰＲＤ３３は、図１の如く車体後方に延びる放出管７の前端部が接続されていて、この放出管７内の通路とタンク内とを遮断する弁体が所定温度で溶融する樹脂（共晶合金等、低融点の金属でもよい）により形成されており、元弁３の周辺の空気温度が例えば１１０°Ｃ以上になると前記弁体が溶融して、燃料タンク１内の水素ガスを前記放出管７内の通路を介して大気中に放出するようになっている。

そして、この実施形態では、前記のようにＰＲＤ３３の一体化された元弁３を覆うようにして、図３にも示すように、燃料タンク１の長手方向の端部にボックス状の保護カバー８（保護部材）が取り付けられている。この保護カバー８は例えばアルミ合金により形成された矩形状の枠体８１を有し、この枠体８１を燃料タンク１の車幅方向の端部において元弁３を取り囲むように配置して、その車体内方側の端部を燃料タンク１の端部に接着により固定している。

そうして燃料タンク１の端部に固定された枠体８１の４つの壁部８１ａ〜８１ｄは、それぞれ元弁３を上下及び前後から取り囲んで車幅方向（燃料タンク１の端部に対する接離方向）に延びていて、その内部に元弁３を収容する保護カバー８の周壁部を構成している。また、元弁３よりも車幅方向外方に位置する枠体８１のタンク外方端は、該枠体８１の上壁部８１ａから前壁部８１ｃに亘る隅部に斜めに形成された三角形状の隅壁部８１ｅを除いて開口しており、この開口部分８１ｆが、前記元弁３を収容する保護カバー８の内部空間を外部に連通する連通口（以下、符号８１ｆを付す）となっている。

そして、前記連通口８１ｆは、ＰＲＤ３３の弁体と同様の易溶性材料（例えば樹脂、共晶合金等）により形成された板部材８２によって閉塞されており、その周囲の空気温度が前記ＰＲＤ３３の作動温度（弁体の溶融温度）よりも低い例えば１００°Ｃ以上になると前記板部材８２が溶融して、前記連通口８１ｆが開放されるようになっている。つまり、前記板部材８２は、枠体８１の隅壁部８１ｅと共に保護カバー８の端壁部を構成するとともに、所定温度（例えば１００°Ｃ）で溶融して、前記端壁部の連通口８１ｆを開放する開放部材である。

したがって、この実施形態に係る車両用気体燃料タンク構造によると、上述の如く構成された保護カバー８によって元弁３が覆われていることから、例えば自動車Ｖの事故の際に燃料タンク１における元弁３の付近に衝撃が作用しても、この元弁３やその燃料タンク１本体との接続部に衝撃が直接、加わることはないので、頑丈なタンク本体に比べれば脆弱な元弁３やその接続部位が破損して、水素ガスが急激に放出されることはない。

特にこの実施形態では、前記保護カバー８の枠体８１を燃料タンク１本体に固定して、タンク外方まで元弁３の周囲を取り囲むように設けるとともに、その枠体８１のタンク外方端に開口する開口部８１ｆ（連通口）を樹脂製板部材８２により閉塞しているので、元弁３をより確実に衝撃から保護することができる。

また、前記事故の際に燃料タンク１が高温に曝されて、その周囲の空気温度が１００°Ｃ以上になると、保護カバー８の板部材８２が溶融して連通口８１ｆが開放されるので、保護カバー８の周囲の空気が元弁３の周囲にまで流通し、これと接触するようになる。このため、燃料タンク１の周囲の空気温度が速やかにＰＲＤ３３に伝達されるようになり、それがＰＲＤ３３の作動温度に達すれば、燃料タンク１内の水素ガスが放出管７を介して大気中に放出される。これにより、高温によるタンク内の圧力上昇を抑えて、その破裂を未然に防止することができる。

つまり、この実施形態では、ＰＲＤ３３の作動温度よりも低い温度で溶融する板部材８２によって保護カバー８の連通口を閉塞しているので、燃料タンク１内の圧力が過度に上昇する前に、より確実にＰＲＤ３３を作動させることができるものである。

尚、前記板部材８２はＰＲＤ３３の作動温度で溶融する材料で形成してもよい。また、そのように板部材８２を溶融させるのではなく、例えばセンサにより空気温度の上昇を検出し、これに応じてアクチュエータなどにより板部材を動かして連通口８１ｆを開放させるようにすることもできる。

但し、そうした場合は、自動車Ｖの事故の際の衝撃によって板部材を開かせる制御系統などが故障する虞れもあるから、むしろ前記実施形態のように構成する方がＰＲＤ３３をより確実に作動させることができ、好ましい。

また、前記実施形態では、本発明の気体燃料タンク構造を水素エンジン自動車に適用した例を示したが、本発明は、例えば水素を燃料とする燃料電池自動車にも適用可能であり、さらに、水素ガス以外の気体燃料を用いる例えば天然ガス自動車にも適用することができる。

本発明は、車両に搭載される気体燃料タンクの構造に関し、事故の衝撃からの保護と、高温による破裂防止とを両立できるものなので、極めて安全性が高く有用である。

本発明に係る気体燃料タンクを搭載した自動車における燃料供給系のレイアウトを示す模式図である。 同気体燃料タンクの元弁の構造を示す模式図である 同気体燃料タンクの元弁を覆う保護カバーの構成を示す斜視図である。

Ｖ 自動車（車両）
１ 気体燃料タンク
１ａ 給排口
３ 元弁（制御弁）
３３ ＰＲＤ（圧力除去装置）
８ 保護カバー（保護部材）
８１ 枠体
８１ａ〜８１ｄ 上下前後の壁部（周壁部）
８１ｅ 隅壁部（端壁部）
８１ｆ 開口部（連通口）
８２ 板部材（開放部材：端壁部）

Claims (3)

1. 車両に搭載され、気体燃料を貯蔵する気体燃料タンクの構造であって、
   前記気体燃料タンクには、その内部に連通する気体燃料の給排口が設けられるとともに、この給排口を開閉して気体燃料の給排を制御する制御弁が配設され、
   前記制御弁には、周囲の空気温度が所定値以上になると気体燃料を放出させて、タンク内の圧力上昇を抑える圧力除去装置が取り付けられ、
   前記制御弁及び圧力除去装置を覆うように前記気体燃料タンクに保護部材が配設され、 該保護部材には、その内部空間を外部に連通可能な連通口と、周囲の空気温度が少なくとも前記所定値以上になると前記連通口を開放する開放部材と、が設けられていることを特徴とする車両用気体燃料タンク構造。
2. 請求項１の車両用気体燃料タンク構造において、
   前記保護部材は、前記気体燃料タンクに固定され、前記制御弁及び圧力除去装置の周囲を囲んでタンク外方に延びる周壁部と、この周壁部のタンク外方端に連なる端壁部とを有し、その端壁部に前記連通口が形成されていることを特徴とする車両用気体燃料タンク構造。
3. 請求項１又は２のいずれかの車両用気体燃料タンク構造において、
   前記開放部材は、前記保護部材の連通口を閉塞し、周囲の空気温度が前記所定値乃至これよりも低い別の所定値になると溶融して、前記連通口を開放する板部材からなることを特徴とする車両用気体燃料タンク構造。

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