JP4816040B2 - 高圧ガスタンク容器及び高圧ガスの放出方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスが高圧状態で充填される高圧ガスを貯蔵した高圧ガスタンク容器及び高圧ガスの放出方法に関するものである。

近年、自動車の燃料として、燃料ガスが多用されている。例えば、燃料電池自動車では、水素ガス等が用いられ、ガス燃料自動車では、ＬＰＧ（液化石油）ガスやＣＮＧ（圧縮天然）ガスが用いられている。これらの燃料ガスは、高圧化された状態でガスタンクに貯蔵されており、当該ガスタンクが車両に搭載されている。

このような高圧ガスタンクには、火災によるガスタンクの爆発を防ぐため、所定の温度以上で溶ける材料からなる可溶栓が設けられている。この可溶栓は、通常時高圧ガスタンクを閉塞した状態であり、タンク内のガスを放出しない。しかし、火災時には、その熱により可溶栓が溶け、開口部が形成され、ガスタンク内のガスを強制的に放出するように構成されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
特開２００２−１９５４９９号公報 特開２００４−１３６８２８号公報 特開２００５−６９４１７号公報 特開２００４−１６９７１４号公報

しかし、衝突事故等火災を伴わない事故の場合には、前記可溶栓が溶けないため、可溶栓によって強制的にガスを放出できないことがある。火災を伴わない事故においてもガスタンク内に燃料ガスが多量に残っている場合には、安全性を確保するため、ガスタンクを移動したり、車両を解体する前に燃料ガスを予めタンク外へ放出することが望ましい。

特に、衝突事故等の衝撃で通常のガス供給に使用する電磁弁が故障した際は、ガスをタンク外へ放出する手段がなく、十分な安全性を確保することが困難な場合がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、衝突事故、転落事故等の火災を伴わない事故等の緊急時において、強制的に燃料ガスを放出できる高圧ガスタンク容器及び高圧ガスタンクの放出方法を提供することを技術的課題とする。

本発明は、高圧ガスを貯蔵した高圧ガスタンクと、前記高圧ガスタンクに取り付けられ、所定温度以上の温度で溶けることにより高圧ガスタンクから燃料ガスを放出する放出路に開口を形成する可溶栓と、前記可溶栓を加熱する加熱手段と、前記加熱手段による可溶栓の加熱を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする高圧ガスタンク容器である。

前記高圧ガスタンク容器は、所定温度以上の温度で溶ける可溶栓と、この可溶栓を加熱する加熱手段を備えているため、必要時に可溶栓を加熱して強制的にガスタンク内の燃料ガスをタンク外へ放出することができる。前記第一所定温度とは、可溶栓が溶けて、ガスタンク内のガスをタンク外へ放出する放出路に開口が形成される温度である。すなわち、本発明は、火災時のように高温度下でなくても、可溶栓を加熱して、強制的にガスタンク内の燃料ガスをタンク外へ放出することが可能となる。

なお、前記放出路は、緊急時における燃料ガスの流路であり、本発明に係る高圧ガスタンクは、前記放出路と合わせて、通常の燃料ガス供給時における燃料ガスの流路を備えていることは勿論である。

前記高圧ガスタンクは、高圧状態で燃料ガスを貯蔵するものであり、燃料ガスとしては、燃料電池自動車の燃料である水素、ガス燃料自動車の燃料であるＬＰＧ（液化石油）ガス、ＣＮＧ（圧縮天然）ガスが例示できる。

また、本発明に係る高圧ガスタンク容器は、前記可溶栓が溶けたことを検出する開口検出手段と、前記開口検出手段によって可溶栓が溶けたことが検出された際に、周囲に警告を発生する警告発生手段と、を更に備えることが望ましい。

前記開口検出手段は、可溶栓が溶けたこと、すなわちガスタンクから燃料ガスが放出される状態になったことを検出する手段である。前記警告発生手段は、開口検出手段によって可溶栓が溶けた際に警告を発する。これにより、高圧ガスタンクの周囲に燃料ガスが放出されていることを認知させることが可能となる。例えば、燃料ガスとしての水素は、無色無臭であり、人間の五感では検知することが困難である。この水素は、燃焼の際も無色であるため、人間が認知しない状態でタンク外へ放出すると危険を伴うおそれがある。よって、警告発生手段を設けることが望ましく、これにより高圧ガスタンクの周囲の人間に注意を促すことが可能となる。

前記開口検出手段は、ガスタンクから燃料ガスが放出されたことを検出できる構成であればよく、例えば、ガスタンク内のガス圧を検出する圧力計を設け、ガスタンク内の圧力変化によってガスがタンク外へ放出されたことを検出する構成、可溶栓の開口近傍に放出路を通過する燃料ガスの流量を検出するフローメータを設け、このフローメータによってガスが放出されたことを検出する構成、前記可溶栓の開口部における抵抗を検出する抵抗検出手段を設け、開口部が形成されることによる抵抗値の上昇から可溶栓が溶け、燃料ガスが放出されたことを検出する構成等が挙げられる。

前記警告発生手段は、周囲の人間にガス放出の注意を促すことができるものであればよく、例えば、音により警告を発する構成、光により警告を発する構成、が挙げられる。

また、本発明に係る高圧ガスタンク容器は、前記可溶栓の温度又は前記高圧ガスタンク内のガスの温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が前記第一所定温度より大きい第二所定温度以上の際に、前記加熱手段による可溶栓の加熱を停止することを特徴とすることが望ましい。

本発明に係る高圧ガスタンク容器は前記加熱手段によって可溶栓を加熱するため、可溶栓が取り付けられている高圧ガスタンク及びそこに貯蔵されている燃料ガスが加熱されることがある。例えば、燃料ガスとしての水素は、可燃性があり、約５６５℃で自然発火する。この対策として、温度検出手段を更に備え、検出した温度に基づいて可溶栓の加熱を停止することが望ましく、この構成により、自然発火温度以下の温度に燃料ガスを保つことができる。

前記第二所定温度とは、前記第一所定温度以上であって、その温度以下で燃料ガスが自然発火温度以下に保たれる温度であり、燃料ガスの種類、高圧ガスタンクの構成（熱伝導率、加熱する可溶栓の配置）等に応じて適宜に設定する。

また、本発明に係る高圧ガスタンク容器は、前記制御手段が可溶栓の加熱を開始する際に、所定時間の経過を待って加熱処理を行うことを特徴とすることが望ましい。

高圧ガスタンク容器の近くに人間がいる状態で燃料ガスを放出すると、タンク周囲は燃料ガスが高濃度になるため、燃料ガスの種類によっては人体に影響を及ぼすおそれがある。よって、燃料ガスをタンク外へ放出する際は、周囲に人間はいないことが望ましい。前記可溶栓の加熱を所定時間遅らせることにより、可溶栓の加熱による燃料ガスの放出を所定時間遅らせて、当該所定時間で周囲の人間がガスタンクから離れることが可能となる。すなわち、前記所定時間とは、可溶栓が溶けて燃料ガスがタンク外へ放出された際に、周囲にいる人間が高圧ガスタンク容器から離れることができる時間であり、加熱手段の加熱性能、可溶栓の材質等に応じて適宜設定する。

さらに、本発明に係る高圧ガスタンク容器は、前記制御手段が、前記燃料ガスの放出を要求するガス放出要求があった際に、前記加熱手段によって加熱処理を開始することを特徴としてもよい。この構成によれば、緊急時に必要に応じて、燃料ガスの放出要求を受け付けた際に加熱処理を開始することができる。また、燃料ガスの放出処理の誤作動を防止することが可能となる。

また、本発明は、第一所定温度で溶ける材質からなる可溶栓を備えた高圧ガスタンク容器に貯蔵された燃料ガスを緊急時に放出する燃料ガスの放出方法であって、ガスタンクの故障時に、可溶栓を加熱して燃料ガスを放出することを特徴とする。

前記燃料ガスの放出方法によれば、衝突事故、転落事故等の火災を伴わない事故等の緊急時において、緊急時に可溶栓を加熱して高圧ガスタンク内に貯蔵されたガスタンクを強制的に排出することが可能である。

さらに、本発明に係る燃料ガスの放出方法は、前記可溶栓の加熱を開始した後に、可溶栓の温度を検出して、可溶栓の温度が前記第一所定温度より大きい第二所定温度以上の際に、可溶栓の加熱を停止することを特徴とすることが望ましい。前記構成により、可溶栓を加熱する際に、燃料ガスの温度を自然発火温度以下に保つことができ、燃料ガスの放出における安全性を高めることが可能となる。

加えて、本発明に係る燃料ガスの放出方法は、前記可溶栓を加熱して可溶栓を溶かした後に、音または光を発することを特徴とすることが望ましい。前記可溶栓を溶かした後は、高圧ガスタンク容器から燃料ガスが放出される状態である。燃料ガスを放出する際に、音または光を発することにより、高圧ガスタンク容器周囲に対して警告することが可能となる。

さらに、本発明は、ガスタンク内の燃料ガスの残量を検出する手段を設けて、ガスタンク内の燃料ガスの残量がなくなった際、すなわち、燃料ガスの放出が終了した際に前記音又は光の出力を停止して、前記警告を停止してもよい。この構成により、実際に燃料ガスがタンク外へ放出されている際のみ警告を発することが可能となる。

加えて、本発明に係る高圧ガスタンク容器は、前記燃料ガスの放出を要求するガス放出要求があった際に、前記可溶栓の加熱を開始することを特徴としてもよい。前記構成によれば、必要時に燃料ガスの放出処理を行うことができるとともに、誤作動による燃料ガスの放出処理を防止することが可能となる。

本発明に係る高圧ガスタンク容器及び燃料ガスの放出方法によれば、衝突事故、転落事故等の火災を伴わない事故等の緊急時において、可溶栓を加熱して強制的に燃料ガスを放出することが可能となる。

本発明に係る高圧ガスタンク容器および燃料ガスの放出方法の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態に係る高圧ガスタンク容器は、燃料電池システムを駆動動力源とする燃料電池自動車の水素タンクである。なお、本実施の形態では、燃料電池システムの水素タンクとして説明するが、本発明は、当該水素ガス以外の燃料ガス自動車においても適用可能であることは勿論である。

図１は、実施の形態に係る高圧ガスタンク容器１０の構成図である。この高圧ガスタンク容器１０は、水素ガスを高圧状態で貯蔵するガスタンク１と、ガスタンク１に接続された第一配管２１と第二配管２２と、第一配管２１上に設けられ、第一配管２１のガス流路を開閉する開閉弁２と、第二配管２２上に設けられ、第一所定温度以上の温度で溶けて開弁作動する可溶栓３と、可溶栓３を加熱する加熱手段としてのヒータ４と、可溶栓３の温度を検出する温度計５と、ガスタンク１内の水素ガス圧を検出する圧力計６と、各種装置の制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）７と、当該高圧ガスタンク容器１０を搭載した車両の周囲に警告音を発する警告発生手段（図示せず）と、を備えている。

前記第一配管２１と第二配管２２は、それぞれ独立して前記ガスタンク１に接続されており、いずれも水素ガスの流路である。前記第一配管２１は、通常の水素供給時（燃料電池自動車の走行時）における水素供給路である。第一配管２１に設けられたた開閉弁２は、ＥＣＵ７によって制御されており、通常走行時に図示しない燃料電池１への水素ガスの供給を制御する。

前記第二配管２２は、本発明に係る放出路であり、緊急時の水素ガスの流路である。第二配管２２に設けられた可溶栓３は、通常の水素供給時の温度においては溶けず、第一所定温度Ｔ１で溶ける可溶合金３ａを備えている。可溶栓３は、この可溶合金３ａが溶けることにより、第二配管２２の流路を開口する開口部が形成される。この第一所定温度Ｔ１は、燃料電池自動車の通常走行時の温度より高く設定されており、火災時において上昇しうる温度である約１１０℃である。

前記可溶栓３は、火災時において可溶合金３ａが溶けることにより開口部３ｂが形成され、ガスタンク１内の水素ガスをガスタンク１外へ放出させる。この水素ガスの放出により、火災等による周囲環境温度の上昇によるガスタンク１の爆発およびガスタンク１の爆発による装置破損を防止することができる。本実施の形態は、当該火災時以外の緊急時においてもガスタンク１内の水素ガスを放出する実施形態であり、可溶栓３を加熱して可溶合金３ａを溶かすヒータ４を備えている。

前記ヒータ４は、前記可溶栓３を加熱するものであり、ＥＣＵ７によって制御されている。ＥＣＵ７は、前記温度計５によって検出された可溶栓３の温度に基づいて、ヒータ４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。ヒータ４によって可溶栓３を加熱すると、可溶栓３を介してガスタンク１内の水素ガスも加熱される。水素ガスは、自然発火温度以上となると自然発火するため、水素ガスをその温度以下に制御する。

本実施の形態では、自然発火温度である５６５℃を第二所定温度Ｔｈ２として、可溶栓３の温度が第二所定温度Ｔｈ２以上となると、ヒータ４を停止するように構成した。ヒータ４によって直接加熱される可溶栓３は、高圧ガスタンク容器１０の中では最も高い温度となるため、可溶栓３の温度を第二所定温度Ｔｈ２以下とすることにより、水素ガスの発火を防止することができる。

また、前記ＥＣＵ７は、タイマー機能を備えており、ヒータ４による加熱処理を開始す
る際に、所定時間の経過を待つ。このタイマー機能を備えることにより、緊急時において水素ガス放出制御が開始された際に、当該高圧ガスタンク容器１０を搭載する車両の近くにいる人が退避する時間を与えることができ、人に対する安全性を高めることができる。

前記警告発生手段は、水素ガスをガスタンク１から外部に放出する際に、音によって周囲に警告を発生する手段である。水素ガスは、無色透明かつ無臭であるため、ガスタンク１から水素ガスが放出されても燃料電池自動車の周囲の人間が気づかないおそれがある。警告発生手段は、水素ガスが放出された際に周囲の人間に水素ガスの放出を警告するものである。なお、水素ガスの放出は、前記圧力計６によるガスタンク１内の水素ガス圧によって検出する。水素ガスが放出されれば、ガスタンク１内の水素ガス圧は低下するため、当該水素ガス圧を検出することにより、水素ガスの放出が行われているか（放出開始及び放出完了）を判定することができる。

以下、上記のように構成された高圧ガスタンク容器１０の水素ガス放出制御について詳細に説明する。以下に説明する各種制御は、前記ＥＣＵ７によって実行される。図２は、水素ガス放出制御の処理を示すフローチャートである。当該水素ガス放出制御は、火災を伴わない衝突事故等、可溶栓３がそのままでは溶けない状態における緊急時の強制的な水素ガスの放出処理である。

ＥＣＵ７は、前述した事故時において水素ガスの強制的な放出処理を受け付けると、タイマーをスタートする（ステップ１０１）。当該タイマーとは、処理受付から経過時間Ｓ１を検出して、当該経過時間Ｓ１が所定時間Ｓを越えるまで、次ぐ処理を待機するための機能である。所定時間Ｓとは、周囲の人間が退避するためにヒータ４による加熱を待つ時間であり、ガスタンク１の構造、ヒータ４の加熱性能等に基づいて予め設定しておく。ＥＣＵ７は、所定時間Ｓの経過を待って（ステップ１０２）、ヒータ４をＯＮする（ステップ１０３）。

前記ヒータ４をＯＮすると、ヒータ４によって可溶栓３が加熱される。可溶栓３を加熱して、可溶栓３の可溶合金３ａの温度が第一所定温度Ｔ１以上となると、可溶栓３の可溶合金３ａが溶け開口部３ｂが形成される。これにより、第二配管２２の流路が開口して、ガスタンク１内の水素ガスが可溶栓３を通ってタンク外へ放出される。

ＥＣＵ７は、ヒータ４をＯＮした後、温度計５によって可溶栓３の温度Ｔを検出する（ステップ１０４）。可溶栓３の温度Ｔを検出することにより、可溶栓３を介して加熱される水素ガスの温度を推定し、水素ガスを自然発火温度Ｔｈ２以下に制御することができる。

ＥＣＵ７は、ステップ１０４で検出した可溶栓３の温度Ｔが自然発火温度Ｔｈ２以上であるか否かを判定する（ステップ１０５）。ステップ１０５の判定の結果、可溶栓３の温度Ｔが自然発火温度Ｔｈ２以上である場合には、水素ガスの発火を防ぐためヒータ４をＯＦＦする（ステップ１０６）。一方、ステップ１０５の判定の結果、可溶栓３の温度Ｔが自然発火温度Ｔｈ２未満の場合には、当該温度Ｔが可溶栓３の可溶合金３ａの溶解温度である第一所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップ１０７）。

ステップ１０７の判定の結果、温度Ｔが第一所定温度Ｔ１以上であると判定された場合には、可溶合金３ａが溶解していると判定してヒータ４を停止する（ステップ１０６）。尚、本実施の形態では、可溶栓３の温度Ｔが第一所定温度Ｔ１以上であると判定された際には、余熱により可溶合金３ａが全て溶解可能であるとしてヒータ４を停止したが、一定の時間の経過を待ってヒータ４を停止するように構成してもよい。この構成によれば、より完全に可溶合金３ａを溶解して、開口を形成することが可能となる。

ステップ１０７の判定の結果、温度Ｔが第一所定温度Ｔ１未満であると判定された場合には、可溶合金３ａが溶解してないとしてヒータ４の加熱を継続して、所定時間経過後、再度可溶栓３の温度Ｔを検出する（ステップ１０４）。

前記ＥＣＵ７は、ヒータ４を停止した後、圧力計６によってガスタンク１内の水素ガス圧を検出する（ステップ１０８）。ガスタンク１内の水素ガス圧を検出することによりガスタンク１から水素ガスが放出されているか否かを判定できる。水素ガスが放出されている際には、周囲の人間に注意を促すため前記警告発生手段を用いて周囲に警告を発する。

ＥＣＵ７は、ステップ１０８において検出した水素ガス圧に基づいて水素ガスがガスタンク１から放出されているか否かを判定する（ステップ１０９）。当該判定の結果、水素ガスが放出されていると判定された場合には、前記警告発生手段を用いて、警告音を発生させる（ステップ１１０）。ＥＣＵ７は、水素ガスの放出が終了したか否かを判定して（ステップ１１１）、放出が終了したと判定された際に警告発生手段を停止して（ステップ１１２）、処理を終了する。

以上のように、本実施の形態に係る水素ガス放出制御によれば、周囲の人間への安全を確保しつつ、強制的にガスタンク１から水素ガスを放出することができる。また、可溶栓３をヒータ４によって加熱して積極的に水素ガスを放出できるため、火災を伴わない事故時においても可溶栓３を利用して水素ガスを放出することができる。

また、本実施の形態では、前記ステップ１０８において、可溶栓３の温度を検出して、検出した温度が可溶合金３ａの溶解温度より高ければ、可溶合金３ａが溶解していると判定してヒータ４を停止したが、他の実施形態として、可溶栓３の温度ではなくガスタンク１内の水素ガス圧に基づいてヒータ４を停止するように構成してもよい。

前記ガスタンク１内の水素ガス圧に基づくヒータ４の停止とは、一定時間におけるガスタンク１内の水素ガス圧の変化を検出し、水素ガス圧が所定量減少している際には、ガス漏れ等ではなく、第二配管２２の流路が開口されたこと（可溶合金が溶けたこと）によって水素ガスが放出されたと判定して、ヒータ４を停止する制御である。この制御によれば、可溶栓３の温度に基づく制御と比較して、水素ガスの放出がなされているか否かをより正確に判定することができ、精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、可溶栓３の温度により可溶合金３ａが溶けたか否かを判定したが、他の実施形態として、可溶栓３の開口部における抵抗値、及び開口部における水素ガスの流量によって可溶合金３ａが溶けたか否かを判定してもよい。

可溶栓３における抵抗値による判定とは、可溶栓３の抵抗を検出する抵抗計を設け、可溶栓３の抵抗値に基づいて開口が形成されたか（可溶合金が溶けたか）否かを判定する構成である。可溶栓に開口が形成されると当該開口部分には空間が形成されるため、抵抗値が大きくなる。この抵抗値の変化によって可溶合金が溶けて開口が形成されたか否かを判定する構成である。

また、可溶栓３の開口部における水素ガス流量による判定とは、第二配管２２の可溶栓３の下流にフローメータを設け、可溶栓３から放出される水素流量によって可溶合金３ａが溶けたか否かを判定する構成である。

さらに、他の実施形態として、高圧ガスタンク容器１０を水槽等の水中に配置して、水中で水素ガスを放出するように構成してもよい。水中で水素ガスを放出することにより、
静電気や粉塵による水素発火のおそれを低減することができる。

加えて、他の実施形態として、ヒータによる加熱時間に上限を設定して、一定時間加熱処理を行った後、ヒータを停止させるようにタイマー機能を設けてもよい。この構成によれば、一定時間経過後ヒータを確実に停止するため、安全性を確保することができる。

また、前記実施形態では、加熱手段であるヒータを予め設けているが、燃料ガスを強制的に放出する際にヒータ等の加熱手段を設けて、前記実施形態に係る水素ガスの放出制御処理を行い、可溶栓を加熱して燃料ガスを放出するように構成してもよい。

実施の形態に係る高圧ガスタンクの構成図である。 水素ガスの放出制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ガスタンク
２ 開閉弁
３ 可溶栓
４ ヒータ
５ 温度計
６ 圧力計
７ 電子制御装置（ＥＣＵ）
１０ 高圧ガスタンク容器
２１ 第一配管
２２ 第二配管

Claims (6)

1. 車両に搭載された高圧ガスタンク容器であって、
   前記車両の燃料である高圧ガスを貯蔵した高圧ガスタンクと、
   前記高圧ガスタンクに取り付けられ、第一所定温度以上の温度で溶けることにより高圧ガスタンクから燃料ガスを放出する放出路に開口を形成する可溶栓と、
   前記可溶栓を加熱する加熱手段と、
   前記車両において火災を伴わない緊急時に前記加熱手段による可溶栓の加熱を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、可溶栓の加熱を開始する際に、所定時間の経過を待ってから加熱処理を行う
   ことを特徴とする高圧ガスタンク容器。
2. 前記可溶栓が溶けたことを検出する開口検出手段と、
   前記開口検出手段によって可溶栓が溶けたことが検出された際に、音又は光によって周囲に警告を発生する警告発生手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガスタンク容器。
3. 前記可溶栓の温度又は前記高圧ガスタンク内の燃料ガスの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記車両において火災を伴わない緊急時に前記燃料ガスの放出を要求するガス放出要求があった際に、前記加熱手段によって加熱処理を開始し、
   前記制御手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が前記第一所定温度より大きい第二所定温度以上の際に、前記加熱手段による可溶栓の加熱を停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高圧ガスタンク容器。
4. 第一所定温度で溶ける材質からなる可溶栓を備え車両に搭載された高圧ガスタンク容器に貯蔵された燃料ガスを、該車両において火災を伴わない緊急時に放出する燃料ガスの放出方法であって、
   前記車両において火災を伴わない緊急時に可溶栓の加熱を開始する際に、所定時間の経過を待ってから加熱処理を行い、可溶栓を加熱して燃料ガスを放出することを特徴とする燃料ガスの放出方法。
5. 前記車両において火災を伴わない緊急時に前記燃料ガスの放出を要求するガス放出要求があった際に、前記可溶栓の加熱を開始し、
   前記可溶栓の加熱を開始した後に可溶栓の温度を検出して、可溶栓の温度が前記第一所定温度より大きい第二所定温度以上の際に可溶栓の加熱を停止することを特徴とする請求項４に記載の燃料ガスの放出方法。
6. 前記可溶栓を加熱して可溶栓を溶かした後に、音または光によって警告を発することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の燃料ガスの放出方法。

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