JP4904952B2 - タンクシステム - Google Patents

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Description

本発明は、タンクシステムに関する。
気体又は液体からなる収納物を高圧で貯蔵するタンクは、タンクの破裂を防ぐための安全弁が備えられる。安全弁には、タンク内の圧力が耐用圧力を超えないようにするバネ式安全弁や、タンクの温度が耐用温度を超える前にタンク内を大気開放する溶栓式安全弁が周知技術して知られている。
また、タンクの温度が耐用温度を超える前にタンク内の圧力を減圧する方法として、溶栓式安全弁を改良したものや、溶栓式安全弁以外の弁を用いた技術も提案されている（例えば、特許文献１から４。）。
特開２００５−６９４１７号公報 実開昭２６−６４４７号公報 特開２００１−２８３３４３号公報 特開２００５−３１５２９４号公報
しかしながら、従来技術によれば、高圧タンクが局部的に温度上昇しても外気温等の影響により伝熱されず、高圧タンク内が減圧されない可能性がある。
本発明は、上記した問題に鑑み、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出して、外気温の影響を受けずにタンク内の圧力を減圧するタンクシステムを提供することを課題とする。
本発明は、上記の課題を解決するため、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出する検出手段を設け、高圧タンクの温度上昇が検出されると減圧手段を制御して高圧タンク内を減圧するようにした。これによれば、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出して、外気温の影響を受けずにタンク内の圧力を減圧することが可能となる。
詳細には、タンクシステムであって、高圧タンクと、前記高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出する検出手段と、前記高圧タンク内を減圧する減圧手段と、前記高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇が前記検出手段で検出されると該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御する制御手段と、を備える。
上述のタンクシステムは、高圧タンクの少なくとも一部分が温度上昇してもこれを検出し、制御手段が減圧手段を制御して高圧タンク内を減圧するように構成されている。従って、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出して、外気温の影響を受けずにタンク内の圧力を減圧することが可能となる。
ここで、上記のタンクシステムにおいて、前記検出手段は、前記高圧タンクの周囲を取り囲むように配設された熱溶解性導電線を有し、前記制御手段は、前記熱溶解性導電線が断線すると前記高圧タンクの少なくとも一部分が温度上昇していると判断して該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御する、
ようにしてもよい。
即ち、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出するため、温度上昇により溶解する熱溶解性導電線を高圧タンクの表面を覆うように設ける。熱溶解性導電線の通電状態を計測し、断線により通電されなくなった場合にタンクの少なくとも一部分が温度上昇していると判定するようにする。これにより、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を、外気温の影響を受けずに検出することが可能になる。
ここで、上記のタンクシステムにおいて、前記検出手段は、前記高圧タンクの表面に配設されたサーミスタを少なくとも二以上有し、前記制御手段は、前記サーミスタによって検出された温度を互いに比較し、温度差がある場合に前記高圧タンクの少なくとも一部分が温度上昇していると判断して該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御するように前記減圧手段を制御するようにしてもよい。
即ち、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出するため、温度を検出するサーミスタを高圧タンクの表面に少なくとも二以上設ける。サーミスタの抵抗値を計測し、各サーミスタ同士の温度を比較し、各サーミスタ同士の温度に差があれば、タンクの少なくとも一部分が温度上昇していると判定するようにする。高圧タンクが局部的に温度上昇すると、高圧タンクの表面の温度分布が一様でなくなるからである。これにより、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を、外気温の影響を受けずに検出することが可能になる。
ここで、前記タンクシステムは車両に搭載され、且つ、該車両の衝突を感知する衝突感知手段を更に備え、前記制御手段は、前記車両の衝突が前記衝突感知手段で感知されると前記検出手段の検出感度を高くするようにしてもよい。
タンクシステムを搭載した車両が衝突すると、高圧タンクが高温に晒される可能性が高まる。そこで、車両が障害物等に衝突したら検出手段の検出感度を高くするようにする。これにより、高圧タンクの温度上昇を早期に検出することが可能になる。
ここで、前記タンクシステムは車両に搭載され、且つ、該車両の少なくとも一部分の温度を感知する温度感知手段を更に備え、前記制御手段は、前記車両の少なくとも一部分の温度が所定温度になったことが前記温度感知手段で感知されると前記検出手段の検出感度を高くするようにしてもよい。
一般的に、車両には、外気温センサ、タイヤ温度センサ、触媒温度センサ等の温度感知手段が多数備えられている。よって、これら温度感知手段の信号を制御手段に繋ぎ、温度感知手段が例えば異常な高温を感知した場合に検出手段の検出感度が高くなるようにする。これにより、高圧タンクの温度上昇を早期に検出することが可能になる。なお、所定温度とは、例えば、燃料電池や駆動モータ等が正常な状態であれば到達し得ないような高い温度である。
ここで、上記のタンクシステムにおいて、前記高圧タンク内の圧力を感知する圧力感知手段を更に備え、前記制御手段は、前記高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出した後、更に該高圧タンクの内圧が第一所定圧力以上になったことが前記圧力感知手段で感知されると該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御するようにしてもよい。
高圧タンクの温度が上昇して強度が低下しても、タンク内の圧力が低いために減圧する必要が無い場合がある。また、検出手段のみだと、例えば、誤検出等により無用な減圧をしてしまう場合もある。このような場合にまでタンク内の収容物を放出することは経済性
や周辺環境への影響の観点から好ましくない。
そこで、高圧タンク内の圧力を検出する圧力検出手段を更に設け、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇が検出され、更に該高圧タンクの内圧が第一所定圧力以上になると該高圧タンク内を減圧するように制御するようにする。このようなタンクシステムによれば、検出手段の誤検出によるタンク内収容物の無用な放出を減らすことが可能になる。なお、第一所定圧力とは高圧タンク内の圧力であり、例えば、高圧タンクに内圧が保持された状態で該高圧タンクの一部分が局部的に温度上昇した場合に、タンク破裂に至る可能性のある圧力である。
ここで、上記のタンクシステムにおいて、前記制御手段は、前記高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御した後、該高圧タンクの内圧が第二所定圧力以下になったことが前記圧力感知手段で感知されると該高圧タンク内の減圧が止まるように前記減圧手段を制御するようにしてもよい。
即ち、タンク内の減圧開始当初はタンク内の圧力が第一所定圧力より高かったとしても、タンク内の減圧を続けていればタンク内の圧力は徐々に低下する。タンク内の圧力が十分に低下し、減圧する必要の無い圧力以下にまで低下しているにも関わらず、タンク内の収容物を放出し続けることは経済性や周辺環境への影響の観点から好ましくない。
そこで、高圧タンク内の圧力が第二所定圧力以下となった場合に、減圧手段を制御して高圧タンク内の減圧を停止するようにする。このようなタンクシステムによれば、タンク内収容物の無用な放出を抑制することが可能になる。なお、第二所定圧力とは高圧タンク内の圧力であり、例えば、高圧タンクに内圧が保持された状態で該高圧タンクの一部分が局部的に温度上昇しても、タンク破裂に至る可能性のない圧力である。
ここで、上記のタンクシステムにおいて、前記減圧手段は、溶栓弁と、該溶栓弁を加熱する加熱手段と、を有し、前記制御手段は、前記加熱手段により前記溶栓弁を加熱して該溶栓弁を溶解させることにより前記高圧タンク内を減圧するようにしてもよい。
溶栓弁は、高温に晒されると溶解して開弁する。一方、本発明は、高圧タンクの局部的な温度上昇を検出してタンク内を減圧することを目的としており、その果たすべき役割は互いに近似している。そこで、前記減圧手段は、加熱手段により溶解する溶栓弁を含むようにする。これにより、タンクシステムの制御手段が停止している場合でも、高圧タンクが温度上昇した際にタンク内を減圧することが可能になる。
高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出して、外気温の影響を受けずにタンク内の圧力を減圧することが可能になる。
以下、本発明の実施形態を例示的に説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されない。
＜実施形態１＞
図１は、本実施形態に係るタンクシステム１と燃料電池２とを搭載した車両３の概略図である。本発明に係るタンクシステムは、例えば、燃料電池自動車の燃料ガスである水素ガスを貯蔵するタンクに適用すると、本発明の効果がより有益に発揮される。車両に設置されるタンクは、地上に設置されるタンクに比べ、不測の環境下に晒される可能性が高いためである。よって、本実施形態においては、タンクシステム１は燃料電池自動車である車
両３に搭載され、燃料電池２の燃料ガスである水素ガスを貯蔵することを前提としている。なお、本発明に係るタンクシステムが、地上においても設置可能であることはいうまでもない。
図２は、本実施形態に係るタンクシステム１の概略図である。図２において示すように、高圧タンク４の温度上昇を検出する一本の熱溶解性導電線５（本発明でいう「検出手段」に相当。）が、該高圧タンク４の表面を覆うように巻きつけられている。また、高圧タンク４には、該高圧タンク４内の圧力を減圧する溶栓弁６と電気ヒータ７（本発明でいう「加熱手段」に相当。）とで構成される減圧装置８（本発明でいう「減圧手段」に相当。）と、該高圧タンク４内の圧力を検出する電気式圧力計９とが設けられている。更に、高圧タンク４には、熱溶解性導電線５に繋がる検出回路１０と、電気ヒータ７と電気式圧力計９とに繋がる電源回路１１と、スピーカ１２に繋がる音声発生回路１３と、を備えた制御装置１４（本発明でいう「制御手段」に相当。）が付設されている。また、高圧タンク４より下流側の経路１５には、燃料電池１６が接続されている。
制御装置１４は、熱溶解性導電線５や電気式圧力計９からの入力に応じて電気ヒータ７やスピーカ１２に信号を出力する。なお、本実施形態では、制御装置１４の内部にある検出回路１０、電源回路１１、及び音声発生回路１３は電気的な回路により構成されていることを前提としているが、ＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリ、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）等を備えたコンピュータにより構成してもよい。該制御装置１４は、タンクの少なくとも一部の温度上昇（特にタンク表面または表面近傍がタンク耐用温度またはそれに適合した所定温度上の尾温度。）を検出したときは、減圧手段を強制的に動作させて高圧タンク４内を減圧するように電気信号をアクチュエータ（電気ヒータ７）に供給する。
以下、上記のように構成されたタンクシステム１の制御方法について詳細に説明する。以下に説明する各制御は、前記制御装置１４内の検出回路１０と電源回路１１が協働することにより実現される。図３は、タンクシステム１の制御を示すフローチャートである。また、図４は、熱溶解性導電線５の抵抗値、高圧タンク４の内圧、及び電気ヒータ７の通電状態の時間経過を示すグラフである。
タンクシステム１が起動（図３における「Ｔ０」の時。以下同様。）されると、制御装置１４は、検出回路１０に繋がれた熱溶解性導電線５に電流を流し、該熱溶解性導電線５の抵抗値を計測する（図２におけるＳ１０１。以下同様。）。高圧タンク４の温度が上昇し（Ｔ１）、熱溶解性導電線５が溶解してやがて断線すると（Ｔ２）、熱溶解性導電線５の導線抵抗値が変化する。具体的には、抵抗値が正常値である略０Ωから異常値である略∞Ωへ変化する。これにより、制御装置１４は、高圧タンク４の少なくとも一部が温度上昇していると判断し、次のステップ（Ｓ１０２）に移行する。
制御装置１４は、熱溶解性導電線５が断線すると、電気式圧力計９により高圧タンク４の内圧を確認する（Ｓ１０２）。高圧タンク４の内圧が第一所定圧力未満であれば、タンク内の減圧は不要と判断する。一方、高圧タンク４の内圧が第一所定圧力（内圧許容閾値）以上であれば、タンク内の減圧が必要と判断する。なお、第一所定圧力とは高圧タンク４内の圧力であり、本実施形態では、高圧タンク４に内圧が保持された状態で該高圧タンク４の一部分が局部的に温度上昇した場合に、タンク破裂に至る可能性のある圧力である。
制御装置１４は、Ｓ１０２においてタンク内の減圧が必要と判断すると、電気ヒータ７を通電（Ｔ３）して溶栓弁４を加熱溶解させると共に、スピーカ１２から警告音を発生させる（Ｓ１０３）。溶栓弁４が加熱溶解すると、高圧タンク４内が減圧（Ｔ４）される。
制御装置１４は、電気ヒータ７を通電したのち、電気式圧力計９により高圧タンク４の内圧を確認する（Ｓ１０４）。制御装置１４は、高圧タンク４の内圧が第一所定圧力以上の圧力であれば、電気ヒータ７の通電を継続する（Ｓ１０３）。一方、高圧タンク４の内圧が第一所定圧力よりもやや低い圧力（図４のグラフにおいて示す「内圧下限閾値」）であれば溶栓弁４が開弁されたと判断し、電気ヒータ５の通電を停止（Ｔ５）する（Ｓ１０５）。
以上のように、本実施形態に係るタンクシステム１によれば、高圧タンク４の少なくとも一部分の温度上昇を検出して、外気温の影響を受けずにタンク内の圧力を減圧することが可能になる。また、タンク内の収容物が放出された場合、タンク内の収容物が放出される際に音により警告を発するようにしているので、付近にいる人に対して注意を喚起することができる。
なお、本実施形態においては、スピーカ１２と音声発生回路１３を備え、電気ヒータ７の通電と同時に警告音を発するようにしているが、本発明はこれに限られない。即ち、警告は表示灯等によるものでもよいし、或いはこのような警告手段を設けなくてもよい。
また、図５において示すように、熱溶解性導電線５の代わりに、或いは、熱溶解性導電線５と共に、高圧タンク４の表面にサーミスタ１７を少なくとも２箇所以上に設け、各サーミスタ１７同士の温度を比較し、各サーミスタ１７によって検出された温度に差がある場合（例えば、各サーミスタ１７同士の温度の差が任意の閾値を超えた場合。）に高圧タンク４の少なくとも一部分が温度上昇していると判断するようにしてもよい。これは、高圧タンク４が局部的に温度上昇した場合、高圧タンク４の表面の温度分布が一様でないことに着目した検出方法である。つまり、高圧タンク４の表面の複数個所にサーミスタ１７を設ければ、局部的な温度上昇による温度分布のばらつきを検出することができる。高圧タンク４の表面の温度分布にばらつきが生じれば、高圧タンク４が局部的に温度上昇していると判断すればよい。これにより、高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を、外気温の影響を受けずに検出することが可能になる。
また、車両３の衝突を検知する衝突感知手段としての加速度センサ１８を更に備え、該加速度センサ１８を検出回路１０に繋ぐようにしてもよい。車両３が障害物等に衝突した際の加速度を検知した場合に、熱溶解性導電線５の抵抗値やサーミスタ１７等の検出温度の閾値を変化させて検出感度を高くする。これにより、高圧タンクの温度上昇をより早期に検出することが可能になる。熱溶解性導電線５であれば、断線を検出する際の基準となる抵抗値の閾値を低くすることで、検出感度を高めることが可能である。また、サーミスタ１７であれば、高圧タンク４の温度上昇を検出する際の基準となる各サーミスタ間の温度差の閾値を低くすることで検出感度を高めることが可能である。
また、車両３の少なくとも一部分の温度（例えば、燃料電池や駆動モータの温度、ブレーキオイルの油温や乗員室内の温度等）を検出する温度感知手段としての温度センサ１９を設け、温度センサ１９が所定温度よりも高い温度を感知した場合に、高圧タンク４の少なくとも一部分が温度上昇していると判断するようにしてもよい。ここで、所定温度とは、例えば、燃料電池や駆動モータ等が正常な状態であれば到達し得ないような高い温度である。これによれば、高圧タンクの温度上昇を早期に検出することが可能である。
また、本実施形態においては、溶栓弁１３を開弁して高圧タンク４内を減圧しているが、本発明はこれに限られない。即ち、高圧タンク４の下流側にある燃料電池１２への経路１５上に設けられた弁２０を開くか或いは開度を増すことにより、該高圧タンク４内のガスを下流側へ供給し、高圧タンク４内の圧力を減圧するようにしてもよい。これによれば、高圧タンク４内を減圧する際に放出されるガスを有効に活用できるため、ガスの損失量
を抑制することが可能である。
＜実施形態２＞
以下、上述したタンクシステム１の変形例について説明する。上述した構成要素と同等の機能を果たす構成要素、及び制御フローについては同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図６は、本実施形態に係るタンクシステム２１の概略構成を示す。上述した実施形態１では電気ヒータ７により溶栓弁６を溶解させて高圧タンク４を減圧する減圧装置８を採用しているが、本実施形態では、溶栓弁６を用いる代わりに電磁弁２２を開閉させて高圧タンク４を減圧する減圧装置２３を採用している。また、電磁弁２２は電源回路２４と電気的に繋がれており、該電源回路２４からの信号により開閉動作する。これによれば、電気ヒータ７を設ける必要が無くなる。
図７は、本実施形態に係るタンクシステム２１の制御を示すフローチャートである。また、図８は、熱溶解性導電線５の抵抗値、高圧タンク４の内圧、及び電磁弁２２の開閉状態の時間経過を示すグラフである。
本実施形態に係るタンクシステム２１の制御フローのうち、Ｓ１０２までは前述の実施形態１と同様である。
制御装置２５は、Ｓ１０２においてタンク内の減圧が必要と判断すると、電磁弁２２に信号を送って開弁（Ｔ３）すると共に、スピーカ１２から警告音を発生させる（Ｓ２０３）。電磁弁２２が開弁すると、高圧タンク４内の減圧が開始（Ｔ４）される。
制御装置２５は、電磁弁２２を開弁したのち、電気式圧力計９により高圧タンク４の内圧を確認する（Ｓ１０４）。制御装置２５は、高圧タンク４の内圧が第二所定圧力（内圧下限閾値）よりも高ければ、電磁弁２２の開弁状態を維持する（Ｓ２０３）。一方、高圧タンク４の内圧が第二所定圧力以下であれば、電磁弁２３を閉弁（Ｔ５）する（Ｓ２０５）。なお、第二所定圧力とは高圧タンク４内の圧力であり、本実施形態では、高圧タンク４に内圧が保持された状態で該高圧タンク４の一部分が局部的に温度上昇しても、タンク破裂に至る可能性のない圧力である。
本実施形態によれば、高圧タンク４の内圧が第二所定圧力以下になれば該高圧タンク４内のガスの放出が停止されるので、タンク内収容物の無用な放出を抑制することが可能になる。
実施形態１に係る車両の概略図。 実施形態１に係るタンクシステムの概略図。 実施形態１に係るタンクシステムの制御フローチャート。 実施形態１に係るタンクシステムの熱溶解性導電線の抵抗値、高圧タンクの内圧、及び電磁弁の開閉状態の時間経過を示すグラフ。 実施形態１の変形例に係るタンクシステムの概略図。 実施形態２に係るタンクシステムの概略図。 実施形態２に係るタンクシステムの制御フローチャート。 実施形態２に係るタンクシステムの熱溶解性導電線の抵抗値、高圧タンクの内圧、及び電磁弁の開閉状態の時間経過を示すグラフ。
符号の説明
１，２１・・・・・・・・・タンクシステム
２・・・・・・・・・・・・燃料電池
３・・・・・・・・・・・・車両
４・・・・・・・・・・・・高圧タンク
５・・・・・・・・・・・・熱溶解性導電線
６・・・・・・・・・・・・溶栓弁
７・・・・・・・・・・・・電気ヒータ
８，２３・・・・・・・・・減圧装置
９・・・・・・・・・・・・電気式圧力計
１０・・・・・・・・・・・検出回路
１１，２４・・・・・・・・電源回路
１２・・・・・・・・・・・スピーカ
１３・・・・・・・・・・・音声発生回路
１４，２５・・・・・・・・制御装置
１５・・・・・・・・・・・経路
１６・・・・・・・・・・・燃料電池
１７・・・・・・・・・・・サーミスタ
１８・・・・・・・・・・・加速度センサ
１９・・・・・・・・・・・温度センサ
２０・・・・・・・・・・・弁
２２・・・・・・・・・・・電磁弁

Claims (7)

  1. 車両に搭載された高圧タンクと、
    前記高圧タンクの一部分の温度上昇を検出する検出手段と、
    前記高圧タンク内を減圧する減圧手段と、
    前記高圧タンクの一部分の温度上昇が前記検出手段で検出されると該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御する制御手段と、
    前記車両の衝突を感知する衝突感知手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記車両の衝突が前記衝突感知手段で感知されると前記検出手段の検出感度を高くする、
    タンクシステム。
  2. 車両に搭載された高圧タンクと、
    前記高圧タンクの一部分の温度上昇を検出する検出手段と、
    前記高圧タンク内を減圧する減圧手段と、
    前記高圧タンクの一部分の温度上昇が前記検出手段で検出されると該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御する制御手段と、
    前記車両の少なくとも一部分の温度を感知する温度感知手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記車両の少なくとも一部分の温度が所定温度になったことが前記温度感知手段で感知されると前記検出手段の検出感度を高くする、
    タンクシステム。
  3. 前記検出手段は、前記高圧タンクの周囲を取り囲むように配設された熱溶解性導電線を有し、
    前記制御手段は、前記熱溶解性導電線が断線すると前記高圧タンクの少なくとも一部分が温度上昇していると判断して該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御する、
    請求項１又は請求項２に記載のタンクシステム。
  4. 前記検出手段は、前記高圧タンクの表面に配設されたサーミスタを少なくとも二以上有
    し、
    前記制御手段は、前記サーミスタによって検出された温度を互いに比較し、温度差がある場合に前記高圧タンクの少なくとも一部分が温度上昇していると判断して該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御する、
    請求項１又は請求項２に記載のタンクシステム。
  5. 前記高圧タンク内の圧力を感知する圧力感知手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記高圧タンクの少なくとも一部分の温度上昇を検出した後、更に該高圧タンクの内圧が第一所定圧力以上になったことが前記圧力感知手段で感知されると該高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御する、
    請求項１から４の何れかに記載のタンクシステム。
  6. 前記制御手段は、前記高圧タンク内を減圧するように前記減圧手段を制御した後、該高圧タンクの内圧が第二所定圧力以下になったことが前記圧力感知手段で感知されると該高圧タンク内の減圧が止まるように前記減圧手段を制御する、
    請求項５に記載のタンクシステム。
  7. 前記減圧手段は、溶栓弁と、該溶栓弁を加熱する加熱手段と、を有し、
    前記制御手段は、前記溶栓弁を加熱して該溶栓弁を溶解させて前記高圧タンク内を減圧する、
    請求項１から６の何れかに記載のタンクシステム。
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