JP5007809B2 - 高圧タンク - Google Patents
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Description
本発明は高圧タンクに関する。さらに詳述すると、本発明は圧縮ガスなどを収容する高圧タンクに関する。
圧縮ガスなどを収容する高圧タンク（ガスボンベ）には、雰囲気温度が何らかの理由で異常上昇した際、溶栓が解けて開放するという構造の安全弁（本明細書ではこれを溶栓弁ともいう）が装着されているものがある。例えば火災などにより高圧タンクの温度が異常上昇した場合、当該溶栓弁が作動することによってタンクがバーストするのが未然に防がれる（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−３１５２９４号公報
上述のような溶栓弁を備えた高圧タンクについては、仮に当該高圧タンクのエンド側（上述の溶栓弁や口金とは反対の例えばタンク底側）において火災が生じたとしても溶栓弁を迅速に作動させてタンク内のガスを放出することが重要である。
そこで、本発明は、当該高圧タンクのうち溶栓弁とは反対側（エンド側）において火災が生じたような場合にもタンク内のガスを迅速に放出できるようにした高圧タンクを提供することを目的とする。
上述のように高圧タンクのエンド側（溶栓弁とは反対の側）で火災が生じたような場合、例えばタンクのＦＲＰ層が焼かれる等し、層が薄くなると内圧を保持できなくなり、内圧が大きい場合には当該部分を起点にバーストに至るおそれもある。本発明の高圧タンクはかかる問題を検討した結果得られた着想に基づくものであり、内部にガスを収容するタンク本体と、該タンク本体の開口部に設けられるバルブと、該バルブまたはその近傍に設けられる溶栓弁と、タンク本体のうち溶栓弁から離間した部位が加熱された場合にガスの放出路を形成する開放手段と、を備えている。この構成によれば、仮に当該高圧タンクのエンド側（開口部とは反対の側）が火災等により加熱されたとしてもガスの放出路を形成してタンク内のガスを放出することが可能である。
この場合、開放手段は、例えば加熱された部位の熱を溶栓弁へと伝達する伝熱部材を含む。伝熱部材がタンク本体の外壁に内蔵されていてもよい。伝熱部材は例えばアルミニウム製の薄板からなる。例えば当該高圧タンクの開口部側からエンド側にわたり長尺状の複数の伝熱部材を周方向に間隔をあけて設けた場合、雰囲気温度の異常上昇がタンク本体の開口部側からエンド側におけるいずれの箇所にて生じたとしても、伝熱部材を介して溶栓弁に熱を伝達し、溶融させることができる。
また、本発明にかかる高圧タンクにおいて、開放手段は、加熱された部位が所定温度に達したことを検出するセンサと、該センサによる検出信号を受けてガス放出路を強制的に形成するガス放出路形成装置と、からなる。この場合のガス放出路形成装置は、溶栓弁を所定温度まで加熱するためのヒータであり、あるいは、タンク本体のうち溶栓弁以外のいずれかの部位を変形させてガス放出路を強制的に形成するものである。
センサは、例えば所定温度で断線するヒューズからなる。この場合のヒューズは、線状に形成され、タンク本体の開口部側から該開口部とは反対のエンド側に沿って配設されていることが好ましい。あるいは、当該ヒューズが、タンク本体の開口部側から該開口部とは反対のエンド側に沿って間隔をあけて複数設けられていることも好ましい。
本発明の高圧タンクによれば、当該高圧タンクのうち溶栓弁とは反対側（エンド側）において火災が生じたような場合にもタンク内のガスを迅速に放出することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る高圧タンクについて説明する。
なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。例えば、以下の実施形態では、燃料電池車両に搭載する燃料ガス（高圧水素）の高圧タンクなどに本発明を適用した場合を例示しているが、本発明はこれに限られず、別の種類の圧縮ガスや液化ガスを収容する高圧タンクに適用することができる。
なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。例えば、以下の実施形態では、燃料電池車両に搭載する燃料ガス（高圧水素）の高圧タンクなどに本発明を適用した場合を例示しているが、本発明はこれに限られず、別の種類の圧縮ガスや液化ガスを収容する高圧タンクに適用することができる。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る高圧タンクを説明する。
図１は第１実施形態に係る高圧タンクを説明する概略側断面図である。
図１に示すように、高圧タンク１Ａは、内部に高圧ガス（例えば水素ガス）を充填保管するためのタンク本体２と、このタンク本体２の一端（先端）に設けられた開口部３とを有している。開口部３には図示しない口金部材が設けられており、この口金部材にバルブアッセンブリであるバルブ（タンクバルブ）４が装着されている。バルブ４には、例えば、燃料電池に繋がる配管が接続され、このバルブ４を介してタンク本体２内のガスが配管を介して燃料電池に供給される。
さらにこのバルブ４には溶栓弁５が設けられており、この溶栓弁５によってタンク本体２の内外に連通する図示しない流路が閉鎖されている。この溶栓弁５は、可溶合金からなるもので、所定温度となると可溶合金が軟化溶融して開放し、その結果、タンク本体２内が流路を介して外部に連通した状態となる。
まず、本発明の第１実施形態に係る高圧タンクを説明する。
図１は第１実施形態に係る高圧タンクを説明する概略側断面図である。
図１に示すように、高圧タンク１Ａは、内部に高圧ガス（例えば水素ガス）を充填保管するためのタンク本体２と、このタンク本体２の一端（先端）に設けられた開口部３とを有している。開口部３には図示しない口金部材が設けられており、この口金部材にバルブアッセンブリであるバルブ（タンクバルブ）４が装着されている。バルブ４には、例えば、燃料電池に繋がる配管が接続され、このバルブ４を介してタンク本体２内のガスが配管を介して燃料電池に供給される。
さらにこのバルブ４には溶栓弁５が設けられており、この溶栓弁５によってタンク本体２の内外に連通する図示しない流路が閉鎖されている。この溶栓弁５は、可溶合金からなるもので、所定温度となると可溶合金が軟化溶融して開放し、その結果、タンク本体２内が流路を介して外部に連通した状態となる。
タンク本体２は、細長であり有底の略円筒形状に形成されており、例えば、合成樹脂製のライナーの外周側を、ガラス繊維や炭素繊維などからなる繊維強化層で補強して構成されている。
このタンク本体２には、バルブ４が設けられた先端側（開口部３側）から後端側（エンド側）にわたって、長尺状に形成された複数の伝熱部材６が設けられている。これら伝熱部材６は、熱伝導性に優れた、例えばアルミニウムなどの金属材料等からなるもので、タンク本体２の前後方向（軸方向）に沿って周方向に間隔をあけて設けられている。タンク本体２が例えばＧＦＲＰ層を含む構造の場合、伝熱部材（例えばアルミニウム製の薄板）６をガラス層内に巻き込むようにして設けることができる。
このタンク本体２には、バルブ４が設けられた先端側（開口部３側）から後端側（エンド側）にわたって、長尺状に形成された複数の伝熱部材６が設けられている。これら伝熱部材６は、熱伝導性に優れた、例えばアルミニウムなどの金属材料等からなるもので、タンク本体２の前後方向（軸方向）に沿って周方向に間隔をあけて設けられている。タンク本体２が例えばＧＦＲＰ層を含む構造の場合、伝熱部材（例えばアルミニウム製の薄板）６をガラス層内に巻き込むようにして設けることができる。
上記構造の高圧タンク１Ａにおいて、例えば、火炎などによってバルブ４の周囲の雰囲気温度が異常上昇すると、バルブ４の溶栓弁５の可溶合金が軟化溶融することにより、タンク本体２内が外部に連通される。その結果、タンク本体２内のガスが外部に放出され、タンク本体２の内圧上昇が抑制される。
また、この高圧タンク１Ａでは、その長手方向の後方側（エンド側）にて火炎など温度上昇が生じると、その熱がタンク本体２に埋め込まれた複数の伝熱部材６を介してタンク本体２の先端側にも伝達され、開口部３やバルブ４の近傍の温度が上昇する。
また、この高圧タンク１Ａでは、その長手方向の後方側（エンド側）にて火炎など温度上昇が生じると、その熱がタンク本体２に埋め込まれた複数の伝熱部材６を介してタンク本体２の先端側にも伝達され、開口部３やバルブ４の近傍の温度が上昇する。
そして、このバルブ４やその周囲の温度が異常に上昇すると、バルブ４の溶栓弁５の可溶合金が軟化溶融することにより、タンク本体２内が外部に連通され、その結果、タンク本体２内のガスが外部に放出され、タンク本体２の内圧上昇が抑制される。
このように、上記第１実施形態に係る高圧タンク１Ａによれば、タンク本体２の先端側から後端側にわたって、長尺状に形成された複数の伝熱部材６を周方向に間隔をあけて設けたので、雰囲気温度の異常上昇がタンク本体２の先端側から後端側におけるいずれの箇所にて生じたとしても、複数の伝熱部材６を介してタンク本体２の先端側に設けた溶栓弁５に熱を伝達させて溶融させ、これにより、タンク本体２内のガスを外部に放出させてタンク本体２の内圧上昇を抑制することができる。
これにより、雰囲気温度の上昇による溶栓弁５を迅速に作動させることが可能となり、例えば火災によるタンクバーストといった二次災害に至る可能性を低くすることができる。
これにより、雰囲気温度の上昇による溶栓弁５を迅速に作動させることが可能となり、例えば火災によるタンクバーストといった二次災害に至る可能性を低くすることができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る高圧タンクを説明する。
なお、上記第１実施形態に係る高圧タンク１Ａと同一構成・構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
次に、第２実施形態に係る高圧タンクを説明する。
なお、上記第１実施形態に係る高圧タンク１Ａと同一構成・構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図２は第２実施形態に係る高圧タンクを説明する概略側断面図である。
図２に示すように、高圧タンク１Ｂには、バルブ４が設けられた先端側から後端側にわたって、タンク本体２の下方に線状のヒューズ１１が配設されている。このヒューズ１１は、所定の温度に達することにより溶融して断線する金属材料等で形成されている。
図２に示すように、高圧タンク１Ｂには、バルブ４が設けられた先端側から後端側にわたって、タンク本体２の下方に線状のヒューズ１１が配設されている。このヒューズ１１は、所定の温度に達することにより溶融して断線する金属材料等で形成されている。
また、バルブ４あるいはその近傍には、電気的に溶栓弁５を加熱し、可溶合金を軟化溶融させて開放させ、タンク本体２内を外部に連通させる加熱装置（開放手段）１２が設けられている。
このヒューズ１１には、加熱装置１２によって検出電流が流されており、このヒューズ１１が断線して検出電流が遮断されると、加熱装置１２によってバルブ４の溶栓弁５が加熱されるようになっている。
このヒューズ１１には、加熱装置１２によって検出電流が流されており、このヒューズ１１が断線して検出電流が遮断されると、加熱装置１２によってバルブ４の溶栓弁５が加熱されるようになっている。
上記構造の高圧タンク１Ｂにおいて、例えば、火炎などによってタンク本体２の周囲の雰囲気温度が異常上昇し、タンク本体２の先端側から後端側にわたって設けられたヒューズ１１が所定温度となると、このヒューズ１１が断線し、検出電流が遮断される。これにより、加熱装置１２によってバルブ４の溶栓弁５が加熱され、この溶栓弁５の可溶合金が軟化溶融することにより、タンク本体２内が外部に連通される。その結果、タンク本体２内のガスが外部に放出され、タンク本体２の内圧上昇が抑制される。
このように、上記第２実施形態に係る高圧タンク１Ｂによれば、タンク本体２の先端側から後端側にわたって線状のヒューズ１１を温度センサとして設け、このヒューズ１１の断線結果に基づいてバルブ４を開放する開放手段である加熱装置１２を設けたので、雰囲気温度の異常上昇がタンク本体２の先端側から後端側におけるいずれの箇所にて生じたとしても、ヒューズ１１が温度の異常上昇によって断線することにより、加熱装置１２によってバルブ４の溶栓弁５が溶融されてタンク本体２を外部と連通させ、これにより、タンク本体２の内圧上昇を抑制することができる。
これにより、雰囲気温度の上昇によるバルブ４の作動のさらなる迅速化を図ることができる。
これにより、雰囲気温度の上昇によるバルブ４の作動のさらなる迅速化を図ることができる。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る高圧タンクを説明する。
なお、上記第１実施形態に係る高圧タンク１Ａと同一構成・構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
次に、第３実施形態に係る高圧タンクを説明する。
なお、上記第１実施形態に係る高圧タンク１Ａと同一構成・構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図３は第３実施形態に係る高圧タンクを説明する概略側断面図である。
図３に示すように、高圧タンク１Ｃには、バルブ４が設けられた先端側から後端側に沿って間隔をあけて複数のヒューズ２１が設けられている。これらヒューズ２１は、所定の温度に達することにより溶融して断線する金属材料等で形成されており、例えば、タンク本体２を構成するライナーの外周側の繊維強化層に埋め込まれている。
図３に示すように、高圧タンク１Ｃには、バルブ４が設けられた先端側から後端側に沿って間隔をあけて複数のヒューズ２１が設けられている。これらヒューズ２１は、所定の温度に達することにより溶融して断線する金属材料等で形成されており、例えば、タンク本体２を構成するライナーの外周側の繊維強化層に埋め込まれている。
また、バルブ４には、電気的に溶栓弁５を加熱し、可溶合金を軟化溶融させて開放させ、タンク本体２内を外部に連通させる加熱装置２２が設けられている。これらヒューズ２１には、加熱装置２２によって検出電流が流されており、これらヒューズ２１の少なくともいずれかが断線して検出電流が遮断されると、加熱装置２２によってバルブ４の溶栓弁５が加熱されるようになっている。
上記構造の高圧タンク１Ｃにおいて、例えば、火炎などによってタンク本体２の周囲の雰囲気温度が異常上昇し、タンク本体２の先端側から後端側にわたって間隔をあけて設けられたヒューズ２１のいずれかが所定温度となると、そのヒューズ２１が断線し、検出電流が遮断される。これにより、加熱装置２２によってバルブ４の溶栓弁５が加熱され、この溶栓弁５の可溶合金が軟化溶融することにより、タンク本体２内が外部に連通される。その結果、タンク本体２内のガスが外部に放出され、タンク本体２の内圧上昇が抑制される。
このように、上記第３実施形態に係る高圧タンク１Ｃによれば、タンク本体２の先端側から後端側にわたって複数のヒューズ２１を温度センサとして間隔をあけて設け、これらヒューズ２１の断線結果に基づいてバルブ４を開放する開放手段である加熱装置２２を設けたので、雰囲気温度の異常上昇がタンク本体２の先端側から後端側におけるいずれの箇所にて生じたとしても、少なくともいずれかのヒューズ２１が温度の異常上昇によって断線することにより、加熱装置２２によってバルブ４の溶栓弁５が溶融されてタンク本体２を外部と連通させ、これにより、タンク本体２の内圧上昇を抑制することができる。
これにより、雰囲気温度の上昇によるバルブ４の作動のさらなる迅速化を図ることができる。
これにより、雰囲気温度の上昇によるバルブ４の作動のさらなる迅速化を図ることができる。
なお、上述したように、本実施形態のヒューズ２１はタンク本体２を構成するライナーの外周側に埋め込まれているがこれは一例にすぎず、これ以外の形態であってもよく、例えば、当該ヒューズ２１はタンク本体２の外側表面に取り付けられていてもよい。要は、当該高圧タンクの後端側（本実施形態の場合、バルブ４や溶栓弁５とは逆の側）が火災等で加熱されたような場合に当該温度の異常な上昇を検出することができるものであれば設置の形態は特に限定されない。また、ヒューズ２１の代わりに温度を直接的に検出するセンサを利用してもよい。
あるいは、上述のように溶栓弁５を強制的に作動（溶融）させる以外に、バルブ４やタンク本体２に外力を作用させてガスの放出路を形成するようにしても構わない。すなわち、上述のヒューズ２１や温度センサ等によって温度の異常上昇を検出した場合、バルブ４やタンク本体２の一部を溶融したり粉砕したりする等してガス放出路を形成することにより、タンク内のガスを放出することが可能となる。溶融ないしは粉砕のための手段としては例えばヒータや火薬などを用いることができる。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…高圧タンク、２…タンク本体、３…開口部、４…バルブ、５…溶栓弁、６…伝熱部材、１１，２１…ヒューズ（温度センサ）、１２，２２…加熱装置（開放手段）。
Claims (5)
- 内部にガスを収容するタンク本体と、
該タンク本体の開口部に設けられるバルブと、
該バルブまたはその近傍に設けられる溶栓弁と、
前記タンク本体のうち前記溶栓弁から離間した部位が加熱された場合に前記ガスの放出路を形成する開放手段と、
を備え、
前記開放手段は、前記加熱された部位が所定温度に達したことを検出するセンサと、該センサによる検出信号を受けて前記ガス放出路を強制的に形成するガス放出路形成装置と、からなり、
さらに前記開放手段は、前記加熱された部位の熱を前記溶栓弁へと伝達する伝熱部材を含み、
前記伝熱部材が前記タンク本体の外壁に内蔵されており、
前記センサは、所定温度で断線するヒューズからなり、
前記ヒューズは、線状に形成され、前記タンク本体の前記開口部側から該開口部とは反対のエンド側に沿って配設されていることを特徴とする高圧タンク。 - 前記伝熱部材はアルミニウム製の薄板からなる請求項１に記載の高圧タンク。
- 前記ガス放出路形成装置は、前記溶栓弁を所定温度まで加熱するためのヒータである請求項１に記載の高圧タンク。
- 前記ガス放出路形成装置は、前記タンク本体のうち前記溶栓弁以外のいずれかの部位を変形させて前記ガス放出路を強制的に形成するものである請求項１に記載の高圧タンク。
- 前記ヒューズは、前記タンク本体の前記開口部側から該開口部とは反対のエンド側に沿って間隔をあけて複数設けられている請求項１に記載の高圧タンク。
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