JP5471143B2

JP5471143B2 - 高圧ガスタンクシステム

Info

Publication number: JP5471143B2
Application number: JP2009184502A
Authority: JP
Inventors: 徹江口; 和幸廣田
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP2011038559A

Description

この発明は高圧ガスタンクシステムに関する。
特に、高圧ガスタンクシステムの開口部周辺構造とその役割を果たす制御機能に関する。

近年、エンジンの代わりに燃料電池をエネルギ源として搭載した燃料電池車両（「ＦＣＶ」ともいう。）が開発されている。
前記燃料電池は、ガス状燃料（「水素ガス」ともいう。）と酸化ガスとの電気化学反応によって発電している。
そして、前記燃料電池に供給されるガス状燃料が貯蔵される容器の１つとして、高圧ガスタンク（「水素タンク」ともいう。）を用いた高圧ガスタンクシステムも開発されている。

特開２００７−４０４３５号公報特開２００７−１５５１１６号公報特開２００７−２００７４５号公報特開２００８−８３７８号公報

ところで、従来の四輪ＦＣＶは高圧ガスタンクを搭載している。
この高圧ガスタンクの開口部にはバルブが取り付けられており、このバルブ内の電磁弁を開閉することにより、高圧なガス状燃料を放出することが可能となっている。
このとき、前記高圧ガスタンクから高圧なガス状燃料を放出すると、断熱膨張により高圧ガスタンク内のガス温度が低下し、その結果、高圧ガスタンクのタンクユニット全体の温度が氷点下まで下がる場合がある。
前記高圧ガスタンクと前記バルブとの機密性を保つするために、接合面部位にＯリング（「オーリング」）が挿入されている。
しかし、温度が低下（保障温度は−４０度）してくると、Ｏリングのゴムが硬化し、機密性を保つことができなくなってくるため、温度に関してタンクユニットのボルトネックとなり、高圧なガス状燃料をより長時間放出する場合には、Ｏリングの温度に注意を払う必要があるという不都合がある。

この発明は、高圧ガス（特に「水素ガス」）が漏れないように高圧ガスタンクシステムの密閉性を確保すること、開口部周辺構造におけるガスの取り出し通路を複雑にしないこと、密閉性を確保するために効率的な開口部周辺構造を提供すること、開口部周辺構造の密閉性を確保するための制御機能を簡略化することを目的とする。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、高圧のガス状燃料を貯蔵する高圧ガスタンクと、この高圧ガスタンクに設けられてガス状燃料を充填あるいは放出する開口周辺部と、この開口周辺部に設けられガス状燃料が前記高圧ガスタンク外部に漏洩することを防止するシール部材とを備えた高圧ガスタンクシステムにおいて、前記開口周辺部を、前記高圧ガスタンクに一体のタンク口金と、このタンク口金に取り付けられるバルブブロックとにより構成し、このバルブブロックには前記タンク口金の端部付近となる位置に環状溝空間を形成し、この環状溝空間に臨むようにして前記タンク口金と前記バルブブロックとの間に前記シール部材を設ける一方、前記バルブブロックには、前記環状溝空間に臨むようにして温度センサを設け、前記バルブブロックの内部に前記シール部材に沿うようにヒータの発熱部を設け、このヒータの発熱部は、このヒータの発熱部から前記シール部材までの距離と前記ヒータの発熱部から前記温度センサまでの距離とが等しくなるように配置され、前記ヒータの発熱部に通電制御する制御装置を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、温度低下に伴うシール部材の硬化を防止できる。
また、硬化に起因して発生する密閉性の低下、ガス状燃料の漏洩といった問題をなくすことができる。
更に、シール部材が部分露出する環状溝空間が、温度センサの検出位置となり、共通する空間の温度で管理できるので、温度管理の精度が高い。

図１は図４の矢視Ｘ部分における高圧ガスタンクの開口周辺部を改良した状態の要部拡大断面図である。（実施例１）図２は高圧ガスタンクシステムのシステム図である。（実施例１）図３は高圧ガスタンクの斜視図である。（実施例１）図４は高圧ガスタンクの開口周辺部の概略拡大断面図である。（実施例１）図５は図４の矢視Ｙ部分の斜視図である。（実施例１）図６は高圧ガスタンクシステムのヒータ制御用フローチャートである。（実施例１）

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図２及び図３において、１は高圧ガスタンクシステム、２は高圧ガスタンク（「水素タンク」ともいう。）である。
前記高圧ガスタンクシステム１は、図２に示す如く、車両３に搭載されるものであり、この車両３には充填所４によって高圧なガス状燃料が供給される。
また、前記高圧ガスタンクシステム１は、高圧のガス状燃料を貯蔵する高圧ガスタンク２と、この高圧ガスタンク２に設けられてガス状燃料を充填あるいは放出する開口周辺部５と、この開口周辺部５に設けられガス状燃料が前記高圧ガスタンク２外部に漏洩することを防止するシール部材、例えばＯリング６とを備えている。
つまり、前記高圧ガスタンクシステム１は、図２に示す如く、車両３に高圧ガスタンク２と開口周辺部５と減圧弁７と燃料電池８とを搭載している。
前記高圧ガスタンク２の充填側の第１ガス経路９は、開口周辺部５からフィルタ１０を介して充填口１１に連絡しており、この充填口１１を前記充填所４に連絡させることによって、前記高圧ガスタンク２へのガス状燃料の充填が可能となっている。
前記高圧ガスタンク２の放出側の第２ガス経路１２は、開口周辺部５から前記減圧弁７を介して燃料電池８に連絡している。
また、前記開口周辺部５には制御装置１３が接続されている。

ここで、前記高圧ガスタンク２の開口周辺部５の詳細を説明する。
まず、一般的な構成について説明する。
前記開口周辺部５を、前記高圧ガスタンク２に一体のタンク口金１４と、このタンク口金１４に取り付けられるバルブブロック１５とにより構成する。
そして、図４に示す如く、前記高圧ガスタンク２の開口１６に圧入される管状の前記タンク口金１４と、このタンク口金１４の内周面部位に取り付ける前記バルブブロック１５とにより前記開口周辺部５を構成する。
つまり、この開口周辺部５は、前記高圧ガスタンク２に一体に固定された前記タンク口金１４と、このタンク口金１４にねじ構造などによって着脱可能に取り付けられる前記バルブブロック１５とから構成される。
このとき、前記タンク口金１４は、図４に示す如く、管状に形成する際に、圧入側後端にフランジ部１７を形成するとともに、内周面の中央部位には螺合用のタンク口金１４側第１ネジ部１８を形成する。
そして、前記タンク口金１４の内周面部位において、タンク口金１４側第１ネジ部１８よりも圧入側先端に環状の凹部１９を形成し、この凹部１９にシール部材である前記Ｏリング６を配設する。
また、前記バルブブロック１５は、図４に示す如く、前記タンク口金１４の内部空間を通過し、前記高圧ガスタンク２に至る棒状に形成した第１本体部２０ａと、この第１本体部２０ａよりも大径に形成し、前記タンク口金１４に螺合する第２本体部２０ｂと、この第２本体部２０ｂよりもさらに大径に形成し、前記タンク口金１４のフランジ部１７に接触する第３本体部２０ｃとからなる。
そして、前記バルブブロック１５は、図４に示す如く、前記第１本体部２０ａの先端に前記高圧ガスタンク２内の温度を検出する第１温度センサ２１を設け、この第１温度センサ２１を第１〜第３本体部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを軸方向に貫通する第１信号線２２により前記制御装置１３に接続する。
また、この第１本体部２０ａの先端には、図４に示す如く、ガス状燃料経路２３も形成されており、このガス状燃料経路２３は第１〜第３本体部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを軸方向に貫通して第３本体部２０ｃに到達した際に、第３本体部２０ｃの径方向に指向方向が変更され、その後に図示しないバルブを経て、前記第１ガス経路９または前記第２ガス経路１２に連絡される。
つまり、前記バルブブロック１５のうちタンク口金１４を貫通する部分および前記高圧ガスタンク２の内部空間Ｓに延出する部分には、その中心（ほぼタンク口金１４の中心軸と一致）に水素ガス通路である前記ガス状燃料経路２３が形成される。
更に、前記第２本体部２０ｂの先端近傍には、図４に示す如く、第２温度センサ２４を設け、この第２温度センサ２４を第２、第３本体部２０ｂ、２０ｃを軸方向に貫通する第２信号線２５により前記制御装置１３に接続する。
この第２本体部２０ｂの外周面の中央部位には、前記タンク口金１４側第１ネジ部１８に係合させるための螺合用のバルブブロック１５側第２ネジ部２６を形成する。
そして、前記バルブブロック１５の第３本体部２０ｃには、図４に示す如く、ヒータ２７を埋設し、このヒータ２７の発熱部２８を前記第２本体部２０ｂのＯリング６及び第２温度センサ２４近傍に位置させる。

そして、この実施例においては、前記バルブブロック１５には前記タンク口金１４の端部付近となる位置に環状溝空間２９を形成し、この環状溝空間２９に臨むようにして前記タンク口金１４と前記バルブブロック１５との間に前記シール部材であるＯリング６を設ける一方、前記バルブブロック１５には、その内部に前記シール部材であるＯリング６に沿うように前記ヒータ２７の発熱部２８を設けるとともに、前記環状溝空間２９に臨むようにして前記第２温度センサ２４を設け、前記ヒータ２７の発熱部２８に通電制御する前記制御装置１３を備えている。
詳述すれば、前記タンク口金１４と前記バルブブロック１５とを一体に取り付けた状態では、前記高圧ガスタンク２の内部空間Ｓに臨むタンク口金１４の端部付近において、バルブブロック１５には前記環状溝空間２９を呈する区画Ａを設ける。
つまり、前記バルブブロック１５の第２本体部２０ｂ先端の外周部位に、図１に示す如く、前記環状溝空間２９を形成する。
また、前記タンク口金１４と前記バルブブロック１５との間には、前記シール部材であるＯリング６が設けてあり、このＯリング６は前記区画Ａに臨むように設けてある。
このとき、このＯリング６が永きにわたって十分なシール性を発揮するためには、凍結などの変質を促進してしまう状態を避けるようにする。
つまり、前記シール部材であるＯリング６は、環状溝空間２９に臨むようにして前記タンク口金１４と前記バルブブロック１５の第２本体部２０ｂとの間に設ける。
更に、前記バルブブロック１５の内部には、前記ヒータ２７を内蔵して設けてある。
このヒータ２７は、前記シール部材であるＯリング６の近傍かつ内環状に発熱部２８を配設している。
この発熱部２８は、前記第２温度センサ２４よりもシール部材であるＯリング６寄りの位置となっている。
そして、前記ヒータ２７の発熱部２８からシール部材であるＯリング６までの距離Ｌ１と、前記ヒータ２７の発熱部２８から第２温度センサ２４までの距離Ｌ２とをほぼ等しくすることによって、熱伝導を経た結果のそれぞれの温度がほぼ等しいものになる。
つまり、前記バルブブロック１５の第２本体部２０ｂには、その内部に前記シール部材であるＯリング６に沿うように前記ヒータ２７の発熱部２８を設ける。
このとき、ヒータ２７は、図１及び図５に示す如く、前記バルブブロック１５の第２本体部２０ｂ内をヒータ線３０がＯリング６及び第２温度センサ２４の取付位置近傍まで設けられ、このヒータ線３０の先端部位において前記シール部材であるＯリング６に沿うように内環状に配設されるものである。
更にまた、前記バルブブロック１５には、図１に示す如く、前記区画Ａに臨むように、前記第２温度センサ２４を設けている。
このとき、この第２温度センサ２４は、ガス状燃料の温度と前記開口周辺部５の温度との境界付近において互いの影響を及ぼし合った繊細な場所の温度を測ることができる。
そして、前記区画Ａの前記環状溝空間２９に臨むようにして設けられている。
前記第２温度センサ２４は、図１に示す如く、前記環状溝空間２９は、前記高圧ガスタンク２の内部空間Ｓに連通しているので、ガス状燃料の温度に対する感度も良好であるが、容積に対して前記開口周辺部５（前記タンク口金１４と前記バルブブロック１５）の壁面に接する面積が広いので、開口周辺部５の温度に対してきわめて感度が良い。
前記ヒータ２６は、前記制御装置１３によって通電制御される。
従って、温度低下に伴うシール部材であるＯリング６の硬化を防止できる。
また、硬化に起因して発生する密閉性の低下、ガス状燃料の漏洩といった問題をなくすことができる。
更に、シール部材であるＯリング６が部分露出する環状溝空間２９が、第２温度センサ２４の検出位置となり、共通する空間の温度で管理できるので、温度管理の精度が高い。

前記制御装置１３は、第２温度センサ２４の検出温度に基づいて検出温度が所定温度以上となるようにヒータ２７の発熱部２８に通電制御する。
つまり、前記高圧ガスタンク２内のガス状燃料の放出に伴い、タンクユニットである前記高圧ガスタンクシステム１の環状溝空間２９の温度が低下する。
このとき、前記制御装置１３で通電制御される前記ヒータ２７の温度制御を、例えば、前記高圧ガスタンク２の法規制温度の下限値である−４０度近傍となる所定温度Ｔ１を管理値として、それ以下に下がらないようにするだけのもっとも短時間となる通電制御とすることで、前記第２温度センサ２４の検出温度に悪影響を与えることなく、前記シール部材であるＯリング６の温度にきわめて近い正確な温度を検知することが可能となる。
従って、所定温度Ｔ１を超えて低温にならないようにし、所定温度Ｔ１より高い温度となるほど過剰に通電することがないので、前記第２温度センサ２４の検出精度を損なうことがない。温度に影響を与えない。
また、前記ヒータ２７への通電量が少ないので、温度管理システムを大きくしなくても良い。

次に、図６の前記高圧ガスタンクシステム１のヒータ制御用フローチャートに沿って作用を説明する。

この高圧ガスタンクシステム１のヒータ制御用プログラムがスタート（１０１）すると、前記第２温度センサ２４入力の処理（１０２）に移行する。
この処理（１０２）は、第２温度センサ２４の検出した検出温度信号を前記制御装置１３に入力させる処理である。
そして、この第２温度センサ２４入力の処理（１０２）の後には、第２温度センサ２４の値、つまり、第２温度センサ２４の検出温度が所定温度Ｔ１より高いか否かの判断（１０３）に移行する。
この第２温度センサ２４の値が所定温度Ｔ１より高いか否かの判断（１０３）において、判断（１０３）がＹＥＳの場合には、前記制御装置１３による前記ヒータ２６の通電制御を行わず、「ヒータ非通電」の処理（１０４）に移行し、そのまま、後述するリターン（１０６）に移行する。
また、第２温度センサ２４の値が所定温度Ｔ１より高いか否かの判断（１０３）がＮＯの場合には、前記高圧ガスタンク２の環状溝空間２９部分の温度が必要以上に低下、つまり所定温度Ｔ１以下となっているため、前記制御装置１３による前記ヒータ２６の通電制御を行うために、「ヒータ通電」の処理（１０５）に移行し、そのままリターン（１０６）に移行する。
なお、上述の「ヒータ通電」の処理（１０５）においては、前記高圧ガスタンク２が法規制温度の下限値である−４０度近傍、つまり所定温度Ｔ１以下に下がらないようにするだけの処理であるため、もっとも短時間となる通電制御を実現している。

１高圧ガスタンクシステム
２高圧ガスタンク（「水素タンク」ともいう。）
３車両
４充填所
５開口周辺部
６Ｏリング
７減圧弁
８燃料電池
１３制御装置
１４タンク口金
１５バルブブロック
２１第１温度センサ
２３ガス状燃料経路
２４第２温度センサ
２７ヒータ
２８発熱部
２９環状溝空間
Ａ区画
Ｔ１所定温度

Claims

高圧のガス状燃料を貯蔵する高圧ガスタンクと、この高圧ガスタンクに設けられてガス状燃料を充填あるいは放出する開口周辺部と、この開口周辺部に設けられガス状燃料が前記高圧ガスタンク外部に漏洩することを防止するシール部材とを備えた高圧ガスタンクシステムにおいて、前記開口周辺部を、前記高圧ガスタンクに一体のタンク口金と、このタンク口金に取り付けられるバルブブロックとにより構成し、このバルブブロックには前記タンク口金の端部付近となる位置に環状溝空間を形成し、この環状溝空間に臨むようにして前記タンク口金と前記バルブブロックとの間に前記シール部材を設ける一方、前記バルブブロックには、前記環状溝空間に臨むようにして温度センサを設け、前記バルブブロックの内部に前記シール部材に沿うようにヒータの発熱部を設け、このヒータの発熱部は、このヒータの発熱部から前記シール部材までの距離と前記ヒータの発熱部から前記温度センサまでの距離とが等しくなるように配置され、前記ヒータの発熱部に通電制御する制御装置を備えていることを特徴とする高圧ガスタンクシステム。
前記制御装置は、温度センサの検出温度に基づいて検出温度が所定温度以上となるようにヒータの発熱部に通電制御することを特徴とする請求項１に記載の高圧ガスタンクシステム。