JP6060926B2 - ガス収容タンク - Google Patents

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Description

本発明は、ガス収容タンクに関する。
従来、圧縮ガスなどを収容するタンクでは、タンクの温度が何らかの理由で上昇した場合、タンク内のガスを逃がすための方法として、温度の上昇に伴ってタンク内のガスを放出する安全弁を設置する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１の技術は、安全弁に良熱伝導手段を設けることにより、安全弁から離れた部位で熱が発生した場合においても、安全弁を適切に加熱させる技術である。
特開２００５−３１５２９４号公報 特開２０１１−１４９５４５号公報
しかし、特許文献１の技術では、良熱伝導手段が安全弁に熱を伝える際、良熱伝導手段が空気と接している部分において熱の放出が起こる。このため、安全弁に熱を伝える手段として、より効率的に安全弁に熱を伝える手段が望まれていた。この要望は、熱発生源と安全弁とが遠いほど顕著となる傾向にある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、
ガスを内部に収容するタンク本体と、
所定の温度以上に加熱された場合に、前記タンク本体に収容された前記ガスを放出する安全弁と、
前記タンク本体の外部に設置され、前記安全弁に熱を伝える伝導部材と、
前記伝導部材の少なくとも一部を覆い、前記伝導部材と比べて断熱性を有する断熱部材、を備え、
前記伝導部材及び前記断熱部材は、前記タンク本体とは離れた位置に配されており、
前記所定の温度は６００度よりも低く、
前記断熱部材の耐熱温度は６００度よりも低く、前記所定の温度よりも高い、ガス収容タンクである。
（１）本発明の一形態によれば、ガス収容タンクが提供される。このガス収容タンクは、ガスを内部に収容するタンク本体と、所定の温度以上に加熱された場合に、前記タンク本体に収容された前記ガスを放出する安全弁と、前記タンク本体の外部に設置され、前記安全弁に熱を伝える伝導部材と、前記伝導部材の少なくとも一部を覆い、前記伝導部材と比べて断熱性を有する断熱部材、を備え、前記所定の温度は６００度よりも低く、前記断熱部材の耐熱温度は６００度よりも低く、前記所定の温度よりも高い。この形態によれば、伝導部材が熱を伝える際、断熱部材によって空気への熱の放出を抑制できる。このため、伝導部材は、効率的に熱を安全弁へ伝えることができる。また、断熱部材の耐熱温度は６００度よりも低いため、６００度より高い熱が断熱部材に伝わった場合、その部分の断熱部材については溶出し、伝導部材に熱が伝わる。一方、断熱部材の耐熱温度は所定の温度よりも高いため、所定の温度よりも高い温度が断熱部材に伝わった場合でも溶出しない。このため、伝導部材は、効率的に熱を安全弁へ伝えることができる。
（２）上記形態のガス収容タンクにおいて、前記断熱部材は、非発泡性ゴムまたは非発泡性樹脂から形成されるとしてもよい。この形態によれば、断熱部材を発泡性樹脂とした場合に比べて、６００度より高い熱が断熱部材に伝わった場合、その部分の断熱部材は迅速に溶出する。このため、伝導部材は、効率的に熱を安全弁へ伝えることができる。
（３）上記形態のガス収容タンクにおいて、前記伝導部材の一部は、前記タンク本体の胴体部に沿って配置されており、前記断熱部材は、前記伝導部材の一部であって、前記タンク本体の胴体部に沿って配置された部分を少なくとも覆うとしてもよい。この形態によれば、伝導部材の一部であって、タンク本体の胴体部に沿って配置された部分について、断熱部材で覆うことにより、タンク本体の胴体部に沿って配置された部分において放熱が抑制できる。また、タンク本体への不要な入熱を防ぐことができる。
（４）上記形態のガス収容タンクにおいて、前記断熱部材は、前記伝導部材の全面を覆うとしてもよい。この形態によれば、伝導部材が熱を伝える際、断熱部材によって空気への熱の放出をより抑制できる。このため、伝導部材は、効率的に熱を安全弁へ伝えることができる。
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガス収容タンクの製造方法、またはその製造方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
本発明の第１実施形態におけるタンク５０の概略構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態におけるタンク５０の断面構成を示す説明図である。 伝熱部１５の断面を示す説明図である。 断熱部材４０を用いない場合のタンクを示す図である。 断熱部材４０を備えるタンク５０を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるタンク６０の断面の概略構成を示す説明図である。 本発明の第３実施形態におけるタンク７０の概略構成を示す説明図である。
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態におけるタンク５０の概略構成を示す説明図である。本実施形態において、タンク５０は、燃料電池用のガス収容タンクである。ガスの一例としては水素が挙げられる。タンク５０は、タンク本体２０と、安全弁１３と、伝熱部１５とを備える。
図２は、本発明の第１実施形態におけるタンク５０の断面構成を示す説明図である。タンク本体２０は、ガスを内部に収容しており、ライナー１０と繊維層１６とを備える。
ライナー１０は、燃料電池に供給するガスを収容する密閉容器である。ライナー１０は、中央部分に形成された略円筒状の胴体部１１と、胴体部１１の両端から連続して形成された略半球状のドーム部１２とを備える。ライナー１０の材料としては、高強度のアルミニウム材やステンレス材や、樹脂材を用いることができる。
繊維層１６は、ライナー１０の強度を上げるために、ライナー１０を覆う層であって、繊維から形成される層である。本実施形態において、繊維はカーボン繊維である。
安全弁１３は、安全弁本体２３と、ガス放出路２１に充填された閉鎖部２２とを備える。安全弁１３は、ライナー１０のドーム部１２の先端に設けられている。
ガス放出路２１は、ライナー１０の内部と外部とをつなぐ経路である。ガス放出路２１は、平常時において、合金により形成された閉鎖部２２が充填されている。このため、平常時において、閉鎖部２２によりガス放出路２１は密閉されている。しかし、安全弁１３が所定の温度Ｔ以上に加熱された場合、閉鎖部２２が溶融する。この結果、ガス放出路２１が開き、安全弁１３はタンク本体２０に収容されたガスを放出する。なお、所定の温度Ｔとは、この温度以上に安全弁１３が加熱された場合にガスを放出する温度である。所定の温度Ｔは、６００度よりも低い。本明細書において、温度はセ氏で表す。本実施形態において、所定の温度Ｔは１００〜１２０度から適宜選択するものとする。また、本実施形態において、閉鎖部２２は、ビスマスを用いた合金により形成される。また、図示していないが、ガスを燃料電池等に供給するガス管が伝熱部とは別部材としてタンクに設置されている。
図３は、伝熱部１５の断面を示す説明図である。伝熱部１５は、伝導部材３０と、伝導部材３０を覆う断熱部材４０とを備える。
伝導部材３０は、タンク５０本体の外部に設置されている。伝導部材３０は、安全弁１３から安全弁１３が設置された側とは反対側に向かって延伸している。伝導部材３０は、安全弁１３と治具によって固定されており、安全弁１３へ熱を伝える。伝導部材３０は、熱伝導性を有する材料により形成される。本実施形態において、伝導部材３０は、安全弁１３の熱伝導率と同等またはそれ以上の熱伝導率を有する部材から形成される。本実施形態において、伝導部材３０はヒートパイプを用いる。なお、伝導部材３０として、例えば、アルミニウムやスチールなどの金属を用いてもよく、樹脂を用いてもよい。
断熱部材４０は、伝導部材３０の少なくとも一部を覆い、伝導部材３０と比べて断熱性を有する。本実施形態において、断熱部材４０は、伝導部材３０の全面を覆うように形成されている。つまり、伝導部材３０は、安全弁１３と接続された部分以外は断熱部材４０に覆われている。本実施形態において、伝導部材３０の一部は、タンク５０本体の胴体部に沿って配置されており、断熱部材４０は、伝導部材３０の一部であって、タンク５０本体の胴体部に沿って配置された部分を少なくとも覆う（図１参照）。このため、伝導部材の一部であって、タンク本体の胴体部に沿って配置された部分について、断熱部材で覆うことにより、タンク本体の胴体部に沿って配置された部分において放熱が抑制できる。また、タンク本体への不要な入熱を防ぐことができる。
断熱部材４０の耐熱温度は、６００度よりも低く、所定の温度Ｔよりも高い。ここで、断熱部材４０の耐熱温度とは、断熱部材４０が溶出し始める温度をいう。このようにすることにより、断熱部材の耐熱温度は６００度よりも低いため、６００度より高い熱が断熱部材に伝わった場合、その部分の断熱部材については溶出し、伝導部材に熱が伝わる。一方、断熱部材の耐熱温度は所定の温度Ｔよりも高いため、所定の温度Ｔよりも高い温度が断熱部材に伝わった場合でも溶出しない。このため、伝導部材は、効率的に熱を安全弁へ伝えることができる。なお、炎の温度は６００度から９００度を例示できる。
断熱部材４０は、非発泡性ゴムまたは非発泡性樹脂を用いることが好ましい。本実施形態において、断熱部材４０としてシリコーンを用いる。断熱部材４０として非発泡性ゴムまたは非発泡性樹脂を用いた場合、断熱部材４０として発泡性樹脂を用いる場合と比べて、６００度以上に断熱部材４０が加熱された場合に、その部分の断熱部材は迅速に溶出する。このため、断熱部材４０として非発泡性ゴムまたは非発泡性樹脂を用いた場合、伝導部材３０は効率的に熱を安全弁１３へ伝えることができる。なお、発泡性樹脂は樹脂中に気泡を含んでいるため、熱の伝導性が低く、迅速に溶出しない。発泡性樹脂とは、樹脂中にガスを細かく分散させることにより、発泡状または多孔質形状に形成された樹脂をいう。非発泡性樹脂とは、発泡性樹脂以外の樹脂をいう。
図４は、断熱部材４０を用いない場合のタンクを示す図である。Ｂの部分より６００度以上の熱が伝わったと仮定する。この場合、Ｂの部分の熱がＡの部分に伝わるまでに大気へ熱が放出される。このため、Ａ断面の温度は、Ｂ断面の温度と比較して低いと考えられる。
左下の図は、Ａ−Ａ断面の伝導部材３０を示し、右下の図はＢ−Ｂ断面の伝導部材３０を示す。両方の断面において、断熱部材４０は設けられていないため、違いはない。
図５は、断熱部材４０を備えるタンク５０を示す図である。Ｄの部分より伝熱部１５に６００度以上の熱が伝わったと仮定する。この場合、６００度以上に過熱された部分の断熱部材４０が溶出した後、伝導部材３０が露出する。その結果、伝導部材３０の露出した部分から熱が伝わる。その後、Ｄの部分の熱がＣの部分まで伝わる。
左下の図は、Ｃ−Ｃ断面の伝熱部１５を示し、右下の図は、Ｄ−Ｄ断面の伝熱部１５を示す。右下の図は、６００度以上に加熱された部分の断熱部材４０が溶出したため、伝導部材３０の一部が露出していることを示している。
タンク５０によれば、伝導部材３０からの大気への熱の放出が断熱部材４０により抑制される。このため、伝導部材は、図４に示すタンクと比較して効率的に熱を安全弁へ伝えることができる。
Ｂ．第２実施形態
図６は、本発明の第２実施形態におけるタンク６０の断面の概略構成を示す説明図である。第２実施形態におけるタンク６０は、第１実施形態におけるタンク５０と比較して、伝熱部１５に替えて伝熱部１１５がタンク本体２０の全体を覆う点が異なるが、それ以外は同じである。
第２実施形態におけるタンク６０において、タンク本体２０を伝導部材１３０が覆い、伝導部材１３０を断熱部材１４０が覆う。なお、タンク本体２０と伝導部材１３０との間には隙間がある。このようにすることにより、タンク６０の周囲に６００度以上の熱が発生した場合に、より確実に安全弁１３へ熱を伝達することができる。
Ｃ．第３実施形態
図７は、本発明の第３実施形態におけるタンク７０の概略構成を示す説明図である。第３実施形態におけるタンク７０は、第１実施形態におけるタンク５０と比較して、伝熱部１５に替えて伝熱部２１５がタンク本体２０の周囲に螺旋状に構成されている点が異なるが、それ以外は同じである。なお、タンク本体２０と伝熱部２１５との間には隙間がある。このようにすることにより、タンク６０の周囲に６００度以上の熱が発生した場合に、第１実施形態におけるタンク５０と比較して、より確実に安全弁１３へ熱を伝達することができる。
Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
本実施形態において、伝導部材３０の全面に断熱部材４０を覆う構成としている。しかし、本発明はこれに限定されない。断熱部材４０は、伝導部材３０の一部を覆っていればよい。このようにすることにより、断熱部材４０が伝導部材３０を覆わない場合と比較して、大気への放熱を抑制できる。伝導部材３０の一部を断熱部材４０が覆う構成としては、例えば、熱が発生する可能性の高い部分に断熱部材４０を設けず、それ以外の伝導部材３０に断熱部材４０を設ける構成が挙げられる。この構成の場合、断熱部材４０が設けられていない部分から熱が伝わった場合、迅速に伝導部材３０へ熱が伝わり、伝導部材３０から安全弁１３へ迅速に熱が伝わる。
Ｄ２．変形例２：
本実施形態において、伝導部材３０は１つである。しかし、本発明はこれに限られず、安全弁１３へ熱を伝える伝導部材は複数であってもよい。伝導部材を複数設けることにより、より確実に安全弁１３へ熱を伝達できる。
Ｄ３．変形例３：
本実施形態において、伝導部材３０は、略円柱状に形成されている。しかし、本発明はこれに限られず、伝導部材３０は、板状などとしてもよい。
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…ライナー
１１…胴体部
１２…ドーム部
１３…安全弁
１５…伝熱部
１６…繊維層
２０…タンク本体
２１…ガス放出路
２２…閉鎖部
２３…安全弁本体
３０…伝導部材
４０…断熱部材
５０…タンク
６０…タンク
７０…タンク
１１５…伝熱部
１３０…伝導部材
１４０…断熱部材
２１５…伝熱部
Ｔ…所定の温度

Claims (4)

  1. ガスを内部に収容するタンク本体と、
    所定の温度以上に加熱された場合に、前記タンク本体に収容された前記ガスを放出する安全弁と、
    前記タンク本体の外部に設置され、前記安全弁に熱を伝える伝導部材と、
    前記伝導部材の少なくとも一部を覆い、前記伝導部材と比べて断熱性を有する断熱部材、を備え、
    前記伝導部材及び前記断熱部材は、前記タンク本体とは離れた位置に配されており、
    前記所定の温度は６００度よりも低く、
    前記断熱部材の耐熱温度は６００度よりも低く、前記所定の温度よりも高い、ガス収容タンク。
  2. 請求項１に記載のガス収容タンクであって、
    前記断熱部材は、非発泡性ゴムまたは非発泡性樹脂から形成される、ガス収容タンク。
  3. 請求項１または請求項２に記載のガス収容タンクであって、
    前記伝導部材の一部は、前記タンク本体の胴体部に沿って配置されており、
    前記断熱部材は、前記伝導部材の一部であって、前記タンク本体の胴体部に沿って配置された部分を少なくとも覆う、ガス収容タンク。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガス収容タンクであって、
    前記断熱部材は、前記伝導部材の全面を覆う、ガス収容タンク。
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