JP6318788B2 - タンク開弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、タンク開弁装置に関する。

高圧ガスタンクは、貯留した高圧ガスをガス消費機器に供給する。例えば、燃料ガスとしての水素ガスを高圧で貯留したタンクは、水素ガスの消費機器である燃料電池に水素ガスを供給する。タンクは、定温環境下に置かれる場合も有り得るが、例えば、燃料電池を搭載した車両では、種々の温度環境において使用されるので、高温環境下に置かれる等の理由によりタンク内圧が上昇することも有り得る。こうした場合に、感熱管に封入した水の蒸発で高まる蒸気圧を利用して、タンク内ガスを放出する手法が提案されている（例えば、特許文献１等）。

特開２０１１−１４９５４５号公報

上記の放出手法では、感熱管に封入した水の蒸発が進んで蒸気圧が高まらないとガス放出がなされないので、ガス放出の応答性に欠けることが危惧される。こうしたことから、高い応答性でガス放出をもたらす手法が要請されるに到った。

上記した課題を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、タンク開弁装置が提供される。このタンク開弁装置は、高圧ガスを貯留したタンクのタンク開弁装置であって、タンク外圧の上昇を検知する検知部を備えて前記タンクに装着され、前記検知部が所定以上のタンク外圧上昇を検知するとタンク内ガスを放出する圧力検知式開放弁と、前記検知部と導通して前記圧力検知式開放弁に接続され、前記圧力検知式開放弁からタンク外部に延びる検知部導通管と、該検知部導通管に配設され、前記検知部導通管の管路を経て前記検知部にガスを高圧で放出可能なガス放出部とを備える。ガス放出部が作動して放出されるガスは、高圧である故に、検知部導通管の管路を経て速やかに検知部に到達し、検知部へのガス到達は、ガス放出部の作動に対して高い応答性でなされる。よって、上記形態のタンク開弁装置によれば、高い応答性でタンク内ガスを放出できる。この場合、ガス放出部による高圧ガス放出は、ガス放出部の周縁の火炎による着火によって、或いはガス放出部に加わった衝撃によってもなされるようにできるので、上記形態のタンク開弁装置によれば、火炎発生或いは衝撃印加に対して高い応答性でタンク内ガスを放出できる。この他、上記形態のタンク開弁装置が装着された高圧ガスタンクは、火炎発生或いは衝撃印加に対して高い応答性でタンク内ガスを放出する。そして、こうした高圧ガスタンクと燃料電池とを備えた燃料電池システム、或いは燃料電池システムを用いた燃料電池車両や発電プラントでは、温度上昇に伴う高い応答性でのガス放出に関連する機器構成の簡略化や低コスト化を可能とする。

（２）上記した形態のタンク開弁装置において、前記ガス放出部は、前記検知部導通管の管路に複数配設されているようにできる。こうすれば、検知部への高圧ガス到達の機会が増えるので、火炎発生或いは衝撃印加に対しての高い応答性でのタンク内ガスの放出機会を確保できる。

（３）上記した形態のタンク開弁装置において、前記検知部の側からのガス通過を前記検知部導通管の管路において遮断する逆止弁を備え、該逆止弁は、前記ガス放出部が前記検知部導通管の管路に前記高圧ガスを放出するガス放出箇所の下流に配設されているようにできる。こうすれば、ガス放出部の放出した高圧ガスを検知部の側にのみ至らしめるので、ガス放出の応答性がより高まる。

（４）上記したいずれかの形態のタンク開弁装置において、前記ガス放出部を有する前記検知部導通管を複数備え、該複数の前記検知部導通管は前記圧力検知式開放弁から異なる経路でタンク外部に延びるようにできる。こうすれば、ガス放出部の作動をもたらす火炎発生や衝撃印加の範囲が広がるので、ガス放出のための検知領域も拡大し、火炎発生や衝撃印加に対するガス放出の信頼性も向上する。

なお、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、上記形態のタンク開弁装置が装着された高圧ガスタンクとしての形態の他、タンクと燃料電池とを含む燃料電池システムや当該システムを搭載した燃料電池搭載車両としての形態、工場や店舗或いは住居等に設置した燃料電池とタンクとを含んだ発電プラントとしての形態とすることもできる。

本発明の実施形態としての燃料電池搭載車両２０を概略的に平面視して示す説明図である。 高圧ガスタンク１５２を図１におけるＡ方向から見て周辺構成を概略的に示す説明図である。 第１インフレーター１７１を図２の３−３線で断面視してその構成を概略的に示す説明図である。 火災の発生状況と火災検知の様子を概略的に示す説明図である。 ガス放出検知用配管１７０に破損が起きた状況下での火災発生状況と火災検知の様子を概略的に示す説明図である。 他の実施形態のタンク機構１５０Ａを図１におけるＢ方向から見て周辺構成を概略的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池搭載車両２０を概略的に平面視して示す説明図、図２は高圧ガスタンク１５２を図１におけるＡ方向から見て周辺構成を概略的に示す説明図である。

図示すように、燃料電池搭載車両２０は、車体２２の下方に、燃料電池システム１００を搭載する。燃料電池システム１００は、燃料電池１１０と、水素ガス供給系１２０と、空気供給系１３０と、タンク機構１５０とを備える。燃料電池１１０は、発電単位である図示しない電池セルユニットを積層して構成されたスタック構造とされ、前輪ＦＷと後輪ＲＷの間において車両床下に位置する。そして、燃料電池１１０は、水素ガス供給系１２０におけるタンク機構１５０の高圧ガスタンク１５２からの水素ガス供給と、空気供給系１３０におけるコンプレッサー１３２からの空気供給とを受け、水素と酸素の電気化学反応を起こして発電する。この発電電力は、燃料電池搭載車両２０の駆動力に用いられる。なお、電気化学反応後の排ガスは、図示しない排気系から車外に排出される。

水素ガス供給系１２０は、車体２２の下方に高圧ガスタンク１５２を横置き搭載して備え、当該タンクの貯留した水素ガスを、タンクバルブ１６０から延びる供給管路１２６を経て、燃料電池１１０に減圧供給する。高圧ガスタンク１５２へのガス充填は、タンクバルブ１６０からレセプタクル１２７まで延びる充填管路１２８を経てなされる。

タンク機構１５０は、高圧ガスタンク１５２とタンクバルブ１６０の他、図２に示すように、ガス放出検知用配管１７０に、第１インフレーター１７１と、第２インフレーター１７２と、第３インフレーター１７３とを備える。なお、図１においては、各インフレーターは図示されていない。高圧ガスタンク１５２は、図示しない中空の円筒形状の長尺樹脂容器をライナーとし、ライナー外周表面に高強度の炭素繊維やガラス繊維等をフィラメントワインディング法等にて巻回して、繊維を熱硬化性樹脂で硬化させて形成され、水素ガスを最大７０ＭＰａという高圧で貯留する。高圧ガスタンク１５２は、タンク長手方向の一方端部に、タンクバルブ１６０を装着して備え、このタンクバルブ１６０に供給管路１２６および充填管路１２８を接続し、タンクバルブ１６０を介してガス供給とガス充填がなされる。

タンクバルブ１６０は、ガスの供給・充填に加え圧力検知式の開放弁機構も備え、図２に示すように、ガス圧検知部１６２にガス放出検知用配管１７０を接続させている。そして、タンクバルブ１６０は、ガス放出検知用配管１７０における管路内圧力をガス圧検知部１６２に常時受け、この管路内圧の上昇をガス圧検知部１６２で検知すると、高圧ガスタンク１５２のタンク内ガスをタンク外に放出（大気放出）する。ガス放出検知用配管１７０の管路内圧は、車体２２へのタンク機構１５０の搭載の時点で、タンク外圧、即ち大気圧と同圧とされている。よって、タンクバルブ１６０は、ガス放出検知用配管１７０の管路内圧たるタンク外圧が大気圧に比して所定以上上昇したこと、例えば、大気圧の約１．５倍程度に上昇したことをガス圧検知部１６２で検知するとタンク内ガスを大気放出することになる。

ガス放出検知用配管１７０は、ガス圧検知部１６２と導通してタンクバルブ１６０に接続され、このタンクバルブ１６０から、高圧ガスタンク１５２の鉛直下方において、タンク長手方向に沿ってタンク外部に延びる。第１インフレーター１７１は、ガス放出検知用配管１７０の上流側で分岐した第１分岐官１７４に配設され、第２インフレーター１７２は、第１分岐官１７４より下流側でガス放出検知用配管１７０から分岐した第２分岐官１７５に配設され、第３インフレーター１７３は、ガス放出検知用配管１７０の管路末端に配設されている。つまり、第１〜第３の複数のインフレーターが、ガス放出検知用配管１７０の管路に配設されていることになる。上記した第１〜第３の複数のインフレーターは、同じ構成とされ、ガス放出検知用配管１７０の管路を経てガス圧検知部１６２にガスを高圧で放出する。図３は第１インフレーター１７１を図２の３−３線で断面視してその構成を概略的に示す説明図である。

図示するように、第１インフレーター１７１は、筐体１８０をエンドプレート１８１で閉鎖し、火炎により着火する信管１８２を筐体外部に突出させている。そして、第１分岐官１７４の末端開口をクロージャーディスク１８３で閉鎖状態とし、クロージャーディスク１８３とエンドプレート１８１との間に、ガス発生剤１８４を封止している。ガス発生剤１８４は、二酸化炭素ガス等のガスを高圧で封入しており、熱を受けると封入していたガスを膨張させて高圧で発生させる。よって、第１インフレーター１７１は、信管１８２が火炎により着火するとその熱によりガス発生剤１８４から高圧の膨張ガスを発生させ、その膨張ガスを、第１分岐官１７４およびガス放出検知用配管１７０を経てタンクバルブ１６０のガス圧検知部１６２に放出する。第２インフレーター１７２および第３インフレーター１７３も同様である。第１〜第３のインフレーターには、車両のエアーバッグ用のインフレーターが転用可能であり、こうすることで、第１インフレーター１７１、第２インフレーター１７２および第３インフレーター１７３の各インフレーターは、燃料電池搭載車両２０に加わった衝撃によっても、第１分岐官１７４およびガス放出検知用配管１７０を経てタンクバルブ１６０のガス圧検知部１６２に膨張ガスを高圧で放出する。

ガス放出検知用配管１７０は、第１分岐官１７４の分岐箇所と第２分岐官１７５の分岐箇所との間に第１逆止弁１７６を、第２分岐官１７５の分岐箇所下流に第２逆止弁１７７を備える。これら逆止弁は、タンクバルブ１６０のガス圧検知部１６２の側からのガス通過をガス放出検知用配管１７０の管路において遮断し、第１逆止弁１７６は、第１インフレーター１７１がガス放出検知用配管１７０の管路に膨張ガスを放出するガス放出箇所、即ち第１分岐官１７４の分岐箇所の下流に配設されている。また、第２逆止弁１７７は、第２インフレーター１７２がガス放出検知用配管１７０の管路に膨張ガスを放出するガス放出箇所（第２分岐官１７５の分岐箇所）の下流に配設されている。

次に、以上説明した燃料電池システム１００を搭載した燃料電池搭載車両２０に火災が発生した場合のタンク内ガスの放出について説明する。図４は火災の発生状況と火災検知の様子を概略的に示す説明図である。

火災は、高圧ガスタンク１５２の周囲のいずれの箇所においても発生する可能性があり、火災の火炎Ｆは、その熱をガス放出検知用配管１７０における最寄りのインフレーターに放射する。例えば、タンク前方領域Ｆｐ１で火災が発生すれば、その火炎Ｆの熱を受けた第１インフレーター１７１は、図３に示すように、信管１８２の着火に伴って、膨張ガスを第１分岐官１７４およびガス放出検知用配管１７０に高圧で放出する。第１分岐官１７４の分岐箇所下流には、第１逆止弁１７６が配設されていることから、第１インフレーター１７１の放出した膨張ガスは、第１逆止弁１７６より下流側に流れることはない。よって、第１インフレーター１７１の放出した膨張ガスは、ガス放出検知用配管１７０を経てタンクバルブ１６０のガス圧検知部１６２に高圧で到達し、タンクバルブ１６０によるタンク内ガスの大気放出をもたらす。タンク中央領域Ｆｐ２で火災が発生すれば、その火炎Ｆの熱を受けた第２インフレーター１７２の放出した膨張ガスが高圧でガス圧検知部１６２に到達し、タンクバルブ１６０によるタンク内ガスの大気放出をもたらす。タンク後方領域Ｆｐ３で火災が発生すれば、その火炎Ｆの熱を受けた第３インフレーター１７３の放出した膨張ガスが高圧でガス圧検知部１６２に到達し、タンクバルブ１６０によるタンク内ガスの大気放出をもたらす。上記したタンク前方領域Ｆｐ１、タンク中央領域Ｆｐ２、タンク後方領域Ｆｐ３の複数箇所で火災が発生すれば、最も早く信管１８２が着火したインフレーターにより、上記したようにタンクバルブ１６０によるタンク内ガスの大気放出がなされる。

ガス圧検知部１６２を有するタンクバルブ１６０によるタンク内ガスの大気放出を行うに当たり、本実施形態のタンク機構１５０では、ガス圧検知部１６２と導通してタンクバルブ１６０からタンク外部に延びるガス放出検知用配管１７０に配設した第１インフレーター１７１、第２インフレーター１７２および第３インフレーター１７３を用いる。これらインフレーターから放出される膨張ガスは、高圧である故に、ガス放出検知用配管１７０の管路を経て速やかにガス圧検知部１６２に到達し、ガス圧検知部１６２へのガス到達は、インフレーター作動に対して高い応答性でなされる。よって、本実施形態のタンク機構１５０によれば、火災発生時において高い応答性で高圧ガスタンク１５２のタンク内ガスを大気放出できる。また、上記各インフレーターにエアーバッグ用のインフレーターを転用したので、車両衝突等による衝撃がいずれかのインフレーターに加わった際にも、高い応答性で高圧ガスタンク１５２のタンク内ガスを大気放出できる。

本実施形態のタンク機構１５０は、ガス放出検知用配管１７０の管路において、タンク前方領域に第１インフレーター１７１を、タンク中央領域に第２インフレーター１７２を、管路末端のタンク後方領域に第３インフレーター１７３を配設した。よって、本実施形態のタンク機構１５０によれば、ガス圧検知部１６２への高圧での膨張ガスの到達の機会を増やすことで（図４参照）、火炎或いは衝撃に対しての高い応答性でのタンク内ガスの放出機会を確保できる。換言すれば、火災が高圧ガスタンク１５２の前方、中央或いは後方のいずれの箇所で発生しても、高い応答性で高圧ガスタンク１５２のタンク内ガスを大気放出できる。

本実施形態のタンク機構１５０は、ガス圧検知部１６２の側からのガス通過をガス放出検知用配管１７０の管路において遮断する第１逆止弁１７６と第２逆止弁１７７とを備える。そして、第１逆止弁１７６を、第１インフレーター１７１がガス放出検知用配管１７０の管路に膨張ガスを放出するガス放出箇所（第１分岐官１７４の分岐箇所）の下流に配設し、第２逆止弁１７７を、第２インフレーター１７２がガス放出検知用配管１７０の管路に膨張ガスを放出するガス放出箇所（第２分岐官１７５の分岐箇所）の下流に配設した。よって、本実施形態のタンク機構１５０によれば、第１インフレーター１７１或いは第２インフレーター１７２の放出した膨張ガスをガス圧検知部１６２の側にのみ至らしめるので、より高い応答性で高圧ガスタンク１５２のタンク内ガスを大気放出できる。また、次の利点がある。

特許文献１のように水を封入した感熱管を用いたガス放出手法では、感熱管が何らかの原因、例えば車両走行中の小石等の跳ね上げにより破損すると、封入した水が放出されてしまい、ガス放出のための昇圧検知ができなくなる。よって、感熱管をその全長に亘って多層構造にしたり、保護カバー等を設ける等の破損対処が必要とる。これに対し、本実施形態のタンク機構１５０では、以下に説明するように、破損対処が不要、もしくは軽減できる。図５はガス放出検知用配管１７０に破損が起きた状況下での火災発生状況と火災検知の様子を概略的に示す説明図である。

図示するように、仮にガス放出検知用配管１７０の末端側で管路が破損したとすると、第２逆止弁１７７より下流側のガス放出検知用配管１７０の管路は大気開放されるが、タンクバルブ１６０から第２逆止弁１７７までのガス放出検知用配管１７０の管路は閉鎖されたままである。よって、タンク前方領域Ｆｐ１或いはタンク中央領域Ｆｐ２で発生した火災については、特段の対処を行うことなく、第１インフレーター１７１或いは第２インフレーター１７２によって、高い応答性で高圧ガスタンク１５２のタンク内ガスを大気放出できる。第１逆止弁１７６より下流管路でガス放出検知用配管１７０に破損が起きたとしても、タンク前方領域Ｆｐ１で発生した火災については、特段の対処を行うことなく、第１インフレーター１７１によって、高い応答性で高圧ガスタンク１５２のタンク内ガスを大気放出できる。よって、保護カバー等を設けるにしても、ガス放出検知用配管１７０の全域に亘って設ける必要はなく、簡便となる。

次に、他の実施形態のタンク機構１５０ついて説明する。図６は他の実施形態のタンク機構１５０Ａを図１におけるＢ方向から見て周辺構成を概略的に示す説明図である。図示するように、このタンク機構１５０Ａは、ガス放出検知用配管１７０を、高圧ガスタンク１５２の鉛直下方に加え、高圧ガスタンク１５２の左右にも備え、それぞれのガス放出検知用配管１７０を、タンクバルブ１６０から紙面奥側に向かうタンク長手方向に沿ってタンク外部に延ばしている。つまり、タンク機構１５０Ａは、複数の経路でガス放出検知用配管１７０をタンク長手方向に沿ってタンク外部に延ばしている。そして、それぞれのガス放出検知用配管１７０に、既述した第１インフレーター１７１、第２インフレーター１７２、第３インフレーター１７３と、第１逆止弁１７６および第２逆止弁１７７を有する。この実施形態のタンク機構１５０Ａによれば、上記した各インフレーターの作動をもたらす火炎発生や衝撃印加の範囲の拡大を通して、高圧ガスタンク１５２からのガス放出のための検知領域も拡大し、火炎発生や衝撃印加に対するガス放出の信頼性が高まる。

本発明は、上述の実施形態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、或いは、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。

上記した実施形態では、第１インフレーター１７１と第２インフレーター１７２と第３インフレーター１７３とをガス放出検知用配管１７０に配設したが、このうちのいずれか一つ、或いは二つのインフレーターを配設するようにしてもよい。また、図６において、高圧ガスタンク１５２の鉛直上方にもガス放出検知用配管１７０と上記各インフレーターを設けるようにしてもよい。この他、高圧ガスタンク１５２については、これを水素ガスを貯留するタンクとして説明したが、天然ガス等の他の燃料ガスを高圧貯留するタンクとしてもよい。また、タンクバルブ１６０については、これをガス供給・充填に加え圧力検知式の開放弁機構も備えるよう構成したが、ガス供給・充填に関与するバルブをタンク他端側に設けるようにしてもよい。上記した実施形態では、ガス放出検知用配管１７０をタンク長手方向に沿って配設したが、図１において、タンクバルブ１６０から燃料電池１１０の側に延びるようガス放出検知用配管１７０を配設してもよい。この際、ガス放出検知用配管１７０を複数の経路で配設してもよい。

２０…燃料電池搭載車両
２２…車体
１００…燃料電池システム
１１０…燃料電池
１２０…水素ガス供給系
１２６…供給管路
１２７…レセプタクル
１２８…充填管路
１３０…空気供給系
１３２…コンプレッサー
１５０…タンク機構
１５０Ａ…タンク機構
１５２…高圧ガスタンク
１６０…タンクバルブ
１６２…ガス圧検知部
１７０…ガス放出検知用配管
１７１…第１インフレーター
１７２…第２インフレーター
１７３…第３インフレーター
１７４…第１分岐官
１７５…第２分岐官
１７６…第１逆止弁
１７７…第２逆止弁
１８０…筐体
１８１…エンドプレート
１８２…信管
１８３…クロージャーディスク
１８４…ガス発生剤
Ｆ…火炎
ＦＷ…前輪
ＲＷ…後輪
Ｆｐ１…タンク前方領域
Ｆｐ２…タンク中央領域
Ｆｐ３…タンク後方領域

Claims (4)

1. 高圧ガスを貯留したタンクのタンク開弁装置であって、
   圧力上昇を検知する検知部を備えて前記タンクに装着され、前記検知部が所定以上の圧力上昇を検知するとタンク内ガスを放出する圧力検知式開放弁と、
   前記検知部と導通して前記圧力検知式開放弁に接続され、前記圧力検知式開放弁からタンク外部に延びる検知部導通管と、
   該検知部導通管に配設され、前記検知部導通管の管路を経て前記検知部に高圧でのガス放出が可能であって、火炎或いは衝撃により前記ガス放出を図るインフレーターとを備える、
   タンク開弁装置。
2. 前記インフレーターは、前記検知部導通管の管路に複数配設されている、請求項１に記載のタンク開弁装置。
3. 請求項２に記載のタンク開弁装置であって、
   前記検知部の側からのガス通過を前記検知部導通管の管路において遮断する逆止弁を備え、
   該逆止弁は、前記インフレーターが前記検知部導通管の管路に前記高圧ガスを放出するガス放出箇所の下流に配設されている
   タンク開弁装置。
4. 前記インフレーターを有する前記検知部導通管を複数備え、該複数の前記検知部導通管は前記圧力検知式開放弁から異なる経路でタンク外部に延びる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のタンク開弁装置。

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