JP6770715B2 - 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。
従来、燃料電池の発電に用いる高圧の燃料ガス(水素ガス)を収納する容器である高圧タンクにおいて、タンク本体の口金からタンク内部に延びる充填ノズルと、この充填ノズルに連結される温度センサとを備え、ガス充填時にタンク内のガス温度を計測、監視できる構成が知られている(例えば特許文献1)。
このような高圧タンクでは、タンク内に露出する温度センサの水素脆化耐性を向上させるため、温度センサの筐体としてSUS(ステンレス)を用いることが提案されている。この構成の場合、基部側(口金側)のコネクタ端子から先端部側(タンク内部側)のサーミスタ(センサ素子)へ向かって延びる芯線は、SUS製のシースピンで覆われて絶縁されている。しかしながら、筐体に高価なSUSを採用している点、また、芯線を絶縁しつつサーミスタへ繋げるためのシースピンを必要とすることで構造が複雑化する点などにより、製品としてのコストが高くなってしまうという問題がある。
この問題を解決するため、温度センサの筐体を樹脂化して低コスト化を図る手法も提案されている。この場合、構成部品が減り、構造が大幅に簡素化されるため低コスト化できる。
特開2016−95001号公報
しかし、筐体を樹脂化する構成を成立させるためには、筐体の内部を貫通して配置される端子と、筐体の樹脂とを、例えばインサート成形などの手法により一体成形することが必須となる。このような一体成形をする際には、端子の位置を決めるためにピンで端子を押さえておく必要がある。このため、成形後には筐体の表面に必ずピン穴が残り、端子が外気と通じる構造となってしまう。
高圧水素タンク内部は、高圧化で露点が下がることによって結露水が生じることが知られており、この結露水と端子とが通電し、さらに温度センサを保持している金属製のブラケットと通電することによって、温度センサが短絡する場合がある。
短絡防止の対策として、上述のSUS製筐体の構成と同様にシースピンを用いること、インサート成形によって生じた穴を埋めるため再度射出成形を行うこと、温度センサ保持用のブラケットを樹脂化すること、などの手段があるが、いずれの手段もコスト、信頼性の面で背反があるため、対策としては望ましくない。
そこで、本発明は、タンク本体の口金からタンク内部に延びる充填ノズルと、この充填ノズルに連結される温度センサとを備え、樹脂製の筐体を温度センサに適用する構成において、タンク内部の結露水による温度センサの短絡を簡易な構造で好適に防止できる高圧タンクを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る高圧タンクは、口金を有するタンク本体と、口金からタンク本体の内部に延びてガスをタンク本体の内部に噴出する充填ノズルと、充填ノズルに導電性のブラケットで連結される温度センサと、を備える。温度センサは、先端部に設けられるセンサ素子と、センサ素子と接続される端子と、端子の外周を覆うように配置された樹脂製の筐体と、を有する。筐体は、筐体の表面と端子とを連通する連通孔と、筐体の表面において、ブラケットの取り付け部位と連通孔との間に設けられ、ブラケットと連通孔とを隔離するリブと、を有する。
この態様によれば、筐体表面のうち連通孔の部分に結露水が付着し、結露水によって筐体内部の端子が筐体表面と通電可能となったとしても、この結露水がブラケットに接触することをリブによって確実に防止できる。したがって、結露水を介して端子とブラケットとが通電する状況を回避でき、結露水による温度センサの短絡を好適に防止できる。なお、リブを筐体の表面上に筐体と一体的に形成した場合には、従来のリブの無い筐体を形成する場合と同様に1回の射出成形で作成することができる。かかる場合には、筐体表面にリブを設けるという簡易な構造によって、タンク内部の結露水による温度センサの短絡を好適に防止することができる。
本発明によれば、タンク本体の口金からタンク内部に延びる充填ノズルと、この充填ノズルに連結される温度センサとを備え、樹脂製の筐体を温度センサに適用する構成において、タンク内部の結露水による温度センサの短絡を簡易な構造で好適に防止できる高圧タンクを提供することができる。
図1は、本実施形態に係る高圧タンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。 図2は、図1中の高圧タンクの要部の構成を示す図である。 図3は、図2中の温度センサの構成を示す図である。
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
図1は、本実施形態に係る高圧タンク1を搭載した燃料電池自動車を示す図である。燃料電池自動車100は、例えば3つの高圧タンク1を車体のリア部に搭載する。各高圧タンク1は、燃料電池システムの一部を構成し、ガス供給ライン102を通じて燃料電池104に燃料ガスを供給可能に構成される。高圧タンク1に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば水素ガスである。なお、高圧タンク1は、燃料電池自動車のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型にも適用できる。また貯留するガスとしては、CNG(圧縮天然ガス)等の各種圧縮ガス、LNG(液化天然ガス)、LPG(液化石油ガス)等の各種液化ガス等を含み得る。
図2に示すように、高圧タンク1は、タンク本体10、口金20、バルブ30、充填ノズル40、温度センサ50等を有する。
タンク本体10は、全体として略楕円体形状を有し、その内部に、燃料ガスを常圧よりも高い圧力で貯留する貯留空間を有する。例えば、例えば35MPa〜70MPaといった圧力で水素ガスが貯留空間内に貯留される。タンク本体10は、例えば二層構造の壁層を有し、内壁層であるライナとその外側の外壁層である樹脂繊維層(補強層)とを有している。ライナの材質は、例えば、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂を挙げることができる。また、これらの樹脂を二層以上に組み合わせて、複数層から成る積層体としてライナを構成しても良い。補強層は、例えば、マトリックス樹脂(プラスチック)を炭素繊維で強化してなるFRP層(CFRP)である。マトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。
口金20は、略円筒形状の開口部を有し、タンク本体10(ライナと補強層との間)に嵌入されて、固定されている。口金20の開口部は、高圧タンク1の開口として機能する。口金20の開口部における内周面には、着脱部(例えばメネジ:図示略)が形成され、バルブ30が着脱自在に取り付けられる。本実施形態では、口金20は、ステンレスによって形成されているが、例えば、アルミニウムといった他の金属や樹脂材によって形成されても良い。
バルブ30は、バルブ本体300とバルブ管302とを有する。バルブ本体300は、燃料使用時には、外部のガス供給ライン102(図1参照)と接続され、タンク本体10の内部に貯留された燃料ガスの出力がなされるようになっている。また燃料充填時には、例えば、外部の燃料(水素)ステーション等(図示略)と接続され、燃料ガスの充填がされるようになっている。バルブ管302の外周面には着脱部(例えばオネジ:図示略)が形成され、口金20に形成された着脱部と嵌合することにより、バルブ30はタンク本体10に対して位置が固定される。なお、口金20にバルブ30を着脱する構成は、これに限られるものではなく、例えば、口金20に当該内周面とバルブ30との間を軸シールするシール部材を設ける等、他の構成を採用することも可能である。
バルブ管302には、タンク本体10の軸方向(図2中Zで示す方向:以下他の図面にても同様とし、また明細書にて、以下単に「軸方向」ともいう。)に向かって延出する充填ノズル40と、温度センサ50とが接続されている。
充填ノズル40は、燃料ガスを高圧タンク1の内部に供給するためのパイプ状の部材である。充填ノズル40の先端には、燃料ガスの噴出口40Aが設けられており、燃料ガスがタンク本体10の貯留空間内に噴出されるようになっている。また、充填ノズル40は、噴出口40Aと反対側の一端部においてバルブ管302に嵌合(ここではねじ止め)して固定されている。
温度センサ50は、充填ノズル40と略平行に配置され、高圧タンク1の内部のガス温度を計測する。図3に示すように、温度センサ50は、先端部に設けられるセンサ素子51と、このセンサ素子51と一端部にて接続され、軸方向に延在する端子52とを有する。
センサ素子51は、例えば温度変化に応じて抵抗値が変化するサーミスタである。端子52は、センサ素子51と接続する一端部とは反対側の他端部において、図示しないコネクタおよびリード線を介してバルブ30に装着されている。端子52は、センサ素子51から出力される情報を外部に出力する。
センサ素子51は、端子52によって、バルブ30から十分離間しているとともに、充填ノズル40の噴出口40Aよりもバルブ30寄りに配置されている。これにより、温度センサ50は、バルブ30からの冷気の影響を受けにくくなる。また、噴出口40Aからガスが直接温度センサ50に噴出することを防止できる。これにより、温度センサ50は、タンク本体10内の平均温度をより正確に計測できるようになっている。
温度センサ50は、樹脂製の筐体53によって直線形状の端子52の周面を被覆されている。温度センサ50は、この筐体53の表面に金属製のブラケット41が取り付けられる。また、ブラケット41は充填ノズル40にも連結されている。したがって、温度センサ50は、ブラケット41によって充填ノズル40に連結され、タンク本体10の内部での位置が保持されている。本実施形態では、図2及び図3に示すように、3個のブラケット41により温度センサ50が充填ノズル40に連結されている構成を例示しているが、ブラケット41の個数はこれに限られない。また、ブラケット41は、金属以外の導電性材料で形成されてもよい。
筐体53は、成形の際には、端子52を位置決めするために例えばピンなどの支持具によって端子52が押さえられた状態で、インサート成形などの成形手法を用いて端子52の外周を覆うように端子52と一体成形される。成形時に端子52を押さえていたピンは、筐体53の成形後に取り外される。このため、筐体53においてピンが取り除かれた跡には、筐体53の表面と、筐体53の内部側の端子52とを連通する連通孔54が形成されることになる。このような連通孔54は、樹脂製の筐体53を端子52と一体成形する際には必ず形成されるものである。
そして、特に本実施形態では、温度センサ50の筐体53の表面には、ブラケット41の取り付け部位と連通孔54との間に、ブラケット41と連通孔54とを隔離するためのリブ55が設けられている。リブ55は、樹脂製の筐体53と同一部材であり、筐体53の表面のブラケット41の取り付け部位と連通孔54との間の位置にて、筐体表面の周方向の全体に亘って形成されている。図3の構成例では、個々の連通孔54ごとに、軸方向の両側に一対のリブ55が設けられている。
次に本実施形態に係る高圧タンク1の効果を説明する。上述のように、高圧タンク1の内部では、高圧化で露点が下がることによって結露水Wが生じることが知られている。この結露水Wが温度センサ50の筐体53の表面に付着すると、結露水Wが連通孔54に浸入して筐体53の内部の端子52と接触する場合がある。この場合、筐体53の表面に付着している結露水Wと、筐体内部の端子52とが通電した状態となる。筐体53の表面には、温度センサ50を保持するための金属製のブラケット41が取り付けられている。このため、通電状態にある結露水Wがブラケット41にも接触すると、結露水Wとブラケット41も通電し、この結果、端子52とブラケット41とが通電することとなって、温度センサ50が短絡してしまう。
これに対して、本実施形態に係る高圧タンク1では、温度センサ50の筐体53の表面において、ブラケット41の取り付け部位と連通孔54との間にリブ55を設けることで、ブラケット41と連通孔54とが隔離される。また、このようなリブ55を設けることにより、温度センサ50の筐体53において、一対のリブ55に囲まれた連通孔54を含む領域にブラケット41が取付けられるのを回避でき、連通孔54を塞ぐように連通孔54の直上にブラケット41が取り付けられるのを防止できる。これにより、筐体53表面のうち連通孔54の部分に結露水Wが付着し、結露水Wによって筐体53内部の端子52が筐体53表面と通電可能となったとしても、この結露水Wがブラケット41に接触することをリブ55によって確実に防止できる。したがって、結露水Wを介して端子52とブラケット41とが通電する状況を回避でき、結露水Wによる温度センサ50の短絡を好適に防止できる。
また、リブ55は筐体53の表面上に筐体53と一体的に形成されるので、従来のリブ55の無い筐体を形成する場合と同様に1回の射出成形で作成することができ、リブ55を設けるために余計な工数の増加がない。また、筐体53表面にリブ55を設けるだけで、温度センサ50の筐体53の内部に特別な構造(例えば端子52の周囲をシースピンで被覆する構造など)を設けることなく、ブラケット41と連通孔54とを確実に隔離できる。また、筐体53を樹脂製とすることで、低コスト化を図ることができる。
以上のように、本実施形態に係る高圧タンク1によれば、筐体53表面にリブ55を設けるという簡易な構造によって、タンク内部の結露水Wによる温度センサ50の短絡を好適に防止することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
1…高圧タンク、10…タンク本体、20…口金、40…充填ノズル、50…温度センサ、51…センサ素子、52…端子、53…筐体、54…連通孔、55…リブ

Claims (1)

  1. 高圧タンクであって、
    口金を有するタンク本体と、
    前記口金から前記タンク本体の内部に延びてガスを前記タンク本体の内部に噴出する充填ノズルと、
    前記充填ノズルに導電性のブラケットで連結される温度センサと、
    を備え、
    前記温度センサは、先端部に設けられるセンサ素子と、前記センサ素子と接続される端子と、前記端子の外周を覆うように配置された樹脂製の筐体と、を有し、
    前記筐体は、
    前記筐体の表面と前記端子とを連通する連通孔と、
    前記筐体の表面において、前記ブラケットの取り付け部位と前記連通孔との間に設けられ、前記ブラケットと前記連通孔とを隔離するリブと、を有する、
    高圧タンク。
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