JP6770715B2 - 高圧タンク - Google Patents

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。