JP7122398B2 - 燃料電池タンクの温度圧力を解放するタンク装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃料電池駆動装置を有する車両において使用するための、特に水素を貯蔵する燃料電池タンクの温度圧力を解放する（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｄｒｕｃｋｅｎｔｌａｓｔｕｎｇ）タンク装置に関する。さらに、本発明は、天然ガスにもとづく（「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ」、ＣＮＧ）内燃機関を有する車両においても用いられ得る。

未公開の特許文献１は、例えば７００ｂａｒまでの比較的高い内圧でガス状の燃料、特に水素、メタン、または天然ガスの貯蔵を可能にする少なくとも２つの貯蔵ユニットを有するガス貯蔵システムを記載する。その際、貯蔵ユニットはそれぞれ１つの制御弁を有し、この制御弁によって貯蔵ユニットをオンまたはオフに切り替えることができる。貯蔵ユニットは、配管系を介して互いに、かつ出口配管と接続されている。その際、出口配管は、例えば燃料電池ユニットまたは内燃機関などの消費ユニットと接続されている。

特許文献１でのような貯蔵ユニットのための安全装置は規格化されている。その際、各貯蔵ユニットは、自動的に遮断可能なオーバーフローバルブと溶断防止バルブ（Ｓｃｈｍｅｌｚｓｉｃｈｅｒｕｎｇｓｖｅｎｔｉｌ）とを有していなければならない。したがってオーバーフローバルブは、例えばガス貯蔵システムに事故が発生した場合、または配管が破損した場合に貯蔵ユニットを閉鎖することができ、それによりガスは貯蔵ユニットから流出することができない。さらに、溶断防止バルブは、例えば火災が発生した場合、または予め定められた閾値を超えて温度が上昇した場合に、貯蔵ユニットの、またはそれどころかガス貯蔵システム全体の爆発を防止するために、例えば水素を貯蔵ユニットから外へ導出できることを確保すべきである。

これらの安全対策のために複数のバルブが必要であり、それによってガス貯蔵システム全体の複雑性およびガス貯蔵システム全体のコストが高くなる。

独国特許出願公開第１０２０１８２０１０５５号明細書

これに対して請求項１の識別的特徴を有する本発明によるタンク装置は、安価に、かつ取付け空間を最適化してタンク装置の機能を改善するために、簡単かつ効率的に、および同時にすべての安全措置を保証してバルブの数が低減されるという利点を有する。

そのために、燃料電池タンクの温度圧力を解放するタンク装置は、少なくとも２つのタンク容器と、タンク容器と接続可能な供給配管とを備えている。その際、各タンク容器は、少なくとも１つの圧力制御されるオーバーフローバルブを備え、このオーバーフローバルブは、それぞれのタンク容器と供給配管との間に配置されている。さらに、供給配管に中央シャットオフバルブが配置されている。

したがって、タンク装置の効率を簡単かつ安価に最適化できるとともにタンク装置の安全性を高めることができる。

第１の有利な展開形態では、中央シャットオフバルブがマグネットシャットオフバルブとして形成されていることが予定されている。

本発明の別の実施形態では、有利にも、タンク装置がタンク容器と接続可能なバルブ配管を備え、バルブ配管に中央溶断防止バルブが配置されていることが予定されている。それぞれのタンク容器とバルブ配管との間にそれぞれ１つの別の圧力制御されるオーバーフローバルブが配置されていることが有利である。したがって、タンク装置全体の効率の向上が安価に達成される。

有利な展開形態では、タンク装置は、複数の縦方向接続部と１つの横方向接続部とを有する制御配管を備え、縦方向接続部はタンク容器に配置されており、かつ横方向接続部を介して互いに接続されている。制御配管が第１配管区分と第２配管区分とを有し、第１配管区分が第１チェックバルブを介して供給配管と接続可能である。したがって、制御配管には第１配管区分を介して、例えば水素などのガスを充填することができる。有利にも、第２配管区分が第２チェックバルブを介して、供給配管と吹出し配管との間の接続部を開放または閉鎖することが予定されている。したがって、例えばタンク容器の外側で火災が発生した場合に制御配管によって個々のタンク容器を簡単かつ効率的に空にすることができる。

有利な使用では、タンク装置が車両に配置されている。その際、制御配管の縦方向接続部は、車両においてタンク容器の下方に配置されている。したがって例えば車両の床から起こる火災の場合に温度上昇によって、およびそれに伴い制御配管内の圧力上昇によって水素が遅滞なくタンク容器から導出され、タンク容器の起こり得る爆発が防止される。

本発明によるタンク装置の第１実施例の上面図である。 本発明によるタンク装置の第２実施例の上面図である。

本発明による燃料電池タンクの温度圧力を解放するタンク装置の実施例が図面に示される。

図１において、本発明による燃料電池タンクの温度圧力を解放するタンク装置の第１実施例の上面図が示されている。タンク装置１は、ここでは水素が充填されている複数のタンク容器２を有する。さらに、各タンク容器２は第１端２２において分岐部２６を介して供給配管３と接続されており、供給配管３の分岐部２６にはオーバーフローバルブ５が配置されている。オーバーフローバルブ５は通常の作動状態では開いており、それにより水素がタンク容器２から供給配管３へ流出することができる。

供給配管３には、さらに、ここではマグネットシャットオフバルブとして形成されている中央シャットオフバルブ８が配置されている。シャットオフバルブ８は、中央で、電磁石を用いてすべてのタンク容器２からの、消費機器、ここでは燃料電池アセンブリの方向への水素供給を制御する。制御に応じて水素をタンク容器２の方向に流れさせることもできる。

さらに、各タンク容器２は、他端２４においてバルブ配管６と接続されており、各個々のタンク容器２とバルブ配管６との間に別のオーバーフローバルブ５０が配置されている。別のオーバーフローバルブ５０も通常の作動状態では開いており、それによりタンク容器２の内部とバルブ配管６との間の接続部が開いている。バルブ配管６には中央溶断防止バルブ１０が配置されている。溶断防止バルブ１０は通常時に閉じており、火災発生時、または予め定められた、例えば１０５℃の温度閾値を超えた場合にのみ開き、それにより水素をタンク容器２からバルブ配管６を介して導出することができ、タンク容器２の過度に高い圧力にもとづいて起こり得る爆発が阻止される。

タンク容器２の端２２、２４にはオーバーフローバルブ５、５０がそれぞれ配置されており、それによりタンク装置１に事故が発生した場合、または第１配管３および／もしくはバルブ配管６が破損した場合にオーバーフローバルブ５、５０を閉じ、水素はタンク容器２から流出することができない。

図２において、本発明による燃料電池タンクの温度圧力を解放するタンク装置の第２実施例の上面図が示されている。図１と同じ機能を有する部品には同じ参照符号が付されている。タンク装置１は、ここでも同様に水素が充填された複数のタンク容器２を有し、タンク容器は一端２２で、オーバーフローバルブ５を介して分岐部２６により供給配管３と接続されている。オーバーフローバルブ５は、通常の作動中にはタンク容器２の内部と供給配管３との接続部を開放する。第１実施例でのように、この場合も供給配管３にマグネットシャットオフバルブとして形成された中央シャットオフバルブ８が配置されており、それを介してタンク容器２から燃料電池アセンブリの方向の水素流出と、タンク容器２への水素流入とが制御され得る。タンク装置１に事故が発生した場合、または供給配管３が破損した場合にのみオーバーフローバルブ５が閉じ、それにより水素はタンク容器２から流出することができない。

ここではタンク容器２の他端２４は閉鎖されており、別のオーバーフローバルブ５０が省略されている。ここではタンク装置１は、細い、例えば１ｍｍの直径を有する円筒状の配管として形成されている制御配管４を有する。制御配管４は、互いに９０度の角度を有する複数の縦方向接続部２８と１つの横方向接続部３０とを有し、横方向接続部３０は、縦方向接続２８を互いに接続する。縦方向接続部２８は、各タンク容器２におけるタンク容器２の長さｌに沿って延在する。これに代えて、この場合、縦方向接続部２８と横方向接続部３０とが互いに別の角度を有してもよい。

さらに、制御配管４が第１配管区分４０を有し、第１配管区分は、横方向接続部３０と接続されているとともに、ボールチェックバルブの形態の第１チェックバルブ１４によって供給配管３と接続可能である。したがって、水素は、供給配管３から第１配管区分４０を介して制御配管４に充填されてもよい。

さらに、制御配管４は、縦方向接続部２８と接続されている第２配管区分４００を有する。第２配管区分４００にはボールチェックバルブの形態の第２チェックバルブ１４が配置されている。第２チェックバルブ１４は、制御配管４における圧力状況に応じて供給配管３と吹出し配管２０との間の接続部を開放または遮断する。

例えば火災によるタンク容器２の近傍の温度上昇は、タンク容器２における制御配管４の縦方向接続部２８において制御配管４内に圧力上昇をもたらし、それにより予め定められた圧力閾値を超えた場合に第２チェックバルブ１６が開き、供給配管３と吹出し配管２０との間の接続部を開放する。したがって、タンク容器２内の過剰な圧力が吹出し配管２０を介して減圧され、水素がタンク容器２から導出され得る。

第２実施例では、制御配管の導入にもとづいて、安全性のために必要とされるバルブの低減をさらに向上させることさえできる。

実施例に示される本発明によるタンク装置１は、例えば天然ガスにもとづく（「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ」、ＣＮＧ）内燃機関を有する車両のためのタンク装置において使用されてもよく、燃料電池で動かされる車両で使用するためのタンク装置に限定されない。

制御配管４の縦方向接続部２８は、殊に、例えば車両の床から起こる火災の場合に温度上昇によって、およびそれに伴い制御配管４内の圧力上昇によって水素を遅滞なくタンク容器２から効率的に導出するために、タンク容器２の下方で車両に組み込まれる。

１ タンク装置
２ タンク容器
３ 供給配管
４ 制御配管
５、５０ オーバーフローバルブ
６ バルブ配管
８ シャットオフバルブ
１０ 溶断防止バルブ
１４ 第１チェックバルブ
１６ 第２チェックバルブ
２０ 吹出し配管
２２、２４ タンク容器の端
２８ 縦方向接続部
３０ 横方向接続部
４０ 第１配管区分
４００ 第２配管区分

Claims (5)

1. 燃料電池タンクの温度圧力を解放するタンク装置（１）であって、前記タンク装置（１）が少なくとも２つの容器（２）と、前記タンク容器（２）の一端に接続された供給配管（３）とを備え、各タンク容器（２）は、少なくとも１つの圧力制御されるオーバーフローバルブ（５）を備え、前記オーバーフローバルブ（５）は、前記それぞれのタンク容器（２）と前記供給配管（３）との間に配置されている、タンク装置において、前記供給配管（３）に中央シャットオフバルブ（８）が配置され、
   前記タンク装置（１）は、前記タンク容器（２）の他端に接続されたバルブ配管（６）を備え、前記バルブ配管（６）に中央溶断防止バルブ（１０）が配置され、
   前記それぞれのタンク容器（２）と前記バルブ配管（６）との間にそれぞれ圧力制御されるオーバーフローバルブ（５０）が配置されていることを特徴とする、タンク装置。
2. 燃料電池タンクの温度圧力を解放するタンク装置（１）であって、前記タンク装置（１）が少なくとも２つの容器（２）と、前記タンク容器（２）の一端に接続された供給配管（３）とを備え、各タンク容器（２）は、少なくとも１つの圧力制御されるオーバーフローバルブ（５）を備え、前記オーバーフローバルブ（５）は、前記それぞれのタンク容器（２）と前記供給配管（３）との間に配置されている、タンク装置において、前記供給配管（３）に中央シャットオフバルブ（８）が配置され、
   前記タンク装置（１）は、複数の縦方向接続部（２８）と１つの横方向接続部（３０）とを有する制御配管（４）を備え、前記縦方向接続部（２８）は前記タンク容器（２）に配置されており、かつ前記横方向接続部（３０）を介して互いに接続され、
   前記制御配管（４）は、第１配管区分（４０）と第２配管区分（４００）とを有し、前記第１配管区分（４０）は、第１チェックバルブ（１４）を介して前記供給配管（３）から水素が充填可能となる様、前記供給配管（３）と接続されていることを特徴とする、タンク装置（１）。
3. 前記第２配管区分（４００）は、第２チェックバルブ（１６）を介して、前記供給配管（３）と、前記供給配管（３）に接続された吹出し配管（２０）との間の接続部を開放または閉鎖する様に構成され、前記制御配管（４）内の圧力が予め定められた閾値を超えた場合に、前記第２チェックバルブ（１６）が開くことにより前記供給配管（３）と前記吹出し配管（２０）との間の接続部が解放され、水素がタンク容器（２）から導出されることを特徴とする、請求項２に記載のタンク装置（１）。
4. 前記中央シャットオフバルブ（８）は、マグネットシャットオフバルブとして形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のタンク装置（１）。
5. 請求項２または３に記載のタンク装置（１）を有する車両において、前記制御配管（４）の前記縦方向接続部（２８）は、前記車両において前記タンク容器（２）の下方に配置されていることを特徴とする、車両。

Images