JP7201874B2 - 圧縮ガス放出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両、トラック、列車、さらには船舶のようなガス動力車両の分野に関する。より詳細には、本発明は、圧縮ガス放出装置に関する。本発明は、ガスタンクと、そのような圧縮ガス放出装置と、を備えるシステムにも関する。

ガス動力車両では、圧縮ガスを貯蔵し、輸送する必要がある。そのため、天然ガス（英語では「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ」、略してＣＮＧ）や水素ガスなど、その圧力が大気圧を上回るガスを収容するためのガスタンクが用意される。ガスタンクの多くは円筒形をなし、そのいずれかの端部にガス放出開口部を備えている。放出開口部には圧力調節装置をつなぐことができ、それによって、タンクが過度な温度に達したときなど、必要に応じてガスの徐放が行われるようにする。

圧縮ガスタンクシステムは、従来技術において、特に文献特許文献１によってすでに知られている。この文献で説明されているタンクは、各々のタンクが、連結レールと連絡された開口部のある端部を備える。開口部は、連結レールに設けられたガス通路と連通しており、それによってその通路を通して大気中にガスを放出することができる。タンクは連結レールに固定して取り付けられる。

従来技術で提案されている解決法には、より大きなサイズのガスタンクを必要とする車両での実施には適さないという欠点がある。実際、コンポジット圧力タンクの外形寸法は、たとえばＩＶ型の場合、タンクの充填率によって変化することが知られている。そのため、満タン時のタンクの体積は、空のタンクの体積とは異なる。たとえば、３５０バール（３５０Ｍｐａ）の圧力が加えられたコンポジットタンクの寸法は、空のタンクと比べて１％増える。大型のタンクの場合は、この寸法の変化を考慮に入れなければならない。たとえば、トラックのような車両での利用を目的としたタンクで、水素の貯蔵容量が２００ｌ、長さ２ｍ、直径４１５ｍｍ程度のタンクの場合、１％の増大は、長手方向軸沿いに２ｃｍのタンクの伸長に相当する。タンク寸法のこうした増大は、ここでは従来技術における連結レールであるタンクの支持手段に追加的な圧力をもたらし、その変形を、さらには損傷までをも生じる可能性がある。このような圧力は、タンクの一部、特にガス放出開口部レベルに対しても加わり、システムの気密性を損なう可能性がある。

米国特許第６７８６２２９号明細書

本発明は、あらゆる種類のガス動力車両のための、より堅牢で、高い気密性を有する圧縮ガス放出システムを提供することを特に目的とする。

そこで、本発明は、
－ 中空体を有するガス集合管であって、
・ 圧縮ガスタンクと流体連通するように構成された少なくとも１つのオリフィスと、
・ 大気へのガス放出開口部と、
を具備する集合管と、
－ オリフィスを圧縮ガスタンクと連絡するように構成された導管と、
を備える圧縮ガス動力車両用ガス放出装置において、
導管がオリフィス内で並進自在で、導管の第１の端部が軸（Ａ）に沿ってオリフィス内を並進運動可能となるようにされた、装置を対象とする。

導管の並進運動は、タンクの膨張、すなわち、タンクの長手方向軸沿いのタンク寸法の増大を軸（Ａ）沿いの導管の第１の端部の自由な移動によって埋め合わせることができ、そのとき、他方の端部はそのままの位置を保持する。この埋合せは、大型のタンクの場合、その膨張が導管またはガス集合管の変形、さらには損傷を引き起こさないようにするためには欠かすことのできないものである。そこで、本発明で提案する解決法は、あらゆる状況のもとで、安全で堅牢な、かつより高い気密性を有するガス放出装置を実現することを可能にするものである。

圧縮ガス放出装置にはそのほか、それぞれ単独で、または組み合わせて取り上げられるものとして、以下のような任意選択による特徴がある。
－ オリフィス内の導管の並進運動の大きさは、タンクの膨張のみによって制限される。それにより、タンクはその長手方向軸沿いに自由に延びることができる。
－ ガス集合管の中空体は、長手方向軸（Ｙ）に沿って延びる管状中空体である。それにより、一連のタンクをガス集合管に流体連絡することができる。
－ 集合管の中空体は、集合管のガス出口に至るガスの放出路を画定する。それにより、集合管の唯一のガス出口からガスを放出することができる。
－ 大気へのガス放出開口部は、集合管のガス出口で大気に開口する。それにより、最小限の圧力損失でガスを大気中に放出することができる。
－ 大気へのガス放出開口部は、集合管のガス出口で何の障害もなしに大気に開口する。典型的には、仕切弁、圧力調節弁、減圧弁など、大気中に出る前に放出ガスが通り抜けなければならない装置が障害となる。
－ 集合管のガス出口は、放出ガスをほぼ水平な平面（Ｘ）と反対側に向かわせるように管状中空体の軸方向の延長上に位置する。それにより、ガス放出路を大気まで可能な限り最短のものとすることができる。
－ 大気へのガス放出開口部には、保護キャップが装備される。それにより、集合管内に水、雨水などの流体が浸入するのを防ぐとともに、昆虫や齧歯類、ほこり、土、泥、枯葉、砂などの異物が集合管内に入り込まないようにすることができる。
－ 大気中へのガス放出開口部にはフィルタが装備され、昆虫、齧歯類、ほこり、土、泥、枯葉、砂などの異物が集合管内に入り込まないようにする。
－ 集合管の中空体は、放出ガスを平面（Ｘ）に向かわせるように、集合管のガス出口にＵ字形のエルボを有する。それにより、水、雨水などの流体や、昆虫、齧歯類、ほこり、土、泥、枯葉、砂などの異物が集合管内に容易に入り込めないようにすることができる。
－ 集合管は、オリフィス内に設けられており導管の第１の端部を少なくとも部分的に受けるための中間要素を備える。好ましくは、集合管および導管は、ステンレス鋼製である。中間要素は、導管の第１の端部をその並進運動において案内し、金属部品の間の摩擦を防ぐことができる。中間要素は、弾性材料で製作することができ、それによって導管と集合管との間の隙間を埋めて高い気密性を得ることができる。好ましくは、中間要素は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）ゴムなどのエラストマーで製作される。
－ 集合管は、集合管に対する圧縮ガスタンクの支持手段を備える。そのため、ガス放出機能とタンク支持機能とを１つの要素で実現することができ、それによって製造コストを下げるとともに、シンプルで軽量の装置が得られる。

本発明は、
－ 上に説明したガス放出装置と、
－ 軸（Ｂ）沿いに延びる形状を有し、第１のガス出口を備える圧縮ガスタンクと、
を備えるガス動力車両用圧縮ガス放出システムにおいて、
導管が、第１のガス出口に接続される第２の端部であって、第１のガス出口と流体連通するための第２の端部を備える、システムも対象とする。

それにより、圧縮ガスタンクとガス放出装置との間に摺動結合を作り出すことができる。

圧縮ガス放出システムにはそのほか、それぞれ単独で、または組み合わせて取り上げられるものとして、以下のような任意選択による特徴がある。
－ タンクは、軸方向位置に保持された第１の端部と軸方向に並進自在な第２の端部との間に軸（Ｂ）沿いに延び、第１のガス出口は、タンクの第２の端部に設けられる。
－ 軸（Ａ）は、タンクの軸（Ｂ）と平行であり、かつ、好ましくはタンクの軸（Ｂ）と一致する。そのため、導管の第１の端部の動きは、タンクの動きと同期される。導管がエルボ部を含む場合には、軸（Ａ）は、軸（Ｂ）とは別個のものであることができる。導管が直線的な形状である場合は、軸（Ａ）は、タンクの軸（Ｂ）と一致することもできる。
－ システムは、第１のガス出口に設けられた圧力除去装置であって、タンク内のガスの徐放を可能にする圧力除去装置を備え、第２の端部は、圧力除去装置に接続される。一例として、タンクの内容物すべてを素早く放出するように設計された熱作動式圧力除去装置（英語で《Ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｄｅｖｉｃｅ》、略してＴＰＲＤ）の使用が考えられる。このような装置は、火災などで高温となった場合に機能することで、タンクの脆弱化を防ぎ、物質的にも人員的にも破局的な結果をもたらしかねない破断を回避する。ＴＰＲＤ装置の開放に伴う気体水素の放出流量は７０ｇ／ｓであり、それによって、３５０バール（３５Ｍｐａ）に圧縮された水素２００ｌのタンクを１０分程度で空にすることができる。火災時には、一定の閾値を超える温度となったタンクだけが、それに付属するＴＰＲＤ装置の開放によって空にされる。隣接するタンクは、そのＴＰＲＤ装置が開くのでない限り、圧力がかかったままになる。
－ 火災がタンクの一方の端部のみにかかわる場合のタンクの抜取りを保証するため、タンクは、第１のガス出口と反対側に設けられた第２のガス出口を備える。
－ システムは、タンク内のガスの徐放を可能にする第２の圧力除去装置を、第２のガス出口に備える。
－ 装置は、
・ 中空体を有する第２のガス集合管であって、第２のガス出口と流体連通するように構成されたオリフィスと、大気へのガス放出開口部と、を備える第２のガス集合管と、
・ オリフィスを第２のガス出口と連絡するように構成された第２の導管と、
を備える。
－ 第１の集合管と第２の集合管とは一致し、その場合には、ガスは、火災発生時に装置の一方の側からのみ放出される。そのとき、タンクは、一方の側のガス集合管と、他方の側の固定フレームと、によって支持される。
－ タンクは、第２の集合管と並進可能に結合され、その場合には、第１の集合管と第２の集合管とは、タンクの一方の側と他方の側とにタンクの両端レベルに設けられてタンクを支える。タンクは、より安定を得るため、第２の集合管に固定して取り付けられる。
－ システムは、千鳥列に配置された複数のタンクを備える。そうすることで、システムが所与の方向に占めるスペースを小さくすることができる。

本発明については、もっぱら例として添付の図面を参照しながら以下に示す説明を読むことによって、よりよく理解されよう。

本発明の第１の実施形態による圧縮ガス放出システムの透視図である。 図１のシステムの平面（Ｘ）による断面図であって、第１の変形によるレイアウトを示した図である。 図１のシステムの平面（Ｘ）による断面図であって、第１の変形によるレイアウトを示した図である。 第２の変形によるレイアウトを示した断面図である。 第２の変形によるレイアウトを示した断面図である。 本発明の第２の実施形態による圧縮ガス放出システムの透視図である。 本発明の別の実施形態を示した正面図である。 本発明の別の実施形態を示した正面図である。

本発明の第１の実施形態による圧縮ガス放出システムを、全体を符号１０として図１に示した。システム１０は、ガス集合管１１を備えるガス放出装置１を含む。この実施形態による集合管１１は、流体通路のための内部容積を形成する長手方向軸（Ｙ）の管状中空体であって、集合管１１のガス出口７に至るガス放出路を画定する中空体を有する。集合管１１は、トラックなどのような車両で装置１を貯蔵区画内に固定するための固定手段３を備える。装置１は、ほぼ水平な平面である図１の平面（Ｘ）に対して垂直に設置され、集合管１１のガス出口７は、長手方向軸（Ｙ）の管状中空体の軸方向の延長上に位置することにより、放出ガスを平面（Ｘ）と反対側に向かわせる。あるいは、集合管１１の中空体は、集合管１１のガス出口７にＵ字形のエルボ（図示せず）を有することにより、放出ガスを平面（Ｘ）に向かわせる。

ここで説明する例では、システム１０は、一連の圧縮水素タンク２を５基備えている。タンク２は、垂直に、かつほぼ千鳥列で配置されることで、占有空間が抑えられている。各々のタンク２は、軸（Ｂ）沿いに延びる形をなし、タンク２の先に第１のガス出口２１を備える。集合管１１は、水平の棒状の支持手段１６を備える。各々の水平の棒１６は、タンク２の端部を、摺動結合を用いるなどして、その端部を固定することなく受けることができる。

図１から図３に示すように、集合管１１は、導管１４によってタンク２と流体連通するように構成されたオリフィス１２を備える。集合管１１は、集合管１１上部に設けられた大気へのガス放出開口部１３であって、集合管１１のガス出口７で大気に開放された開口部をさらに備える。開口部１３には、集合管１１内への雨水のような流体やほこりが入り込まないようにできる保護キャップ１３１が装備される。保護キャップ１３１は、集合管１１内にガスが入っているときに開く弁として働く。有利には、弁は、放出ガスの圧力の作用で開く。開口部１３には、保護キャップ１３１と入れ替わりに、フィルタ（図示せず）が装着されることで、異物が集合管１１の中に入り込むのを防ぐ。

各々のタンク２は、タンクの充填導管、水素供給導管および水素放出導管と流体連通させるためのＯＴＶ（英語で「Ｏｎ－Ｔａｎｋ Ｖａｌｖｅ」）弁を第１のガス出口２１に備える。ＯＴＶ弁は、水素がタンク２の充填導管を逆流するのを防ぐための逆止弁と、減圧弁を通して水素消費機器（燃料電池など）に供給を行うための止め弁と、を備える。止め弁は通常は閉じている。ＯＴＶ弁は、タンクの内容物すべてを素早く放出するように設計された熱作動式圧力除去装置（英語で「Ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｄｅｖｉｃｅ」、略してＴＰＲＤ）１７（図１に示すもの）をさらに備える。これらは、「水素動作車両の安全規定に関する自動車両およびその構成品の認定に関する統一規定」に関するＵＮＥＣＥ規則第１３４号を遵守するために欠かすことのできない３つの機能である。

タンク２と流体連通するために、集合管１１は、オリフィス１２と可動に連絡された第１の端部１４１を各々が有する導管１４を備える。オリフィス１２に対する第１の端部１４１のレイアウトについてはこの先で説明する。導管１４は、第１のガス出口２１と流体連通した第２の端部１４２を備える。好ましくは、第２の端部１４２は、圧力除去装置１７に対して気密に固定される。そして、高温になった場合には、圧力除去装置は、タンク２内の水素を制御されたやり方で放出する。水素は、集合管１１の中空体によって画定される放出路に導管１４経由で到達し、集合管１１の出口７で放出開口部１３から大気に放出される。

図２ａおよび図２ｂは、第１の変形による集合管１１のオリフィス１２に対する導管１４の第１の端部１４１のレイアウトを示している。この変形は、図１に示したガス放出システムの実施形態に当たる。この変形では、集合管１１は、オリフィス１２内に設けられた軸（Ａ）の回転継手１５などの中間要素１５を備える。タンク２は、その軸（Ｂ）が軸（Ａ）と平行であり、かつ軸（Ａ）とは別個であるように設置される。オリフィス１２とタンク２の第１のガス出口２１とを連絡するため、導管１４は、第１の端部１４１が回転継手１５内を軸（Ａ）沿いに摺動できるように複数のエルボ部を含む。そのため、タンク２内が抜けていく過程でタンク２の寸法が減少すると、導管１４は図２ａおよび図２ｂに示すようにＤ方向に移動し、それによって、第１の端部１４１が、オリフィス１２内の軸（Ａ）沿いの並進運動によって集合管１１の内部容積に入り込む。

図３ａおよび３ｂは、第２の変形による集合管１１のオリフィス１２に対する導管１４の第１の端部１４１のレイアウトを示している。この変形では、タンク２は、その軸（Ｂ）が軸（Ａ）と平行であり、かつ軸（Ａ）と一致するように設置され、第１のガス出口２１はオリフィス１２と向かい合う。オリフィス１２とタンク２の第１のガス出口２１とを連絡するため、導管１４は、第１の端部１４１が回転継手１５内を軸（Ａ）沿いに摺動できるように複数のエルボ部を含むことができる。好ましくは、またシステムをシンプルにするため、導管１４は、直線的な形状であることができる。そのため、タンク２に充填する過程でタンク２の寸法が増大すると、導管１４は、図３ａおよび図３ｂに示すようにＤ’方向に移動し、それによって、第１の端部１４１が、オリフィス１２内の軸（Ａ）沿いの並進運動によって集合管１１の内部容積に入り込む。

図４は本発明の第２の実施形態を示したもので、ここでは、ガス放出装置１が、列車またはバスなどのような車両で、貯蔵区画内に取り付けるように構成されている。装置１は、複数のタンク２、たとえば図４に示すように３基を受けるように構成された水平部位４１を備え、その水平部位は、タンク２の支持手段１６を備える。装置１は、アーチ形をした中間部位４２であって、別の複数のタンク２、たとえば図４に示すように５基を受けるように構成された中間部位をさらに備え、その中間部位は、タンク２の支持手段１６を備える。最後に、装置１は、タンク２を定位置に保持することができる上部位４３を備える。

装置１は、流体通路を形成する中空体を有する集合管１１を備える。集合管１１は、図４に示す装置１の垂直部位を形成する。この実施形態では、導管１４（図示せず）は、オリフィス１２（図示せず）をタンク２と流体連通させるために集合管１１に設けられたオリフィス１２に接続することができる。オリフィスは、水平部位４１および／または中間部位４２および／または上部位４３に設けることも可能であり、その場合は、各部位４１、４２、４３それぞれが集合管１１と流体連通する。本発明のこの第２の実施形態では、図２および３に図示し、上に説明したオリフィス１２に対する導管１４のレイアウトは、当業者であれば特段の問題なしに実施できるものである。

本発明は、説明した実施形態に限定されるものではなく、当業者にはそれ以外の実施形態も自明であろう。とりわけ、タンク２は、第１のガス出口２１と反対側に設けた第２のガス出口２２を備えること、そして、タンクを支えるための支持手段（図示せず）を設けつつ、装置１は、第２のガス出口２２と流体連通するように構成された簡易なオリフィス１２’を備えることが可能である。その場合、装置１は、簡易なオリフィス１２’内での摺動の必要なしに簡易なオリフィス１２’を第２のガス出口２２に連絡するように構成された第２の導管１４’を備える。そのような簡易なオリフィス１２’は、図５ｂに示すような単一の集合管１１内に設けるか、またはタンク２の反対端に設けられた別の集合管１１’であって、図５ａに示すようにタンク２を固定した形で受けるように構成された集合管１１’内に設けることができる。

図２および図３に図示し、上に説明したオリフィス１２に対する導管１４の第１の端部１４１のレイアウトは、導管１４の第２の端部１４２とタンク２の第１のガス出口２１との間の連結にも実施できることに留意すべきである。とりわけ、第１のガス出口２１に接続される流体通路を、導管１４の第２の端部１４２がその中を摺動する中間要素１５を受けるように構成された圧力除去装置１７のレベルなどに用意することが可能であり、その場合、第１の端部１４１は、気密に、または気密でなく、集合管１１のオリフィス１２に接続される。

以上に図示した例ではいずれも水素が取り上げられているが、本発明は水素だけに限定されるものではない。実際、本発明は、天然ガスなど、高圧で貯蔵される他のガスにも適用される。

１ 圧縮ガス動力車両用ガス放出装置
２ 圧縮ガスタンク
７ ガス出口
１０ 圧縮ガス放出システム
１１ ガス集合管
１２ オリフィス
１３ ガス放出開口部
１４ 導管
１４１ 第１の端部
１４２ 第２の端部
１５ 中間要素
１６ 支持手段
１７ 圧力除去装置
２１ 第１のガス出口
２２ 第２のガス出口
１１’ 第２の集合管
１２’ 簡易なオリフィス
１４’ 第２の導管
Ａ 軸
Ｂ 軸
Ｘ 平面
Ｙ 長手方向軸

Claims (15)

1. － 中空体を有するガス集合管（１１）であって、
   ・ 圧縮ガスタンクと流体連通するように構成された少なくとも１つのオリフィス（１２）と、
   ・ 大気中へのガス放出開口部（１３）と、
   を具備するガス集合管と、
   － 第１の端部（１４１）および第２の端部（１４２）を有し、前記オリフィス（１２）を圧縮ガスタンク（２）と連絡するように構成された導管（１４）と、
   を備える、圧縮ガス動力車両用ガス放出装置（１）であって、
   前記導管（１４）が前記オリフィス（１２）内で並進自在で、前記導管（１４）の前記第１の端部（１４１）が軸（Ａ）に沿って前記オリフィス（１２）内を並進運動可能であり、前記第２の端部（１４２）が前記圧縮ガスタンク（２）のガス出口（２１）と流体連通するように構成されている、装置（１）。
2. 前記ガス集合管（１１）の前記中空体が、長手方向軸（Ｙ）に沿って延びる管状中空体である、請求項１に記載の装置。
3. 前記ガス集合管（１１）の前記中空体が、前記集合管（１１）のガス出口（７）に至るガス放出路を画定する、請求項１または２に記載の装置。
4. 大気への前記ガス放出開口部（１３）が、前記集合管（１１）の前記ガス出口（７）で大気に開口する、請求項３に記載の装置。
5. 前記集合管（１１）が、前記オリフィス（１２）内に設けられており前記導管（１４）の前記第１の端部（１４１）を少なくとも部分的に受けるための中間要素（１５）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記集合管（１１）が、前記集合管（１１）に対する圧縮ガスタンクの支持手段（１６）を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. － 請求項１から６のいずれか一項に記載のガス放出装置（１）と、
   － 軸（Ｂ）沿いに延びる形状を有し、第１のガス出口（２１）を備える圧縮ガスタンク（２）と、
   を備えるガス動力車両用圧縮ガス放出システム（１０）であって、
   前記導管（１４）が、前記第１のガス出口（２１）に接続される第２の端部（１４２）であって、前記第１のガス出口（２１）と流体連通するための第２の端部（１４２）を備える、システム（１０）。
8. 前記軸（Ａ）が、前記タンク（２）の前記軸（Ｂ）と平行であり、かつ前記タンク（２）の前記軸（Ｂ）とは別個のものである、請求項７に記載のシステム（１０）。
9. 前記軸（Ａ）が、前記タンク（２）の前記軸（Ｂ）と平行であり、かつ、好ましくは前記タンク（２）の前記軸（Ｂ）と一致する、請求項７に記載のシステム（１０）。
10. 前記第１のガス出口（２１）に設けられた圧力除去装置（１７）であって、前記タンク（２）内のガスの徐放を可能にする圧力除去装置（１７）を備え、前記第２の端部（１４２）が、前記圧力除去装置（１７）に接続された、請求項７から９のいずれか一項に記載のシステム（１０）。
11. 前記タンク（２）が、前記第１のガス出口（２１）と反対側に設けられた第２のガス出口（２２）を備える、請求項７から１０のいずれか一項に記載のシステム（１０）。
12. 前記装置（１）が
    － 中空体を有する第２のガス集合管（１１’）であって、前記第２のガス出口（２２）と流体連通するように構成されたオリフィス（１２’）と、大気へのガス放出開口部とを備える第２のガス集合管（１１’）と、
    － 前記オリフィス（１２’）を前記第２のガス出口（２２）と連絡するように構成された第２の導管（１４’）と、
    を備える、請求項１１に記載のシステム（１０）。
13. ガス集合管（１１）は、第２の導管（１４’）を介して前記第２のガス出口（２２）と流体連通するように構成された第２のオリフィス（１２’）を備える、請求項１１に記載のシステム（１０）。
14. 前記タンク（２）は、前記第２のガス集合管（１１’）に固定して取り付けられている、請求項１２に記載のシステム（１０）。
15. 千鳥列に配置された複数のタンク（２）を備える、請求項７から１４のいずれか一項に記載のシステム（１０）。

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