JPWO2012029166A1 - 損傷検知システムおよび車両 - Google Patents

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Abstract

損傷検知システムは、圧力容器10aの一方端部に設けられ、供給される電力により動作する電磁弁18aと、少なくとも一部が圧力容器10aの底面の少なくとも一部に沿うように延設される、電磁弁18aに電力を供給するためのハーネス26と、圧力容器10aの底面側からの押圧力の入力に基づいて圧力容器10aの損傷を検知する損傷検知部28aと、を備える。

Description

本発明は、損傷検知システムおよび車両に関し、特に、流体を圧縮して貯留し得る圧力容器の損傷を検知する損傷検知システム、および該圧力容器を搭載する車両に関する。
一般に、天然ガスや水素ガスなどの常温常圧では気体の物質を高圧で圧縮し、充填した高圧タンクなどの圧力容器が知られている。天然ガス自動車や燃料電池自動車などの車両には、燃料となる天然ガスや水素ガスなどに圧力を付加して充填し、貯留した圧力容器が搭載される。車両に搭載する圧力容器には、一般に、燃費の向上などのために軽量化が望まれており、このため、例えば炭素繊維強化プラスティック(CFRP)やガラス繊維強化プラスティック(GFRP)などの繊維強化プラスティック(FRP)製の圧力容器が好適に採用されている。
特開2005−069454号公報には、ガス配管の損傷より先にハーネスを損傷させることにより、ソレノイドへの通電を切断し、水素ガスタンクの端部に設けられた電磁式バルブを閉弁し、車両衝突時のガス漏洩を防止することが記載されている。
圧力容器を車両に搭載する場合には、例えば車両後部や中央部など、衝撃などの外部からの影響が比較的少ない箇所に配置されていたが、近年、単位容積あたりの充填量を上昇させる必要性から圧力容器の耐圧性が向上し、これに伴い耐衝撃性も向上したこと、また、搭乗空間または積載容積の確保の要請などの点から、車両の形状や用途によっては車両の下部または底部に搭載することが望ましい場合もある。
車両の下部または底部に圧力容器を搭載した場合であっても、通常の走行では不具合は発生しないが、例えば未舗装路などの路面の凹凸が著しい悪路や、石などの障害物上を車両が通過すると、路面または障害物と車両の下部または底部とが干渉し、干渉部分に損傷を受ける場合がある。このとき、圧力容器に許容限度を超えた損傷を受けた場合には、速やかにその損傷を検知しかつ/または圧力容器からの流体の漏出を回避することが要求される。
特開2005−069454号公報
しかしながら、上述した特許文献1の技術では、路面干渉などによる車両下方からの衝撃により水素ガスタンク等の圧力容器が破損した場合であっても、電磁式バルブやハーネスに電気的故障や破損が発生していなければ、通電されて開弁状態となり得るため、該圧力容器内から水素ガスが漏洩するおそれがある。また、水素ガスの漏洩を回避できた場合であっても、電磁式バルブを開弁しガスを再充填する場合に、破損した水素ガスタンクからの漏洩により圧縮が十分に行えず、所望量が充填できない場合もあり得た。
本発明の目的は、圧力容器の底部側からの干渉等の衝撃に起因する圧力容器の損傷を簡易な構成で検知または予知することである。
本発明に係る損傷検知システムは、圧力容器の一方端部に設けられ、供給される電力により動作する電磁弁と、少なくとも一部が前記圧力容器の底面の少なくとも一部に沿うように延設される、前記電磁弁に電力を供給するためのハーネスと、前記圧力容器の底面側からの押圧力の入力に基づいて前記圧力容器の損傷を検知する損傷検知部と、を備える。
本発明に係る車両は、圧力容器の一方端部に設けられ、供給される電力により動作する電磁弁と、少なくとも一部が前記圧力容器の底面の少なくとも一部に沿うように延設される、前記電磁弁に電力を供給するためのハーネスと、前記圧力容器の底面側からの押圧力の入力に基づいて前記圧力容器の損傷を検知する損傷検知部と、を備える。
圧力容器の構成の概略を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器を備える車両の構成の概略を説明するための図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器を備える車両の構成の概略を説明するための図である。 本発明の実施の形態において、圧力容器を備える車両における損傷検知の様子について説明するための図である。 本発明の実施の形態において、損傷検知装置の構成の概略について説明するための図である。 本発明の他の実施の形態において、圧力容器を備える車両の構成の概略を説明するための図である。 本発明の他の実施の形態において、圧力容器を備える車両の構成の概略を説明するための図である。 本発明の他の実施の形態において、損傷検知装置の動作の一例について説明するための図である。 本発明の他の実施の形態において、損傷検知装置の動作の一例について説明するための図である。 本発明の他の実施の形態において、損傷検知装置の動作の一例について説明するための図である。 本発明の他の実施の形態において、圧力容器を備える車両における損傷検知の様子について説明するための図である。 本発明の他の実施の形態において、損傷検知装置の作製に用いられる材料の一例について説明するための図である。 作製された損傷検知装置の構成の概略を説明するための図である。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。まず、圧力容器の構成について説明する。図1に例示する圧力容器10は、中空形状のライナ12と、ライナ12の外周部分を被覆する繊維強化樹脂層(FRP層)14とを備え、構成されている。圧力容器10の端部にはまた、少なくとも一つの口金部16を有する。口金部16は、ここでは図示しないバルブを接続可能に構成されており、このバルブの開閉動作により圧力容器10の内外への高圧流体の流通を制御することができる。ライナ12には、例えば、6−ナイロン、6,6−ナイロンなどのナイロン樹脂やポリプロピレン樹脂などの高いガスバリア性を有する熱可塑性樹脂に、必要に応じてエラストマーを添加して構成される。
繊維強化樹脂層14は一般に、例えばガラス繊維、炭素繊維、ケブラ繊維などからなる、長く連続した糸状の繊維を複数束ねた繊維束(フィラメント)に、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含む樹脂液を含浸させ、必要に応じて乾燥および/または半硬化させたいわゆるプリプレグ繊維をライナ12の外周表面に巻きつけて、その後該樹脂液を硬化させることにより形成することができる。このとき、ライナ12の材質および/または厚みの他、例えば、繊維強化樹脂層14を構成する繊維または繊維束の太さやプリプレグ繊維の巻き数等を調整し、繊維強化樹脂層14の厚みを調整することにより、圧力容器10の耐圧性および耐衝撃性、その他の設計強度を所望のものとすることができる。
図2Aは、図1に示す圧力容器10に相当する圧力容器10a,10bを搭載した、本発明の実施の形態である車両100の一例を示したものである。図2Aにおいて、上段の図は、車両100を上面視したものであり、下段の図は、この車両100を左側から側面視したものである。
図2Aにおいて、圧力容器10a,10bは、車両100の背面22寄りに、その長手方向が車両100の側面方向であって、かつ水平面にほぼ平行となるように並列に配置されている。一方、電源24は、圧力容器10a,10bよりも前面20寄りに配置されている。圧力容器10a,10bの長手方向の一方端部、より具体的には図1に例示する圧力容器10において口金部16の開口部分に相当する部分には、電流の有無に応じて開閉する電磁弁18a,18bが設けられている。また、圧力容器10a,10bの底部には、例えば路面干渉などに伴う、圧力容器10a,10bの下方からの損傷を検知する損傷検知部28a,28bをそれぞれ備える。
本発明の実施の形態において、電源24は、電磁弁18a,18bに電力を供給し得る電力供給源となり得るものであればよく、例えば、二次電池やキャパシタであってもよいが、これに限らない。また、電磁弁18a,18bは、内蔵するソレノイドの作用により、通電により開弁し、通電解除により閉弁することにより、圧力容器10a,10bの内外の流体の流通を制御可能となるようにそれぞれ構成することができる。
図2Bは、図2Aに示す車両100を背面22側から背面視した図である。電源24と電磁弁18aとを電気的に接続するための、1または複数の配線を含むハーネス26の少なくとも一部が、圧力容器10aの底部の少なくとも一部に沿うように延設されている。ハーネス26は、電源側ハーネス26aと電磁弁側ハーネス26bとを含み構成されており、圧力容器10aの底部のほぼ中央部分において、損傷検知部28aを介して電気的に接続されている。なお、図2Bでは、車両100の後方に配置された圧力容器10aおよびその近傍の配置のみを示したが、圧力容器10bおよびその近傍も圧力容器10aおよびその近傍の配置と同様とすることができる。圧力容器10a側のハーネス26と圧力容器10b側のハーネス26は一般に電源24に対し並列に配置されている。圧力容器10a側と圧力容器10b側とで電源側ハーネス26aの一部が共通していても良いが、それぞれ独立して配置されていてもよい。
図2A、図2Bに示す車両100において、圧力容器10a,10bの底部にハーネス26を適切に延設させるために、電源24と電磁弁18a,18bとは、圧力容器10a,10bの中央部分を挟んで反対側に配置されている。ここでは、電源24は車両100の右側に、電磁弁18a,18bは車両100の左側に、それぞれ配置されたものを例示している。電源24および電磁弁18a,18bのかかる配置は、図示したものに限定されるものではなく、例えば、電源24を車両100の左側、電磁弁18a,18bを車両100の右側となるようにそれぞれ配置させてもよい。
図3は、図2A、図2Bに示す車両100において、圧力容器10aまたは10bの底部において損傷検知部28aまたは28bとして配置することができる損傷検知装置28の構成の概略について例示する図である。図3において、上の図は、損傷検知装置28を上面視したものに相当し、下の図は、この損傷検知装置28を配置させた車両100の背面22側から背面視したものに相当する。
図3において、電源側ハーネス26aの端部に設けられた電源側コネクタ30に、電磁弁側ハーネス26bの端部に設けられた電磁弁側コネクタ32の先端部分が挿入されることにより、電気的に接続するように構成されている。電源側コネクタ30および電磁弁側コネクタ32をほぼ鉛直方向に貫通する開口にピン34が挿通されることにより、電気的に接続された電源側コネクタ30および電磁弁側コネクタ32が通常時に容易に脱落しないように固定されている。ピン34は、下方に設けられた押圧受容部38に当接しており、押圧受容部38は、脆弱層36を介して電源側コネクタ30と接着または固定されている。実施の形態において、ピン34と押圧受容部38とは、少なくとも当接するように配置されていれば固定されていても、固定されていなくてもよい。ピン34が損傷検知装置28の上側から誤って脱落しないように、例えば電源側コネクタ30の上側から抜けないよう、必要に応じて適切な形状および/または構成とすることができる。
図3に示す損傷検知装置28において、押圧受容部38の下方から過度の押圧力を受けると、一旦ピン34が押し上げられるとともに、脆弱層36が変形し、少なくともその一部が破損および/または脱落する。つまり、この脆弱層36が「変形部」に相当する。脆弱層36が破損および/または脱落すると、押圧受容部38が電源側コネクタ30から脱落し、さらには押圧受容部38による支えを失ったピン34も脱落する。ピン34が脱落すると、電源側コネクタ30と電磁弁側コネクタ32との間の電気的接続が外れ、電源24側と電磁弁18aまたは18b側との電気的接続が解除される。このような構成を有する損傷検知装置28を、圧力容器の底部に接着などの適切な方法を用いて固定することにより、圧力容器の下方から受ける押圧力に基づく損傷を容易に検知することができる。
すなわち、例えば図4に示すように、路面40上の障害物42の上を走行することにより、圧力容器10bの底部に配置された損傷検知部28bが圧力容器10bの損傷を検知または予知し、電源24と圧力容器10bとの間の電気的接続を解除する。本実施の形態によれば、例えば目視では確認できない程度の損傷を圧力容器が受けた場合であっても、電源側から電磁弁への電力供給を強制的に停止することができる。このため、圧力容器から外部への流体の漏洩を効果的に防止することができる。また、例えば停止後に再起動を試みた場合であっても、電源から電磁弁への通電が不能となっているため、圧力容器に誤って高圧流体を充填することも未然に防止することができる。
本発明の実施の形態において、ピン34は、電源側コネクタ30および電磁弁側コネクタ32の開口に挿入され、電源側コネクタ30と電磁弁側コネクタ32とを固定することができるものであればよい。例えば、直径1〜2mm程度のステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などをピン34として好適に利用することができるが、これに限定されるものではない。
本発明の実施の形態において、脆弱層36は、電源側コネクタ30と押圧受容部38とを接着または固定することができるものであればよく、例えば、厚さ1〜2mm程度となるように形成された樹脂などを好適に利用することができるが、これに限定されるものではなく、所望の物理的強度や押圧受容部38の形状に応じて適宜設定することができる。
本発明の実施の形態において、押圧受容部38が受けた押圧力を適切にピン34および脆弱層36に伝達するために、押圧受容部38の特性としては、剛性が高く、弾性は低いほうが好ましく、例えば、ステンレス鋼、低合金鋼などを好適に利用することができるが、これに限定されるものではない。
図5Aは、図1に示す圧力容器10に相当する圧力容器10a,10bを搭載した、本発明の他の実施の形態である車両200の一例を示したものである。図5Aにおいて、上段の図は、車両200を上面視したものであり、下段の図は、この車両200を左側から側面視したものである。図5Aに示す車両200は、損傷検知部28a,28bに代えて損傷検知部44a,44bをそれぞれ備えることを除き、図2Aに示す車両100とほぼ同様の構成を有している。
図5Bは、図5Aに示す車両100を背面22側から背面視した図である。電源24と電磁弁18aとを電気的に接続するための、1または複数の配線を含むハーネス26の少なくとも一部が、圧力容器10aの底部の少なくとも一部に沿うように延設されている。また、圧力容器10aの底部に配置されたハーネス26をほぼ覆うように損傷検知部44aが配置されている。なお、図5Bでは、車両200の後方に配置された圧力容器10aおよびその近傍の配置のみを示したが、圧力容器10bおよびその近傍も圧力容器10aおよびその近傍の配置と同様とすることができることは、図2Bと同様である。
図6Aは、図5A、図5Bに示す車両200において、圧力容器10aまたは10bの底部において損傷検知部44aまたは44bとして配置することができる損傷検知装置44の構成の概略について例示する図である。
図6Aは、車両200の左側から側面視した図に相当する。図6Aに示す損傷検知装置44は、その外側に圧力容器10の底部に接着その他の適切な方法により固定される固定部46と、圧力容器10の下方からの押圧力を受ける押圧受容部48とを備える。また、損傷検知装置44の内側には、その端部が突起した上刃50と下刃52とを備え、その間にハーネス26が配置されている。
図6Aに示す損傷検知装置44において、押圧受容部48の下方から過度の押圧力を受けると、押圧受容部48とともに下刃52が押し上げられるように損傷検知装置44が変形し、上刃50と下刃52との間にハーネス26を収容するスペースがなくなり、押し上げられた下刃52の部分でハーネス26が切断されて、断線する(図6B参照)。つまり、この損傷検知装置44、より具体的には、押圧受容部48とともに押し上げられる下刃52が「変形部」に相当する。このような構成を有する損傷検知装置44を、圧力容器の底部に接着または固定することにより、圧力容器の下方から受ける押圧力に基づく損傷を容易に検知することができる。
すなわち、例えば図7に示すように、路面40上の障害物42の上を走行することにより、圧力容器10bの底部に配置された損傷検知部44bが圧力容器10bの損傷を検知または予知し、電源24と圧力容器10bとの間の電気的接続を解除する。本実施の形態によれば、例えば目視では確認できない程度の損傷を圧力容器が受けた場合であっても、電源側から電磁弁への電力供給を強制的に停止することができるため、圧力容器から外部への流体の漏洩を効果的に防止することができる。また、例えば停止後に再起動を試みた場合であっても、電源から電磁弁への通電が不能となっているため、圧力容器に誤って高圧流体を充填することも未然に防止することができる。
本発明の実施の形態において、図6Bに例示したように、上刃50と下刃52によりハーネスを切断した状態のまま損傷検知装置44の形状が保持されると、切断されたハーネスと損傷検知装置44との間で導通してしまい、電磁弁の誤作動や漏電の要因ともなり得る。そこで、図6Cに示すように、押圧受容部48の下側から押圧する障害物または干渉要素が除去または排除された際には、押圧受容部48が元の位置に戻るようにバネ性を付与することが好ましい。また、別の実施の形態として、損傷検知装置44の外側を、例えば合成樹脂(例えば、ポリエステル、ポリウレタン)等の絶縁性部材で覆うことも好適である。
次に、本発明の実施の形態における損傷検知装置44の作製方法の一例について説明する。本実施の形態は、図8Aに例示するような、金属製の平板54を用いる損傷検知装置44の作製方法について示したものである。図8Aに示す平板54として、例えば厚さ1〜2mm程度のステンレス鋼、炭素鋼その他の鉄鋼、低合金鋼などを好適に利用することができるがこれに限定されるものではなく、ハーネス26の太さや強度に応じて適宜設定することができる。
図8Aに示すように、平板54内の実線56で示した箇所を切断する。次に、破線58で示した箇所を手前方向にほぼ直角に折り曲げる。この折り曲げた部分が図8Bに示す上刃50a,50b,50c,・・・・50zおよび下刃52a,52b,52c,・・・・52zとなる。最後に、長破線60で示した箇所を図の手前方向に折り曲げると、図8Bに示したような損傷検知装置44を作製することができる。
図8Bに例示したような構成を有する損傷検知装置44によれば、上刃50および下刃52の先端部をその刃の厚さ、つまり材料となる平板54の厚さだけその位相をずらし、上刃50および下刃52の側面を互いに摺動させるような動きでハーネス26を破断または崩壊させて内部の配線を断線させることができる。他の実施の形態として、上刃50および下刃52の先端部を鋭利に加工し、位相を合わせた刃先同士でハーネス26を切断し、内部の配線を断線させる態様とすることも可能である。また、ハーネス26の太さや強度に応じて、上刃50a,50b,50c,・・・・50zおよび下刃52a,52b,52c,・・・・52zそれぞれの間隔や固定部46と押圧受容部48との間隔をそれぞれ適宜設定することができる。
本発明の実施形態の損傷検知システムは、例えば車両の下部または底部に搭載するなどの配置の態様に起因して、圧力容器の底面側からの押圧力の入力に基づいて損傷を受けうる態様において適用することができる。圧力容器としては、例えば、FRP製のものに限らず、例えば鋼鉄製のものであっても構わないが、車両に搭載する場合には好ましくはFRP製の圧力容器である。また、圧力容器に充填する流体は天然ガスや水素に限らず、例えば窒素や酸素などであってもよい。
本発明の実施形態の車両には、車両の下部または底部に圧力容器を搭載し得る、例えば、自動二輪車、自転車、電車等、あらゆる車両が含まれ得る。本実施形態の車両は特に、圧力容器の配置の態様によって該圧力容器の底部と路面との干渉等が起こりうる、例えば天然ガス自動車や燃料電池自動車などの自動車に好適に適用することができる。
10,10a,10b 圧力容器、12 ライナ、14 繊維強化樹脂層、16 口金部、18a,18b 電磁弁、20 前面、22 背面、24 電源、26 ハーネス、26a 電源側ハーネス、26b 電磁弁側ハーネス、28,44 損傷検知装置、28a,28b,44a,44b 損傷検知部、30 電源側コネクタ、32 電磁弁側コネクタ、34 ピン、36 脆弱層、38 押圧受容部、40 路面、42 障害物、46 固定部、48 押圧受容部、50 上刃、52 下刃、54 平板、100,200 車両。
本発明に係る損傷検知システムは、圧力容器の一方端部に設けられ、供給される電力により動作する電磁弁と、少なくとも一部が前記圧力容器の底面の少なくとも一部に沿うように延設される、前記電磁弁に電力を供給するためのハーネスと、前記圧力容器の底面側からの押圧力の入力に基づいて前記圧力容器の損傷を検知する損傷検知部と、を備え、前記損傷検知部は、前記圧力容器の損傷を検知したときに、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除し、前記電磁弁への通電を不能にする。
本発明に係る車両は、圧力容器の一方端部に設けられ、供給される電力により動作する電磁弁と、少なくとも一部が前記圧力容器の底面の少なくとも一部に沿うように延設される、前記電磁弁に電力を供給するためのハーネスと、前記圧力容器の底面側からの押圧力の入力に基づいて前記圧力容器の損傷を検知する損傷検知部と、を備え、前記損傷検知部は、前記圧力容器の損傷を検知したときに、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除し、前記電磁弁への通電を不能にする。

Claims (8)

  1. 圧力容器の一方端部に設けられ、供給される電力により動作する電磁弁と、
    少なくとも一部が前記圧力容器の底面の少なくとも一部に沿うように延設される、前記電磁弁に電力を供給するためのハーネスと、
    前記圧力容器の底面側からの押圧力の入力に基づいて前記圧力容器の損傷を検知する損傷検知部と、
    を備える損傷検知システム。
  2. 前記損傷検知部が前記圧力容器の損傷を検知したときに、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除し、前記電磁弁への通電を不能にする、請求項1に記載の損傷検知システム。
  3. 前記損傷検知部が、前記圧力容器の底面側からの押圧力を受容する押圧受容部と、前記押圧受容部が受ける押圧力に基づいて変形し、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除する変形部とを備える、請求項1に記載の損傷検知システム。
  4. 前記損傷検知部が、前記圧力容器の底面側からの押圧力を受容する押圧受容部と、前記押圧受容部が受ける押圧力に基づいて変形し、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除する変形部とを備える、請求項2に記載の損傷検知システム。
  5. 圧力容器の一方端部に設けられ、供給される電力により動作する電磁弁と、
    少なくとも一部が前記圧力容器の底面の少なくとも一部に沿うように延設される、前記電磁弁に電力を供給するためのハーネスと、
    前記圧力容器の底面側からの押圧力の入力に基づいて前記圧力容器の損傷を検知する損傷検知部と、
    を備える車両。
  6. 前記損傷検知部が前記圧力容器の損傷を検知したときに、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除し、前記電磁弁への通電を不能にする、請求項5に記載の車両。
  7. 前記損傷検知部が、前記圧力容器の底面側からの押圧力を受容する押圧受容部と、前記押圧受容部が受ける押圧力に基づいて変形し、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除する変形部とを備える、請求項5に記載の車両。
  8. 前記損傷検知部が、前記圧力容器の底面側からの押圧力を受容する押圧受容部と、前記押圧受容部が受ける押圧力に基づいて変形し、前記ハーネスと前記電磁弁との電気的接続を解除する変形部とを備える、請求項6に記載の車両。
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