(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクであって、
前記タンクの開口部に接続されたバルブアセンブリを備え、
前記バルブアセンブリは、
前記タンクの内部に充填されるガスが充填時に通過する第１の流路と、
前記第１の流路の一部の断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さくなるように、前記第１の流路上に形成されている絞り部と、
一方の端部が前記第１の流路に接続され、他方の端部が前記タンクの内部に開放されている第２の流路であって、前記一方の端部は、前記絞り部の下流側において前記絞り部に隣接して前記第１の流路に接続されている第２の流路と、
前記第２の流路に配置され、前記第２の流路を流通するガスの温度を検出する温度検出部と、を備えるタンク。
【請求項２】
請求項１に記載のタンクにおいて、
前記絞り部は、平板状の部材が前記第１の流路上に配置されることにより形成されている、タンク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のタンクはさらに、
前記第２の流路を流通するガスを保温するための断熱材を備えているタンク。
【請求項４】
タンクの開口部に接続されるバルブアセンブリであって、
前記タンクの内部に充填されるガスが充填時に通過する第１の流路と、
前記第１の流路の一部の断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さくなるように、前記第１の流路上に形成されている絞り部と、
一方の端部が前記第１の流路に接続され、他方の端部が前記タンクの内部に開放されている第２の流路であって、前記一方の端部は、前記絞り部の下流側において前記絞り部に隣接して前記第１の流路に接続されている第２の流路と、
前記第２の流路に配置され、前記第２の流路を流通するガスの温度を検出する温度検出部と、を備えるバルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを貯蔵するためのタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素ガスを貯蔵するためのタンクにおいて、外部から供給される水素ガスの温度を検出するための温度センサを備えたタンクが知られている（特許文献１）。また、タンク内部の水素ガスの温度を検出するための温度センサがバルブアセンブリに設置されているタンクが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−８９７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、温度センサをバルブアセンブリに設置した場合、バルブやセンサなどを集約することができる反面、バルブアセンブリの小型化を図ると、水素ガスの充填中に温度センサにより検出される温度は、タンクに供給される水素ガスの温度の影響を受ける虞があった。すなわち、水素ガスが予め冷却された状態でタンクに供給されると、温度センサによりタンク内部の水素ガスの温度を正確に測れない虞があった。そのため、ガスの充填時にタンクに充填されている水素量を温度センサにより検出された温度から正確に推定できない虞があった。一方、バルブアセンブリにおいて、温度センサと、外部から流入する水素ガスの流路とを離すように構成するとバルブアセンブリの小型化が図れず、タンク全体のコストが抑制できないなどの問題があった。このように、タンク内部の水素ガスの温度を検出する温度センサを備えるタンクの形状や構成については、なお改善の余地があった。
【０００５】
なお、このような課題は、水素ガスを貯蔵するタンクに限定されず、圧縮天然ガス（ＣＮＧガス）やプロパンガスを貯蔵するタンクについての共通の課題でもあった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、温度センサを備えるタンクにおいて、ガスの充填時におけるタンク内部のガスの温度を容易に検出することを第１の目的とする。また、タンク全体のコストの抑制を図ることを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
本発明の第１の態様は、タンクであって、
前記タンクの開口部に接続されたバルブアセンブリを備え、
前記バルブアセンブリは、
前記タンクの内部に充填されるガスが充填時に通過する第１の流路と、
前記第１の流路の一部の断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さくなるように、前記第１の流路上に形成されている絞り部と、
一方の端部が前記第１の流路に接続され、他方の端部が前記タンクの内部に開放されている第２の流路であって、前記一方の端部は、前記絞り部の下流側において前記絞り部に隣接して前記第１の流路に接続されている第２の流路と、
前記第２の流路に配置され、前記第２の流路を流通するガスの温度を検出する温度検出部と、を備えるタンクである。
この構成によれば、温度検出部が配置されている第２の流路は、一方の端部が第１の流路において断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さい部分に隣接して接続され、他方の端部がタンクの内部に開放されているため、ガスの充填時であっても、温度検出部によりタンク内部のガスの温度を容易に検出することができる。また、タンク全体のコストの抑制を図ることができる。
【０００８】
［適用例１］
タンクであって、
前記タンクの内部に充填されるガスが充填時に通過する第１の流路と、
前記第１の流路の一部の断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さくなるように、前記第１の流路上に形成されている絞り部と、
一方の端部が前記第１の流路に接続され、他方の端部が前記タンクの内部に開放されている第２の流路であって、前記一方の端部は、前記絞り部の下流側において前記絞り部に隣接して前記第１の流路に接続されている第２の流路と、
前記第２の流路に配置され、前記第２の流路を流通するガスの温度を検出する温度検出部と、を備えるタンク。
【０００９】
この構成によれば、温度検出部が配置されている第２の流路は、一方の端部が第１の流路において断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さい部分に隣接して接続され、他方の端部がタンクの内部に開放されているため、ガスの充填時であっても、温度検出部によりタンク内部のガスの温度を容易に検出することができる。また、タンク全体のコストの抑制を図ることができる。
【００１０】
［適用例２］
適用例１に記載のタンクにおいて、
前記絞り部は、平板状の部材が前記第１の流路上に配置されることにより形成されている、タンク。
【００１１】
この構成によれば、平板状の部材を第１の流路上に配置することにより、第１の流路において断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さい絞り部を容易に構成することができる。
【００１２】
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のタンクはさらに、
前記第２の流路を流通するガスを保温するための断熱材を備えているタンク。
【００１３】
この構成によれば、第２の流路を流通するガスの温度とタンク内部のガスの温度との差異を抑制することができる。
【００１４】
［適用例４］
タンクの開口部に接続されるバルブアセンブリであって、
前記タンクの内部に充填されるガスが充填時に通過する第１の流路と、
前記第１の流路の一部の断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さくなるように、前記第１の流路上に形成されている絞り部と、
一方の端部が前記第１の流路に接続され、他方の端部が前記タンクの内部に開放されている第２の流路であって、前記一方の端部は、前記絞り部の下流側において前記絞り部に隣接して前記第１の流路に接続されている第２の流路と、
前記第２の流路に配置され、前記第２の流路を流通するガスの温度を検出する温度検出部と、を備えるバルブアセンブリ。
【００１５】
この構成によれば、バルブアセンブリにおいて、温度検出部が配置されている第２の流路は、一方の端部が第１の流路において断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さい部分に隣接して接続され、他方の端部がタンクの内部に開放されているため、ガスの充填時であっても、温度検出部によりタンク内部のガスの温度を容易に検出することができる。また、バルブアセンブリのコストの抑制を図ることができる。
【００１６】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、タンクを含んで構成される燃料電池システムや燃料電池車両のほか、タンク内部のガスの温度の検出方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施例におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。
【図２】温度検出流路に生じるベンチュリ効果を説明するための説明図である。
【図３】比較例１におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。
【図４】比較例２におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。
【図５】変形例１におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。
【図６】変形例２におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１９】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．タンクの構成：
図１は、第１実施例におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。タンク１００は、圧縮された状態の水素ガスを貯蔵するためのガスボンベである。タンク１００には、例えば、２Ｍ〜８５Ｍ［Ｐａ］程度の高圧の水素ガスが貯蔵される。タンク１００は、ライナ１１０と、補強層１２０と、口金１３０と、バルブアセンブリ１４０と、を備えている。タンク１００は、バルブアセンブリ１４０を介して、ガス供給用管路２１０とガス充填用管路２２０にそれぞれ接続されている。タンク１００は、内部に貯蔵している水素ガスをガス供給用管路２１０からレギュレータ２１１を介して図示しない燃料電池等に供給する。また、タンク１００は、ガス充填用管路２２０のレセプタクル２２１に図示しないガス供給装置のノズルが接続されることにより、ガス供給装置からガス充填用管路２２０を介して水素ガスの供給を受け、内部に水素ガスが充填される。
【００２０】
ライナ１１０は、略円筒形の外形を備え、内側に水素ガスを貯蔵するための樹脂製の容器である。ライナ１１０は、端部に口金１３０やバルブアセンブリ１４０を配置するための開口部１１０ｐを備えている。ライナ１１０は、例えば、ポリアミド、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレン等の樹脂により形成されている。なお、ライナ１１０は、アルミニウム合金などの金属により形成されていてもよい。
【００２１】
補強層１２０は、ライナ１１０の外周面上に形成され、タンク１００の耐圧殻として機能する。補強層１２０は、ライナ１１０の開口部１１０ｐと対応する位置に開口部１２０ｐを備えている。補強層１２０は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成されている。ライナ１１０の開口部１１０ｐと補強層１２０の開口部１２０ｐは、後述する口金１３０の鍔部１３０ａを両側から挟むようにして鍔部１３０ａと密着し、口金１３０とライナ１１０との接合部からの水素ガスのリークを抑制している。
【００２２】
口金１３０は、ステンレスやアルミなどの金属で形成され、略円筒形の外形を有している。口金１３０の外周部には、鍔部１３０ａが形成されている。口金１３０は、ライナ１１０の開口部１１０ｐに挿入されている。また、口金１３０は、開口部の内周面に雌ねじ１３０ｓが形成されている。口金１３０の開口部には、バルブアセンブリ１４０がねじ込まれて固定されている。
【００２３】
バルブアセンブリ１４０は、タンク１００の内部に貯蔵されている水素ガスの出し入れをおこなうためガス流路や弁などを含んで構成されるモジュールである。バルブアセンブリ１４０は、ガス充填流路１４１と、仕切板１４２と、温度検出流路１４３と、温度センサ１４４と、を備えている。本実施例では図示を省略するが、バルブアセンブリ１４０は、ほかに、タンク１００の内部に貯蔵されている水素ガスをタンク１００のガス供給用管路２１０に放出するためのガス放出流路や、タンク１００の内部の圧力が所定以上になったときにタンク内部の水素ガスを外部に放出するための安全流路や、手動の開閉弁や電磁弁などを備えている。
【００２４】
ガス充填流路１４１は、タンク１００の内部に充填される水素ガスが充填時に通過する流路であり、一方の端部１４１ｅ１がガス充填用管路２２０と接続され、他方の端部１４１ｅ２がタンク１００の内部に開放されている。ガス充填流路１４１の経路上には、図示しない開閉弁が配置されている。また、ガス充填流路１４１の経路上には、図示しない安全流路が接続されている。なお、ガス充填流路１４１は、水素ガスの充填時に充填されるガスが通過する流路としての機能のみを備えていてもよいし、経路上に図示しないガス放出流路の端部が接続されることにより、ガス供給用管路２１０に放出される水素ガスが流通するガス放出流路としての機能も併せて備えていてもよい。以後、本実施例では、ガス充填流路１４１について、ガス充填用管路２２０に接続されている端部１４１ｅ１側を流路の上流側、タンク１００の内部に開放されている端部１４１ｅ２側を流路の下流側として説明する。
【００２５】
仕切板１４２は、平板状の外形を備え、主面である平面部がガス充填流路１４１を流通するガスの流通方向と沿うようにして、端面がガス充填流路１４１上に固定されている。仕切板１４２がガス充填流路１４１に配置されることにより、仕切板１４２が配置された部分のガス充填流路１４１の断面積は、他の部分の断面積より相対的に小さくなっている。
【００２６】
温度検出流路１４３は、タンク１００の内部に充填されている水素ガスを流通させてタンク内部の水素ガスの温度を検出するための流路である。温度検出流路１４３は、一方の端部１４３ｅ１が、ガス充填流路１４１において仕切板１４２の下流側で仕切板１４２と隣接するようにガス充填流路１４１に接続され、他方の端部１４３ｅ２が、タンク１００の内部に開放されている。温度検出流路１４３は、ガス充填流路１４１の下流側において仕切板１４２に隣接するように接続されているため、ベンチュリ効果により、タンク１００の内部に充填されている水素ガスを端部１４３ｅ２から取り入れ、温度検出流路１４３の内部を流通させた後に端部１４３ｅ１を介してガス充填流路１４１に排出する。温度検出流路１４３に生じるベンチュリ効果の詳細については後述する。
【００２７】
温度センサ１４４は、温度検出流路１４３に配置され、温度検出流路１４３を流通するガスの温度を検出する。本実施例では、温度検出流路１４３には、タンク１００の内部に充填されている水素ガスが流通するため、温度センサ１４４は、タンク１００の内部に充填されている水素ガスの温度を検出する。
【００２８】
Ａ−２．効果例：
図２は、温度検出流路に生じるベンチュリ効果を説明するための説明図である。本実施例のバルブアセンブリ１４０は、ガス充填流路１４１と温度検出流路１４３により、アスピレータが構成されている。具体的には、ガス充填流路１４１は、流路の一部に他の部分より相対的に断面積が小さい部分（仕切板１４２が配置された部分）を有するとともに、この部分に隣接して温度検出流路１４３が接続されている。この構成により、タンク１００への水素ガスの充填時に、充填される水素ガスＧｈｓがガス充填流路１４１を通過すると、ベンチュリ効果によって仕切板１４２の下流側が低圧化する。すなわち、水素ガスＧｈｓがガス充填流路１４１を通過すると、温度検出流路１４３の端部１４３ｅ１側が低圧となり、タンク１００の内部の水素ガスＧｈｃは、端部１４３ｅ２から温度検出流路１４３に流入し、端部１４３ｅ１を介して温度検出流路１４３からガス充填流路１４１に移動する。そのため、温度検出流路１４３に配置されている温度センサ１４４は、タンク１００の内部から温度検出流路１４３に流入した水素ガスＧｈｃの温度、すなわち、タンク１００の内部に充填されている水素ガスの温度を検出することができる。
【００２９】
本実施例におけるガス充填流路１４１は、特許請求の範囲における「第１の流路」に該当する。本実施例における仕切板１４２は、特許請求の範囲における「絞り部」に該当する。本実施例における温度検出流路１４３は、特許請求の範囲における「第２の流路」に該当する。
【００３０】
以上説明した、本実施例のバルブアセンブリ１４０によれば、温度検出流路１４３は、一方の端部１４３ｅ２がガス充填流路１４１において、断面積が他の部分の断面積よりも相対的に小さい部分に隣接して接続され、他方の端部１４３ｅ１がタンク１００の内部に開放されているため、温度センサ１４４によりタンク内部のガスの温度を容易に検出することができる。具体的には、本実施例のバルブアセンブリ１４０は、ガス充填流路１４１と温度検出流路１４３により、アスピレータが構成されている。そのため、タンク１００への水素ガスの充填時に、充填される水素ガスがガス充填流路１４１を通過すると、ベンチュリ効果によって、温度検出流路１４３の端部１４３ｅ１側が低圧となり、タンク１００の内部の水素ガスは、端部１４３ｅ２から温度検出流路１４３に流入し、端部１４３ｅ１を介して温度検出流路１４３からガス充填流路１４１に移動する。よって、温度検出流路１４３に配置されている温度センサ１４４は、タンク１００の内部から温度検出流路１４３に流入した水素ガスの温度、すなわち、タンク１００の内部に充填されている水素ガスの温度を検出することができる。
【００３１】
本実施例のタンク１００によれば、タンク１００は、ガス充填流路１４１と温度検出流路１４３によってアスピレータが構成されているバルブアセンブリ１４０を備えているため、バルブアセンブリ１４０に配置された温度センサ１４４によりタンク内部に充填されているガスの温度を容易に検出することができる。
【００３２】
図３は、比較例１におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。図４は、比較例２におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。図３に示すタンク１００ｘは、従来例１としてのバルブアセンブリ１４０ｘを備えている。また、図４に示すタンク１００ｙは、従来例２としてのバルブアセンブリ１４０ｙを備えている。
【００３３】
従来から、図３に示すように、温度センサ１４４を備えたバルブアセンブリ１４０ｘが知られている。温度センサ１４４をバルブアセンブリ１４０ｘやバルブアセンブリ１４０ｘの近傍に配置することにより、温度センサ１４４の電気配線を図示しない電磁弁などの電気配線と集約することができるほか、温度センサを設置するための加工をライナ１１０や補強層１２０におこなう必要がないため、ライナ１１０や補強層１２０の気密性の低下を抑制することができる。これらのことから、温度センサをバルブアセンブリに配置することにより、タンクのコストの抑制を図ることができる。
【００３４】
温度センサがバルブアセンブリに配置されたタンクについて、コストのさらなる抑制を図るために、バルブアセンブリの小型化を図りたいという要望があった。しかし、バルブアセンブリを小型化した場合、図４に示すように、温度センサ１４４は、ガス充填流路１４１の端部１４１ｅ２を介して供給される水素ガスＧｈｓの温度の影響を受けることにより、タンク内部に充填されている水素ガスの温度を正確に検出できない問題があった。例えば、ガス充填流路１４１から供給される水素ガスＧｈｓが予め冷却された状態でタンク１００に供給されると、温度センサ１４４により検出される温度は、タンク内部に充填されている水素ガスの温度よりも低くなる虞があった。
【００３５】
一方、本発明に係るバルブアセンブリ１４０によれば、バルブアセンブリの小型化を図った場合であっても、ガス充填流路１４１と温度検出流路１４３によってアスピレータが構成されているため、ベンチュリ効果によって、タンク内部に充填されている水素ガスを温度検出流路１４３の内部に取り入れることができ、温度検出流路１４３の内部に配置されている温度センサ１４４によりタンク内部に充填されているガスの温度を正確に検出することができる。すなわち、本発明に係るバルブアセンブリ１４０によれば、温度センサを備えるバルブアセンブリの小型化を図りつつ、タンク内部に充填されているガスの温度を正確に検出することができる。
【００３６】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３７】
Ｂ１．変形例１：
図５は、変形例１におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。図５に示すように、バルブアセンブリ１４０ａは、バルブアセンブリ１４０ａから口金１３０への熱伝達を抑制するための断熱層を備えていてもよい。具体的には、バルブアセンブリ１４０ａは、口金１３０と接触する外周面に断熱層１４５が形成されていてもよい。これにより、バルブアセンブリ１４０から口金１３０への熱伝達を抑制することができる。これは、ガス充填流路１４１から供給される水素ガスが予め冷却されている場合には、バルブアセンブリ１４０ａからの熱伝達により口金１３０が冷却され、さらに口金１３０により口金１３０の周囲の水素ガスが冷却される。口金１３０の周囲の水素ガスが冷却されると、温度センサ１４４はタンク内部に充填されている水素ガスの温度を正確に検出できない虞があった。しかし、バルブアセンブリ１４０ａから口金１３０への熱伝達を抑制することにより、口金１３０の周囲の水素ガスが口金１３０により冷却される不具合を抑制することができ、温度センサ１４４によるタンク内部に充填されている水素ガスの温度を検出する精度の向上を図ることができる。
【００３８】
また、バルブアセンブリ１４０ａは、温度検出流路１４３の内側に断熱層１４６が形成されていてもよい。これにより、温度検出流路１４３から温度検出流路１４３を流通する水素ガスへの熱伝達を抑制することができる。具体的には、ガス充填流路１４１から供給される水素ガスが予め冷却されている場合には、熱伝導により温度検出流路１４３が冷却され、温度検出流路１４３が温度検出流路１４３を流通する水素ガスを冷却する虞があった。しかし、温度検出流路１４３から温度検出流路１４３を流通する水素ガスへの熱伝達を抑制することにより、温度検出流路１４３を流通する水素ガスが温度検出流路１４３により冷却される不具合を抑制することができ、温度センサ１４４によるタンク内部に充填されている水素ガスの温度を検出する精度の向上を図ることができる。
【００３９】
なお、断熱層１４５、１４６は、口金１３０やバルブアセンブリ１４０ａよりも熱伝達率が低い材料であれば特に限定はなく、例えば、ＥＰＤＭやシリコーンなどにより形成することができる。また、バルブアセンブリ１４０ａは、断熱層１４５、１４６の両方を備えている必要はなく、いずれか一方のみを備えていてもよい。
【００４０】
また、本実施例では、ガス充填流路１４１や温度検出流路１４３は、バルブアセンブリ１４０の他の構成部と一体的に形成されているが、ガス充填流路１４１や温度検出流路１４３は、バルブアセンブリ１４０の他の構成部と異なる部材により形成されていてもよい。例えば、バルブアセンブリ１４０は、弁やガス充填流路１４１の一部が形成されている第１のアセンブリと、ガス充填流路１４１の残部と温度検出流路１４３が形成されている第２のアセンブリにより構成されていてもよい。このとき、第１のアセンブリと第２のアセンブリは異なる材料により形成されていてもよい。例えば、第２のアセンブリは第１のアセンブリよりも熱伝導率が低い材料により形成されていてもよい。
【００４１】
Ｂ２．変形例２：
図６は、変形例２におけるタンクの断面構成を説明するための説明図である。本実施例では、バルブアセンブリ１４０は、仕切板１４２により、ガス充填流路１４１の一部に他の部分より相対的に断面積が小さい部分が形成されるものとして説明したが、バルブアセンブリ１４０は、ガス充填流路１４１の一部に他の部分より相対的に断面積が小さい部分が形成されていれば、仕切板１４２を備えていなくてもよい。例えば、図６に示すように、バルブアセンブリ１４０ｂは、ガス充填流路１４１の一部に流路面が他の部分よりも隆起している隆起部１４２ｂを備えることにより、ガス充填流路１４１の一部に他の部分より相対的に断面積が小さい部分が形成されていてもよい。この場合であっても本実施例と同様の効果を奏することができる。
【００４２】
Ｂ３．変形例３：
本実施例では、タンク１００は、水素ガスを貯蔵するための容器として説明しているが、本発明は、水素ガスを貯蔵するためのタンクに限定されず、種々のタンクに適用することが可能である。例えば、圧縮天然ガス（ＣＮＧガス）やプロパンガスを貯蔵するタンクに本発明を適用した場合であっても、上記実施例で示した効果と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
Ｂ４．変形例４：
本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、タンクを含んで構成される燃料電池システムや燃料電池車両のほか、タンク内部のガスの温度の検出方法等の形態で実現することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１００…タンク
１１０…ライナ
１１０ｐ…開口部
１２０…補強層
１２０ｐ…開口部
１３０…口金
１３０ａ…鍔部
１４０…バルブアセンブリ
１４１…ガス充填流路
１４２…仕切板
１４３…温度検出流路
１４４…温度センサ
１４５，１４６…断熱層
２１０…ガス供給用管路
２１１…レギュレータ
２２０…ガス充填用管路
２２１…レセプタクル
【図１】
0005541095.tif 000002
【図２】
0005541095.tif 000003
【図３】
0005541095.tif 000004
【図４】
0005541095.tif 000005
【図５】
0005541095.tif 000006
【図６】
0005541095.tif 000007