(57)【要約】【課題】安価な構成で、かつ、リアルタイムで変形を良好に検出可能なガスタンクを提供する。【解決手段】水素が充填されるタンク本体１０と、タンク本体１０の外側に設けられた絶縁層２１と、絶縁層２１の外側に設けられ、変形に対応して抵抗値が変化し、変形を検出するセンシング部となる導電層３１と、外部から保護する保護層４１と、を備える水素タンク１である。そして、導電層３１は導電性を有する塗料を塗布することで形成されており、導電層３１は保護層４１の下に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが充填されるタンク本体と、
前記ガスタンク本体の外側に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の外側に設けられ、変形に対応して抵抗値が変化し、変形を検出するセンシング部となる導電層と、
を備える
ことを特徴とするガスタンク。
【請求項２】
前記導電層は導電性を有する塗料を塗布することで形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタンク。
【請求項３】
前記センシング部を複数備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスタンク。
【請求項４】
外部から保護する保護層を備え、
前記導電層は前記保護層の下に配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスタンク。
【請求項５】
外部から保護する保護層を備え、
前記導電層は前記保護層の上に配置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスタンク。
【請求項６】
外観を形成すると共に、前記絶縁層となる表面層を備え、
前記導電層は、前記表面層の外側に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を搭載し、その電力で走行する燃料電池車の開発が進められている。このような燃料電池車には、燃料電池の他、燃料電池に水素（燃料ガス）を供給する水素タンク（ガスタンク）も搭載される。このような水素タンクの容量は、水素残量、燃料電池車の航続距離に関係するため、厳密に設計される。
【０００３】
したがって、外部からの衝撃によって水素タンクが変形した場合、その容積が変動してしまい、水素残量等が高精度で把握されなくなる虞があるので、水素タンクが変形したか否かを検知することは重要である。そこで、このようなガスタンクの変形を検知するために、特許文献１〜５の技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３９１４３号公報
【特許文献２】特開平１０−３０７９７号公報
【特許文献３】特開２００６−２７５２２３号公報
【特許文献４】特開２００９−１０３２２６号公報
【特許文献５】特開２００９−１１５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、光ファイバを使用するため高価になると共に、変形を検出可能な範囲が狭くなってしまう。
そして、特許文献２では、変形を検出するセンシング部となる導電線をタンクに巻回するので、導電線間に変形を検出不能な不感部が形成されやすくなる。
また、特許文献３では、ピエゾセンサを使用するため高価になってしまう。
さらに、特許文献４では、衝撃を受けて相変態（磁性変化）し、衝撃の大きさを記録するＳＵＳ鋼を使用するので、磁性変化を検出するための特別な装置が必要であると共に、リアルタイムで検出できない。
さらにまた、特許文献５では、色素を含むカプセルをタンク壁に内蔵し、衝撃に応じてカプセルを破裂させ着色させるものであるから、リアルタイムで検出できない。
【０００６】
そこで、本発明は、安価な構成で、かつ、リアルタイムで変形を良好に検出可能なガスタンクを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ガスが充填されるタンク本体と、前記ガスタンク本体の外側に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の外側に設けられ、変形に対応して抵抗値が変化し、変形を検出するセンシング部となる導電層と、を備えることを特徴とするガスタンクである。
【０００８】
このようなガスタンクによれば、変形を検出するセンシング部となる導電層が層状（膜状）であるので、タンク本体の表面全体を容易に覆うことができる。よって、検出可能範囲は大きくなる共に、検出不能な不感部は小さくなり、変形は良好に検出される。
また、導電層は、後記するように、導電性を有する塗料の塗布、金属箔の固定、めっき、導電性材料（金属等）のコーティングによって、容易に形成される。したがって、ガスタンクは、安価となる。
【０００９】
さらに、導電層（センシング部）は、導電性を有すると共に、変形に対応して抵抗値が変化するので、一般の電源（例えば電池）を使用して、導電層に電流を通流させ、一般の電流センサ、電圧センサを使用して、電流値、電圧値をリアルタイムで検出、監視できる。そして、電流値、電圧値の変化に基づいて、ガスタンクの変形程度を、リアルタイムで検出、監視できる。すなわち、電源、電流センサ、電圧センサ等は入手容易であるので、入手困難である特別な装置を必要としない。
【００１０】
また、前記ガスタンクにおいて、前記導電層は導電性を有する塗料を塗布することで形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このようなガスタンクは、導電性を有する塗料を塗布することで、導電層を容易に形成できる。
【００１２】
また、前記ガスタンクにおいて、前記センシング部を複数備えることを特徴とする。
【００１３】
このようなガスタンクによれば、複数のセンシング部によって、変形を別々に検出できる。
また、複数のセンシング部が並列に接続された場合、一のセンシング部が断線したとしても、他のセンシング部によって変形を検出できる。
【００１４】
また、前記ガスタンクにおいて、外部から保護する保護層を備え、前記導電層は前記保護層の下に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
このようなガスタンクによれば、導電層は保護層の下に配置されているので、導電層を保護層で保護しつつ、導電層で変形を検出できる。
【００１６】
また、前記ガスタンクにおいて、外部から保護する保護層を備え、前記導電層は前記保護層の上に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
ここで、保護層は、後記するように、ＧＦＲＰ層等の硬い層で構成される。
このようなガスタンクによれば、導電層は保護層の上に配置されているので、導電層は外部からの力が小さくても変形しやすくなる。これにより、導電層は、小さな変形も良好に検出できる。
【００１８】
また、前記ガスタンクにおいて、外観を形成すると共に、前記絶縁層となる表面層を備え、前記導電層は、前記表面層の外側に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
このようなガスタンクによれば、導電層は表面層の外側に設けられているので、つまり、導電層は外部に露出しているので、導電層は外部からの力が微小であっても変形しやすくなる。これにより、導電層は、微小な変形も良好に検出できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、安価な構成で、かつ、リアルタイムで変形を良好に検出可能なガスタンクを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る燃料電池車の側面図である。
【図２】本実施形態に係る水素タンクの側面図であり、表面層と保護層とを省略している。
【図３】本実施形態に係る水素タンクの断面図である。
【図４】本実施形態に係る導電層を展開して示す図である。
【図５】変形例に係る導電層を展開して示す図である。
【図６】変形例に係る水素タンクの側面図であり、表面層と保護層とを省略している。
【図７】変形例に係る水素タンクの側面図であり、表面層と保護層とを省略している。
【図８】変形例に係る水素タンクの断面図である。
【図９】変形例に係る水素タンクの断面図である。
【図１０】変形例に係る水素タンクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２３】
≪燃料電池車の構成≫
本実施形態に係る燃料電池車１００（車両、移動体）は、燃料電池スタック１１０（燃料電池）と、水素タンク１（ガスタンク）と、外気を吸気して圧送するコンプレッサ１２１とを備えており、燃料電池スタック１１０で発生する電力により駆動用のモータ（図示しない）を回転させ、走行するものである。
なお、燃料電池車１００の具体的種類には、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車等がある。
【００２４】
燃料電池スタック１１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。
そして、燃料電池スタック１１０は、水素タンク１からの水素と、コンプレッサ１２１からの空気中の酸素を、それぞれ電気化学反応させることで、発電するようになっている。
【００２５】
≪水素タンクの構成≫
次に、水素タンク１の具体的構造について、図２〜図４を参照して説明する。
図２に示すように、水素タンク１は、略円柱状の外形を有しており、燃料電池車１００に対して横置きで搭載され、その軸方向は例えば車幅方向（左右方向）とされる。
なお、水素タンク１は、例えば、図示しない金属製のベルトを介して、燃料電池車１００のフレーム（車体）に固定される。
【００２６】
図３に示すように、水素タンク１は、タンク本体１０と、タンク本体１０の外表面に形成された絶縁層２１と、絶縁層２１の上に形成され変形を検出するセンシング部となる導電層３１と、導電層３１の上に形成された保護層４１と、保護層４１の上に形成された表面層５１と、を備えている。
すなわち、本実施形態において、導電層３１は保護層４１の下（タンク本体１０側）に配置されている。
【００２７】
＜タンク本体＞
タンク本体１０は、その外形が略円柱状を呈しており、図３に示すように、ライナー１１と、ライナー１１の外周面を覆いライナー１１を補強する補強層１２と、を備える二重構造となっている。
ただし、タンク本体１０の構造は、二重構造に限定されず、例えば、合成樹脂製または金属製のライナーのみから構成された一重構造のものでもよい。
【００２８】
ライナー１１は、アルミニウム合金等から形成されたタンク本体１０の骨格となる部品であり、その外形は略円柱状を呈している。そして、ライナー１１の内部は、中空であり、水素が充填・貯留されるタンク室１１ａとなっている。
【００２９】
また、ライナー１１の一端側には、バルブユニット１３が螺合されるネック部１１ｂ（図２参照）が形成されている。バルブユニット１３は、水素充填時に開く常閉型の逆止弁、水素供給時に開く常閉型の遮断弁（インタンク電磁弁）、タンク室１１ａのリリーフ時（放出時）に開くリリーフ弁がユニット化されたものである。
【００３０】
補強層１２は、例えば、熱硬化性樹脂が含浸された長い炭素繊維を、ライナー１１に所定に巻回した後、前記熱硬化性樹脂を硬化させることで得られるＣＦＲＰ層から構成される。
【００３１】
＜絶縁層＞
絶縁層２１は、タンク本体１０（補強層１２）の外側に設けられ、タンク本体１０と導電層３１とを電気的に絶縁する層である。このような絶縁層２１は、例えば絶縁性を有する塗料を、タンク本体１０に塗布することで形成される。なお、後記する表面層５１も同様に塗布することで形成される。
【００３２】
＜導電層（センシング部）＞
導電層３１は、絶縁層２１の外側に設けられ、その内部を、外部の直流電源７１からの微小電流が通流し、水素タンク１の変形に対応して、伸縮・断線等することで、その抵抗値が変化することにより、水素タンク１が変形したか否かを検出するセンシング部（検出部、検出回路）となる１本の帯状の層である。
【００３３】
導電層３１は、図２に示すように、絶縁層２１の全表面を覆うように、絶縁層２１の上に蛇行した状態（ミアンダ状）で、つまり、絶縁層２１の上において、周方向にずれながら、水素タンク１の軸方向（図２の左右方向）で繰り返し往復した状態で形成されている。
なお、導電層３１は、図２の紙面裏側における絶縁層２１の上にも形成されている。
ただし、導電層３１は、絶縁層２１の全表面を覆う他、例えば、事前試験等により求められ、変形が発生しやすいと判断される一部分のみを覆うように形成されてもよい。
【００３４】
このような１本の帯状の導電層３１の両端には、外部の直流電源７１に接続される端子３１ａがそれぞれ形成されている（図２、図４参照）。そして、電流センサ７２が、導電層３１と直列で接続されており、導電層３１を通流する電流値を検出し、ＥＣＵ８０（Electronic Control Unit、電子制御装置）に出力するようになっている。
ただし、検出対象は、電流値に限定されず、その他に例えば、電圧センサによって導電層３１の電圧値を検出してもよい。
なお、図４は、分かりやすくするために、蛇行した帯状（ミアンダ状）の導電層３１を展開して模式的に示すものである。
【００３５】
ここで、水素タンク１の変形に追従して導電層３１の抵抗値が変化すると、導電層３１を通流する電流値が変化する。そこで、ＥＣＵ８０は、電流センサ７２を介して電流値を検出し、電流値の変化を適宜演算することにより、水素タンク１の変形程度を連続的に監視するようになっている。
【００３６】
また、このような１本の帯状の導電層３１は、所定の幅Ｗを有している（図４参照）。
これにより、導電層３１の幅方向における変形（断線）長さＬに対応して、導電層３１の抵抗値及び電流値が変化しやすくなる。なお、変形（断線）長さＬが大きくなると、抵抗値が増加し、電流が通流しにくくなり、電流値が小さくなる。よって、電流値の変化に基づいて、水素タンク１の変形程度を定量的に検出しやすくなる。
【００３７】
また、電流値を監視するＥＣＵ８０は、現在の電流値が所定電流値以下となった場合、水素タンク１が所定以上変形したと判断し、運転者等に水素タンク１のメンテナンス（点検、交換等）を報知するため、アラーム（報知手段）を作動させる。
【００３８】
さらに、図５に示すように、スリット３１ｂを形成して導電層３１（センシング部）を幅方向において分割してもよい。このようにすれば、導電層３１の幅方向における変形（断線）長さに対応して抵抗値が良好に変化し、電流値の変化を容易に検出可能となる。なお、このように分割されることにより、導電層３１は、センシング部を複数備えることになる。
【００３９】
このような導電層３１の導電率は、例えば１０ｎΩｍ〜１Ωｍ程度であることが好ましい。
また、導電層３１は、水素の充填・放出に伴って若干膨張／収縮するタンク本体１０によって破断しないことが好ましく、例えば０．１％以上の伸び率を有し、１μｍ〜５ｍｍ程度の厚さであることが望ましい。
【００４０】
＜導電層−形成方法＞
ここで、導電層３１は、本実施形態では、導電性を有する塗料（導電性塗料）を、絶縁層２１の表面に塗布することで、容易に形成されている。なお、導電層３１の蛇行した回路パターンは、例えば、絶縁層２１の表面を適宜なマスキング剤でマスキングすることでパターニングした後、導電性塗料を塗布することで形成される。
【００４１】
ただし、導電層３１の形成方法は、これに限定されず、例えば、導電性を有する薄い金属箔を、絶縁層２１の上に接着固定することで形成してもよいし、適宜な種類の金属でめっき又はコーティングすることで形成してもよい。
【００４２】
＜保護層＞
保護層４１は、電気的絶縁性を有すると共に、外部の衝撃等から、タンク本体１０及び導電層３１を保護する層である。このような保護層４１は、例えばＧＦＲＰ層（Glass Fiber Reinforced Plastics層）で構成され、絶縁層２１、表面層５１等よりも硬い層で形成され、変形しにくい層とされる。
【００４３】
＜表面層＞
表面層５１は、電気的絶縁性を有すると共に、水素タンク１の外観を形成する層であり、保護層４１の上に形成される。
また、表面層５１は、例えば、充填されるガスの種類に対応して着色（例えば赤色）される。その他、表面層５１は、透明なクリア層（透明層）で構成される。
さらに、水素タンク１が屋外等で使用される場合には、水素タンク１の耐久性を高めるため、表面層５１は耐候性を有することが好ましい。
【００４４】
≪水素タンクの作用効果≫
このような水素タンク１によれば、次の作用効果を得る。
変形を検出するセンシング部となる導電層３１が層状（膜状）であり、タンク本体１０の表面全体を覆うようにパターンニングされているので、変形の検出可能範囲は大きく、検出不能な不感部は非常に小さい。
これにより、小さな窪みや盛り上がり等の微小な変形も良好に検出される。よって、水素タンク１が変形し、その容量が増加／減少したまま放置されることはなく、例えば、水素タンク１内の圧力に基づいて、水素残量を適切に検出できる。また、水素充填時の圧力上昇に伴う水素タンク１の変形程度も検出できる。
【００４５】
また、導電層３１は、前記したように、導電性を有する塗料を塗布することで容易に形成されるので、水素タンク１は安価となる。
【００４６】
さらに、一般の直流電源７１を使用して導電層３１に微小電流を通流させ、一般の電流センサ７２を用いて電流値を検出することにより、変形をリアルタイムで検出できる。つまり、変形を検出する際、入手困難な特別な装置を必要としない。
さらにまた、導電層３１は、保護層４１の下に配置されているので、保護層４１によって導電層３１を保護しつつ、導電層３１で変形を検出できる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、後記する実施形態と適宜組み合わせたり、次のように変更できる。
【００４８】
前記した実施形態では、導電層３１が蛇行して形成された構成を例示したが、例えば、図６に示すように、導電層３２が螺旋状で巻回された構成でもよい。
【００４９】
前記した実施形態では、蛇行した１本の帯状の導電層３１（センシング部）を備える構成を例示したが（図２参照）、帯状の導電層３１（センシング部）の数は複数でもよい。  例えば、図７に示すように、４本の帯状の導電層３３（センシング部）を備える構成でもよい。このような構成によれば、導電層３３毎に独立して水素タンク１の変形程度を検出可能となる。
【００５０】
この場合において、４本の帯状の導電層３３は、直列、並列、直列と並列の併用、のいずれで接続してもよい。
このうち、並列に接続した場合、１つの導電層３３が完全に断線し、その後の検出が不能となったとしても、その他の導電層３３によって検出可能となる。また、並列に接続する場合、例えば、変形しやすい箇所や、変形したか否かを高精度で検出する箇所（ネック部１１ｂ等）に、導電層３３の数を多くしてもよい。
【００５１】
前記した実施形態では、導電層３１が、絶縁層２１の上で保護層４１の下に配置された構成を例示したが（図３参照）、図８〜図１０に示すように変更してもよい。
【００５２】
図８に示すように、絶縁層２１を備えず、導電層３１が、保護層４１の上で、表面層５１の下に配置された構成でもよい。
このような構成によれば、導電層３１は、外部から近い位置になると共に、硬い保護層４１よりも外部側に配置されるので、外部から入力される応力に対応して変形しやすくなる。これにより、導電層３１は、水素タンク１の微小な変形も検出可能となる。
なお、この構成の場合、保護層４１が絶縁層２１としても機能することになる。
【００５３】
また、図９に示すように、保護層４１を備えず、導電層３１が、絶縁層２１の上で表面層５１の下に配置された構成でもよい。
このような構成によれば、導電層３１は、外部から近い位置に配置されるので、外部から入力される応力に対応して変形しやすくなる。これにより、導電層３１は、水素タンク１の微小な変形を検出できる。また、ＧＦＲＰ層等からなる保護層４１を備えないので、水素タンク１は軽量化される。
【００５４】
また、図１０に示すように、絶縁層２１及び保護層４１を備えず、導電層３１が表面層５１の上に配置され、導電層３１が外部に露出（露呈）した構成でもよい。
このような構成によれば、導電層３１が外部に露出しているので、つまり、剥き出しであるので、外力が直接的に導電層３１に入力される。これにより、図９の構成よりも、微細な外力及び変形を検出できる。また、絶縁層２１及び保護層４１を備えないので、水素タンク１はさらに軽量化される。
なお、このように導電層３１が外部に露出する構成であるので、水素タンク１を屋内等で使用する場合に採用することが望ましい。
【００５５】
前記した実施形態では、水素タンク１が移動体に搭載された構成を例示したが、その他に例えば、据え置き型の水素タンク１でもよい。
【００５６】
前記した実施形態では、ガスタンクが燃料電池スタック１１０に水素を供給する水素タンク１である構成を例示したが、その他に例えば、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas)エンジンに天然ガスを供給する天然ガスタンクでもよい。
【００５７】
前記した実施形態では、可燃性の水素が充填される構成を例示したが、可燃性のガスに限定されず、例えば、酸素、窒素、アルゴン等が充填される構成でもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１      水素タンク（ガスタンク）
１０    タンク本体
２１    絶縁層
３１、３２、３３  導電層（センシング部）
４１    保護層
５１    表面層
【図１】
2011185426.tif 000003
【図２】
2011185426.tif 000004
【図３】
2011185426.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011185426.tif 000007
【図６】
2011185426.tif 000008
【図７】
2011185426.tif 000009
【図８】
2011185426.tif 000010
【図９】
2011185426.tif 000011
【図１０】
2011185426.tif 000012