(57)【要約】【課題】  周囲温度の上昇の度合いに応じてタンク内気体を放出することが可能な高圧ガスタンク用安全弁を提供する。【解決手段】  タンク雰囲気温度による溶融タイミングが互いに異なる複数の可溶部を備えた溶栓を構成する。【選択図】      図１
2005282764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク雰囲気温度による溶融タイミングが互いに異なる複数の可溶部からなる溶栓を有することを特徴とする高圧ガスタンク用安全弁。
【請求項２】
前記高圧ガスタンク内外に通じる連通路に、タンク内圧を開弁方向に受ける弁体を備え、前記複数の可溶部は互いに異なる融点を有するとともに、前記弁体の開弁方向への移動を制限するように直列に設けられており、前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガスタンク用安全弁。
【請求項３】
前記溶栓は、常温において前記高圧ガスタンク内外に通じる連通路を閉鎖する弁体であって、前記複数の可溶部は互いに異なる融点を有する材料にて形成されるとともに、低融点の可溶部のみが溶融したときには、前記連通路の一部のみに内外への連通路が形成され、残部の連通路は高融点の可溶部により依然として閉鎖されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガスタンク用安全弁。
【請求項４】
前記複数の可溶部は同一の材料で形成されており、一方の可溶部が他方の可溶部よりもタンク外部に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガスタンク用安全弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスタンクに使用される安全弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、生成物が水であるため環境を汚染しない他、発電効率が高い等の特徴を有するため、近年、自動車用の動力源や家庭用コージェネレーション・システム等としての開発が進められている。燃料電池を動力源とする燃料電池自動車は、水素（Ｈ２）と空気中の酸素（Ｏ２）とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池を搭載し、燃料電池が発電した電気をモータに供給して駆動力を発生させている。通常、この燃料電池自動車は、電力発生のエネルギー源としての水素を充填した、高圧水素タンクを搭載している。この水素タンクでは、水素を高圧で貯蔵しているため、燃料電池自動車の周囲で火災などが発生して水素タンクの周囲が高温になると、内部の水素が膨張し、水素タンクを破損させるおそれがある。このため、周囲の温度が上昇し、水素が膨張して水素タンクを破損させる危険性がある温度になると、安全弁が作動して、水素タンクに充填された水素が放出されて、水素タンクの破損を防止する構造をとっている。なお、高圧ガスタンクとしては、上記燃料電池自動車に用いられる水素タンクの他に、天然ガス自動車に用いられる天然ガスタンク等がある。
【０００３】
燃料電池自動車に搭載される水素タンクの安全弁に関して、特許文献１には、タンク周囲の温度が上昇したとき、可溶合金からなる溶栓が溶融してタンク内気体を放出し、内圧上昇によるタンクの破損を防止する技術が開示されている。また同様な技術分野に関して、特許文献２、及び特許文献３に開示がされている。
【特許文献１】特開２００２−１９５４９９号公報
【特許文献２】特開２００２−１８１２９８号公報
【特許文献３】特開２００３−２０６８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている構造によれば、溶栓はタンク内圧が過度に上昇することを抑制できるように所定の流量を確保できる径とされているため、一旦溶栓が溶融してしまうとタンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、周囲温度の上昇の度合いに応じてタンク内気体を放出することが可能な高圧ガスタンク用安全弁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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項１に記載の発明は、タンク雰囲気温度による溶融タイミングが互いに異なる複数の可溶部を備えた溶栓を有することを特徴とする高圧ガスタンク用安全弁である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高圧ガスタンク用安全弁において、高圧ガスタンク内外に通じる連通路に、タンク内圧を開弁方向に受ける弁体を備え、複数の可溶部は互いに異なる融点を有するとともに、弁体の開弁方向への移動を制限するように直列に設けられており、弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の高圧ガスタンク用安全弁において、溶栓は常温において高圧ガスタンク内外に通じる連通路を閉鎖する弁体であって、複数の可溶部は互いに異なる融点を有する材料により形成されるとともに、低融点の可溶部のみが溶融したときには、連通路の一部のみに内外への連通路が形成され、残部の連通路は高融点の可溶部により依然として閉鎖されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の高圧ガスタンク用安全弁において、複数の可溶部は同一の材料により形成されており、一方の可溶部が他方の可溶部よりもタンク外部に近い位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、温度の上昇の度合いが低い場合には、一方の可溶部のみが溶融するので、タンク内気体の外部への放出の度合いを抑制することができ、タンク内気体が一気に外部に放出されることがない。また、温度の上昇の度合いが高くなると、いずれの可溶部も溶融するので、タンク内気体の放出量を確保することができ、内圧上昇によるタンク破損を確実に防止することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、タンク内圧を受ける弁体がこれに抗する方向に所定の力で付勢されているので、タンクから放出される気体の流量をタンク内圧が所定圧以下に維持するのに適当な流量とすることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、極めてシンプルな構造によって、タンク周囲の温度が上昇してきた場合に先ず低融点の材料にて形成された可溶部が溶融してタンクの内外に連通する小さな連通路が確保される。さらに温度上昇すると、高融点の可溶部も溶融して、連通路全体が開放される。かくして、タンク周囲温度の上昇の度合いに応じて、放出するタンク内気体の量を規制することができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、複数種類の材料を用意する必要がなく、より簡素な材料構成により高圧ガスタンク用安全弁を形成することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に図面を参照しつつ、本発明の高圧ガスタンク用安全弁（以下単に「安全弁」という。）に関する各実施形態について具体的に説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態にかかる安全弁を示す。（Ａ）は連通路が閉鎖された状態、（Ｂ）は連通路が部分的に開放された状態、（Ｃ）は連通路が全面的に開放された状態を示す図である。図示の安全弁１０は、高圧ガスタンク１００の上部に取り付けられている。安全弁１０は、一端側が高圧ガスタンク１００の内部に連通するシリンダ部１１と、シリンダ部１１に連通して、さらに外部に一端側が開放された放出部１２とを備えている。シリンダ部１１は、下部側が高圧ガスタンク１００に連通するよう開口されており、他端側の上部は開口が天板により閉鎖されている。放出部１２は、シリンダ部１１に直接連通する放出部本体１２ａと、一端側が放出部本体１２ａに連通し、他端側に外部への放出口が形成された噴射部１２ｂとを備えている。
【００１３】
シリンダ部１１の内部にはシリンダ部１１の内周壁に沿って摺動自由に構成された弁体１３が配設されている。さらにシリンダ部１１内の弁体１３の上方には弁体１３と直列に可溶合金１４、及び可溶合金１４の上方に可溶合金１５が配置されている。可溶合金１４の融点は、可溶合金１５の融点より低い。これら可溶合金１４、１５が溶栓を形成している。可溶合金１５のさらに上部には、コイルばね１６が配置されている。コイルばね１６の上端は、シリンダ部１１の天板内部側に当接され、下端は可溶合金１５の上面側に当接されている。可溶合金１４、１５近傍のシリンダ部１１の側面には、空洞部１７が設けられている。シリンダ部１１と、空洞部１７とは連通されている。
【００１４】
かかる第１実施形態の安全弁１０において、図１（Ａ）に示される常温の状態では、コイルばね１６は、可溶合金１５を下方に付勢しており、さらにシリンダ部１１内で直列に配列された可溶合金１４を介して弁体１３が下方に押圧されている。したがってこの状態においては、高圧ガスタンク１００内部とシリンダ部１１とは、弁体１３により閉鎖されており、連通されていない。このため、高圧ガスタンク１００内部の気体が外部に放出されることはない。
【００１５】
高圧ガスタンク１００周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金１４が溶融する。溶融した可溶合金１４は、重力の差用により空洞部１７内に流れ落ちる。そしてシリンダ部１１内で可溶合金１４が配置されていた部位には空隙が生じる。
【００１６】
しかして、可溶合金１５はコイルばね１６の付勢により下方へと押し下げられ、シリンダ部１１内部に摺動自由に設けられている弁体１３は、高圧ガスタンク１００内の気体の圧力により上方に押し上げられる。そして、コイルばね１６の下方への付勢力と上記気体が弁体１３を上方に押し上げる圧力のバランスする点で、弁体１３の上面が可溶合金１５の下面側に当接された状態で、両者の位置が決せられる（図１（Ｂ）参照）。
【００１７】
この状態においては、高圧ガスタンク１００とシリンダ部１１とは、弁体１３が上方に移動することによって僅かな隙間が形成されて連通されている。したがって高圧ガスタンク１００内の気体は、シリンダ部１１から放出部１２を介して、外部へと少量ずつ放出される。タンク内の気体の放出が続くと、徐々に弁体を押し上げる気体の圧力が低下してくる。連通路は徐々に狭められ、高圧ガスタンク１００内の気体の圧力が所定値以下まで低化すると外部への気体放出は停止される。
【００１８】
高圧ガスタンク１００の周囲温度がさらに上昇すると、高融点の可溶合金１５も溶融して、空洞部１７内へと流れ落ちる。シリンダ部１１内で可溶合金１５が配置されていた部位にも空洞が生じる。かくして弁体１３はコイルばね１６の上面に直接当接されるようになり、コイルばね１６の下方への付勢と、高圧ガスタンク１００内の気体による上方への圧力のバランスする位置まで上昇して停止する（図１（Ｃ）参照）。
【００１９】
この状態では、高圧ガスタンク１００とシリンダ部１１との間には、弁体１３がさらに上昇したことで、大きな連通路が形成される。したがって高圧ガスタンク１００内の気体は、シリンダ部１１から放出部１２を介して、外部へと大量に放出される。したがって周囲の高温により、高圧ガスタンク１００内の気体の圧力が高まって、タンクが破損されることが防止される。タンク内の気体の放出が続くと、徐々に弁体を押し上げる気体の圧力が低下してくるので、連通路は徐々に狭められ、外部への気体放出量は次第に少なくなり、やがて停止される。
【００２０】
以上説明したように、第１実施形態にかかる安全弁１０によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金１４が溶融することによって、小さな連通路が形成され、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、可溶合金１５も溶融して、大きな連通路が形成されるので、高圧ガスタンク１００内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
【００２１】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示し、（Ａ）は連通路が閉鎖された状態、（Ｂ）は連通路が部分的に開放された状態、（Ｃ）は連通路が全面的に開放された状態を示す図である。なお、図１において説明した部材と同一のものについては同一の参照符号を付してある。
【００２２】
図示の第２実施形態にかかる安全弁２０の基本的構成は第１実施形態にかかる安全弁１０と同一であり、可溶合金１４、１５の配置が上下逆である点のみが異なっている。したがって、周囲の温度が上昇した場合に、可溶合金の溶融する順序が上下逆になる。このように構成した安全弁２０も、第１実施形態にかかる安全弁１０と同一の作用効果を奏することが可能である。
【００２３】
＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す。（Ａ）は連通路が閉鎖された状態における正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す図である。
【００２４】
図示の安全弁３０は、高圧ガスタンク１００に連通するシリンダ部３１と、シリンダ部３１の内周側に固定された筒状体の可溶合金３２と、可溶合金３２の筒の内部を埋める円柱状の可溶合金３３を備えている。可溶合金３３の融点は、可溶合金３２の融点よりも低い。
【００２５】
シリンダ部３１と可溶合金３２、及び可溶合金３２と可溶合金３３とは、二種金属間に生じる接着力、あるには他の接合手段により接合されており、常温では互いの位置がこていされている。したがって高圧ガスタンク１００内部の気体が外部に放出されることはない。
【００２６】
高圧ガスタンク１００周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金３３が溶融する。溶融した可溶合金３３は、高圧ガスタンク１００内の気体の圧力で外部に放出され、一部は重力により高圧ガスタンク１００内に流れ落ちる。かくして、可溶合金３３があった部分は空洞となり、高圧ガスタンク１００内部から外部への連通路が形成される。
【００２７】
さらに周囲温度が上昇すると、可溶合金３２も溶融する。そして高圧ガスタンク１００内部から外部への連通路が大きく拡大される。したがってこの第３実施形態にかかる安全弁３０によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず低融点の可溶合金３３が溶融することによって、小さな連通路が形成され、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、可溶合金３２も溶融して、大きな連通路が形成されるので、高圧ガスタンク１００内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
【００２８】
この様な安全弁３０は、例えば以下の手順により作製できる。
筒状のシリンダ部３１を作製する。
シリンダ部３１の一端側の開口を何らかの手段で閉鎖する。
シリンダ部３１内部に溶融した可溶合金３２を注ぎ、冷却固化させる。
可溶合金３２の中心部近傍に、シリンダ部３１の長手方向に沿って貫通孔を形成する。
貫通孔に溶融した可溶合金３３を注ぎ込み、冷却固化させる。
【００２９】
＜第４実施形態＞
図４は、第４実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。図示の安全弁４０は、高圧ガスタンク１００の内部に通じる連通路４１を備えている。連通路４１は途中から連通路４２と連通路４３との二又に分岐されている。連通路４２は断面が小さく形成されており、連通路４３は断面が大きく形成されている。連通路４２、連通路４３はそれぞれの端部が外部に開口されており、その途中に、溶栓４４、４５をそれぞれに備えている。溶栓４４を形成する可溶合金の融点は、溶栓４５を形成する可溶合金の融点より低い。
【００３０】
高圧ガスタンク１００周囲の温度が上昇してくると、まず低融点である溶栓４４の可溶合金が溶融する。溶融した可溶合金４４は、高圧ガスタンク１００内の気体の圧力で外部に放出され、連通路４２により、高圧ガスタンク１００の内部と外部とが連通状態になる。かくして高圧ガスタンク１００内の気体は連通路４２を通じて外部へと放出される。さらに周囲温度が上昇すると、溶栓４５を構成する高融点の可溶合金も溶融する。そして高圧ガスタンク１００内部と外部とが断面形状大である連通路４３によっても連通状態となる。したがってこの第４実施形態にかかる安全弁４０によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず溶栓４４の低融点可溶合金が溶融することによって、小さな連通路４２が通じ、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、溶栓４５の高融点可溶合金も溶融して、断面が大きな連通路４３も通じるようになるので、高圧ガスタンク１００内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
【００３１】
＜第５実施形態＞
図５は、第５実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。図示の安全弁５０は、高圧ガスタンク１００の内部に通じる連通路５１を備えている。連通路５１は途中から連通路５２と連通路５３との二又に分岐されている。連通路５２は断面が小さく形成されており、連通路５３は断面が大きく形成されている。連通路５２、連通路５３はそれぞれの端部が外部に開口されており、その途中に、溶栓５４、５５をそれぞれに備えている。溶栓５４を形成する可溶合金と溶栓５５を形成する可溶合金とは、同一の材料である。溶栓５４は、溶栓５５より高圧ガスタンク１００の外部に近い位置に配置されている。
【００３２】
高圧ガスタンク１００周囲の温度が上昇してくると、まず外部に近い溶栓５４の温度が上昇して溶栓５４の可溶合金が溶融する。溶融した溶栓５４を構成する可溶合金は、高圧ガスタンク１００内の気体の圧力で外部に放出され、連通路５２により、高圧ガスタンク１００の内部と外部とが連通状態になる。かくして高圧ガスタンク１００内の気体は連通路５２を通じて外部へと放出される。さらに周囲温度が上昇すると、高圧ガスタンク１００に近い溶栓５５の可溶合金も溶融する。そして高圧ガスタンク１００内部と外部とが断面形状大である連通路５３によっても連通状態となる。したがってこの第５実施形態にかかる安全弁５０によれば、周囲の温度が上昇してくると、まず外部に近い溶栓５４の可溶合金が溶融することによって、小さな連通路５２が通じ、少量ずつ気体が外部へと放出される。さらに周囲の温度が上昇した場合には、高圧ガスタンク１００に近い溶栓５５の可溶合金も溶融して、断面が大きな連通路５３も通じるようになるので、高圧ガスタンク１００内の気体を急速に外部に放出することが可能となる。したがって、周囲の温度条件に応じたガスの放出が可能となり、タンク内の気体の大部分が一気に外部に放出されてしまうという事態を避けつつ、タンクの破損を防止することが可能となる。
【００３３】
以上に説明した各実施形態にかかる安全弁は、周囲の温度が上昇すると高圧ガスタンク１００内の気体が、二段階の周囲温で外部に放出される場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、周囲温度に三段階以上のステップをとって、各温度に対応する気体放出量を異なるようにしてもよい。
【００３４】
また、以上に説明した各実施形態において、可溶部は可溶合金により形成されている例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可溶部は例えば、合成樹脂やワックスなどにより形成されていても良い。タンク周囲の高温の状態をいち早く察知するという観点から、可溶部の融点は例えば１００℃前後のものと、それとは数１０℃程度異なるものとすることができる。このような低い融点を備えた材料としては、例えば鉛をベースとした共晶系の合金を挙げることができる。また、ガリウム／インジウム系の共晶合金や、ビスマス／インジウム／銀系の合金等を使用することもできる。また、重合度を適度に調整した高分子材料（樹脂）や、所定の融点を備えた各種ワックスを使用することも可能である。
【００３５】
第１実施形態及び第２実施形態の安全弁１０、２０における噴射部１２ｂ、第４実施形態の安全弁４０における連通路４２、並びに第５実施形態の安全弁５０における連通路５２に、笛等の気体の放出を利用した音発生手段、あるいは、気体感知センサと警報機とを組み合わせた、放出報知手段を設けてもよい。このようにすれば、大量放出前に高圧ガスタンク周囲の者にタンク内気体の放出をいち早く報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。（Ａ）は連通路が閉鎖された状態、（Ｂ）は連通路が部分的に開放された状態、（Ｃ）は連通路が全面的に開放された状態を示す図である
【図２】第２実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。（Ａ）は連通路が閉鎖された状態、（Ｂ）は連通路が部分的に開放された状態、（Ｃ）は連通路が全面的に開放された状態を示す図である
【図３】第３実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。（Ａ）は連通路が閉鎖された状態における正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す図である
【図４】第４実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。
【図５】第５実施形態にかかる高圧ガスタンク用安全弁を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０、２０、３０、４０、５０  高圧ガスタンク用安全弁
１２、４１、４２、４３、５１、５２、５３  連通路
１３  弁体
１４、１５、３２、３３、４４、４５、５４、５５  可溶合金（可溶部）
１６  コイルばね（付勢手段）
１００  高圧ガスタンク
【図１】
2005282764.tif 000003
【図２】
2005282764.tif 000004
【図３】
2005282764.tif 000005
【図４】
2005282764.tif 000006
【図５】
2005282764.tif 000007