(57)【要約】【課題】パイプの振動による異音を抑制することのできる高圧タンクを提供する。【解決手段】口金を有するタンク本体と、前記口金に装着されるバルブと、前記バルブから前記タンク本体の軸方向内方に延出してガスを前記タンク本体内に噴出するパイプと、を備えた高圧タンクを提供する。前記パイプは、前記パイプの端部に形成される前記ガスを噴出する噴出口と、前記噴出口と前記バルブとの間に配置され、前記タンク本体の軸方向に対して傾斜した方向に延出する第１屈折部と、前記噴出口を有し、前記軸方向に対して傾斜した方向に延出する第２屈折部と、を備え、前記パイプを前記軸方向に垂直な方向から見たときに、前記第１屈折部及び前記第２屈折部の前記軸方向に対する傾斜角は、一方が０°より大きく９０°以下であり、他方が−９０°以上０°未満である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
口金を有するタンク本体と、前記口金に装着されるバルブと、前記バルブから前記タンク本体の軸方向内方に延出してガスを前記タンク本体内に噴出するパイプと、を備えた高圧タンクであって、
前記パイプは、
前記パイプの端部に形成される前記ガスを噴出する噴出口と、
前記噴出口と前記バルブとの間に配置され、前記タンク本体の軸方向に対して傾斜した方向に延出する第１屈折部と、
前記噴出口を有し、前記軸方向に対して傾斜した方向に延出する第２屈折部と、を備え、
前記パイプを前記軸方向に垂直な方向から見たときに、前記第１屈折部及び前記第２屈折部の前記軸方向に対する傾斜角は、一方が０°より大きく９０°以下であり、他方が−９０°以上０°未満である、高圧タンク。
【請求項２】
前記バルブから前記タンク本体の軸方向内方に延出する温度センサをさらに備え、前記温度センサの先端は、前記パイプの噴出口と前記バルブとの間に配置される、請求項１に記載の高圧タンク。
【請求項３】
前記バルブが前記口金と嵌合する嵌合部を底面とし、前記嵌合部の側面が前記軸方向に延びる柱体を仮想した場合、前記パイプと前記温度センサとは、当該仮想の柱体内に配置される、請求項２に記載の高圧タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電に用いる高圧の燃料ガス（水素ガス）を収納する容器として、軽量化を図る目的で樹脂材料を用いた高圧タンクが知られている。より詳細には、水素ガスを収納する収容空間を内部に有した合成樹脂製の薄肉容器（ライナー）を、樹脂が含浸された繊維強化樹脂補強層で被い、その後樹脂を硬化させた構造の高圧タンクが知られている。
【０００３】
このような高圧タンク内にガスを充填するバルブとして、例えば特許文献１には、温度センサを内蔵し、充填時にタンク内のガス温度を計測、監視することのできるバルブが開示されている。特許文献１においては、タンク内の温度分布を均一にするために、ガスの噴き出し方向をタンクの軸方向に対して傾斜させた噴出口を設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６４４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、本発明者等は、ガスの噴出口をバルブからタンクの軸方向に一定距離離して、タンクの軸方向に対して傾斜させるためにバルブからパイプを伸ばしてガスの噴出口を設けることを想定した。その場合には、噴出されるガスによりパイプが振動して異音が発生してしまう虞があるという知見を得た。
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、パイプの振動による異音を抑制することのできる高圧タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の好ましい一態様によれば、口金を有するタンク本体と、前記口金に装着されるバルブと、前記バルブから前記タンク本体の軸方向内方に延出してガスを前記タンク本体内に噴出するパイプと、を備えた高圧タンクであって、前記パイプは、前記パイプの端部に形成される前記ガスを噴出する噴出口と、前記噴出口と前記バルブとの間に配置され、前記タンク本体の軸方向に対して傾斜した方向に延出する第１屈折部と、前記噴出口を有し、前記軸方向に対して傾斜した方向に延出する第２屈折部と、を備え、前記パイプを前記軸方向に垂直な方向から見たときに、前記第１屈折部及び前記第２屈折部の前記軸方向に対する傾斜角は、一方が０°より大きく９０°以下であり、他方が−９０°以上０°未満である、高圧タンクを構成する。
【０００８】
上記構成によれば、タンク本体の口金にバルブが装着され、このバルブからタンク本体の軸方向内方にパイプが延出し、このパイプの噴出口からガスがタンク本体内に噴出される。これによりガスがタンク本体内に充填される。ここで、噴出口はタンク本体の軸方向に対して傾斜した方向に延出した第２屈折部の端部に設けられている。そのためタンク本体内に噴出されるガスは、タンク本体の軸方向に対して傾斜した方向に向かって流れ、タンク本体の壁に反射される。これにより現存するガスと新たに充填されたガスとの間で渦が生じ、高圧充填に伴う断熱圧縮によるタンク本体内の局所的な温度上昇が抑制される。ひいては、タンク本体内の温度分布が均一化される。
【０００９】
また、パイプは、第１屈折部と第２屈折部との２つの屈折部を有している。すなわち、パイプは、軸方向に対して傾斜した方向に少なくとも２回屈折しつつ、タンク本体の軸方向内方に延出する。そして、前記第１屈折部及び前記第２屈折部の前記軸方向に対する傾斜角は、一方が０°より大きく９０°以下であり、他方が−９０°以上０°未満である。第１屈折部と前記第２屈折部の屈折角がタンクの軸方向に関して正負が異なるので、第１屈折部と第２屈折部との間でパイプは略コの字型となる。これにより、パイプの剛性が大きくなり、パイプが撓みにくくなるとともに、噴出したガスからパイプが受ける力が効率的に分散される。これによりパイプの振動及び異音の発生を抑制できる。また、第１屈折部と第２屈折部との間でパイプは略コの字型となるので、パイプがタンク本体の径方向に向かって広がることを抑制できる。
【００１０】
また、前記バルブから前記タンク本体の軸方向内方に延出する温度センサをさらに備え、前記温度センサの先端は、前記パイプの噴出口と前記バルブとの間に配置されるようにしてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、温度センサは、バルブからタンク本体の軸方向内方に延出して配置される。そのためバルブからの熱（冷気）の影響を受けにくくなる。また温度センサの先端はパイプの噴出口とバルブとの間に配置されるので、パイプの噴出口からガスが直接温度センサに噴出することを防止でき、これにより、より正確なタンク本体の温度を計測できる。
【００１２】
また、前記バルブが前記口金と嵌合する嵌合部を底面とし、前記嵌合部の側面が前記軸方向に延びる柱体を仮想した場合、前記パイプと前記温度センサとは、当該仮想の柱体内に配置されるようにしてもよい。
【００１３】
上記構成によれば、軸方向から見た場合にパイプと温度センサは、嵌合部よりも径方向外側に位置しない。そのため、軸方向に沿ってバルブをタンク本体の口金から挿入する際に、パイプと温度センサとが口金に当たって傷つくことが防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パイプの振動による異音を抑制できる高圧タンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る高圧タンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。
【図２】同高圧タンクの要部の構成を説明するための説明図である。
【図３】同高圧タンクの要部斜視図である。
【図４】パイプと温度センサとの位置関係を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また説明の理解を容易にするため、各図面において同一または同様の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではなく、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る高圧タンク１を搭載した燃料電池自動車を示す図である。燃料電池自動車１００は、例えば３つの高圧タンク１を車体のリア部に搭載する。各高圧タンク１は、燃料電池システムの一部を構成し、ガス供給ライン１０２を通じて燃料電池１０４に燃料ガスを供給可能に構成される。高圧タンク１に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば圧縮天然ガス又は水素ガスである。なお、高圧タンク１は、燃料電池自動車のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型にも適用できる。また貯留するガスとしては、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス等を含み得る。
【００１８】
図２に示すように、高圧タンク１は、タンク本体１０、口金２０、バルブ３０、パイプ４０、温度センサ５０等を有する。
【００１９】
タンク本体１０は、全体として略楕円体形状を有し、その内部に、燃料ガスを常圧よりも高い圧力で貯留する貯留空間を有する。例えば、例えば３５ＭＰａ〜７０ＭＰａといった圧力で水素ガス又は圧縮天然ガスが貯留空間内に貯留される。タンク本体は、例えば二層構造の壁層を有し、内壁層であるライナとその外側の外壁層である樹脂繊維層（補強層）とを有している。ライナの材質は、例えば、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂を挙げることができる。また、これらの樹脂を二層以上に組み合わせて、複数層から成る積層体としてライナを構成しても良い。補強層は、例えば、マトリックス樹脂（プラスチック）を炭素繊維で強化してなるＦＲＰ層（ＣＦＲＰ）である。マトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。
【００２０】
口金２０は、略円筒形状の開口部を有し、タンク本体１０（ライナーと補強層との間）に嵌入されて、固定されている。口金２０の開口部は、高圧タンク１の開口として機能する。口金２０の開口部における内周面には、着脱部（例えばメネジ：図示略）が形成され、バルブ３０が着脱自在に取り付けられる。本実施形態では、口金２０は、ステンレスによって形成されているが、例えば、アルミニウムといった他の金属や樹脂材によって形成されても良い。
【００２１】
バルブ３０は、バルブ本体３００とバルブ管３０２とを有する。バルブ本体３００は、燃料使用時には、外部のガス供給ライン１０２（図１参照）と接続され、タンク本体１０の内部に貯留された燃料ガスの出力がなされるようになっている。また燃料充填時には、例えば、外部の燃料（水素）ステーション等（図示略）と接続され、燃料ガスの充填がされるようになっている。バルブ管３０２の外周面には着脱部（例えばオネジ：図示略）が形成され、口金２０に形成された着脱部と嵌合することにより、バルブ３０は、タンク本体１０に対して位置が固定される。なお、口金２０にバルブ３０を着脱する構成は、これに限られるものではなく、例えば、口金２０に当該内周面とバルブ３０との間を軸シールするシール部材を設ける等、他の構成を採用することも可能である。
【００２２】
バルブ管３０２には、タンク本体１０の軸方向（図２中Ｚで示す方向：以下他の図面にても同様とし、また明細書にて、以下単に「軸方向」ともいう。）に向かって延出するパイプ４０と、温度センサ５０とが接続されている。このパイプ４０と温度センサ５０とについて、以下、図３及び図４を用いて詳細に説明する。
【００２３】
パイプ４０は、バルブ管３０２からパイプ４０の先端に向かって、第１連結部４０６、第１屈折部４０４、第２連結部４０２、第２屈折部４００を有しており、第１連結部４０６の一端部においてバルブ管３０２に嵌合（ここではねじ止め）して固定されている。
【００２４】
図４に示すように、第１屈折部４０４は、軸方向に対してβ（−９０°≦β＜０°：本実施形態では、例えば−４５°）屈折し、パイプ４０の第２屈折部４００は、軸方向に対してα（０°＜α≦９０°：本実施形態では、例えば４５°）屈折している。一方、パイプ４０の第１連結部４０６及び第２連結部４０２は、軸方向に平行な方向に延出している。すなわち、パイプ４０は、軸方向に対して傾斜した方向に少なくとも２回屈折しつつ、タンク本体１０の軸方向内方に延出する。これにより、第１屈折部４０４と第２屈折部４００との間でパイプは略コの字型となり、パイプ４０の剛性が大きくなる。これにより、パイプ４０が撓みにくくなるので、噴出されるガスによるパイプの振動およびこれによる異音の発生を抑制できる。また第１屈折部４０４と第２屈折部４００との間でパイプは略コの字型となるので、２回屈折しつつもパイプがタンク本体１０の径方向に向かって広がることを抑制できる。また、噴出したガスからパイプ４０が受ける力の方向が第１屈折部４０４と第２屈折部４００とで異なるので、当該力が効率的に分散され、パイプ４０の振動及び異音の発生がさらに抑制される。なお、第１連結部４０６及び第２連結部４０２は、必ずしも軸方向に平行な方向に延出していなくてもよい。
【００２５】
また、第２屈折部４００の一端部（パイプ４０の先端）には、燃料ガスの噴出口４００Ａが設けられており、軸方向に対して傾斜した方向（図４中αで示した角度）で燃料ガスがタンク本体１０の貯留空間内に噴出されるようになっている。この燃料ガスは、軸方向に対して傾斜した方向に向かって流れ、タンク本体１０の内壁で反射される。これにより現存する燃料ガスと新たに充填された燃料ガスとの間で渦が生じ、高圧充填に伴う断熱圧縮によるタンク本体１０内の局所的な温度上昇が抑制される。ひいては、タンク本体１０内の温度分布が均一化される。また、タンク本体１０内に噴出されるガスは、第２屈折部４００にぶつかることによって流速が減少するため、例え温度センサ５０付近にガスが噴出されたとしても温度センサ５０の破損を抑制できる。
【００２６】
また、本件では噴出口４００Ａをバルブから延伸した位置に配置しているため、タンク本体１０内で渦が形成されやすく、タンク本体内の温度分布がより均一化される。
【００２７】
図３及び図４に示すように、温度センサ５０は、バルブ３０に一端が装着され、軸方向に延出するリード部５００と、リード部５００の他端に接続し、タンク本体１０内のガス温度を計測するためのセンサ素子５０２とが設けられている。このセンサ素子５０２は、バルブ３０から十分離間しているとともに、第２屈折部４００の噴出口４００Ａよりもバルブ３０寄り（ここでは、パイプ４０の第２屈折部４００と第２連結部４０２との連結点近傍）に配置されている。これにより、温度センサ５０は、バルブ３０からの冷気の影響を受けにくくなる。またパイプ４０の噴出口４００Ａからガスが直接温度センサ５０に噴出することを防止できる。さらに、上述のとおり、燃料ガスが軸方向に対して傾斜した方向に向かって噴出されることにより、タンク本体１０内の温度分布が均一化される。これにより、温度センサ５０は、タンク本体１０内の平均温度をより正確に計測できるようになっている。
【００２８】
なお、タンク本体１０内の平均温度を正確に計測することは次の点からしても重要である。すなわち、現在、燃料電池車の普及、商品向上のため、燃料を高圧タンク１に急速充填する通信充填が検討、開発されている。この通信充填においては、タンク本体１０内の平均ガス温度を含めたタンク情報を燃料ステーション側に送信し、燃料ステーションがディスペンサ圧とタンク本体１０内の平均温度より、充填完了（満タン）判定を行う。したがって、タンク本体１０内の平均温度を正確に計測することで、タンク本体１０への燃料の充填の程度をより正確に把握できることになる。
【００２９】
図３に示すように、バルブ管３０２が口金２０と嵌合する嵌合部３０２Ａを底面とし、嵌合部３０２Ａの側面が軸方向に延びる円柱（柱体）Ｖを仮想した場合、パイプ４０と温度センサ５０は、この仮想の円柱Ｖ内に配置される。すなわち、軸方向から見た場合に、パイプ４０及び温度センサ５０は、嵌合部３０２Ａよりも径方向外側に位置しない。そのため、軸方向に沿ってバルブ３０を口金２０から挿入する際に、パイプ４０と温度センサ５０とが口金２０に当たって傷つくことが防止される。
【符号の説明】
【００３０】
１……高圧タンク、１０……タンク本体、２０……口金、３０……バルブ、３００……バルブ本体、３０２……バルブ管、３０２Ａ……嵌合部、４０……パイプ、４０６……第１連結部、４０４……第１屈折部、４０２……第２連結部、４００……第２屈折部、４００Ａ……噴出口、５０……温度センサ、５００……リード部、…５０２……センサ素子、１００……燃料電池自動車、１０２……ガス供給ライン、１０４……燃料電池、Ｖ……仮想の円柱（柱体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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