(57)【要約】【課題】溶栓弁を用いなくとも、火災の発生等により雰囲気温度が上昇したような場合に、タンク本体内のガスを放出できるガスタンクを提供すること。【解決手段】ガスタンク１のタンク本体２は、内部に水素ガスが充填されるライナー１０と、ライナー１０の外周面を覆う補強層１２と、ライナー１０と補強層１２との間に設けた電熱線１４、とを有する。ライナー１０よりも補強層１２の融点が高く、タンク本体２の火災を検知した際に電熱線１４を通電することで、ライナー１０を溶融させて水素ガスを外部に放出するようにした。また、電熱線１４に代えて、複数のニクロムコイルなどの発熱体６０ａ〜６０ｆを用いた場合には、局部火災Ｆの発生位置に応じて、通電する発熱体６０ａ〜６０ｆの位置を変更するようにすることもできる。【選択図】図３
2009138904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にガスが充填されるライナーと、前記ライナーよりも融点が高くて当該ライナーの外周面を覆う補強層と、前記ライナーと前記補強層との間に設けられた発熱体と、を有するタンク本体と、
前記タンク本体の周辺の温度上昇を検知した際に前記発熱体を通電する制御装置と、を備えた、ガスタンク。
【請求項２】
前記発熱体は、複数の位置に間隔をあけて設けられており、
前記制御装置は、前記温度上昇を検知した位置に応じて、通電する発熱体の位置を変更する、請求項１に記載のガスタンク。
【請求項３】
前記制御装置により通電される発熱体の位置は、前記タンク本体内部を挟んで前記温度上昇の検知位置とは反対側にある位置である、請求項２に記載のガスタンク。
【請求項４】
前記制御装置は、二以上の発熱体を通電する、請求項２又は３に記載のガスタンク。
【請求項５】
前記発熱体は、前記ライナーの外周面に接触している、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のガスタンク。
【請求項６】
前記発熱体は、前記ライナーの外周面に巻きつけられた電熱線である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のガスタンク。
【請求項７】
前記タンク本体の周辺には、複数の温度センサが設けられ、
前記制御装置は、前記温度上昇に関する検知信号を前記温度センサから受けて、前記発熱体を通電する、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のガスタンク。
【請求項８】
前記制御装置は、前記タンク本体の外部に位置している、請求項１ないし７のいずれか一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、水素ガス等のガスを貯留するガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮ガスなどを貯留するガスタンクとして、雰囲気温度が何らかの理由で異常上昇した際に溶けてガス通路を開放する溶栓弁を備えたものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、タンク本体の外周に、その長手方向に沿って、熱伝導率の高い伝熱板を配設している。この構成によって、溶栓弁から離れた箇所で雰囲気温度の異常上昇が生じたとしても、伝熱板から溶栓弁に熱を伝達させ、溶栓弁を作動させるようにしている。また、特許文献２のように、火災を伴わない衝突事故時において、溶栓弁を積極的に加熱してガスを外部に放出するものも知られている。
【特許文献１】特開２００５−３１５２９４号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２では、火災時にその温度上昇により溶栓弁を作動させるが、溶栓弁から遠く離れた箇所で局部火災が起きた場合、その熱が溶栓弁に伝わるのが遅くなる。このため、溶栓弁が作動する前に、タンク本体の温度が上昇し、タンク本体がバーストするおそれがある。
一方、特許文献１によれば、局部火災の熱を伝熱板により溶栓弁に伝達することができる。しかし、局部火災が溶栓弁の付近で生じると、溶栓弁の作動により放出されたガスが火災の炎に大きく影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
本発明は、溶栓弁を用いなくとも、火災の発生等により雰囲気温度が上昇したような場合に、内部のガスを放出できるガス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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のガスタンクは、タンク本体及び制御装置を有し、タンク本体は、内部にガスが充填されるライナーと、ライナーよりも融点が高くてライナーの外周面を覆う補強層と、ライナーと補強層との間に設けられた発熱体とを有し、タンク本体の周辺の温度上昇を検知した際に制御装置によって発熱体を通電するものである。
【０００７】
本発明によれば、発熱体が通電されると、補強層よりも先にライナーが融点に達して、ライナーが溶融する。これにより、ライナーの溶融部分がガスの放出経路となり、ライナー内のガスがタンク本体外部へと放出される。したがって、溶栓弁を用いなくとも、火災の発生などによりタンク本体の周辺の温度が上昇した場合に、ライナー内のガスを外部に放出でき、タンク本体のバーストを抑制できる。
【０００８】
好ましくは、発熱体は、複数の位置に間隔をあけて設けられ、制御装置は、温度上昇を検知した位置に応じて、通電する発熱体の位置を変更するとよい。こうすることで、温度上昇を検知した位置に応じて、ライナーを溶かす位置を変えることができる。これにより、局部火災時に、火災発生箇所から遠い位置でガスを放出させることが可能となり、安全性をより一層高めることができる。
【０００９】
より好ましくは、制御装置により通電される発熱体の位置は、温度上昇の検知位置とはタンク本体内部を挟んで反対側にある位置であるとよい。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、二以上の発熱体を通電してもよい。例えば、局部火災がタンク本体の中央部付近で起きた場合には、タンク本体の両端側の発熱体を通電することで、ガスの放出を促進しつつ、炎への放出ガスの影響を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、発熱体は、ライナーの外周面に接触しているとよい。こうすることで、ライナーの外周面に発熱体の熱を熱伝達により直接的に伝達することができるので、ライナーを短時間で溶融させることができる。
【００１２】
本発明の別の好ましい一態様によれば、発熱体は、ライナーの外周面に巻きつけられた電熱線であるとよい。こうすることで、ライナーの周囲全体に発熱体の熱を迅速に伝達させることができ、ライナーの溶融を促進できる。
【００１３】
好ましくは、タンク本体の周辺には、複数の温度センサが設けられ、制御装置は、温度上昇に関する検知信号を温度センサから受けて、発熱体を通電するとよい。こうすることで、温度センサが多角的に配置されるので、局部火災の発生及びその発生箇所を把握できる。これにより、局部火災の発生を確実性よく検知できると共に、局部火災の発生箇所に対応したガスの放出を可能にし得る。
【００１４】
好ましくは、制御装置は、タンク本体の外部に位置するとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガスタンクによれば、溶栓弁を用いなくとも、雰囲気温度が上昇した場合に、内部のガスを放出でき、タンク本体のバーストを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係るガスタンクについて説明する。このガスタンクは、各種のシステムに搭載することができ、例えば燃料電池システムにおける燃料ガスタンクとして用いることができる。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。以下の説明では、ガスタンクに貯留されるガスとして、水素ガスを例に説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、ガスタンク１は、内部に水素ガスを貯留するためのタンク本体２と、タンク本体２の両端に設けられた口金３，３と、を備えている。また、ガスタンク１は、タンク本体２の外側に、温度センサ４ａ〜４ｈ及び制御装置５を備えている。タンク本体２は、全体として密閉円筒状からなり、その内部は、水素ガスを常圧よりも高い圧力、例えば３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａの高圧で貯留する貯留空間６を構成している。
【００１８】
タンク本体２は、例えば二層構造を有しており、その二層は、ガスバリア性を有する内側の樹脂製ライナー１０と、ライナー１０の外周側に位置する補強層１２である。ライナー１０の両端に形成された口部１５，１５に、金属製の口金３，３が例えばインサート成形により取り付けられている。図１の左側の口金３にバルブアッセンブリが取り付けられ、貯留空間６と外部のガス系統との間で水素ガスの給排がなされる。図１の右側の口金３にも、バルブを取り付けてもよいが、ここでは閉塞栓として構成されている。
【００１９】
ライナー１０は、一対のライナー分割体１０ａ，１０ｂを互いに突き合わせてレーザ溶着などで接合して一体化したものである。ライナー１０の樹脂は、補強層１２の樹脂よりも融点の低いものであれば特に制限されるものではなく、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ー１０を構成することもできる。
【００２０】
補強層１２は、ライナー１０よりもガス透過性の高い層であり、ライナー１０の外周面を覆っている。補強層１２は、ガラス繊維や炭素繊維などからなる繊維強化樹脂層からなる。ここでは、補強層１２は、マトリックス樹脂を炭素繊維で強化してなるＣＦＲＰ層からなり、マトリックス樹脂として、ライナー１０の樹脂よりも融点の高い樹脂、例えば、エポキシ樹脂や変性エポキシ樹脂等が用いられている。このような補強層１２は、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維を、例えばフィラメントワインディング法によりライナー１０に巻きつけ、エポキシ樹脂を加熱硬化させることで形成される。
【００２１】
電熱線１４は、例えばニクロム線などの発熱体からなり、ライナー１０と補強層１２との間に設けられている。詳細には、電熱線１４は、ライナー１０の外周面にらせん状に巻き付けられ、ライナー１０の外周面に接触している。また、電熱線１４は、ライナー１０の長手方向の領域のうち、一定径を有する胴部の領域に巻き付けられている。ただし、他の実施態様では、電熱線１４をライナー１０の半球壁状の両端部にも巻きつけてもよい。また、巻きつけの仕方は、らせん状に限らず、例えば網状など他の方法を採用してもよい。
【００２２】
図１及び図２に示すように、電熱線１４の両端は、リード線１６に接続されている。リード線１６は、ライナー１０の外表面をつたって、口金３，３と補強層１２との間からタンク本体２の外部に引き出されており、バッテリー１８及びスイッチ２０に接続されている。スイッチ２０がＯＮされることで、バッテリー１８からリード線１６を介して電熱線１４に電気が供給される。この電気の供給を受けて、電熱線１４が発熱し、ライナー１０の外表面が熱伝達により加熱される。
【００２３】
温度センサ４ａ〜４ｈは、タンク本体２の周辺に複数（８個）が設けられている。温度センサ４ａ〜４ｈは、補強層１２の外表面に接触状態で設けることもできるが、ここでは補強層１２の外表面から離間している。温度センサ４ａ〜４ｈは、その配置を限定されるものではないが、タンク本体２の長手方向の各所に分散して設けられるとよい。ここでは、タンク本体２の両端側（口金３，３側）にそれぞれ２個の温度センサ４ａ、４ｄ，４ｅ，４ｈが設けられ、これらの間に所定の間隔を空けて、残りの４個の温度センサ４ｂ、４ｃ、４ｆ、４ｇが設けられている。
【００２４】
制御装置５は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置５は、温度センサ４ａ〜４ｈからの温度検知信号を入力される。タンク本体２の周辺で火災が発生し、タンク本体２の周辺の温度（雰囲気温度）が急上昇した場合、その旨が温度センセ４ａ〜４ｈにより制御装置５に入力される。これを受けて、制御装置５はスイッチ２０をＯＮするようになっている。
【００２５】
図３は、局部火災が発生したときの水素ガス放出の一例を示す図である。
図３に示すように、例えば一方の口金３の近傍で局部火災Ｆが発生すると、これに最も近い位置にある温度センサ４ｄによって、局部火災Ｆの発生（急激な温度上昇）が検知される。制御装置５は、温度センサ４ｄからの温度検知信号を受けて、スイッチ２０をＯＮする。すると、電熱線１４が通電されて発熱し、ライナー１０及び補強層１２が加熱される。上記のとおり、補強層１２の樹脂はライナー１０の樹脂よりも高い融点を有しているので、補強層１２よりも先にライナー１０が融点に達して溶融する。
【００２６】
そして、図３の一例のように、例えばライナー１０の胴部中央が溶けると、その溶けた部分３０から水素ガスがライナー１０の外部に放出される。放出された水素ガスは、図３の矢印４０に示すように、溶融部分３０の近傍の補強層１２を厚み方向に透過するように外部へと流れていく。また、ライナー１０の軟化によって、ライナー１０と補強層１２との間にも隙間が生じるので、図３の矢印４１に示すように、その隙間を経路として水素ガスが外部に放出されていく。すなわち、本実施形態によれば、ライナー１０の溶融により、貯留空間６の水素ガスを外部に放出するためのリークパスが形成される。
【００２７】
このように、本実施形態のガスタンク１によれば、従来のように溶栓弁を用いなくとも、火災の発生などによって雰囲気温度が上昇した場合に、タンク本体２内の水素ガスを外部に放出することができる。その結果、タンク本体２の内圧上昇を抑制することができ、タンク本体２のバーストを抑制することができる。特に、従来の溶栓弁の方式では、溶栓弁の配置が限定されるので局部火災に対応しにくい。しかし、本実施形態によれば、電熱線１４をライナー１０の一端側から他端側にかけて設けているので、局部火災が先端側から後端側におけるいずれの箇所にて生じたとしても、電熱線１４によってライナー１０を溶融することができ、局部火災にも対応して水素ガスを外部に放出することができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
次に、図４を参照して、第２実施形態に係るガスタンク５０について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、火災の発生位置に応じてライナー１０を溶かす位置を変えるべく、発熱体の態様を変更し、通電する発熱体の位置を変更したことである。なお、第１実施形態と共通する構成については、第１実施形態と同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２９】
本実施形態の発熱体６０ａ〜６０ｆは、例えばニクロムコイルからなり、ライナー１０の外周面に複数（ここでは６個）が設けられている。詳細には、発熱体６０ａ〜６０ｆは、ライナー１０の外周面に接触状態で且つ互いに一定の間隔をあけて設けられている。発熱体６０ａ〜６０ｆは、その配置を限定されるものではないが、ライナー１０の長手方向の各所に分散して設けられるとよい。ここでは、ライナー１０の両端側にそれぞれ２個の発熱体６０ａ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｆが設けられ、ライナー１０の継ぎ目部分に２個の発熱体６０ｂ、６０ｅが設けられている。なお、発熱体の個数は、ライナー１０の長さに応じて適宜増減させればよい。
【００３０】
発熱体６０ａと発熱体６０ｄとは、タンク本体２の内部を挟んで対向している。同様に、発熱体６０ｂと発熱体６０ｅとは対向し、発熱体６０ｃと発熱体６０ｆとは対向している。また、発熱体６０ａと発熱体６０ｆとは、タンク本体２の中心に関して点対称となるように配置されている。この点、発熱体６０ｃと発熱体６０ｄとも、同様の配置関係になっている。発熱体６０ａ〜６０ｆは、図示省略したリード線に接続されており、それぞれ個別に通電可能に構成されている。この構成により、発熱体６０ａ〜６０ｆを個別に発熱させることができるようになっている。
【００３１】
温度センサ７０ａ〜７０ｆは、例えば熱電対からなり、発熱体６０ａ〜６０ｆに対応する各位置において、補強層１２の外側に設けられている。ここでは、温度センサ７０ａ〜７０ｆは、補強層１２の外周面に接触しているが、もちろん非接触で設けてもよい。温度センサ７０ａ〜７０ｆは、制御装置５に接続されており、雰囲気温度の検出結果を制御装置５に入力する。制御装置５は、局部火災を検知した温度センサ７０ａ〜７０ｆの位置に応じて、通電すべき発熱体６０ａ〜６０ｆを選択する。
【００３２】
一例を説明すると、温度センサ７０ｄの近傍で局部火災Ｆが発生し、このことが温度センサ７０ｄによって検知されると、制御装置５は、温度センサ７０ｄから最も遠い位置にある発熱体６０ｃのみを通電する。これにより、発熱体６０ｃの近傍におけるライナー１０の部位が積極的に加熱されて溶融し、この溶融した部分から水素ガスがライナー１０の外部へと放出されることとなる。
【００３３】
このように、本実施形態のガスタンク５０によれば、第１実施形態のガスタンク１の奏する作用効果に加え、局部火災Ｆの発生時に、その発生箇所から最も遠い位置で水素ガスを放出させることができる。これにより、放出後の水素ガスが局部火災Ｆに影響することを十分に抑制することができ、安全性をより一層高めることができる。
【００３４】
ここで、局部火災の発生時に、局部火災の発生位置によっては二以上の発熱体を通電してもよい。例えば、局部火災がタンク本体２の中央部付近で発生し、そのことが温度センサ７０ｂにより検知された場合、制御装置５は、タンク本体２の両端側にある発熱体６０ｄ及び６０ｆを通電するとよい。こうすることで、局部火災から離れた位置で、水素ガスの放出を促進することができる。
【００３５】
なお、制御装置５は、局部火災の発生箇所と通電箇所との対応関係についてマップをＲＯＭに記憶しているとよい。本実施形態では、温度センサ７０ａが局部火災を検知したときは発熱体６０ｆを通電し、温度センサ７０ｃが局部火災を検知したときは発熱体６０ｄを通電し、温度センサ７０ｄが局部火災を検知したときは発熱体６０ｃを通電し、温度センサ７０ｅが局部火災を検知したときは発熱体６０ａ及び６０ｃを通電し、温度センサ７０ｆが局部火災を検知したときは発熱体６０ａを通電する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態に係るガスタンクを示す側断面図である。
【図２】第１実施形態に係るガスタンクの補強層を除いて、ライナー及び発熱体を示す側面図である。
【図３】第１実施形態に係るガスタンクの周辺で局部火災が発生したときのガス放出の一例を示す図である。
【図４】第２実施形態に係るガスタンクを示す側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ガスタンク、２…タンク本体、４ａ〜４ｈ…温度センサ、５…制御装置、１０…ライナー、１２…補強層、１４…電熱線（発熱体）、５０…ガスタンク、６０ａ〜６０ｆ…発熱体、７０ａ〜７０ｆ…温度センサ、Ｆ…局部火災
【図１】
2009138904.tif 000003
【図２】
2009138904.tif 000004
【図３】
2009138904.tif 000005
【図４】
2009138904.tif 000006