JP4111500B2 - 管路破損安全装置付き真空断熱供給管路 - Google Patents

Description

本発明は、液体又は気体状態の極低温高圧媒体用の管路破損安全装置付き真空断熱供給管路、特に外管とその内部に同軸配置された内管との二重管構造を有し、内管の内部空間が極低温高圧水素の送給流路を形成し、内管と外管との間の空間が供給管路の真空断熱空間を形成している形式の真空断熱供給管路に関する。

本発明はまた、液体又は気体状態の極低温高圧媒体の供給スタンドにも関する。

以下の説明において、極低温高圧媒体の特別な状態を表すためにそれらの凝集状態に応じて気体には記号Ｇを、液体には記号Ｌを対応する化学記号の前に付して表示することにする。即ち、例えば極低温高圧気体水素はＧＨ_２、極低温高圧液体水素はＬＨ_２と表示する。

また、以下の説明において「極低温高圧媒体」なる用語は、液体天然ガス及び気体天然ガスを包含するものである。

さて今日では、エネルギー需要の増加と環境保全意識の高まりにより、エネルギー源として特に水素の重要性が注目されている。航空機や、トラック、バス、乗用車等の車両を水素で作動するタービン又はエンジンによって駆動する試みが既に進行中である。更に、車両については既に実地試験中であり、この場合、燃料電池によって電気エネルギーを発生させ、この電気エネルギーで電動機を駆動している。これらの車両の場合、燃料電池の作動に必要な水素は、気体又は液体状態のいずれかの圧縮流体として供給される。

近い将来、極低温高圧媒体を供給するサービススタンドはセルフサービススタンドとして設置可能となるものと推測される。但し、現在までのところでは、燃料電池搭載自動車への水素の補給は数少ない実験的サービススタンドで専ら訓練を積んだ専門員によって行われているのが実情である。

自動車に補給すべき極低温高圧媒体をサービススタンドの貯蔵タンクから対象車両の車載タンクに送給するには真空断熱供給管路が利用され、この供給管路は、適用される充填方式に応じて単一流路又は多重流路方式の管路構成を備えている。但し、いずれの流路方式にも共通するのは、極低温高圧媒体に対する加温、従って車載タンク内への熱の侵入を最少とするために供給管路が内外二重管構造で真空断熱されている点である。

従って、真空断熱供給管路のいずれかの管壁に亀裂が生じて漏れが起きたり、或いは内管の亀裂で供給管路の真空断熱空間部分に極低温高圧媒体が侵入したりすると、本来的に必要な断熱性能が失われるだけでなく、場合によっては極低温高圧媒体の急激な蒸発が起きる危険もあることが指摘されている。
同軸配置された二つの管からなる管路の漏れを監視する方法は特許文献１により公知である。この方法では両方の管の間の空間、即ち制御対象空間を外部空気の吸引導入によって真空より高圧の或る圧力状態に保ちながら圧力監視を行っている。この制御対象空間で圧力低下が生じると警報信号が発生され、相応する措置が開始される。
特許文献２には漏洩検知装置が述べられており、この漏洩検知装置によって同軸配置の二つの管の間の空間、即ち制御対象空間の圧力がやはり検出される。検出圧力値が設定された圧力を下まわったり、或いは上まわったりすると漏洩検出装置が応動し、相応する措置を開始することができるようになっている。
独国特許出願公開第２５０４５１９号明細書 米国特許第４５１１１６２号明細書

本発明の課題は、構造が単純であり、整備が不要でしかも動作が確実な管路破損安全装置を備えた冒頭に述べた形式の極低温高圧媒体用真空断熱供給管路を提供することである。

本発明は、上述の課題を解決するために、冒頭に述べた形式の管路破損安全装置付き真空断熱供給管路において、管路破損安全装置が真空断熱空間内の真空圧力自体を管路破損監視に利用するものであって、外管に外向きに突設されたガイド管と、このガイド管内に配置されて前記真空断熱空間に連通するように尾端部で外管に固定された筒状ベローズと、この筒状ベローズの先端部に固定された密閉当て板と、この当て板に付設されてベローズの伸縮による当て板の動きを検出する検知手段とを備え、前記真空断熱空間内が真空減圧状態にある時にはベローズが収縮していて前記検知手段が監視信号を出力しており、前記真空断熱空間内の真空が崩れてベローズが弾性復帰力によって伸張状態に復帰すると前記検知手段からの監視信号が途絶されることを特徴とするものである。

本発明はまた、前述のように訓練を受けていない者やスタンドの顧客による操作で自動車へ極低温高圧媒体を補給することを可能とする極低温高圧媒体用の供給スタンドも提供する。

この極低温高圧媒体用の供給スタンドは、上述の本発明による安全装置を装備した真空断熱供給管路を備えている。

本発明による極低温高圧媒体用真空断熱供給管路は、訓練を積んでいない者が操作する場合であっても自動車への極低温高圧媒体の確実な供給を可能とする。これにより、自動車に極低温高圧媒体を補給サービスする供給スタンドの受入れ需要が高まり、その操作性が容易となるので、このような供給スタンドをセルフサービススタンドとして設置することが可能となるものである。

本発明の基本理念は、上述のような極低温高圧媒体用の真空断熱供給管路以外にも、基本的にはその使用目的にかかわりなくあらゆる真空断熱管路に適用することができる。

本発明による極低温高圧媒体用真空断熱供給管路の具体的な構成及び特徴を図１及び図２に示す最適な実施形態に基づいて詳述すれば以下の通りである。

図１及び図２は、本発明に係る真空断熱供給管路の一実施形態を模式的に示す横断面図であり、図１は管路破損安全装置が監視作動中の状態を示し、図２は管路破損安全装置が管路破損を検知した状態を示している。

本実施形態において、真空断熱供給管路は単一流路形式のものであり、外管１とその内部に同軸配置された内管２との二重管構造を有している。尚、二流路以上の多流路形式の供給管路の場合は、外管内部に複数の内管が並行配置されるか、或いは入れ子式に同軸配置されるかのいずれかである。内管２の内部空間４は極低温高圧媒体の送給流路に利用され、内管と外管との間の環状空間３が真空断熱空間となっている。

本発明に従って供給管路の外管１にはガイド管５が外向きに突出して設けられている。このガイド管５内には、尾端側で外管２に固定された筒状ベローズ６が配置されている。ベローズ６の尾端部は外管１に設けられた対応する形状の開口に全周で密に溶着されている。従ってベローズは通常は金属材製のものとすることが望ましいが、場合によっては例えばプラスチック材等の他の材料製のものを利用することも可能である。

ベローズ６は内部が真空断熱空間に連通し、ベローズ先端部の開口は所謂当て板７によって密閉され、このベローズ６の先端開口縁と当て板７も同様に全周で密に溶着されている。

当て板７には、やはり本発明に従って当て板７の動きを検出するように構成された検知手段が付設されている。この検知手段として、特に図１及び図２に示す実施形態では当て板の接触の有無を空気圧の変化で検知する空気圧接触検出器８が固定部である外管に支持されている。

勿論、空気圧接触検出器の代わりにベローズ６の伸縮による当て板７の動きを検出するのに適した別の検知手段も使用可能である。そのような検知手段としては、例えば各種の電気的接触検出器、近接スイッチ又は磁気センサなどを用いることができる。

本発明による構成を備えた供給管路では、定常監視状態では真空断熱空間３内が実質的に真空に減圧されているのでベローズ６はそれ自身の弾性復帰力に抗して収縮した状態となっている。従って、定常監視状態では当て板はガイド管５の先端開口縁に着座し、それによって空気圧接触検出器８が監視信号を出力している。

このような定常監視状態において、例えば外管１に亀裂が生じたり、内管の亀裂で媒体送給空間４から真空断熱空間３へ極低温高圧媒体が流出したりして真空断熱空間の真空が崩れると、ベローズ６を収縮状態に吸引していた力が消失し、従ってベローズがそれ自体の弾性復帰力によって伸長状態に復帰する。このように、真空断熱空間の真空が崩れ、それに伴ってベローズ６が伸長状態に復帰すると、当て板７が空気圧接触検出器８から離反し、空気圧接触検出器からの監視信号が途絶えることになる。

空気圧接触器８の監視信号が途絶えると、それに応動する図示しない非常回路装置によりスタンドの貯蔵タンクから供給管路への極低温高圧媒体の供給が中断される。空気圧接触検出器８は、必要に応じて供給スタンドが一層安全な管理状態に移行するように供給スタンドの稼働制御装置に接続されていてもよい。

また、例えば補給対象の自動車側に外部信号で作動可能な遮断弁が設けられている場合には、車載タンク内への望ましくない熱の侵入を防止するために空気圧接触検出器８からの監視信号を自動車側に与えておき、この監視信号が途絶えたときに遮断弁を閉じて極低温高圧媒体の供給を中止することも可能である。但し、勿論これは、空気圧接触器８や供給スタンドの稼働制御装置が自動車の遮断弁又はその制御機器に監視信号を伝達できることが前提である。

管路破損安全装置が監視作動中の状態における本発明に係る真空断熱供給管路の一実施形態を模式的に示す横断面図である。 管路破損安全装置が管路破損を検知した状態における本発明に係る真空断熱供給管路の一実施形態を模式的に示す横断面図である。

Claims (5)

1. 液体又は気体状態の極低温高圧媒体用の管路破損安全装置付き真空断熱供給管路であって、外管とその内部に同軸配置された内管との二重管構造を有し、内管の内部空間が極低温高圧媒体の送給流路を形成し、内管と外管との間の空間が供給管路の真空断熱空間を形成しているものにおいて、前記管路破損安全装置が真空断熱空間内の真空圧力自体を管路破損監視に利用するものであって、外管（１）に外向きに突設されたガイド管（５）と、このガイド管（５）内に配置されて前記真空断熱空間に連通するように尾端部で外管（１）に固定された筒状ベローズ（６）と、この筒状ベローズ（６）の先端部に固定された密閉当て板（７）と、この当て板（７）に付設されてベローズ（６）の伸縮による当て板（７）の動きを検出する検知手段とを備え、前記真空断熱空間内が真空減圧状態にある時にはベローズが収縮していて前記検知手段が監視信号を出力しており、前記真空断熱空間内の真空が崩れてベローズが弾性復帰力によって伸張状態に復帰すると前記検知手段からの監視信号が途絶されることを特徴とする真空断熱供給管路。
2. 当て板（７）に付設されてベローズ（６）の伸縮による当て板（７）の動きを検出する検知手段が空気圧接触検出器（８）、電気的接触検出器、近接スイッチ又は磁気センサのいずれかを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱供給管路。
3. ベローズ（６）が金属材料又はプラスチック材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空断熱供給管路。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の少なくとも一つの真空断熱供給管路を有することを特徴とする極低温高圧媒体供給スタンド。
5. 管路破損安全装置からの監視信号が途絶えたときにそれに応動して極低温高圧媒体の供給を中断又は中止する回路装置を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の極低温高圧媒体供給スタンド。

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