JP5027894B2 - ガスタンク - Google Patents

Description

本発明は、ガスタンクに関する。

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）、空気を供給するコンプレッサ、燃料電池を経由するように冷媒を循環させる冷媒ポンプ、直流電力を交流電力に変換するＰＤＵ（Power Drive Unit）、走行用のモータ、モータの駆動力を駆動輪に伝達するドライブトレイン等も搭載される。
ここで、コンプレッサ、冷媒ポンプ、ＰＤＵ、ドライブトレイン等の外部機器は、その作動に伴って発熱する。

また、水素タンクには水素が高圧で充填され、さらに、水素タンクから燃料電池に供給される水素が通流する水素供給流路には、複数の減圧弁（レギュレータ）が設けられる。そして、アクセル開度等に基づいて算出された発電要求量に従って水素の目標圧力を設定し、そして、前記減圧弁の二次側圧力が算出された目標圧力となるように、前記減圧弁を制御している。

このような水素タンクに充填される水素（ガス）とは異なるが、液体燃料（ガソリン）が貯溜される燃料タンクにて入熱により燃料蒸気が発生し、燃料消費等に影響が及ぶのを抑えるために、放熱構造を取り入れた燃料タンクの構造について提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−１３０２７１号公報

しかしながら、燃料電池車は、真夏の高温環境下で走行したり、また、前記したようにコンプレッサ等の外部機器の発熱によって、水素タンクに熱が入力されると、水素が膨張し、水素タンク内の圧力が上昇してしまう。
このように、水素タンクにおける水素の圧力が上昇してしまうと、前記した減圧弁の一次側圧力も上昇することになり、前記目標圧力よりも高い圧力で、水素が燃料電池に供給される虞がある。そして、このように高い圧力で水素が供給されると、水素が燃料電池で良好に消費されないばかりか、燃料電池の劣化に繋がる虞がある。

ここで、制御範囲が広いワイドレンジの減圧弁を搭載する方法も考えられるが、このようなワイドレンジの減圧弁は非常に高価であるため、コストを要してしまう。

そこで、本発明は、内部に充填されるガスの圧力が上昇しにくいガスタンクを提供することを課題とする。

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、前記タンク本体の外表面に設けられた断熱層と、前記タンク本体の一端側に設けられ、前記タンク本体のガスを放出することで、前記タンク本体の圧力を低下させる減圧手段と、内部に封入された熱膨張性の物質を有すると共に、前記減圧手段から前記タンク本体の他端側に向かって延び、温度上昇を検出する温度上昇検出手段と、を備え、前記物質は、加熱されると熱膨張し、前記温度上昇検出手段の検出信号は、前記物質の熱膨張に伴って上昇する圧力信号であり、前記減圧手段は、前記温度上昇検出手段と熱的に接続されており、前記温度上昇検出手段からの圧力信号から前記タンク本体のガスを放出するための推力を得て作動して前記タンク本体のガスを放出し、前記タンク本体の圧力を低下させることを特徴とするガスタンクである。

このようなガスタンクによれば、タンク本体の外表面に断熱層が設けられているので、ガスタンクの周囲に配置される外部機器（コンプレッサ等）の熱は、断熱層で断熱される。よって、タンク本体に充填されたガスの温度は上昇しにくくなり、ゆえに、ガスの圧力も上昇しにくくなる。

また、外部機器の熱が断熱層で完全に断熱されず、熱の一部がタンク本体及び内部に充填されたガスに伝導したとしても、この熱は、タンク本体の一端側から他端側に向かって延びる温度上昇検出手段で検出され、温度上昇検出手段は、熱、つまり、温度上昇を検出したことに伴う検出信号を、熱的に接続した減圧手段に、出力する。
そして、減圧手段が、温度上昇検出手段からの検出信号に基づいて作動してタンク本体のガスを放出し、タンク本体の圧力を低下させる。よって、タンク本体に充填されたガスの圧力が上昇しにくくなる。

このようにして、外部機器の熱が、断熱層で断熱され、そして、熱の一部が断熱されなかったとしても、つまり、伝導したとしても、温度上昇検出手段で検出され、そして、減圧手段が作動するので、タンク本体内の圧力は上昇しにくくなる。

したがって、ガスタンクからのガスの圧力を制御するレギュレータは、ワイドレンジである必要はなく、レギュレータを含みガスの供給を受けるシステム（後記する実施形態では燃料電池システム）を簡便かつ安価で構成できる。
また、前記レギュレータ等の一次側圧力が上昇しにくいので、前記レギュレータによって、ガスの圧力を適切に制御した後、ガスを必要とするガス需要機器（後記する実施形態では燃料電池）に、供給できる。

このようなガスタンクによれば、外部機器からガスタンクに熱が入力され、タンク本体の温度が上昇するような場合、温度検出上昇手段及びその内部の物質の温度が上昇する。そうすると、温度検出上昇手段に封入された物質が熱膨張し、温度検出上昇手段の内部の圧力が上昇し、温度上昇が検出される。つまり、外部機器からの熱によりタンク本体のいずれかの部分が加熱されていることが検出される。

そして、物質が温度上昇し、圧力が上昇したことは、温度上昇検出手段を圧力信号（検出信号）として伝達し、温度上昇検出手段から減圧手段に出力される。
そうすると、減圧手段は、温度上昇検出手段から入力された圧力信号（温度上昇検出手段の内部圧力の上昇に伴い上昇する信号圧）によって作動し、タンク本体のガスを放出し、タンク本体の圧力を低下させる。

すなわち、温度検出上昇手段が局所的に加熱されたとしても、その内部の物質の温度が上昇すると、前記物質が熱膨張し、温度検出上昇手段の内部の圧力が上昇する。ここで、温度等と比較して、圧力は速やかに伝播するので、物質を密閉する温度上昇検出手段内の圧力は一様に速やかに上昇する。
そうすると、温度検出上昇手段から減圧手段に入力される信号圧も速やかに上昇し、減圧手段は、上昇した信号圧を利用して、タンク本体のガスを放出し、タンク本体の圧力を低下させることができる。

このようなガスタンクによれば、封入された物質は、加熱されると相変化を伴って熱膨張し、温度上昇検出手段の内部の圧力が上昇する。これに対応して、温度上昇検出手段から減圧手段に入力される検出信号（信号圧）も上昇する。そして、減圧手段は、このように上昇する検出信号（信号圧）から推力を得て、タンク本体のガスを速やかに放出できる。

また、前記ガスタンクにおいて、前記温度上昇検出手段は、管状に形成されると共に、その一端は前記減圧手段に接続されており、当該一端には、前記温度上昇検出手段の内部が所定圧力以上となった場合に開放動作して前記物質による圧力を前記減圧手段に伝達させる開放部が形成されていることが好ましい。

このようなガスタンクによれば、管状に形成された温度上昇検出手段の内部が所定圧力以上となった場合、開放部が開放動作する。そして、前記物質による圧力（温度上昇検出手段の内部の圧力）が、検出信号（信号圧）として、温度上昇検出手段の一端から減圧手段に伝達（入力）される。

また、前記ガスタンクにおいて、前記物質は、沸騰することにより熱膨張することが好ましい。

このようなガスタンクによれば、封入された物質が沸騰すると熱膨張し、温度上昇検出手段の内部の圧力を速やかに上昇させることができる。

また、前記ガスタンクにおいて、前記物質は常温（２５℃）で液体であることが好ましい。
このようなガスタンクによれば、温度上昇検出手段を容易に構成できる。

また、前記ガスタンクにおいて、前記物質は常温（２５℃）で固体であることが好ましい。
このようなガスタンクによれば、温度上昇検出手段の姿勢による影響を、さらに受けにくくなる。

また、前記ガスタンクにおいて、前記減圧手段に設けられ、所定温度以上となった場合に溶融することで、前記減圧手段に前記タンク本体のガスを放出させる溶融可能体を備え、前記温度上昇検出手段の前記減圧手段から近い部分には、熱に対する感度が低くなる低感度処理が施されており、前記温度上昇検出手段の前記減圧手段から遠い部分には、熱に対する感度が高くなる高感度処理が施されていることが好ましい。

このようなガスタンクによれば、減圧手段から遠い箇所で、外部機器の熱が入力した場合、温度上昇検出手段の減圧手段から遠い部分には、熱に対する感度が高くなる高感度処理が施されているので、遠い箇所で発生した外部機器からの熱を、温度上昇検出手段で速やかに検出できる。

一方、減圧手段から近い箇所で、外部機器からの熱が入力した場合、その熱が、減圧手段に設けられた溶融可能体に伝熱し、所定温度以上となった場合に溶融可能体が溶融し、減圧手段がタンク本体のガスを放出させる。つまり、温度上昇検出手段の減圧手段から近い部分には、熱に対する感度が低くなる低感度処理が施されているので、温度上昇検出手段による熱の検出よりも、減圧手段に設けられた溶融可能体が溶融するか否かに基づく、ガスの放出を優先させることができる。

また、前記ガスタンクにおいて、前記断熱層は、前記タンク本体の外表面に熱発泡性断熱塗料が塗布されることで形成され、温度上昇すると発泡し断熱層となる層であることが好ましい。

このようなガスタンクは、熱発泡性断熱塗料を塗布するだけで、断熱層を容易に構成できる。

また、前記ガスタンクにおいて、前記断熱層は、前記タンク本体の外表面に固定された断熱部材を備えることが好ましい。

このようなガスタンクは、断熱部材をタンク本体の外表面に固定することにより、断熱層を容易に構成できる。

また、前記ガスタンクにおいて、前記タンク本体は、車両に搭載されており、前記減圧手段は、車幅方向において、前記タンク本体の左側又は右側に配置されていることを特徴とする。

このようなガスタンクによれば、減圧手段が、車幅方向において、タンク本体の左側又は右側に配置されているので、衝突等によって車両が前後方向において圧縮されたとしても、減圧手段を保護し、ガス圧力が上昇しにくいガスタンクを維持できる。

本発明によれば、内部に充填されるガスの圧力が上昇しにくいガスタンクを提供することができる。

第１参考形態に係る燃料電池車の側面図である。 第１参考形態に係る水素タンクの側断面図であり、通常時（通常状態）を示す。 第１参考形態に係る水素タンクの側断面図であり、高温時（熱が入力した状態）を示す。 第１参考形態に係る水素タンクの要部の側断面図であり、リリーフ弁の閉弁状態（通常時）を示す。 第１参考形態に係る水素タンクの要部の側断面図であり、リリーフ弁の開弁状態（高温時）を示す。 第１参考形態に係る水素タンクの一効果を示すグラフである。 第２参考形態に係る水素タンクの側断面図である。 第３参考形態に係る水素タンクの側断面図である。 第３参考形態に係る水素タンクの側断面図であって、その左側（一端側）の拡大図である。 第３参考形態に係る水素タンクの側断面図であって、その右側（他端側）の拡大図である。 第１実施形態に係る水素タンクの側面図である。 第１実施形態に係る水素タンクの左側の側断面図であり、リリーフ弁の閉弁状態（通常時）を示す。 第１実施形態に係る水素タンクの左側の側断面図であり、リリーフ弁の開弁状態（高温時）を示す。 第１実施形態に係る感熱管に施す低感度処理、高感度処理の一例である。 変形例に係る水素タンクの側面図である。 変形例に係る水素タンクの要部の側断面図であり、リリーフ弁の閉弁状態（高温時）を示す。

≪第１参考形態≫
以下、本発明の第１参考形態について、図１〜図６を参照して説明する。

≪燃料電池車の構成≫
本参考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、減圧弁１２１と、コンプレッサ１３１と、希釈器１３２と、を備えている。
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。

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。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路１１１（燃料ガス流路）及びカソード流路１１２（酸化剤ガス流路）が形成されている。

水素タンク１は、アノード流路１１１に供給される水素（燃料ガス）が充填されるタンクである。そして、水素タンク１は、配管１２１ａ、減圧弁１２１（レギュレータ）、配管１２１ｂを介して、アノード流路１１１の入口に接続されており、水素タンク１の水素が、配管１２１ａ等を通って、アノード流路１１１に供給されるようになっている。

すなわち、配管１２１ａと配管１２１ｂとで水素供給流路（燃料ガス供給流路）が構成されており、この水素供給流路に減圧弁１２１が設けられている。また、水素供給流路には、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）によって開閉制御される常閉型の遮断弁も設けられている。なお、減圧弁及び遮断弁は、例えば、下流に向かって、一次遮断弁、一次減圧弁、二次遮断弁、二次減圧弁のように複数で設けられる。

減圧弁１２１は、例えば、本願出願人による特開２００４−１８５８３１号公報に記載されるように、配管１２１ｃから入力されるパイロット圧に基づいて、アノード流路１１１における水素の圧力と、カソード流路１１２における空気の圧力とがバランスするように、水素の圧力を下げる一次減圧弁である。なお、配管１２１ｃの上流端は、カソード流路１１２に向かう空気が通流する配管１３１ａに接続されている。

アノード流路１１１の出口は、配管１２１ｄを介して、希釈器１３２に接続されている。そして、アノード流路１１１から排出されたアノードオフガスは、配管１２１ｄを通って、希釈器１３２に排出されるようになっている。

コンプレッサ１３１は、配管１３１ａを介して、カソード流路１１２の入口に接続されており、ＥＣＵからの指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込んで圧縮し、これをカソード流路１１２に圧送するようになっている。なお、コンプレッサ１３１は、燃料電池スタック１１０や高圧バッテリ（図示しない）を電源としている。

また、コンプレッサ１３１は作動すると作動熱を発生する熱源であり、本参考形態では、この作動熱の一部が水素タンク１に伝達する場合を例示する。すなわち、コンプレッサ１３１は、水素タンク１からみて、発熱する外部機器である。なお、このように発熱する外部機器は、コンプレッサ１３１の他、ＥＣＵ、冷媒ポンプ、高圧バッテリ、ＰＤＵ、ドライブトレイン等、種々挙げられる。

カソード流路１１２の出口は、配管１３２ａを介して、希釈器１３２に接続されている。そして、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガスは、配管１３２ａを通って希釈器１３２に排出されるようになっている。
なお、配管１３２ａには、ＥＣＵによって開度が制御される常開型の背圧弁（図示しない）が設けられている。すなわち、ＥＣＵは、アクセル開度に基づいて、発電要求量、目標空気圧力、目標水素圧力を算出し、目標空気圧力となるように、背圧弁の開度及びコンプレッサ１３１の回転速度を制御するようになっている。

希釈器１３２は、配管１２１ｄからのアノードオフガス中の水素を、配管１３２ａからのカソードオフガスで希釈し、水素濃度を低減させるものであり、その内部に希釈空間を有している。そして、希釈後のガスは、配管１３２ｂを通って車外に排出されるようになっている。

≪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５を参照して説明する。
図２〜図５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、その軸方向は車幅方向（左右方向）である。
水素タンク１は、タンク本体１０と、タンク本体１０の外表面１３の全体に設けられた熱発泡性断熱層２１と、タンク本体１０の左端側（一端側）に設けられたリリーフ弁３０（減圧手段）と、リリーフ弁３０に内蔵された金属体４０（溶融可能体）と、を備えている。
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）に固定されている。

＜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２、図３に示すように、ライナー１１と、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）等から形成され、ライナー１１の外周面を覆う補強層１２と、を備え、二重構造となっている。

ライナー１１は、タンク本体１０の左端側（一端側）に設けられたリリーフ弁３０から、タンク本体１０の右端側（他端側）に向かって延びている。
また、ライナー１１は、アルミニウム合金等から形成されており、熱伝導性を有している。これにより、ライナー１１は、水素タンク１の温度上昇を検出する温度上昇検出手段として機能しており、温度上昇に係る検出信号は、ライナー１１内を伝導する熱信号となっている。すなわち、水素タンク１は、骨格となるライナー１１自体で入力される熱を検出し、温度上昇検出手段として別部品を備えないので、部品点数が少なくなって、簡便な構造となり、軽量化される。
ただし、ライナー１１の材質はアルミニウム合金に限定されず、その他に例えば、銅合金、熱伝導性が高められた樹脂（金属チップが分散した樹脂等）であってもよい。

なお、ライナー１１の内部は、水素が充填・貯留されるタンク室１１ａとなっている。また、ライナー１１の左側部分には、リリーフ弁３０のバルブボディ３１が螺合されるネック部１１ｂが形成されている。

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。
ただし、タンク本体１０の具体的構造は、このようにライナー１１と補強層１２との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。

＜熱発泡性断熱層＞
熱発泡性断熱層２１は、例えばポリ燐酸アンモニウム等の発泡剤を成分とする層であり、外部から加熱され温度上昇し、発泡温度に到達するとガスを発生することで発泡し、内部に多数の気泡が形成された断熱層２１Ａ（発泡層）を形成する層である（図５参照）。このような熱発泡性断熱層２１は、例えばポリ燐酸アンモニウム等の発泡剤を成分とする公知の熱発泡性断熱塗料を、タンク本体１０（補強層１２）の外表面１３全体に塗布することで容易に形成される。

熱発泡性断熱層２１が発泡する発泡温度は、温度上昇することでガスを発生させる発泡剤を変更することで、適宜に設計変更される。すなわち、熱発泡性断熱層２１の発泡温度は、発熱するコンプレッサ１３１等の外部機器の温度に対応して、適宜に設計変更される。

また、熱発泡性断熱層２１は、一層構造に限定されず、発泡温度が異なる多層構造としてもよい。さらに、熱発泡性断熱層２１とタンク本体１０との間に下塗り層を介在させてもよいし、熱発泡性断熱層２１の上に上塗り層を形成してもよい。

＜リリーフ弁、金属体＞
リリーフ弁３０は、タンク本体１０の左側に設けられた常閉型の弁であって、開弁することで、タンク本体１０内の水素を外部に放出し、タンク本体１０内の圧力を低下させるものである。これにより、前後からの衝突によって、燃料電池車１００が前後方向において圧縮したとしても、リリーフ弁３０は圧縮されず、保護されるようになっている。

リリーフ弁３０は、ネック部１１ｂに螺設されたバルブボディ３１と、バルブボディ３１内を進退する弁体３２（ピストン）と、弁体３２を閉弁方向（右方向）に付勢する圧縮コイルばね３３と、圧縮コイルばね３３がバルブボディ３１内に装填された状態を保持するキャップ３４と、を備えている。よって、バルブボディ３１と、ネック部１１ｂ（ライナー１１）とは熱的に接続されている。
なお、バルブボディ３１には、ＥＣＵによって開閉制御され、燃料電池スタック１１０への水素供給時等に開弁される図示しない常閉型の遮断弁（インタンク電磁弁）が設けられている。

バルブボディ３１は、閉弁時に弁体３２が当接する弁座部３１ａを有すると共に、その内部には、開弁時に水素の放出通路となる第１ポート３１ｂ及び第２ポート３１ｃが形成されている。なお、弁座部３１ａには、閉弁時におけるシール性を高めるためのＯリング３６ａが設けられている。

弁体３２は、一体成形された左側（一端側）の大径部３２ａと、大径部３２ａから右側（他端側）に延出した小径部３２ｂとを備えている。小径部３２ｂは、通常時（閉弁時）において、バルブボディ３１の弁座部３１ａ（Ｏリング３６ａ）に当接し、第１ポート３１ｂと第２ポート３１ｃとを遮断するようになっており、これにより、リリーフ弁３０が閉弁するようになっている。通常時とは、タンク本体１０内が定格圧力以下であって、前記した金属体４０が溶融していない状態である。

また、前記した金属体４０は、圧縮コイルばね３３とキャップ３４との間に介設されており、この金属体４０は、所定温度以上に昇温した場合に溶融する低融点金属（スズやインジウムの合金等）から形成されている。

そして、コンプレッサ１３１等の熱によってリリーフ弁３０の近傍が高熱になると、この熱がキャップ３４に形成された熱伝播通路３４ａを介して金属体４０に伝播し、金属体４０が溶融すると、溶融したものが熱伝播通路３４ａを通って外部に流出し、金属体４０が存在していた箇所にスペースが形成されるようになっている。
また、ライナー１１及びバルブボディ３１を伝導してきた熱によっても（図３参照）、金属体４０は加熱され、溶融するようになっている（図５参照）。

このようにスペースが形成されると、タンク本体１０内の高圧水素によって、弁体３２が左にスライド、つまり、弁体３２が弁座部３１ａから離間すると同時に、第１ポート３１ｂと第２ポート３１ｃとが連通し、タンク本体１０内の水素が、第１ポート３１ｂ、第２ポート３１ｃを通って、外部に放出され、圧力が低下するようになっている。

なお、キャップ３４の熱伝播通路３４ａには、フィルタ３５が設けられており、外部の熱がフィルタ３５を介して金属体４０に伝播可能であると共に、金属体４０の溶融したものがフィルタ３５を介して外部に流出可能となっている。このようなフィルタ３５は、発泡金属や、焼結によって得られる多孔質金属体から形成される。

≪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。
コンプレッサ１３１の熱によって、熱発泡性断熱層２１の温度が所定の発泡温度に上昇すると、熱発泡性断熱層２１は発泡し、断熱層２１Ａとなる（図５参照）。そうすると、コンプレッサ１３１の熱は、断熱層２１Ａで断熱される。よって、タンク本体１０に充填された水素の温度は上昇しにくくなり、ゆえに、水素の圧力も上昇しにくくなる。

また、コンプレッサ１３１の熱が断熱層２１Ａで完全に断熱されず、熱の一部がタンク本体１０に伝導したとしても、熱伝導性を有するライナー１１で検出され、リリーフ弁３０に向かって伝播し、金属体４０を加熱する（図３、図５参照）。なお、熱の一部は、充填されている水素を伝播し、リリーフ弁３０にも伝導する。
そして、金属体４０の温度が上昇し、金属体４０が溶融すると、リリーフ弁３０が開き、タンク本体１０内の水素が外部に放出され、水素タンク１の圧力が低下する（図６参照）。

このようにして、水素タンク１内の水素の圧力が上昇しにくくなるので、図１に示す減圧弁１２１の一次側圧力が、コンプレッサ１３１の作動熱等の影響を受けて上昇することはない。
よって、制御範囲が広範囲であるワイドレンジの減圧弁１２１を備える必要はなく、燃料電池車１００を低コストで製造可能となる。そして、減圧弁１２１は、水素を適切な圧力に減圧・調整することができ、水素が適切な圧力でアノード流路１１１に供給され、想定外な高圧での水素供給による燃料電池スタック１１０の劣化も未然に防止される。また、水素が燃料電池スタック１１０をそのまま通り抜けることも低減され、燃料電池スタック１１０の燃費、つまり、水素の消費効率は高まる。

以上、本発明の第１参考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。

前記した第１参考形態では、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。

前記した第１参考形態では、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。

前記した第１参考形態では、タンク本体１０に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。

≪第２参考形態≫
次に、本発明の第２参考形態について、図７を参照して説明する。なお、第１参考形態と異なる部分のみを説明する。
第２参考形態に係る水素タンク２は、熱発泡性断熱層２１に代えて、タンク本体１０の外表面１３に固定され、最初から断熱性を有し、断熱層を構成する断熱部材２２（カバー）を備えている。すなわち、熱発泡性断熱層２１を形成するために熱発泡性断熱塗料を塗布する必要はなく、水素タンク２は容易に構成される。また、断熱部材２２は、所定の厚さであるので、水素タンク２は変形しにくくなる。

断熱部材２２は、例えば、上下に２分割、つまり、上ハーフ及び下ハーフで構成され、そして、接着剤によって接着固定されたり、ボルト等によって締結固定される。その他、断熱部材２２に爪を形成し、この爪によって、断熱部材２２をタンク本体１０にスナップフィット結合させる構成でもよい。

≪第３参考形態≫
次に、本発明の第３参考形態について、図８〜図１０を参照して説明する。なお、第１参考形態と異なる部分のみを説明する。
第３参考形態に係る水素タンク３は、第１参考形態に係る水素タンク１の構成に加えて、タンク室１１ａに配置された棒状のヒートパイプ５１（温度上昇検出手段）を備えている。

ヒートパイプ５１の左端は、バルブボディ３１に螺入され固定されている（図９参照）。つまり、ヒートパイプ５１は、リリーフ弁３０と熱的に接続されている。
そして、ヒートパイプ５１は、タンク室１１ａ内を、タンク本体１０の左端側に設けられたリリーフ弁３０から、タンク本体１０の右端側に向かって延びている（図１０参照）。また、ヒートパイプ５１の表面には、左端部及び右端部を除いて、断熱部材５２が設けられている。

これにより、水素タンク３の右側から熱がタンク室１１ａに入力されると、この熱はヒートパイプ５１の右端部で検出される。そして、この検出された熱は、ヒートパイプ５１内を熱信号として、リリーフ弁３０に向かって伝熱し、リリーフ弁３０の金属体４０を加熱する。
この場合において、ヒートパイプ５１の表面に断熱部材５２が設けられているので、ヒートパイプ５１内の伝導する熱が、ヒートパイプ５１の途中で、タンク室１１ａに充填された水素に放熱されにくく、リリーフ弁３０に速やかに伝導する。これにより、リリーフ弁３０が遅れずに作動できる。

≪第１実施形態≫
次に、本発明の第１実施形態について、図１１〜図１４を参照して説明する。なお、第１参考形態と異なる部分のみを説明する。

第１実施形態に係る水素タンク４は、第１参考形態に係る水素タンク１の構成に加えて、内部に水Ｗ（物質）が封入された管状の感熱管６０（温度上昇検出手段）と、を備えている。

図１２、図１３に示すように、バルブボディ３１の内部には、感熱管６０から信号圧としての水Ｗ（蒸気及び液体、以下蒸気等という）が流入する蒸気室３１ｄが形成されている。
そして、蒸気室３１ｄに蒸気等が流入すると、この蒸気等が、弁体３２の大径部３２ａを左方向に押圧し、これにより弁体３２が左にスライドして弁座部３１ａから離間するようになっている。そうすると、第１ポート３１ｂと第２ポート３１ｃとが連通して、リリーフ弁３０が開弁し、タンク本体１０内の水素が、第１ポート３１ｂ、第２ポート３１ｃを通って、外部に放出され、タンク本体１０内の圧力が低下するようになっている。

すなわち、リリーフ弁３０は、蒸気室３１ｄに信号圧として入力される蒸気等の圧力から、水素を放出するため弁体３２を左方向（開方向）に押圧する押圧力（推力）を得ている。
なお、蒸気室３１ｄに流入した蒸気等が外部に漏れたり、放出される水素に混入しないように、大径部３２ａ、小径部３２ｂとバルブボディ３１との間に、Ｏリング３６ｂ、Ｏリング３６ｃが取り付けられている。

感熱管６０は、タンク本体１０及びその近傍の温度を検出すると共に、検出した温度を信号圧（圧力信号）に変換して、リリーフ弁３０に出力するものであり、タンク本体１０を車幅方向において約１回半にて巻回している（図１１参照）。すなわち、感熱管６０は、タンク本体１０の外周面に沿うようにタンク本体１０に設けられると共に、タンク本体１０の被巻回部分（いずれかの部分）及びその近傍の熱を検出するようになっている。

このような感熱管６０は、ステンレス合金等の耐腐食性を有する金属によって管状に形成されており、その内部に水Ｗ（物質）が封入された簡易かつ製造容易な構成である。すなわち、感熱管６０内は、水Ｗで満たされている。

水Ｗは、常温（２５℃）・常圧（１気圧）で液体であると共に、昇温すると沸騰（気化）して気体となり、その体積が大きく熱膨張し、感熱管６０内の圧力が速やかに昇圧するようになっている。しかも、水Ｗは、本実施形態において、リリーフ弁３０を開弁すべき目標開弁温度において分解しないものである。

すなわち、コンプレッサ１３１の熱によって感熱管６０及びタンク本体１０が局所的に加熱されると、封入された水Ｗ（液体）が昇温、沸騰することで蒸気（気体）に相変化し、体積膨張（熱膨張）することで、感熱管６０の内部の圧力が一様に上昇し、後記するノッチ６２が形成された部分にも高速で伝播するようになっている。これに対し、温度は圧力よりも伝播しにくく、温度差が生じやすい。

感熱管６０の一端６１は、リリーフ弁３０のバルブボディ３１に形成された蒸気室３１ｄに接続されている。つまり、感熱管６０はリリーフ弁３０と熱的に接続されている。なお、感熱管６０の一端６１とバルブボディ３１との間には、蒸気等が漏れないようにＯリング３６ｄが設けられている。

また、感熱管６０の一端６１には、感熱管６０が加熱されることで水Ｗが沸騰し、感熱管６０内が所定圧力以上となった場合に裂けるノッチ６２（切欠部、開放部）が形成されており、感熱管６０の厚さはノッチ６２が形成された部分において薄くなっている。すなわち、感熱管６０内の圧力が所定圧力以上となった場合に開放動作して、水Ｗ（物質）による圧力を、リリーフ弁３０（減圧手段）に伝達させる開放部の一例として、ノッチ６２が設けられている。

ただし、開放部はノッチ６２に限定されず、その他に例えば、感熱管６０に形成された開放孔を閉じる小型の栓を備えて構成され、所定圧力以上となった場合、この栓が前記開放孔から脱離することにより開放動作する構成でもよい。また、開放部が、感熱管６０に設けられた小型のリリーフ弁である構成でもよい。

そして、感熱管６０内が所定圧力以上となった場合、ノッチ６２が裂け、つまり、開放動作し、感熱管６０内の蒸気及び水Ｗ（液体）が、蒸気室３１ｄに流入することで、感熱管６０内の圧力が信号圧としてリリーフ弁３０に入力されるようになっている。次いで、蒸気室３１ｄに流入した所定圧力以上の蒸気等が、圧縮コイルばね３３に抗して、弁体３２の大径部３２ａを左に押圧し、リリーフ弁３０を開弁するようになっている。

ここで、蒸気室３１ｄに流入した蒸気等が弁体３２を開弁方向（左方向）に押圧する力ｆ１（図１３参照）は、流入時における蒸気等の圧力と、蒸気等によって開弁方向に押圧される大径部３２ａの作動面積Ｓ１との積で与えられる。すなわち、例えば、小径部３２ｂを変更せずに、大径部３２ａを径方向に大きくすれば、作動面積Ｓ１が大きくなるので、蒸気等の圧力が低くても開弁するように容易に設計変更可能である。

なお、タンク本体１０内の水素が弁体３２を開弁方向に押圧する力ｆ２（図１２参照）と、前記した蒸気等による力ｆ１との和が、圧縮コイルばね３３のばね力ｆ３よりも大きくなった場合（ｆ１＋ｆ２＞ｆ３）、弁体３２が左方向にスライドし、弁座部３１ａから離間する。

一方、感熱管６０の他端は、図１１に示すように、タンク本体１０の外表面１３（図１２参照）の後側部分に沿って右端側（他端側）に延びた後、外表面１３の前側部分に沿って左端側に延び、さらに、外表面１３の後側部分に沿って右端側に延びている。水素タンク４の右側から熱が入力されたとしても、その熱が感熱管６０で速やかに検出されるようになっている。

また、車幅方向において、感熱管６０のリリーフ弁３０から遠い右側部分６３、６３には、熱に対しての感度を高めるためのフィン６４、６４がそれぞれ設けられており、熱に対しての高感度処理が施されている。
これにより、リリーフ弁３０から遠い燃料電池車１００の右側部分に熱が入力されたとしても、その熱はフィン６４を介して感熱管６０に速やかに伝熱し、感熱管６０は前記高熱源の熱を速やかに検出するようになっている。

一方、車幅方向において、感熱管６０のリリーフ弁３０から近い左側部分６５には、熱に対しての感度を低下させるための断熱性を有する発泡断熱体６６（スポンジ）が設けられており、熱に対しての低感度処理が施されている。
これにより、リリーフ弁３０から近い左側部分に熱が入力された場合、感熱管６０はその熱を検出しにくく、内部の圧力が上昇しにくくなるが、リリーフ弁３０に設けられた金属体４０に伝熱し、金属体４０が溶融するとリリーフ弁３０が開弁するようになっている。すなわち、感熱管６０からリリーフ弁３０に入力される信号圧によるリリーフ弁３０の開弁よりも、金属体４０が溶融したか否かに基づく開弁が優先されるようになっている。

ただし、感熱管６０の高感度処理、低感度処理の具体的手法は、フィン６４、発泡断熱体６６に限定されず、図１４に示すように、例えば、感熱管６０を黒色の塗料で塗布し、黒色の塗布層６７を形成することにより、高感度処理を施してもよい。

≪水素タンクの作用効果≫
このような水素タンク４によれば次の作用効果を得る。
例えば、水素タンク４の右側から熱が入力した場合、その熱がフィン６４を介して感熱管６０及びその内部に封入された水Ｗ（液体）に伝熱する。そして、水Ｗが昇温し、１００℃になると沸騰する。つまり、水Ｗは熱膨張し、感熱管６０内の圧力が上昇する。感熱管６０内の圧力が、所定圧力になると、ノッチ６２が裂け、蒸気（気体）及び水Ｗ（液体）が、蒸気室３１ｄに流入し、感熱管６０からリリーフ弁３０に信号圧が入力される。

蒸気室３１ｄに流入した蒸気等が、弁体３２を開弁方向に押圧し、リリーフ弁３０が開弁する。そうすると、タンク本体１０の水素が外部に放出され、タンク本体１０内の圧力が低下する。

以上、本発明の第１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、例えば次のように変更することができる。

前記した第１実施形態では、感熱管６０内に、常温・常圧（標準状態、２５℃、１気圧）で、液体である水Ｗが封入された構成を例示したが、これに限定されることはない。
具体的には、リリーフ弁３０を開弁すべき目標開弁温度付近において、沸騰又は昇華することで、感熱管６０内の圧力を所定圧力に昇圧可能な物質であって、前記目標開弁温度において分解しない物質であればよい。つまり、目標開弁温度付近における物質の相変化は、液体から気体だけでなく、固体から気体でもよい。

例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、フロン類、油、アンモニアや、これらの混合物が封入された構成でもよい。
また、常温・常圧で固体のワックス等が封入された構成でもよい。このように固体が封入された構成によれば、感熱管６０（燃料電池車１００）の姿勢による影響をさらに受けにくくできる。
さらに、１度のみの開放動作に限るのであれば、前記目標開弁温度で分解するものの、感熱管６０内を昇圧可能な物質も使用可能である。

前記した第１実施形態では、感熱管６０か流入した蒸気等が弁体３２を開弁方向に押圧することでリリーフ弁３０が開く構成としたが、その他に例えば、流入した蒸気等がリリーフ弁を構成する薄肉部を破り、外部に連通する放出孔を形成することで、水素が外部に放出される構成でもよい。

前記した第１実施形態では、リリーフ弁３０の蒸気室３１ｄに１本の感熱管６０が接続された構成を例示したが、図１５に示すように、２本の感熱管６０、６０が接続された構成でもよい。

前記した第１実施形態では、リリーフ弁３０に所定温度で溶融する金属体４０が設けられた構成を例示したが、図１６に示すように、金属体４０が設けられていない構成でもよい。

前記した第１実施形態では、水素が充填されたタンク本体１０に取り付けられたリリーフ弁３０に、感熱管６０が接続された構成を例示したが、その他に例えば、高圧ガスが通流する高圧ガス管に取り付けられたリリーフ弁に感熱管６０が接続された構成でもよい。

１、２、３、４ 水素タンク（ガスタンク）
１０ タンク本体
１１ ライナー（構成部材、温度上昇検出手段）
２１ 熱発泡性断熱層
２１Ａ 断熱層
２２ 断熱部材（断熱層）
３０ リリーフ弁（減圧手段）
４０ 金属体（溶融可能体）
５１ ヒートパイプ（温度上昇検出手段）
６０ 感熱管（温度上昇検出手段）
６２ ノッチ（開放部）
６４ フィン（高感度処理）
６６ 発泡断熱体（低感度処理）
１００ 燃料電池車（移動体）
１１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
Ｗ 水（物質）

Claims (9)

1. ガスが充填されるタンク本体と、
   前記タンク本体の外表面に設けられた断熱層と、
   前記タンク本体の一端側に設けられ、前記タンク本体のガスを放出することで、前記タンク本体の圧力を低下させる減圧手段と、
   内部に封入された熱膨張性の物質を有すると共に、前記減圧手段から前記タンク本体の他端側に向かって延び、温度上昇を検出する温度上昇検出手段と、
   を備え、
   前記物質は、加熱されると熱膨張し、
   前記温度上昇検出手段の検出信号は、前記物質の熱膨張に伴って上昇する圧力信号であり、
   前記減圧手段は、前記温度上昇検出手段と熱的に接続されており、前記温度上昇検出手段からの圧力信号から前記タンク本体のガスを放出するための推力を得て作動して前記タンク本体のガスを放出し、前記タンク本体の圧力を低下させる
   ことを特徴とするガスタンク。
2. 前記温度上昇検出手段は、管状に形成されると共に、その一端は前記減圧手段に接続されており、
   当該一端には、前記温度上昇検出手段の内部が所定圧力以上となった場合に開放動作して前記物質による圧力を前記減圧手段に伝達させる開放部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のガスタンク。
3. 前記物質は、沸騰することにより熱膨張する
   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。
4. 前記物質は常温で液体である
   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。
5. 前記物質は常温で固体である
   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。
6. 前記減圧手段に設けられ、所定温度以上となった場合に溶融することで、前記減圧手段に前記タンク本体のガスを放出させる溶融可能体を備え、
   前記温度上昇検出手段の前記減圧手段から近い部分には、熱に対する感度が低くなる低感度処理が施されており、
   前記温度上昇検出手段の前記減圧手段から遠い部分には、熱に対する感度が高くなる高感度処理が施されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガスタンク。
7. 前記断熱層は、前記タンク本体の外表面に熱発泡性断熱塗料が塗布されることで形成され、温度上昇すると発泡し断熱層となる層である
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスタンク。
8. 前記断熱層は、前記タンク本体の外表面に固定された断熱部材を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスタンク。
9. 前記タンク本体は、車両に搭載されており、
   前記減圧手段は、車幅方向において、前記タンク本体の左側又は右側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガスタンク。

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