特開 2023-184183 タンクアッセンブリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023184183

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】タンクアッセンブリ

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/06 20060101AFI20231221BHJP

   F17C 13/02 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

F17C5/06

F17C13/02 301Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098180

(22)【出願日】2022-06-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】中島 潤哉

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BC08

3E172BD03

3E172CA12

3E172DA90

3E172EA02

3E172EA23

3E172KA02

3E172KA23

(57)【要約】

【課題】タンクの内壁の温度を正確に取得できるタンクアッセンブリを提供する。
【解決手段】タンクアッセンブリは、ガスが充填される内部空間Ｓ１を有するタンクと、タンクに取り付けられたバルブユニットとを備えている。バルブユニットは、内部空間Ｓ１に挿入された挿入部３３０を有するノズル３３と温度センサ４１とを有している。挿入部３３０は、温度センサ４１を収容するとともに内部空間Ｓ１と隔離された収容空間Ｓ３を有している。温度センサ４１は、挿入部３３０における収容空間Ｓ３を区画する面に当接することによって挿入部３３０の温度を検出する。挿入部３３０の熱伝導率は、内部空間Ｓ１を区画するタンクの内壁の熱伝導率と同じである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスが充填される内部空間を有するタンクと、前記タンクに取り付けられたバルブユニットとを備え、
前記バルブユニットは、前記内部空間に挿入された挿入部を有するノズルと温度センサとを有し、
前記挿入部は、前記温度センサを収容するとともに前記内部空間と隔離された収容空間を有し、
前記温度センサは、前記挿入部における前記収容空間を区画する面に当接することによって前記挿入部の温度を検出し、
前記挿入部の熱伝導率は、前記内部空間を区画する前記タンクの内壁の熱伝導率と同じであることを特徴とするタンクアッセンブリ。

【請求項2】

前記挿入部の材質と前記内壁の材質は同じである請求項１に記載のタンクアッセンブリ。

【請求項3】

前記ノズルは、前記ガスが流れるガス流路を有し、
前記ノズルの径方向における前記ノズルの外周面から前記温度センサまでの距離は、前記ノズルの径方向における前記ガス流路を区画する内周面から前記温度センサまでの距離よりも短い請求項１に記載のタンクアッセンブリ。

【請求項4】

前記タンクは、水素ガスが充填される高圧タンクである請求項１に記載のタンクアッセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タンクアッセンブリに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ガスが充填されるタンクと、タンクに取り付けられるバルブユニットとを備えるタンクアッセンブリが開示されている。バルブユニットは、タンク内の温度を検出する温度センサを有している。タンク内の温度及び圧力は、タンクへのガスの充填が進むにつれて上昇する。特許文献１では、タンクへのガスの充填作業は、温度センサが検出したタンク内の温度に基づいて行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１１６９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

タンク内の温度が上昇すると、タンクの内壁の温度も上昇する。そして、内壁の温度が内壁の耐熱温度を超えると、タンクが劣化するおそれがある。このため、内壁の温度が耐熱温度を超えないようにタンクへのガスの充填を停止する必要がある。この際、タンクの内壁の温度を正確に取得することが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記問題点を解決するためのタンクアッセンブリは、ガスが充填される内部空間を有するタンクと、前記タンクに取り付けられたバルブユニットとを備え、前記バルブユニットは、前記内部空間に挿入された挿入部を有するノズルと温度センサとを有し、前記挿入部は、前記温度センサを収容するとともに前記内部空間と隔離された収容空間を有し、前記温度センサは、前記挿入部における前記収容空間を区画する面に当接することによって前記挿入部の温度を検出し、前記挿入部の熱伝導率は、前記内部空間を区画する前記タンクの内壁の熱伝導率と同じであることを要旨とする。

【0006】

挿入部の熱伝導率は、タンクの内壁の熱伝導率と同じである。このため、挿入部の温度は、内壁の温度とほぼ同じである。したがって、温度センサが挿入部の温度を検出することによって、内壁の温度を取得することができる。また、収容空間は内部空間と隔離されている。このため、温度センサの検出結果は、内部空間に充填されたガスの影響を受けにくい。よって、内壁の温度を正確に取得できる。

【0007】

上記タンクアッセンブリにおいて、前記挿入部の材質と前記内壁の材質は同じであってもよい。
挿入部の熱伝導率とタンクの内壁の熱伝導率とを同じにしやすい。

【0008】

上記タンクアッセンブリにおいて、前記ノズルは、前記ガスが流れるガス流路を有し、前記ノズルの径方向における前記ノズルの外周面から前記温度センサまでの距離は、前記ノズルの径方向における前記ガス流路を区画する内周面から前記温度センサまでの距離よりも短くてもよい。

【0009】

上記構成では、温度センサは、ノズルの径方向において外周面側に寄せて配置されている。ノズルにおける外周面側の部分は、ノズルにおける内周面側の部分よりも、ガス流路を流れるガスによる温度の影響を受けにくい。したがって、温度センサが検出する挿入部の温度とタンクの内壁の温度との差がより小さくなる。よって、内壁の温度をより正確に取得できる。

【0010】

上記タンクアッセンブリにおいて、前記タンクは、水素ガスが充填される高圧タンクであってもよい。
上記構成では、タンクの内壁の温度は高くなりやすい。したがって、内壁の温度を正確に取得することが特に効果的である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、タンクの内壁の温度を正確に取得できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態におけるタンクアッセンブリを示す断面図である。

【図2】実施形態におけるタンクアッセンブリを示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、タンクアッセンブリを具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。本実施形態のタンクアッセンブリは、燃料電池システムに用いられている。燃料電池システムは、燃料電池を備えている。燃料電池は、水素と酸素との化学反応によって発電を行う。

【0014】

＜タンクアッセンブリの構成＞
図１に示すように、タンクアッセンブリ１０は、タンク２０と、バルブユニット３０とを備えている。本実施形態のタンク２０は、燃料電池に供給される水素ガスが充填される高圧タンクである。

【0015】

タンク２０は、タンク本体２１と口金２２とを有している。本実施形態のタンク本体２１は、円筒部と、円筒部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部とを有している。タンク２０は、内部空間Ｓ１を有している。内部空間Ｓ１は、タンク本体２１の内壁２１ａによって区画された空間である。内部空間Ｓ１には、図示しないガスステーションによって水素ガスが充填される。内部空間Ｓ１に充填された水素ガスは、燃料電池に供給される。口金２２は、タンク本体２１に設けられている。口金２２は、内部空間Ｓ１とタンク２０の外部とを連通させている。本実施形態のタンク２０は、アルミニウム製である。したがって、本実施形態の内壁２１ａは、アルミニウム製である。

【0016】

バルブユニット３０は、タンク２０に取り付けられている。バルブユニット３０は、バルブ３１と、バルブハウジング３２と、ノズル３３と、センサユニット４０とを有している。

【0017】

バルブ３１は、例えば、電磁式の弁である。バルブ３１は、開状態のとき、タンク２０の内部と外部とを連通させる。バルブ３１は、閉状態のとき、タンク２０の内部と外部とを遮断する。バルブ３１の開閉制御は、図示しない制御部によって行われる。バルブ３１は、ノズル３３に設けられた図示しない供給流路を介して燃料電池にタンク２０内の水素ガスを供給する時に開状態となり、水素ガスの供給を停止する時に閉状態となるバルブである。バルブ３１は、バルブハウジング３２に収容されている。バルブハウジング３２は、タンク２０の外部に位置している。

【0018】

ノズル３３は、細長い円柱状である。ノズル３３は、ガス流路Ｓ２を有している。ガス流路Ｓ２は、ノズル３３の軸方向に沿って延びている。ノズル３３は、口金２２に挿通されることによって、内部空間Ｓ１内に挿入されている。ガス流路Ｓ２は、内部空間Ｓ１と連通している。ノズル３３は、内部空間Ｓ１に挿入された挿入部３３０を有している。水素ガスは、ガス流路Ｓ２を介してタンク２０の内部空間Ｓ１に充填される。言い換えると、ガス流路Ｓ２には、内部空間Ｓ１に充填される水素ガスが流れる。

【0019】

本実施形態のノズル３３は、アルミニウム製である。つまり、ノズル３３の材質とタンク２０の内壁２１ａの材質は同じである。したがって、挿入部３３０の熱伝導率は、内壁２１ａの熱伝導率と同じである。

【0020】

図２に示すように、ノズル３３は、本体部３４と蓋部３５とを有している。本体部３４は、ガス流路Ｓ２を有する細長い円柱状である。本体部３４は、凹部３６を有している。凹部３６は、本体部３４の外周面において開口している。蓋部３５は、凹部３６の開口部を閉塞している。ノズル３３は、凹部３６の内面と蓋部３５の内面とによって区画された収容空間Ｓ３を有している。収容空間Ｓ３は、ノズル３３の挿入部３３０に設けられている。つまり、挿入部３３０は、収容空間Ｓ３を有している。収容空間Ｓ３は、内部空間Ｓ１と隔離されている。また、収容空間Ｓ３は、ガス流路Ｓ２と隔離されている。本体部３４は、挿通孔３７を有している。挿通孔３７は、凹部３６を区画する内面において開口している。挿通孔３７は、収容空間Ｓ３とタンク２０の外部とを連通させている。

【0021】

センサユニット４０は、温度センサ４１と、温度センサ４１を収容するセンサハウジング４２と、配線４３とを有している。温度センサ４１及びセンサハウジング４２は、収容空間Ｓ３に収容されている。温度センサ４１は、挿入部３３０における収容空間Ｓ３を区画する面に当接している。本実施形態では、温度センサ４１は、蓋部３５の内面に当接している。温度センサ４１は、挿入部３３０における収容空間Ｓ３を区画する面に当接することによって、挿入部３３０の温度を検出する。

【0022】

本実施形態では、ノズル３３の径方向におけるノズル３３の外周面３３ａから温度センサ４１までの距離Ａは、ノズル３３の径方向におけるガス流路Ｓ２を区画する内周面３３ｂから温度センサ４１までの距離Ｂよりも短い。すなわち、温度センサ４１は、ノズル３３の径方向において外周面３３ａ側に寄せて配置されている。

【0023】

配線４３は、挿通孔３７に挿通されている。図示しないが、配線４３は、タンク２０の外部まで延びている。配線４３は、制御部に接続されている。温度センサ４１による検出結果は、配線４３を通じて制御部に送信される。

【0024】

＜タンクへのガスの充填＞
内部空間Ｓ１にガスを充填する際には、バルブユニット３０をガスステーションの供給口に接続する。ガスステーションの供給口から供給されるガスは、ガス流路Ｓ２を通って内部空間Ｓ１に充填される。内部空間Ｓ１へのガスの充填が進むにつれて、内部空間Ｓ１の圧力及び温度は上昇する。また、内部空間Ｓ１の温度が上昇すると、タンク２０の内壁２１ａの温度も上昇する。

【0025】

制御部は、温度センサ４１の検出結果をガスステーションに送信する。ガスステーションは制御部からの温度情報に基づき、内部空間Ｓ１へのガスの充填を停止する。具体的には、温度センサ４１が検出した挿入部３３０の温度が所定の温度未満の場合、ガスステーションは充填を継続する。一方、温度センサ４１が検出した挿入部３３０の温度が所定の温度以上になった場合、ガスステーションは、内部空間Ｓ１へのガスの充填を停止する。なお、所定の温度は、タンク２０の内壁２１ａの耐熱温度よりも低い温度に設定されている。

【0026】

［本実施形態の作用及び効果］
本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）ノズル３３の挿入部３３０は、温度センサ４１を収容するとともに内部空間Ｓ１から隔離された収容空間Ｓ３を有している。温度センサ４１は、挿入部３３０における収容空間Ｓ３を区画する面に当接することによって、挿入部３３０の温度を検出する。挿入部３３０の熱伝導率は、タンク２０の内壁２１ａの熱伝導率と同じである。このため、挿入部３３０の温度は、内壁２１ａの温度とほぼ同じである。したがって、温度センサ４１が挿入部３３０の温度を検出することによって、内壁２１ａの温度を取得することができる。また、収容空間Ｓ３は内部空間Ｓ１と隔離されているため、温度センサ４１の検出結果は、内部空間Ｓ１に充填されたガスの影響を受けにくい。よって、内壁２１ａの温度を正確に取得できる。

【0027】

（２）挿入部３３０の材質とタンク本体２１の内壁２１ａの材質は同じである。この場合、挿入部３３０の熱伝導率とタンク２０の内壁２１ａの熱伝導率とを同じにしやすい。
（３）ノズル３３の径方向におけるノズル３３の外周面３３ａから温度センサ４１までの距離Ａは、ノズル３３の径方向におけるガス流路Ｓ２を区画する内周面３３ｂから温度センサ４１までの距離Ｂよりも短い。つまり、温度センサ４１は、ノズル３３の径方向において外周面３３ａ側に寄せて配置されている。ノズル３３における外周面３３ａ側の部分は、ノズル３３における内周面３３ｂ側の部分よりも、ガス流路Ｓ２を流れるガスによる温度の影響を受けにくい。したがって、温度センサ４１が検出する挿入部３３０の温度とタンク２０の内壁２１ａの温度との差がより小さくなる。よって、内壁２１ａの温度をより正確に取得できる。

【0028】

（４）タンク２０は、水素ガスが充填される高圧タンクである。この場合、タンク２０の内壁２１ａの温度は高くなりやすい。したがって、内壁２１ａの温度を正確に取得することが特に効果的である。

【0029】

（５）一般に、内部空間Ｓ１の温度は、タンク２０の内壁２１ａの温度よりも高い。このため、従来技術のように内部空間Ｓ１の温度に基づいてガスの充填作業を行う場合、実際には内壁２１ａの温度が内壁２１ａの耐熱温度に達するまで余裕があるにも関わらず、ガスの充填を停止することになる。したがって、タンク２０へのガスの充填率が低下する。これに対し、本実施形態では、内壁２１ａの温度に基づいてガスの充填作業を行うため、タンク２０へのガスの充填率を向上できる。

【0030】

（６）タンク２０の内壁２１ａの温度を取得するための方法として、例えば、タンク２０の内壁２１ａに対して温度センサ４１を直接取り付けることが考えられる。しかしながら、この場合、配線４３をタンク２０の外部に引き出しにくい。これに対し、本実施形態では、バルブユニット３０に温度センサ４１を設けている。このため、配線４３をタンク２０の外部に引き出しやすい。

【0031】

（７）タンク２０の内壁２１ａの温度を取得するための方法として、例えば、内部空間Ｓ１の温度に基づいてタンク２０の内壁２１ａの温度を推定する推定部を採用することが考えられる。しかしながら、この場合、推定誤差が生じるため、内壁２１ａの温度を正確に取得しにくい。また、タンクアッセンブリ１０の構成が複雑化する。これに対し、本実施形態では、挿入部３３０の熱伝導率を内壁２１ａの熱伝導率と同じにすることによって、温度センサ４１が検出した挿入部３３０の温度を内壁２１ａの温度とみなすことができる。したがって、内壁２１ａの温度を正確に取得できるとともに、タンクアッセンブリ１０の構成が複雑化することを回避できる。

【0032】

［変更例］
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。

【0033】

○ 挿入部３３０の熱伝導率がタンク２０の内壁２１ａの熱伝導率と同じであれば、挿入部３３０の材質は内壁２１ａの材質と異なっていてもよい。
○ タンク２０及びノズル３３の材質は、アルミニウムに限定されない。例えば、タンク２０及びノズル３３の材質は、鉄などの他の金属であってもよいし、樹脂であってもよい。

【0034】

○ タンク本体２１が金属製である場合、タンク２０は、タンク本体２１の外面を覆う樹脂製の外殻を有していてもよい。
○ 上記実施形態のタンク２０は一例である。タンク２０が内部空間Ｓ１を有しているのであれば、タンク２０の構成は適宜変更されてもよい。例えば、タンク２０は、口金２２を有していなくてもよい。例えば、タンク本体２１の形状は直方体状であってもよい。

【0035】

○ 温度センサ４１は、挿入部３３０における収容空間Ｓ３を区画する面と当接することによって挿入部３３０の温度を検出できるのであれば、蓋部３５の内面以外の面と当接してもよい。温度センサ４１は、例えば、凹部３６を区画する内底面や内側面と当接することによって、挿入部３３０の温度を検出してもよい。

【0036】

○ ノズル３３の径方向におけるノズル３３の外周面３３ａから温度センサ４１までの距離Ａは、ノズル３３の径方向におけるガス流路Ｓ２を区画する内周面３３ｂから温度センサ４１までの距離Ｂと同じであってもよい。つまり、温度センサ４１は、ノズル３３の径方向において外周面３３ａと内周面３３ｂとの中間に配置されていてもよい。

【0037】

ノズル３３の径方向におけるノズル３３の外周面３３ａから温度センサ４１までの距離Ａは、ノズル３３の径方向におけるガス流路Ｓ２を区画する内周面３３ｂから温度センサ４１までの距離Ｂより長くてもよい。つまり、温度センサ４１は、ノズル３３の径方向において内周面３３ｂ側に寄せて配置されていてもよい。

【0038】

○ タンクアッセンブリ１０は、燃料電池ユニット以外の用途に用いられてもよい。
○ タンク２０の内部空間Ｓ１に充填されるガスは、水素ガスに限定されない。
○ バルブユニット３０は、バルブ３１に加えて、逆止弁や減圧弁等のバルブを備えていてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１０…タンクアッセンブリ、２０…タンク、２１ａ…内壁、３０…バルブユニット、３３…ノズル、３３ａ…外周面、３３ｂ…内周面、４１…温度センサ、３３０…挿入部、Ｓ１…内部空間、Ｓ２…ガス流路、Ｓ３…収容空間。

【図1】

【図2】