JP7743819B2 - High-pressure tank - Google Patents
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Description
本明細書が開示する技術は、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a high-pressure tank for storing fuel gas.
特許文献1には、ひずみゲージを備えた高圧タンクが開示されている。ひずみゲージは圧力測定部と接続されている。圧力測定部は、ひずみゲージから受信したひずみ値を用いて、高圧タンクの内部圧力を算出する。圧力測定部で内部圧力を監視することで、燃料ガスの充填回数を算出することができる。 Patent Document 1 discloses a high-pressure tank equipped with a strain gauge. The strain gauge is connected to a pressure measurement unit. The pressure measurement unit calculates the internal pressure of the high-pressure tank using the strain value received from the strain gauge. By monitoring the internal pressure with the pressure measurement unit, the number of times fuel gas has been refilled can be calculated.
高圧タンクはガスの充填や放出によって膨張/収縮を繰り返すため、充填回数が所定回数に到達することに応じてタンク交換を行う必要がある。また、中古の高圧タンクが使用される場合がある。しかし特許文献1の技術では、算出した充填回数を高圧タンクに紐づけることができない。そのため、高圧タンクの寿命を適切に管理できない。すると例えば、充填回数の引継ぎが失敗している可能性や、充填回数の改ざんが行われている可能性があるため、中古品の高圧タンクの寿命を保証することが困難である。 High-pressure tanks repeatedly expand and contract as gas is filled and released, so they need to be replaced when a certain number of fills is reached. There are also cases where second-hand high-pressure tanks are used. However, the technology in Patent Document 1 does not allow the calculated number of fills to be linked to the high-pressure tank. As a result, the lifespan of the high-pressure tank cannot be properly managed. This means, for example, that the number of fills may not be transferred correctly, or the number of fills may have been tampered with, making it difficult to guarantee the lifespan of a second-hand high-pressure tank.
本明細書が開示する高圧タンクは、タンク本体と、タンク本体に備えられているひずみセンサと、タンク本体に備えられている記憶部と、を備える。記憶部は、ひずみセンサによるひずみ量に基づいてカウントした高圧タンクへの燃料ガスの充填回数を記憶することが可能に構成されている。 The high-pressure tank disclosed in this specification comprises a tank body, a strain sensor provided in the tank body, and a memory unit provided in the tank body. The memory unit is configured to store the number of times the high-pressure tank has been refilled with fuel gas, counted based on the amount of strain measured by the strain sensor.
上記構造によれば、燃料ガスの充填回数を記憶可能な記憶部が、タンク本体に備えられている。これにより、高圧タンク自体に、充填回数を保持させることができる。高圧タンクの寿命を適切に管理することが可能となる。よって例えば、高圧タンクを車両から取り外して中古品として使用する場合においても、高圧タンクの寿命を保証することが可能となる。高圧タンクのライフサイクルの適正化が可能となる。 With the above structure, the tank body is equipped with a memory unit that can store the number of times the fuel gas has been refilled. This allows the high-pressure tank itself to retain the number of refills. This makes it possible to properly manage the lifespan of the high-pressure tank. Therefore, for example, even if the high-pressure tank is removed from the vehicle and used as a second-hand item, the lifespan of the high-pressure tank can be guaranteed. This makes it possible to optimize the life cycle of the high-pressure tank.
タンク本体は、ライナと、ライナの外周を覆っている補強層と、ライナに取り付けられており、ジグが係合可能なジグ穴を有する口金と、を備えていてもよい。ジグ穴の底部には、高圧タンクの内部と外部とを隔てる隔壁が配置されていてもよい。ひずみセンサは、隔壁に配置されていてもよい。隔壁部分は、ジグ穴が形成されていない部分に比して厚さが薄いため、高圧タンクの内部圧力に応じて変形しやすい領域である。従って、ひずみ量を検出するためのダイヤフラムとして、隔壁を機能させることができる。口金の構造とダイヤフラム構造とを共用できるため、部品点数を減少させることが可能となる。ひずみセンサの小型化や低コスト化が可能となる。 The tank body may include a liner, a reinforcing layer covering the outer periphery of the liner, and a nozzle attached to the liner and having a jig hole into which a jig can be engaged. A partition wall separating the interior and exterior of the high-pressure tank may be disposed at the bottom of the jig hole. The strain sensor may be disposed in the partition wall. The partition wall portion is thinner than the portion where the jig hole is not formed, and is therefore an area that is easily deformed in response to the internal pressure of the high-pressure tank. Therefore, the partition wall can function as a diaphragm for detecting the amount of strain. Because the nozzle structure and diaphragm structure can be shared, the number of parts can be reduced. This enables the strain sensor to be made smaller and less expensive.
タンク本体は、ライナと、ライナの外周を覆っている補強層と、ライナに取り付けられており、フランジを有する口金と、を備えていてもよい。ひずみセンサは、フランジに配置されていてもよい。フランジ部分は、口金の本体部分に比して厚さが薄いため、高圧タンクの内部圧力に応じて変形しやすい領域である。すなわちフランジは、内圧による変位に対する感度が高いため、ひずみ量を検出するためのダイヤフラムとして機能させることができる。口金の構造とダイヤフラム構造とを共用できるため、部品点数を減少させることが可能となる。ひずみセンサの小型化や低コスト化が可能となる。 The tank body may comprise a liner, a reinforcing layer covering the outer periphery of the liner, and a nozzle attached to the liner and having a flange. The strain sensor may be located on the flange. The flange portion is thinner than the main body portion of the nozzle, and is therefore an area that is easily deformed in response to the internal pressure of the high-pressure tank. In other words, the flange is highly sensitive to displacement due to internal pressure, and can therefore function as a diaphragm for detecting the amount of strain. Because the nozzle structure and diaphragm structure can be shared, the number of parts can be reduced. This enables the strain sensor to be made smaller and less expensive.
車両は、請求項1に記載の高圧タンクを備えていてもよい。車両は、記憶部と通信可能に構成されている制御部を備えていてもよい。制御部は、記憶部から受信した充填回数が予め定められた所定回数に到達したことをユーザに報知可能に構成されていてもよい。これにより、高圧タンクの交換が必要になったことをユーザに認識させることができる。高圧タンクを安全に使用することが可能となる。 A vehicle may be equipped with the high-pressure tank described in claim 1. The vehicle may also be equipped with a control unit configured to be able to communicate with the memory unit. The control unit may be configured to be able to notify the user when the number of refills received from the memory unit has reached a predetermined number. This allows the user to recognize that the high-pressure tank needs to be replaced. This allows the high-pressure tank to be used safely.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements to the technology disclosed in this specification are explained in the "Description of Embodiments" below.
<水素タンク10の構成>
図1に、水素タンク10の概略断面図を示す。水素タンク10は、例えば高圧の水素を貯蔵し、燃料電池に水素を供給する供給源として利用される。水素タンク10は、ライナ20、補強層30、第1口金41、第2口金42、を備える。これらの部材により、タンク本体が構成されている。
<Configuration of hydrogen tank 10>
1 shows a schematic cross-sectional view of a hydrogen tank 10. The hydrogen tank 10 is used, for example, to store high-pressure hydrogen and supply it to a fuel cell. The hydrogen tank 10 comprises a liner 20, a reinforcing layer 30, a first nozzle 41, and a second nozzle 42. These components form the tank body.
ライナ20は、水素タンク10の内層を成す部材であり、中空の円筒形状を有している。ライナ20は、水素ガスを貯蔵するための樹脂製の容器である。ライナ20の-x方向の端部には開口部21が形成されており、+x方向の端部には開口部22が形成されている。補強層30は、ライナ20の外周面上に形成されている、ライナ20を補強する層である。補強層30は、例えば繊維強化樹脂を含む外層である。補強層30は、例えば炭素繊維強化プラスチック(CFRP)により形成される。 The liner 20 is a hollow cylindrical member that forms the inner layer of the hydrogen tank 10. The liner 20 is a resin container for storing hydrogen gas. An opening 21 is formed at the end of the liner 20 facing in the -x direction, and an opening 22 is formed at the end facing in the +x direction. The reinforcing layer 30 is a layer formed on the outer peripheral surface of the liner 20 that reinforces the liner 20. The reinforcing layer 30 is an outer layer that contains, for example, fiber-reinforced resin. The reinforcing layer 30 is formed, for example, from carbon fiber-reinforced plastic (CFRP).
第1口金41は、略円筒形状の部材である。第1口金41は、貫通孔41hおよびフランジ41fを備えている。フランジ41fは、第1口金41の外周から外側に突出している、つば状の部材である。フランジ41fは、第1口金41の外周の全周にわたって形成されている。フランジ41fは、ライナ20の開口部21を塞ぐように、ライナ20と一体に固定されている。貫通孔41hは、ライナ20の内部に導通している。貫通孔41hは、不図示のバルブアセンブリがねじ込まれて固定される部位である。バルブアセンブリは、流入通路および流出通路を備えている。流入通路は、外部の水素源から水素タンク10に水素を充填するための通路である。流出通路は、水素タンク10内の水素を燃料電池(不図示)に供給するための通路である。また流入通路及び流出通路には、図示しない主止弁や手動弁、逆止弁等が設けられている。 The first nozzle 41 is a substantially cylindrical member. It has a through-hole 41h and a flange 41f. The flange 41f is a brim-shaped member that protrudes outward from the outer periphery of the first nozzle 41. The flange 41f is formed around the entire outer periphery of the first nozzle 41. The flange 41f is fixed integrally with the liner 20 so as to close the opening 21 of the liner 20. The through-hole 41h is connected to the interior of the liner 20. A valve assembly (not shown) is screwed into and fixed into the through-hole 41h. The valve assembly has an inlet passage and an outlet passage. The inlet passage is a passage for filling the hydrogen tank 10 with hydrogen from an external hydrogen source. The outlet passage is a passage for supplying hydrogen from the hydrogen tank 10 to a fuel cell (not shown). The inlet and outlet passages are also equipped with a main stop valve, a manual valve, a check valve, and other valves (not shown).
第2口金42は、ジグ穴42j1および42j2、フランジ42f、を備えている。フランジ42fは、第2口金42の外周から外側に突出している、つば状の部材である。フランジ42fは、第2口金42の外周の全周にわたって形成されている。フランジ42fは、ライナ20の開口部22を塞ぐように、ライナ20と一体に固定されている。ジグ穴42j1は、不図示のジグが係合する。ジグにより、水素タンク10に補強層30を形成する工程において、水素タンク10を回転可能に保持することができる。 The second nozzle 42 has jig holes 42j1 and 42j2 and a flange 42f. The flange 42f is a brim-shaped member that protrudes outward from the outer periphery of the second nozzle 42. The flange 42f is formed around the entire outer periphery of the second nozzle 42. The flange 42f is fixed integrally with the liner 20 so as to close the opening 22 of the liner 20. A jig (not shown) engages with the jig hole 42j1. The jig allows the hydrogen tank 10 to be rotatably held during the process of forming the reinforcing layer 30 on the hydrogen tank 10.
ジグ穴42j1の底部およびジグ穴42j2の底部は、ひずみ検知部43を介して、互いに対向して配置されている。すなわち、ジグ穴42j1の底部に配置されているひずみ検知部43は、水素タンク10の内部と外部とを隔てる隔壁として機能する。よって第2口金42は、ライナ20の内部とは連通していない。なお図1では、ジグ穴42j1内部に配置されているひずみセンサ44や記憶部47などの部材は、記載を省略している。 The bottom of jig hole 42j1 and the bottom of jig hole 42j2 are positioned opposite each other with the strain detection unit 43 interposed between them. In other words, the strain detection unit 43 positioned at the bottom of jig hole 42j1 functions as a partition wall separating the inside and outside of the hydrogen tank 10. Therefore, the second mouthpiece 42 is not in communication with the inside of the liner 20. Note that components such as the strain sensor 44 and memory unit 47 positioned inside jig hole 42j1 are not shown in Figure 1.
<第2口金42近傍の構成>
図2に、第2口金42近傍の拡大断面図を示す。第2口金42には、ひずみ検知部43、ひずみセンサ44、リード線45、ハウジング46、記憶部47、内部コネクタ48、発光部49、が備えられている。図示の便宜上、第2口金42、ひずみ検知部43、ひずみセンサ44、ハウジング46は断面図で示し、その他の部位は簡易的なブロック図で示している。
<Configuration in the vicinity of the second base 42>
2 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the second base 42. The second base 42 is equipped with a strain detection unit 43, a strain sensor 44, lead wires 45, a housing 46, a memory unit 47, an internal connector 48, and a light-emitting unit 49. For convenience of illustration, the second base 42, strain detection unit 43, strain sensor 44, and housing 46 are shown in cross-section, and the other parts are shown in a simple block diagram.
ひずみ検知部43、ひずみセンサ44、リード線45、ハウジング46、記憶部47、内部コネクタ48、発光部49は、ジグ穴42j1の内部に配置されている。ジグ穴42j1は、補強層30の形成時に使用する穴であるため、タンク本体の完成後には使用されない。よって、ジグ穴42j1を、これらの部材を格納するための容器として流用することで、水素タンク10の体格を小さくすることができる。また、車両衝突などによって外力が加えられる場合においても、第2口金42によってこれらの部材を保護することができる。 The strain detection unit 43, strain sensor 44, lead wires 45, housing 46, memory unit 47, internal connector 48, and light-emitting unit 49 are arranged inside the jig hole 42j1. The jig hole 42j1 is used when forming the reinforcing layer 30, and is not used after the tank body is completed. Therefore, by reusing the jig hole 42j1 as a container for storing these components, the size of the hydrogen tank 10 can be reduced. Furthermore, the second nozzle 42 can protect these components even when external forces are applied, such as during a vehicle collision.
ひずみ検知部43は、ジグ穴42j1と42j2との間を隔離している部材である。ひずみ検知部43には、窪み部43rが形成されている。窪み部43rが圧力により変形することで、ひずみ検知部43はダイヤフラムとして機能する。ひずみ検知部43は、第2口金42とは別体に構成されている。これにより、ひずみ検知部43の材料の選択の幅を広げることができる。圧力-ひずみ特性が良好な材料を選択することによって、ひずみ検知部43での検出精度を向上させることができる。またひずみ検知部43には、耐水素透過コーティングを行ってもよい。これにより、水素透過による出力特性の変化を抑えることが可能となる。 The strain detection unit 43 is a component that separates the jig holes 42j1 and 42j2. A recess 43r is formed in the strain detection unit 43. The recess 43r deforms under pressure, causing the strain detection unit 43 to function as a diaphragm. The strain detection unit 43 is constructed separately from the second nozzle 42. This allows for a wider range of materials to be selected for the strain detection unit 43. By selecting a material with good pressure-strain characteristics, the detection accuracy of the strain detection unit 43 can be improved. The strain detection unit 43 may also be coated with a hydrogen permeation-resistant coating. This makes it possible to suppress changes in output characteristics due to hydrogen permeation.
ハウジング46は、ネジ部46sを備えている。ハウジング46を-x方向へねじ込むことで、ひずみ検知部43をジグ穴42j1の底面42bに押し付けて固定することができる。またハウジング46には、リード線45が通過可能な開口部46aが形成されている。 The housing 46 has a threaded portion 46s. By screwing the housing 46 in the -x direction, the strain sensor 43 can be pressed against the bottom surface 42b of the jig hole 42j1 and fixed in place. The housing 46 also has an opening 46a through which the lead wire 45 can pass.
ひずみセンサ44は、隔壁として機能するひずみ検知部43に配置されている。ひずみセンサ44は、ひずみ検知部43の変位を電気信号に変換して出力する部位である。ひずみセンサ44は、不図示のひずみゲージおよびセンサチップを備えている。本実施例では、ひずみゲージは、金属の抵抗体を有する金属ひずみゲージである。リード線45は、ひずみセンサ44から記憶部47に電気信号を送る。 The strain sensor 44 is disposed in the strain detection unit 43, which functions as a partition wall. The strain sensor 44 converts the displacement of the strain detection unit 43 into an electrical signal and outputs it. The strain sensor 44 includes a strain gauge and a sensor chip (not shown). In this embodiment, the strain gauge is a metal strain gauge having a metal resistor. The lead wire 45 sends the electrical signal from the strain sensor 44 to the memory unit 47.
記憶部47は、CPU47cおよび不揮発性メモリ47mを備えている。CPU47cは、ひずみセンサ44で測定されたひずみ量に基づいて、水素タンク10の内部の水素によりひずみ検知部43に加えられた圧力を算出する。またCPU47cは、水素タンク10への水素ガスの充填回数をカウントするとともに、カウントした充填回数を不揮発性メモリ47mに記憶する。記憶部47の詳細な動作内容については後述する。 The memory unit 47 includes a CPU 47c and non-volatile memory 47m. The CPU 47c calculates the pressure applied to the strain detection unit 43 by the hydrogen inside the hydrogen tank 10 based on the amount of strain measured by the strain sensor 44. The CPU 47c also counts the number of times the hydrogen tank 10 has been filled with hydrogen gas, and stores the counted number of times in the non-volatile memory 47m. The detailed operation of the memory unit 47 will be described later.
発光部49は、CPU47cの指令に基づいて点灯/消灯を制御可能な部位である。本実施例では、発光部49はLEDである。 The light-emitting unit 49 is a component that can be controlled to turn on or off based on commands from the CPU 47c. In this embodiment, the light-emitting unit 49 is an LED.
内部コネクタ48は、記憶部47に接続されている。内部コネクタ48には、外部コネクタ61が係合している。外部コネクタ61は、ハーネス62によって車両ECU63に接続している。これにより、車両ECU63と記憶部47とが互いに通信可能な車両が構成されている。車両ECU63は、ディスプレイ64および外部通信インターフェース65に接続している。ディスプレイ64は運転席に配置されており、ユーザに各種情報を報知するための部位である。外部通信インターフェース65は、外部の水素ステーション70と各種の通信CMを行うための部位である。通信CMは特に限定されず、無線通信でもよいし、ケーブルを介した有線通信でもよい。 The internal connector 48 is connected to the memory unit 47. An external connector 61 is engaged with the internal connector 48. The external connector 61 is connected to the vehicle ECU 63 via a harness 62. This configures a vehicle in which the vehicle ECU 63 and the memory unit 47 can communicate with each other. The vehicle ECU 63 is connected to a display 64 and an external communication interface 65. The display 64 is located in the driver's seat and is used to notify the user of various information. The external communication interface 65 is used to perform various communication CMs with an external hydrogen station 70. The communication CMs are not particularly limited and may be wireless or wired communication via a cable.
<水素タンク10の動作>
水素タンク10への水素ガスの充填回数をカウントする動作内容例を説明する。ひずみ検知部43が水素タンク10の内部の水素の圧力を受けて変形すると、ひずみセンサ44が備えるひずみゲージも同率で変形し、抵抗体の抵抗値が変化する。抵抗値の変化はセンサチップによって検出され、ひずみ値に変換される。変換されたひずみ値は、リード線45を介して記憶部47に送信される。記憶部47のCPU47cは、受信したひずみ値を用いて、水素タンク10の内部の水素によりひずみ検知部43に加えられた圧力を算出する。なお、圧力の算出方法は特に限定されない。例えば、ひずみ量と圧力とを対応付けるマップを用いて、水素タンク10の内部圧力を換算してもよい。マップは、予め不揮発性メモリ47mに格納していてもよい。
<Operation of hydrogen tank 10>
An example of the operation of counting the number of times hydrogen gas has been filled into the hydrogen tank 10 will be described. When the strain detection unit 43 deforms due to the pressure of hydrogen inside the hydrogen tank 10, the strain gauge provided in the strain sensor 44 also deforms at the same rate, causing a change in the resistance value of the resistor. The change in resistance value is detected by the sensor chip and converted into a strain value. The converted strain value is sent to the memory unit 47 via the lead wire 45. The CPU 47c of the memory unit 47 uses the received strain value to calculate the pressure applied to the strain detection unit 43 by the hydrogen inside the hydrogen tank 10. Note that the method of calculating the pressure is not particularly limited. For example, the internal pressure of the hydrogen tank 10 may be converted using a map that associates the amount of strain with pressure. The map may be stored in advance in the non-volatile memory 47m.
そしてCPU47cは、ひずみ検知部43に与えられる圧力の変動を監視することにより、水素ガスの充填が行われた回数をカウントする。なお、充填回数のカウント方法は特に限定されず、様々な方法を使用可能である。本実施例では、CPU47cは、圧力が予め定められた充填しきい値を超えて上昇したか否かを監視する。圧力上昇値が充填しきい値を超過した場合には、水素ガスの充填が行われた場合であると判断することができる。そしてこの場合に、CPU47cは、不揮発性メモリ47mに記憶されている充填回数を1カウントアップする。 The CPU 47c then counts the number of times hydrogen gas has been filled by monitoring fluctuations in the pressure applied to the strain detection unit 43. There are no particular limitations on the method for counting the number of fills, and various methods can be used. In this embodiment, the CPU 47c monitors whether the pressure has risen beyond a predetermined fill threshold. If the pressure rise value exceeds the fill threshold, it can be determined that hydrogen gas has been filled. In this case, the CPU 47c counts up the number of fills stored in the non-volatile memory 47m by one.
なお、充填しきい値は、温度変化などによって発生しうる圧力上昇の最大値よりも大きく設定すればよい。これにより、圧力変動による充填回数のカウントミスを防止することができる。 The refill threshold should be set to a value greater than the maximum pressure increase that can occur due to temperature changes, etc. This prevents errors in counting the number of refills due to pressure fluctuations.
不揮発性メモリ47mに記憶されている充填回数は、内部コネクタ48、外部コネクタ61、ハーネス62を介して車両ECU63に送信される。車両ECU63は、充填回数が、予め定められた所定回数に到達しているか否かを監視する。所定回数は、水素タンク10の安全率に基づいて適宜定めればよい。車両ECU63は、充填回数が所定回数に到達している場合には、水素タンク10の寿命が近いことを示す警告を、ディスプレイ64に表示させる。これにより、水素タンク10の交換が必要であることをユーザに報知することができる。水素タンク10を安全に使用することが可能となる。 The number of fills stored in the non-volatile memory 47m is transmitted to the vehicle ECU 63 via the internal connector 48, external connector 61, and harness 62. The vehicle ECU 63 monitors whether the number of fills has reached a predetermined number. The predetermined number may be set appropriately based on the safety factor of the hydrogen tank 10. If the number of fills has reached the predetermined number, the vehicle ECU 63 displays a warning on the display 64 indicating that the hydrogen tank 10 is nearing the end of its life. This notifies the user that the hydrogen tank 10 needs to be replaced. The hydrogen tank 10 can be used safely.
また車両ECU63は、水素ステーション70において水素タンク10に水素を充填開始する前に、水素ステーション70と通信CMを実行する。そして充填回数が所定回数に到達している場合には、水素の充填を制限する。例えば、最大充填量を低くしたり、充填自体ができない状態とする。これにより、寿命が近くなった水素タンク10による事故を未然に防止することが可能となる。 Furthermore, before starting to fill the hydrogen tank 10 with hydrogen at the hydrogen station 70, the vehicle ECU 63 executes a communication CM with the hydrogen station 70. If the number of fills has reached a predetermined number, the vehicle ECU 63 limits the filling of hydrogen. For example, it reduces the maximum fill amount or makes it impossible to fill the hydrogen tank at all. This makes it possible to prevent accidents caused by hydrogen tanks 10 that are nearing the end of their life.
記憶部47のCPU47cは、ひずみ検知部43で検出される圧力が安全しきい値よりも高い期間中には発光部49を点灯し、安全しきい値よりも低い期間中には発光部49を消灯するように制御する。安全しきい値は、水素タンク10の交換・廃棄・運搬時において、作業者の安全を確保できる値に予め設定すればよい。本実施例では、安全しきい値は1MPaとした。これにより、作業者は、発光部49の点灯の有無を確認することにより、水素タンク10の内部圧力の状態を容易に確認することが可能となる。水素タンク10の内部圧力を測定するための作業量を低減しながら、作業の安全性を確保することが可能となる。 The CPU 47c of the memory unit 47 controls the light-emitting unit 49 to light up while the pressure detected by the strain detection unit 43 is higher than the safety threshold, and to turn off while the pressure is lower than the safety threshold. The safety threshold may be set in advance to a value that ensures the safety of workers when replacing, disposing of, or transporting the hydrogen tank 10. In this embodiment, the safety threshold is set to 1 MPa. This allows workers to easily check the internal pressure state of the hydrogen tank 10 by checking whether the light-emitting unit 49 is lit. This makes it possible to ensure work safety while reducing the amount of work required to measure the internal pressure of the hydrogen tank 10.
<効果>
課題を説明する。水素タンクはガスの充填や放出によって膨張/収縮を繰り返すため、充填回数が所定回数に到達することに応じてタンク交換を行う必要がある。また、中古の高圧タンクが使用される場合がある。しかし従来技術では、充填回数を高圧タンクに直接紐づけることができなかった。そのため、高圧タンクの寿命を適切に管理することができなかった。すると例えば、充填回数の引継ぎが失敗している可能性や、充填回数の改ざんが行われている可能性があるため、中古品の水素タンクの寿命を保証することが困難であった。従って、充填回数が不明な場合においても水素タンクの安全性を担保するために、非常に高い安全率を満たすことが、法規によって試験条件として課されていた(例:約1.1万回の充填に耐えることなど)。安全率がオーバースペックとなっており、水素タンクの製造コスト、体格、重量等が増加してしまう問題があった。そこで本明細書の水素タンク10では、燃料ガスの充填回数を記憶可能な記憶部47を、タンク本体に備えた構造を有している。これにより、水素タンク10自体に充填回数を保持させることができるため、水素タンク10の寿命を適切に管理することが可能となる。充填回数を正確に知ることができるため、タンク交換を前提として水素タンク10のライフサイクルを制御することができる。よって安全率を適正化できるため、水素タンク10の製造コスト、体格、重量等を抑制することが可能となる。
<Effects>
The following describes the problem. Because hydrogen tanks repeatedly expand and contract as gas is filled and released, they must be replaced when a predetermined number of fills is reached. In some cases, used high-pressure tanks are used. However, conventional technology has not been able to directly link the number of fills to the high-pressure tank. This has made it difficult to properly manage the lifespan of used hydrogen tanks. This has made it difficult to guarantee the lifespan of used hydrogen tanks, for example, due to the possibility that the number of fills may not be transferred properly or that the number of fills may have been falsified. Therefore, to ensure the safety of hydrogen tanks even when the number of fills is unknown, regulations have imposed a very high safety factor as a testing condition (e.g., the tank must be able to withstand approximately 11,000 fills). This safety factor is excessive, which has the problem of increasing the manufacturing cost, size, weight, etc. of the hydrogen tank. Therefore, the hydrogen tank 10 described in this specification is structured so that a memory unit 47 capable of storing the number of fuel gas fills is provided in the tank body. This allows the hydrogen tank 10 itself to retain the number of fills, thereby enabling the lifespan of the hydrogen tank 10 to be properly managed. Since the number of refills can be accurately determined, it is possible to control the life cycle of the hydrogen tank 10, assuming tank replacement. This allows the safety factor to be optimized, making it possible to reduce the manufacturing cost, size, weight, etc. of the hydrogen tank 10.
本明細書の水素タンク10では、タンク本体を構成する第2口金42の内部に、記憶部47が配置されている。すなわち、記憶部47は水素タンク10と一体に構成されている。従って、水素タンク10の取り外し時や、別の車両への取付時においても、充填回数を確実に引き継ぐことが可能となる。また第2口金42を分解して記憶部47を取り外すことは困難であるため、充填回数の改ざんを防止することが可能となる。 In the hydrogen tank 10 of this specification, a memory unit 47 is located inside the second mouthpiece 42 that constitutes the tank body. In other words, the memory unit 47 is configured as one unit with the hydrogen tank 10. This makes it possible to reliably transfer the number of fills even when the hydrogen tank 10 is removed or installed in another vehicle. Furthermore, because it is difficult to disassemble the second mouthpiece 42 and remove the memory unit 47, it is possible to prevent tampering with the number of fills.
本明細書の水素タンク10では、隔壁として機能するひずみ検知部43を、ひずみ量を検出するためのダイヤフラムとして機能させることができる。第2口金42の構造とダイヤフラム構造とを共用できるため、部品点数を減少させることが可能となる。水素タンク10の小型化や低コスト化が可能となる。 In the hydrogen tank 10 of this specification, the strain detection unit 43, which functions as a partition wall, can function as a diaphragm for detecting the amount of strain. Because the structure of the second mouthpiece 42 and the diaphragm can be shared, the number of parts can be reduced. This allows for the hydrogen tank 10 to be made smaller and less expensive.
従来は、バルブや配管を介して圧力センサを取り付けていたため、流路が狭くなったり長くなったりすることにより、圧力損失が発生する場合があった。本明細書の水素タンク10では、バルブや配管を介することなくひずみセンサ44を取り付けることができる。よって、センサ取り付け構造に起因する圧力損失の発生を、抑制することが可能となる。 In the past, pressure sensors were installed via valves or piping, which could result in pressure loss due to narrowing or lengthening of the flow path. With the hydrogen tank 10 described in this specification, the strain sensor 44 can be installed without using valves or piping. This makes it possible to suppress pressure loss caused by the sensor installation structure.
<水素タンク210の構成>
図3に、実施例2の水素タンク210における、第2口金42近傍の拡大断面図を示す。実施例2の水素タンク210は、実施例1の水素タンク10に比して、ひずみセンサ44の配置位置が異なっている。水素タンク210と水素タンク10との間で共通する部位には同一符号を付すことで、説明を省略する。
<Configuration of hydrogen tank 210>
3 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the second nozzle 42 in the hydrogen tank 210 of Example 2. The hydrogen tank 210 of Example 2 differs from the hydrogen tank 10 of Example 1 in the position of the strain sensor 44. Components that are common between the hydrogen tank 210 and the hydrogen tank 10 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
ひずみセンサ44は、フランジ42fの外側の表面に配置されている。ひずみセンサ44は、フランジ42fと補強層30とによって挟まれることで、固定されている。ジグ穴42j1の内部には、記憶部47、内部コネクタ48、発光部49が配置されている。ひずみセンサ44は、リード線45によって記憶部47に接続されている。 The strain sensor 44 is disposed on the outer surface of the flange 42f. The strain sensor 44 is fixed by being sandwiched between the flange 42f and the reinforcing layer 30. A memory unit 47, an internal connector 48, and a light-emitting unit 49 are disposed inside the jig hole 42j1. The strain sensor 44 is connected to the memory unit 47 by a lead wire 45.
フランジ42fは、第2口金42の外周面から外側へ突出している、板状部材である。従って水素タンク210の内圧が上昇することに応じて、基部BAを支点としてタンク外側(矢印A1側)へ変形する。また水素タンク210の内圧が低下することに応じて、基部BAを支点としてタンク内部側(矢印A2側)へ変形する。すなわちフランジ42fを、片持ちのダイヤフラムとして機能させることができる。そしてひずみセンサ44によって、フランジ42fのひずみ量を測定することができる。 The flange 42f is a plate-shaped member that protrudes outward from the outer peripheral surface of the second nozzle 42. Therefore, as the internal pressure of the hydrogen tank 210 increases, it deforms toward the outside of the tank (toward arrow A1), with base BA as the fulcrum. Furthermore, as the internal pressure of the hydrogen tank 210 decreases, it deforms toward the inside of the tank (toward arrow A2), with base BA as the fulcrum. In other words, the flange 42f can function as a cantilevered diaphragm. The amount of strain in the flange 42f can then be measured by the strain sensor 44.
<効果>
実施例1のひずみ検知部43は、窪み部43rの外周の全周が保持されたダイヤフラムとして機能する。一方、実施例2のフランジ42fは、片持ちのダイヤフラムとして機能する。片持ちのダイヤフラムの方が、自由端を有するために変形しやすい。すなわち、片持ちのダイヤフラムの方が、水素タンク210の内圧による変位に対する感度が高い。よって実施例2の水素タンク210では、内圧の測定感度をより向上させることが可能となる。また第2口金42の構造とダイヤフラム構造とを共用できるため、部品点数を減少させることが可能となる。水素タンク210の小型化や低コスト化が可能となる。
<Effects>
The strain detection unit 43 of Example 1 functions as a diaphragm in which the entire outer periphery of the recessed portion 43r is supported. On the other hand, the flange 42f of Example 2 functions as a cantilevered diaphragm. A cantilevered diaphragm is more susceptible to deformation because it has a free end. In other words, a cantilevered diaphragm is more sensitive to displacement due to the internal pressure of the hydrogen tank 210. Therefore, the hydrogen tank 210 of Example 2 can further improve the sensitivity of measuring internal pressure. Furthermore, because the structure of the second mouthpiece 42 and the diaphragm structure can be shared, the number of parts can be reduced. This enables the hydrogen tank 210 to be made smaller and at a lower cost.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples exemplified above. The technical elements described in this specification or drawings exhibit technical utility either alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Furthermore, the technology exemplified in this specification or drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of those objectives is itself technically useful.
<変形例>
ひずみ検知部43の構造は、本明細書に記載の例に限定されず、様々であって良い。例えば図4に示すように、ジグ穴42j1の底部およびジグ穴42j2の底部の対向する位置に、隔壁42wが形成されていてもよい。そして隔壁42wにひずみセンサ44を取り付けてもよい。隔壁42wは、第2口金42と一体に形成されている部位であり、ダイヤフラムとして機能する。そしてひずみセンサ44によって、隔壁42wのひずみ量を測定することができる。第2口金42の構造とダイヤフラム構造とを共用できるため、部品点数を減少させることが可能となる。
<Modification>
The structure of the strain detection unit 43 is not limited to the example described in this specification and may be various. For example, as shown in FIG. 4 , a partition wall 42w may be formed at a position facing the bottom of the jig hole 42j1 and the bottom of the jig hole 42j2. A strain sensor 44 may be attached to the partition wall 42w. The partition wall 42w is a part formed integrally with the second nozzle 42 and functions as a diaphragm. The strain amount of the partition wall 42w can be measured by the strain sensor 44. Because the structure of the second nozzle 42 and the diaphragm can be shared, the number of parts can be reduced.
水素ガスの充填回数をカウントする部位は、記憶部47に限られない。例えば、ひずみセンサ44で測定された圧力値を、ハーネス62を介して車両ECU63に送信してもよい。水素タンク10の圧力変動に基づいて、水素ガスの充填回数を車両ECU63でカウントしてもよい。車両ECU63でカウントされた充填回数を、ハーネス62を介して記憶部47に送信し、不揮発性メモリ47mに記憶してもよい。 The location that counts the number of times hydrogen gas has been filled is not limited to the memory unit 47. For example, the pressure value measured by the strain sensor 44 may be transmitted to the vehicle ECU 63 via the harness 62. The number of times hydrogen gas has been filled may be counted by the vehicle ECU 63 based on pressure fluctuations in the hydrogen tank 10. The number of times hydrogen gas has been filled counted by the vehicle ECU 63 may be transmitted to the memory unit 47 via the harness 62 and stored in non-volatile memory 47m.
本明細書の技術は、水素ガスを充填する水素タンク10に限られない。様々な物体を充填可能な高圧タンクであれば、本明細書の技術を適用可能である。例えば、CNG(圧縮天然ガス)を充填する高圧タンクにも適用可能である。 The technology described herein is not limited to hydrogen tanks 10 filled with hydrogen gas. It can be applied to any high-pressure tank that can be filled with a variety of objects. For example, it can also be applied to high-pressure tanks filled with CNG (compressed natural gas).
図2に示した構造は一例である。例えば、ハウジング46とリード線45との間をシールするハーメチックシールを備えていてもよい。 The structure shown in Figure 2 is an example. For example, a hermetic seal may be provided to seal between the housing 46 and the lead wire 45.
ひずみ検知部43は、隔壁の一例である。車両ECU63は、制御部の一例である。 The strain detection unit 43 is an example of a partition wall. The vehicle ECU 63 is an example of a control unit.
10:水素タンク 20:ライナ 30:補強層 41:第1口金 41h:貫通孔 42:第2口金 42j1、42j2:ジグ穴 42f:フランジ 43:検知部 44:ひずみセンサ 45:リード線 47:記憶部 47c:CPU 47m:不揮発性メモリ 63:車両ECU
10: Hydrogen tank 20: Liner 30: Reinforcement layer 41: First nozzle 41h: Through hole 42: Second nozzle 42j1, 42j2: Jig holes 42f: Flange 43: Detector 44: Strain sensor 45: Lead wire 47: Storage unit 47c: CPU 47m: Non-volatile memory 63: Vehicle ECU
Claims (2)
前記ライナの外周を覆っている補強層と、
前記ライナの一端側に取り付けられている第1口金であって、ガスの流入通路および流出通路を備えている、前記第1口金と、
前記ライナの他端側に取り付けられている第2口金であって、ジグが係合可能であるとともに前記ライナの内部と外部とを連通しているジグ穴を有する、前記第2口金と、
前記ジグ穴の内部に配置されており、前記ライナの内部と外部とを隔てている隔壁であって、前記第2口金と別体に構成されている、前記隔壁と、
前記隔壁に備えられているひずみセンサと、
を備える高圧タンクであって、
前記隔壁には、窪み部が形成されており、
前記ひずみセンサは、前記窪み部が形成されている領域内に位置している、
高圧タンク。 a cylindrical liner;
a reinforcing layer covering the outer periphery of the liner;
a first nozzle attached to one end side of the liner, the first nozzle having a gas inlet passage and a gas outlet passage;
a second nozzle attached to the other end of the liner, the second nozzle having a jig hole that can be engaged with a jig and that communicates between the inside and outside of the liner ;
a partition wall disposed inside the jig hole and separating the inside and outside of the liner, the partition wall being formed separately from the second nozzle;
a strain sensor provided in the partition wall ;
A high-pressure tank comprising:
The partition wall has a recess formed therein,
The strain sensor is located within a region in which the recessed portion is formed.
High pressure tank.
前記ライナの一端側に取り付けられている第1口金であって、ガスの流入通路および流出通路を備えている、前記第1口金と、
前記ライナの他端側に取り付けられている第2口金と、
前記第2口金の外周の全周にわたって形成されており、前記第2口金の外周面から外側へ突出している板状のフランジと、
前記ライナの外周および前記フランジの表面を覆っている補強層と、
前記フランジの前記表面に配置されているひずみセンサであって、前記フランジと前記補強層とによって挟まれることで固定されている、前記ひずみセンサと、
を備える高圧タンクであって、
前記フランジは、前記高圧タンクの内圧が上昇することに応じて、基部を支点として前記高圧タンクの外側へ変形するとともに、前記高圧タンクの内圧が低下することに応じて、前記基部を支点として前記高圧タンクの内部側へ変形し、
前記ひずみセンサは、前記基部よりも前記フランジの外周側に位置している、
高圧タンク。 a cylindrical liner;
a first nozzle attached to one end side of the liner, the first nozzle having a gas inlet passage and a gas outlet passage;
a second nozzle attached to the other end of the liner ;
a plate-shaped flange formed around the entire outer periphery of the second base and protruding outward from the outer periphery of the second base;
a reinforcing layer covering the outer periphery of the liner and the surface of the flange;
a strain sensor disposed on the surface of the flange, the strain sensor being fixed by being sandwiched between the flange and the reinforcing layer;
A high-pressure tank comprising:
the flange deforms outward from the high-pressure tank with the base as a fulcrum in response to an increase in internal pressure of the high-pressure tank, and deforms inward from the high-pressure tank with the base as a fulcrum in response to a decrease in internal pressure of the high-pressure tank,
The strain sensor is located closer to the outer periphery of the flange than the base.
High pressure tank.
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