タンク装置
【課題】内部に充填される流体の圧力が上昇し難いタンク装置を提供する。
【解決手段】内部に水素が充填され、外形が円柱状であるタンク本体１１と、タンク本体１１の一端側に設けられ、開弁しタンク本体１１の水素を放出することで、タンク本体１１の圧力を逃す常閉型のリリーフ弁２０と、通電することでリリーフ弁２０を開弁させる開弁手段と、タンク本体１１の他端側に設けられ、低温部４１と熱を受熱する高温部４２との温度差に基づいて電力を発生するペルチェ素子５０と、ペルチェ素子５０の電力を開弁手段に供給する電力線５１と、を備える。
【解決手段】内部に水素が充填され、外形が円柱状であるタンク本体１１と、タンク本体１１の一端側に設けられ、開弁しタンク本体１１の水素を放出することで、タンク本体１１の圧力を逃す常閉型のリリーフ弁２０と、通電することでリリーフ弁２０を開弁させる開弁手段と、タンク本体１１の他端側に設けられ、低温部４１と熱を受熱する高温部４２との温度差に基づいて電力を発生するペルチェ素子５０と、ペルチェ素子５０の電力を開弁手段に供給する電力線５１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（流体）を供給する水素タンク（タンク装置）、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。
【０００３】
このような水素タンクは、内部に水素が高圧で充填されるタンク本体と、タンク本体の圧力が過剰に高圧とならないように、水素を外部に放出することで圧力を逃がす圧力逃がし弁（リリーフ弁）と、を備えている（特許文献１〜２）。
【０００４】
そして、水素タンクから燃料電池に向かう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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平１−６５４６９号公報
【特許文献２】特開２００２−２８６１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記したようにコンプレッサ等の外部機器の発熱が水素タンクに入力されたりすると、水素が膨張し、水素タンクの圧力が上昇してしまう。このように、水素タンク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。
【０００７】
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。
【０００８】
そこで、本発明は、内部に充填される流体の圧力が上昇し難いタンク装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、内部に流体が充填され、外形が円柱状であるタンク本体と、前記タンク本体の一端側に設けられ、開弁し前記タンク本体の流体を放出することで、前記タンク本体の圧力を逃す常閉型の圧力逃し弁と、通電することで前記圧力逃し弁を開弁させる開弁手段と、前記タンク本体の他端側に設けられ、低温部と熱を受熱する高温部との温度差に基づいて電力を発生するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の電力を前記開弁手段に供給する電力線と、を備えることを特徴とするタンク装置である。
【００１０】
このような構成によれば、タンク本体の他端側に設けられたペルチェ素子において、作動に伴って発熱するコンプレッサ等の外部機器の熱が高温部に受熱し、高温部と低温部との温度差に基づいて電力を発生すると、この電力が電力線を介して、開弁手段に供給される。そして、このようにして通電した開弁手段がタンク本体の一端側に設けられた圧力逃し弁を開弁する。そうすると、圧力逃し弁が、タンク本体の流体を外部に放出し、タンク本体の圧力を逃す。これにより、タンク本体の圧力が、外部機器の熱によって上昇し難くなる。
【００１１】
したがって、タンク装置からの流体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流体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難いので、前記レギュレータによって、流体の圧力を適切に制御した後、流体を必要とする流体需要機器（後記する実施形態では燃料電池）に、供給できる。
【００１２】
また、前記タンク装置において、前記開弁手段は、溶融することで前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させる溶融金属体と、前記ペルチェ素子からの電力で前記溶融金属体を加熱するヒータと、を備えることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、ペルチェ素子からの電力がヒータに供給されると、ヒータが溶融金属体を加熱する。そして、溶融金属体が溶融すると圧力逃し弁の弁体が開弁方向に移動し、圧力逃し弁を開弁できる。
【００１４】
また、前記タンク装置において、前記ヒータから熱が外部に放熱せず前記溶融金属体に伝達するように、外部から前記溶融金属体及び／又は前記ヒータを断熱する放熱防止用断熱部材を備えることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、放熱防止用断熱部材が、外部から溶融金属体及び／又はヒータを断熱するので、ヒータから熱を外部に放熱させず溶融金属体に伝達させることができる。
【００１６】
また、前記タンク装置において、前記開弁手段は、前記ペルチェ素子からの電力で駆動し、前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させるアクチュエータを備えることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、開弁手段のアクチュエータ（駆動体）がペルチェ素子からの電力で駆動することによって、圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させることができる。
【００１８】
また、前記タンク装置において、外部から前記ペルチェ素子の前記低温部に入熱しないように、外部から前記低温部を断熱する温度差形成用断熱部材を備えることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、温度差形成用断熱部材が、外部からペルチェ素子の低温部に入熱しないように、外部から前記低温部を断熱する。これにより、ペルチェ素子において、高温部と低温部と間で温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２０】
また、前記タンク装置において、前記タンク本体は、金属製であって、他端側に台座部を有しており、前記ペルチェ素子の前記低温部は、金属製の前記台座部に接触していることが好ましい。
【００２１】
このような構成によれば、タンク本体が金属製であるから、その他端側の台座部は低温になり易い。そして、ペルチェ素子の低温部が、この低温となり易い金属製の台座部に接触しているので、ペルチェ素子において温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２２】
また、前記タンク装置において、前記タンク本体は、車両に搭載されており、前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記車両の車体を構成する金属製の構成部品に設けられていることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、ペルチェ素子の低温部が、車両の車体を構成する金属製であって低温となり易い構成部品に設けられているので、ペルチェ素子において温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２４】
また、前記タンク装置において、前記タンク本体は、冷却用の冷媒が通流する冷媒回路を有する車両に搭載されており、前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記冷媒回路の構成部品に設けられていることが好ましい。
【００２５】
このような構成によれは、ペルチェ素子の低温部が、冷媒回路の低温となり易い構成部品に設けられているので、ペルチェ素子において温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２６】
また、前記タンク装置において、前記電力線は、耐熱層で被覆されていることが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、電力線は耐熱層で被覆されているので、外部からの熱によって電力線が損傷し難くなる。
【発明の効果】
【００２８】
これら本発明によれば、内部に充填される流体の圧力が上昇し難いタンク装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池車の側面図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池車及び水素タンクを後方から見た図である。
【図３】第１実施形態に係るリリーフ弁の側断面図であり、閉弁状態（通常時）を示している。
【図４】第１実施形態に係るリリーフ弁の側断面図であり、開弁状態（高温時）を示している。
【図５】第１実施形態に係るペルチェ素子の側断面図である。
【図６】第２実施形態に係るリリーフ弁を模式的に示す側面図である。
【図７】第３実施形態に係る燃料電池車及び水素タンクを後方から見た図である。
【図８】第３実施形態に係るペルチェ素子及びクロスメンバの断面図であり、図７のＸ１−Ｘ１線断面に対応している。
【図９】第３実施形態に係る燃料電池車の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００３１】
≪燃料電池車の構成≫
図１に示すように、第１実施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（タンク装置）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、パイロット圧用の空気を導くため、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、本実施形態では、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。
【００３９】
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、燃料電池１００の操作者による車両への出力要求量である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。
【００４０】
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。
【００４１】
≪水素タンクの構成≫
次に、図２〜図５を参照して、水素タンク１（タンク装置）について具体的に説明する。
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）に沿っている。水素タンク１は、タンク本体１１と、タンク本体１１の左端側（一端側）に設けられたリリーフ弁２０（圧力逃し弁）と、を備えている。
なお、水素タンク１は、金属製のベルト（図示しない）を介して、燃料電池車１００のサブフレーム（車体）を構成し車幅方向に延びるクロスメンバ（図示しない）に固定されている。
【００４２】
＜タンク本体＞
タンク本体１１は、アルミニウム合金等の金属製であって、その外形が円柱状で内部にタンク室１２を有する殻状の構造体である。タンク室１２は、水素が高圧で充填される空間であり、その圧力は、水素の残量・温度等に対応して変動する。また、タンク本体１１は、その左端側（一端側）に、リリーフ弁２０が螺合される円筒状の口金部１３（ネック部）を有している。
【００４３】
タンク本体１１の外周面には、タンク本体１１の強度を補強する補強層１４が設けられている。補強層１４は、例えば、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）層から構成される。ただし、補強層１４を備えない構成でもよい。
【００４４】
タンク本体１１は、その右端側（他端側）に、一体成形された円柱台状の台座部１５（エンドボス）を備えている。そして、台座部１５には、ペルチェ素子４０の後記する低温部４１が接触している。ここで、台座部１５は、タンク本体１１と同様に、金属製であるので、樹脂製等である場合と比較して、低温となり易い。これにより、ペルチェ素子４０の後記する低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され易くなっている。
なお、台座部１５と低温部４１との間にはシリコーン等からなる伝熱層を介在させ、台座部１５と低温部４１との間において良好に伝熱させ、台座部１５と低温部４１との間における熱抵抗を低減させることが好ましい。
【００４５】
＜リリーフ弁＞
リリーフ弁２０は、常閉型の弁であって、開弁することでタンク室１２の水素を外部に放出し、タンク本体１１の圧力を逃がす、つまり、低下させるものである。また、リリーフ弁２０は、車幅方向において左端側に配置されているので、前後からの衝突によって、燃料電池車１００が前後方向で圧縮しても、リリーフ弁２０は圧縮されず、保護されるようになっている。
【００４６】
リリーフ弁２０は、図３に示すように、口金部１３に螺設されたバルブボディ２１と、バルブボディ２１内を軸方向で進退する弁体２２（ピストン）と、弁体２２を閉弁方向（右方向）に付勢する圧縮コイルばね２３と、圧縮コイルばね２３がバルブボディ２１内に装填された状態を保持するキャップ２４と、圧縮コイルばね２３とキャップ２４との間に介装された金属体３１（溶融金属体）と、金属体３１と圧縮コイルばね２３との間に介装されたヒータ３２（開弁手段）と、を備えている。
【００４７】
なお、バルブボディ２１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）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常閉型の遮断弁（インタンク電磁弁）と、水素充電時に開弁する常閉型の逆止弁（いずれも図示しない）と、が設けられている。
【００４８】
バルブボディ２１は、通常時（閉弁時）に弁体２２が着座する弁座２１ａ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２１ｂ及び第２ポート２１ｃが形成されている。
【００４９】
弁体２２は、一体成形された左側（一端側）の大径部２２ａと、大径部２２ａから右側（他端側）に延出した小径部２２ｂと、を備えている。
【００５０】
小径部２２ｂは、通常時（閉弁時）において、バルブボディ２１の弁座２１ａに着座し、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとを遮断する。このように第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが遮断されると、リリーフ弁２０は閉弁状態となる（図３参照）。なお、通常時とは、タンク本体１１内が定格圧力以下であって、金属体３１が溶融していない状態である。
【００５１】
一方、例えば、タンク本体１１内が定格圧力よりも高くなり、弁体２２が弁座２１ａから離座すると、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通する。このように第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通すると、リリーフ弁２０が開弁状態となる（図４参照）。
【００５２】
＜金属体＞
金属体３１は、所定温度以上に昇温した場合に溶融し、キャップ２４に形成された流出路２４ａから外部に流出することで、キャップ２４と圧縮コイルばね２３との間にスペースを形成するための部品である。このような金属体３１は、例えば、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。
【００５３】
そして、スペースが形成されると、タンク本体１１内の水素の圧力によって、弁体２２が左にスライド、つまり、小径部２２ｂが弁座２１ａから離座すると同時に、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通し、リリーフ弁２０が開弁状態となり、タンク本体１１内の水素が、第１ポート２１ｂ、第２ポート２１ｃ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。
【００５４】
すなわち、金属体３１は、溶融することでリリーフ弁２０の弁体２２を開弁方向に移動させる部品である。そして、リリーフ弁２０を開弁させる開弁手段は、金属体３１とヒータ３２とを備えて構成されている。
【００５５】
＜ヒータ＞
ヒータ３２は、ペルチェ素子４０からの電力で発熱し、金属体３１を加熱する電気ヒータである。このようなヒータ３２は、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient)ヒータで構成される。そして、ヒータ３２は、第１実施形態では、円板状を呈しており、金属体３１と圧縮コイルばね２３との間に配置されている。
【００５６】
また、ヒータ３２は、軸方向において金属体３１に接触しており、ヒータ３２の熱が金属体３１に直接伝達するようになっている。ただし、ヒータ３２の形状・配置はこれに限定されず、例えば、ヒータ３２を円筒状とし、その中空部に金属体３１を配置する構成としてもよいし、その他の形状として金属体３１の径方向外側近傍に配置する構成としてもよい。
【００５７】
＜放熱防止用断熱部材＞
放熱防止用断熱部材３３は、筒状を呈しており、ヒータ３２の外周面及び圧縮コイルばね２３側の面に被さるように設けられている。このような放熱防止用断熱部材３３は、例えば、発泡ウレタン樹脂で構成される。後記する温度差形成用断熱部材４５（図５参照）についても同様である。
これにより、バルブボディ２１に内蔵されたヒータ３２は外部から断熱され、ヒータ３２の熱が外部に放熱せず金属体３１に良好に伝達し、金属体３１が速やかに昇温するようになっている。
【００５８】
ただし、放熱防止用断熱部材３３の形状・配置はこれに限定されず、例えば、金属体３１及びヒータ３２の両方を断熱する構成としてもよい。
【００５９】
＜ペルチェ素子＞
ペルチェ素子４０は、図５に示すように、例えば、薄板状の半導体素子であって、その左面側（一面側）の低温部４１と、その右面側（他面側）の高温部４２と、断面視で低温部４１と高温部４２とをπ字形で接続するｐ型半導体４３及びｎ型半導体４４と、を備えている。なお、低温部４１は、前記したように、金属製の台座部１５に接触している。
【００６０】
高温部４２は外部に開放されており、コンプレッサ１３１等の発熱する外部機器の熱が、高温部４２に受熱するようになっている。そして、このように高温部４２に入熱し、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成されると、ゼーベック効果により、この温度差に基づいて、低温部４１で起電力が発生し、この電力は、電力線５１を通じて、ヒータ３２に供給されるようになっている。
【００６１】
この他、高温部４２から右向きで立設する複数の熱交換フィンを備える構成とし、この熱交換フィンによって受熱量を増加させ、温度差が大きく形成されるようにしてもよい。
【００６２】
＜温度差形成用断熱部材＞
温度差形成用断熱部材４５は、発熱する外部機器の熱が、ペルチェ素子４０の低温部４１に入熱しないように、薄板状のペルチェ素子４０及び台座部１５の全側面を囲み、外部から低温部４１及び台座部１５を断熱している。これにより、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され易く、そして、ペルチェ素子４０において電力が発生しやすくなっている。
ただし、外部機器の熱を受熱する高温部４２の受熱面（図５の右面）には、温度差形成用断熱部材４５は設けられておらず、外部に開放されている。
【００６３】
＜電力線＞
電力線５１は、ペルチェ素子４０の低温部４１と、前記したヒータ３２とを電気的に接続しており、低温部４１で生成した電力をヒータ３２に供給するケーブルである。なお、電力線５１は、高熱・衝突等によって断線し難い位置、例えば、タンク本体１１内や水素タンク１の上面に配置することが好ましい。
【００６４】
また、電力線５１は、耐熱層（図示しない）で被覆されている。これにより、外部からの熱によって電力線５１が損傷にし難くなっており、ペルチェ素子４０の電力が好適にヒータ３２に供給されるようになっている。なお、耐熱層は、例えば、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂で形成される。
【００６５】
≪水素タンクの動作・効果≫
このような水素タンク１によれば、次の動作・効果を得る。
コンプレッサ１３１等の外部機器の熱がペルチェ素子４０の高温部４２に入力されると、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され電力が発生し、この電力が電力線５１を通じてヒータ３２に供給される。そうすると、ヒータ３２が発熱して金属体３１を加熱し、金属体３１の温度が上昇する。そして、金属体３１が所定温度以上になると溶融し始め、溶融したものは流出路２４ａを通って外部に流出する。
【００６６】
そうすると、キャップ２４とヒータ３２との間にスペースが形成され、タンク室１２の高圧の水素によって、ヒータ３２、圧縮コイルばね２３及び弁体２２が左にスライドする。これにより、図４に示すように、弁体２２が弁座２１ａから離座すると同時に、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通し、タンク室１２の水素が、第１ポート２１ｂ、第２ポート２１ｃを通って、外部に放出され、圧力が低下する。
【００６７】
このようにして、水素タンク１内の水素の圧力が上昇し難くなるので、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。すなわち、左端側のリリーフ弁２０の反対側である右端側で、発熱する外部機器から水素タンク１に熱が入力されたとしても、ペルチェ素子４０（熱電変換手段）によって熱を電力に変換し、リリーフ弁２０を開弁でき、リリーフ弁２０を両端側に設ける必要も無い。
【００６８】
したがって、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。
【００６９】
≪変形例≫
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、後記する実施形態と組み合わせたり、次のように変更できる。
【００７０】
前記した実施形態では、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。
【００７１】
前記した実施形態では、タンク室１２に充填される流体が水素（気体）である構成を例示したが、その他の種類の気体（酸素、窒素、アルゴン、ＣＮＧガス等）や、液体でもよい。
【００７２】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７３】
＜リリーフ弁＞
第２実施形態に係る水素タンク１は、リリーフ弁６０を備えており、リリーフ弁６０は、常閉型であって、電動式の弁装置である。リリーフ弁６０は、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとを連通／遮断する弁体６１と、弁体６１を開弁方向／閉弁方向に動作させる電動式のアクチュエータ６２（駆動装置）と、を備えている。すなわち、リリーフ弁６０を開弁させる開弁手段は、アクチュエータ６２を備えて構成されている。
【００７４】
アクチュエータ６２には電力線５１が接続されており、ペルチェ素子４０からの電力が電力線５１を通じてアクチュエータ６２に供給されるようになっている。そして、電力が供給されるとアクチュエータ６２が作動し、弁体６１を開弁方向に移動させ、リリーフ弁６０が開くようになっている。
【００７５】
ここで、アクチュエータ６２が弁体６１を開弁方向に移動させる具体的構成については特に限定はないが、例えば、次のようにできる。
（１）アクチュエータ６２をソレノイドで構成し、通電するソレノイドで励磁する固定コアを設け、この励磁した固定コアが、弁体６１と一体である可動コアを吸引することで、弁体６１を開弁方向に移動させる構成とできる。
（２）また、アクチュエータ６２を電動モータで構成すると共に、電動モータの駆動軸にピニオンを取り付け、このピニオンが弁体６１と一体であるラックに噛合し、電動モータが回転すると、弁体６１を開弁方向に移動させる構成とできる。
【００７６】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７７】
＜ペルチェ素子の取付位置＞
第３実施形態では、ペルチェ素子４０を複数（ここでは、４つ）備えている（図８参照）。各ペルチェ素子４０は、水素タンク１の右端側（他端側）において、サブフレーム７０を構成し車幅方向に延び、四角筒状を呈する金属製（例えば熱伝導率の高い銅製）のクロスメンバ７１（金属部品）の各面に取り付けられている。なお、各ペルチェ素子４０の低温部４１は、クロスメンバ７１に接触している。
【００７８】
サブフレーム７０は、井桁状を呈しており、メインフレーム（図示しない）にボルト等で締結されており、燃料電池車１００の車体の一部を構成している。ここで、水素タンク１の右端側（他端側）とは、軸方向（車幅方向）において、概ね、水素タンク１の中間位置よりも右方側の位置を意味する。
【００７９】
また、クロスメンバ７１は、図８に示すように、中空部７２を有する四角筒状（筒状）で構成されており、中空部７２を冷却用の冷媒が通流するようになっている。なお、クロスメンバ７１の外周面に断熱層を設け、中空部７２を通流する冷媒が外部機器の熱によって昇温し難い構成としてもよい。
【００８０】
すなわち、燃料電池車１００は、図９に示すように、冷却用の冷媒が通流する第１冷媒回路１５０及び第２冷媒回路１６０を備えている。
【００８１】
第１冷媒回路１５０は、モータ１５１を冷却するために、モータ１５１とラジエータ１５２（放熱器）との間で冷媒を循環させる回路である。モータ１５１は、燃料電池スタック１１０（図１参照）や高圧バッテリ（図示しない）からの電力で駆動し、走行用の動力を発生する電動モータであり、駆動に伴って発熱する。
【００８２】
そして、第１冷媒回路１５０に設けられた冷媒ポンプ１５３が駆動すると、冷媒が、冷媒ポンプ１５３、ラジエータ１５２、流量調整弁１５４、モータ１５１、冷媒ポンプ１５３…の順で循環するようになっている。流量調整弁１５４は、第１冷媒回路１５０を循環する冷媒の流量を調整する弁であり、例えば、バタフライ弁で構成される。
【００８３】
第２冷媒回路１６０は、第１冷媒回路１５０に対して、流量調整弁１５４の上流の分岐点から分岐し、ペルチェ素子４０の取り付けられた前記クロスメンバ７１の中空部７２（図８参照）を経由し、モータ１５１の下流の合流点で合流するように、冷媒を通流させる回路である。すなわち、モータ１５１と、ペルチェ素子４０の取り付けられた前記クロスメンバ７１とは、並列で配置されている。また、第２冷媒回路１６０には、冷媒の流量を調整する流量調整弁１６１が設けられている。
【００８４】
このように、第３実施形態では、ペルチェ素子４０の低温部４１が、車体の構成部品かつ冷媒回路の構成部品であって、金属製で比較的に低温であるクロスメンバ７１に接触し、そして、クロスメンバ７１の中空部７２に低温の冷媒が通流する構成であるので、低温部４１が低温となり易い。これにより、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され易くなり、低温部４１において電力が発生し易くなる。
【００８５】
≪第３実施形態−変形例≫
前記した実施形態では、金属製のクロスメンバ７１の中空部７２を冷媒が通流する構成を例示したが、その他に例えば、冷媒が通流しない構成でもよい。
【００８６】
前記した実施形態では、ペルチェ素子４０がクロスメンバ７１に取り付けられた構成を例示したが、車体を構成する金属製の他の構成部品、例えば、サイドフレーム等に取り付けられた構成でもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１ タンク装置（タンク装置）
１１ タンク本体
１５ 台座部
２０、６０ リリーフ弁（圧力逃し弁）
２２、６１ 弁体
３１ 金属体（溶融金属体、開弁手段）
３２ ヒータ（開弁手段）
３３ 放熱防止用断熱部材
４０ ペルチェ素子
４１ 低温部
４２ 高温部
４５ 温度差形成用断熱部材
５１ 電力線
６２ アクチュエータ
７１ クロスメンバ（車体の構成部品、冷媒回路の構成部品）
１００ 燃料電池車（車両）
１５０ 第１冷媒回路
１６０ 第２冷媒回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（流体）を供給する水素タンク（タンク装置）、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。
【０００３】
このような水素タンクは、内部に水素が高圧で充填されるタンク本体と、タンク本体の圧力が過剰に高圧とならないように、水素を外部に放出することで圧力を逃がす圧力逃がし弁（リリーフ弁）と、を備えている（特許文献１〜２）。
【０００４】
そして、水素タンクから燃料電池に向かう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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平１−６５４６９号公報
【特許文献２】特開２００２−２８６１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記したようにコンプレッサ等の外部機器の発熱が水素タンクに入力されたりすると、水素が膨張し、水素タンクの圧力が上昇してしまう。このように、水素タンク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。
【０００７】
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。
【０００８】
そこで、本発明は、内部に充填される流体の圧力が上昇し難いタンク装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、内部に流体が充填され、外形が円柱状であるタンク本体と、前記タンク本体の一端側に設けられ、開弁し前記タンク本体の流体を放出することで、前記タンク本体の圧力を逃す常閉型の圧力逃し弁と、通電することで前記圧力逃し弁を開弁させる開弁手段と、前記タンク本体の他端側に設けられ、低温部と熱を受熱する高温部との温度差に基づいて電力を発生するペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の電力を前記開弁手段に供給する電力線と、を備えることを特徴とするタンク装置である。
【００１０】
このような構成によれば、タンク本体の他端側に設けられたペルチェ素子において、作動に伴って発熱するコンプレッサ等の外部機器の熱が高温部に受熱し、高温部と低温部との温度差に基づいて電力を発生すると、この電力が電力線を介して、開弁手段に供給される。そして、このようにして通電した開弁手段がタンク本体の一端側に設けられた圧力逃し弁を開弁する。そうすると、圧力逃し弁が、タンク本体の流体を外部に放出し、タンク本体の圧力を逃す。これにより、タンク本体の圧力が、外部機器の熱によって上昇し難くなる。
【００１１】
したがって、タンク装置からの流体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流体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難いので、前記レギュレータによって、流体の圧力を適切に制御した後、流体を必要とする流体需要機器（後記する実施形態では燃料電池）に、供給できる。
【００１２】
また、前記タンク装置において、前記開弁手段は、溶融することで前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させる溶融金属体と、前記ペルチェ素子からの電力で前記溶融金属体を加熱するヒータと、を備えることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、ペルチェ素子からの電力がヒータに供給されると、ヒータが溶融金属体を加熱する。そして、溶融金属体が溶融すると圧力逃し弁の弁体が開弁方向に移動し、圧力逃し弁を開弁できる。
【００１４】
また、前記タンク装置において、前記ヒータから熱が外部に放熱せず前記溶融金属体に伝達するように、外部から前記溶融金属体及び／又は前記ヒータを断熱する放熱防止用断熱部材を備えることが好ましい。
【００１５】
このような構成によれば、放熱防止用断熱部材が、外部から溶融金属体及び／又はヒータを断熱するので、ヒータから熱を外部に放熱させず溶融金属体に伝達させることができる。
【００１６】
また、前記タンク装置において、前記開弁手段は、前記ペルチェ素子からの電力で駆動し、前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させるアクチュエータを備えることが好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、開弁手段のアクチュエータ（駆動体）がペルチェ素子からの電力で駆動することによって、圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させることができる。
【００１８】
また、前記タンク装置において、外部から前記ペルチェ素子の前記低温部に入熱しないように、外部から前記低温部を断熱する温度差形成用断熱部材を備えることが好ましい。
【００１９】
このような構成によれば、温度差形成用断熱部材が、外部からペルチェ素子の低温部に入熱しないように、外部から前記低温部を断熱する。これにより、ペルチェ素子において、高温部と低温部と間で温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２０】
また、前記タンク装置において、前記タンク本体は、金属製であって、他端側に台座部を有しており、前記ペルチェ素子の前記低温部は、金属製の前記台座部に接触していることが好ましい。
【００２１】
このような構成によれば、タンク本体が金属製であるから、その他端側の台座部は低温になり易い。そして、ペルチェ素子の低温部が、この低温となり易い金属製の台座部に接触しているので、ペルチェ素子において温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２２】
また、前記タンク装置において、前記タンク本体は、車両に搭載されており、前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記車両の車体を構成する金属製の構成部品に設けられていることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、ペルチェ素子の低温部が、車両の車体を構成する金属製であって低温となり易い構成部品に設けられているので、ペルチェ素子において温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２４】
また、前記タンク装置において、前記タンク本体は、冷却用の冷媒が通流する冷媒回路を有する車両に搭載されており、前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記冷媒回路の構成部品に設けられていることが好ましい。
【００２５】
このような構成によれは、ペルチェ素子の低温部が、冷媒回路の低温となり易い構成部品に設けられているので、ペルチェ素子において温度差が形成され易くなり、この温度差に基づいて電力が発生し易くなる。
【００２６】
また、前記タンク装置において、前記電力線は、耐熱層で被覆されていることが好ましい。
【００２７】
このような構成によれば、電力線は耐熱層で被覆されているので、外部からの熱によって電力線が損傷し難くなる。
【発明の効果】
【００２８】
これら本発明によれば、内部に充填される流体の圧力が上昇し難いタンク装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係る燃料電池車の側面図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料電池車及び水素タンクを後方から見た図である。
【図３】第１実施形態に係るリリーフ弁の側断面図であり、閉弁状態（通常時）を示している。
【図４】第１実施形態に係るリリーフ弁の側断面図であり、開弁状態（高温時）を示している。
【図５】第１実施形態に係るペルチェ素子の側断面図である。
【図６】第２実施形態に係るリリーフ弁を模式的に示す側面図である。
【図７】第３実施形態に係る燃料電池車及び水素タンクを後方から見た図である。
【図８】第３実施形態に係るペルチェ素子及びクロスメンバの断面図であり、図７のＸ１−Ｘ１線断面に対応している。
【図９】第３実施形態に係る燃料電池車の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００３１】
≪燃料電池車の構成≫
図１に示すように、第１実施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（タンク装置）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、パイロット圧用の空気を導くため、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、本実施形態では、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。
【００３９】
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、燃料電池１００の操作者による車両への出力要求量である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。
【００４０】
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。
【００４１】
≪水素タンクの構成≫
次に、図２〜図５を参照して、水素タンク１（タンク装置）について具体的に説明する。
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）に沿っている。水素タンク１は、タンク本体１１と、タンク本体１１の左端側（一端側）に設けられたリリーフ弁２０（圧力逃し弁）と、を備えている。
なお、水素タンク１は、金属製のベルト（図示しない）を介して、燃料電池車１００のサブフレーム（車体）を構成し車幅方向に延びるクロスメンバ（図示しない）に固定されている。
【００４２】
＜タンク本体＞
タンク本体１１は、アルミニウム合金等の金属製であって、その外形が円柱状で内部にタンク室１２を有する殻状の構造体である。タンク室１２は、水素が高圧で充填される空間であり、その圧力は、水素の残量・温度等に対応して変動する。また、タンク本体１１は、その左端側（一端側）に、リリーフ弁２０が螺合される円筒状の口金部１３（ネック部）を有している。
【００４３】
タンク本体１１の外周面には、タンク本体１１の強度を補強する補強層１４が設けられている。補強層１４は、例えば、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）層から構成される。ただし、補強層１４を備えない構成でもよい。
【００４４】
タンク本体１１は、その右端側（他端側）に、一体成形された円柱台状の台座部１５（エンドボス）を備えている。そして、台座部１５には、ペルチェ素子４０の後記する低温部４１が接触している。ここで、台座部１５は、タンク本体１１と同様に、金属製であるので、樹脂製等である場合と比較して、低温となり易い。これにより、ペルチェ素子４０の後記する低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され易くなっている。
なお、台座部１５と低温部４１との間にはシリコーン等からなる伝熱層を介在させ、台座部１５と低温部４１との間において良好に伝熱させ、台座部１５と低温部４１との間における熱抵抗を低減させることが好ましい。
【００４５】
＜リリーフ弁＞
リリーフ弁２０は、常閉型の弁であって、開弁することでタンク室１２の水素を外部に放出し、タンク本体１１の圧力を逃がす、つまり、低下させるものである。また、リリーフ弁２０は、車幅方向において左端側に配置されているので、前後からの衝突によって、燃料電池車１００が前後方向で圧縮しても、リリーフ弁２０は圧縮されず、保護されるようになっている。
【００４６】
リリーフ弁２０は、図３に示すように、口金部１３に螺設されたバルブボディ２１と、バルブボディ２１内を軸方向で進退する弁体２２（ピストン）と、弁体２２を閉弁方向（右方向）に付勢する圧縮コイルばね２３と、圧縮コイルばね２３がバルブボディ２１内に装填された状態を保持するキャップ２４と、圧縮コイルばね２３とキャップ２４との間に介装された金属体３１（溶融金属体）と、金属体３１と圧縮コイルばね２３との間に介装されたヒータ３２（開弁手段）と、を備えている。
【００４７】
なお、バルブボディ２１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）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常閉型の遮断弁（インタンク電磁弁）と、水素充電時に開弁する常閉型の逆止弁（いずれも図示しない）と、が設けられている。
【００４８】
バルブボディ２１は、通常時（閉弁時）に弁体２２が着座する弁座２１ａ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２１ｂ及び第２ポート２１ｃが形成されている。
【００４９】
弁体２２は、一体成形された左側（一端側）の大径部２２ａと、大径部２２ａから右側（他端側）に延出した小径部２２ｂと、を備えている。
【００５０】
小径部２２ｂは、通常時（閉弁時）において、バルブボディ２１の弁座２１ａに着座し、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとを遮断する。このように第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが遮断されると、リリーフ弁２０は閉弁状態となる（図３参照）。なお、通常時とは、タンク本体１１内が定格圧力以下であって、金属体３１が溶融していない状態である。
【００５１】
一方、例えば、タンク本体１１内が定格圧力よりも高くなり、弁体２２が弁座２１ａから離座すると、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通する。このように第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通すると、リリーフ弁２０が開弁状態となる（図４参照）。
【００５２】
＜金属体＞
金属体３１は、所定温度以上に昇温した場合に溶融し、キャップ２４に形成された流出路２４ａから外部に流出することで、キャップ２４と圧縮コイルばね２３との間にスペースを形成するための部品である。このような金属体３１は、例えば、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。
【００５３】
そして、スペースが形成されると、タンク本体１１内の水素の圧力によって、弁体２２が左にスライド、つまり、小径部２２ｂが弁座２１ａから離座すると同時に、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通し、リリーフ弁２０が開弁状態となり、タンク本体１１内の水素が、第１ポート２１ｂ、第２ポート２１ｃ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。
【００５４】
すなわち、金属体３１は、溶融することでリリーフ弁２０の弁体２２を開弁方向に移動させる部品である。そして、リリーフ弁２０を開弁させる開弁手段は、金属体３１とヒータ３２とを備えて構成されている。
【００５５】
＜ヒータ＞
ヒータ３２は、ペルチェ素子４０からの電力で発熱し、金属体３１を加熱する電気ヒータである。このようなヒータ３２は、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient)ヒータで構成される。そして、ヒータ３２は、第１実施形態では、円板状を呈しており、金属体３１と圧縮コイルばね２３との間に配置されている。
【００５６】
また、ヒータ３２は、軸方向において金属体３１に接触しており、ヒータ３２の熱が金属体３１に直接伝達するようになっている。ただし、ヒータ３２の形状・配置はこれに限定されず、例えば、ヒータ３２を円筒状とし、その中空部に金属体３１を配置する構成としてもよいし、その他の形状として金属体３１の径方向外側近傍に配置する構成としてもよい。
【００５７】
＜放熱防止用断熱部材＞
放熱防止用断熱部材３３は、筒状を呈しており、ヒータ３２の外周面及び圧縮コイルばね２３側の面に被さるように設けられている。このような放熱防止用断熱部材３３は、例えば、発泡ウレタン樹脂で構成される。後記する温度差形成用断熱部材４５（図５参照）についても同様である。
これにより、バルブボディ２１に内蔵されたヒータ３２は外部から断熱され、ヒータ３２の熱が外部に放熱せず金属体３１に良好に伝達し、金属体３１が速やかに昇温するようになっている。
【００５８】
ただし、放熱防止用断熱部材３３の形状・配置はこれに限定されず、例えば、金属体３１及びヒータ３２の両方を断熱する構成としてもよい。
【００５９】
＜ペルチェ素子＞
ペルチェ素子４０は、図５に示すように、例えば、薄板状の半導体素子であって、その左面側（一面側）の低温部４１と、その右面側（他面側）の高温部４２と、断面視で低温部４１と高温部４２とをπ字形で接続するｐ型半導体４３及びｎ型半導体４４と、を備えている。なお、低温部４１は、前記したように、金属製の台座部１５に接触している。
【００６０】
高温部４２は外部に開放されており、コンプレッサ１３１等の発熱する外部機器の熱が、高温部４２に受熱するようになっている。そして、このように高温部４２に入熱し、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成されると、ゼーベック効果により、この温度差に基づいて、低温部４１で起電力が発生し、この電力は、電力線５１を通じて、ヒータ３２に供給されるようになっている。
【００６１】
この他、高温部４２から右向きで立設する複数の熱交換フィンを備える構成とし、この熱交換フィンによって受熱量を増加させ、温度差が大きく形成されるようにしてもよい。
【００６２】
＜温度差形成用断熱部材＞
温度差形成用断熱部材４５は、発熱する外部機器の熱が、ペルチェ素子４０の低温部４１に入熱しないように、薄板状のペルチェ素子４０及び台座部１５の全側面を囲み、外部から低温部４１及び台座部１５を断熱している。これにより、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され易く、そして、ペルチェ素子４０において電力が発生しやすくなっている。
ただし、外部機器の熱を受熱する高温部４２の受熱面（図５の右面）には、温度差形成用断熱部材４５は設けられておらず、外部に開放されている。
【００６３】
＜電力線＞
電力線５１は、ペルチェ素子４０の低温部４１と、前記したヒータ３２とを電気的に接続しており、低温部４１で生成した電力をヒータ３２に供給するケーブルである。なお、電力線５１は、高熱・衝突等によって断線し難い位置、例えば、タンク本体１１内や水素タンク１の上面に配置することが好ましい。
【００６４】
また、電力線５１は、耐熱層（図示しない）で被覆されている。これにより、外部からの熱によって電力線５１が損傷にし難くなっており、ペルチェ素子４０の電力が好適にヒータ３２に供給されるようになっている。なお、耐熱層は、例えば、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂で形成される。
【００６５】
≪水素タンクの動作・効果≫
このような水素タンク１によれば、次の動作・効果を得る。
コンプレッサ１３１等の外部機器の熱がペルチェ素子４０の高温部４２に入力されると、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され電力が発生し、この電力が電力線５１を通じてヒータ３２に供給される。そうすると、ヒータ３２が発熱して金属体３１を加熱し、金属体３１の温度が上昇する。そして、金属体３１が所定温度以上になると溶融し始め、溶融したものは流出路２４ａを通って外部に流出する。
【００６６】
そうすると、キャップ２４とヒータ３２との間にスペースが形成され、タンク室１２の高圧の水素によって、ヒータ３２、圧縮コイルばね２３及び弁体２２が左にスライドする。これにより、図４に示すように、弁体２２が弁座２１ａから離座すると同時に、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとが連通し、タンク室１２の水素が、第１ポート２１ｂ、第２ポート２１ｃを通って、外部に放出され、圧力が低下する。
【００６７】
このようにして、水素タンク１内の水素の圧力が上昇し難くなるので、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。すなわち、左端側のリリーフ弁２０の反対側である右端側で、発熱する外部機器から水素タンク１に熱が入力されたとしても、ペルチェ素子４０（熱電変換手段）によって熱を電力に変換し、リリーフ弁２０を開弁でき、リリーフ弁２０を両端側に設ける必要も無い。
【００６８】
したがって、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。
【００６９】
≪変形例≫
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、後記する実施形態と組み合わせたり、次のように変更できる。
【００７０】
前記した実施形態では、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。
【００７１】
前記した実施形態では、タンク室１２に充填される流体が水素（気体）である構成を例示したが、その他の種類の気体（酸素、窒素、アルゴン、ＣＮＧガス等）や、液体でもよい。
【００７２】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７３】
＜リリーフ弁＞
第２実施形態に係る水素タンク１は、リリーフ弁６０を備えており、リリーフ弁６０は、常閉型であって、電動式の弁装置である。リリーフ弁６０は、第１ポート２１ｂと第２ポート２１ｃとを連通／遮断する弁体６１と、弁体６１を開弁方向／閉弁方向に動作させる電動式のアクチュエータ６２（駆動装置）と、を備えている。すなわち、リリーフ弁６０を開弁させる開弁手段は、アクチュエータ６２を備えて構成されている。
【００７４】
アクチュエータ６２には電力線５１が接続されており、ペルチェ素子４０からの電力が電力線５１を通じてアクチュエータ６２に供給されるようになっている。そして、電力が供給されるとアクチュエータ６２が作動し、弁体６１を開弁方向に移動させ、リリーフ弁６０が開くようになっている。
【００７５】
ここで、アクチュエータ６２が弁体６１を開弁方向に移動させる具体的構成については特に限定はないが、例えば、次のようにできる。
（１）アクチュエータ６２をソレノイドで構成し、通電するソレノイドで励磁する固定コアを設け、この励磁した固定コアが、弁体６１と一体である可動コアを吸引することで、弁体６１を開弁方向に移動させる構成とできる。
（２）また、アクチュエータ６２を電動モータで構成すると共に、電動モータの駆動軸にピニオンを取り付け、このピニオンが弁体６１と一体であるラックに噛合し、電動モータが回転すると、弁体６１を開弁方向に移動させる構成とできる。
【００７６】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態について、図７〜図９を参照して説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７７】
＜ペルチェ素子の取付位置＞
第３実施形態では、ペルチェ素子４０を複数（ここでは、４つ）備えている（図８参照）。各ペルチェ素子４０は、水素タンク１の右端側（他端側）において、サブフレーム７０を構成し車幅方向に延び、四角筒状を呈する金属製（例えば熱伝導率の高い銅製）のクロスメンバ７１（金属部品）の各面に取り付けられている。なお、各ペルチェ素子４０の低温部４１は、クロスメンバ７１に接触している。
【００７８】
サブフレーム７０は、井桁状を呈しており、メインフレーム（図示しない）にボルト等で締結されており、燃料電池車１００の車体の一部を構成している。ここで、水素タンク１の右端側（他端側）とは、軸方向（車幅方向）において、概ね、水素タンク１の中間位置よりも右方側の位置を意味する。
【００７９】
また、クロスメンバ７１は、図８に示すように、中空部７２を有する四角筒状（筒状）で構成されており、中空部７２を冷却用の冷媒が通流するようになっている。なお、クロスメンバ７１の外周面に断熱層を設け、中空部７２を通流する冷媒が外部機器の熱によって昇温し難い構成としてもよい。
【００８０】
すなわち、燃料電池車１００は、図９に示すように、冷却用の冷媒が通流する第１冷媒回路１５０及び第２冷媒回路１６０を備えている。
【００８１】
第１冷媒回路１５０は、モータ１５１を冷却するために、モータ１５１とラジエータ１５２（放熱器）との間で冷媒を循環させる回路である。モータ１５１は、燃料電池スタック１１０（図１参照）や高圧バッテリ（図示しない）からの電力で駆動し、走行用の動力を発生する電動モータであり、駆動に伴って発熱する。
【００８２】
そして、第１冷媒回路１５０に設けられた冷媒ポンプ１５３が駆動すると、冷媒が、冷媒ポンプ１５３、ラジエータ１５２、流量調整弁１５４、モータ１５１、冷媒ポンプ１５３…の順で循環するようになっている。流量調整弁１５４は、第１冷媒回路１５０を循環する冷媒の流量を調整する弁であり、例えば、バタフライ弁で構成される。
【００８３】
第２冷媒回路１６０は、第１冷媒回路１５０に対して、流量調整弁１５４の上流の分岐点から分岐し、ペルチェ素子４０の取り付けられた前記クロスメンバ７１の中空部７２（図８参照）を経由し、モータ１５１の下流の合流点で合流するように、冷媒を通流させる回路である。すなわち、モータ１５１と、ペルチェ素子４０の取り付けられた前記クロスメンバ７１とは、並列で配置されている。また、第２冷媒回路１６０には、冷媒の流量を調整する流量調整弁１６１が設けられている。
【００８４】
このように、第３実施形態では、ペルチェ素子４０の低温部４１が、車体の構成部品かつ冷媒回路の構成部品であって、金属製で比較的に低温であるクロスメンバ７１に接触し、そして、クロスメンバ７１の中空部７２に低温の冷媒が通流する構成であるので、低温部４１が低温となり易い。これにより、低温部４１と高温部４２との間で温度差が形成され易くなり、低温部４１において電力が発生し易くなる。
【００８５】
≪第３実施形態−変形例≫
前記した実施形態では、金属製のクロスメンバ７１の中空部７２を冷媒が通流する構成を例示したが、その他に例えば、冷媒が通流しない構成でもよい。
【００８６】
前記した実施形態では、ペルチェ素子４０がクロスメンバ７１に取り付けられた構成を例示したが、車体を構成する金属製の他の構成部品、例えば、サイドフレーム等に取り付けられた構成でもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１ タンク装置（タンク装置）
１１ タンク本体
１５ 台座部
２０、６０ リリーフ弁（圧力逃し弁）
２２、６１ 弁体
３１ 金属体（溶融金属体、開弁手段）
３２ ヒータ（開弁手段）
３３ 放熱防止用断熱部材
４０ ペルチェ素子
４１ 低温部
４２ 高温部
４５ 温度差形成用断熱部材
５１ 電力線
６２ アクチュエータ
７１ クロスメンバ（車体の構成部品、冷媒回路の構成部品）
１００ 燃料電池車（車両）
１５０ 第１冷媒回路
１６０ 第２冷媒回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が充填され、外形が円柱状であるタンク本体と、
前記タンク本体の一端側に設けられ、開弁し前記タンク本体の流体を放出することで、前記タンク本体の圧力を逃す常閉型の圧力逃し弁と、
通電することで前記圧力逃し弁を開弁させる開弁手段と、
前記タンク本体の他端側に設けられ、低温部と熱を受熱する高温部との温度差に基づいて電力を発生するペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の電力を前記開弁手段に供給する電力線と、
を備える
ことを特徴とするタンク装置。
【請求項２】
前記開弁手段は、溶融することで前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させる溶融金属体と、前記ペルチェ素子からの電力で前記溶融金属体を加熱するヒータと、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のタンク装置。
【請求項３】
前記ヒータから熱が外部に放熱せず前記溶融金属体に伝達するように、外部から前記溶融金属体及び／又は前記ヒータを断熱する放熱防止用断熱部材を備える
ことを特徴とする請求項２に記載のタンク装置。
【請求項４】
前記開弁手段は、前記ペルチェ素子からの電力で駆動し、前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させるアクチュエータを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のタンク装置。
【請求項５】
外部から前記ペルチェ素子の前記低温部に入熱しないように、外部から前記低温部を断熱する温度差形成用断熱部材を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項６】
前記タンク本体は、金属製であって、他端側に台座部を有しており、
前記ペルチェ素子の前記低温部は、金属製の前記台座部に接触している
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項７】
前記タンク本体は、車両に搭載されており、
前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記車両の車体を構成する金属製の構成部品に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項８】
前記タンク本体は、冷却用の冷媒が通流する冷媒回路を有する車両に搭載されており、
前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記冷媒回路の構成部品に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項９】
前記電力線は、耐熱層で被覆されている
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項１】
内部に流体が充填され、外形が円柱状であるタンク本体と、
前記タンク本体の一端側に設けられ、開弁し前記タンク本体の流体を放出することで、前記タンク本体の圧力を逃す常閉型の圧力逃し弁と、
通電することで前記圧力逃し弁を開弁させる開弁手段と、
前記タンク本体の他端側に設けられ、低温部と熱を受熱する高温部との温度差に基づいて電力を発生するペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の電力を前記開弁手段に供給する電力線と、
を備える
ことを特徴とするタンク装置。
【請求項２】
前記開弁手段は、溶融することで前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させる溶融金属体と、前記ペルチェ素子からの電力で前記溶融金属体を加熱するヒータと、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のタンク装置。
【請求項３】
前記ヒータから熱が外部に放熱せず前記溶融金属体に伝達するように、外部から前記溶融金属体及び／又は前記ヒータを断熱する放熱防止用断熱部材を備える
ことを特徴とする請求項２に記載のタンク装置。
【請求項４】
前記開弁手段は、前記ペルチェ素子からの電力で駆動し、前記圧力逃し弁の弁体を開弁方向に移動させるアクチュエータを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のタンク装置。
【請求項５】
外部から前記ペルチェ素子の前記低温部に入熱しないように、外部から前記低温部を断熱する温度差形成用断熱部材を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項６】
前記タンク本体は、金属製であって、他端側に台座部を有しており、
前記ペルチェ素子の前記低温部は、金属製の前記台座部に接触している
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項７】
前記タンク本体は、車両に搭載されており、
前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記車両の車体を構成する金属製の構成部品に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項８】
前記タンク本体は、冷却用の冷媒が通流する冷媒回路を有する車両に搭載されており、
前記ペルチェ素子の前記低温部は、前記冷媒回路の構成部品に設けられている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のタンク装置。
【請求項９】
前記電力線は、耐熱層で被覆されている
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のタンク装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７６４３３（Ｐ２０１３−７６４３３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１５４１６（Ｐ２０１１−２１５４１６）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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