(57)【要約】【課題】ガス貯蔵用容器にガスを充填する際、温度が局所的に上昇することを抑制する。【解決手段】ガス貯蔵用容器１０を構成する容器１２内において、側方内壁近傍には、該容器１２の長手方向にわたって延在する長尺なガス排出管１６ａ〜１６ｃが配設されている。ガスを排出する排出口３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａに臨むように開設されている。このため、排出されたガスは隣接するガス排出管に指向して進行し、その結果、旋回流が生じる。ガスの充填を行う際には、例えば、ガス排出管１６ｂが容器１２の最上方からガスの排出方向逆側に偏倚するようにガス貯蔵用容器１０が横臥される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
前記容器の側方内壁近傍に配設され、該容器の長手方向に沿って延在する３本以上のガス排出管を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って設けられた長尺な排出口が、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出される位置に設けられていることを特徴とするガス貯蔵用容器。
【請求項２】
請求項１記載のガス貯蔵用容器において、ガス供給源に橋架されたガス供給管が分岐管を介して前記ガス排出管の各々に個別に接続され、且つ前記分岐管の各々にバルブが介装されていることを特徴とするガス貯蔵用容器。
【請求項３】
長尺な容器を具備するとともに、前記容器の側方内壁近傍に配設されて該容器の長手方向に沿って延在する３本以上のガス排出管を有するガス貯蔵用容器にガスを充填するガス貯蔵用容器へのガス充填方法であって、
前記ガス排出管の長手方向に沿って設けられた長尺な排出口から、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスを排出することを特徴とするガス貯蔵用容器へのガス充填方法。
【請求項４】
請求項３記載のガス充填方法において、前記容器を横臥してガスを充填するとともに、前記ガス排出管の中の１本を、前記容器の最上方からガスの排出方向逆側に偏倚して配置させ、且つ充填圧力が予め設定した設定圧力に到達した際、偏倚させた前記ガス排出管からのガスの排出量を残余のガス排出管に比して多くすることを特徴とするガス貯蔵用容器へのガス充填方法。
【請求項５】
請求項４記載のガス充填方法において、偏倚させた前記ガス排出管のみからガスを排出し、残余のガス排出管からのガスの排出を停止することを特徴とするガス貯蔵用容器へのガス充填方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載のガス充填方法において、前記設定圧力を５５ＭＰａとすることを特徴とするガス貯蔵用容器へのガス充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器、及び該ガス貯蔵用容器にガスを充填する際のガス充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、周知のように、アノードに水素等の燃料ガスが供給される一方でカソードに酸素等の酸化剤ガスが供給されて発電する。従って、例えば、燃料電池を搭載した燃料電池車では、水素を充填したガス貯蔵用容器が搭載される。燃料電池車は、酸化剤ガスとしての大気と、前記ガス貯蔵用容器から供給された水素とを反応ガスとして走行する。
【０００３】
このことから諒解されるように、ガス貯蔵用容器の水素収容量が大きいほど燃料電池車を長距離にわたって走行させることができる。しかしながら、過度に大きなガス貯蔵用容器を搭載することは、燃料電池車の重量を大きくすることになり、結局、燃料電池の負荷が大きくなるという不具合を招く。
【０００４】
このような観点から、ガス貯蔵用容器の体積を小さく維持しながら水素収容量を向上させる様々な試みがなされている。その一手法としては、ガス貯蔵用容器の耐圧力を高め、可及的に充填圧力を大きくすることが挙げられる。例えば、特許文献１では、ガス貯蔵用容器の外殻を３層構造とし、且つ各層を繊維強化樹脂で形成して高強度化することが提案されている。特許文献１によれば、このガス貯蔵用容器では、充填圧力が３５〜７５ＭＰａに達するとのことである。
【０００５】
なお、特許文献１にも記載されているように、ガスを充填する際には、ガス貯蔵用容器の一端部の充填口に接続されたガス供給管から該ガス貯蔵用容器の他端部に指向して進行するようにガスを排出することが一般的に行われている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９３５７１号公報（特に段落［００１３］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスを容器に充填する最中には、該ガスの断熱圧縮を伴う。このため、容器に局所的に温度が上昇する部位が生じ、その結果、容器内に温度ムラが生じる場合がある。充填圧力が７５ＭＰａもの高圧となる場合、温度上昇幅はかなり大きくなる。
【０００８】
すなわち、ガス貯蔵用容器の一端部に設けられた充填口からガスを充填した場合、該ガス貯蔵用容器の内部の温度に不均一が生じることがある。このような温度ムラが生じると、容器に熱膨張量が互いに相違する部位が生じることもあり、場合によっては、容器を構成する外殻とライナとが剥離することが懸念される。
【０００９】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、容器内において局所的に高温となる部位が発生することを回避することが可能であり、このためにライナが剥離する懸念を払拭したガス貯蔵用容器及びガス充填方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
前記容器の側方内壁近傍に配設され、該容器の長手方向に沿って延在する３本以上のガス排出管を有し、
前記ガス排出管の長手方向に沿って設けられた長尺な排出口が、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスが排出される位置に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
以上のように構成された本発明においては、長尺なガス排出管が容器の長手方向に沿って延在するので、容器の長手方向に沿って略均等に温度を上昇させることができる。換言すれば、長手方向に沿う温度ムラが生じることを回避することができる。
【００１２】
また、ガス排出管を容器の側方内壁近傍に配設するとともに、該ガス排出管から排出されたガスを隣接するガス排出管に指向して進行させるようにしているのでガスの旋回流が形成される。ガスの充填時に断熱圧縮によって発生した熱は、この旋回流によって効率的に分散される。これによりガス貯蔵用容器が局所的に温度上昇を起こすことを回避することができるので、該ガス貯蔵用容器に熱膨張量が互いに異なる部位が生じることが回避され、このことに起因して歪が生じることも回避される。結局、ライナが剥離する懸念が払拭される。
【００１３】
このガス貯蔵用容器においては、ガス供給源に橋架されたガス供給管を、分岐管を介して前記ガス排出管の各々に個別に接続し、且つ前記分岐管の各々にバルブを介装することが好ましい。後述するように、ガスの充填時にはガス排出管からの排出量を相違させる場合があり、この際には、前記バルブの開度を調整することで排出量を容易に制御することができる。
【００１４】
また、本発明は、長尺な容器を具備するとともに、前記容器の側方内壁近傍に配設されて該容器の長手方向に沿って延在する３本以上のガス排出管を有するガス貯蔵用容器にガスを充填するガス貯蔵用容器へのガス充填方法であって、
前記ガス排出管の長手方向に沿って設けられた長尺な排出口から、該ガス排出管に隣接する別のガス排出管に指向してガスを排出することを特徴とする。
【００１５】
上記したように、ガス排出管から排出されたガスを隣接するガス排出管に指向して進行させることによりガスの旋回流が形成される。この旋回流によって、ガスの充填時に断熱圧縮によって発生した熱を効率的に分散することができ、ガス貯蔵用容器が局所的に温度上昇を起こすことを回避することができる。従って、ライナが剥離する懸念が払拭される。
【００１６】
ガスは、断熱圧縮に伴って温度が上昇し、このために比重が小さくなる。そこで、ガスを充填するに際しては、容器を横臥するとともに、ガス排出管の中の１本を、容器の最上方からガスの排出方向逆側（すなわち、排出されたガスの進行方向と逆方向）に偏倚して配置させることが好ましい。この場合、比重が小さくなったガスが即座に容器の最上方に滞留することを回避することができる。従って、容器の最上方の温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００１７】
充填圧力が大きくなるに従い、旋回流の進行速度が遅くなる。そこで、偏倚させた前記ガス排出管からのガスの排出量を、残余のガス排出管に比して多くすることが好ましい。この場合、容器の最上部に位置する高温ガスが分散される。従って、容器の最上方の温度が過度に上昇することを一層容易に抑制することができる。
【００１８】
場合によっては、偏倚させた前記ガス排出管のみからガスを排出し、残余のガス排出管からのガスの排出を停止するようにしてもよい。
【００１９】
なお、ガスの排出量を相違させる上記の作業を開始する圧力、すなわち、前記設定圧力は、例えば、５５ＭＰａとすればよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ガス排出管を容器の側方内壁近傍に配設するとともに、該ガス排出管から隣接するガス排出管に指向してガスを排出させるようにしているので、容器の内部で旋回流が生じる。ガスの充填時に該ガスの断熱圧縮によって発生した熱は、この旋回流によって効率的に分散される。このため、容器内の温度が局所的に上昇することを回避することができ、これにより、ライナが剥離する懸念が払拭される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るガス充填方法につきそれを実施するガス貯蔵用容器との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係るガス貯蔵用容器１０の長手方向に沿う全体概略断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。本実施の形態においては、ガス貯蔵用容器１０は、容器１２の内部に３本のガス排出管１６ａ〜１６ｃが収容されて構成されている。
【００２３】
この場合、容器１２は、断面が略真円形状である長尺体である（図２参照）。なお、両端部は緩やかに縮径されることで湾曲形成されている（図１参照）。
【００２４】
容器１２は、外殻１８と、該外殻１８の内壁に添着されたライナ２０とを有し、この中の外殻１８は、例えば、繊維強化樹脂からなる。一方のライナ２０の材質は、ポリエチレン等の樹脂材であってもよいが、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属であってもよい。このように熱伝導度が高い金属をライナ２０の材質とした場合、蓄熱材からの熱が速やかに外殻１８に伝達されるので、後述するガスの充填時に発生する熱を除去することが容易となるという利点がある。
【００２５】
容器１２の一端部には開口２２が形成されており、該開口２２は、閉塞部材２４によって閉塞されている。そして、この閉塞部材２４に設けられた貫通孔２６ａ〜２６ｃには、ガス供給管２８から分岐された分岐管２９ａ〜２９ｃの一端部が通されている。その一方で、分岐管２９ａ〜２９ｃとガス供給管２８との間には、制御弁３０ａ〜３０ｃが介装されている。なお、ガス供給管２８の他端部は、図示しないガス供給源に接続されている。
【００２６】
さらに、分岐管２９ａ〜２９ｃの各先端部には、前記ガス排出管１６ａ〜１６ｃが連結されている。図１及び図２から諒解されるように、これらガス排出管１６ａ〜１６ｃは容器１２の側方内壁近傍に該容器１２の長手方向に沿って配設されており、且つ該容器１２の略全域にわたって延在している（図１参照）。また、ガス排出管１６ａ〜１６ｃは、正三角形の頂点付近に位置するように配設されている。
【００２７】
ガス排出管１６ａの側周壁において、隣接するガス排出管１６ｂに臨む部位には、図３に示すように、該ガス排出管１６ａの長手方向略全域にわたる長尺な排出口３２ａが開設されている。同様に、ガス排出管１６ｂの側周壁におけるガス排出管１６ｃに臨む部位、及びガス排出管１６ｃの側周壁におけるガス排出管１６ａに臨む部位にも前記排出口３２ａに準拠した排出口３２ｂ、３２ｃがそれぞれ設けられている。このため、ガス供給管２８及び分岐管２９ａ〜２９ｃを経由してガス排出管１６ａ〜１６ｃの内部に到達したガスは、図１及び図２に矢印で示すように、隣接するガス排出管１６ｂ〜１６ａに指向して排出口３２ａ〜３２ｃから排出される。なお、ガス排出管１６ａ〜１６ｃの底部は閉塞されており、従って、ガスが容器１２の底部内壁側に指向して排出されることはない。
【００２８】
このような構成のガス排出管１６ａ〜１６ｃは、例えば、図３に示すように、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材を円筒形状としてその開口一端部に閉塞板を溶接等の所定の接合方法で接合して閉塞したり、又は、図４に示すように、セラミックスの中空焼結体の一端部にプラグ３３を充填したりすることで作製することができる。ガス排出管１６ａ〜１６ｃの材質は、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材であってもよい。
【００２９】
本実施の形態に係るガス貯蔵用容器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、本実施の形態に係るガス充填方法との関係でその作用効果について説明する。
【００３０】
図５は、ガス貯蔵用容器１０の長手方向に直交する方向の断面図である。この図５に示すように、ガスを充填する際には、ガス貯蔵用容器１０を横臥させ、且つガス排出管１６ａ〜１６ｃの中の１本、例えば、ガス排出管１６ｂを、最上方から、排出されたガスの進行方向とは逆方向側、すなわち、ガス排出方向逆側に偏倚して配置することが好ましい。
【００３１】
この状態で、前記ガス供給源からガスを供給する。ガスは、ガス供給管２８及び分岐管２９ａ〜２９ｃを経由した後にガス排出管１６ａ〜１６ｃの内部に到達し、該ガス排出管１６ａ〜１６ｃの側周壁に開設された排出口３２ａ〜３２ｃから排出される。この際、排出口３２ａ、３２ｂ、３２ｃが隣接するガス排出管１６ｂ、１６ｃ、１６ａにそれぞれ臨んでいるので、排出されたガスは、図１及び図２に矢印で示したように隣接するガス排出管に指向して進行する。最終的に、容器１２の内部では、旋回流が生じる。
【００３２】
この充填に伴ってガスが断熱圧縮を起こすことによって、ガス貯蔵用容器１０内の温度が上昇する。上記したようにガス排出管１６ａ〜１６ｃが容器１２の長手方向の略全域にわたって延在するので、長手方向では、略均等に温度が上昇する。
【００３３】
ガスの充填が進行すると、断熱圧縮による熱の発生が顕著となる。しかしながら、この熱は、前記旋回流によって効率よく分散される。従って、容器１２の内部の特定箇所で温度が過度に上昇することが回避される。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、容器１２が局所的に温度上昇を起こすことを回避することができる。換言すれば、温度ムラが発生することを抑制することができ、その結果、ライナ２０が全体にわたって略均等に熱を受け取るようになるので、ライナ２０への熱伝達効率も向上する。
【００３５】
ガスの充填がさらに進行すると、旋回流の進行速度が遅くなる。しかしながら、本実施の形態では、ガス貯蔵用容器１０を横臥し、しかも、ガス排出管１６ｂを最上方から偏倚させている。このため、高温となったガスがガス貯蔵用容器１０の最上方に即座に滞留することはない。このため、ガス貯蔵用容器１０の最上方の温度が過度に上昇することが抑制される。
【００３６】
旋回流の速度がさらに遅くなった場合には、制御弁３０ａ、３０ｃの開度を制御弁３０ｂに比して小さくし、これにより、ガス排出管１６ｂからの排出量をガス排出管１６ａ、１６ｃに比して大きくする。その結果、ガス排出管１６ｂからガス貯蔵用容器１０の下方に向かうガスの流量が大きくなるので、高温となったガスがガス貯蔵用容器１０の最上方に到達するまでの時間が長くなる。これにより、ガス貯蔵用容器１０の最上方の温度が過度に上昇することを抑制することができる。
【００３７】
場合によっては、制御弁３０ａ、３０ｃを全閉とし、ガス排出管１６ｂのみからガスを排出するようにしてもよい。
【００３８】
なお、以上のようにガス排出管１６ｂからのガス排出量とガス排出管１６ａ、１６ｃからのガス排出量とを相違させる作業は、例えば、ガス貯蔵用容器１０への充填圧力が５５ＭＰａに到達した時点で行うようにすればよい。
【００３９】
このように、ガスの旋回流を生じさせながら充填を行うことによって、ガスの充填時に発生する熱を容易に分散させることができる。これによりガス貯蔵用容器１０内の局所的な温度上昇が抑制されるので、ライナ２０が剥離する懸念が払拭される。
【００４０】
なお、容器１２の断面形状は真円である必要はなく、楕円形であってもよいし、多角形形状であってもよい。さらに、ガス排出管１６ａ〜１６ｃも円筒形状である必要はなく、例えば、直方体形状等であってもよい。
【００４１】
さらにまた、ガス排出管の個数は３本である必要は特になく、図６に示すように４本のガス排出管１６ａ〜１６ｄを設けるようにしてもよいし、図７に示すように６本のガス排出管１６ａ〜１６ｆを設けるようにしてもよい。いずれの場合においても、各ガス排出管が多角形の頂点に位置するように配置し、ガスを充填する際には、その中の１本のガス排出管、例えば、ガス排出管１６ｂを容器１２の最上方からガスの排出方向逆側に偏倚させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施の形態に係るガス貯蔵用容器の長手方向に沿う全体概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１のガス貯蔵用容器を構成するガス排出管単体の全体概略斜視図である。
【図４】別の形態に係るガス排出管単体の全体概略斜視図である。
【図５】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図において、ガスを充填している状態を示す全体概略断面図である。
【図６】別の実施形態に係るガス貯蔵用容器にガスを充填している状態を示す長手方向に沿う全体概略断面図である。
【図７】また別の実施形態に係るガス貯蔵用容器にガスを充填している状態を示す長手方向に沿う全体概略断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…ガス貯蔵用容器                １２…容器
１６ａ〜１６ｆ…ガス排出管          ２０…ライナ
２８…ガス供給管                    ２９ａ〜２９ｄ…分岐管
３０ａ〜３０ｃ…制御弁              ３２ａ〜３２ｆ…排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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