(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが充填されるタンク本体と、
該タンク本体に設けられたバルブと、
該バルブから前記タンク本体内に延在するノズル部と、
前記タンク本体の内部に設けられて前記タンク本体内のガスの全温を検出する温度検出部を有する温度センサと、を備え、
前記バルブから充填されたガスが前記ノズル部の先端の吐出口から前記タンク本体内に噴出されるタンクであって、
前記温度センサの前記温度検出部は、前記タンク本体内に噴出されたガスの膨張流の中のよどみ部における静的温度及び動的温度を検出するように、前記吐出口よりも前記タンク本体の奥側に配置されているとともに、前記吐出口を基準に前記ノズル部の軸線に対して傾き角が±８０°以内、かつ前記吐出口から５０ｍｍ以内に配置されている、タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスが充填されるタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載した燃料電池車両は、水素ガスからなる燃料ガスを貯留するタンクを備えている。このタンクには、内部に充填される燃料ガスの温度を検出するための温度センサが設けられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９８０５１号公報
【特許文献２】特開２０１２−９７８１５号公報
【特許文献３】特許第５３２０３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タンクにガスが充填される際には、タンク内温度は静的温度とガスの運動による動的温度との合計値になるが、温度センサの位置によっては動的温度をとらえることができず、実際のタンク内の平均温度より低く検出されるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、充填されるガスの温度を高精度に測定することが可能なタンクを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のタンクは、
ガスが充填されるタンク本体と、
該タンク本体に設けられたバルブと、
該バルブから前記タンク本体内に延在するノズル部と、
前記タンク本体の内部に設けられて前記タンク本体内のガスの温度を検出する温度検出部を有する温度センサと、を備え、
前記バルブから充填されたガスが前記ノズル部の先端の吐出口から前記タンク本体内に噴出されるタンクであって、
前記温度センサの前記温度検出部は、前記吐出口を基準に前記ノズル部の軸線に対して傾き角が±８０°以内、かつ前記吐出口から５０ｍｍ以内に配置されている。
【０００７】
上記構成のタンクによれば、温度センサの温度検出部を、吐出口を基準にノズル部の軸線に対して±８０°以内、かつ吐出口から５０ｍｍ以内に配置することで、温度検出部は、タンク本体内へのガスの充填時における膨張流維持領域の範囲内に設置されることとなる。この膨張流維持領域は、吐出口から噴出するガスの流れの一部である膨張流の影響を受ける範囲であることから、温度検出部によって、静的温度とともに、動的温度も捉えることが可能となる。そのため、タンク本体内に充填されるガスの平均温度をより正確に測定できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のタンクによれば、充填されるガスの温度を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るタンクの断面図である。
【図２】タンクのノズル部周辺における側面図である。
【図３】ノズル部の吐出口付近におけるガスの流れを示す模式図である。
【図４】ノズル部の吐出口に対する温度検出部の設置角度とガスの温度との関係を示すグラフである。
【図５】ノズル部の吐出口に対する温度検出部の設置距離とガスの温度との関係を示すグラフ図である。
【図６】設置条件の異なる温度検出部によるガスの測定温度及びガスの温度の計算値を示すグラフ図である。
【図７】変形例に係るタンクのノズル部周辺における側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るタンクの実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るタンクの断面図である。図２は、タンクのノズル部周辺における断面図である。
【００１１】
図１に示すように、タンク１は、略楕円体のタンク本体１０と、タンク本体１０の長手方向の一端部に取り付けられた口金部１１とを有する。タンク１は、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムの一部を構成し、燃料電池に供給される水素ガス等の燃料ガスを貯留する。
【００１２】
タンク本体１０は、例えば二層構造の壁層を有し、内壁層であるプラスチックまたは金属製のライナ２０と、その外側の外壁層である繊維強化樹脂層２１とを有している。ライナ２０は、タンク本体１０とほぼ同じ略楕円体形状を有する。繊維強化樹脂層２１は、プリプレグと呼ばれるリボン状の材料（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）をライナ２０の周囲に巻き付けることで構成されている。
【００１３】
口金部１１は、略円筒形状を有し、ライナ２０の開口部に嵌入されている。口金部１１は、径方向外方へ張り出す顎部１２を有しており、この顎部１２がライナ２０に固定されている。口金部１１は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、例えば、ダイキャスト法等により所定の形状に製造されている。口金部１１は、例えばインサート成形によりライナ２０に取り付けられている。
【００１４】
口金部１１には、バルブ３０が装着されている。バルブ３０は、バルブ頭部３１と、締結部３２と、充填パイプ３３とを有している。バルブ頭部３１は、締結部３２の一端側に設けられ、充填パイプ３３は、締結部３２の他端側に設けられている。バルブ３０は、締結部３２を口金部１１にねじ込んで締結することで口金部１１に固定される。充填パイプ３３は、その先端側がノズル部３４とされており、このノズル部３４の端部が吐出口３５とされている。
【００１５】
充填パイプ３３は、タンク本体１０の中心軸線に沿ってタンク本体１０内に延在されており、その先端近傍部分で僅かに屈曲されている。そして、この屈曲箇所の先端側がノズル部３４とされている。これにより、ノズル部３４は、僅かに径方向外方へ向けられている。
【００１６】
バルブ頭部３１には、充填口３７が設けられており、この充填口３７から燃料ガスが充填される。充填口３７から充填される燃料ガスは、バルブ３０内の流路及び充填パイプ３３を通り、充填パイプ３３のノズル部３４の吐出口３５からタンク本体１０内に噴出される。
【００１７】
また、バルブ３０は、棒状の温度センサ４１を有している。この温度センサ４１は、締結部３２に固定されており、締結部３２からタンク本体１０の中心軸線に沿ってタンク本体１０内に延在されている。この温度センサ４１は、その先端が温度検出部４２とされており、この温度検出部４２で温度が検出される。
【００１８】
図２に示すように、温度センサ４１の温度検出部４２は、ノズル部３４の吐出口３５よりもタンク本体１０の奥側に配置されている。また、温度センサ４１は、タンク本体１０の中心軸線に沿って延在されている。これにより、温度検出部４２は、径方向外方へ向けられたノズル部３４の軸線に対して吐出口３５を基準として設置角度θだけ傾いて配置されていることとなる。そして、このノズル部３４の軸線に対する設置角度θは、吐出口３５を基準としたノズル部３４の軸線に対する傾き角（設置角度）が±８０°の範囲内とされている。つまり、設置角度θ≦±８０°とされている。
【００１９】
また、温度センサ４１の温度検出部４２は、充填パイプ３３のノズル部３４の吐出口３５を基準として、設置距離Ｒが、吐出口３５からの半径５０ｍｍ以内とされている。つまり、設置距離Ｒ≦５０ｍｍとされている。なお、設置距離Ｒは、吐出口３５の開口半径以上とされている。
【００２０】
図３は、チャンバ７内におけるノズル部３４の吐出口３５からの燃料ガスの吐出状況を示す模式図である。図３に示すように、吐出口３５では、超音速噴流Ａが噴出している。さらに、この超音速噴流Ａには、衝撃波のー種であるマッハ衝撃波Ｂや反射衝撃波Ｃが存在しており、これらが膨張流Ｄを発生させている。
【００２１】
本発明者らは、この膨張流Ｄの流れの中に、よどみ部である膨張流維持領域が形成されることを発見した。さらに、この膨張流維持領域内に温度センサ４１の温度検出部４２を設置することで、膨張流の運動エネルギが温度検出部４２の表面で熱エネルギに変換され、これにより、吐出口３５から充填される燃料ガスの全温を測定できることを発見した。つまり、この膨張流維持領域は、ノズル部３４の吐出口３５から吐出する燃料ガスの膨張流Ｄが散逸する事なく流速が高い領域であり、この範囲では温度が特に精度良く測定できることがわかった。
【００２２】
温度検出部４２は、吐出口３５を基準にノズル部３４の軸線に対する設置角度θがθ≦±８０°となり、吐出口３５からの設置距離ＲがＲ≦５０ｍｍとなるように設置することで、吐出口３５から噴出する燃料ガスの膨張流Ｄの流れの中に形成される膨張流維持領域に配置される。
【００２３】
このように、温度検出部４２を、吐出口３５を基準にノズル部３４の軸線に対する設置角度θをθ≦±８０°とし、吐出口３５からの設置距離ＲをＲ≦５０ｍｍとすることで、膨張流維持領域内に設置した本実施形態では、図４に示すように、温度検出部４２において、運動エネルギを含む温度、つまり、全温（Ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を測定できるようになり、また、図５に示すように、その全温の良好な測定が維持できるようになる。これにより、本実施形態では、図６に示すように、温度センサ４１は、計算値（５０℃）に対して微小な誤差（２℃以内の誤差）で測定可能となった（図６における本発明参照）。
【００２４】
これに対して、図４に示すように、設置角度θが±８０°から外れると、全温が急激に低下し、また、図５に示すように、設置距離Ｒが５０ｍｍを越えると、膨張流Ｄの流速が低下するため、やはり、全温が急激に低下する。そして、このように、設置角度θが±８０°から外れ、また、設置距離Ｒが５０ｍｍを越える位置に温度検出部４２を設置した場合、図６に示すように、温度センサ４１は、膨張流Ｄの運動エネルギ分の温度を捉えることができず、測定値が計算値（５０℃）よりもかなり低い温度（５℃以上低い温度）となった（図６における従来技術参照）。
【００２５】
例えば、特許文献１（特開２００７−２９８０５１号公報）では、充填パイプの吐出口の位置がタンク中央であり、温度センサの位置はタンク内壁であるため、吐出口から温度センサの設置距離Ｒはタンク半径分となる。一般的に燃料電池車両用のタンクは半径５０ｍｍを超えるので、温度センサは、設置距離Ｒ＞５０ｍｍとなり、この設置距離Ｒでは、温度センサの設置位置における膨張流の流速が低下し、ガスの温度は低く測定される。
【００２６】
また、特許文献２（特開２０１２−９７８１５号公報）では、充填パイプの吐出口を基準とすると、温度センサの設置角度θがθ≧±９０°となり、温度センサの設置位置における膨張流の流速が低下し、ガスの温度は低く測定される。
【００２７】
さらに、特許文献３（特許第５３２０３９２号公報）では、充填パイプの方向は５°〜３５°であり、温度センサは充填パイプの背面の１８０°に設置されている。したがって、充填パイプの吐出口を基準とすると、温度センサの設置角度θは１４５°≦θ≦１７５°となり、温度センサの設置位置における膨張流の流速が低下し、ガスの温度は低く測定される。
【００２８】
そして、上記のように、タンク本体１０内の燃料ガスの温度を低く測定してしまうと、燃料ガスの温度によって燃料ガスの充填量を管理する際に、タンク本体１０内の燃料ガスの密度が高いと推定してしまい、その結果、タンク本体１０内の燃料ガスの充填量が実際よりも少なくても、推定される燃料ガスの充填量が多いと見なしてしまい、燃料ガスの充填を中断してしまうおそれがある。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態に係るタンク１によれば、温度センサ４１の温度検出部４２を、吐出口３５を基準にノズル部３４の軸線に対して±８０°以内、かつ吐出口３５から５０ｍｍ以内に配置することで、温度検出部４２は、タンク本体１０内への燃料ガスの充填時における膨張流維持領域の範囲内に設置されることとなる。この膨張流維持領域は、吐出口３５から噴出する燃料ガスの流れの一部である膨張流Ｄの影響を受ける範囲であることから、温度検出部４２によって、静的温度とともに、動的温度も捉えることが可能となる。そのため、タンク本体１０内に充填される燃料ガスの平均温度をより正確に測定できる。
【００３０】
しかも、温度センサ４１は、その温度検出部４２が、燃料ガスの充填時に生じるよどみ部である膨張流維持領域に配置されているので、吐出口３５から吐出する燃料ガスの噴出流による温度検出部４２の損傷を抑制することもでき、燃料ガスの温度の測定精度の向上と温度センサ４１の損傷抑制とを両立させることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、締結部３２から延びる温度センサ４１を備える場合を例にとって説明したが、図７に示すように、温度センサ４１は、充填パイプ３３に一体的に設けられ、この充填パイプ３３からタンク本体１０内へ延在するものでも良い。このようにすれば、構造の簡略化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  タンク
１０  タンク本体
３０  バルブ
３４  ノズル部
３５  吐出口
４１  温度センサ
４２  温度検出部
【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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