(57)【要約】【課題】速やかに容器内部を冷却することができる高圧燃料ガス貯蔵容器を提供する。【解決手段】容器本体１１と、容器本体１１内に配置されて容器本体１１の内壁を構成する金属製のインナケース１６に圧接する熱伝導部材１２と、容器本体１１の一方の端部に設けられたヘッド部としての金属製のバルブユニット１３と、容器本体１１の他方の端部に設けられたヘッド部としての金属製のエンドキャップ１４とを備えてなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻内壁面が金属で形成された容器本体と、
前記容器本体内部に設けられ、前記外殻内壁面と接触した熱伝導部材と、
を備えたことを特徴とする高圧燃料ガス貯蔵容器。
【請求項２】
前記熱伝導部材は、前記容器本体内の空間の中心部から前記外殻内壁面に渡って配置されていることを特徴とする請求項１記載の高圧燃料ガス貯蔵容器。
【請求項３】
前記熱伝導部材は反発性を有し、前記外殻内壁面に圧接していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された高圧燃料ガス貯蔵容器。
【請求項４】
前記容器本体は、端部に金属製のヘッド部を備え、前記熱伝導部材は前記ヘッド部に圧接していることを特徴とする請求項３記載の高圧燃料ガス貯蔵容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧燃料ガス貯蔵容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車の燃料タンクとして、高圧燃料ガス貯蔵容器が用いられている。一般に、高圧燃料ガス貯蔵容器では、水素ガス等の燃料ガスを高圧で急速に充填する際に、容器内のガス温度が上昇する。燃料ガスの充填終了時に、開始時よりも容器内の燃料ガス温度が上昇していた場合は、しばらく時間が経過した後に周辺へ放熱又は受熱することにより充填開始時温度付近まで温度が下がる。そして、温度の低下とともに容器内の燃料ガス圧が低下することになる。よって、容器内の圧力上限値で充填制御を行う場合、充填時に温度上昇がない場合と比べると、充填できる燃料ガスの量が少なくなるという問題点があった。
【０００３】
そこで、高圧燃料ガス貯蔵容器内に充填する燃料ガス量を少しでも多くするには、燃料ガス温度及び容器温度上昇が起こらないようにするために、充填速度を遅くし非常に長い時間をかけて行う必要があった。
【０００４】
また、供給された高圧燃料ガスの温度が上昇して容器温度も上昇すると、高圧容器の耐圧強度を補強するために設定されているＦＲＰ樹脂及びエポキシ系樹脂の等価温度が上昇することにより容器寿命が短くなるという問題点があった。
【０００５】
一方、燃料電池に用いる高圧燃料ガスを搭載した車両が走行する場合、原動機又は燃料電池スタックに容器内部から高圧燃料ガスを供給するために燃料の温度が急激に低下する。そのため、燃料ガス温度を上昇させるために、特別なヒータを追加設定し、原動機及び燃料電池スタックへ供給される燃料ガスの温度の制御を行っていた。また、燃料ガス供給系配管やコネクタ部の温度が飽和水蒸気温度以下まで低下した際には、周辺空気温度も低下することにより結露した水滴が付着する。この水滴により燃料ガス供給系配管やコネクタ締結部が錆びることを防止するため、防錆を目的とした高コストな表面処理を行う必要があった。
【０００６】
このような問題点の方策として、高圧燃料ガス貯蔵容器において、水素ガス充填時の発熱を金属製のエンドボスを経由して車外へ放熱させるため、容器内に内部熱交換フィン組立体を備え、この内部熱交換フィン組立体とエンドボスとを結合させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８１２９５号公報（第１頁、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特許文献１に開示された高圧燃料ガス貯蔵容器は、容器内部の熱を容器の端部に設けられたエンドボス等の金属部から容器外へ放熱して容器内部を冷却する機能しか備えていなものであった。このため、上記した高圧燃料ガス貯蔵容器は、容器内部を速やかに冷却することができないものであった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、速やかに容器内部を冷却することができる高圧燃料ガス貯蔵容器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、外殻内壁面が金属で形成された容器本体と、容器本体内部に設けられ、外殻内壁面と接触した熱伝導部材と、を備えたことを要旨とする。
【００１１】
【発明の効果】
本発明では、容器本体の外殻内壁面が金属で形成されているため、外殻内壁面に熱伝導部材が接触しているため、容器本体内に充填された燃料ガスを、熱伝導部材及び外殻内壁面を介して効率的に放熱すると共に、熱容量の大きな金属でなる外殻内壁面で熱吸収することができる。このため、本発明によれば、発生した熱を高圧燃料ガス貯蔵容器の端部から容器外に放熱するよりも速やかに燃料ガスの熱を吸収することができ、燃料ガスの充填に伴う燃料温度上昇をより効果的に防ぎ、充填効率を改善することが可能になる
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る高圧燃料ガス貯蔵容器の詳細を図面に示す各実施の形態に基づいて説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１及び図２は、本発明に係る高圧燃料ガス貯蔵容器の第１の実施の形態を示している。この高圧燃料ガス貯蔵容器は、燃料電池に供給する水素ガスを貯蔵する水素タンク等に適用することができる。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態に係る高圧燃料ガス貯蔵容器１０は、容器本体１１と、容器本体１１内に配置された熱伝導部材１２と、容器本体１１の一方の端部に設けられたヘッド部としての金属製のバルブユニット１３と、容器本体１１の他方の端部に設けられたヘッド部としての金属製のエンドキャップ１４とを備えて大略構成されている。
【００１５】
容器本体１１は、外殻としてのアウタケース１５と、このアウタケース１５の内面に密着して形成された外殻内壁面を構成するインナケース１６とからなる。アウタケース１５は、耐圧性及び機械的強度を有している。このアウタケース１５は、例えばエポキシ樹脂を炭素繊維で補強してなるＦＲＰ樹脂などで形成されている。また、アウタケース１５は、略円筒状で軸方向の両端部が丸みを帯びた形状に形成されている。そして、アウタケース１５の軸方向の両端部中央には、バルブユニット１３若しくはエンドキャップ１４で塞がれる開口が形成されている。インナケース１６は、容器本体１１の内壁を構成するものであり、良熱伝導性を有する金属で形成されている。また、このインナケース１６は、アウタケース１５の両端部に形成された開口までアウタケース１５の内面に沿って形成されている。なお、図１に示すように、アウタケース１５におけるバルブユニット１３が取り付けられる開口側では、インナケース１６の端部に、アウタケース１５の外側まで露出するように突出した露出部１６Ａが形成されている。
【００１６】
このような容器本体１１内には、例えばアルミニウムなどの金属のメッシュ材でなる反発性を有する熱伝導部材１２が押し縮められた状態で配置されている。この熱伝導部材１２は、図２に示すように、容器本体１１と同軸的に容器本体１１の中央を貫く中心筒部１２Ａと、この中心筒部１２Ａの周面から断面放射状にインナケース１６に渡って形成された複数（本実施の形態では８）片の放射状部分１２Ｂと、中心筒部１２Ａの内面に圧接するように容器本体１１の軸方向に沿って配置され、且つ断面略十字形状をなす内部熱伝導部材１２Ｃとで構成されている。このように内部熱伝導部材１２Ｃを配置したことにより、中心筒部１２Ａ内の燃料ガスに熱的に接触することができる。なお、この熱伝導部材１２は、図１に示すように、容器本体１１の両端部に組み込まれたバルブユニット１３とエンドキャップ１４とに圧接するように設定されている。
【００１７】
このような構成の高圧燃料ガス貯蔵容器１０は、容器本体１１の内壁を構成するインナケース１６に対して、略全長に亘って金属メッシュで形成された熱伝導部材１２が圧接しているため、熱伝導部材１２とインナケース１６との接触面積が広く、容器本体１１内へのガス充填に伴い発生した熱エネルギーを熱伝導部材１２を介してインナケース１６へ確実に伝達させることができる。また、インナケース１６は熱容量が大きな金属製であるため、熱伝導部材１２から伝達された熱エネルギーを一旦インナケース１６全体に吸収させ、しかる後に容器本体１１外へ放熱することができる。このため、発生した熱を高圧燃料ガス貯蔵容器１０の端部の金属部分を介して直接容器外に放熱するよりも速やかに燃料ガスの熱を吸収することができる。従って、本実施の形態では、燃料ガスの充填に伴う燃料温度上昇をより効果的に防ぎ、充填効率を改善することが可能になる（請求項１の効果）。
【００１８】
また、本実施の形態では、金属製のメッシュ材でなる熱伝導部材１２が容器本体１１内の空間の中心部から外殻内壁面を構成するインナケース１６に渡って配置されているため、充填されている燃料ガスとの接触面積が広く燃料ガス全体からの熱伝達を行うことができる（請求項２の効果）。因みに、容器内ガス温度変化のメカニズムは、圧縮による温度上昇と容器壁面からの放熱による温度低下のバランスにより変化する。つまり、容器内ガス温度には、温度分布が発生していることになる。容器軸中心付近では、圧縮によるガス温度上昇が起こり、容器外殻部付近ではインナケース１６側へ放熱している。よって、容器内壁面からの放熱速度の方が速い場合は容器内ガス温度上昇を抑制することが可能となる。高圧ガスの熱伝導率に比べて、金属（例えば、アルミニウムなど）の熱伝導率は約１００倍高いため、容器軸中心に熱伝導部材１２を配置することで、容器中心付近で発生する熱を速やかにインナケース１６へ伝達することができる。
【００１９】
さらに、本実施の形態では、熱伝導部材１２が反発性（弾力性）を有し、インナケース１６、バルブユニット１３、及びエンドキャップ１４に圧接しているため、容器本体１１が温度変化により膨張したり収縮した場合でも、変形の度合に関係なく熱伝導部材１２がインナケース１６に内面に追従して常時接触することができるため、熱伝導性及び放熱性を確実に維持することができる（請求項３、４の効果）。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係る高圧燃料ガス貯蔵容器の第２の実施の形態を示している。本実施の形態に係る高圧燃料ガス貯蔵容器２０は、容器本体２１と、容器本体２１内に配置された熱伝導部材２２と、容器本体２１の一方の端部に設けられたヘッド部としての金属製のバルブユニット１３と、容器本体２１の他方の端部に設けられたヘッド部としての金属製のエンドキャップ１４とを備えて大略構成されている。なお、本実施の形態において、容器本体２１はアウタケース２５とインナケース２６とでなり、上記した第１の実施の形態と略同様である。本実施の形態では、上記した第１の実施の形態に係る高圧燃料ガス貯蔵容器１０における熱伝導部材１２のみの構成が異なり、他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００２１】
本実施の形態で用いる熱伝導部材２２は、図３に示すように、容器本体２１内に、容器本体２１の軸方向に沿って山部２２Ａと谷部２２Ｂとを交互に繰り返す形状のメッシュ材で形成されている。そして、山部２２Ａは、インナケース２６に圧接するように設定されている。また、熱伝導部材２２の両端は、バルブユニット１３とエンドキャップ１４とにも圧接している。すなわち、熱伝導部材２２は、容器の軸方向及び径方向に弾性変形可能となっており、容器本体２１の変形状態に拘わらず常にインナケース２６、バルブユニット１３、及びエンドキャップ１４に接触するようになっている。
【００２２】
本実施の形態においては、上記した第１の実施の形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００２３】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明に係る高圧燃料ガス貯蔵容器の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の高圧燃料ガス貯蔵容器３０は、容器本体３１と、容器本体３１内に配置された熱伝導部材３２と、容器本体３１の一方の端部に設けられたヘッド部としての金属製のバルブユニット３３と、容器本体３１の他方の端部に設けられたヘッド部としての図示しないエンドキャップとを備えて大略構成されている。なお、本実施の形態において、容器本体３１はアウタケース３４とインナケース３５とでなり、上記した第１の実施の形態と略同様である。
【００２４】
バルブユニット３３は、図４に示すように、アウタケース３４の開口端部から露出する露出部３５Ａに螺合されている。このバルブユニット３３には、充填用ポート３７と供給用ポート３８とが形成されている。また、バルブユニット３３の螺合方向の先端部には、アダプタ３９が装着されている。そして、インナケース３５の露出部３５Ａの内側段部と熱伝導部材３２との間に、熱伝導部材３２を容器内へ押圧するように付勢するコイルスプリング３６が介在されている。なお、コイルスプリング３６の容器内側方向の端部は、熱伝導部材３２を絞り加工した絞り部３２Ａに取り付けている。
【００２５】
また、本実施の形態では、熱伝導部材３２を、コイルスプリング３６の配置空間を除くインナケース３５内の空間の略全域に亘るように配置しているが、上記した第２の実施の形態の熱伝導部材２２（図３参照）と同様な形状など各種の形状に設定してもよい。要は、熱伝導部材３２は、弾力性を有するメッシュ材でなり、インナケース３５の内面や図示しないエンドキャップに圧接する寸法、形状であればよい。
【００２６】
本実施の形態では、コイルスプリング３６で熱伝導部材３２を押圧することにより、容器側が変形しても熱伝導部材３２が追従して常にインナケース３５並びにエンドキャップに圧接することができる。また、熱伝導部材３２は、コイルスプリング３６を介してバルブユニット３３にも常時接触した状態となっている。
【００２７】
本実施の形態においても、上記した第１、第２の実施の形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００２８】
以上、第１〜第３の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。
【００２９】
例えば、上記した各実施の形態では、アウタケースをＦＲＰ樹脂などで形成した耐圧性を有する各種の材料で形成することができる。また、インナケースも良熱伝導性を有するものであれば、アルミニウム以外の各種の材料で形成することができる。同様に、熱伝導部材も金属のメッシュ材料以外に、熱伝導性の良好な繊維を含む樹脂などで形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧燃料ガス貯蔵容器の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る高圧燃料ガス貯蔵容器の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る高圧燃料ガス貯蔵容器の第３の実施の形態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０  高圧燃料ガス貯蔵容器
１１、２１、３１  容器本体
１２、２２、３２  熱伝導部材
１２Ａ  中心筒部
１２Ｃ  内部熱伝導部材
１３、３３  バルブユニット
１４  エンドキャップ
１５、２５、３４  アウタケース
１６、２６、３５  インナケース
１６Ａ、３２Ａ、３５Ａ  露出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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