(57)【要約】【課題】ガスを充填する際、タンク内の充填剤を効率的に冷却することにより、ガスの貯蔵量を多くすることができる高圧ガス貯蔵タンクを提供する。【解決手段】タンク本体１には、タンク本体２の内部のガスを冷却する熱交換器３が設けられている。熱交換器３は、冷却液が流通する通水管１１を有しており、通水管１１にはフィン部材１２が設けられている。フィン部部材１２は、複数のフィン１２Ａ〜１２Ｆを備えており、そのうちのタンク本体２におけるガス充填口２から遠い位置に配置された第１フィン１２Ａの方が、ガス充填口１２Ｆに近い位置に配置された第６フィン１２Ｆよりも面積が大きくされ、高冷却効果形態とされている。【選択図】  図１
2004286172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが高圧で充填されるタンク本体を有し、前記タンク本体に充填されたガスを吸着する吸着剤が前記タンク本体に設けられ、前記タンク本体にガスを流入させるガス充填口が形成された高圧ガス貯蔵タンクにおいて、
前記タンク本体に充填されたガスを冷却する熱交換器が前記タンク本体内に設けられ、前記熱交換器には、前記タンク本体内における熱を吸収するフィン部材が設けられており、
前記フィン部材のうち、前記ガス充填口から遠い位置に配置されているフィン部材は、前記ガス充填口に近い位置に配置されているフィン部材よりも高冷却効率形態とされていることを特徴とする高圧ガス貯蔵タンク。
【請求項２】
前記高冷却効率形態が、前記フィン部材における前記ガス充填口から遠い位置のフィン部材の面積が、前記ガス充填口に近い位置のフィン部材の面積よりも大きくされた形態である請求項１に記載の高圧ガス貯蔵タンク。
【請求項３】
前記タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った方向に前記フィン部材の平面が沿うように前記フィン部材が配置されている請求項２に記載の高圧ガス貯蔵タンク。
【請求項４】
前記フィン部材は、前記タンク本体内における前記ガスの流通方向に離間して配置された複数のフィンを備えており、
前記高冷却効率形態は、前記複数のフィンのうち、前記ガス充填口から遠い位置に配置された隣接するフィンの間隔の方が、前記ガス充填口に近い位置に配置された隣接するフィンの間隔よりも短くされた形態である請求項１または請求項２に記載の高圧ガス貯蔵タンク。
【請求項５】
前記タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った方向に前記フィンの平面が沿うように前記フィンが配置されている請求項４に記載の高圧ガス貯蔵タンク。
【請求項６】
前記フィン部材が、前記タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った軸周りに形成された螺旋形状をなす請求項１または請求項２に記載の高圧ガス貯蔵タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素や天然ガスなどのガスを高圧下で貯蔵する高圧ガス貯蔵タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、車両などの移動体の燃料となる水素や天然ガスなどの高圧ガスを貯蔵する高圧ガス貯蔵タンクとして、容器の内部に高圧ガスを吸着する吸着剤を設けたものがある。この高圧ガス貯蔵タンクでは、ガス充填口から高圧でガスを充填し、タンク本体内における吸着剤に吸着させることでガスの貯蔵を行うものである。
【０００３】
この種の高圧ガス貯蔵タンクとして、たとえば特開２００２−８１５９７号公報に開示された水素貯蔵容器がある。この水素貯蔵容器は、容器本体の内部に、冷却液が供給される熱交換器を設けたものである。そして、水素貯蔵容器を冷却することが要求されるときに、この熱交換器によって水素貯蔵容器を冷却するというものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００２−８１５９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の高圧ガス貯蔵容器を車両などの移動体に搭載する場合、小さな容積で大量のガスを貯蔵できるようにすることが望まれ、そのためには、吸着剤のガス吸着量を多くすることが好適となる。これに対して、吸着剤は、高温となると吸着量が少なくなることから、大量のガスを吸着させるためには、なるべく吸着剤を低温にしておくことが望ましい。
【０００６】
この点、この種の高圧ガス貯蔵容器にガスを貯蔵させる際、容器に設けられたガス充填口からガスを流入させていき、容器の内部のガスを圧縮しながら吸着剤に吸着させてガスを貯蔵していく。このため、容器の内部においては、ガスが圧縮される際のガスの断熱膨張による熱収支を考慮すると、充填口から近い位置ではガス断熱膨張により冷却され、ガス充填口から遠い位置では、圧縮熱によりガスが発熱する。この熱のために充填口から遠い位置の吸着剤の発熱量は、ガス充填口に近い位置の吸着剤の発熱量よりも大きくなり、ガス充填口から遠い位置の吸着剤が高温となるので、ガス充填口から遠い位置の吸着剤を冷却することにより、ガスを効率的に吸着することができる。
【０００７】
ところが、上記特許文献１に開示された水素貯蔵タンクでは、熱交換器が設けられてはいるものの、熱交換器の具体的な態様については開示されていない。このため、充填口から遠い吸着剤の発熱量は、充填口に近い吸着剤の発熱量よりも大きくなり、その分充填量が少なくなる。したがって、熱交換器を設けて容器の内部を冷却してはいるものの、その冷却が効率的に行われているとは言い難いものであった。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、高圧ガス貯蔵タンク内にガスを充填する際に、タンク内の充填剤を効率的に冷却することにより、ガスの貯蔵量を多くすることができる高圧ガス貯蔵タンクを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係る高圧ガス貯蔵タンクは、ガスが高圧で充填されるタンク本体を有し、タンク本体に充填されたガスを吸着する吸着剤がタンク本体に設けられ、タンク本体にガスを流入させるガス充填口が形成された高圧ガス貯蔵タンクにおいて、タンク本体に充填されたガスを冷却する熱交換器がタンク本体内に設けられ、熱交換器には、タンク本体内における熱を吸収するフィン部材が設けられており、フィン部材のうち、ガス充填口から遠い位置に配置されているフィン部材は、ガス充填口に近い位置に配置されているフィン部材よりも高冷却効率形態とされているものである。
【００１０】
本発明に係る高圧ガス貯蔵タンクにおいては、タンク内部の熱を吸収するフィン部材が熱交換器に設けられており、このフィン部材のうち、ガス充填口から遠い位置に配置されているフィン部材は、ガス充填口に近い位置に配置されているフィン部材よりも高冷却効率形態とされている。このため、圧縮熱によって熱量が多くなったガス充填口から遠い位置におけるタンク内部の熱を効果的に吸収することができるので、ガスの貯蔵量を多くすることができる。
【００１１】
ここで、高冷却効率形態が、フィン部材におけるガス充填口から遠い位置のフィン部材の面積が、ガス充填口に近い位置のフィン部材の面積よりも大きくされた形態であるのが好適である。
【００１２】
ガス充填口から遠い位置のフィン部材の面積が、ガス充填口に近い位置のフィン部材の面積よりも大きくされていることにより、タンク本体内部におけるガスとの接触面積を大きくすることができる。したがって、その分冷却効率を高くした高冷却効率形態を形成することができる。
【００１３】
また、タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った方向にフィン部材の平面が沿うようにフィン部が配置されている態様とするのが好適である。
【００１４】
このように、タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った方向にフィン部材の平面が沿うようにフィン部材が配置されていることにより、タンク本体内に流入したガスがタンク本体の奥に流入する際に与える通気抵抗を小さくすることができる。したがって、タンク本体の奥部（ガス充填口から遠い位置）まで、ガスをスムーズに流通させることができる。
【００１５】
さらに、フィン部材は、タンク本体内におけるガスの流通方向に離間して配置された複数のフィンを備えており、高冷却効率形態は、複数のフィンのうち、ガス充填口から遠い位置に配置された隣接するフィンの間隔の方が、ガス充填口に近い位置に配置された隣接するフィンの間隔よりも短くされた形態である態様とすることができる。
【００１６】
このように、複数のフィンのうち、ガス充填口から遠い位置に配置された隣接するフィンの間隔の方が、ガス充填口に近い位置に配置された隣接するフィンの間隔よりも短くされた形態とすることによっても、高冷却効率形態を形成することができる。
【００１７】
このとき、タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った方向にフィンの平面が沿うようにフィンが配置されているが好適である。
【００１８】
タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った方向にフィンの平面が沿うようにフィンが配置されていることにより、ガスがタンク本体の奥方に流入しようとする際のガスに対する通気抵抗を小さくすることができる。したがって、タンク本体の奥部まで、ガスをスムーズに流通させることができる。
【００１９】
また、フィン部材が、タンク本体内におけるガスの流通方向に沿った軸周りに形成された螺旋形状をなす態様とすることもできる。
【００２０】
このような螺旋形状とすることにより、高冷却効率形態を形成するとともに、ガスが流入する際の通気抵抗が大きくなり過ぎないようにすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２２】
図１は第１の実施形態に係る高圧ガス貯蔵タンクの側断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。である。図１に示すように、本実施形態に係る高圧ガス貯蔵タンク（以下「タンク」という）Ｔは、タンク本体１を備えている。タンク本体１は、略円筒形状をなしており、その先端部に水素や天然ガスなど、車両の燃料となるガスを流入させるガス充填口２が設けられている。このガス充填口２は、タンク本体１内にガスを充填する際の流入口として機能するとともに、タンク本体１内に貯蔵されたガスを排出する際の排出口としても機能する。
【００２３】
タンク本体１におけるガス充填口２が形成された先端側に対向するタンク本体１の後端側には、熱交換器３が設けられている。この熱交換器３は、冷却水やその他の冷却媒体を流通させる３本の通水管１１を備えている。通水管１１は、側面視した形状が略Ｕ字状とされており、直線部１１Ａ，１１Ｂと曲線部１１Ｃとを備えており、その両直線部をそれぞれにおける一端部１１Ｄおよび他端部１１Ｅがタンク本体１の後端部に取り付けられている。タンク本体１の後端側に取り付けられた通水管１１の一端部１１Ｄには、タンク本体１の外部、たとえば車両に別途設けられた図示しないラジエータから冷却液が供給される。
【００２４】
通水管１１の一端部に供給された冷却液は、通水管１１の内部を流通して通水管１１の他端部１１Ｅに到達し、たとえば図示しないラジエータに戻す。こうして、ラジエータと通水管１１の間を冷却液が循環する。また、通水管１１の曲線部１１Ｃにおける湾曲先端部１１Ｆは、タンク本体１の長手方向略中央に位置しており、通水管１１は、タンク本体１におけるガス充填口２が形成された側の反対側略半分の部分に配置されている。
【００２５】
通水管１１における直線部１１Ａには、フィン部材１２が取り付けられており、フィン部材１２は、複数のフィン１２Ａ〜１２Ｆによって構成されている。このフィン部材１２は、ガス充填口２から遠い位置に配置されているフィン１２Ａの方が、ガス充填口２に近い位置に配置されているフィン１２Ｆよりも高冷却効率形態とされている。具体的に、フィン１２Ａ〜１２Ｆは、それぞれ異なる大きさとされており、これらの中では、最もガス充填口２から遠い位置に配置されている第１フィン１２Ａの大きさが最も大きくされている。また、次にガス充填口２から遠い位置に配置されている第２フィン１２Ｂが、第１フィン１２Ａよりも一回り小さい大きさにされている。さらにガス充填口２に近い第３フィン１２Ｃが第２フィン１２Ｂよりも一回り小さい大きさにされており、以後、順次ガス充填口２に近づくにつれて、その大きさが小さくされていき、最もガス充填口２に近い位置に配置された第６フィン１２Ｆが最も小さい大きさとされている。
【００２６】
また、各フィン１２Ａ〜１２Ｆの間の間隔は、ガス充填口２から最も遠い位置に配置された第１フィン１２Ａおよび第２フィン１２Ｂの間の間隔が最も狭く設定されており、そこから順次ガス充填口２に近づくにつれてその間隔が広くされている。そして、最もガス充填口２に近い位置に配置された第５フィン１２Ｅおよび第６フィン１２Ｆの間の間隔が最も広く設定されている。
【００２７】
さらに、タンク本体１の内部には、ガスを吸着する吸着剤４が充填されている。吸着剤４としては、たとえばガスが水素である場合には、水素吸着合金が用いられ、ガスが天然ガスである場合には、活性炭などの炭素系素材、ゼオライト、燐酸アルミニウムなどが用いられる。
【００２８】
以上の構成を有する本実施形態に係るタンクＴの作用について説明する。
【００２９】
本実施形態に係るタンクＴにおいては、タンク本体１にガスを充填する際、ガス充填口２からガスを流入させる。ガス充填口２から流入したガスは、タンク本体１内において、ガス充填口２が設けられている一端側から、反対側の他端側に向けて流通し、タンク本体１内に設けられた吸着剤４に徐々に吸着される。その一方で、タンク本体１内に流入したガスは、タンク本体１の長手方向（流通方向）に沿って流通し、ガス充填口２が設けられている側の反対側における奥方に流れ込む。このとき、タンク本体１におけるガス充填口２の近傍では、ガスが断熱膨張して、冷却される。その一方がタンク本体１におけるガス充填口２から遠い位置では、圧縮熱によりガスが加熱される。このガスの冷却および加熱により、ガス充填口２に近い位置では吸着剤４が低温となり、ガス充填口２から遠い位置では吸着剤４が高温になる。このため、ガス充填口２の近傍では吸着剤４によりガスを好適に吸着できるものの、ガス充填口２から遠い位置ではガスを良好に吸着できず、その分ガスの貯蔵量を多くできないことが懸念される。
【００３０】
この点、本実施形態に係るタンクＴでは、タンク本体１の内部におけるガス充填口２から遠い位置の半分側に熱交換器３が設けられている。このため、特に吸着剤４が高温になりやすいタンク本体１の奥方で吸着剤４を効果的に冷却できるので、吸着剤４によるガスの吸着量を少なくしないようにすることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、熱交換器３にフィン１２Ａ〜１２Ｆが設けられており、ガス充填口２から遠い位置にある第１フィン１２Ａの方が、ガス充填口２に近い位置にある第６フィン１２Ｆよりも面積が大きくされている。また、ガス充填口２から遠い位置にある第１フィン１２Ａおよび第２フィン１２Ｂの間の距離は、ガス充填口２に近い位置にある第５フィン１２Ｅおよび第６フィン１２Ｆの間の距離よりも短くされている。このため、ガス充填口２から遠い位置における冷却効率を高いものしているので、ガス充填口２から遠い位置における吸着剤４を効果的に冷却することができる。したがって、タンク本体１内における吸着剤４を全体的に高温にならないようにすることができるので、吸着剤４の全体におけるガスの吸着量を多くすることができ、タンク本体１に貯蔵するガスの量を多くすることができる。
【００３２】
さらに、図２に示すように、本実施形態に係るタンクＴにおける熱交換器３に設けられたフィン１２Ａ〜１２Ｆのうち、もっとも面積が大きい第１フィン１２Ａが隣接する位置であっても、両者の間に隙間がある。したがって、タンク本体１の奥方に流入するガスの流れを止めることはないので、ガスをタンク本体１の奥方にまで確実に流入させることができる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る高圧ガス貯蔵タンクにおいては、熱交換器に形成するフィンの形状が異なる例を挙げることができる。それらの例について、図３から図５を参照して説明する。
【００３４】
図３に示すように、本例に係る熱交換器２０では、通水管２１の周囲に、通水管２１の長手方向に沿って配置されたフィン２２を用いている。通水管２１は、タンク本体における長手方向、すなわちガスの流通方向に沿って配置されている。このため、フィン２２はその平面がガスの流通方向に沿うように配置されている。また、フィン２２は、タンク本体におけるガス充填口が設けられている側の面積が小さく、逆にガス充填口が設けられていない側の面積が大きくなるように、側面視した形状が略台形状をなしている。
【００３５】
かかる形態のフィン２２を用いることにより、タンク本体内におけるガス充填口が設けられていない側の冷却効率を高くすることができるので、吸着剤によるガスの吸着量を多くすることができる。また、フィン２２は、ガスの流通方向に沿って配置されることになるため、ガスを流入させる際に、ガスの通気抵抗を小さなものとすることができる。したがって、その分迅速にガスの充填を済ませることができる。
【００３６】
また、図４に示す熱交換器３０のように、通水管３１の周囲に、螺旋状に形成したフィン３２を用いることもできる。このような螺旋状のフィン３２を用いることにより、ガスを流入する際の通気抵抗が大きくない過ぎないようにすることができる。また、螺旋状のフィンとする際、ガス充填口から遠い方が、ガス充填口に近い方よりも面積が大きくなるようにフィンを形成することもできる。このような形状のフィンとすることにより、ガス充填口が設けられていない側の吸着剤を好適に冷却することができるので、その分吸着効率を高めることができ、タンクのガス貯蔵量を多くすることができる。
【００３７】
さらに、図５に示す熱交換器４０のように、通水管４１の長手方向に離間してフィン４２，４３，４４，４５を形成するとともに、それらのフィンを通水管４１周りに約９０度回転させた位置に順次配置していく態様とすることもできる。このときにも、ガス充填口から遠い位置におけるフィンの面積をガス充填口に近い位置におけるフィンの面積よりも大きくしておくことにより、充填剤の冷却効率を高めることができる。また、ガス充填口から遠い位置におけるフィン同士の間の距離を、ガス充填口に近い位置におけるフィン同士の間の距離よりも短くすることにより、同様に充填剤の冷却効率を高めることができる。さらに、フィン４２〜４５は、いずれもその平面がガスの流入方向に沿って配置されているので、通気抵抗を小さなものとすることができる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、ガス充填口が設けられていない側のタンク本体の半分側に熱交換器を設けた態様としているが、これを超えてタンク本体の全体に熱交換器を設ける態様とすることができる。また、上記実施形態では、３本の通水管を有する熱交換器としているが、２つの通水管を有する熱交換器とすることなどもできる。さらに、上記実施形態では、円形のフィン１２を用いているが、矩形、三角形、だ円形など、適宜の形状のフィンを用いることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、高圧ガス貯蔵タンク内にガスを充填する際に、タンク内の充填剤を効率的に冷却することにより、ガスの貯蔵量を多くすることができる高圧ガス貯蔵タンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る高圧ガス貯蔵タンクの側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】熱交換器の変形例を示す拡大斜視図である。
【図４】熱交換器の他の変形例を示す拡大斜視図である。
【図５】熱交換器のさらに他の変形例を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
１…タンク本体、２…ガス充填口、３，２０，３０，４０…熱交換器、４…吸着剤、１１，２１，３１，４１…通水管、１２…フィン部材、１２Ａ〜１２Ｆ，２２，３２，４２…フィン、Ｔ…高圧ガス貯蔵タンク。
【図１】
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【図２】
2004286172.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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