(57)【要約】【課題】タンク本体の内部に熱交換器を配置した場合に、熱交換効率の向上を図ることができるガス貯蔵タンクを提供する。【解決手段】ガス貯蔵タンク１は、ガスが貯蔵されるタンク本体２を有し、このタンク本体２内には、ガスを吸蔵する粒体状の吸蔵材が多数入っている。タンク本体２の内部には、ガスを充填した時に生じる熱をタンク本体２の外部に放出する熱交換器４が配置されている。熱交換器４は、冷媒を流すための冷媒循環管５と、この冷媒循環管５の外周面に設けられた複数枚の平板状のフィン６とを有している。冷媒循環管５の各フィン取付部５ｂは、タンク本体２の長手方向に延びている。フィン６は、フィン取付部５ｂの長手方向に延在するようにフィン取付部５ｂに設けられている。これにより、ガス充填口３からタンク本体２内に導入されたガスは、フィン取付部５ｂの長手方向に沿って流れるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが貯蔵されるタンク本体と、
前記タンク本体の内部に配置され、前記タンク本体内に前記ガスを充填した時に生じる熱を前記タンク本体の外部に放出する熱交換器とを備え、
前記熱交換器は、冷媒を流すための冷媒循環管と、前記冷媒循環管の長手方向に延在するように前記冷媒循環管の外面に設けられたフィンとを有することを特徴とするガス貯蔵タンク。
【請求項２】
ガスが貯蔵されるタンク本体と、
前記タンク本体の内部に配置され、前記タンク本体内に前記ガスを充填した時に生じる熱を前記タンク本体の外部に放出する熱交換器と、
前記タンク本体のガス充填口とつながるように前記タンク本体の内部に配置されたガス導入管とを備え、
前記ガス導入管には、前記ガス充填口から導入された前記ガスを放出するためのガス放出部が長手方向に対して複数設けられていることを特徴とするガス貯蔵タンク。
【請求項３】
前記熱交換器は、冷媒を流すための冷媒循環管と、前記冷媒循環管の外面に設けられたフィンとを有し、
前記フィンは、前記冷媒循環管の長手方向に対して複数設けられ、
前記複数のガス放出部は、前記ガス導入管における前記各フィン間に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載のガス貯蔵タンク。
【請求項４】
前記ガス導入管は、前記タンク本体の中心側に配置された主導入管と、前記主導入管の外側に配置されると共に前記主導入管と接続された複数本の分岐導入管とを有し、
前記主導入管の前記各ガス放出部の位置は、前記分岐導入管の前記各ガス放出部の位置に対して前記主導入管の長手方向にずれていることを特徴とする請求項２または３記載のガス貯蔵タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば天然ガスや水素ガス等を吸蔵して貯蔵するためのガス貯蔵タンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス貯蔵タンクとしては、例えば特許文献１に記載のように、水素貯蔵合金が収容される水素貯蔵容器内に熱交換器を配置し、この熱交換器に冷却液を供給するようにしたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８１５９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のように、水素吸蔵合金等の吸蔵材をタンク本体内に入れてガスを貯蔵する場合、ガスが吸蔵材に吸着される際に吸蔵材が発熱するが、吸蔵材自体は熱伝導性があまり良くない。このため、熱交換効率を高めるのが困難であり、発熱した吸蔵材の冷却に長時間を要することがあった。
【０００５】
本発明の目的は、タンク本体の内部に熱交換器を配置した場合に、熱交換効率の向上を図ることができるガス貯蔵タンクを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス貯蔵タンクは、ガスが貯蔵されるタンク本体と、タンク本体の内部に配置され、タンク本体内にガスを充填した時に生じる熱をタンク本体の外部に放出する熱交換器とを備え、熱交換器は、冷媒を流すための冷媒循環管と、冷媒循環管の長手方向に延在するように冷媒循環管の外面に設けられたフィンとを有することを特徴とするものである。
【０００７】
このようなガス貯蔵タンクにおいては、タンク本体内に多量のガスを充填すべく、タンク本体内に吸蔵材（吸着剤）を入れてガスを充填させることがある。この場合、吸蔵材にガスが吸着される時に吸蔵材が熱を発生させるが、吸蔵材が熱くなり過ぎると吸着能率が低下するため、熱交換器によって吸蔵材を冷却する。ここで、熱交換器のフィンは冷媒循環管の長手方向に延在するように構成されているので、例えば冷媒循環管をタンク本体内へのガスの導入方向に対して平行に配置した場合には、タンク本体内に導入されたガスは冷媒循環管の長手方向に沿って流れるようになる。このため、タンク本体の内部全体をガスが十分に流れるようになり、そのガスの流れによって吸蔵材の熱が効率良く熱交換器に伝えられるので、結果的に熱交換効率が向上する。
【０００８】
また、本発明のガス貯蔵タンクは、ガスが貯蔵されるタンク本体と、タンク本体の内部に配置され、タンク本体内にガスを充填した時に生じる熱をタンク本体の外部に放出する熱交換器と、タンク本体のガス充填口とつながるようにタンク本体の内部に配置されたガス導入管とを備え、ガス導入管には、ガス充填口から導入されたガスを放出するためのガス放出部が長手方向に対して複数設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
このようなガス貯蔵タンクにおいては、タンク本体内に多量のガスを充填すべく、タンク本体内に吸蔵材（吸着剤）を入れてガスを充填させることがある。この場合、吸蔵材にガスが吸着される時に吸蔵材が熱を発生させるが、吸蔵材が熱くなり過ぎると吸着能率が低下するため、熱交換器によって吸蔵材を冷却する。このとき、タンク本体のガス充填口からガス導入管に導入されたガスは、ガス導入管の長手方向に対して設けられた複数のガス放出部から放出される。このため、タンク本体の内部全体をガスが十分に流れるようになり、そのガスの流れによって吸蔵材の熱が効率良く熱交換器に伝えられるので、結果的に熱交換効率が向上する。
【００１０】
好ましくは、熱交換器は、冷媒を流すための冷媒循環管と、冷媒循環管の外面に設けられたフィンとを有し、フィンは、冷媒循環管の長手方向に対して複数設けられ、複数のガス放出部は、ガス導入管における各フィン間に対応する位置に設けられている。この場合には、ガス導入管の各ガス放出部から放出されたガスは熱交換器の各フィン間をスムーズに流れるため、吸蔵材の熱が熱交換器に伝わりやすくなる。
【００１１】
また、好ましくは、ガス導入管は、タンク本体の中心側に配置された主導入管と、主導入管の外側に配置されると共に主導入管と接続された複数本の分岐導入管とを有し、主導入管の各ガス放出部の位置は、分岐導入管の各ガス放出部の位置に対して主導入管の長手方向にずれている。この場合には、タンク本体内に、スムーズなガスの流れが細かく生じることになるため、吸蔵材の熱をより効率良く熱交換器に伝えることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガス貯蔵タンクの好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、本発明に係るガス貯蔵タンクの第１の実施形態を図１により説明する。図１は、本実施形態のガス貯蔵タンクを示す斜視図であり、一部に内部構造を示している。同図において、ガス貯蔵タンク１は、例えば天然ガス自動車や水素ガス自動車等に搭載され、天然ガスや水素ガス等を吸蔵して貯蔵する吸蔵式ガス貯蔵タンクである。
【００１４】
ガス貯蔵タンク１は、ガスが貯蔵されるタンク本体２を有し、このタンク本体２の一端部にはガス充填口３が設けられている。タンク本体２の内部には、ガス貯蔵量を増やすべく、ガスを吸蔵する粒体状の吸蔵材が多数入っている。この吸蔵材は、主としてガスを物理吸着する吸着材料である。吸蔵材の粒径は、例えば０．５〜３ｍｍ程度である。
【００１５】
タンク本体２の内部には、フィン付型の熱交換器４が配置されている。タンク本体２内にガスを充填させると、タンク本体２内の吸蔵材にガスが吸着され、その時に吸蔵材が熱を発生させるが、吸蔵材が熱くなると、吸蔵材がガスを吸着しにくくなり、結果としてガスの貯蔵量が減少してしまう。熱交換器４は、そのような不具合を防止すべく、タンク本体２内にガスを充填した時に生じる熱をタンク本体２の外部に放出するものである。
【００１６】
熱交換器４は、冷却水等の冷媒を流すための冷媒循環管５と、この冷媒循環管５の外周面（伝熱面）に設けられ、伝熱面積を増やすための複数枚の平板状のフィン６とを有している。
【００１７】
冷媒循環管５は、折り返し部５ａを挟んで２箇所のフィン取付部５ｂを有するＵ字状をなしている。冷媒循環管５の各フィン取付部５ｂは、タンク本体２の長手方向（軸方向）に延びている。また、冷媒循環管５は、タンク本体２におけるガス充填口３の反対側の端部から外部に導出され、冷媒供給源（図示せず）と接続されている。
【００１８】
フィン６は、冷媒循環管５のフィン取付部５ｂの長手方向に延在するようにフィン取付部５ｂの外周面に設けられている。これにより、ガス充填口３からタンク本体２内に導入されたガスは、フィン取付部５ｂの長手方向に沿って流れるようになる（図１の矢印参照）。
【００１９】
ところで、図２に示すように、冷媒循環管１０１の外周面に円板状のフィン１０２が複数設けられた一般的なフィン付型熱交換器１００を使用した場合には、タンク本体２内に導入されたガスの流れがフィン１０２で遮断されるため、ガスがタンク本体２の奥側（ガス充填口３の反対側）に流れ込みにくくなる。このため、タンク本体２の内部には、吸蔵材がガスを吸着する領域と吸蔵材がガスを吸着しない領域とが存在するので、発熱分布に大きなばらつきが生じる。また、タンク本体２内における伝熱の大部分は、熱伝導性があまり良くない吸蔵材同士の衝突によって行われることになるので、吸蔵材で発生した熱が熱交換器１００に伝わりにくくなる。以上により、熱交換効率（放熱効率）が低下し、発熱した吸蔵材の冷却に時間がかかってしまう可能性がある。
【００２０】
これに対し本実施形態では、上述したように、冷媒循環管５のフィン取付部５ｂの長手方向に沿って延在するようなフィン６をフィン取付部５ｂに設け、タンク本体２内に導入されたガスがタンク本体２の長手方向に沿って流れるようにしたので、タンク本体２の奥側にガスが流れやすくなり、ガスがタンク本体２の内部全体に十分に行き渡るようになる。このため、タンク本体２内における発熱分布のばらつきが低減される。また、タンク本体２内に発生した熱は、ガスの流れによって効率良く熱交換器４に伝えられる。これにより、熱交換効率が向上するため、発熱した吸蔵材を短時間で冷却することができる。その結果、タンク本体２内に所望量のガスを迅速に充填することが可能となる。
【００２１】
また、所望量のガスの充填をより速く行うためには、以下のようにガスを段階的に充填するのが望ましい。即ち、タンク本体２内における発熱には、吸蔵材のガス吸着により発生する吸着熱と、タンク本体２内にガスを高圧（例えば２０ｍｐｓ程度）で充填する時に発生する圧縮熱とがある。相対的に大きい熱量である吸着熱は、ガス充填初期に最も多く発生する。また、充填中のガスが流れている時の熱伝達率は、対流伝熱によって、定常時の熱伝達率に比べて数十倍程度高い。
【００２２】
そこで、最初にタンク本体２内に少量のガスを充填し、吸着熱が発生したら多量のガスをタンク本体２内に充填して、対流伝熱により積極的に外部に熱を放出させるようにする。このとき、充填開始当初のガス充填量は、例えば吸蔵材（吸着材料）の表面第１層に吸着される程度の量とする。これにより、充填開始直後に吸蔵材が必要以上に発熱することが抑えられるため、ガスの充填を効率良く行うことができる。
【００２３】
図３は、上記実施形態のガス貯蔵タンクの変形例を示す斜視図である。同図において、ガス貯蔵タンク１０は熱交換器１１を有し、この熱交換器１１は、上記の平板状のフィン６の代わりに、冷媒循環管５のフィン取付部５ｂの長手方向に延在する螺旋状のフィン１２を有している。このような螺旋状のフィン１２を設けることで、タンク本体２内にはガスの複雑な流れ（乱流）が生じるため、吸蔵材の熱が熱交換器１１に伝わりやすくなる。なお、フィンの形状としては、上記の他にスパインフィン等としても良い。
【００２４】
本発明に係るガス貯蔵タンクの第２の実施形態を図４〜図６により説明する。図中、第１の実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２５】
図４は、本実施形態のガス貯蔵タンクを示す斜視図であり、図５は、そのガス貯蔵タンクの断面図であり、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。各図において、ガス貯蔵タンク２０は、タンク本体２内に配置された２組の熱交換器２１とガス導入管２２とを有している。熱交換器２１は、上記の冷媒循環管５を有し、この冷媒循環管５のフィン取付部５ｂの外周面には、円板状のフィン２３がフィン取付部５ｂの軸方向に対して複数枚設けられている。
【００２６】
ガス導入管２２は、タンク本体２のガス充填口３とつながるようにタンク本体２の径方向中心部に配置されている。ガス導入管２２は冷媒循環管５のフィン取付部５ｂに対して平行に延びていると共に、ガス導入管２２の先端は終端されている。また、ガス導入管２２には、タンク本体２内におけるガス導入管２２の外部にガスを放出するためのガス放出部２４が長手方向（軸方向）に対して複数設けられている。各ガス放出部２４は、タンク本体２内に収容されている吸蔵材の粒径よりも小さいフィルタ構造をなしている。これにより、ガス導入管２２内に吸蔵材が入り込むことは無い。また、ガス放出部２４は、ガス導入管２２における熱交換器２１の各フィン２３間に対応する位置に設けられている。
【００２７】
このようなガス貯蔵タンク２０において、タンク本体２内にガスを充填する場合は、ガス充填口３からガス導入管２２内にガスを導入する。すると、ガス導入管２２内を流れるガスは、各ガス放出部２４からガス導入管２２の外部に放出される。このガスは、熱交換器２１の各フィン２３間をタンク本体２の内壁面に向かってスムーズに流れ、タンク本体２の径方向に対流するようになる。
【００２８】
従って、一般的なフィン付型熱交換器のようにフィン２３の形状を円板状とした場合でも、タンク本体２の内部全体にガスが十分に行き渡るようになる。これにより、第１の実施形態と同様に、タンク本体２内に発生した熱は、ガスの流れによって効率良く熱交換器２１に伝えられるため、熱交換効率が向上する。
【００２９】
本発明に係るガス貯蔵タンクの第３の実施形態を図７及び図８により説明する。図中、第１及び第２の実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
図７は、本実施形態のガス貯蔵タンクを示す断面図であり、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。各図において、ガス貯蔵タンク３０は、上記のガス導入管（主ガス導入管という）２２と、この主ガス導入管２２の外側に配置されると共に主ガス導入管２２と接続された複数本の分岐ガス導入管３１とを有している。各分岐ガス導入管３１の先端は、主ガス導入管２２と同様に終端されている。
【００３１】
また、各分岐ガス導入管３１における主ガス導入管２２と対向する部位には、ガスを放出するためのガス放出部３２が長手方向（軸方向）に沿って複数設けられている。各ガス放出部３２は、主ガス導入管２２のガス放出部２４と同様にフィルタ構造をなしている。また、ガス放出部３２は、分岐ガス導入管３１における熱交換器２１の各フィン２３間に対応する位置において、主ガス導入管２２の各ガス放出部２４の位置に対して分岐ガス導入管３１の軸方向にずれるように設けられている。
【００３２】
このように主ガス導入管２２及び分岐ガス導入管３１を設けることにより、タンク本体２内にガスを充填させたときに、タンク本体２内にはガスの乱流が細かく生じるようになる。また、主ガス導入管２２の各ガス放出部２４の位置に対して分岐ガス導入管３１のガス放出部３２の位置をずらすことで、主ガス導入管２２の各ガス放出部２４から出たガスと分岐ガス導入管３１の各ガス放出部３２から出たガスとの衝突が軽減されるため、ガスがタンク本体２内を効率良く流れる。以上により、タンク本体２の内部全体の隅々にまでガスを十分に流すことが可能となる。
【００３３】
また、図示はしないが、主ガス導入管２２及び各分岐ガス導入管３１にそれぞれ開閉弁を接続し、これらのガス導入管内のガスの流れを独立に制御可能にすることが望ましい。この場合には、例えば各ガス導入管毎に順番にガスを流すことで、タンク本体２内におけるガスの流れをきめ細かに制御することが可能となる。
【００３４】
本発明に係るガス貯蔵タンクの第４の実施形態を図９により説明する。図中、第２の実施形態と同一または同等の部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３５】
図９において、本実施形態のガス貯蔵タンク４０は、第２の実施形態におけるガス導入管２２の代わりに、ガス導入管４１を有している。ガス導入管４１の先端は、開放されている。また、ガス導入管４１には、その径をガス流れ方向に向けて連続的に小さくした絞り部４２が軸方向に対して複数設けられている。
【００３６】
このようなガス貯蔵タンク４０において、タンク本体２のガス充填口３からガス導入管４１内にガスが導入されると、そのガスがガス導入管４１の先端から放出され、タンク本体２の軸方向に対流する。このとき、タンク本体２内の吸蔵材により温められたガスの一部が、絞り部４２のベンチュリー効果によって絞り部４２からガス導入管４１内に入り込む。そして、そのガスとガス充填口３から導入されたガスとを攪拌させるようなガスの流れがタンク本体２内に形成される。これにより、上述した実施形態と同様に、ガスがタンク本体２の内部全体に十分に行き渡り、外部への放熱が促進される。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態において、ガスを段階的に充填する方法について述べたが、この充填方法は、他の実施形態にも適用できることは言うまでもない。また、例えば第２の実施形態においてガス導入管２２を設けない構成としたガス貯蔵タンクについて、上記の段階的なガス充填方法を採用した場合であっても、熱交換効率の向上という効果が得られる。
【００３８】
また、上記実施形態は吸蔵式のガス貯蔵タンクについてであるが、本発明は、タンク本体内に熱交換器が配置されたガス貯蔵タンクであれば適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、熱交換器の一部を構成するフィンを冷媒循環管の長手方向に延在するように冷媒循環管の外面に設けたので、ガスをタンク本体の内部全体に十分に流すことができ、これにより熱交換効率の向上を図ることが可能となる。
【００４０】
また、本発明によれば、タンク本体の内部にタンク本体のガス充填口とつながるようにガス導入管を配置し、このガス導入管に、ガス充填口から導入されたガスを放出するためのガス放出部を長手方向に沿って複数設けたので、ガスをタンク本体の内部全体に十分に流すことができ、これにより熱交換効率の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス貯蔵タンクの第１の実施形態を示す斜視図であり、一部に内部構造を示したものである。
【図２】従来一般のフィン付型の熱交換器を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るガス貯蔵タンクの第１の実施形態の変形例を示す斜視図であり、一部に内部構造を示したものである。
【図４】本発明に係るガス貯蔵タンクの第２の実施形態を示す斜視図であり、一部に内部構造を示したものである。
【図５】図４に示すガス貯蔵タンクの断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明に係るガス貯蔵タンクの第３の実施形態を示す断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】本発明に係るガス貯蔵タンクの第４の実施形態を示す断面図である
【符号の説明】
１…ガス貯蔵タンク、２…タンク本体、３…ガス充填口、４…熱交換器、５…冷媒循環管、６…フィン、１０…ガス貯蔵タンク、１１…熱交換器、１２…フィン、２０…ガス貯蔵タンク、２１…熱交換器、２２…ガス導入管（主ガス導入管）、２３…フィン、２４…ガス放出部、３０…ガス貯蔵タンク、３１…分岐ガス導入管、３２…ガス放出部。
【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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【図８】
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【図９】
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