(57)【要約】【課題】車両の高圧燃料貯蔵タンク。【解決手段】車両の構造台(11)が車両に加圧流体を貯蔵するための２つのタンク（T1）および(T2)を有する。各タンクはオリフィス(3)を介して互いに連通したセル(2)からなる少なくとも1つのセル網を有する。オリフィス（3）は車両の使用に必要な流体の消費による流体の流れが車両の使用に影響を与えない程度の圧力降下を生じ且つ一つまたは複数のセルが破損したときに漏れる流れの流量を制限するのに必要な圧力降下が生じるような寸法をしている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に加圧流体を貯蔵するためのタンク（T1）を形成するための自動車用構造台(10)であって、上記タンクは連通部を介して互いに連通したセル(2)の少なくとも1つのセル網を有し、上記連通部は車両の使用に必要な消費時の流体の流れでは車両の使用に影響を与えない程度の圧力降下しか生じさせず、且つ、一つまたは複数のセルが破損したときに漏れる流れによって高い圧力降下が生じてその流量を制限するようになっていることを特徴とする構造台。
【請求項２】
上記連通部を介して相互に連通した少なくとも100個、10万個以下のセル(2)からなる少なくとも1つのセル網を有する請求項１に記載の構造台。
【請求項３】
各連通部がオリフィス(3)によって形成される請求項１または２に記載の構造台。
【請求項４】
各セルがほぼ円筒形の中心壁部とキャップ状各端部とを有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の構造台。
【請求項５】
直列に連通したセル網を複数有し、これらのセル網が互いに並列に接続されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の構造台。
【請求項６】
特定のオリフィスを介して隣接していない複数のセルに同時に燃料を供給する装置を有し、この装置が充填後に密封する弁を備えている請求項１〜５のいずれか一項に記載の構造台。
【請求項７】
互いに異なる流体を貯蔵するための第２の独立したタンクが一体に組み込まれている請求項１〜６のいずれか一項に記載の構造台。
【請求項８】
第２のタンク（T2）が連通部を介して互いに連通したセルからなる少なくとも1つのセル網を有し、この連通部が車両の使用に必要な流体の消費による流体の流れによって車両の使用に影響を与えない程度の圧力降下を生じさせ、且つ、一つまたは複数のセルが破損したときに漏れる流れによって流量を制限するのに必要な高い圧力降下が生じるようになっている請求項７に記載の構造台。
【請求項９】
セルの数と同じ数の凹部(21)を有する基部(20)を有し、この基部は第1の面(22)とこの第1の面にほぼ平行な反対側の面(23)とを有する平らな形をしており、各凹部は第1の面から反対側の面へ延び、第1の面で開口し、反対側の面は開口しておらず、各凹部はカバー(27)によって密閉されてセルを形成し、各オリフィスは凹部を互いに連通するように基部に形成される請求項７または８に記載の構造台。
【請求項１０】
各凹部が第1の面(22)と第1の面と反対側の面の間の中間位置(25)との間に延びた略円筒形の第1部分(24)と、この第1部分から延びた第２部分(240)とを有し、この第２部分はキャップを形成する壁(26)を有する請求項９に記載の構造台。
【請求項１１】
各カバー(27)が略円筒形の壁の筒(28)を有し、筒の外径は各凹部の第1部分の内径に等しいか、それ以下であり、各カバー(27)は底(29)を有し、全てのカバーは凹部に挿入され、接着結合されている請求項９に記載の構造台。
【請求項１２】
各カバー(27B)が凹部(21B)にシール(274B)を内挿した状態でネジ止めされている請求項９に記載の構造台。
【請求項１３】
タンク（T1）とタンク（T2）との間にセルが存在しない隔離領域が残されている請求項８〜１２のいずれか一項に記載の構造台。
【請求項１４】
タンク（T1）とタンク（T2）との間に、隣接するタンク内のセルと連通していないセル(51)を有する隔離領域(5)が残されている請求項８〜１２のいずれか一項に記載の構造台。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の構造台(10)を備え、車両の各種部品が取り付けられる支持構造体の少なくとも一部が床を形成する車両。
【請求項１６】
燃料電池を有し、構造台に組み込まれたタンクが気体水素を貯蔵する請求項１５に記載の車両。
【請求項１７】
燃料電池(13)と、２つのタンク（T1およびT2）が構造台に組み込まれ、一方のタンクが気体水素を貯蔵し、他方のタンクが気体酸素を貯蔵する請求項１６に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを備えた道路通行車両のガス貯蔵タンクに関するものであり、特に燃料電池を備えた車両に気体水素および／または気体酸素を貯蔵するためのタンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両にガスを貯蔵する際の問題の1つは事故が起きた時、タンクが損傷した時および／または圧力が過度に上昇した時に爆発する危険である。液化石油ガス車両の場合には多量の圧縮ガスの圧力が急に解除されて爆発が起る危険を回避する必要があるため、ガスを徐々に漏出させる吐出弁が既に提案されている。しかし、この解決方法は加熱時に生じる圧力上昇の場合には有効であるが、タンク自体が破損した場合には役立たない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、車両での高圧流体の貯蔵に関する問題に対して一般的に適用できる実用的な解決方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、車両の高圧流体の貯蔵タンクが車両の構造台の一部であり、この貯蔵タンクは連通部を介して互いに連通した多数のセルからなる少なくとも1つのセル網を有し、連通部の寸法は車両の使用に必要な流体の消費によって生じる液体の流れが車両の使用に影響を与えない程度の圧力降下を示すが、一つまたは複数のセルが破損したときには漏れる流れによって生じる圧力降下がその流量を制限するように選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
構造台は車両の動作支持構造体を構成する。そうすることによって機械強度という目的と、加圧流体の貯蔵で通常使用されるボンベに比べて安全性がはるかに向上した、安全な貯蔵目的とを調和させることができる。また、これによって十分な全容量を有する十分な剛性を有する台にすることができる。ガスは連通部を介してセル間で循環させることができるが、制限された流量で流れる。それによって車両の通常の運転に必要なガスの循環には影響がでない。これは、車両の通常の運転に必要なセル間の流路の流れが小さく、通常の動作と十分共存できる程度の極めて小さな圧力降下しか生じないためである。以下で詳細に説明する本発明の実施例では、各連通部はオリフィスで形成されている。オリフィスの寸法は上述の機能を果たすように当然小さくするが、セル間の壁の少なくとも一部を多孔質材料にするなどの他の解決策も考えることができる。
【０００６】
事故発生時に一つまたは複数のセルに穴があいた場合には、セル中に収容された一定量のガスのみが急速に大気中に漏出するが、他の全てのセル中に収容されたガスは漏出はするが、各セル間の圧力降下によってその漏出流量は大きく低下する。このようにしてタンク破損時に多量のガスが急激に放出される事態を避けることができる。
【０００７】
セルの機能に必要な水素貯蔵燃料電池車両では、本発明を水素タンクおよび酸素タンクの両方に適用することができる。セルの動作に必要な酸素を周囲空気を圧縮して供給する場合などでは、当然、水素タンクのみに適用することができる。
【０００８】
本発明の有利な実施例では、車両の重量を制限するために構造台を床にし、この床に車両の各種部品を取り付ける。本発明のこの特定構成では流体を高圧で貯蔵する必要がある任意の車両、例えば液化石油ガスで動作する熱エンジン車両などに適用することができる。以下、燃料電池車両によって本発明を説明するが、本発明がこの特定の例に限定されるものではない。
【実施例】
【０００９】
［図1］に示す乗用車1の支持台は全体の機械的強度を得るために一体化された床10と車体11とからなる。車輪12および燃料電池13を含めた車両の全ての機械部品、ドアおよびアクセサリはこの支持台に取り付けられている。この床11は車両の支持構造体の一部を成すとともに、高圧ガスを貯蔵するための少なくとも1つのタンクを車両に組み込むように設計されている。高圧ガスとは高圧貯蔵される任意のガス、例えば液化石油ガス、圧縮天然ガス、圧縮水素または圧縮酸素である。
【００１０】
各タンクは互いに連通した多数の小容量のセル２を有している。各セル２は［図２］〜［図４］に示すオリフィス３を介して互いに連通している。タンクは互いに連通した少なくとも100個、少なくとも1000個のセル２を有するのが好ましい。互いに連通した10万のセル２を工業的規模で生産するが考えられる。
【００１１】
事故の衝撃等によって一つまたは複数のセル２が破壊された場合には、壊れたセルの圧力は大気圧まで直ちに上昇するが、破損したセルに隣接したセルの壁の強度おおかげで破損した一つまたは複数のセルの破壊がカスケード全体の破断を引き起こすことはなく、隣接した破損していない無傷のセル中の流体はセル中に留まる。この流体の圧力は徐々に低下するが、無傷のセルから破損したセルへ漏れる流れは上記オリフィス３の存在によって大きく制限される。オリフィス３を通るガスの流速はオリフィス両側の圧力の比に関係し、音速に制限され、この圧力比が上昇しても速度は増加しないということは知られている。
【００１２】
寸法の選択が重要であることを説明する。各セル２の全ての壁はそれだけで流体の貯蔵圧力に耐えることができなければならない。これは、セル網内に破壊が生じたときにそれに隣接するセルの壁が内圧の作用で変形してはならないということではない。すなわち、弾性限界を超えても許容されるが、破断限界を超えることは許されない。
【００１３】
破損時にタンクが完全に空になることは避けられないが、一つまたは複数のセルが破壊されたときに、数キログラムオーダの重量で貯蔵されていた水素がタンクから完全に抜けるまでの時間を数分に延ばすことはでき、従って、爆発を避けることができる。
上記の設計では、所定重質量のガスを所定圧力で貯蔵するのに必要な全容量を増加させる場合、それに比例してタンクの重量が増えることはない。従って、タンクを車両の構造体の一部にすることができ、車両の全重量を軽くする上で有利である。
【００１４】
図示した床10は水素気体を貯蔵するための互いに連通したセル２からなるタンクT1と一体化されている。本発明の燃料電池車両は水素だけでなく、酸素を圧縮ガスの形で貯蔵するのに使用できるが、この場合には車両台から独立したタンク、例えば従来のボンベ形タンクに酸素気体を貯蔵するのが好ましい。
【００１５】
複数のタンク、例えば２種類の互いに異なるガスを貯蔵するために２つの独立したタンク（各タンクは本発明の特徴を有する）を車両の床10と一体化させることがきる。支持台を形成する床の材料（難燃材料）を適切に選択し且つ後で説明する他の防止策をとることによって水素と酸素の両方を貯蔵することもできる。
［図６］は水素を貯蔵するタンクT1を形成する床10の第1領域を示している。この床10の第２領域は互いに連通したセル２から成る第２のタンクT2を形成している。この連通セル２は当然タンクT1のセル２とは連通していない。タンクT2には酸素を貯蔵することができる。
【００１６】
タンクT1とタンクT2との間には、実質的にセルがない領域を所定の巾に設けるか、互いに連通していない塞さがったセルの領域を設けるか、天然のガスを充填した領域を例えば基部の全厚さとほぼ同じだけ設けて爆発性の水素と酸素の混合物が形成される危険をなくすのが好ましい。［図1］の概念図の変形例では、床の片側の全長に一つのタンク、例えば酸素タンクを設け、床の反対側の全長に別のタンク、例えば水素タンクを設けることができる。これらの２つのタンクはセルのない隔離領域５を介して隔離する。この隔離領域５は幅を十分に大きくするか、互いに隣接したタンク内のセル群と連通していないセル51にする。このセル51は大気と連通させるか、加圧下（場合によってはタンクT1およびT2内の流体の圧力より高い圧力）の天然のガスで充填することができる。そうすることによって衝撃時に酸素と水素との混合物が形成される危険を大幅に制限することができる。床は車軸間の長さを超えないのが好ましく、車両の前後さらには横方向が変形衝撃吸収領域で保護されているのが好ましい。
【００１７】
セルの強度を高めるためにセルの形状は加圧ガス貯蔵ボンベで一般に採用される形に近づけるのが有利である。例えば、各セルは壁がほぼ円筒形の中心部と、それに勘合する球形壁を形成する両端部とを有するのが有利である。
【００１８】
上記タンクの製造方法を［図３］および［図４］を参照して説明する。
床はブロックから製造される。このブロックは床の最終形状（特徴）に対応した形および容量のブロックで、水素タンクのみを組み込む床の場合にはアルミニウムのブロックが好ましい。このブロックは第1の面22とこの第1の面とほぼ平行な反対面23とを有するフラットな形をしている。このブロックに例えば切削加工によってセルと同じ数の凹部21を有する基部20を形成する。各凹部21は第1の面22から反対側の面23まで延び、第1の面22で開口し、反対側の面23では開口していない。各凹部21はほぼ円筒形の第1部分24を有し、この第1部分24は第1の面22と第1の面22とは反対側の面23との間の中間位置25との間に延びている。各凹部21は上記第1部分24から延びた第2部分240を有し、この第2部分はドームを形成する壁26からなる。この部分26の詳細な形状は加圧容器の専門家には周知である。オリフィス３はこの第2部分26に形成される。
【００１９】
［図２］はカバー27を示す。このカバー27は凹部と同じ数だけある。各カバー27はほぼ円筒形の壁を有する筒28を有する。この筒28の外側表面にはリブ280が形成されている。筒28の外径は上記凹部21の第1部分24の内径に等しいか、それ以下である。各カバー27の底29はキャップを形成する内壁からなる。全てのカバー27を上記凹部21中に挿入し、表面を接着結合させる。リブ280は接着剤が擦り落されるのを防いで、少量の接着剤281が蓄積する役目をする（［図４］参照）。これによって凹部21は密閉され、セル２が形成される。図ではリブ280がカバー上に示されているが、上記凹部21の第1部分24の壁に形成することもできる。後者の場合には高い内圧の作用で壁を変形させてカバーを固定することができる。
【００２０】
［図３］は各セル２が互いに隣接するセルと全て連通していることを示しているが、このように連通することが必須ではない。図示した連通状態からセルを直列に接続する単一の連通まで任意の連通状態にすることができる。
［図４］はオリフィス３を介して互いに連通したセルの詳細を示す床10の部分断面図である。
基部20の製造方法として切削加工を挙げたが、基部または少なくともその素材を鋳造、特にロストワックス法で製造することもできる。
【００２１】
［図５］に示す変形例では凹部21Bにネジ止めしたカバー27Bを用いている。この場合には、凹部21Bの第1部分の壁にネジ部28Bを形成し、このネジ部28Bを越えた先方の壁に角度αの截頭台形表面29Bを形成する。一方、カバー27Bはヘッド270B、ネジ付リム271Bおよびスカート272Bを有する。このスカート272Bの外側表面も上記と同じ角度αの截頭台形である。このスカート272Bはシール274Bを受ける溝273Bを有する。ヘッド270Bとスカート272Bとの間ではカバー27Bの壁が薄くなっていて、スカートが截頭台形表面29Bに押圧されればされるほどセル２の内側４の圧力が高くなるようになっている。これによってシールが押し出されるという問題が避けられる。基部とカバーとを密封状態で確実に固定するためにネジ部内に接着剤を使用することも可能である。
【００２２】
本発明のタンクの充填速度は事故時にタンクが空になる速度とほぼ同じである。他の条件が全て同じ場合、図示した連結方法を選択することによって充填速度を短くすることができる。空になる時間を短くしないでタンクをより迅速に充填したい場合には特定のオリフィス群を介して互いに隣接していない複数のセル群に同時に燃料を供給する装置を用いることができる。この装置は充填後に密封する弁を備えている。
【００２３】
変形例としてさらに、セルを隣接するセルと互いに連通させないこともできる例が挙げられる。そのタンクは単に直列に連通したセル網か、直列に連通したセル網を複数並列に接続されたセル網にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】乗用車を示す図。
【図２】図１に示した車両の床の製造段階を示す図。
【図３】図３の線IV-IVによる断面図。
【図４】図１の矢印Aで示した部分の拡大図。
【図５】変形例を示す図。
【図６】本発明の床の別の変形例を示す平面図。
【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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【外国語明細書】
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【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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