(57)【要約】高圧ガス貯蔵タンク内において熱交換するための装置であって、熱吸収剤ガス媒体がタンクの内部を循環し、自動車の動作モードに応じて、車載タンクに格納されたガスの圧縮及び膨張によって生じる熱を吸収又は放射し、ガス媒体は、タンクの外部にある熱交換ユニットを通して循環し、それにより、熱はタンクの外部環境に放射され又は外部環境から吸収され、タンクの内部に据え付けられたその場熱交換装置は、タンクの外部にあるユニットを通した熱交換の結果として、タンク内に格納されたガスから熱を吸収し又は熱を放射する。
2010523913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガス貯蔵タンクのための熱交換システムであって、燃料ガスと、タンクの内部にあるその場熱交換装置と、タンクの外部にある熱交換装置と、燃料ガスを流すための複数の回路と、燃料ガスの流れと、タンク及び熱交換装置を通る燃料ガスの流れの方向とを調整する、燃料ガス流れ回路のための循環制御システムとを備え、
タンクの内部を循環する燃料ガスは、自動車の動作のモードに応じて、第１の回路においては熱を吸収し、第２の回路においては熱を放射し、
燃料ガスのための循環制御システムは、燃料ガスを流す回路を調整し、タンクに対する燃料ガスの流れの流れ及び方向と、その場熱交換装置と、タンクの外部にある熱交換装置とを調整し、それにより、自動車の動作モードに応じて、その場熱交換装置に捕らえられた熱は、タンクの外部環境に放射され、燃料ガスを冷却し、又は、タンクの外部にある熱交換装置に捕らえられた熱は、燃料ガスを暖めるために、その場熱交換装置の中に放射される、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
タンク補給の結果として燃料ガスの圧縮によって生じる熱は、タンクの外部にある熱交換装置に排出され、燃料ガスが消費するときの、車載タンク内に格納された燃料ガスの膨張によって生じる熱損失は、タンクの外部にある熱交換装置によって吸収された熱が移送され、タンクの内部にあるその場熱交換装置に運ばれることによって補償されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
自動車の動作モードは、補給中であり、燃料ガスから熱が吸収され、外部環境に放射されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
自動車の動作モードは、運転中であり、外部環境から熱が吸収され、タンク内の燃料ガスに放射されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項５】
燃料ガスを流すための導管システム回路に相互結合されたポンプを具備し、導管は、補給貯蔵所からタンクへの相互結合につながり、及びタンクの外部にある熱交換装置へ及びからつながっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項６】
タンクの外部にある熱交換装置の入口は、タンクからの出口からの燃料ガスを流すための導管システム回路に配置され、ポンプは、ベンチュリポンプであって、タンクの外部にある熱交換装置の出口と、タンク内部への燃料ガス流路との間に配置された吸引入口を有し、補給貯蔵所からの燃料ガスと自動車タンクの内部との間の圧力差が、ベンチュリポンプを駆動することを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
タンクの内部に据え付けられたその場熱交換装置は、タンクから外部ラジエターへの燃料ガスの流れのための導管システム回路に相互結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項８】
その場熱交換装置を介してタンク内のガスと熱を出入りして伝達するヒートパイプを具備し、ヒートパイプは、タンクの外部にある熱交換装置と相互結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項９】
タンクの外部にある熱交換装置は、ラジエター、ヒートシンク、及び、自動車の冷媒媒体システムのうち、少なくとも１つから選択されていることを特徴とする請求項１又は２又は６に記載のシステム。
【請求項１０】
タンクの外部にある熱交換装置は、補助送風器システムと熱的に相互結合されていることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
タンクの外部にある熱交換装置は、ラジエター又は、自動車の動力プラントの熱システム又は自動車の加熱及び冷却サブシステムの１つに熱的に相互結合された、自動車フレーム要素を通過する燃料ガスが流れるための燃料ガス流れ回路導管システムに相互結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項１２】
タンクの外部にある熱交換装置は、１）自動車のフレーム組立体に熱排出する要素の構成と、２）熱排出要素の近くの自動車のフレーム組立体の内部にある流体循環ループと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のタンクに導入される水素ガス及び圧縮天然ガスなど、燃料タンクに格納された高圧ガスを冷却及び加熱するシステムに関する。車載の高圧タンクの冷却は、ベンチュリポンプ又は機械的ポンプを使用した直接的なガス排出によって行われ、再充填ガスを循環させ、タンクの内部の熱を吸収し、タンクの外部環境と熱交換する。本発明は、タンクの内部のその場(インサイチュー)熱交換装置との、循環するガスの熱交換を補い、自動車の動作モードに応じて、ガスに対して熱を吸収及び放射する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンの駆動に、水素又は圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を使用する自動車においては、現在の慣習では、燃料は、車載タンクに格納され、水素に対して約３４，４７５キロパスカル（５，０００ピーエスアイ(ｐｓｉ））、ＣＮＧに対して２４，８２２キロパスカル（３，６００ピーエスアイ(ｐｓｉ)）の範囲の最大圧力に維持される。より高い圧力の範囲、約６８，９５０キロパスカル（１０，０００ピーエスアイ（ｐｓｉ））以上は、（燃料電池及び内燃機関のための）水素の使用、及び（内燃機関のための）ＣＮＧの使用がより有力になったときに予想される。本発明者は、タンク内の高圧ガスと自動車のタンクの環境との間の熱エネルギーの差を管理する、インシトゥー技術を開発した。本発明者による発明では、熱交換装置がタンクの内部に固定され、インシトゥー装置として、熱を吸収及び放射し、外部熱交換器と機能的に相互結合され、集合的に、熱を放射及び吸収し、タンクの内部の高圧ガスの再充填及び排出の順序において使用される。本願明細書において、高圧水素及び高圧ＣＮＧは、いずれも、“ガス”又は“高圧ガス”と称される。水素及びＣＮＧはいずれも高圧ガスであって、これらは、必要的ではないが、代表的には自動車の用途において、本発明において有用である。
【０００３】
水素駆動自動車に搭載される燃料タンクは、水素で充填され、タンク内の加圧搭載ガスは、複数の形態のエネルギーを有するものとして特徴付けられ、１）水素燃料自体に関連した化学的エネルギー（自動車の駆動で消費される）、及び、２）熱力学エネルギー、すなわち、高圧ガス補給貯蔵所での燃料の源からタンクに高圧補給される物理学に関連した、機械的、熱的、及び内部エネルギーとがある。タンクから燃料が消費されると、たとえ遅い流量であっても、格納されたエネルギーを放出し、自動車の運転中に、消費されたガスを熱的に冷却する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、タンクの加熱を最小化し、水素駆動の自動車における車載の燃料貯蔵タンクの効率及び補給容量を増加させる。高圧ガスタンクの加熱が減少すると、高圧ガス駆動自動車における車載の燃料貯蔵タンクの効率及び補給容量は増加する。本発明の目的は、高圧補給中における車載タンクの補給による圧縮熱を除去できるシステムを提供することである。二次的ガス冷却予備処理、及び／又は、圧力過充填の必要性は減少し、及び、迅速な補給時間、補給効率の向上、及び、全体的な自動車の航続距離の延長がもたらされる。単位体積あたりの改良されたタンク容量は、特に、公称再充填圧力が、水素に対しては約６８，９５０キロパスカル（１０，０００ピーエスアイ（ｐｓｉ））以上、ＣＮＧに対して２４，８２２キロパスカル（３，６００ピーエスアイ(ｐｓｉ)）の範囲にあるとき、再充填中に達成される。システムは、逆に動作することもでき、寒冷気候において使用するためにガスを暖め、及び運転中にタンクが消費したときのガス冷却を補償する。自動車の航続距離は、それにより、増加する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明においては、補給工程中に、タンクの内部から高温ガスを吸い出して、ガスが冷却される熱交換器に高温ガスを導入する回路に、ベンチュリ（又はエジェクタ）ポンプシステムで補給ガスを導入することで、燃料タンクの加熱を効果的に減少できる。冷却されたガスと補給されたガスとは、エジェクタ内にて混合され、両方のガス流れは、自動車の貯蔵タンクの中に導かれる。変形例としては、機械的な循環システムが、補給に関連した余分な熱を、吸収及び排出する回路にガスの流れを移動させてもよい。
【０００６】
本発明は、車載された冷却と、車載冷却機器のコスト及び重量の減少とを提供する。冷却容量は改善され、連続的な冷却が提供される。熱交換の効率は、１００％に近い。内部熱交換器が存在するとき、熱交換器におけるガス温度は、完全にはタンクのガス温度とは等しくならず、従って、内部熱交換器の効率を１００％より低く低下させる。本願に開示されるガスエジェクタシステムにおいては、ガス流れは、冷却回路のその場(インサイチュー)装置又はベンチュリポンプを通り、外部熱ラジエター又はエアコンなどの自動車のサブ冷却システムに相互結合され、それにより、タンク内の熱を集めて、吸収した熱を放射して、大気雰囲気へ又はその他の使用、放射、吸収、又は高圧補給で集めた熱の廃棄に適した系に放射する。
【０００７】
本発明は、図面から見た、好ましい実施形態の以下の説明において、より完全に説明される。特定の図面の文脈から明白なように、図面は、一般的に断面図において示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】燃料貯蔵タンクの片端に固定されたエジェクタポンプを使用した、冷却システムの例を示した代表的な模式図であって、ガス流れは外部ラジエターに相互結合されている。
【図１Ｂ】図１Ａの冷却システムの制御に利用される、埋設バルブシステムを示している。
【図２Ａ】本発明の実施形態であって、ガス流れを導くためにエジェクタポンプを利用し、再充填貯蔵所からのガス流れのための回路に相互結合され、（１）その場(インサイチュー)装置と、（２）第１の外部熱交換装置と、（３）第２の外部熱交換装置とを通して、ガス流れをタンクに戻している。
【図２Ｂ】本発明の実施形態であって、図２Ａとは別な方法で、ガス駆動エジェクタポンプに代えて、駆動ポンプを利用している。
【図３Ａ】本発明によるシステムであって、ガス流れ回路に利用される外部熱交換装置は、同一の装置に統合され、メイン又はサブの自動車冷却システムを循環するガスによって吸収された熱を排出するために、熱的に相互結合されている。
【図３Ｂ】自動車のサブシステム冷却装置又は自動車のメイン動力プラント冷却システムに結合された、ガス冷却回路ループの相互結合について、さらに詳細に示している。
【図３Ｃ】図３Ｂに示したシステムと併用される、制御及び監視システムを示している。
【図３Ｄ】図３Ａの構成における、二次的ポンプシステムの例を示している。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の実施形態を示していて、エジェクタポンプの循環装置と、その場(インサイチュー)及び第１の及び第２の外部の熱交換装置とを利用し、特に、動作状態中におけるガス流れ回路におけるタンクバルブの構成であって、タンクが再充填されるときをそれぞれ示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の実施形態を示していて、エジェクタポンプの循環装置と、その場(インサイチュー)及び第１の及び第２の外部の熱交換装置とを利用し、特に、動作状態中におけるガス流れ回路におけるタンクバルブの構成であって、自動車の操作中をそれぞれ示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは本発明の実施形態を示していて、エジェクタポンプの循環装置と、その場(インサイチュー)及び第１の及び第２の外部の熱交換装置とを利用し、特に、動作状態中におけるガス流れ回路におけるタンクバルブの構成であって、自動車が駐車中のときを示している。
【図５Ａ】図５Ａは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図５Ｃ】図５Ｃは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図５Ｄ】図５Ｄは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図５Ｅ】図５Ｅは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図５Ｆ】図５Ｆは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図５Ｇ】図５Ｇは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図５Ｈ】図５Ｈは、自動車サブフレーム冷却システムの、熱交換相互結合、及びフレーム及びサブフレームの冷却及び加熱構造の組立体の例を示している。
【図６Ａ】自動車の熱管理システムに相互結合された、タンクとガス循環装置とによって形成された、ＨＥＸ（熱交換）ループを示したチャートである。
【図６Ｂ】自動車の構成要素の圧力及び温度測定装置であって、自動車の制御システムと相互結合され、図６Ａの組立体におけるポンプ及びバルブを調整する。
【図７Ａ】図７Ａは、ガスを暖める用途に利用されるシステムを示している。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの加熱システムの流体流れの相互結合を示している。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａ及び図７Ｂの流れ回路と相互結合される制御システムを示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、高圧ガス貯蔵タンクにおいて熱交換するための装置に関し、熱吸収ガス媒体がタンクの内部を循環し、自動車の動作モードに応じて、車載タンク内に格納されたガスの圧縮及び膨張から生じる熱を吸収し又は放射し、ガス媒体は、タンクの外部にある熱交換ユニットを通して循環し、それにより、熱は、タンクの外部環境に放射され又は外部環境から吸収され、タンクの内部に据え付けられたその場(インサイチューないしインシチュー)熱交換装置は、タンクの外部にあるユニットを介する熱交換の結果、タンク内に格納されたガスから又はガスに、熱を吸収又は放射する。
【００１０】
図１Ａを参照すると、例示的な冷却システムは、エジェクタポンプを使用しており、これを片方の端部キャップ又はポート組立体１１に固定させ、内部ガス貯蔵体積１２を有する燃料貯蔵タンク１０における合致する要素１１ａ及び１１ｂから構成されている。エジェクタポンプ３は、端部ポートキャップ組立体に配置され、再充填貯蔵所のレセプタクル１から、システムの内部にガス流れ回路１００を提供している。燃料貯蔵所のレセプタクル１は、再充填中に、自動車のタンクにガス流れを入れる制御に相互結合され、システムがすべての別の時に、別の具合に閉じられるのを保証する。自動車におけるマスターガス流れ導管システムは、符号１００にて示すように、補給入口からエジェクタポンプを通り、熱交換器を通り、タンクに至る。再充填では、図中矢印「→」で示された、再充填貯蔵所からのガス流れが、入口４を通して、タンク体積１２に入る。ガスは、エジェクタポンプ３の中に導入され、タンクガス流れ出口５を通して、タンクの内部から導入された、高温ガスを吸い出す。エジェクタポンプ３は、入口３ａからガス流れを提供するように構成され、これにより、ジェットのど部３ｄは、入口３ａにつながった、ノズル３ｃに続く。ポンプの拡散器３ｅは、ポンプからガスを導入し、タンク内のガス流れ導管４を通してタンクの内部に導くように配置されている。ポンプへのガス流れの吸引入口は、符号３ｂにて示している。ガス流れは、相補的な外部ラジエター又は熱交換器７の入口６に相互結合され、出口８を通過し、エジェクタポンプに戻り、タンクの入口を通してタンクの内部１２に流入する。自動車の動作中に、動力プラントへガス流れを導くためのガス出口は、バルブＶ１及び圧力調整装置ＰＲ１にて示される。熱交換器からの熱の排出は、図中矢印「→」によって示される。高圧再充填による圧縮熱は、それにより、ガス自体によって吸収され、ループ１００の内部を循環し、冷却／補給回路から外部環境へ放射され、最適に近いタンクの再充填が達成され、遅い充填、予備冷却、又は圧力過充填の有無に左右されない。
【００１１】
図１Ｂにおいて、実施形態の端部キャップに埋設された、バルブ及び調整装置は、ＥＶ１及びＥＶ２として示されている。ＥＶ１は、さらに詳しく示され、チェックバルブ（又は一方弁）として、タンクのガス流れ開口部ＧＦ１に通じている。組立体ＥＶ２は、２方向切替バルブＶ２２と、圧力調整装置ＰＲ３０とを具備し、ガス流れ開口部ＧＦ２、ＧＦ３、及びＧＦ４に通じている。熱交換器７は、ガス流れ回路内に示され、ＧＦ４を通して、タンクからガスを受けて、開口部ＧＦ５を通して、冷却されたガスを、エジェクタポンプに導入する。
【００１２】
図２Ａにおいて、ポート組立体は、タンクのそれぞれの反対側の端部に適合された構成を有し、再充填貯蔵所１から導入されたガスは、その場装置２００と、第１の外部熱交換器２０１と、第２の外部熱交換器２０２とを通るループ内を循環し、その後で、タンクの中に導入される。エジェクタポンプは、符号３にて示している。図２Ｂにおいて、ポート組立体は、タンクのそれぞれの反対側の端部に適合された構成を有し、再充填貯蔵所１から導入されたガスは、その場装置２００と、第１の外部熱交換器２０１と、第２の熱交換器２０２とを通るループ内を循環し、その後で、タンクの中に導入される。ガス流れポンプ２１０は、高圧ガスのタービン流れによって、電気的に駆動されるポンプによって、又は、自動車の動力プラントの機械部に相互結合されることによって、機械的に駆動される。
【実施例１】
【００１３】
（補助冷却）
図３Ａは、インシトゥー装置のＨＥＸループ１を通過する、第１のガス流れ熱交換ループと、第２のガス流れ熱交換ループである、ＨＥＸループ２がタンクを通過して、同一の外部熱交換器又はラジエター３５の入る、共通する配置を示しており、熱は所定位置にて消散し、又は入口３６及び出口３７による相互結合を通して、メイン又はサブの自動車冷却システムとの熱の相互結合によってさらに冷却される。図３Ｂは、ＨＥＸループ３に相互結合されたラジエター３５を通過する、ＨＥＸループ１とＨＥＸループ２との相互結合と、自動車の動力プラントのメイン又はサブシステムの冷却ループとを示している。ラジエター３５は、冷却ファン３６に熱的に相互結合されている。
【００１４】
図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃは、自動車の用途における、それぞれのモード、すなわち、再充填中、運転中、及び駐車中を示している。図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃのそれぞれにおいて、バルブ／ガス流れ切替及び圧力調整装置は、ＥＶ２０及びＥＶ２１として、それぞれの端部ポート組立体２０及び２１に埋設されている。熱交換器７、エジェクタポンプ３及びその構成要素、ノズル３ｃ、のど部３ｄ、及び出口３ｅ、及び再充填入口システム１は、図１Ａに示した同様な要素と同様に参照符号を付している。
【００１５】
実施形態における熱交換器は、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、及び図５Ｈに示した、自動車サブフレーム冷却システムによって、補助され又は置換される。図５Ａは、循環ガス流れ冷却ライン回路６０３であって、タンクサブフレームに対して配置された導管の内部を循環するガスのために、タンク６０１を取り囲む、自動車フレーム要素６０２の内部に配置されている。フレーム冷却媒体は、代表的には空気であり、フレーム入口６１５に受けられ、出口を通って排出され、これは、ファン６３５又はその他のアクティブな手段を具備し、ライン６０３のガスから熱を除去する。閉ループの冷却回路では、連続的な回路内における燃料タンク循環システムから入口及び出口を通るガス流れにおいて、“ガス流れ入力”６１０は、熱交換器の結合部６と合致しており、フレームラジエター６２０からの“ガス流れ出力”は、熱交換器の結合部８と合致しており、ガスはタンクのガス循環回路へと戻る。（流れがいずれの方向であるのかを指示することを除き、“入力”及び“出力”は、内部タンクコイルがラジエターに結合される、回路の端部結合部を指示している。流れはいずれかの方向であり、ラジエターを通る流れの方向は重要ではない。）
【００１６】
ライン６０３からの熱は、オプションとして、ファン６３５によって駆動されるフレーム内の空気循環によって外部へ放射される。空気流れシステムがないときには、フレーム本体自体が、熱を放射又は吸収するためのヒートシンクとして利用される。循環ガス流れ回路管６０３は、押出成形又はモールド成形された内部導管として形成されるけれども、好ましくは、管が、サブフレーム組立体の内部の、上部の、又は別な具合の構成要素であるのかにかかわらず、ガス循環管は、分離した管であって、フレーム組立体の内部に挿入され、フレーム組立体は、ステンレス鋼合金ＳＵＳ、銅、又はアルミニウムなどの高熱伝導率で高強度の材料から形成される。図５Ｂ及び図５Ｃはそれぞれ、フレーム６０２におけるガス流れ管６０３の変形例による構成のサブフレーム部分を示した、横断面図と、側面図である。内部フィン６５０は、図５Ｂに示され、図５Ｃにおけるフレーム要素の頂部表面にある外部フィン６６０は、その中に、冷却導管６０３を維持している。図５Ｄにおいては、ヒートパイプ６９０が、熱伝達媒体として、タンク６０１に行き来する熱移送のために設けられる。タンクシステムからのヒートパイプは、さらなる例であり、圧縮された再充填ガスの熱は、消散のための大きな質量に移送される。図５Ｅ及び図５Ｆに示した例では、ガス循環パイプ６０３は、フレーム６０２の内部におけるキャビティ６０３ａの内部に据え付けられ、ラジエターフィンは、図５Ｅに示すように、フレームに対して横断し、図５Ｆに示すように、フレームに対して平行である。図５Ｇは、サブフレーム組立体７００の断面図を示しており、内部にガス流れ導管６０３を備え、フレーム内部に包まれた熱交換システムの構成要素として、ナフタリン７１０などの溶融／固化媒体を具備している。図５Ｈにおいては、補助的な冷却導管７１１及び７１２が、冷却流体を、補助冷却器からフレーム要素サブシステムへと運ぶ。
【００１７】
高圧タンク用の冷却管理システムは、図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、熱移送の別々の要素、すなわち、１）ガスが再充填ノズルからタンクを通して第１の冷却ループ６３を循環して、ガスがその場熱吸収媒体６１を通過するときのガス中の熱の吸収、及び、２）ガスがポンプ又はその他の装置６２によって、タンクを通って第２の冷却ループ６４を循環するときの、ガス自体の熱吸収体としての特性の利用、を備えている。第１の冷却ループ６３と第２の冷却ループ６４とは、図２に示すように別々に、又は図３Ａに示すように連結して、自動車６５におけるラジエター又はその他の熱吸収システムに相互結合され、さらに、メイン自動車動力プラントシステムの熱交換器６６に相互結合される。様々な順列及び組合せによる、上述した熱の相互結合が可能である。
【００１８】
図６Ａに示したシステムを参照すると、ガス温度制御システムにおける二重ＨＥＸループと、温度及び圧力が監視及び調整される、温度及び圧力のための制御システムとを示している。図６Ｂにおいて、１）タンク内の、圧力タンク、及び温度タンク、２）第１のＨＥＸループ内の、圧力ループ１、及び温度ループ１、３）第２のＨＥＸループ内の、圧力ループ２、及び温度ループ２、４）自動車のサブシステム内の、圧力サブシステム、温度サブシステム、及び、５）メイン冷却システム内の、圧力メイン、及び温度メインが、自動車制御システム６７によって監視され、制御される。圧力及び温度は、様々なパラメータに依存し、例えば、自動車モードが再充填中、減圧中、運転中、又は駐車中であるか、又は周辺温度、測定されたタンク圧力、体積ガス流れなどに依存する。制御システム６７は、検出されたパラメータに応じて、システムポンプＰ１−Ｎ及びシステムバルブＶ１−Ｎに動作信号をフィードバックする。
【００１９】
１つの例においては、冷却サブシステムとして、自動車のエアコンが利用され、例えば、図３Ａを参照すると、エアコンの冷却ループは、導管３６及び３７に熱的に相互結合され、インシトゥー装置とガス循環ポンプシステムとの両方から熱を受ける、冷却結合ＨＥＸ３５のための自動車のサブシステムに至る。同様に、エアコンによって既に冷却された熱質量、例えば、水リザーバ、冷媒、又は、フレーム要素をヒートシンクとして利用して、ガスの間接的な冷却のために用いる。別の例においては、エアコンを利用し、エアコン流体自体が、インシトゥー装置３８の内部を循環し、図３Ｄに示すように、直接的に、又は間接的に（図示）、冷却導管３６及び３７を通して、メイン又はサブの自動車システムに連結された、エアコンの熱交換器３５によって、ループ１１内にて冷却される。第２の冷却システムは、ガス自体を周辺媒体として使用し、冷却ループ１２内のベンチュリポンプ又は駆動ポンプ３３によってガスをポンプ損失する。また、図３Ｄに示すように、ハイブリッドの周辺空気とエアコンシステムとを加えて使用し、周辺空気の熱交換器３９は、循環する流体を予備冷却し、その後に、流体は、Ａ／Ｃサブシステムに入る。同様に、自動車のボディー又はサブフレームは、冷却質量として利用でき、上述したＡ／Ｃシステムと同様に、タンクの冷却回路に相互結合されるが、これについては、図５Ａ乃至図５Ｈに示して上述した。
【実施例２】
【００２０】
（内部の暖気）
また、上述した熱交換技術は、ＣＮＧ及び水素で駆動される自動車の高圧ガス貯蔵シリンダのための、内部ガス暖気方法としても利用できる。上述したように、ガス燃料タンクは、代表的に、熱吸収材料を内部に含む。運転中には、タンクの内部のガスは、タンク圧力の低下によって冷たくなり、タンク内の熱吸収材料は、タンクからガスが排出される間にも、熱を吸収する。寒冷気候においては、タンク内の内部ガス温度は、周辺温度レベルにまで低下して、例えば、−６０℃となり、ガス流れシステムのシールにおいて利用されている、Ｏリング又はその他のゴム又はプラスチック製のシールにおける許容可能な動作温度を下回る温度になって、格納されたガスの漏れを生じさせる。開示されるガス冷却システムの逆の適用は、運転中に、タンクの内部を暖気できる技術を提供し、それにより、寒冷気候における運転状態において、燃料ガスが漏れるリスクを減少させる。その結果、格納されたガスの内部温度変化と、それが、タンク壁及びシールシステムとに与える影響が減少するので、タンクの耐久性は増加する。
【００２１】
図７Ａを参照すると、ＨＥＸループ１は、１）例えばメイン自動車動力プラント又はエアコンサブシステムＨＥＸループ３にて利用されている、伝導流体を通した熱の流れ、又は、２）暖気システムから内部ＨＥＸ装置７１に相互結合されたヒートパイプを具備している。後者の例においては、流れはループではないが、熱的に伝導する相互結合として特徴付けられる。従って、タンク／ガス暖気ＨＥＸ装置は、ライナーと、溶融／固化材料と、ラジエター／吸収装置と、フレームシステムと、エアコン又は動力プラントから排出される熱と、内部自動車加熱システムからの熱など、いずれも上述したものが具備されるが、ガス冷却のためにタンクから熱を運ぶのとは対照的に、ガスを暖めるために、タンクに熱が運ばれるように、逆に利用される。加熱器／冷却器は、ＨＥＸループにおいて、符号７５にて示すように具備される。
【００２２】
図７Ｂに示したガス温度制御システムを参照すると、ヒータ７５は、検出されたガス温度に応じて調整される。ガスをタンク内において暖める必要があるとき、ヒータが動作して、熱交換器を介してガスを暖め、それにより、タンクの排出の効率を高める。タンク内のガスを暖めるためにインラインヒータを設けることのさらなる利益は、暖められたガスが膨張し、温度が増加することで、燃料負荷の増分範囲が拡張し、より多くのガスがタンクから排出され、タンクが消耗したときのガスの冷却を補償することである。
【実施例３】
【００２３】
（自動車の操作）
様々なモードにおける自動車の操作は、図４Ａの補給中、図４Ｂの運転中、及び図４Ｃの駐車中の例に示される。図４Ａに示した補給モードにおいては、タンクのボス又は端部キャップポート組立体２０は、タンクの片端に設けられ、埋設されたＥＶ２１と、一方向チェックバルブとが、エジェクタポンプ３からタンクの中に流れるガス流れＧＦ１を制御する。タンク２１の反対側の端部にあるボス又はポート組立体は、切替バルブＶ２及びＶ３と、圧力調整装置ＰＲ２とを、埋設されて具備している。切替バルブと圧力調整装置ＰＲ２とは、ガス流れ導管ＧＦ４において相互結合され、タンクからの切替出口ＧＦ２及びＧＦ３を通して、自動車の動力プラントに通じている。Ｖ２とＶ３とは、同様な機能を有する、単一の２方向切替バルブに組み合わせられている。補給モードにおいては、動力プラントに通じるＶ１は、閉じられて、ノズル１から導管１００の中にガスが入ることが許容される。埋設されたバルブ及び調整装置ＥＶ２１に関連するガス流れ管において、圧力調整装置ＰＲ２からつながったＶ３は閉じられ、タンクの内部体積１２からのガス流れＧＦ２は、開いたバルブＶ２を通過して、タンクの外部にある出口ＧＦ４から外部熱交換器７へ、入口６及び出口８へ、タンクの内部１２から熱を除去するために、補給ガスが循環している、エジェクタポンプ３の吸引入口に至る。図示の通り、インシトゥーＨＥＸ２００を通過するガス流れ回路は、次に、外部ＨＥＸ２０１を通り、ガスはエジェクタポンプの入口に導入され、タンクをＧＦ２からＧＦ４を通ってガスは循環し、第２の外部ＨＥＸ２０２を通り、補給が完了するまで、エジェクタポンプの吸引入口に流れる。
【００２４】
図４Ｂは、運転中のモードを示しており、運転中には、ガス導管内に低圧動作が生じる。Ｖ２は閉じられる。一方弁（チェックバルブ）ＥＶ２０は、エジェクタポンプの圧力がタンクの内部の圧力に比べて低いために、自動的に閉じられる。エジェクタポンプ３からタンクへのガス流れは存在しない。バルブＶ３は、開くように切り替えられ、ガスは、ＧＦ３から圧力調整装置ＰＲ２を通り、タンクから熱交換器７を通り、ヌル状態のエジェクタポンプ３から動力プラントへ、外部ＨＥＸ２０１及びインシトゥーＨＥＸ２００を通り、開いたバルブＶ１と圧力調整装置ＰＲ１とを通って動力プラントへ至る。流れ導管の圧力Ｐtは、所定の値にまで達し、バルブＥＶ２０の開閉状態に応じて、均一の値に維持される。熱は、周辺の源から吸収され（又は、外部ＨＥＸと相互関係を有する補助ヒータ）、タンク内に放出され、熱は内部体積圧力を増加させる。低い圧力の利用は、ガス導管内に高圧を使用するよりも好ましい。図４Ｃは、駐車中モードを示し、すべてのタンクバルブは閉じられる。
【００２５】
外部熱交換器とインシトゥー熱交換器とは、ラジエターの形態であり、フィン、ピン、プレート、波形ラジエター、メッシュ、ひだ状要素、又はその他の類似の装置を具備し、高い伝熱率と、単位体積又は単位重量あたり大きな表面積とを有し、熱吸収及び熱放射に関して、最大の熱効率が得られるものであり、発明者の係属中の出願に開示されているのと同じである。ナフタリンなどの溶融／固化熱的伝導媒体が採用される。ヒートシンク及びラジエターは、それぞれ、捕らえた熱を移送するために、流体導管システム関連して又はヒートパイプによって相互結合されて、機能的に配置されている。エネルギーのエントロピーの流れは、高温から低温に向かう。ヒートシンク又はラジエターで取り囲まれた、導管システム内の流体流れは、例えば、連続的な流体ループにおいて、１）ガスが熱を捕らえる高温タンクの内部から、２）導管流体が冷却されるラジエターへ向かい、３）熱吸収／熱放射サイクルを新規に始めるために、タンクの内部へ戻り、逆も同様である。
【００２６】
ファン又は送風器は、熱交換器に関して機能的に配置され、ファン又は送風器は、ラジエターの容量、ヒートシンク及びラジエターへの熱移動速度、移送される熱の温度、ラジエターで有効なファン又は送風器の容量（立方フィート／分“ｃｆｍ”）、外部環境の温度などの要因に依存する。ファン及び又はポンプのための制御システムは、前述した要因を相互に関連付けて、適当なファン及び又はポンプ速度、オンオフタイミングなどを決定するように構成されている。
【００２７】
システムは、複数のタンクに適応可能であり、自動車の制御システムは、選択可能又は制御可能な入口バルブと、選択可能又は制御可能な出口バルブとを、タンク及び冷媒システムのために、制御手段、論理回路、又は自動車のＣＰＵに相互結合させている。また、自動車の制御システムは、圧力及び／又は温度、又はその他の検出手段であって、タンク又はタンクの入口及び出口のライン、冷却流体循環ライン、及び流体ポンプ及び／又はに関連したものを監視し、それに従って、自動車の動作を制御するように適合している。特定の制御構造及びパラメータ、及び、センサ、バルブ位置、及びシステムは、本発明の原理に従って、好ましくは、自動車全体の設計事項である。例えば、圧力、温度、及びその他のセンサ及び制御は、タンクを監視し、及び／又は、ライン圧力及び温度を監視するために設けられ、流体流れ、ファン速度及び持続時間、及びその他のパラメータであって、エジェクタポンプ及び自動車タンク又はバルブシステムの適切な動作プロトコルに関連したものを、自動車の運転における加圧燃料の再充填及び消費のために、スタートさせ、ストップさせ、及び調整する。
【００２８】
上述した例を参照すると、提供された装置では、高圧貯蔵タンクの補給による圧縮熱は、タンクの内部から排出され、タンクの内部を循環するガスは、ガスが高圧補給貯蔵所から貯蔵タンクへ流れるとき、補給ガスの機械的エネルギーによって駆動されるエジェクタポンプを通過し、循環するガスは、補給熱を吸収し、熱を冷却システムに運び、その後に、ガスは、貯蔵タンクの中に導入される。本願で開示したすべての例において、補給の状態中には、それぞれのタンクの出口バルブは閉じられると仮定され、消費の瞬間中には、それぞれのタンクの入口バルブは閉じられ、冷却流体は対応して循環され、自動車の動作システムによって、代表的な方法で監視されて制御される。自動車に搭載されたタンクシステムは、複数の搭載タンクを具備し、充填の順番を有し、すべてのタンクが並列的に同時に充填され、又はすべてのタンクが別々に直列に本質的に１つずつの順番で充填される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
自動車のエンジンを駆動する燃料として、水素又は圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を使用する自動車は、燃料ガスのために、高圧貯蔵タンクを要求されることが予測され、ＣＮＧに対して２４，８２２キロパスカル（３，６００ピーエスアイ(ｐｓｉ)）を越え、水素に対して約６８，９５０キロパスカル（１０，０００ピーエスアイ（ｐｓｉ））以上の範囲が用いられる。本発明においては、車載の高圧タンクの冷却が、ベンチュリ又は機械的ポンプを使用してガスを直接放出することによって行われ、再充填ガスを循環させ、自動車の動作モードに応じて、ガスをインシトゥー熱交換器を通してタンクの内部に吸収又は放射し、タンクの外部にある熱交換器を介して、タンクの外部環境と熱を交換する。
【００３０】
本発明は、タンクの加熱を最小化し、高圧ガス駆動自動車における車載の燃料貯蔵タンクの効率及び航続距離を増加させる。本発明が提供するシステムは、高圧補給中の車載タンクにおける補給による圧縮熱を除去し、それにより、二次的なガス冷却予備処理、及び／又は、圧力過充填の必要性を少なくする。本発明は、逆に運転されると、ガスを暖め、これは、寒冷気候において、また、運転中にタンクが消耗したときにガスの冷却を補償することができる。自動車の航続距離は、それにより、増加する。要するに、より迅速な補給時間、増加した補給効率、及び総合的な自動車の航続距離の延長が達成され、特に、公称再充填圧力が、水素については、約水素に対して約６８，９５０キロパスカル（１０，０００ピーエスアイ（ｐｓｉ））以上、ＣＮＧに対して約２４，８２２キロパスカル（３，６００ピーエスアイ(ｐｓｉ)）以上の場合に当てはまる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
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