(57)【要約】  本発明は、車両用の高圧ガスタンク、若しくは、高圧ガスタンクを充填するための方法に関するものであり、ガスタンク（１０）は、ガス（１４）を受け入れるための内部空間（１２）と、内部空間（１２）の中に注ぐ流入開口部（１６）を備えた充填領域（１８）と、を備えている。本発明に基づいて、充填領域（１８）は、流入開口部（１６）を通って流入するガス噴流（３６）が内部空間（１２）の長手方向軸（２０）に対して角度Φをなすように構成されている。本発明はまたたとえば、燃料電池車への適用に関する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス（１４）を受け入れるための内部空間（１２）と、該内部空間（１２）の中に注ぐ流入開口部（１６）を備えた充填領域（１８）と、を有する車両用高圧ガスタンクであって、前記充填領域（１８）は、前記流入開口部（１６）を通って流入するガス噴流（３６）が、前記内部空間（１２）の長手方向軸（２０）に対して角度Φをなすように構成されていることを特徴とする、高圧ガスタンク。
【請求項２】
前記角度Φが５°と３５°との間の領域に入っていることを特徴とする、請求項１に記載の高圧ガスタンク。
【請求項３】
前記角度Φが、１０°と２０°との間に入っていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高圧ガスタンク。
【請求項４】
前記ガス噴流（３６）が、主として、前記内部空間（１２）の、前記長手方向軸（２０）を含む垂直方向の中心面上を通り、かつ該内部空間（１２）の、該長手方向軸（２０）を含む水平方向の中心面（２４）に対して角度Φをなして通り、該角度Φが、前記内部空間（１２）の水平方向の前記中心面（２４）から始まって上方向へ広がっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク。
【請求項５】
前記充填領域（１８）の中に流入ノズル（４６）が配置されており、該流入ノズル（４６）が、前記流入開口部（１６）と結合された流入ポート（４４）を有し、該流入ポート（４４）が、該流入開口部（１６）の領域内で、前記長手方向軸（２０）に対して角度Φをなして配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク。
【請求項６】
前記流入ノズル（４６）がノズルフラッパ（４２）であることを特徴とする、請求項５に記載の高圧ガスタンク。
【請求項７】
前記充填領域（１８）が前記内部空間（１２）の中へ突き出たフィラネック（３２）を有し、該フィラネックが前記流入ノズル（４６）を備えていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の高圧ガスタンク。
【請求項８】
ノズルフラッパ（４２）が、前記内部空間（１２）の中へ突き出た前記フィラネック（３２）の前端部（３０）に配置されていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の高圧ガスタンク。
【請求項９】
前記内部空間（１２）の中に、前記ガス（１４）の温度を測定するための測定装置（２８、３４）が配備されており、該測定装置（２８、３４）が、前記流入開口部（１６）を通して流入するガス噴流（３６）の流れの陰の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク。
【請求項１０】
前記測定装置（２８、３４）が前記内部空間（１２）の、前記長手方向軸（２０）を含む水平方向の中心面の上方で、前記充填領域（１８）に隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の高圧ガスタンク。
【請求項１１】
前記測定装置（２８、３４）が、前記流入開口部（１６）と、前記高圧ガスタンク（１０）の壁（２６）の領域との間に、又は前記壁（２６）の領域内に配置されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の高圧ガスタンク。
【請求項１２】
前記流入開口部（１６）を通って流入するガス噴流（３６）が、前記内部空間（１２）の長手方向軸（２０）に対して角度Φをなすように調整することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の高圧ガスタンクの充填方法。
【請求項１３】
水素により前記高圧ガスタンク（１０）を充填すること特徴とする、請求項１２に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを受け入れるための内部空間を備え、かつこの内部空間の中に注ぐ流入開口部を有する充填領域を備えた、車両のための高圧ガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１より、低温流体のためのタンクが公知である。このタンクの中には流体が貯蔵されており、この流体の上には、ガスタンクの内部にガス空間が形成されている。流体の内部では温度が相異なっているため密度差が生じ、それによって流体の内部で層が形成される。この層形成を防止するために、流体の、タンク底部に近い部分で低温流体がポンプで排出され、かつタンクの内部及びガス空間の内部で再び低温流体に供給される。その供給は、高エネルギー噴射流を用いて行われ、したがって、たとえば比較的に小さな直径を通って流れる比較的高い流量率を用いて行われる。この噴射流は、流体の表面に対して、１つの角度をなして調整されており、それによって、タンクの内部で液化ガスの持続的な混合が行われる。しかし、この装置は、ただ流体に適しているだけである。
【０００３】
特許文献２の中では、容器の中へガスを素早く注入するための装置が説明されている。そこで問題になっているのはノズルであり、このノズルは２つの環状間隙を有し、これらの環状間隙は反対方向に伸びる流出開口部を形成している。容器の中へのガスの注入は、この容器の長手方向軸に対して同軸的に行われる。この装置によって、いわゆるホットスポットの形成が抑制され、かつ充填速度が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第４３４２２１０Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００３１１５５Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の根底にある課題は、高圧ガスタンクを充填する際に、ガスタンクの内部のガスの温度差が抑制されるような、高圧ガスタンク又は高圧ガスタンクを充填するための方法を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に基づく高圧ガスタンクによって、請求項１２に基づく高圧ガスタンクを充填するための方法によって解決される。本発明の有利かつ好ましい構造は、更なる請求項の対象であり、以下で詳細に説明される。以下の諸特徴及び諸特性は、網羅的に記載されてはいないが、その多くは高圧ガスタンクに適用され、そのうえ高圧ガスタンクを充填するための方法にも適用される。それらの諸特徴及び諸特性は、部分的に１回だけ説明されるが、それらは相互に独立して高圧ガスタンクに適用され、そのうえこの高圧ガスタンクを充填するための方法にも適用される。さらにまた、列挙された諸特徴及び諸特性の順序は拘束力がなく、むしろ、最適化された高圧ガスタンクに対応して、若しくは高圧ガスタンクを充填するための最適化された方法に対応して変更されることができる。
【０００７】
本発明に基づいて、車両のための高圧ガスタンクが準備されており、その場合に、このガスタンクは、ガスを受け入れるための内部空間を備えており、この内部空間の中に注ぐ流入開口部を備えた充填領域を有している。その場合に、この流入開口部は、ガス噴流が、内部空間の中心長手方向軸に対して角度をなして流入開口部から入るように、長手方向軸形成されている。
【０００８】
高圧ガスタンクは、たとえば、水素若しくは天然ガスその他のために準備されている。高圧ガスタンク、少なくともガスを受け入れるための内部空間は、主として円筒形を有しているが、当然ながら、たとえば球形であっても良く、又は任意の有利な形状を有することもできる。流入するガス噴流が内部空間の中心長手方向軸に対してなすように調整されている角度（入射角）は、好適には、ガス噴流が高圧ガスタンクの内壁に直接衝突せず、むしろこの壁からそらされるだけであるように選択されるべきである。この入射角は、本質的に、高圧ガスタンクの形状、ガスの注入速度、ガスの濃度、及び／または、たとえばガスタンクの内壁の表面状態によって左右される。
【０００９】
内部空間の中央長手方向軸に対して角度をなすガス噴流の流入によって、このガス噴流がその経過中に内部空間の内壁に当たり、この内壁からそらされ、ガスタンクの内部に渦を生成することが達成される。これらの渦は、それらがガスタンクの中に現存するガスを連続的に混合するのであって、これによりガスの内部での温度分布は明らかに改善されるが、この点については、特に以下の図の説明を参照されたい。
【００１０】
ガスタンクの内部空間の比較的に均等な温度分布は、ガスタンクの充填の際には特に重要であるが、それは、ガスタンク内の温度、特に平均温度が、燃料補給装置のスイッチオフ基準であるからである。
【００１１】
したがって、ガスタンクの内部の実際の温度が、可能なかぎり一様であること、あるいは、ガスタンク内の実際の温度の標準偏差が、可能なかぎりわずかしか平均温度からずれていないことが極めて重要である。また、有利なことに、温度が均等に分布している場合には、高圧ガスタンクを作り上げている材質の内部には、温度の変化による応力が生じない。
【００１２】
本発明の構造では、前記の角度は５℃と３５℃との間の領域に入っている。特に好ましくは、この角度は、１０℃と２０℃との間である。以上の説明で既に言及されたとおり、本質的に理想的な角度の適用は、複数の要因に左右される。本発明に基づく高圧ガスタンクを自動車内で使用する場合には、ガスタンクの寸法は、自動車の大きさによって制限されている。これらの基本条件の下で、望ましい混合効果は、約３０℃の流入角度から再び減衰する。また、望ましい混合効果は、約５℃の流入角度から得られる。
【００１３】
本発明の構造では、ガス噴流は、本質的に、内部空間の、長手方向軸を含む垂直方向の中心面上を通り、かつ、内部空間の、長手方向軸を含む水平方向の中心面に対して角度をなして通り、その場合に、この角度は、内部空間の水平方向の中心面から上方向へ広がっている。このような方法で、ガス噴流は、ガスタンクの中心的な領域においてガスタンクの中に取り込まれる。このようにして、ガス噴流はタンク背部の内壁からそらされ、ガス噴流はその後にタンクの側面に及ぶこともできる。入射角度が上方へ広がっている理由は、ガスタンク中へ流入するガスが、通常は、既にガスタンクの中に存在するガスに比べて、より冷たいからである。また、流入するガスは、比較的に温度が低いため、比較的に高い濃度を有し、それ故に、充填プロセス（すなわち、高圧ガスタンクを充填する作業）中に、自ずと下方へ沈降する。従って、このように構成すると、ガスの混合がさらに最適化される。
【００１４】
本発明の構成では、充填領域の中に流入ノズルが配置されており、その場合に、この流入ノズルは、流入開口部と結合された流入ポートを有し、この流入ポートは、流入開口部の領域内で、長手方向軸に対してある角度をなすように配置されている。流入ポートが少なくともその終端部分において長手方向軸に対して配置されている角度は、本質的に、ガス噴流がガスタンクの中へ入射する角度に対応している。だが、この入射角は、本質的に、たとえばバッフル板その他を用いた任意の別の仕方でも調整されることができる。だがさらに、このバッフル板が偏向板を形成することも可能であり、それらの偏向板上では流入したガスが圧縮され、かつ、それによって加熱されるという理由から、流入ポートが特別に有利であることが判明した。
【００１５】
本発明の構造では、流入ノズルはノズルフラッパである。このようにすることで、流入角度を比較的に容易に変更することが可能であり、その変更は、たとえば、ノズルフラッパに対してある特定の第１の角度を取った流入ポートを備えたノズルフラッパが、第１の角度とは異なった角度の流入ポートと交換されることによる。ノズルフラッパを流入ポートとして使用することによって、たとえば、本発明を用いて実現された効果を既存の高圧ガスタンクにおいても実現するために、既存の高圧ガスタンクにノズルフラッパを後付けすることもまた可能である。
【００１６】
本発明の構造では、充填領域が内部空間の中へ突き出たフィラネックを有し、これが流入ノズルを備えているようにして、この充填領域が形成されている。
【００１７】
本発明の更なる構造では、ノズルフラッパが、取り入れ部分の中へ突き出たフィラネックの前端部に配置されている。また、このような方法では、ガスタンクの内部空間の中へのガスの効果的な注入は、実際にはこの内部空間の中で初めて行われる。そのうえで、このようにして、たとえば燃料ノズルが、車両の外壁と内部空間との間に伸長し、かつ与えられた状況に適合させられることが可能であり、フィラネックが、このときにもなお渦巻き効果を制御することができる。フィラネックの長さ、若しくは、内部空間の中へ突き出たフィラネックの部分の長さは、好適には、渦巻き効果とその結果として生じるガスの混合効果とが可能なかぎり最適化されているようにして、選択されるべきである。
【００１８】
本発明の構成では、内部空間の中に、ガスの温度を測定するための測定装置が準備されており、その場合に、この測定装置は、入射開口部を通して入射するガス噴流の流れが直接届かない陰になる領域に配置されている。温度を測定するための測定装置は、本質的に任意の方法で構成されていることが可能であり、たとえば、ただ部分的にのみガスタンクの内部空間の中に配置されているか、又はこの内部空間の中へ突き出ていることが可能である。いずれの場合にも、測定装置はセンサ状の部分を有し、この部分を用いて、規定されるべき温度が検出され、かつこの部分が出力信号その他をアウトプットする。さらにまた、いずれの場合にも、測定装置は、出力信号を解析するための解析部分を有する。だが、ガスタンクの内部空間の中の温度は、充填プロセスのスイッチオフ基準でもあるので、この測定装置が温度変化に対して素早く反応する測定装置である場合は有利である。ガス噴流の流れの陰における測定装置の配置を選択するべき理由は、このガス噴流がそれ自体で、本質的に一定した、たとえば約３５℃の温度を有するからである。驚くべきことに、ガス噴流の流れの陰の領域は、ガスタンクの内部における温度平均値からの非常にわずかのずれしか有していないことが明らかになった。
【００１９】
本発明の構造では、測定装置が、内部空間の、長手方向軸を含む水平方向の中心面の上方で、充填領域に隣接するように配置されている。好適には、測定装置は、流入開口部と、高圧ガスタンクの壁の領域との間に、又は壁のこの領域内に配置されている。ガスタンクのこの領域では、平均温度からの最もわずかな温度偏差が見出されるということが判明した。流入開口部の上方に測定装置を配置することが好ましい理由は、温度センサが流入開口部の下方及び／又は側方に配置されているときには、流入開口部を経て注入されるガスが冷たく、その高い濃度のために重力に従って沈み、温度測定に狂いを生じると考えられるからである。それでもなお、流入開口部の下方及び／又は側方に測定装置を配置することは、場合によっては有効であることもできる。
【００２０】
本発明の根底にある課題は、高圧ガスタンクを充填するための方法によってもまた解決されるが、その方法では、ガス噴流が、内部空間の中心長手方向軸に対して角度をなして流入開口部から入るように、長手方向軸調整されている。この方法に基づいて、高圧ガスタンクに水素が充填される。
【００２１】
本発明のさらなる有利点及び諸特徴は、請求項、及び本発明の実施形態についての以下の説明に示されるが、この実施例は図示されて説明されており、その実施例の効果が図示されて記述されている。以下の概略図が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に基づく高圧ガスタンクの側方断面図であり、この高圧ガスタンクの中に配置された仮想上の温度センサを示す位置マークが示される。
【図２】図１の中のＩＩに従った拡大詳細図であり、充填領域の中の更なる仮想上の温度センサの位置が示される。
【図３ａ】高圧ガスタンク（従来の技術）の側方断面図であり、充填プロセス中のガスタンクの内部の温度分布を説明するために、その高圧ガスタンクの中に配置された等値線が示される。
【図３ｂ】高圧ガスタンク（従来の技術）の側方断面図であり、充填プロセスの終了後、約１２０秒のガスタンクの内部の温度分布を説明するために、その高圧ガスタンクの中に配置された等値線が示される。
【図４】充填プロセス中の、本発明に基づく高圧ガスタンクの側方断面図である。
【図５】充填プロセス中及びその後における局所的な温度の、相異なった流入角度に応じた、平均値からの標準偏差を説明するためのグラフである。
【図６】相異なった流入角度での充填プロセス中における、タンクの内部のガスの、達成された最高温度を説明するためのグラフである。
【図７】ノズルフラッパを備えたフィラネックの、部分的に切断された側面図である。
【図８】図１の中のＩＩに従った拡大詳細図であり、充填領域の中で準備されたフィラネック及び測定装置が示される。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１では、車両のための、たとえば、いわゆる燃料電池車のための高圧ガスタンク１０が、側方断面図で説明されている。高圧ガスタンク１０は、ガス１４を受け入れるための内部空間１２を備えている。内部空間１２へは、流入開口部１６が開口しており、この流入開口部１６は、充填領域１８に配置されている。
【００２４】
高圧ガスタンク１０は、主として丸くなっている前面を備え、長手方向軸２０を中心として軸方向に対称的な円筒として形成されている。長手方向軸２０は、内部空間１２の垂直方向の中心面２２上に配置されており、その場合に、垂直方向の中心面２２は、図１の観察平面に対して平行に通っている。さらに、長手方向軸２０は、内部空間１２の水平方向の中心面２４上に配置されている。
【００２５】
高圧ガスタンク１０は、壁２６を有し、この壁は、たとえば、熱的な絶縁特性を有することが可能であり、材料と造形とに関して、ガスタンク１０が圧力下で安定するようにして形成されている。したがって、ガスタンク１０の好ましい１つの形状は、円筒形である。
【００２６】
ガスタンク１０の内部空間１２では、仮想上の温度測定装置２８ａ・・・ｋの位置が、×印を用いてマークされている。仮想上の温度測定装置２８ａ・・・ｋは、本発明の、以下で詳しく説明される例証のために役立つ。その場合に、温度センサ２８ａ・・・ｇは、それぞれが、隣接した各温度センサ２８に対して等距離にあり、内部空間１２の長手方向軸２０に沿って配置されている。長手方向軸２０に対して垂直に、かつ垂直方向の中心面２２上を通って、温度センサ２８ｈ・・・ｋが配置されている。
【００２７】
図２では、図１の部分IIが拡大されて図示されている。その中には、充填領域１８があり、特に充填領域１８に流入開口部１６が配置されている領域がある。その場合に、流入開口部１６は、フィラネック３２の前面側の端部３０に配置されている。その場合に、流入開口部１６は、たとえば、ノズルフラッパの中に備えられていても良い。フィラネック３２は、図２に従って、ほんの少し、たとえば数ミリメートル、タンク１０の内部空間１２の中へ突き出ているだけである。だがまた、それぞれの有効性に応じて、ネック３２は、数ミリメートルから数１０ミリメートルまで内部空間１２の中へ突き出していることもできる。
【００２８】
図２に基づいて、更なる測定装置３４ａ、ｂ、ｃがあり、これらは、同様に温度センサとして形成されている。その場合に、測定装置３４ａは、観察平面の中でフィラネック３２の上方に、しかも壁２６の領域の中に配置されている。同様に、壁２６の領域の中に配置されているのが温度センサ３４ｂ、３４ｃであるが、この場合には、温度センサ３４がフィラネック３２の高さに配置されており、かつ温度センサ３４ｃが図２の観察平面の中でフィラネック３２の下方に配置されている。測定装置３４は、図２に従って、フィラネック３２の流入開口部１６の前方に配置されおり、したがって、タンク１０の中へ充填されるべきガスが流入開口部１６から流出する、ちょうどその領域に配置されている。観察平面の中で最も上方の測定装置３４ａは、壁２６の比較的近くに、好適には流入開口部１６と壁２６との間の領域に配置可能である。このようにすると、測定装置３４ａは、流入するガス噴流の流れの陰配置されることになる。流入領域１８における測定装置３４ａの配置の、模範的かつ好ましい可能性は、図８との関連で説明されている。
【００２９】
図１及び２の中で説明されている仮想上の測定装置２８ａ・・・ｋ、３４ａ、ｂ、ｃの位置は、図３ａ及び図４の中で説明されている等値線の流れを算出するために用いられており、この場合に、等値線は、それぞれ隣接した２つの温度領域の境界線を表す。図３ａ及び３ｂの中で説明されている高圧ガスタンク１０は、従来の技術に従ったガスタンクである。図３ａは、ガスタンク１０にガス１４を充填する際の、このガスタンク１０を示し、この場合に、このガス１４は、噴流状に、したがってガス噴流３６としてガスタンクの中に取り込まれる。ガス噴流１４は、本質的に、軸方向に対称的であり、かつ少なくとも流入開口部１６からの流出直後の領域では、小さな開度を有するにすぎない。ガス噴流１６は、ガスタンク１０の長手方向軸２０に対して同軸的にガスタンク１０の中へ取り込まれる。ガス噴流３６がフィラネック３２の流入開口部から離れた後、ガス１４は、低い圧力比が突然に支配的となり膨張しその際に冷却する。そのこととは別に、ガス１４は、既に予冷却されて提供される。ガスがフィラネック３２から流出するときには、このガスは３５℃から３９℃の間の温度を有している。比較的に暖かいガスに比べて、比較的に冷たいガスは比較的に高濃度であるから、内部空間１２の中へ流れ込んだ直後のガス１４は、重力に従って下方へ沈み込む。ガスタンク１０の、フィラネック３２に向かい合った側では、既にガスタンク１０の中に貯蔵されたガス１４が、後から流入するガス１４によって圧縮される。この圧縮の結果として、ガス１４は、少なくとも部分的には、すなわち流入開口部１６の反対側に位置する前記で説明された内部空間の領域では、加熱される。それによって、たとえば、ちょうどガスタンク１０の、観察平面の中で右下方に位置するコーナーで説明されているように、いわゆるホットスポット１５が生じることがある。このホットスポット１５では、ガスが７５℃まで熱くなっていることがある。この影響は、容器直径に対する容器長さの関係が大きくなればなるほど、それだけますます明確に発現する。
【００３０】
図３ｂでは、図３ａと同じ、従来の技術に基づいたガスタンク１０が示されており、このガスタンクは、図３ａで説明された充填の１２０秒後の状態において図示されている。図３ｂからは、ガス１４の内部の温度が本質的に平衡化していることを読み取ることができる。この平衡化が約１２０秒以内に行われたことから、ガスタンク１０の内部におけるガス１４の比較的素早い加熱若しくは冷却によって、ガスタンクの壁２６を構成する材質の内部で、温度の変化による応力が生み出されることもまた可能であることに疑問の余地はない。さらに、平均値からの温度の標準偏差が比較的大きいため、従来の技術に従ったガスタンク１０の充填が極めて不正確な経過をたどることもまた明白である。だが、この温度平均値は、とりわけ高圧ガスタンク１０の充填プロセスを終了させるために用いられる。
【００３１】
本発明に基づく高圧ガスタンク１０は、図４に従ってガス噴流３６を用いて充填されるが、図３ａで説明されたガスタンクとは違い、このガス噴流３６は、長手方向軸２０に対して約２０°の角度Φをなすように調整されている。ガス噴流３６は、壁２６上へ向けてガイドされ、その結果、このガス噴流は壁２６によって反射され、かつ充填領域１８の反対側に位置する、ガスタンク１０の終端領域へ向けてガイドされる。それによって、図４の中では破線で図示されているように、ガスタンク１０の中へ取り入れられたばかりのガス１４とガスタンク１０の中に既に現存するガス１４との渦が生じ、その結果として、さらに、供給されたガスと既に現存するガスとの比較的均等な混合が得られる。供給されたガスと既に現存するガス１４とがこのように均等に混合されるため、内部空間１２では、それほど大きな温度差は生じない。このため、図４の中のガス１４の最高温度は、約４７℃であるにすぎない。比較的に均等な温度分布によって、若しくはガスタンク１０の内部空間１２におけるガス１４の温度の上昇が全体として比較的にわずかであることによって、ガスタンク１０の内部におけるガスの、スイッチオフ基準としての役割も果たすように想定された平均温度は、もはや重大な変動を被ることがない。
【００３２】
１つの理想的な角度Φは、図４では約２０°であり、本質的に円筒形のガスタンクの場合には、長手方向軸２０に沿った内部空間１２の長さと、内部空間１２の円筒形の直径に対応する内部空間１２の高さとの比率から得られる。細長い内部空間１２が、長さ対高さの少なくとも４：１である比率を有する場合には、５°から１０°の間の角度Φが、望ましい混合効果に適していることが明らかになった。これに対して、短くて太い内部空間１２が、長さ対高さの４：１又はそれ以下である比率を備えている場合には、より大きな角度Φが有利であり、場合によっては、２０°から３０°の間の角度が有利である。
【００３３】
選択された角度Φと、長さ対高さの比率との相互作用は、容器壁２６の上のガス噴流３６の遷移流速度において、又はガスの壁付近の速度において明瞭な効果を示している。ガス１４若しくはガス噴流２６と、容器壁２６との間の熱伝導を改善するためには、特に大きな遷移流速度が目指されるべきである。したがって、流入角度Φの選択は、ガス噴流が容器壁の方向に合わせられており、かつそのことから得られる非対称性によって循環運動が強化されるようにして、本質的に、それぞれ特定の長さ対高さの比率を備えたガスタンク１０に対して適合されるべきである。
【００３４】
図４の中で説明されているように、特に好ましくは、ガス噴流３６がガスタンク１０の内部で上方へそらされている。このことの理由は、特に、内部空間１２へ注入されるガス１４が一般的には既に内部空間１２の中に現存するガス１４よりも冷たく、その結果、注入されるガス１４のほうがより高い濃度を有し、かつ自動的に重力に従ってガスタンク１０の内部で下方へ沈むからである。そのため、重力によってより均等にガスが混合されることになる。
【００３５】
図５で説明されたグラフからは、充填プロセスの間及びその後における局所的な温度の、平均値からの標準偏差を読み取ることができる。図５の中で説明されている充填プロセスは、ｔ０からｔ３までの間の時間枠の中で行われる。グラフからは、局所的な温度の標準偏差が、流入角度Φ＝０°の場合に比較的大きく、その際には、この標準偏差が上向きの三角形を用いてマークされた線によって図示されているということを明瞭に読み取ることができる。更なる３本の密に隣接し合った線によって、ガス噴流の流入角度が１０°、２０°若しくは３０°である場合における、局所的な温度の、温度平均値からの標準偏差が説明されており、この標準偏差は、流入角度が０°である場合に比べて明らかに小さいことが明白である。そのため、現実的な条件の下では、局所的な温度の標準偏差は、本発明に基づく配置を用いて５℃まで抑制されることができる。
【００３６】
局所的な温度の標準偏差は、ｔ３の時点で急激に減少する。このことの理由は、ｔ３の時点で充填が終了し、それゆえに比較的冷たいガス噴流がもはや平均値の形成に貢献しなくなるからである。ｔ３の時点以降、標準偏差は、充填プロセスの以前に支配的であった温度平均値と徐々に再び一致するようになる。
【００３７】
図６で説明されたグラフでは、高圧ガスタンクの中に貯蔵されたガス体の内部に現存するガスの、測定された局所的な温度最高値、若しくは達成された温度平均値が表示されている。このグラフからは、一方では、入射角が０°である場合に、約７５℃の局所的な極大温度が生じるということを読み取ることができる。他方では、このグラフから、局所的な極大値と平均温度との間の温度差が、流入角度が０°である場合には非常に大きく、すなわち、約１０℃であることを読み取ることができる。上記の場合と異なり、流入角度が１０°、２０°若しくは３０°である場合には、局所的な温度極大値は、ガスの内部における測定された温度平均値に比べてわずかに大きいだけである。
【００３８】
図７で説明されたフィラネック３２は、高圧ガスタンクの内部空間の方に向けられた終端部３８、及び内圧に対して外方に向けられた終端部４０を有し、この終端部４０は、高圧ガスタンクの外部領域に配置されていることもまた可能である。終端部３８では、フィラネック３２の前面側の端部３０にノズルフラッパ４２が配置されており、特にねじ込まれている。ノズルフラッパ４２は、流入ポート４４を有し、この流入ポート４４は、流入開口部１６で終わっている。流入ポート４４と流入開口部１６とを有するノズルフラッパ４２は、流入ノズル４６を形成する。流入ノズル４６を用いて、ガス噴流は、ネック３２の長手方向軸４８に対して同軸的に延びる内部空間の長手方向軸に対して角度Φをなすように調整されている。流入開口部は比較的小さな直径を有し、この直径は特に５ｍｍよりも小さいか、又は５ｍｍに等しく、これによって流入速度が高められる。高い流入速度によって、ガス層の混合がさらに改善され、これによって温度分布はさらに均等化される。
【００３９】
取り付けられたノズルフラッパ４２が他のノズルフラッパ４２と交換され、このノズルフラッパによって別の流入角度Φが実現されるという簡単な方法で、ノズルフラッパ４２を用いて任意の角度Φを調整することが可能である。
【００４０】
図８の中で説明された、図１に基づく拡大された部分IIは、温度センサとして形成された測定装置３４ａの、充填領域１８での特に好ましい配置を示している。測定装置３４ａは、領域５０に配置されており、この領域５０は、図８の図平面の中で、長手方向軸２０の上方に、かつ流入開口部１６から流出し、図８の中では図示されていないガス噴流の中心軸５２と、ガスタンクの壁２６との間にある。この領域５０は、ガス噴流の流れの陰の中に入っている。この流れの陰を可能にするために、フィラネック３２が、この場合には、たとえば５０ｍｍだけガスタンクの内部空間１２の中へ突き出ている。２０°である流入角度Φの場合には、測定装置３４ａの配置のための好ましい位置は、壁２６に直接接しているのではなく、この壁２６から、たとえば２０ｍｍの間隔を取った場所にある。驚くべきことには、領域５０の中の、ガス噴流の流れの陰の部分では、充填プロセスの間における局所的な温度の標準偏差は、内部空間１２の内部におけるその他の位置に比べて最も小さい。したがって、領域５０の中で測定された温度は、特に、充填プロセスのスイッチオフ基準として適している。
【図１−２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月13日(2010.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス（１４）を受け入れるための内部空間（１２）と、該内部空間（１２）の中に注ぐ流入開口部（１６）を備えた充填領域（１８）と、を有する車両用高圧ガスタンクであって、前記充填領域（１８）は、前記流入開口部（１６）を通って流入するガス噴流（３６）が、該ガス噴流の中央軸（中心軸）が前記内部空間（１２）の長手方向軸（２０）に対して角度Φをなすように構成されていることを特徴とする、高圧ガスタンク。
【請求項２】
前記角度Φが５°と３５°との間の領域に入っていることを特徴とする、請求項１に記載の高圧ガスタンク。
【請求項３】
前記角度Φが、１０°と２０°との間に入っていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高圧ガスタンク。
【請求項４】
前記ガス噴流（３６）が、主として、前記内部空間（１２）の、前記長手方向軸（２０）を含む垂直方向の中心面上を通り、かつ該内部空間（１２）の、該長手方向軸（２０）を含む水平方向の中心面（２４）に対して角度Φをなして通り、該角度Φが、前記内部空間（１２）の水平方向の前記中心面（２４）から始まって上方向へ広がっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク。
【請求項５】
前記充填領域（１８）の中に流入ノズル（４６）が配置されており、該流入ノズル（４６）が、前記流入開口部（１６）と結合された流入ポート（４４）を有し、該流入ポート（４４）が、該流入開口部（１６）の領域内で、前記長手方向軸（２０）に対する角度Φにおいて配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク。
【請求項６】
前記流入ノズル（４６）がノズルフラッパ（４２）であることを特徴とする、請求項５に記載の高圧ガスタンク。
【請求項７】
前記充填領域（１８）が前記内部空間（１２）の中へ突き出たフィラネック（３２）を有し、該フィラネックが前記流入ノズル（４６）を備えていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の高圧ガスタンク。
【請求項８】
ノズルフラッパ（４２）が、前記内部空間（１２）の中へ突き出た前記フィラネック（３２）の前端部（３０）に配置されていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の高圧ガスタンク。
【請求項９】
前記内部空間（１２）の中に、前記ガス（１４）の温度を測定するための測定装置（２８、３４）が配備されており、該測定装置（２８、３４）が、前記流入開口部（１６）を通して流入するガス噴流（３６）の流れの陰の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク。
【請求項１０】
前記測定装置（２８、３４）が前記内部空間（１２）の、前記長手方向軸（２０）を含む水平方向の中心面の上方で、前記充填領域（１８）に隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の高圧ガスタンク。
【請求項１１】
前記測定装置（２８、３４）が、前記流入開口部（１６）と、前記高圧ガスタンク（１０）の壁（２６）の領域との間に、又は前記壁（２６）の領域内に配置されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の高圧ガスタンク。
【請求項１２】
前記流入開口部（１６）を通って流入するガス噴流（３６）が、前記内部空間（１２）の前記長手方向軸（２０）に対して角度Φをなすように調整することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の高圧ガスタンクの充填方法。
【請求項１３】
水素による前記高圧ガスタンク（１０）の充填することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
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