(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各層を形成する仕切壁を円弧形とし、各層間に適宜空間を設けた多層構造とし、外周壁に設置形態部として平坦面を形成し、各層間の仕切壁に、内層から外層への流れを許容することで、各層間の圧力差を自動的に一定値以下に保つことが出来、また、内層から外層への流れを作り出すことが出来る逆止弁を設け、ガスの充填口を中心層に、排出口を最外側層にそれぞれ設けたことを特徴とするガス貯蔵タンク。
【請求項２】
最外側層内のガスの圧力をガス排出口の外部圧力と等しくする請求項１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、天然ガス自動車などに搭載して、そのエンジン用燃料となる圧縮天然ガスを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】
従来より、公害問題が大きい化石燃料に変わって、公害物質の発生の少ない、天然ガスや水素といったガスを燃料とした自動車の開発が行われてきた。図３は天然ガス自動車の構造を示すもので、エンジン２０に燃料を供給する燃料タンクとしてのガス貯蔵タンク２１を搭載している。
【０００３】
燃料として、特に天然ガスはメタンが主成分であるが、水素を多く含有し、二酸化炭素の発生量が少なく、また、硫黄酸化物や窒素酸化物の排出も少ないため、抵公害の自動車用燃料として適している。しかも、様々なところで燃料として既に流通しているため、普及も容易である。
【０００４】
しかし、ガスは比重が液体や個体のものと比べ非常に低いため、通常圧力下で維持するには莫大な体積を占める。そこで通常はガスを液体化し、その体積を減少させる。しかし、例えば天然ガスは常気圧下での沸点は−１６０℃であり、液体状に保つのは非常に困難である。そのため、最近は天然ガスに２０MPa(２００kgf/cm２)の圧力を加え圧縮することにより気相状態として貯蔵するのが主流である。なお、気相状態となった天然ガスは一般に圧縮天然ガス（CNG ：Compressed Natural Gas）と呼ばれる。
【０００５】
このため天然ガスを燃料とする場合、ガス貯蔵タンク２１は、天然圧縮ガスを貯蓄するために２０ＭＰａという高圧力に耐えられる、高い耐圧性を持つものである必要がある。従来のタンクは、外周壁を板厚の厚い金属により形成し、耐圧性を得ていた。しかし、これによりタンクの重量が大きくなっていた。
【０００６】
耐圧性を持たせるためには、形態としては圧力が均等にかかる球体が最も適している。それ以外の形態としても、楕円体や樽状体といったように、球体に準じるものが望ましい。しかし、球体に準じた形態は、自動車に搭載するうえで場所をとるうえ、一定位置に固定するうえで安定性に欠ける。
【０００７】
また、タンク内の高圧ガスを燃料としてエンジンに供給するには、燃料として使えるまでガスの圧力を下げる必要があった。このためガス貯蔵タンク２１には、ガスを供給するパイプの途中にガスの圧力を下げるレギュレーターを設けるのが普通であった。しかし、タンク内のガスが非常に高圧であるため、これをエンジンで燃料として使用するのに安全な圧力まで確実に下げる高性能のレギュレーターを用いる必要があり、またレギュレーターに異常が生じた場合、ガスの高圧が原因でエンジンの故障や爆発等、大きな危険が生じる可能性があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス貯蔵タンクでは重量が大きく、ガスを燃料とする自動車に搭載した時、燃費を悪くするだけでなく、操作性も悪化する。また、耐圧形態のタンクは搭載するのに向いていない形態であるという問題もあった。さらにタンク内のガスを燃料として使用するのには、ガスの圧力を下げるための高性能のレギュレーターが必要であった。
【０００９】
また、従来のガス貯蔵タンクの場合、事故などに外周壁に亀裂が生じた場合、タンクの内部の圧力と外部の圧力に大きな差があるため、亀裂よりガスが一気に噴出することになる。これによりタンクの爆発や、噴出したガスが引火することによる爆発や火災等を起こす危険性が高かった。
【００１０】
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、軽量で、かつ搭載するのに適した形態をとることが可能であり、かつ安全性が高いガス貯蔵タンクを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、第１に、各層を形成する仕切壁を円弧形とし、各層間に適宜空間を設けた多層構造とし、外周壁に設置形態部として平坦面を形成し、各層間の仕切壁に、内層から外層への流れを許容することで、各層間の圧力差を自動的に一定値以下に保つことが出来、また、内層から外層への流れを作り出すことが出来る逆止弁を設け、ガスの充填口を中心層に、排出口を最外側層にそれぞれ設けたこと、第２に、最外側層内のガスの圧力をガス排出口の外部圧力と等しくすることを要旨とするものである。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、タンクを多層構造とすることで、タンク内のガスの圧力を各層に分散させることが可能である。さらに各層の仕切壁に内層から外層への流れを許容する逆止弁を設けることで、各層間の圧力差を自動的に一定値以下に保つことが出来、また、内層から外層への流れを作り出すことが出来る。そこで、ガスの充填口を中心層に、排出口を最外側層に設けることで、中心層に入れたガスを最外側層から取り出すことができ、タンクへのガスの充填および排出が容易である。
【００１３】
前記作用に加えて、各層を形成する仕切壁を円弧形の耐圧形態とすることで、耐圧性を高めることができ、さらにタンクの外周壁は設置形態部を形成するなど内側とは違った形状でもよく、設置に適した形態とすることで、タンク自体は車体に搭載するのに適した形態をとることが可能である。
【００１４】
請求項２記載の本発明によれば、最外側層内のガスの圧力をガス排出口外部の圧力と等しくすることで、タンク内のガスを燃料として供給するにあたり、ガスの圧力を下げるためのレギュレーターの必要がなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明においてタンクに貯蓄するガスは特に限定されるものではないが、本実施形態は天然ガスを貯蓄する場合である。また、本発明の用途も限定されるものではないが、本実施形態は天然ガスを燃料として走る自動車に搭載する燃料タンクの場合を想定した。
【００１６】
図１は本発明のガス貯蔵タンクの１実施形態を示す縦断側面図、図２は同上横断平面図で、本発明のガス貯蔵タンクは各層間に適宜空間を設けた三層構造からなり、タンクの中心部に中心層１を設け、その周りを取り囲むのように中間層２を設け、さらにその周りに最外側層３を設ける。なお必ずしも三層である必要はなく、二層構造でも三層以上の多層構造でも構わない。
【００１７】
タンクは外周壁１０によって容器として形成され、外周壁１０の形態がタンクの外部形態となる。外周壁１０内側は第１の仕切壁５によって最外側層３と中間層２とが仕切られる。さらに仕切壁５内は第２の仕切壁４によって、中間層２と中心層１が仕切られる。また、外周壁１０と仕切壁５及び仕切壁４はリブ８によって相互位置を固定しており、中間層２と最外側層３の形態を維持した。
【００１８】
仕切壁４には内層から外層への流れを許容する第１の逆止弁６を設けた。逆止弁６は一定値以上の圧力差がかかると、自然に弁が開き、不可逆的にガスを高圧部から低圧部へ流入させるものである。これにより、中心層１と中間層２との間の圧力差を自動的に一定値以下に保つことができる。第１実施形態では逆止弁６により中心層１と中間層２の間の圧力差は自動的に常に１０MPa 以下になる。
【００１９】
仕切壁５には内層から外層への流れを許容する第２の逆止弁７が設けてある。逆止弁７は基本的には逆止弁６と同じ働きをするものである。これにより、中間層２と最外側層３との間の圧力差を自動的に常に５MPa 以下になる。
【００２０】
本実施形態ではタンクにガスを最大充填した場合、中心層１には２０MPa、中間層２には１０MPa 、最外側層には5MPaの圧力の天然ガスがそれぞれ充填することとなる。このとき、中心層１と中間層２との圧力差は１０MPa であり、従って仕切壁４は１０MPa の圧力に耐えられる強度を持っていればよいことになる。なにかしらの理由により、中心層１と中間層２との圧力差が１０MPa を超えるようなことがあれば、逆止弁６が開き、中心層１内のガスは中間層２へ排出され、中心層１と中間層２との間の圧力差を速やかに１０MPa まで下げることになる。
【００２１】
同様のことが仕切壁５と中間層２と最外側層３との間で行われているため、中間層２と最外側層３間の圧力差は５MPa 以下であり、仕切壁５は５MPa の圧力に耐えられればよいこととなる。また最外側層３の圧力は５Mpa であるため、外周壁１０は５MPa の圧力に耐えられればよい。
【００２２】
このように、各層間の圧力差が小さいため、仕切壁に要求される強度も低くなる。さらに、仕切壁は楕円体と耐圧力形態として適した形態をしている。これらの理由により、肉薄の板面で仕切壁を形成しても、充分な耐圧性を持たすことができる。このことによりタンクの全体重量を軽減させることが可能となる。軽量なタンクを形成することは自動車に搭載するにあたり、自動車の燃費や操作性を上げるうえで非常に重要である。
【００２３】
タンク外周壁１０の底部には設置形態部として平坦面９を形成した。これにより、自動車に搭載するときに設置しやすく、安定性を得られる。また図示は省略したが、設置形態部としてその他配管や機具の設置に合わせてさらに形状を変化させたり、窪みや突起を設けることも考えられる。このようにタンクを設置するのに適した形状にすると、タンクの耐圧性が低くなってしまうが、本実施形態では最外側層３内の天然ガスの圧力が低く、このためタンクの外側との圧力差が小さいので、必要とされる耐圧性が低いので問題が無い。またタンクの外側との圧力差が小さいことはタンク外周壁を肉薄なもので形成しても、十分な耐圧性を持たせることができ、これによりタンクの重量を軽減させることが可能となる。
【００２４】
一方、最外側層３の圧力が低いため、事故等により外周壁１０に亀裂などの損傷が生じた場合にも、外気との圧力差が少ないため、亀裂にかかる圧力が小さくなる。これにより、ガスの圧力により亀裂が加速度的に広がり、それに従いタンク内のガスの噴出量も加速度的に増え、最終的にタンクそのものが爆発をするという事態が起こりにくい。また、外気との圧力差が少ないということは、亀裂より噴出するガスの勢いも軽減されるため、亀裂より漏れ出すガスの量を少なくすることができる。これにより、漏れ出したガスが引火し、爆発を起こす危険性を減らすことができる。これら特徴は、自動車のように、事故により大きな衝撃を受ける可能性が高く、なおかつ電気統系といった引火する原因となるものがタンクの傍に設置せざるを得ないような場合に、安全性を高めるうえで非常に大きく貢献する。
【００２５】
タンク外部から中心層１まで充填管１１を配設し、その先端を中心層１に開口する充填口１１ａとし、また、最外側層３からタンク外部まで排出管１２を設け、排出管１２の端を最外側層３に開口する排出口１２ａとした。
【００２６】
充填管１１はタンク外部にてカップリング１３を介して注入管１６と接合させ、また、この注入管１６は車体外側に設けられた注入口まで延設する。排出管１２はタンク外部にてカップリング１４を介して供給管１７に接合させ、供給管１７にはレギュレーター１５を設け、エンジン２０まで導く。
【００２７】
車体に搭載されたタンクへ天然ガスを充填するときは、車体外側に設けられた注入口から充填する。天然ガスを充填する充填機と前記注入口を接続し、充填機により圧力のかかった天然ガスを注入口から注入する。天然ガスは注入管１６を経て充填管１１を通り、中心層１に入る。中心層１に天然ガスが溜まり、中心層１内の圧力が高まり、中間層２との圧力差が１０ＭＰａ以上になると、逆止弁６が開き、天然ガスは中間層２へと流入する。
【００２８】
天然ガスが中間層２に溜まり、中間層２と最外側層３との差が５ＭＰａ以上になると、逆止弁７が開き、天然ガスは最外側層３に流入する。以降は中心層１と中間層２及び最外側層３内の圧力は共に上昇することとなり、中心層１内の圧力が２０ＭＰａに達した時点で、タンクは最大充填されたものとして、ガスの充填を中止する。その時、自然と中間層２内の圧力は１０ＭＰａ、最外側層３内の圧力は５ＭＰａになっている。このように中心層１に天然ガスを充填することで、自動的に全ての層に天然ガスを充填することが可能である。
【００２９】
天然ガスをタンクより排出するときは、排出管１２より行う。排出管１２を通った天然ガスが供給管１７を通り、供給管１７にてレギュレーター１５を経てエンジンへと供給される。排出管１２から天然ガスが排出されていくと、最外側層３内の圧力は下がっていく。それにより、最外側層３と中間層２との圧力差が５MPａ以上になると、逆止弁７が開き、天然ガスが中間層２から最外側層３へと流入する。中間層２内の天然ガスが減り圧力が下がって中央層１との圧力差が１０ＭＰａ以上になると逆止弁６が開き、中央層１から中間層２へ天然ガスが流入する。このようにして、最外側層３から天然ガスを排出することにより、自動的に各層に貯蓄された天然ガスを排出していくことが可能である。
【００３０】
最外側層３の内部の圧力は５ＭＰａとなっており、これはエンジン部の圧力とほぼ同じとなっている。従って、天然ガスをタンクからエンジン部へ供給するにあたり、圧力を下げる必要がない。
【００３１】
本実施形態では供給管１７にはレギュレーター１５が存在し、エンジンへ供給される天然ガスの圧力をエンジン部の圧力である５MPa まで下げるようになっている。これはなにかしらの理由により、最外側層３内の圧力が５MPa 以上になったり、またタンクより排出された天然ガスの圧力が高まるような場合に、エンジンにダメージを与えないために存在するのであり、通常は必要がない。従って、レギュレーター１５にはさほど高い性能を必要としないうえ、レギュレーター１５自体にも負担はほとんどかからない。このため、レギュレーターの不調によりエンジンに異常な負担がかかることもなく、安全である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のガス貯蔵タンクはタンクを多層構造にすることにより、タンク内のガスの圧力を各層に分散させることができ、これにより軽量でかつ設置に適したタンクとなり、なおかつ安全性も高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のガス貯蔵タンクの１実施形態を示す縦断側面図である。
【図２】  本発明のガス貯蔵タンクの１実施形態を示す横断平面図である。
【図３】  天然ガス自動車の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…中心層                              ２…中間層
３…最外側層                            ４…仕切壁
５…仕切壁                              ６…逆止弁
７…逆止弁                              ８…リブ
９…平坦面                              １０…外周壁
１１…充填管                            １１ａ…充填口
１２…排出管                            １２ａ…排出口
１３，１４…カップリング
１５…レギュレーター                    １６…注入管
１７…供給管
２０…エンジン                          ２１…ガス貯蔵タンク
【図１】
0003991627.tif 000002
【図２】
0003991627.tif 000003
【図３】
0003991627.tif 000004