(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスが充填される略円筒状の燃料タンクと、
充填する燃料ガスをタンク内へ噴出させる充填口と、
該充填口から噴出する燃料ガスをタンク内部へ拡散させる複数の噴出口とを備え、
前記噴出口のぞれぞれは、タンクの軸方向に対して略αの傾き角度を有し、
角度αは、
タンクの半径をｒ、
タンクの軸方向の長さをＬとしたときに、
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ）
で示される値であることを特徴とする燃料タンク構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンク構造に係り、特に、天然ガスや水素等の燃料ガスを高圧で充填する燃料タンク構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より天然ガス車両や燃料電池車両用として、燃料ガスを高圧で貯蔵する燃料タンクが用いられている。車両用の燃料タンクは、重量軽減のためにスチール容器やアルミニウム容器よりも金属製ライナーを有する樹脂系のコンポジット容器やオールコンポジット容器が好まれる傾向がある。
【０００３】
従来の高圧ガス用燃料タンクの例としては、特開平９−２９１８６２号公報に開示された技術が知られている。この従来技術によれば、図３の縦断面図に示すように、燃料タンク本体は、金属等の高気密性を有するタンクインナー部材１と、軽量の抗張力材を用いたタンクアウター部材２との２重層からなる略円筒形状に形成されている。そして、タンク本体に燃料充填用レセプタクル７と燃料供給用レセプタクル８を有するバルブユニット３を取り付けるとともに、バルブユニット３の反対側をプラグ４で封止している。
【０００４】
バルブユニット３の周辺拡大図を図４に示す。図中左半部が大径部、右半部が小径部となるよう形成された略円筒形状のバルブユニット３は、小径部に雄ネジが形成されている。バルブユニット３の雄ネジ部は、タンクインナー部材１で形成された雌ネジ５にシールリング６を介装して螺合されている。
【０００５】
またバルブユニット３には、燃料充填用のパイプを接続するための充填用レセプタクル７と、内燃機関や燃料電池に燃料を供給するための供給用パイプを接続するための供給用レセプタクル８が設けられている。そして燃料充填時には、充填用レセプタクル７から充填された燃料ガスが充填口９からタンク内に噴出するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような燃料タンクに高圧の燃料ガスを充填する場合、図５に示すように、充填口９からタンク内部に噴出した燃料ガスの大部分は、高速で一気に反対側のプラグ４付近に衝突する。そして、プラグ４付近が高速ガスの衝突エネルギーにより発熱し、バルブユニット３の付近よりも高温になる。
【０００７】
この従来の燃料タンクにおける充填時の温度上昇具合を図６に示す。タンク初期圧力をＰ０とし、タンク満充填時圧力をＰ１とすれば、周囲温度２５℃における満充填時のプラグ４の温度は、バルブユニット３の温度より約２０℃上昇している。
【０００８】
しかしながら、燃料ガスの高圧充填時の部分的な燃料タンクの温度上昇は、熱膨張による歪みを生じるという問題点があった。
【０００９】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、高圧燃料ガス充填時の局部的な発熱を抑制し、熱的な歪みを抑制した燃料タンク構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、高圧ガスが充填される略円筒状の燃料タンクと、充填する燃料ガスをタンク内へ噴出させる充填口と、該充填口から噴出する燃料ガスをタンク内部へ拡散させる複数の噴出口とを備え、前記噴出口のぞれぞれは、タンクの軸方向に対して略αの傾き角度を有し、
角度αは、
タンクの半径をｒ、
タンクの軸方向の長さをＬとしたときに、
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ）
で示される値であることを要旨とする燃料タンク構造である。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、高圧ガスが充填される略円筒状の燃料タンクと、充填する燃料ガスをタンク内へ噴出させる充填口と、該充填口から噴出する燃料ガスをタンク内部へ拡散させる複数の噴出口とを備え、前記噴出口のぞれぞれは、タンクの軸方向に対して略αの傾き角度を有し、角度αは、タンクの半径をｒ、タンクの軸方向の長さをＬとしたときに、
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ）
で示される値であることとしたので、燃料ガスが高圧で充填されても、充填口から噴出する高圧ガスが複数の噴出口に分散されるので、高圧ガスが衝突する箇所が分散されるとともに、噴出口からタンク内壁までの噴出ガスの飛距離が伸びることにより衝突速度が低下して、局部的な発熱を抑制し熱的な歪みを抑制した燃料タンク構造を提供することができるという効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態の燃料タンクの概略形状は、図３に示した従来の燃料タンクと同様であるが、バルブユニット３０及びその付属品が異なる。燃料タンク本体は、特に限定されないが、金属等の高気密性を有するタンクインナー部材１と、軽量の抗張力材を用いたタンクアウター部材２との２重層からなる略円筒形状に形成され、車両用燃料タンクとして好適なものである。
【００１７】
図１は、本発明に係る燃料タンク構造の第１実施形態を説明する要部縦断面図であり、バルブユニット３０の周辺を拡大している。図中左半部が大径部、右半部が小径部となるよう形成された略円筒形状のバルブユニット３０は、小径部に雄ネジが形成されている。バルブユニット３０の雄ネジ部は、タンクインナー部材１で形成された雌ネジ５にシールリング６を介装して螺合されている。
【００１８】
またバルブユニット３０には、燃料充填用のパイプを接続するための充填用レセプタクル７と、内燃機関や燃料電池に燃料を供給するための供給用パイプを接続するための供給用レセプタクル８が設けられている。
【００１９】
またバルブユニット３０のタンク内側には、複数の噴出し口３３を有する噴出口ユニット３１がボルト３２に螺合されている。それぞれの噴出し口３３は、充填用レセプタクル７に連通するとともに、各噴出し口３３の方向は、タンク軸方向に対して角度αだけ傾けられている。さらに複数の噴出し口３３の方向は、噴出口ユニット３３を頂点としてタンク内に向かって放射状に設けられていることが好ましい。
【００２０】
本実施形態における燃料ガス充填時には、充填用レセプタクル７から充填される高圧燃料ガスは、複数の噴出し口３３から分散して、且つタンク軸方向にαの傾きを持ってタンク内部に噴出する。但し、傾き角度αをタンクの軸方向に対して垂直（α＝９０°）に近い角度で設けると、噴出し口３３を複数設けても、噴出し口３３からタンクインナー部材１までの燃料ガスの飛距離が短くなるために発熱抑制効果が少ない。
【００２１】
そこで本実施形態では、噴出し口３３の向きをタンク軸方向に対して斜めにすることで噴出し口３３からタンクインナー部材１までの距離を稼ぎ、拡散効果を持たせた。
【００２２】
この傾き角度αは、略円筒形状の燃料タンクの場合、その半径をｒ、その軸方向の長さをＬとすると、次の式（１）、または式（２）で示されるαを含む前後の値が好ましい。
【００２３】
【数１】
ｔａｎα＝ｒ／Ｌ            …（１）
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ）    …（２）
これにより、充填する燃料ガスがタンクインナー部材１へ衝突する際には、運動エネルギーが小さくなっており、衝突によるタンク本体の発熱を抑制することができる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
第２実施形態の燃料タンクの概略形状は、図３に示した従来の燃料タンクと同様であるが、バルブユニット４０及びその付属品が異なる。燃料タンク本体は、特に限定されないが、金属等の高気密性を有するタンクインナー部材１と、軽量の抗張力材を用いたタンクアウター部材２との２重層からなる略円筒形状に形成され、車両用燃料タンクとして好適なものである。
【００２５】
図２は、本発明に係る燃料タンク構造の第１実施形態を説明する要部縦断面図であり、バルブユニット４０の周辺を拡大している。図中左半部が大径部、右半部が小径部となるよう形成された略円筒形状のバルブユニット４０は、小径部に雄ネジが形成されている。バルブユニット４０の雄ネジ部は、タンクインナー部材１で形成された雌ネジ５にシールリング６を介装して螺合されている。
【００２６】
またバルブユニット４０には、燃料充填用のパイプを接続するための充填用レセプタクル７と、内燃機関や燃料電池に燃料を供給するための供給用パイプを接続するための供給用レセプタクル８が設けられている。
【００２７】
またバルブユニット４０の充填通路には、略円筒形状のアダプタ４１をネジ４６で螺合している。アダプタ４１は、タンク内側に開口部である噴出口４７を備えるとともに、外周部を一周する溝４４が設けられている。
【００２８】
溝４４には、格子状に多数の孔が開いた略円筒形状のシリンダ部材４２がバンド４３により取り付けられている。シリンダ部材４２の底部には、プレート４５が設けられている。シリンダ部材４２は、例えば金属板に多数の孔を格子状に開けて円筒形状に成型してもよいし、金属製金網をシリンダ形状に成型してもよい。
【００２９】
本実施形態における燃料ガス充填時には、充填用レセプタクル７から充填される高圧燃料ガスは、アダプタ４１の噴出口４７から噴出し、一旦プレート４５に衝突して反射し、シリンダ部材４２の多数の格子状の孔からタンク内部へ拡散されて噴出する。燃料ガスがタンクインナー部材１に衝突するときには運動エネルギーは小さくなっており、燃料ガスの衝突によるタンク本体の発熱を抑制することができる。
【００３０】
噴出口４７から噴出した燃料ガスがプレート４５に衝突する際には、プレート４５が発熱し、その温度が上昇する。しかしプレート４５の熱は、シリンダ部材４２に伝わり、シリンダ部材４２の多数の格子状の孔を介してタンク内燃料ガスに放熱されるので、アダプタ４１までは殆ど伝わず、アダプタ４１の温度上昇は僅かで問題とならない。
【００３１】
このため、小さな部品であるプレート４５の耐熱性さえ高めておけば、その他の部品の耐熱性を考慮する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
【００３２】
本実施形態によれば、充填する燃料ガスの拡散手段として、充填口の周囲に配設された多数の格子状孔を有するシリンダ部材としたので、充填口より噴出する燃料ガス流がシリンダ部材により細かく分散撹拌され、著しく流速を低下させ、タンクインナー部材への衝突エネルギーをより小さくすることができる。
【００３３】
尚、上記各実施形態においては、充填用レセプタクルと供給用レセプタクルとを個別に有する燃料タンク構成としたが、これに限らず充填と供給で通路を供給する燃料タンクに適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料タンク構造の第１実施形態を説明する要部縦断面図である。
【図２】本発明に係る燃料タンク構造の第２実施形態を説明する要部縦断面図である。
【図３】従来例の燃料タンク構造を説明する縦断面図である。
【図４】従来例の燃料タンク構造を説明する要部縦断面図である。
【図５】従来例の燃料タンク構造における高圧燃料ガス充填時のタンク内ガス挙動を説明する模式断面図である。
【図６】従来例と本発明との燃料充填時の温度変化を説明するグラフである。
【符号の説明】
１…タンクインナー部材
２…タンクアウター部材
５…ネジ
６…シールリング
７…充填用レセプタクル
８…供給用レセプタクル
３０…バルブユニット
３１…噴出口ユニット
３２…ボルト
３３…噴出し口
【図１】
0003864815.tif 000002
【図２】
0003864815.tif 000003
【図３】
0003864815.tif 000004
【図４】
0003864815.tif 000005
【図５】
0003864815.tif 000006
【図６】
0003864815.tif 000007