JP2003267069A - Fuel tank structure - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel tank structure, and more particularly to a fuel tank structure for filling fuel gas such as natural gas or hydrogen at high pressure.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, fuel tanks for storing fuel gas at high pressure have been used for natural gas vehicles and fuel cell vehicles. As a fuel tank for a vehicle, a resin-based composite container having a metal liner or an all-composite container tends to be preferred over a steel container or an aluminum container for weight reduction.
【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。As an example of a conventional high-pressure gas fuel tank, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-291862 is known. According to this conventional technique, as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 3, the fuel tank main body includes a tank inner member 1 having high airtightness such as metal and a tank outer member 2 using a lightweight tensile strength material. It is formed in a substantially cylindrical shape composed of two layers. Then, the valve unit 3 having the fuel filling receptacle 7 and the fuel supply receptacle 8 is attached to the tank body, and the valve unit 3 is attached.
The opposite side is sealed with a plug 4.
【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。An enlarged view of the periphery of the valve unit 3 is shown in FIG. In the valve unit 3 having a substantially cylindrical shape in which the left half portion in the drawing is a large diameter portion and the right half portion is a small diameter portion, a male screw is formed in the small diameter portion. The male screw portion of the valve unit 3 is screwed into the female screw 5 formed of the tank inner member 1 with a seal ring 6 interposed.
【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。Further, the valve unit 3 has a filling receptacle 7 for connecting a fuel filling pipe and a supply receptacle 8 for connecting a supply pipe for supplying fuel to an internal combustion engine or a fuel cell. Is provided. When the fuel is filled, the fuel gas filled from the filling receptacle 7 is ejected from the filling port 9 into the tank.
【０００６】[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。When a high-pressure fuel gas is filled in such a fuel tank, as shown in FIG.
Most of the fuel gas ejected from the filling port 9 into the tank collides with the vicinity of the plug 4 on the opposite side at a high speed. Then, the vicinity of the plug 4 generates heat due to the collision energy of the high-speed gas, and becomes hotter than the vicinity of the valve unit 3.
【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。FIG. 6 shows how the temperature of the conventional fuel tank rises during filling. Initial tank pressure is P0,
If the pressure at full filling of the tank is P1, the temperature of the plug 4 at full filling at an ambient temperature of 25 ° C. is
The temperature has risen by about 20 ° C.
【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。However, there is a problem that the partial temperature rise of the fuel tank during high pressure filling of the fuel gas causes distortion due to thermal expansion.
【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。In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel tank structure which suppresses local heat generation at the time of filling high pressure fuel gas and suppresses thermal distortion.
【００１０】[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、充填する燃料をタンク内へ噴
出させる充填口と、該充填口から噴出する燃料をタンク
内部へ拡散させる拡散手段と、を備えたことを要旨とす
る燃料タンク構造である。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is to fill a filling port for jetting the filling fuel into the tank, and to diffuse the fuel jetting from the filling port into the inside of the tank. The fuel tank structure is characterized by including a diffusing means.
【００１１】上記目的を達成するために請求項２記載の
発明は、請求項１記載の燃料タンク構造において、前記
拡散手段は、タンクの軸方向に対して傾きを有する複数
の噴出口であることを要旨とする。In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is the fuel tank structure according to claim 1, wherein the diffusing means is a plurality of jet outlets having an inclination with respect to the axial direction of the tank. Is the gist.
【００１２】上記目的を達成するために請求項３記載の
発明は、請求項１記載の燃料タンク構造において、前記
拡散手段は、前記充填口の周囲に配設された格子状部材
であることを要旨とする。In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is the fuel tank structure according to claim 1, wherein the diffusing means is a lattice-like member arranged around the filling port. Use as a summary.
【００１３】[0013]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、充填する
燃料をタンク内へ噴出させる充填口と、該充填口から噴
出する燃料をタンク内部へ拡散させる拡散手段と、を燃
料タンク構造に備えたことにより、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拡散手段に
より拡散されて高圧ガスが衝突する箇所が分散されると
ともに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。According to the first aspect of the invention, a fuel tank structure is provided with a filling port for ejecting the fuel to be filled into the tank and a diffusing means for diffusing the fuel ejected from the filling port into the inside of the tank. As a result, even if the fuel gas is filled at a high pressure, the high-pressure gas ejected from the filling port is diffused by the diffusing means to disperse the places where the high-pressure gas collides, and the collision speed decreases, resulting in localized There is an effect that it is possible to provide a fuel tank structure that suppresses heat generation and suppresses thermal distortion.
【００１４】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の燃料タンク構造において、前記拡散手段は、タンク
の軸方向に対して傾きを有する複数の噴出口であること
としたので、複数の噴出口からそれぞれ高圧燃料ガスが
噴出するので、燃料ガスが衝突する箇所が分散されると
ともに衝突速度が低下するという効果がある。According to the second aspect of the invention, in the fuel tank structure according to the first aspect, the diffusing means is a plurality of jet outlets inclined with respect to the axial direction of the tank. Since the high-pressure fuel gas is jetted from each of the jet outlets, the locations where the fuel gas collides are dispersed and the collision speed is reduced.
【００１５】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の燃料タンク構造において、前記拡散手段は、前記充
填口の周囲に配設された格子状部材であることとしたの
で、充填口より噴出する燃料ガス流が格子状部材により
細かく分散撹拌され、著しく流速を低下させることがで
きるという効果がある。According to the third aspect of the invention, in the fuel tank structure according to the first aspect, the diffusing means is a grid-like member arranged around the filling port. There is an effect that the further jetted fuel gas flow is finely dispersed and stirred by the lattice member, and the flow velocity can be remarkably reduced.
【００１６】[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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. First Embodiment The schematic shape of the fuel tank of the first embodiment is the same as that of the conventional fuel tank shown in FIG. 3, but the valve unit 30 and its accessories are different. The fuel tank body is not particularly limited, but is formed in a substantially cylindrical shape having a double layer of a tank inner member 1 having a high airtightness such as metal and a tank outer member 2 using a lightweight tensile strength material, and is for a vehicle. It is suitable as a fuel tank.
【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。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part for explaining a first embodiment of a fuel tank structure according to the present invention, in which the periphery of a valve unit 30 is enlarged. The left half of the figure is the large diameter part,
The substantially cylindrical valve unit 30 formed so that the right half portion has a small diameter portion has a male screw formed on the small diameter portion.
The male screw portion of the valve unit 30 is screwed into the female screw 5 formed of the tank inner member 1 with a seal ring 6 interposed.
【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。The valve unit 30 has a filling receptacle 7 for connecting a fuel filling pipe and a supply receptacle 8 for connecting a supply pipe for supplying fuel to an internal combustion engine or a fuel cell. Is provided.
【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。A jet port unit 31 having a plurality of jet ports 33 is screwed into a bolt 32 inside the tank of the valve unit 30. Each spout 33
Communicates with the filling receptacle 7, and the direction of each ejection port 33 is inclined by an angle α with respect to the tank axial direction. Furthermore, it is preferable that the plurality of ejection ports 33 are provided radially toward the inside of the tank with the ejection port unit 33 as the apex.
【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。When the fuel gas is filled in this embodiment,
The high-pressure fuel gas filled from the filling receptacle 7 is
It is dispersed from a plurality of ejection ports 33 and ejected into the tank with an inclination of α in the tank axial direction. However, when the inclination angle α is provided at an angle close to vertical (α = 90 °) with respect to the axial direction of the tank, even if a plurality of ejection ports 33 are provided, the fuel gas from the ejection port 33 to the tank inner member 1 Since the flight distance is short, the heat generation suppressing effect is small.
【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３
３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。Therefore, in this embodiment, the direction of the ejection port 33 is inclined with respect to the tank axial direction, so that the ejection port 3
The distance from 3 to the tank inner member 1 was increased to give a diffusion effect.
【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。In the case of a substantially cylindrical fuel tank, the inclination angle α is represented by the following equation (1) or equation (2), where r is the radius of the fuel tank and L is its axial length. Values before and after including are preferred.
【００２３】[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。Tan α = r / L (1) α = tan −1 (r / L) (2) As a result, the fuel gas to be filled is filled with the tank inner member 1
At the time of the collision, the kinetic energy is small, and it is possible to suppress the heat generation of the tank body due to the collision.
【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。Second Embodiment The schematic shape of the fuel tank of the second embodiment is the same as that of the conventional fuel tank shown in FIG. 3, but the valve unit 40 and its accessories are different. The fuel tank body is not particularly limited, but is formed in a substantially cylindrical shape having a double layer of a tank inner member 1 having a high airtightness such as metal and a tank outer member 2 using a lightweight tensile strength material, and is for a vehicle. It is suitable as a fuel tank.
【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。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a main part for explaining the first embodiment of the fuel tank structure according to the present invention, in which the periphery of the valve unit 40 is enlarged. The left half of the figure is the large diameter part,
The substantially cylindrical valve unit 40 formed so that the right half portion has a small diameter portion has a male screw formed on the small diameter portion.
The male screw portion of the valve unit 40 is screwed into the female screw 5 formed of the tank inner member 1 with a seal ring 6 interposed.
【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。The valve unit 40 has a filling receptacle 7 for connecting a fuel filling pipe and a supply receptacle 8 for connecting a supply pipe for supplying fuel to an internal combustion engine or a fuel cell. Is provided.
【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。Further, in the filling passage of the valve unit 40,
A substantially cylindrical adapter 41 is screwed with a screw 46.
The adapter 41 has a spout 47 which is an opening inside the tank.
And a groove 44 that goes around the outer peripheral portion is provided.
【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。A substantially cylindrical cylinder member 42 having a large number of holes formed in a lattice is attached to the groove 44 by a band 43. A plate 45 is provided at the bottom of the cylinder member 42. The cylinder member 42 may be formed into a cylindrical shape by forming a large number of holes in a metal plate in a lattice shape, or may be formed into a cylinder shape with a metal wire mesh.
【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４
５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。When filling the fuel gas in this embodiment,
The high-pressure fuel gas filled from the filling receptacle 7 is
It spouts from the spout 47 of the adapter 41 and once the plate 4
5 is collided and reflected, and is diffused and ejected from the numerous lattice-shaped holes of the cylinder member 42 into the inside of the tank. When the fuel gas collides with the tank inner member 1, the kinetic energy is small, and it is possible to suppress the heat generation of the tank body due to the collision of the fuel gas.
【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。When the fuel gas ejected from the ejection port 47 collides with the plate 45, the plate 45 generates heat and its temperature rises. However, the heat of the plate 45 is transmitted to the cylinder member 42 and is radiated to the fuel gas in the tank through the many lattice-shaped holes of the cylinder member 42, so that it is hardly transmitted to the adapter 41 and the temperature rise of the adapter 41 does not occur. It's a little, and it doesn't matter.
【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。Therefore, the plate 45, which is a small component,
It is not necessary to consider the heat resistance of other parts as long as the heat resistance of (1) is increased, and the manufacturing cost can be suppressed.
【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。According to this embodiment, since the cylinder member having a large number of lattice holes arranged around the filling port is used as the means for diffusing the fuel gas to be filled, the fuel gas flow ejected from the filling port is Finely dispersed and stirred by the cylinder member, the flow velocity is remarkably reduced, and the collision energy to the tank inner member can be further reduced.
【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。In each of the above-described embodiments, the fuel tank has the filling receptacle and the supplying receptacle separately, but the present invention is not limited to this, and is obviously applicable to a fuel tank that supplies a passage for filling and supplying. Is.
【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。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining a first embodiment of a fuel tank structure according to the present invention.
【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。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining a second embodiment of the fuel tank structure according to the present invention.
【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。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view illustrating a conventional fuel tank structure.
【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。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a main part for explaining a conventional fuel tank structure.
【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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the behavior of gas in the tank when the high-pressure fuel gas is filled in the fuel tank structure of the conventional example.
【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。FIG. 6 is a graph illustrating a temperature change during fuel filling in a conventional example and the present invention.
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 1 ... Tank inner member 2 ... Tank outer member 5 ... screw 6 ... Seal ring 7 ... Receptacle for filling 8 ... Supply receptacle 30 ... Valve unit 31 ... Spout unit 32 ... bolt 33 ... Spout
Claims (3)
填口と、 該充填口から噴出する燃料をタンク内部へ拡散させる拡
散手段と、 を備えたことを特徴とする燃料タンク構造。1. A fuel tank structure comprising: a filling port for ejecting the fuel to be filled into the tank, and a diffusion means for diffusing the fuel ejected from the filling port into the inside of the tank.
て傾きを有する複数の噴出口であることを特徴とする請
求項１記載の燃料タンク構造。2. The fuel tank structure according to claim 1, wherein the diffusing means is a plurality of jet ports having an inclination with respect to the axial direction of the tank.
設された格子状部材であることを特徴とする請求項１記
載の燃料タンク構造。3. The fuel tank structure according to claim 1, wherein the diffusing means is a lattice-shaped member arranged around the filling port.
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