JP2005069326A - 車載用水素充填タンク - Google Patents
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Abstract
【課題】構造が比較的簡単で、製造コストの低減、軽量化の促進ができ、かつ、水素の高速充填が可能な車載用水素充填タンクを提供すること。
【解決手段】内部に水素を充填するためのタンク本体10と、タンク本体10に充填する水素を供給する水素供給ステーションの接続ユニットにタンク本体10を接続するためのバルブ部2とを有する。バルブ部2は、タンク本体10に充填すべき水素を通すための通路である充填パス21と、水素供給ステーションに設けられた水素回収部に放出する水素を通すための通路である放出パス22とを独立してそれぞれ有している。
【選択図】図1
【解決手段】内部に水素を充填するためのタンク本体10と、タンク本体10に充填する水素を供給する水素供給ステーションの接続ユニットにタンク本体10を接続するためのバルブ部2とを有する。バルブ部2は、タンク本体10に充填すべき水素を通すための通路である充填パス21と、水素供給ステーションに設けられた水素回収部に放出する水素を通すための通路である放出パス22とを独立してそれぞれ有している。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池自動車、水素エンジン自動車などの水素を燃料として走行する車両に搭載される車載用水素充填タンクに関する。
近年の環境問題に対応する車両として、水素を燃料とした自動車、具体的には燃料電池自動車、水素エンジン自動車などの開発が活発に行われている。このような水素を燃料とする車両の普及を促進するには、車両に搭載される車載用水素充填タンクに対して、急速に水素を充填する技術の確立が不可欠である。
これまでに提案されている技術としては、例えば次のようなものがある。
例えば、特許文献1、2は、水素吸蔵合金MHタンクヘの充填に関するものであって、そこには、水素供給の経路の他に、熱媒体が通る2つの通路を設け、熱媒体によりMHタンクと供給ステーション間の熱輸送を促進する方法が示されている。この方法は、MH吸蔵に伴う発熱、放出に伴う吸熱を供給管を介して一部相殺することを狙ったものである。
例えば、特許文献1、2は、水素吸蔵合金MHタンクヘの充填に関するものであって、そこには、水素供給の経路の他に、熱媒体が通る2つの通路を設け、熱媒体によりMHタンクと供給ステーション間の熱輸送を促進する方法が示されている。この方法は、MH吸蔵に伴う発熱、放出に伴う吸熱を供給管を介して一部相殺することを狙ったものである。
特許文献3は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、タンク圧力に応じた水素充填速度調整機構が示されている。そして、タンク内部圧力の低い状態では低流量で供給し、タンク内部圧力の上昇に伴い流量を増加していくことが示されている。
特許文献4は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、高圧タンクに設置したサブコンテナの温度管理によりタンクヘの充填・放出をスムーズに行うものが示されている。そして、高速充填時には、サブコンテナに冷却水を供給し、タンク内圧力が低下したことにより水素充填の必要性が出た場合には、自動的に冷却水をサブコンテナに供給することが示されている。
特許文献5は、高圧タンクヘの充填に関するものであって、そこには、内部に熱交換フィンを備え、内部に充填された水素との熱の授受を行うタンクが示されている。また、タンク外部に放熱フィンを備え、内部熱交換フィンと熱的に接合することで外部環境との熱交換を促進することが示されている。
しかしながら、上記従来の技術は、いずれも基本的に高圧MHタンクあるいは高圧ボンベヘの高速充填達成を目的としたものであるが、次のような問題点が存在する。
即ち、上記特許文献1、2、4、5においては、車両側タンクと供給側タンク間の熱交換を達成するために、車両側タンク内に比較的複雑な構造の熱交換器構成を必要とする。そのため、従来の上記車載用水素充填タンクは、構造が複雑、軽量化が困難、製造コストが高くなるなどの問題がある。
また、特許文献3においては、内部圧力および温度マップを参考に水素充填速度を調整するものであって、穏やかに水素充填を行うので、高速充填を達成することができない。
特開2000−128502号公報
特開2001−324095号公報
特開2001−355795号公報
特開2002−89793号公報
特開2002−181295号公報
即ち、上記特許文献1、2、4、5においては、車両側タンクと供給側タンク間の熱交換を達成するために、車両側タンク内に比較的複雑な構造の熱交換器構成を必要とする。そのため、従来の上記車載用水素充填タンクは、構造が複雑、軽量化が困難、製造コストが高くなるなどの問題がある。
また、特許文献3においては、内部圧力および温度マップを参考に水素充填速度を調整するものであって、穏やかに水素充填を行うので、高速充填を達成することができない。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造が比較的簡単で、製造コストの低減、軽量化の促進ができ、かつ、水素の高速充填が可能な車載用水素充填タンクを提供しようとするものである。
本発明は、内部に水素を充填するためのタンク本体と、該タンク本体に充填する水素を供給する水素供給ステーションの接続ユニットに上記タンク本体を接続するためのバルブ部とを有する車載用水素充填タンクにおいて、
上記バルブ部は、上記タンク本体に充填すべき水素を通すための通路である充填パスと、
上記水素供給ステーションに設けられた水素回収部に放出する水素を通すための通路である放出パスとを独立してそれぞれ有していることを特徴とする車載用水素充填タンクにある(請求項1)。
上記バルブ部は、上記タンク本体に充填すべき水素を通すための通路である充填パスと、
上記水素供給ステーションに設けられた水素回収部に放出する水素を通すための通路である放出パスとを独立してそれぞれ有していることを特徴とする車載用水素充填タンクにある(請求項1)。
本発明の車載用水素充填タンクは、上記のごとく、上記充填パスと上記放出パスとを独立してそれぞれ有している。そのため、上記車載用水素貯蔵タンクに水素を充填する際には、タンク本体内に上記充填パスを介して急速に水素を導入しながら、上記放出パスを介して、タンク本体内から一部の水素を上記水素供給ステーションに対して放出することができる。これによって、水素充填に伴う急激な発熱を抑制することができ、水素充填速度を高めることができる。
即ち、上記タンク本体に上記充填パスを介して導入された水素は、圧力及び体積の変化によって発熱するが、この充填と併行して上記放出パスを介して一部の水素をタンク本体から放出することによって、放出される水素が熱媒体となって上記の充填時の発熱による熱をタンク本体から放出することができる。そのため、上記タンク本体への水素の充填を速く行っても、その温度上昇を抑制することができ、急速充填を可能にすることができる。
このような、水素自体を熱媒体として熱を放出する手法は、上記バルブ部において上記充填パスとは独立して上記放出パスを設けたことによって初めて実現できる。そして、上記車載用水素貯蔵タンクにおいては、上記放出パスを介した熱放出ができるので、従来のような、構造が複雑な熱交換器をタンク本体内に特別に設置する必要がない。
したがって、本発明の車載用水素充填タンクは、構造が比較的簡単で、製造コストの低減、軽量化の促進ができ、かつ、水素の高速充填が可能なものとなる。
したがって、本発明の車載用水素充填タンクは、構造が比較的簡単で、製造コストの低減、軽量化の促進ができ、かつ、水素の高速充填が可能なものとなる。
本発明の車載用水素充填タンクは、上記水素供給ステーションに接続されて上記充填パスを介して水素充填を行いながら、放出パスを介して水素を水素供給ステーションの上記水素回収部に対して放出することができる。ここでいう水素回収部は、単に水素を回収し備蓄するタンク状のものに限らず、放出された水素をさらに冷却して、上記放出パスから再度車載用水素充填タンク内に充填する循環経路を持った構成にすることもできる。
また、上記充填パス及び放出パスを備えたバルブ部は、シール性、耐圧性の観点から、一つの部品として構成することが好ましい。なお、上記充填パスを設けた部分と放出バスを設けた部分とを別体として設けて、これらを離隔して配置してもよいし、また、これらを組み合わせて1つのバルブ部として配置してもよい。
また、上記充填パスとしては、1本とすることが構造上簡単で好ましいが、複数本設けることも可能である。同様に、上記放出パスとしても、1本とすることが構造上簡単で好ましいが、複数本設けることも可能である。
また、上記バルブ部には、車両に設けられた水素消費装置、例えば燃料電池や水素エンジンなどに供給する水素を通す供給パスを設けることができる。この供給パスとしては、単独で設けてもよいし、上記放出パスあるいは充填パスの途中から分岐させて設けることもできる。
また、上記バルブ部には、車両に設けられた水素消費装置、例えば燃料電池や水素エンジンなどに供給する水素を通す供給パスを設けることができる。この供給パスとしては、単独で設けてもよいし、上記放出パスあるいは充填パスの途中から分岐させて設けることもできる。
また、本発明においては、上記充填パス及び上記放出パスには、上記タンク本体内の内圧によって通路の連通状態を閉止する逆止弁である充填パス用逆止弁及び放出パス用逆止弁がそれぞれ配設されており、かつ、上記放出パス用逆止弁は、上記充填パス用逆止弁の開閉動作に連動して開閉動作を行うよう構成されていることが好ましい(請求項2)。
上記逆止弁は、上記のごとくタンク本体内の内圧によって、通路を閉止するよう付勢されるものである。したがって、上記充填パス及び放出パスに配設された逆止弁は、これらのパスに外部から圧力をかけない限り、閉状態を維持し、タンク本体内の水素が不用意に外部へ漏れることを防止することとができる。一方、上記充填パスに対して上記水素供給ステーションから高圧の水素を供給すると、その水素の圧力によって上記充填パス用逆止弁が通路を開放するように開動作する。これによって、水素供給ステーションからタンク本体への水素の充填を実施することが容易にできる。
ここで、上記のごとく、放出パス用逆止弁は、充填パス用逆止弁と連動して開閉動作を行うよう構成されている。そのため、充填パス用逆止弁が充填パスの連通状態が開放されるように開動作した際には、上記放出パス用逆止弁も連動して連通状態を開放するように開動作する。そのため、充填パスからの水素の急速充填時に連動して、放出パスからの水素の放出を容易に実現することができ、上述した水素を熱媒体とした熱の放出を行うことができる。
また、充填パス用逆止弁の開度と放出パス用逆止弁の開度も、連動させて変化させることができる。そのため、充填速度に応じた放出速度の調整も、予め行う逆止弁の設計等によって容易に設定することができる。
また、上記充填パス用逆止弁と放出パス用逆止弁の連動可能な構造としては、後述する実施例をはじめとして、様々な構造を採用することができる。
また、上記充填パス用逆止弁と放出パス用逆止弁の連動可能な構造としては、後述する実施例をはじめとして、様々な構造を採用することができる。
また、上記充填パス及び上記放出パスには、上記タンク本体内の内圧によって通路の連通状態を閉止する逆止弁である充填パス用逆止弁及び放出パス用逆止弁がそれぞれ配設されており、かつ、上記放出パス用逆止弁は、上記水素供給ステーションの上記接続ユニットに接続された際に、該接続ユニットが有する水素放出用アクチュエータによって開閉動作可能に構成されていることも好ましい(請求項3)。
この場合には、水素供給ステーション側に水素放出用アクチュエータを設け、その操作量を調整することにより、放出パスに設けた逆止弁の開度を精度良く調整することができる。それ故、水素充填中に放出パスを介して放出させる水素の量をきめ細かく設定することができる。また、充填パス用逆止弁の開閉タイミングと放出パス逆止弁の開閉タイミングを必要に応じて積極的にずらすことも可能となる。なお、上記水素放出用アクチュエータとしては、例えば、ガスシリンダ等の公知のアクチュエータによって進退する当接部を持った構造とし、その当接部を上記逆止弁に当接させてこれを押圧する構成とすることができる。
また、上記タンク本体は、略円筒状を呈していると共にその軸方向の一端部に上記バルブ部を設けてなり、該バルブ部の上記充填パスには、該充填パスの通路を延長する導入管が接続されており、該導入管の開口部は、上記タンク本体における上記バルブ部を配設した上記一端部に対向する他端部の近傍に配置することが好ましい(請求項4)。
この場合には、上記タンク本体内に充填される水素が、上記放出パスを有するバルブ部から離れた導入管の開口部から吐出される。そのため、この水素が上記放出パスから放出されるまでには、タンク本体の内壁面に沿って移動するので、この内壁面からタンク本体への熱の伝達を促進させることができ、タンク本体そのものからの熱放出効果を高めることができる。
また、上記導入管の開口部は、上記タンク本体の中心軸線を中心とする円弧の接線方向に向けて開口させてあることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記導入管の開口部から吐出した水素が、上記タンク本体の内壁面に沿って螺旋状に旋回しながら流動する。これにより、上述したごとき水素からタンク本体への熱伝達をさらに高めることができる。
この場合には、上記導入管の開口部から吐出した水素が、上記タンク本体の内壁面に沿って螺旋状に旋回しながら流動する。これにより、上述したごとき水素からタンク本体への熱伝達をさらに高めることができる。
また、上記導入管の周囲には、上記タンク本体内での水素の軸方向への直線的な流れの少なくとも一部を規制する拡散板が配設されていることが好ましい(請求項6)。
この場合には、上記拡散板の存在によって、上記導入管の開口部から吐出した水素が、軸方向へ直線的にスムーズに流動することが妨げられる。そして、タンク本体内の水素は、螺旋状、あるいはジグザグ状などの非直線的な流動経路をたどって上記放出パスへとたどり着く。そのため、熱媒体としての水素が十分に吸熱した状態で、上述した水素からタンク本体への熱伝達効果も発揮しながら放出される。そのためさらに放熱効果を高めることができる。
この場合には、上記拡散板の存在によって、上記導入管の開口部から吐出した水素が、軸方向へ直線的にスムーズに流動することが妨げられる。そして、タンク本体内の水素は、螺旋状、あるいはジグザグ状などの非直線的な流動経路をたどって上記放出パスへとたどり着く。そのため、熱媒体としての水素が十分に吸熱した状態で、上述した水素からタンク本体への熱伝達効果も発揮しながら放出される。そのためさらに放熱効果を高めることができる。
なお、上記拡散板を配置した構造としては、例えば、上記導入管のまわりを螺旋状に巻回するように板状部材を配置した構造、あるいは、導入管を囲うような円盤状の板状部材を所定間隔をあけて複数並べると共に、各板状部材に貫通穴をあけ、この貫通穴を隣り合う板状部材同士で食い違う位置に配置した構造など、様々な構造を採用することができる。
また、上記拡散板は、上記導入管の周囲において折りたたみ可能に構成されていることが好ましい(請求項7)。
この場合には、圧力容器であるタンク本体に対して、上記バルブ部を配置する開口部から、上記導入管の周囲において拡散板を折りたたんだ状態で挿入し、その後、タンク本体内部で上記拡散板を所望の状態に開くという製造方法を採用しうる。これにより、タンク本体に余分な開口部等を設けることなく上記導入管及び上記拡散板を有する車載用水素充填タンクを得ることができる。
この場合には、圧力容器であるタンク本体に対して、上記バルブ部を配置する開口部から、上記導入管の周囲において拡散板を折りたたんだ状態で挿入し、その後、タンク本体内部で上記拡散板を所望の状態に開くという製造方法を採用しうる。これにより、タンク本体に余分な開口部等を設けることなく上記導入管及び上記拡散板を有する車載用水素充填タンクを得ることができる。
また、上記導入管の周囲には複数枚の上記拡散板が配設されていると共に、該拡散板の間に水素吸蔵合金が充填されている構成を取ることもできる(請求項8)。この場合には、上記水素吸蔵合金の存在によって、所謂MHタンク又は高圧MHタンクとして機能させることもできる。そして、水素充填時の温度上昇の抑制には、充填する水素に不活性ガスを混合しておくことが好ましく、これにより、水素の殆どが吸蔵されても、不活性ガスが上記放出パスから放出され、熱放出機能を発揮することができる。
(実施例1)
本発明の実施例に係る車載用水素充填タンクにつき、図1〜図5を用いて説明する。
本例の車載用水素充填タンク1は、図1に示すごとく、内部に水素を充填するためのタンク本体10と、該タンク本体10に充填する水素を供給する水素供給ステーションの接続ユニット80(図5)にタンク本体10を接続するためのバルブ部2とを有する。
本発明の実施例に係る車載用水素充填タンクにつき、図1〜図5を用いて説明する。
本例の車載用水素充填タンク1は、図1に示すごとく、内部に水素を充填するためのタンク本体10と、該タンク本体10に充填する水素を供給する水素供給ステーションの接続ユニット80(図5)にタンク本体10を接続するためのバルブ部2とを有する。
上記バルブ部2は、図1〜図3に示すごとく、タンク本体10に充填すべき水素を通すための通路である充填パス21と、水素供給ステーションに設けられた水素回収部82に放出する水素を通すための通路である放出パス22とを独立してそれぞれ有している。
以下、これを詳説する。
以下、これを詳説する。
図1に示すごとく、本例のタンク本体10は、略円筒状を呈していると共にその軸方向の一端部に上記バルブ部2を設けてなる。タンク本体10としては、アルミライナの外周面を繊維強化樹脂(図示略)により覆った構造を採用してある。そして、バルブ部2を配設した部分以外に開口部分は一切ない。
図1、図2に示すごとく、本例のバルブ部2は、充填パス21と放出パス22とを並列に独立して1本ずつ有している。放出パス22の途中には、車両内部の水素消費装置(例えば燃料電池、水素エンジン等)に接続される供給パス23を分岐して設けてある。
上記充填パス21と放出パス22には、それぞれ、タンク本体10内の内圧によって通路の連通状態を閉止する逆止弁である充填パス用逆止弁31及び放出パス用逆止弁32が配設されている。そして、放出パス用逆止弁32は、充填パス用逆止弁31の開閉動作に連動して開閉動作を行うよう構成されている。
各逆止弁31、32は、スプリング315、325によって閉止方向に付勢されていると共に、互いの軸部311、321を連結部材319によって一体的に連結してある。そのため、図4に示すごとく、充填パス用逆止弁31が、内圧及びスプリング315の付勢力に抗して後退した際には、これに連動して放出パス用逆止弁32も内圧及びスプリング325の付勢力に抗して後退するように構成されている。また、上記充填パス21と放出パス22との間における上記連結部材319の配置部分には、連結部材319を両側から保持してその移動可能性を維持しつつシール性高めるための弾性部材28を配設してある。
上記バルブ部2に接続される水素供給ステーションの接続ユニット80としては、様々な構成を取ることができる。例えば、本例では、図2、図5に示すごとく、逆止弁811を有する供給路81と逆止弁821を有する放出路82とを有し、いずれの通路も、冷媒890が循環する熱交換器89を通過するように構成することができる。そして、放出路82にはポンプ826を設け、タンク本体10から放出パス22を介して放出された水素を熱交換器89において冷却した後、供給路81に合流させるように構成してある。即ち、本例では、この放出路82を循環路として構成し、これを水素回収部としてある。
また、水素供給ステーションの接続ユニット80における逆止弁811、821は、バルブ部2における逆止弁31、32よりも低圧力の付勢力により開動作するように構成されている。これにより、接続ユニット80をバルブ部2に接続した際に、スムーズな水素の流れを実現することができる。また、上記逆止弁821よりも上流側には、上記接続ユニット80とバルブ部2とを接続した際に、その境界部分に閉じこめられる不要な空気等を排出するための排出路83及び吸引ポンプ831を設けてあり、水素充填開始前の一定期間に上記吸引ポンプ831を作動するように構成してある。
次に、上記構造を有する本例の車載用水素充填タンク1の作用効果について説明する。
本例の車載用水素充填タンク1は、上記のごとく、充填パス21及び放出パス22を独立してそれぞれ有している。そして、これらの通路に設けたそれぞれの逆止弁31、32は、上記のごとく連動して開閉動作を行うよう構成してある。そのため、図4に示すごとく、車載用水素貯蔵タンク1に水素を充填する際には、タンク本体10内に充填パス21を介して急速に水素を導入しながら、放出パス22を介して、タンク本体10内から一部の水素を水素供給ステーションに対して放出することができる。
本例の車載用水素充填タンク1は、上記のごとく、充填パス21及び放出パス22を独立してそれぞれ有している。そして、これらの通路に設けたそれぞれの逆止弁31、32は、上記のごとく連動して開閉動作を行うよう構成してある。そのため、図4に示すごとく、車載用水素貯蔵タンク1に水素を充填する際には、タンク本体10内に充填パス21を介して急速に水素を導入しながら、放出パス22を介して、タンク本体10内から一部の水素を水素供給ステーションに対して放出することができる。
そのため、タンク本体10に充填パス21を介して導入された水素は、圧力及び体積の変化によって発熱するが、この充填と併行して放出パス22を介して放出される水素が熱媒体となって、上記の充填時の発熱による熱をタンク本体10から放出することができる。そのため、タンク本体10への水素の充填を速く行っても、その温度上昇を抑制することができ、急速充填を可能にすることができる。
また、本例では、放出パス22を介して放出した水素を、水素供給ステーションにおける熱交換器89によって冷却した上で、再びタンク本体10内へ充填することができ、水素を無駄に消費することもない。
そして、本例の車載用水素充填タンク1は、上記のごとく、充填パスと21と独立して設けた放出パス22を有するバルブ部2を備えることによって、上記の優れた熱放出方法を実施することができ、特に複雑な構造にする必要がない。
それ故、本例の車載用水素充填タンク1は、構造が比較的簡単で、製造コストの低減、軽量化の促進ができ、かつ、水素の高速充填が可能なものとなる。
そして、本例の車載用水素充填タンク1は、上記のごとく、充填パスと21と独立して設けた放出パス22を有するバルブ部2を備えることによって、上記の優れた熱放出方法を実施することができ、特に複雑な構造にする必要がない。
それ故、本例の車載用水素充填タンク1は、構造が比較的簡単で、製造コストの低減、軽量化の促進ができ、かつ、水素の高速充填が可能なものとなる。
(実施例2)
本例の車載用水素充填タンク1は、図6〜図8に示すごとく、実施例1におけるバルブ部2の構造を変更した例である。即ち、図6に示すごとく、充填パス21及び放出パス22には、タンク本体10内の内圧によって通路の連通状態を閉止する逆止弁である充填パス用逆止弁33及び放出パス用逆止弁34がそれぞれ独立に開閉動作可能に配設されている。即ち、各逆止弁33、34は、同図に示すごとく、それぞれスプリング335、345によって閉止方向に付勢されており、互いに連結する構造は有していない。
本例の車載用水素充填タンク1は、図6〜図8に示すごとく、実施例1におけるバルブ部2の構造を変更した例である。即ち、図6に示すごとく、充填パス21及び放出パス22には、タンク本体10内の内圧によって通路の連通状態を閉止する逆止弁である充填パス用逆止弁33及び放出パス用逆止弁34がそれぞれ独立に開閉動作可能に配設されている。即ち、各逆止弁33、34は、同図に示すごとく、それぞれスプリング335、345によって閉止方向に付勢されており、互いに連結する構造は有していない。
また、本例では、放出パス用逆止弁34は、水素供給ステーションの接続ユニット80に接続された際に、該接続ユニット80が有する水素放出用アクチュエータ88によって開閉動作可能に構成されている。
上記水素放出用アクチュエータ88は、図9に示すごとく、シリンダ本体880からピストン部881が出没可能に設けられている。ピストン部881の突出量は、図示していない駆動用ガスの導入、導出によって制御するように構成してある。その他の接続ユニット80の構成は実施例1と同様である。
上記水素放出用アクチュエータ88は、図9に示すごとく、シリンダ本体880からピストン部881が出没可能に設けられている。ピストン部881の突出量は、図示していない駆動用ガスの導入、導出によって制御するように構成してある。その他の接続ユニット80の構成は実施例1と同様である。
本例の車載用水素充填タンク1に水素を充填する際には、図6に示すごとく、バルブ部2と接続ユニット80とを接続した後、図7に示すごとく、充填パス21に通じる供給路81から水素を圧送することによって、これらの通路における逆止弁811、33を水素の圧力により開動作させて連通させ、タンク本体10への水素充填を開始する。
この直後、図8に示すごとく、水素放出用アクチュエータ88を駆動させてピストン部881を突出させる。そして、このピストン部881を放出パス22における逆止弁34に当接させてこれを後退させることにより、放出パス22の通路を開く。これにより、タンク本体10内における熱をもった熱媒体としての水素がタンク本体10から吐出され、これが接続ユニット80の逆止弁821を押し開いて上記循環路よりなる水素回収部に導かれる。
これにより、実施例1と同様に、急速充填時の温度上昇を、放出される水素を媒介とした熱放出によって抑制することができる。
また、本例では、上記放出パス22における放出パス用逆止弁34の開閉動作を上記接続ユニット80の水素放出用アクチュエータ88によって制御することができるので、例えば、タンク本体10の温度等の測定を行いながらその測定結果に応じて逆止弁34の開度を調整するというようなきめ細かい調整を行うこともでき、より適切な水素充填方法を実現することができる。
また、本例では、上記放出パス22における放出パス用逆止弁34の開閉動作を上記接続ユニット80の水素放出用アクチュエータ88によって制御することができるので、例えば、タンク本体10の温度等の測定を行いながらその測定結果に応じて逆止弁34の開度を調整するというようなきめ細かい調整を行うこともでき、より適切な水素充填方法を実現することができる。
(実施例3)
本例は、実施例1におけるバルブ部2の構造を変更した例である。
図9、図11に示すごとく、本例のバルブ部2は、中央に1本の充填パス21を有し、その周囲に放出パス221を有している。そして、これらの通路に配された逆止弁35、361、362は、連動して開閉動作を行うよう構成されている。
本例は、実施例1におけるバルブ部2の構造を変更した例である。
図9、図11に示すごとく、本例のバルブ部2は、中央に1本の充填パス21を有し、その周囲に放出パス221を有している。そして、これらの通路に配された逆止弁35、361、362は、連動して開閉動作を行うよう構成されている。
より具体的には、充填パス用逆止弁35は軸部351を有しており、この軸部351の端部には、各放出パス221に向かって伸びた連結部359を設けてある。そして、この連結部359に各放出パス用逆止弁361、362を設けてある。また、上記充填パス21と放出パス221との間における上記連結部材359の配置部分には、連結部材359を両側から保持してその移動可能性を維持しつつシール性高めるための弾性部材29を配設してある。また、充填パス用逆止弁35だけには、これを閉止方向へ付勢するスプリング355を当接させてある。その他の構成は実施例1と同様である。
本例では、上記のごとき構造のバルブ部2を有しているので、実施例1と同様に、充填パス21と放出パス221の通路の開閉を連動して行うことができる。それ故、実施例1と同様に、発熱を抑制して水素の急速充填を実現することができる。
(実施例4)
本例は、図12、図13に示すごとく、実施例1の車載用水素充填タンク1を基にして、これに後述の導入管7を設けた例である。
即ち、タンク本体10は、略円筒状を呈していると共にその軸方向の一端部11に上記バルブ部2を設けてあるが、このバルブ部2の充填パス21には、充填パス21の通路を延長する導入管7が接続されている。
本例は、図12、図13に示すごとく、実施例1の車載用水素充填タンク1を基にして、これに後述の導入管7を設けた例である。
即ち、タンク本体10は、略円筒状を呈していると共にその軸方向の一端部11に上記バルブ部2を設けてあるが、このバルブ部2の充填パス21には、充填パス21の通路を延長する導入管7が接続されている。
導入管7の開口部70は、タンク本体10におけるバルブ部2を配設した一端部11に対向する他端部12の近傍に配置した。
より具体的には、導入管7は、上記バルブ部2の充填パス21の内側端からまっすぐに他端部12に向かって延設された第1管部71と、その先端から軸方向に直交する径方向に伸びた第2管部72と、その先端から、中心軸線を中心とする円弧の接線方向に向けて開口させた開口部70を有する突出端部73とよりなる。その他の構成は実施例1と同様である。
より具体的には、導入管7は、上記バルブ部2の充填パス21の内側端からまっすぐに他端部12に向かって延設された第1管部71と、その先端から軸方向に直交する径方向に伸びた第2管部72と、その先端から、中心軸線を中心とする円弧の接線方向に向けて開口させた開口部70を有する突出端部73とよりなる。その他の構成は実施例1と同様である。
本例の車載用水素充填タンク1に水素を充填する際には、バルブ部2から離れた導入管7の開口部70から吐出される。そのため、この水素が上記放出パス22から放出されるまでには、タンク本体10の内壁面に沿って移動するので、この内壁面からタンク本体10への熱の伝達を促進させることができ、タンク本体10そのものからの熱放出効果を高めることができる。
さらには、導入管7の開口部70が、タンク本体10の中心軸線を中心とする円弧の接線方向に向けて開口している。そのため、導入管7の開口部70から吐出した水素が、タンク本体10の内壁面に沿って螺旋状に旋回しながら流動する。これにより、上記の水素からタンク本体10への熱伝達をさらに高めることができる。
その他は、実施例1と同様の作用効果が得られる。
その他は、実施例1と同様の作用効果が得られる。
(実施例5)
本例は、図14に示すごとく、実施例4の車載用水素充填タンク1を基にして、導入管7の第1管部71の周囲に、タンク本体10内での水素の軸方向への直線的な流れの少なくとも一部を規制する拡散板61を配設した例である。
本例の拡散板61は、導入管7のまわりを螺旋状に巻回するように配置した板状部材である。
本例は、図14に示すごとく、実施例4の車載用水素充填タンク1を基にして、導入管7の第1管部71の周囲に、タンク本体10内での水素の軸方向への直線的な流れの少なくとも一部を規制する拡散板61を配設した例である。
本例の拡散板61は、導入管7のまわりを螺旋状に巻回するように配置した板状部材である。
この場合には、上記拡散板61の存在によって、導入管7の開口部70から吐出した水素が、軸方向へ直線的にスムーズに流動することが妨げられる。そして、タンク本体10内の水素は、螺旋状の非直線的な流動経路をたどって放出パス22へとたどり着く。そのため、熱媒体としての水素が十分に吸熱した状態で、上述した水素からタンク本体10への熱伝達効果も発揮しながら放出される。そのためさらに放熱効果を高めることができる。
その他は、実施例4と同様の作用効果が得られる。
その他は、実施例4と同様の作用効果が得られる。
(実施例6)
本例は、図15に示すごとく、実施例5における拡散板61に代えて、円盤状の板状部材である拡散板62を、一定間隔をあけて複数並べると共に、各拡散板62に貫通穴620をあけ、さらに、この貫通穴620を隣り合う拡散板62同士で食い違う位置に配置した。
この場合にも、実施例5と同様の作用効果が得られる。
本例は、図15に示すごとく、実施例5における拡散板61に代えて、円盤状の板状部材である拡散板62を、一定間隔をあけて複数並べると共に、各拡散板62に貫通穴620をあけ、さらに、この貫通穴620を隣り合う拡散板62同士で食い違う位置に配置した。
この場合にも、実施例5と同様の作用効果が得られる。
(実施例7)
本例は、図16、図17に示すごとく、実施例6と同様な貫通穴630を有する拡散板63を設けた例であるが、これらの拡散板63を、全体的に直線状であってその先端に開口部750を有する導入管75の周囲において折りたたみ可能に構成した例である。より具体的には、図17に示すごとく、拡散板63を骨部631と、これに貼設した皮部とにより傘のように構成し、骨部631を根本から折り曲げ可能にする構成をとった。
本例は、図16、図17に示すごとく、実施例6と同様な貫通穴630を有する拡散板63を設けた例であるが、これらの拡散板63を、全体的に直線状であってその先端に開口部750を有する導入管75の周囲において折りたたみ可能に構成した例である。より具体的には、図17に示すごとく、拡散板63を骨部631と、これに貼設した皮部とにより傘のように構成し、骨部631を根本から折り曲げ可能にする構成をとった。
この場合には、圧力容器であるタンク本体10に対して、バルブ部2を配置する開口部15から、導入管7の周囲において拡散板63を折りたたんだ状態で挿入し、その後、タンク本体10内部で拡散板63を所望の状態に開くという製造方法を採用しうる。これにより、タンク本体10に余分な開口部等を設けることなく導入管7及び拡散板63を有する車載用水素充填タンク1を得ることができる。なお、本例の拡散板63にも、貫通穴630を軸方向にずれるように複数設けた。
その他は、実施例6と同様の作用効果が得られる。
その他は、実施例6と同様の作用効果が得られる。
(実施例8)
本例は、図18に示すごとく、実施例5の車載用水素充填タンク1を基にして、拡散板61の間に水素吸蔵合金5を充填して、高圧MHタンクを構成した例である。
この場合には、上記水素吸蔵合金5による水素吸蔵効果を利用することができ、さらに、その水素吸蔵時の発熱を、放出パス22を利用して熱放出することができる。ただし、本例の場合には、充填する水素に不活性ガスを混合しておくことが好ましく、これにより、水素の殆どが吸蔵されても、不活性ガスが上記放出パス22から放出され、熱放出機能を発揮することができる。
本例は、図18に示すごとく、実施例5の車載用水素充填タンク1を基にして、拡散板61の間に水素吸蔵合金5を充填して、高圧MHタンクを構成した例である。
この場合には、上記水素吸蔵合金5による水素吸蔵効果を利用することができ、さらに、その水素吸蔵時の発熱を、放出パス22を利用して熱放出することができる。ただし、本例の場合には、充填する水素に不活性ガスを混合しておくことが好ましく、これにより、水素の殆どが吸蔵されても、不活性ガスが上記放出パス22から放出され、熱放出機能を発揮することができる。
(実施例9)
本例では、図19〜図22に示すごとく、実施例1におけるバルブ部の構造および接続ユニットの構造を変更した例を示す。
本例の接続ユニット4は、図19、図20に示すごとく、車載用水素充填タンク9に水素を送る通路である充填パス41と、その連通状態を制御する充填バス用開閉弁413とを内蔵している。
図19に示すごとく、接続ユニット4における充填パス41の開口部410と充填パス用開閉弁413との間の第1空間451には、第1リリースポート461を開口させてあり、該第1リリースポート461には、第1空間451の内部を吸引するための吸引経路460が接続されている。
本例では、図19〜図22に示すごとく、実施例1におけるバルブ部の構造および接続ユニットの構造を変更した例を示す。
本例の接続ユニット4は、図19、図20に示すごとく、車載用水素充填タンク9に水素を送る通路である充填パス41と、その連通状態を制御する充填バス用開閉弁413とを内蔵している。
図19に示すごとく、接続ユニット4における充填パス41の開口部410と充填パス用開閉弁413との間の第1空間451には、第1リリースポート461を開口させてあり、該第1リリースポート461には、第1空間451の内部を吸引するための吸引経路460が接続されている。
また、接続ユニット4は、図19、図20に示すごとく、上記充填パス41に加えて、車載用水素充填タンク9から放出された水素を通す放出パス42と、その連通状態を制御する放出パス用開閉弁423を内蔵している。そして、接続ユニット4における放出パス42の開口部420と放出パス用開閉弁423との間の第2空間452には、第2リリースポート462を開口させてあり、該第2リリースポート462には上記吸引経路460が接続されている。
そして、吸引経路460は、図示しない吸引ポンプを介して、吸引したものを回収して分解処理する処理装置に接続されている。。
そして、吸引経路460は、図示しない吸引ポンプを介して、吸引したものを回収して分解処理する処理装置に接続されている。。
また、図19に示すごとく、本例の接続ユニット4に内蔵した充填パス用開閉弁413と放出パス用開閉弁423とは、一体的に構成され連動するように構成してある。
すなわち、同図に示すごとく、接続ユニット4に設けられた充填パス41は、充填パス用開閉弁413よりも開口部410側に位置する第1の充填パス41aと、充填パス用開閉弁413と供給ライン3との間に位置する第2の充填パス41bとにより構成され、両者の間は貫通穴416を有する隔壁部411により仕切られている。
また、接続ユニット4に設けられた放出パス42は、放出パス用開閉弁423よりも開口部420側に位置する第1の放出パス42aと、放出パス用開閉弁423と供給ライン3との間に位置する第2の放出パス42bとにより構成され、両者の間は貫通穴426を有する隔壁部421により仕切られている。
すなわち、同図に示すごとく、接続ユニット4に設けられた充填パス41は、充填パス用開閉弁413よりも開口部410側に位置する第1の充填パス41aと、充填パス用開閉弁413と供給ライン3との間に位置する第2の充填パス41bとにより構成され、両者の間は貫通穴416を有する隔壁部411により仕切られている。
また、接続ユニット4に設けられた放出パス42は、放出パス用開閉弁423よりも開口部420側に位置する第1の放出パス42aと、放出パス用開閉弁423と供給ライン3との間に位置する第2の放出パス42bとにより構成され、両者の間は貫通穴426を有する隔壁部421により仕切られている。
上記第1の放出パス42aと第2の充填パス41bとは、略同軸上に連続的に設けてあると共に、その同軸上に上記充填パス用開閉弁413及び放出パス用開閉弁423を配設してある。充填パス用開閉弁413は、同図に示すごとく、そのテーパ状の外壁面417を充填パス41bのテーパ状の内壁面418に当接させることにより通路を遮断し、当接状態を解除することにより通路を開放するようになっている。そして、充填パス用開閉弁413から延設された軸部414の周囲にはスプリング415が配置され、これの付勢力により充填パス用開閉弁413の当接状態を維持している。この充填パス開閉弁413は、所定の水素圧力がかかった際に、スプリング415の付勢力に抗して上記当接状態を解除するように構成されている。
上記放出パス用開閉弁423は、上記充填パス用開閉弁413から延設された軸部414に接続され、上述した隔壁部411及び421に対して摺動するように配設されている。また、放出パス用開閉弁423は、各隔壁部411及び421にそれぞれ設けた貫通穴416、426に対面し、摺動位置によってこれを閉塞したり開放したりするように構成されている。また、放出パス用開閉弁423は、隔壁部421に対面する側面から、第1の放出パス42aに向いた先端面まで貫通する連通穴424を有している。
そして、放出パス用開閉弁423は、上記軸部414を介して充填パス用開閉弁413と連動して進退するように構成されており、充填パス用開閉弁413が上記当接状態にある場合には貫通穴416及び426を閉塞し、充填パス用開閉弁413が上記当接状態を解除した場合には、貫通穴416を開放すると共に、貫通穴426を連通穴424に連通させるようにしてある。
一方、車載用水素充填タンク9のバルブ部90にも、接続ユニット4内とほぼ同じ構造の第1バルブ913及び第2バルブ923を設けてある。具体的には、図21に示すごとく、バルブ部90には、接続ユニット4の充填パス41に接続される充填パス91と、接続ユニット4の放出パス42に接続される放出パス92とを設けてある。バルブ部90に設けられた充填パス91は、第1バルブ913よりもタンク側に位置する第1の充填パス91aと、第1バルブ913と開口部910との間に位置する第2の充填パス91bとにより構成され、両者の間は貫通穴916を有する隔壁部911により仕切られている。
また、バルブ部90に設けられた放出パス92は、第2バルブ923よりもタンク側に位置する第1の放出パス92aと、第2バルブ923と開口部920との間に位置する第2の放出パス92bとにより構成され、両者の間は貫通穴926を有する隔壁部921により仕切られている。そして、上記第1バルブ913及び第2バルブ923の動作についても、接続ユニット4内の充填パス用開閉弁413及び放出パス用開閉弁423と同様である。
なお、接続ユニット4およびバルブ部90に内蔵する弁体の構造としては、上記のごとく一体構造のものの他に、様々な弁体構造を適用することが可能である。
また、バルブ部90に設けられた放出パス92は、第2バルブ923よりもタンク側に位置する第1の放出パス92aと、第2バルブ923と開口部920との間に位置する第2の放出パス92bとにより構成され、両者の間は貫通穴926を有する隔壁部921により仕切られている。そして、上記第1バルブ913及び第2バルブ923の動作についても、接続ユニット4内の充填パス用開閉弁413及び放出パス用開閉弁423と同様である。
なお、接続ユニット4およびバルブ部90に内蔵する弁体の構造としては、上記のごとく一体構造のものの他に、様々な弁体構造を適用することが可能である。
また、上述したように、図19、図20に示すごとく、接続ユニット4における充填パスの開口部410と充填パス用開閉弁413との間の第1空間451、及び放出パス42の開口部420と放出パス用開閉弁423との間の第2空間452には、それぞれ第1リリースポート461及び第2リリースポート462を開口させてある。そして、第1リリースポート461及び第2リリースポート462には、上記第1空間451及び第2空間452の内部を吸引するための吸引経路460が接続されている。吸引経路460は、図示しない吸引ポンプを介して、吸引したものを回収して分解処理する処理装置に接続されている。
その他は実施例1と同様である。
その他は実施例1と同様である。
この場合には、水素の供給を開始する前に、吸引経路460が接続された第1リリースポート461及び第2リリースポート462を介して、第1空間451及び第2空間452の内部を吸引することができる。これら第1空間451及び第2空間452は、車載用水素充填タンク9のバルブ部90の第1バルブ913及び第2バルブ923のところまで延長された空間となっており、その部分も含めて不要なガスや異物が除去される。そして、吸引されたガスや異物は、上記処理装置内に回収され、燃焼によって分解除去される。
このように、本例では、水素充填作業を開始する前に、上記第1空間451及び第2空間452を減圧状態としてその内部の空気を除去すると共に異物を除去する。これにより、その後水素の充填および放出を開始した際に、第1空間451から車載用水素充填タンク9へ異物が混入することを抑制することができる。さらには、空気の存在による水素の酸化発熱が生じる危険を回避することもできる。
また、水素供給ステーション1から車載用水素充填タンク9への水素の充填作業が完了した際には、上記接続ユニット4を車載用水素充填タンク9のバルブ部90から取り外す前に、吸引経路460が接続された第1リリースポート461及び第2リリースポート462を介して、第1空間451及び第2空間452の内部を吸引することができる。これにより、第1空間451及び第2空間452内にある残存水素が処理装置内に回収され、燃焼によって分解除去される。
そして、これにより、接続ユニット4をバルブ部90から外した際に、開放される第1空間451及び第2空間452から水素が空気中に放出されて空気と触れて酸化発熱する危険を回避することができる。
その他は、実施例1と同様の作用効果が得られる。
そして、これにより、接続ユニット4をバルブ部90から外した際に、開放される第1空間451及び第2空間452から水素が空気中に放出されて空気と触れて酸化発熱する危険を回避することができる。
その他は、実施例1と同様の作用効果が得られる。
1 車載用水素充填タンク
10 タンク本体
2、90 バルブ部
21 充填パス
22、221、222 放出パス
28、29 弾性部材
31、33 充填パス用逆止弁
32、34 放出パス用逆止弁
61、62、63 拡散板
7 導入管
70 開口部
8 水素供給ステーション
4、80 接続ユニット
81 供給路
82 放出路(水素回収部)
10 タンク本体
2、90 バルブ部
21 充填パス
22、221、222 放出パス
28、29 弾性部材
31、33 充填パス用逆止弁
32、34 放出パス用逆止弁
61、62、63 拡散板
7 導入管
70 開口部
8 水素供給ステーション
4、80 接続ユニット
81 供給路
82 放出路(水素回収部)
Claims (8)
- 内部に水素を充填するためのタンク本体と、該タンク本体に充填する水素を供給する水素供給ステーションの接続ユニットに上記タンク本体を接続するためのバルブ部とを有する車載用水素充填タンクにおいて、
上記バルブ部は、上記タンク本体に充填すべき水素を通すための通路である充填パスと、
上記水素供給ステーションに設けられた水素回収部に放出する水素を通すための通路である放出パスとを独立してそれぞれ有していることを特徴とする車載用水素充填タンク。 - 請求項1において、上記充填パス及び上記放出パスには、上記タンク本体内の内圧によって通路の連通状態を閉止する逆止弁である充填パス用逆止弁及び放出パス用逆止弁がそれぞれ配設されており、かつ、上記放出パス用逆止弁は、上記充填パス用逆止弁の開閉動作に連動して開閉動作を行うよう構成されていることを特徴とする車載用水素充填タンク。
- 請求項1において、上記充填パス及び上記放出パスには、上記タンク本体内の内圧によって通路の連通状態を閉止する逆止弁である充填パス用逆止弁及び放出パス用逆止弁がそれぞれ配設されており、かつ、上記放出パス用逆止弁は、上記水素供給ステーションの上記接続ユニットに接続された際に、該接続ユニットが有する水素放出用アクチュエータによって開閉動作可能に構成されていることを特徴とする車載用水素充填タンク。
- 請求項1〜3のいずれか1項において、上記タンク本体は、略円筒状を呈していると共にその軸方向の一端部に上記バルブ部を設けてなり、該バルブ部の上記充填パスには、該充填パスの通路を延長する導入管が接続されており、該導入管の開口部は、上記タンク本体における上記バルブ部を配設した上記一端部に対向する他端部の近傍に配置したことを特徴とする車載用水素充填タンク。
- 請求項4において、上記導入管の開口部は、上記タンク本体の中心軸線を中心とする円弧の接線方向に向けて開口させてあることを特徴とする車載用水素充填タンク。
- 請求項4又は5において、上記導入管の周囲には、上記タンク本体内での水素の軸方向への直線的な流れの少なくとも一部を規制する拡散板が配設されていることを特徴とする車載用水素充填タンク。
- 請求項6において、上記拡散板は、上記導入管の周囲において折りたたみ可能に構成されていることを特徴とする車載用水素充填タンク。
- 請求項4〜7のいずれか1項において、上記導入管の周囲には複数枚の上記拡散板が配設されていると共に、該拡散板の間に水素吸蔵合金が充填されていることを特徴とする車載用水素充填タンク。
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- 2003-08-22 JP JP2003298949A patent/JP2005069326A/ja active Pending
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