JP2005147397A - 深冷媒体用貯蔵容器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 貯蔵した深冷媒体に対する熱侵入を減少し、放出気化媒体の量の減少と貯蔵容器としての有効利用可能な貯蔵時間の延長とを可能とする貯蔵容器を提供する。
【解決手段】 外側容器（１）と、内側容器（２）と、外側容器と内側容器との間に配置された少なくとも１層の金属層（６，６’，６”）を有する断熱体と、内側容器に対する深冷媒体の充填及び／又は取出用の管路（４）とを有する特に液体水素用の貯蔵容器。充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つが断熱体の金属層の少なくとも１つと直接的及び／又は間接的に熱接触している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外側容器と、内側容器と、外側容器と内側容器との間に配置された少なくとも１層の金属層を有する断熱体と、内側容器に対する深冷媒体の充填及び／又は取出用の少なくとも１つの管路とを有する特に深冷媒体用、主に液体水素用の貯蔵容器に関する。
尚、以下の説明で特定の深冷媒体を表わす場合、それらの凝集状態に応じて「気体」には語頭に「Ｇ」、「液体」には語頭に「Ｌ」を付すものとし、例えば気体水素はＧＨ２、液体水素はＬＨ２と表すものとする。
現在、特に水素はエネルギー需要の増大と環境意識の高まりによってエネルギー媒体としてますます重要となっている。既にトラックやバス、或いは乗用車が水素作動エンジンもしくは燃料電池を利用して駆動されている。更に水素によって飛行機を駆動する最初の実験も進行中である。
これらの交通手段に搭載する形式での水素の貯蔵は液体の形態が最も有利であるとされている。このためには確かに水素を約２１Ｋに冷却してこの温度に保つ必要があり、これは貯蔵容器もしくは貯蔵タンクに相応する断熱措置を施すことによってのみ実現できるのではあるが、一方で気体状態での水素の貯蔵は、ＧＨ２が低密度であることから、通常は上記交通手段に搭載する形式では不利であり、その理由は、充分な量を貯蔵するには高圧に圧縮して大容積の重い貯蔵容器を搭載しなければならないからである。
このような貯蔵容器では、比較的長期間にわたって媒体が取り出されないままにされると、周囲から内側容器への熱侵入を阻止できないので、内側容器の内部に貯蔵された媒体の温度と圧力が上昇することになる。その場合、内側容器の設計圧力値に応じて、充填及び／又は取出用の管路に設けられている例えば超圧弁を介して気体媒体をときどき貯蔵容器から排出、即ち放出させる必要がある。貯蔵容器が自動車内に設けられている場合、放出される気化媒体のために例えば金属水素化物貯蔵器等の付加的な貯蔵装置が設けられていない限り、この放出された気体媒体は利用されることなく失われてしまうことになる。
従来の液体水素用の貯蔵容器は、内部の液体水素が気化して気体水素の損失を生じるに至るまでに２〜３日の有効寿命を実現している。エネルギー媒体としての水素の特に乗用車における受け入れは、就中、乗用車の可能な稼働時間の長さにも影響する。２〜３日後にタンクから水素を抜くことは決して顧客に受け入れらることではない。
冒頭に述べた形式の貯蔵容器において、内部の特定温度平面に内側容器をほぼ完全に取り囲むアルミニウム又は銅等の熱伝導率の高い金属板を配置し、気化した深冷媒体を内側容器から抜き出すための取出用管路をこの金属板と熱的に結合することは既に提案されている。この場合、この金属板は気化した深冷媒体の放出時に流出してくる気化媒体によって冷却（再冷却）される。容器外部から侵入する熱流は、金属板が配置されている温度平面に至るまでの間に放出低温媒体を加温しながらこの放出媒体に吸収され、再び外部へと運ばれることになる。これにより内側容器への熱流の侵入は既にかなり減らすことができる。基本的に複数の金属板を配置しておくこともでき、これにより断熱作用は更に向上する。しかしながら、このような設計の貯蔵容器は製造コストがかなり高くなる。
本発明の課題は、内部に貯蔵した深冷媒体に対する熱の侵入を減らし、放出気化媒体の量の著しい減少と、それに伴い貯蔵容器としての利用可能な有効寿命の延長を簡単な手段で可能とする貯蔵容器を提供することである。
本発明による深冷媒体用貯蔵容器は、上述の課題を解決するために、冒頭に述べた形式の貯蔵容器、即ち、外側容器と、内側容器と、外側容器と内側容器との間に配置された少なくとも１層の金属層を有する断熱体と、少なくとも１つの充填及び／又は取出用の管路とを有する特に深冷媒体用、主に液体水素用の貯蔵容器において、充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つが断熱体の金属層の少なくとも１層と直接的及び／又は間接的に熱接触していることを特徴とする。
液化深冷媒体の貯蔵に役立つ貯蔵容器の断熱は、一般的に所謂超断熱体によって達成されている。この超断熱体は複数層の薄いアルミニウム箔及び／又はアルミニウム蒸着膜の層間にガラスクロス又はガラスマット層を介装した積層体からなる。層間のガラスクロス又はガラスマット層は、アルミニウム箔及び／又はアルミニウム蒸着膜同士が接触して熱的短絡を引き起こすのを防止する。
本発明によれば、いまや充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つが断熱体の金属層の少なくとも１層と熱接触している。従って、従来から使用されていたアルミニウム板又は銅板からなる熱流侵入阻止用の金属板の代わりに、いまや積層断熱体として容器に既存の金属層が役立つことになる。従来からこの種の貯蔵容器に用いられている超断熱体は３０〜８０層の金属層を有するのが通常であり、各金属層がそれぞれ個別の熱流侵入阻止用金属板として機能可能である。従来は単一のアルミニウム板又は銅板で侵入熱の全量を導出しなければならなかったが、本発明では１つの充填及び／又は取出用管路を複数層の金属層と熱伝導可能に接触させておけば、個々の金属層は微量の熱を導出するだけで済むので薄い金属層で充分である。
充填及び／又は取出用の管路と断熱体の金属層との間の熱接触は直接的及び／又は間接的な結合のいずれで構成してもよい。直接的熱接触状態は例えば金属接着テープ、伝熱接着剤及び／又は伝熱ペーストを用いて達成できる。但し、間接的熱接触、即ち放射による熱エネルギーの伝達を利用して充填及び／又は取出用の管路から単一又は複数層の金属層への所要の冷却エネルギーの充分な伝達を引き起こすことも勿論可能である。
本発明によれば、いまや前述の諸欠点による特に液体水素の受入れの妨害を完全になくす程度にまで、或いは無視できる程度にまで放出気化媒体の量を減少させることが可能である。本発明に係る貯蔵容器を搭載して自動車に例えば付加的な金属水素化物貯蔵器が設けられている場合、気化によって放出される微量の媒体はこの貯蔵器で実用上完全に捕集し貯蔵することが可能となる。
単一又は複数層の金属層と単数又は複数の充填及び／又は取出用の管路との熱接触の形態には基本的に数多くの構成が考えられる。例えば各積層断熱体の第２又は第３金属層のみを充填及び／又は取出用の管路の１つと熱的に結合しておいてもよく、但し、例えば複数の充填及び／又は取出用の管路を複数層の金属層と熱接触状態にしておくことも可能である。
本発明に係る貯蔵容器の基本理念を展開して、単数又は複数の内側容器が取付具を介して外側容器と結合されている貯蔵容器構造体においては、充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つを取付具と直接的及び／又は間接的に熱接触状態にしておくことが好ましい。
本発明に係る貯蔵容器のこの有利な構成によって、単数又は複数の内側容器を外側容器と結合する取付具も放出気化媒体によって冷却することができ、これにより取付具を通しての単数又は複数の内側容器への熱侵入を同様に減少することができる。
本発明に係る貯蔵容器の特に有利な構成によれば、充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つと熱接触している金属層の厚さは０．００６〜０．１５ｍｍ、特に好ましくは０．０１〜０．０５ｍｍの範囲内である。
従来技術で使用されているアルミニウム板又は銅板は０．１〜０．３ｍｍの厚さであることを考慮に入れると、いまや本質的に僅かな厚さの金属層で所要の効果を達成することができる。その結果、この種の深冷媒体用貯蔵容器に標準的な断熱体もしくは断熱システムを応用して本発明を実施することができる。
本発明から帰結する他の利点は、気化した低温媒体を内側容器から放出するための管路は、本発明に係る貯蔵容器では放出気化媒体の量が先行技術に属する貯蔵容器構造体の場合に比べて本質的に減少しているので、一層小さな直径のもので構成できることにある。管路を細いチューブで構成することにより、この管路は本発明に係る貯蔵容器の製造時に断熱体に被着、即ち巻き付けることができる。通常、内側容器への断熱体の被着は、ゆっくりと回転する内側容器に個々の層を巻き付けることによって行われており、この時に同時に管路を巻き付ければよい。
更に、複数の管路を断熱体の単一又は複数層の金属層と熱接触させる場合は、個々の金属層への熱分布が極力均一となるように、これらの管路を個々の金属層と熱接触させておくことが望ましい。
本発明に係る貯蔵容器及び従属請求項の対象であるその他の諸構成を、図１及び図２に示す実施例に基づいて詳述すれば以下の通りである。
図１と図２は、一例として液体水素を貯蔵するための液化深冷媒体用貯蔵容器の縦断面図と横断面図である。
この貯蔵容器は例えば液体水素で作動する自動車に搭載されて利用されるものであり、外穀としての外側容器１と、外側容器の内部に配置されて貯蔵すべき液体水素３を収容する内側容器２と、外側容器１と内側容器２との間に配置された複数層の金属層６、６’、６”とを有している。これらの金属層は、前述したように薄いアルミニウム箔及び／又はアルミニウム蒸着膜からなり、層間には各金属層同士の熱的短絡を防止するガラスクロス又はガラスマット層が介装されて積層体構造の超断熱体を形成している。
尚、図１と図２には、図示を簡略にするために充填／取出管路は省略されている。この管路は、内側容器に対する液体水素の充填用と取出用の個別管路又は単一共用管路とすることができるのは述べるまでもない。
更に、このような貯蔵容器は、分岐又は溢流用の管路４を有するのが通常である。この分岐又は溢流用の管路４は、本発明の理念では内側容器から外部へ向かう低温水素が通過する点で取出用管路と見做すことができる。外側容器１の外部でこの管路４の途中に安全弁５が配置されており、この安全弁は管路４内の圧力が例えば予め設定された限界圧力値を超えると自動的に開き、かくして貯蔵容器、特に内側容器２の圧力負荷の軽減を可能としている。
本発明によれば、管路４はいまや前記金属層６、６’、６”と熱接触している。従って水素が管路４を介して矢印で示したように取り出される場合、管路４と熱接触している金属層６、６’、６”が管路内を流れる水素によって冷却される。
図１と図２で図示を省略した充填／取出管路も断熱体の金属層と直接的及び／又は間接的に熱接触状態に配置しておくことができる。複数の充填／取出管路が設けられている場合、本発明によれば充填／取出管路の少なくとも１つが断熱体の金属層と直接的及び／又は間接的に熱接触状態に構成されていればよいが、好ましくは複数の或いは全ての充填／取出管路を断熱体の複数層の金属層とそれぞれ熱接触させておくことが好ましい。
本発明の実施形態による貯蔵容器の縦断面図である。 図１に示す貯蔵容器の横断面図である。
符号の説明
１：外側容器
２：内側容器
３：液体水素（液化深冷媒体）
４：管路
５：安全弁
６，６’，６”：金属層

Claims (5)

  1. 外側容器と、内側容器と、外側容器と内側容器との間に配置された少なくとも１層の金属層を有する断熱体と、内側容器に対する深冷媒体の充填及び／又は取出用の少なくとも１つの管路とを有する特に深冷媒体用、主に液体水素用の貯蔵容器において、充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つが断熱体の金属層の少なくとも１層と直接的及び／又は間接的に熱的に接触していることを特徴とする貯蔵容器。
  2. 内側容器が取付具を介して外側容器と結合され、充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つが前記取付具と直接的及び／又は間接的に熱的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵容器。
  3. 充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つと熱接触している金属層の厚さが０．００６〜０．１５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の貯蔵容器。
  4. 充填及び／又は取出用の管路の少なくとも１つと熱接触している金属層の厚さが０．０１〜０．０５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の貯蔵容器。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の貯蔵容器の可搬タンク、特に自動車用車載タンクとしての使用。
JP2004326306A 2003-11-14 2004-11-10 深冷媒体用貯蔵容器 Abandoned JP2005147397A (ja)

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