JP2005238976A - 燃料タンク - Google Patents

Abstract

【課題】 外部との熱交換を良好に行うことができ、しかも取扱い性を高めることができる燃料タンクを提供することを課題とする。
【解決手段】 燃料タンク１は、水素ガス等の燃料が貯蔵されるタンク本体２と、タンク本体２を固定ベースＢに固定するためのブラケットユニット３と、を備えている。そして、ブラケットユニット３は、タンク本体２の胴部５の外面に密接する熱交換部材１２を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池車両等の固定ベースに、水素ガス等の燃料を貯蔵したタンク本体を固定される燃料タンクに関するものである。

燃料電池車両に搭載された水素ガスの燃料タンクとして、水素吸蔵合金を収容したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この燃料タンクの胴部外面には、溶接またはろう付けによりフィンが固着されており、燃料タンクは外部との熱交換が促進されるようになっている。

また、この種の燃料タンクとして、水素ガスを高圧で貯蔵するボンベ型のものが広く知られている。この燃料タンクには、水素ステーション等に設置される水素供給源から水素ガスの急速充填がなされるが、一般に、急速充填をすると、燃料タンク内で水素ガスが断熱的に圧縮されて発熱し、水素ガスおよび燃料タンクの温度が上昇する。この温度上昇によって、水素ガスの規定量の充填を効率よく行うことができなくなることから、これらの温度上昇を抑制することが望まれている。
特開２００２−３２７８９８号公報（第１図）

このような前者の燃料タンクでは、そもそもフィンを溶接等する作業が煩雑である上、燃料タンクを固定ベースから取外す作業もフィンが邪魔となり、全体として作業が煩雑化し易かった。これらのことは、後者の燃料タンクに、急速充填での放熱を促進することで燃料タンク等の温度上昇を抑制しようと、フィン等の熱交換部材を燃料タンクに設ける場合にも同様の問題となると考えられる。

本発明は、外部との熱交換を良好に行うことができ、しかも取扱い性を高めることができる燃料タンクを提供することをその目的としている。

本発明の燃料タンクは、燃料が貯蔵されるタンク本体と、タンク本体を固定ベースに固定するためのブラケットユニットと、を備え、ブラケットユニットは、タンク本体の胴部外面に密接する熱交換部材を有するものである。

この構成によれば、タンク本体と熱交換部材とを別体で構成し且つ熱交換部材をブラケットユニットの一部として構成しているため、タンク本体の取扱い性を損なわずに済む。また、熱交換部材がタンク本体の胴部外面に密接するため、タンク本体と外部との熱交換部材を介した熱交換、すなわち、タンク本体の加熱又は冷却を良好に行うことができる。

この場合、ブラケットユニットは、固定ベースに固定されるブラケットと、ブラケットに取り付けられ、タンク本体の胴部外面を熱交換部材と共に締付け固定するバンドと、を更に有することが、好ましい。

この構成によれば、固定ベースに対し、タンク本体、熱交換部材およびブラケットがバンドにより一体に固定される。これにより、ブラケットおよびバンドを有効に利用して、熱交換部材をタンク本体に簡単に強密着させるように設けることができると共に、タンク本体の固定ベースへの組付け作業や取外し作業等において、タンク本体の取扱い性を全体として高めることができる。
なお、ブラケットをアルミニウムで構成すれば、全体として軽量化しつつ熱交換を促進することができる。

これらの場合、熱交換部材の外面には、熱交換フィンが形成されていることが、好ましい。

この構成によれば、熱交換部材の伝熱面積を大きくすることができるため、熱交換部材と外部との熱交換（特に放熱）を促進することができる。なお、熱交換部材の外面のうち、バンドに臨む位置は平坦な面として、これを除く外面に熱交換フィンを形成することが好ましい。これによれば、バンド自体の締付け機能を損なわずに済むと共に、バンド自体の厚みを薄くすることも可能となる。

この場合、熱交換フィンは、タンク本体の胴部の周方向に波状に延在すると共に、タンク本体の胴部の軸方向に直線状に延在していることが、好ましい。

この構成によれば、タンク本体を均一に且つより一層熱交換（特に放熱）を促進することができる。

これらの場合、ブラケットユニットは、熱交換部材を冷却する冷却手段を更に有することが、好ましい。

この構成によれば、冷却手段により冷却された熱交換部材によって、タンク本体からの放熱を促進することができる。冷却手段は、例えば熱交換部材に対する外的作用によりこれを冷却することができる。あるいは、冷却手段として、熱交換部材に作り込まれた冷却路と、冷却路に冷却水を通液させる通液手段と、を具備させてもよい。

これらの場合、燃料は、水素ガスであり、固定ベースは、燃料電池車両に設けられていることが、好ましい。

この構成によれば、燃料電池車両に搭載される水素ガスの燃料タンクに有用となり、特に水素ガスの急速充填に伴うタンク本体の温度上昇を好適に抑制することができる。

本発明の燃料タンクによれば、作業性等の取扱い性を向上しつつ、外部との熱交換を良好に行うことができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料タンクについて説明する。この燃料タンクは、各種の液体や気体の燃料を貯蔵するものであるが、ここでは、燃料電池システムに用いられる水素ガス（純水素）に適用した水素タンクの例について説明する。また、燃料タンクが固定される固定ベースを、燃料電池システムを代表する燃料電池車両に設けた例について説明する。

図１ないし図３に示すように、水素タンク１は、水素ガスが高圧で貯蔵されるタンク本体２と、タンク本体２を燃料電池車両に固定するためのブラケットユニット３と、を備えている。水素タンク１は、燃料電池車両の所定位置に搭載されるが、この搭載位置には固定ベースＢとなるフレームが配設されており、タンク本体２が固定ベースＢにブラケットユニット３によって固定される。なお、固定ベースＢは図２にのみ示している。

タンク本体２は、円筒状の胴部５と、胴部５に一体に連なり、軸方向の両端部に位置する半円球状のドーム部６と、で内部に水素ガスの貯蔵空間を構成している。タンク本体２の外郭は、内壁面側のライナーおよび外壁面側のシェルの２層構造で樹脂により構成されている。ライナーは例えば高密度ポリエチレンで、シェルは例えばＦＲＰで構成されている。タンク本体２の一方のドーム部６には、外部とのアクセス手段となる口金７が設けられている。

燃料電池車両は、口金７に接続された排出管路を介してタンク本体２の水素ガスを燃料電池に供給することで、走行する。燃料電池での水素ガスの消費によりタンク本体２の水素ガスの残量が減ったところで、適宜、タンク本体２には水素ガスの充填がなされる。

この充填作業は、燃料電池車両を例えば水素ステーションに立ち寄らせ、ここに設置された水素供給源に、口金７に接続された供給管路を接続することで急速になされる。これにより、タンク本体２の貯蔵空間には水素ガスが高圧（３５ＭＰａまたは７０ＭＰａ）で充填される。ところが、この急速充填に伴いタンク本体２が温度上昇するため、本実施形態のブラケットユニット３によって、タンク本体２の温度上昇を好適に抑制するようにしている。

ブラケットユニット３は、固定ベースＢに固定される一対のブラケット１１と、タンク本体２の胴部５の外面に密接する熱交換フィルム１２（熱交換部材）と、ブラケット１１に取り付けられ、胴部５の外面を熱交換フィルム１２と共に締付け固定する一対のバンド１３と、を有している。

各ブラケット１１は、角柱状等からなり、アルミニウムで形成されている。一対のブラケット１１は、タンク本体２の軸線を挟んで対向配置され、タンク本体２の軸方向にこれを超えて延在している。各ブラケット１１は、その長手方向の複数箇所を固定ベースＢにねじ固定される。

熱交換フィルム１２は、アルミニウムで形成され、タンク本体２と外部との間で熱の授受を行う。熱交換フィルム１２は、タンク本体２の胴部５の軸方向の長さおよび胴部５の外径にほぼ対応して形成されている。熱交換フィルム１２の内面は、平坦な面で形成されており、タンク本体２の胴部５の平坦な外面に、そのほぼ全周に亘って密接可能に構成されている。

熱交換フィルム１２の外面には、タンク本体２の胴部５の周方向に波状（ジグザグ状）に延在する熱交換フィン１６が形成されている。熱交換フィン１６は、各バンド１３の位置を除いて、タンク本体２の胴部５の軸方向に直線状に延在している。

すなわち、熱交換フィルム１２の外面は、各バンド１３に対応する位置を平坦な面で形成されており、熱交換フィルム１２は、この平坦な外面を各バンド１３の内面に固着されている。なお、熱交換フィン１６を構成する各フィン部の形状は、四角形等でもよいが本実施形態では二等辺三角形としている。

熱交換フィルム１２は、全体としてシート状に形成されており、タンク本体２に取り付けられるときに略筒状に変形されて、タンク本体２の胴部５の外面に巻かれるようにして密接する。この変形に伴い、熱交換フィルム１２に固着されている各バンド１３は、その固着部分が熱交換フィルム１２に倣ってこれと一体に湾曲するようになっている。

一対のバンド１３は、タンク本体２の胴部５の軸方向に互いに離間して配置されている。各バンド１３は、上下２つのバンド部２１と、各バンド部２１を各ブラケット１１を介して連結する固定手段２２と、を有している。上下２つのバンド部２１は、同様の形状からなり、例えばタンク本体２側から順にゴムおよびステンレスの２層構造で構成され、熱交換フィルム１２の変形に追従して変形するようになっている。

各バンド部２１は、熱交換フィルム１２の平坦な外面に固着された固着部３１と、固着部３１の両端部の外側に屈曲して延在し、熱交換フィルム１２に対し自由状態の一対のフランジ部３２と、で一体に構成されている。熱交換フィルム１２をタンク本体２に巻きつけた状態では、固着部３１は半円弧状に湾曲し、各フランジ部３２は固着部３１の各端部から直角に屈曲して延在する。このとき、上下２つのフランジ部３２の各々は、各ブラケット１１を上下から挟むようにしてこれに当接する。

そして例えば、特に図３に示すように、右側のフランジ部３２同士は、ねじ４１によりブラケット１１と共締めされる。左側のフランジ部３２同士は、バネ座金等を介してボルト４２およびナット４３によりブラケット１１と共締めされる。すなわち、ねじ４１、バネ座金等、ボルト４２およびナット４３により、上下２つのバンド部２１を連結する上記の固定手段２２が構成されている。

このような構成により、各ブラケット１１に取り付けられたバンド１３は、タンク本体２の胴部５の外面を熱交換フィルム１２と共に締付け固定して、タンク本体２の胴部５の外面に熱交換フィルム１２の内面を強密着させる。これにより、タンク本体２と、ブラケットユニット３（ブラケット１１、熱交換フィルム１２およびバンド１３）とが一体化される。

以上のように、本実施形態の水素タンク１によれば、水素ガスの急速充填に伴いタンク本体２の温度が上昇しても、タンク本体２の外周面に熱交換フィルム１２が密接しているため、タンク本体２の熱が熱交換フィルム１２に伝達されて、熱交換フィン１６から良好に放熱される。これにより、急速充填に伴うタンク本体２の温度上昇を好適に抑制することができる。この場合、各ブラケット１１と熱交換フィルム１２とを接触させる構成とすることで、各ブラケット１１からも放熱することができるため、より一層タンク本体２の温度上昇を抑制することができる。

また、熱交換フィルム１２（熱交換フィン１６）をタンク本体２に設けるのに、バンド１３およびブラケット１１を有効に利用したブラケットユニット３の構成としているため、水素タンク１の取扱い性を全体として高めることができる。

すなわち、タンク本体２に熱交換フィン１６を設ける作業は、一方のブラケット１１にバンド１３をねじ４１により固定した後、この固定位置を起点として熱交換フィルム１２でタンク本体２を包むように両者を密着させ、他方のブラケット１１にバンド１３を締め付けるようにボルト４２等で固定することで行うことができる。このため、熱交換フィン１６が邪魔となることなく、タンク本体２の保存や運搬等の管理を良好に行うことができる。そして、この状態のタンク本体２を、燃料電池車両の固定ベースＢに各ブラケット１１を介して簡単に取り付けることが可能となる。

なお、タンク本体２の温度上昇をより一層抑制するべく、ブラケットユニット３に熱交換フィルム１２を冷却する冷却手段を組み込んでもよい。この場合、冷却手段は、例えば熱交換フィルム１２の内部に作り込んだ複数の冷却路と、各冷却路に冷却水を通液させる通液手段と、を具備する。複数の冷却路は、タンク本体２の胴部５の周方向に分散して設けられ、各々を軸方向に延在させることができる。また、通液手段は、各冷却路に冷却水を循環通液させることができる。

なおまた、本実施形態の構成に代えて、熱交換フィルム１２とバンド１３とを接着剤等により固着しない構成としてもよいし、熱交換フィルム１２をタンク本体２の胴部５の外径に対応して予め筒状に形成しておいてもよい。また、熱交換フィルム１２は、バンド１３の対応する位置の外面を平坦面で構成したが、この部分に熱交換フィン１６を連続して形成してもよい。この場合には、熱交換フィン１６の形状に対応して、バンド１３の内面に波状の部位を形成してもよい。もっとも、本実施形態のように、熱交換フィルム１２の外面に平坦面を設けた構成とする方が、バンド１３自体の締付け機能を損なわずに済むと共に、バンド１３自体の厚みを薄くすることも可能となる。

また、本実施形態では、タンク本体２の冷却を中心に説明したが、もちろん以上のような構成はタンク本体２の加熱の場合にも適用することができる。例えば、上記の特許文献１で記載されているように、水素タンクがタンク本体に水素吸蔵合金を収容したものである場合には、タンク本体の冷却および加熱の両方を熱交換フィルムにより良好に行うことができ、水素吸蔵合金の加熱および冷却を良好に行うことができる。またもちろん、本発明の燃料タンクは、この種の水素吸蔵合金用のタンクやボンベ型のものに限らず、燃料となる他の気体や液体に適用することができ、熱交換フィルムによってタンク本体と外部との熱交換を良好に行うことができるものである。

次に、図４および図５を参照して、水素タンク１をダブルタンクとした場合のブラケットユニット３の構造について簡単に説明する。燃料電池車両に４個の水素タンク１を搭載する場合には、一対のダブルタンク構成とされる。両図は、その一方のダブルタンク構成を示したものである。

両図に示すように、ブラケットユニット３は、２つの水素タンク１，１間で共用される共用ブラケット５１を含む計３つのブラケット５１、５２、５２を具備している。各ブラケット５１，５２，５２の形状は、燃料電池車両のフレーム等の形状に対応して、若干異なっている。この場合、各水素タンク１に対応したバンド１３は、共用ブラケット５１側に位置する部位が共用ブラケット５１にねじ４１により固定されると共に、外側のブラケット５２側に位置する部位がこの外側ブラケット５２にボルト４２等により固定されることになる。

本発明の実施形態に係る燃料タンクの構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る燃料タンクの構成を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る燃料タンクの構成を示す正面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料タンクの構成を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料タンクの構成を示す正面図である。

符号の説明

１ 燃料タンク、２ タンク本体、３ ブラケットユニット、５ 胴部、１１ ブラケット、１２ 熱交換フィルム（熱交換部材）、１３ バンド、１６ 熱交換フィン

Claims (6)

1. 燃料が貯蔵されるタンク本体と、
   前記タンク本体を固定ベースに固定するためのブラケットユニットと、を備え、
   前記ブラケットユニットは、前記タンク本体の胴部外面に密接する熱交換部材を有する燃料タンク。
2. 前記ブラケットユニットは、
   前記固定ベースに固定されるブラケットと、
   前記ブラケットに取り付けられ、前記タンク本体の胴部外面を前記熱交換部材と共に締付け固定するバンドと、
   を更に有する請求項１に記載の燃料タンク。
3. 前記熱交換部材の外面には、熱交換フィンが形成されている請求項１または２に記載の燃料タンク。
4. 前記熱交換フィンは、前記タンク本体の胴部の周方向に波状に延在すると共に、当該タンク本体の胴部の軸方向に直線状に延在している請求項３に記載の燃料タンク。
5. 前記ブラケットユニットは、前記熱交換部材を冷却する冷却手段を更に有する請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料タンク。
6. 前記燃料は、水素ガスであり、
   前記固定ベースは、燃料電池車両に設けられている請求項１ないし５のいずれか一項に記載の燃料タンク。
   
   

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