JP2008151286A - ガス貯蔵用容器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でありながら、放熱効率が高いガス貯蔵用容器を提供する。
【解決手段】ガス貯蔵用容器１０を構成する容器１２内には、該容器１２の長手方向に沿って延在するガス導入管１６が収容されている。このガス導入管１６の一端部にはガス供給管２８が挿入されており、一方、他端部は、容器１２における開口２２に対向する他端部側の内壁近傍に臨む。ガス供給管２８から排出されたガスは、ガス導入管１６を経て容器１２の前記他端部側内壁に衝突し、開口２２側の一端部に向けて流動する。これに伴い、熱も容器１２の前記他端部側から前記一端部側に輸送される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを高圧で充填するためのガス貯蔵用容器に関する。

燃料電池は、周知のように、アノードに水素等の燃料ガスが供給される一方でカソードに酸素等の酸化剤ガスが供給されて発電する。従って、例えば、燃料電池を搭載した燃料電池車では、水素を充填したガス貯蔵用容器が搭載される。燃料電池車は、酸化剤ガスとしての大気と、前記ガス貯蔵用容器から供給された水素とを反応ガスとして走行する。

このことから諒解されるように、ガス貯蔵用容器の水素収容量が大きいほど燃料電池車を長距離にわたって走行させることができる。しかしながら、過度に大きなガス貯蔵用容器を搭載することは、燃料電池車の重量を大きくすることになり、結局、燃料電池の負荷が大きくなるという不具合を招く。

この観点から、ガス貯蔵用容器の体積を小さく維持しながら水素収容量を向上させる様々な試みがなされている。その一手法としては、ガス貯蔵用容器の耐圧力を高め、可及的に充填圧力を大きくすることが挙げられる。例えば、特許文献１では、ガス貯蔵用容器の外殻を３層構造とし、且つ各層を繊維強化樹脂で形成して高強度化することが提案されている。特許文献１によれば、このガス貯蔵用容器では、充填圧力が３５〜７５ＭＰａに達するとのことである。

また、別の手法としては、特許文献２に記載されるように、水素吸蔵合金をはじめとするガスを吸蔵ないし吸着する物質（以下、ガス吸蔵・吸着材という）を容器内に収容することが知られている。

なお、特許文献１、２にも記載されているように、ガスを充填する際には、ガス貯蔵用容器の一端部の充填口に接続されたガス供給管から該ガス貯蔵用容器の他端部に指向して進行するようにガスを排出することが一般的に行われている。

ところで、ガスを容器に充填する最中には、該ガスの断熱圧縮を伴う。このため、容器の温度が上昇し、該容器内に温度ムラが生じる場合がある。また、ガス吸蔵・吸着材を容器内に収容した場合では、ガス吸蔵・吸着材にガスが吸蔵ないし吸着される際にも熱が発生するので、温度がさらに上昇する。水素ガスの充填量は充填時の容器内温度に依存して変化し、高温になるにつれて絶対量が少なくなるという不都合がある。

以上のような不都合を回避するべく、図４に示すように、ガス貯蔵用容器１において、その一端部に挿入されたガス供給管２に対向する他端部に冷却フィン３を設けることも考えられる。すなわち、この場合、他端部側が温度上昇部位となるので、冷却フィン３によって熱を速やかに放出させることで容器内の温度上昇を抑制しようとするものである。

特開２００４−２９３５７１号公報（特に段落［００１３］） 特開２００４−１０８５７０号公報（特に段落［００１９］）

図４に示す構成のガス貯蔵用容器１では、ガス充填圧力が高圧となる場合や、ガス吸蔵・吸着材を収容した容器にガスを充填した場合に放熱効率が不十分であると、発生した熱が十分に除去されない懸念がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、簡素な構成でありながら、ガス充填に伴って容器内に発生する熱の放熱効率が高いガス貯蔵用容器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
前記容器内にガスを導入するためのガス導入管が、前記容器の一端部から該容器の長手方向に沿って他端部近傍まで延在し、
前記ガス導入管を経由して前記容器内に導入されたガスは、前記ガス導入管の端部から前記容器の前記他端部側で排出された後、前記容器の前記一端部の内壁側に向かって流動を起こすことを特徴とする。

このような構成とすることにより、容器内部に排出されたガスは、前記容器の他端部側内壁に衝突した後、一端部側に向かって流れる。このようなガス流れが生じることに伴い熱も同方向に輸送され、その結果、前記一端部側の温度が上昇することになる。この部分の温度と容器の外部の温度との差が大きくなり、放熱効率が高くなる。

また、一端部側の温度を上昇させているので、他端部側に口金を設ける必要がない。このため、構造が簡素化される。

なお、ガス導入管を容器の他端部側内壁に到達させるようにしてもよい。すなわち、本発明は、長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
前記容器内にガスを導入するためのガス導入管が、前記容器の一端部から該容器の長手方向に沿って他端部の内壁まで到達し、
前記ガス導入管には、前記容器の前記他端部に到達した端部に排出孔が設けられ、
前記ガス導入管を経由して前記容器内に導入されたガスは、前記ガス導入管の前記排出孔を介して前記容器の前記他端部側で排出された後、前記容器の前記一端部の内壁側に向かって流動を起こすことを特徴とする。

この場合、特にガス導入管の先端を容器の前記他端部側内壁に接合することにより、ガス導入管内でのガスの流通、及び前記排出孔からのガスの排出に伴って振動が生じることを回避することができるという利点がある。また、このガス貯蔵用容器を燃料電池車に搭載した場合には、車の振動に起因して破損が誘発されることを回避することもできる。

いずれの場合においても、ガス導入管を設けるという簡素な構成でガス流れを生じさせることができる。従って、容器の構成が複雑化することはなく、容器の重量や体積が過度に増加することも回避可能である。

なお、ガス導入管は、その材質が断熱体であることが好ましい。この場合、一端部側のガス導入管の外壁と容器内壁との空間に集められた熱がガス導入管の内側に伝達される、いわゆる熱の逃げが起こることが回避されるので、放熱効率を一層向上させることができる。

また、前記ガス導入管の内径に基づいて算出される内径側断面積をＳ１、前記容器の側方内壁及び前記ガス導入管の外壁とで構成される流路の断面積をＳ２としたとき、Ｓ１：Ｓ２を２：１〜１：２に設定することが好ましい。これにより、ガス流れと逆方向に熱が輸送されることが抑制される。換言すれば、熱輸送効率がさらに向上する。

さらに、ガス導入管において、ガスが導入される側の一端部側での長手方向に直交する方向の断面を、ガスが排出される側の他端部側に比して縮小することが好ましい。これにより、熱輸送が円滑化されるので放熱効率を高めることができる一方、ガス導入管の一端部を支持する容器の一端部側を小型化すること、ひいてはガス貯蔵用容器を軽量化することが可能となる。

さらにまた、容器において、ガスが導入される側の一端部に放熱部材を設けることが好ましい。これにより、該一端部側に輸送・蓄積された熱を効率よく除去することができる。

そして、容器内にガス吸蔵・吸着材を収容するようにしてもよい。この場合、ガスの充填時、ガス吸蔵・吸着材がガスを吸蔵ないし吸着することで熱が生じるものの、この熱も、前記のガス流れによって一端部側に効率よく輸送される。すなわち、本発明では、ガス吸蔵・吸着材を収容するか否かに関わらず、同一構成のガス貯蔵用容器を構成することができる。

本発明によれば、容器の一端部側（ガス供給側）から他端部側（ガス排出側）を経、再び前記一端部側（ガス供給側）に流動するガス流れを生じさせるようにしているので、このガス流れに従って熱が効率的に前記ガス供給側端部に輸送される。このため、熱をガス供給側端部に効率よく蓄積させることができ、この部分の温度を上昇させてガス貯蔵用容器の外部との温度差を大きくすることができるので、放熱効率を高めることができる。

以下、本発明に係るガス貯蔵用容器につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るガス貯蔵用容器１０の長手方向に沿う全体概略断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。このガス貯蔵用容器１０は、容器１２と、該容器１２の開口した一端部（図１における左端部）に嵌合された閉塞部材１４と、該閉塞部材１４に支持されたガス導入管１６とを有する。

この場合、容器１２は、断面が略真円形状である長尺体である（図２参照）。なお、両端部は緩やかに縮径されることで湾曲形成されている（図１参照）。

容器１２は、外殻１８と、該外殻１８の内壁に添着されたライナ２０とを有し、この中の外殻１８は、例えば、繊維強化樹脂からなる。一方のライナ２０は、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。このように熱伝導度が高い金属をライナ２０の材質とした場合、熱が速やかに外殻１８に伝達されるので、後述するガスの充填時に発生する熱を除去することが容易となるという利点がある。

容器１２の前記右端部には開口２２が形成されており、この開口２２は、前記閉塞部材１４によって閉塞されている。そして、この閉塞部材１４の略中心には貫通孔２６が設けられており、該貫通孔２６には、ガス供給管２８の一端部が嵌合されている。なお、ガス供給管２８の他端部は、図示しないガス供給源に接続されている。

上記したように、ガス導入管１６は、閉塞部材１４に支持されている。すなわち、ガス導入管１６の図１における左端部は、閉塞部材１４における容器１２の内部側に臨む端面に埋入されている。なお、第１実施形態では、ガス導入管１６は略等径の中空筒状体であり、その長手方向は、容器１２の長手方向に沿って延在している。結局、ガス導入管１６の他端部は、容器１２における開口２２に対向する他端部（図１における右端部）近傍まで到達している。

この場合、ガス導入管１６の内径に基づいて算出される内径側断面積をＳ１、容器１２の側方内壁及びガス導入管１６の外壁とで構成される流路の断面積をＳ２とすると、Ｓ１：Ｓ２は、２：１〜１：２に設定されている。Ｓ１とＳ２がこのような比であると、後述するガス流れと逆方向に熱が輸送され難くなる。

ガス導入管１６の材質は、特に限定されるものではないが、断熱体であることが好ましい。これにより、一端部側のガス導入管１６の外壁と容器１２の内壁との空間に集められた熱が再びガス導入管１６の内側に伝達される、いわゆる熱の逃げが起こることを回避することができる。従って、放熱効率を一層向上させることができるからである。

また、ガス貯蔵用容器１０の重量を小さくするという観点から、樹脂材であることが好ましい。断熱性に優れ且つ軽量な樹脂材としては、ポリテトラフルオロエチレンやポリプロピレンを例示することができる。

図１から諒解されるように、ガス供給管２８の先端部はガス導入管１６の内部に挿入されている。このため、ガス供給管２８から排出されたガスは、該ガス導入管１６に案内されて容器１２の右端部側で容器１２内に排出される。

以上の構成において、開口２２が設けられた左端部側では、放熱部材としての冷却フィン３０が設けられている（図１参照）。

第１実施形態に係るガス貯蔵用容器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

前記ガス供給源からガス供給管２８を経てガス導入管１６の内部に排出されたガスは、該ガス導入管１６の長手方向に沿って案内され、最終的に、ガス導入管１６の開口した右端部から排出される。

ガスは、その後、容器１２の右端部側内壁に衝突する。これにより、容器１２の右端部側から左端部側へのガス流れが生じる。このガス流れに伴い、熱も容器１２の右端部側（ガス排出側）から左端部側（ガス導入側）へ輸送される。

この際、ガス導入管１６の内径に基づいて算出される内径側断面積Ｓ１と、容器１２の側方内壁及びガス導入管１６の外壁とで構成される流路の断面積Ｓ２とがＳ１：Ｓ２＝２：１〜１：２に設定されているので、ガス流れと逆方向に熱が輸送され難い。このような比であると、ガスが流通する流路の断面積が十分に小さくなるために、熱の輸送効率が大きくなるからである。

以上のように、ガス導入管１６を断熱体で構成し、且つ前記Ｓ１と前記Ｓ２を上記の比に設定することにより、熱を容器１２の右端部側に効率よく輸送・蓄積することができる。従って、該右端部側の温度を上昇させ、これによりガス貯蔵用容器１０の外部との温度差を大きくすることが可能となり、その結果、放熱効率を高めることができる。最後に、この熱を冷却フィン３０によって放熱することで、熱が速やかに容器１２内から除去される。

このように、本実施の形態においては、ガス導入管１６を設けるという簡素な構成によって、容器１２の内部で、一端部側から他端部側へのガス流れを生じさせ、熱を輸送・蓄積するようにしている。従って、熱を効率的に除去することができる。

次に、第２実施形態につき図３を参照して説明する。

図３は、第２実施形態に係るガス貯蔵用容器４０の長手方向に沿う全体概略断面図である。この場合、ガス導入管４２は、ガス供給管２８側で長手方向に直交する方向の断面積が縮小されている。このため、開口２２側の端部を小径化して容器１２の重量を小さくしたり、閉塞部材１４として小型のものを用いてガス貯蔵用容器４０としての重量を小さくしたりすることができるようになる。

また、ガス導入管４２の左端部は、第１実施形態と同様に閉塞部材１４に埋入されており、一方、右端部は、容器１２の右端部内壁に到達している。なお、ガス導入管４２右端部先端と容器１２の右端部内壁は、互いに接合するようにしてもよい。

そして、ガス導入管４２の右端部では、側周壁に複数個の排出孔４４が貫通形成されている。

第２実施形態では、ガス供給管２８から放出されたガスは、ガス導入管４２の排出孔４４から排出される。この際、ガス導入管４２の右端部が容器１２の右端部内壁に接合されていると、ガス導入管４２内部でのガスの流通、及び排出孔４４からのガスの排出に伴って振動が発生することを回避することができる。

以降は、第１実施形態と同様にしてガスが開口２２側の左端部に流れ、これに追従して熱も左端部側に輸送される。勿論、この熱は、冷却フィン３０によって速やかに放熱される。

なお、上記した第１及び第２実施形態においては、容器１２内にガスを直接充填するようにしているが、容器１２内にガス吸蔵・吸着材を収容してガスを充填するようにしてもよい。この場合、ガス吸蔵・吸着材がガスを吸蔵ないし吸着することに伴って熱が発生する。この熱も、上記のガス流れとともに左端部側に輸送され、最終的に、冷却フィン３０によって放熱される。

すなわち、本発明によれば、ガス流れを生じさせるようにしているので、ガス吸蔵・吸着材を容器１２内に収容した場合においても、熱を効率よく除去することが可能となる。

本発明において、冷却フィン３０は必須の構成ではない。すなわち、冷却フィン３０を設けることなくガス貯蔵用容器を構成するようにしてもよい。

また、ガス供給管とガス導入管とが同一部材であってもよい。

第１実施形態に係るガス貯蔵用容器の長手方向に沿う全体概略断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 第２実施形態に係るガス貯蔵用容器の長手方向に沿う全体概略断面図である。 従来技術に係るガス貯蔵用容器の長手方向に沿う全体概略断面図である。

符号の説明

１０、４０…ガス貯蔵用容器 １２…容器
１４…閉塞部材 １６、４２…ガス導入管
２０…ライナ ２８…ガス供給管
４４…排出孔

Claims (7)

1. 長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
   前記容器内にガスを導入するためのガス導入管が、前記容器の一端部から該容器の長手方向に沿って他端部近傍まで延在し、
   前記ガス導入管を経由して前記容器内に導入されたガスは、前記ガス導入管の端部から前記容器の前記他端部側で排出された後、前記容器の前記一端部の内壁側に向かって流動を起こすことを特徴とするガス貯蔵用容器。
2. 長尺な容器を具備するガス貯蔵用容器であって、
   前記容器内にガスを導入するためのガス導入管が、前記容器の一端部から該容器の長手方向に沿って他端部の内壁まで到達し、
   前記ガス導入管には、前記容器の前記他端部に到達した端部に排出孔が設けられ、
   前記ガス導入管を経由して前記容器内に導入されたガスは、前記ガス導入管の前記排出孔を介して前記容器の前記他端部側で排出された後、前記容器の前記一端部の内壁側に向かって流動を起こすことを特徴とするガス貯蔵用容器。
3. 請求項１又は２記載のガス貯蔵用容器において、前記ガス導入管が断熱体からなることを特徴とするガス貯蔵用容器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス貯蔵用容器において、前記ガス導入管の内径に基づいて算出される内径側断面積をＳ１とし、前記容器の側方内壁及び前記ガス導入管の外壁とで構成される流路の断面積をＳ２としたとき、Ｓ１：Ｓ２＝２：１〜１：２であることを特徴とするガス貯蔵用容器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス貯蔵用容器において、前記ガス導入管は、前記ガスが導入される側の前記一端部側での長手方向に直交する方向の断面が、前記ガスが排出される側の前記他端部側に比して縮小されていることを特徴とするガス貯蔵用容器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス貯蔵用容器において、前記容器の前記ガスが導入される側の一端部に放熱部材が設けられていることを特徴とするガス貯蔵用容器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス貯蔵用容器において、前記容器内にガス吸蔵・吸着材が収容されていることを特徴とするガス貯蔵用容器。

Images