JP2011505525A - 高圧ガス貯蔵装置用の加温システム - Google Patents
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Abstract
Description
図3〜図6、図7A、図7B、図8A、図8B及び図9に示す第1の実施例では、本発明は、タンクの作製に用いる繊維材料及びバインダ材料の固有の導電特性を用いて貯蔵タンクを効率的に加温することができる解決策を提供する。いくつかの例では、タンク自体内の炭素繊維層をヒータとして用いてガスタンク自体を加温することができる。炭素繊維層は導電性を有するため、適当な抵抗範囲(resistive expanse)のタンクセクションに電位が印加されると繊維が加温され得る。別の例では、タンクの金属端ポートを電気端子として用いてタンクの導電性繊維に電流を印加することができる。タンク材料から作製されると共にタンクの導電性繊維に相互接続される固有の延長部を電気端子として用いることができる。他の例では、電気端子をタンク壁内に設け、導電性繊維に接続させ、電気加温電流への接続を可能にすることができる。タンクの炭素繊維が過度に導電性である場合には、タンクを形成する樹脂(エポキシ)に導電性フィラーが混入され、この混入は抵抗を減らすのに効果的である。通常、樹脂は電気抵抗が非常に高い。同様に、導電性繊維と炭素繊維の比例混合を変えることが抵抗を減らすのに効果的である。タンクが金属ライナを有する場合には、金属ライナは炭素層よりも抵抗がはるかに低いため、短絡が生じる。タンクの炭素繊維と金属ライナとの間の電気的絶縁層が短絡の発生を防止する。
一実施形態では、タンク及び/又はライナを形成する材料の固有の電磁特性のため、いかなる大幅な変更もなく、従来設計されたタンクを本発明と共に用いることができる。タンクが直接加熱されるため、外部のヒータに比して高い加熱効率が達成される。
この実施例では、本発明は、ジュールトムソンエネルギーを用いる高圧水素ガス貯蔵タンク用の加温システムを提供する。回収/捕捉したジュールトムソン熱を、熱交換装置であるHEXから、ヒートパイプ、冷媒循環装置又は同様の伝熱管を介して、内部ラジエータ又はHEXに伝達し、ここで、ジュールトムソン熱が放出され、タンク内に貯蔵された残存ガスを加温する。
Claims (31)
- 繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク内及び該タンクの両端の1つ又は複数のボスアセンブリにおける該タンクのガス流制御システムに付随するガス流部材内の、ガスの温度を、該タンク及び該ボスアセンブリの温度設計公差下限よりも高く維持する、繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加熱システムであって、
1)前記タンクを形成する抵抗性構造材料に電流を通すことによって該タンク自体を加熱すること、
2)電気誘導加熱システムを用いて前記タンク内の金属ライナ、又は該タンクのシェルを形成するポリマー繊維複合材を加温すること、
3)ジュールトムソン効果を用いて前記貯蔵タンクから排出された高圧ガスから熱を回収し、且つ、該回収した熱を前記タンク内に残存するガスに導くこと、並びに/或いは
4)前記タンクを形成する抵抗性構造材料に電流を通すことによって該タンク自体を加熱すること、及び、電気誘導加熱システムを用いて前記タンク内の金属ライナ、又は前記タンクシェルを形成するポリマー繊維複合材を加温することのいずれか又は双方を、ジュールトムソン効果によるヒータと組み合わせること、
によって、前記タンク及び/又はその内部のガスを加温することによって前記タンク及び該タンクのアセンブリに物理的に付随する前記ガス流制御システムを加温することを特徴とする加熱システム。 - 繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク内及び該タンクの両端の1つ又は複数のボスアセンブリにおける該タンクのガス流制御システムに付随するガス流部材内の、ガスの温度を、該タンク及び該ボスアセンブリの温度設計公差下限よりも高く維持する、繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加熱システムであって、
長手方向に延びる導電性及び抵抗性繊維材料ストランドが内部に埋め込まれている高分子バインダから形成されるタンクと、
前記タンクの壁を形成する前記導電性及び抵抗性繊維に相互接続される電源と、
を備え、それにより、電流が印加されると、前記タンク内の前記導電性及び抵抗性繊維材料ストランドが前記タンク及び前記ボスアセンブリシステムを固有に加熱することを特徴とする加熱システム。 - 前記タンク壁の前記導電性繊維材料内に電流に対する電気抵抗路を形成するように、前記タンク壁の繊維複合材組成物内に電極が埋め込まれる、請求項2に記載の加熱システム。
- 前記タンクの一端の導電性金属ボスを電源に接続することで、加温電流の流れを前記導電性シェルに供給する、請求項2に記載の加熱システム。
- 前記タンクシェル内に固有に形成されると共に、前記タンクの両端の対向する側部のそれぞれにて前記導電性複合材製タンクシェルから出て電源との相互接続部に至る導電性繊維延長要素に電源が相互接続される、請求項2に記載の加熱システム。
- 1)前記タンクの一端又は両端に金属ボス、2)内部金属ライナを有するタンク壁、及び3)前記導電性繊維複合材製タンクシェル構造と前記金属ライナとの間に挟まれた絶縁層をさらに備え、該絶縁層は、前記タンクの導電性壁を前記導電性繊維壁と絶縁させ、1つ又は複数の前記金属ボスを電流の流れと絶縁させる、請求項4に記載の加熱システム。
- 弁温度、タンク壁温度、ガス温度及び周囲温度の1つ又は複数について温度制御システムに入力される温度測定データを供給するのに温度センサを用いる、温度制御システムを備え、それにより、前記タンクの前記繊維部材への電流の流れによって決まる、該システムによって維持される制御温度は、ガス温度及び前記タンクに付随する金属部材の温度が、該タンク、及び該タンクの両端の1つ又は複数の前記ボスにおける前記タンクガス流制御システムに付随する部材の温度公差下限を下回らないようになっている、請求項2の記載の加熱システム。
- 前記タンク壁を形成する導電性材料は、金属粉末、金属ワイヤ、並びに、金属組成物でコーティングした炭素繊維及びガラス繊維又はプラスチック繊維からなるフィラーを含む、請求項2に記載の加熱システム。
- 前記金属はAl、Cu、Ni、Ag、SUS及びTiの1つ又は複数からなる、請求項8に記載の加熱システム。
- 前記粉末組成物は、カーボンブラック粉末、セラミック粉末、カーボンナノチューブ、及び導電性金属でコーティングしたガラス粉末又はプラスチック粉末の1つ又は複数からなる、請求項8に記載の加熱システム。
- 電流が印加される前記タンク壁の抵抗性/導電性は、0.1オーム〜100オームの範囲である、請求項2に記載の加熱システム。
- 電流に対し電気的に活性な回路を形成するように、前記タンク壁に付随する電極に相互接続される電源を備え、前記システムに入力される加温電力すなわちP加温[W]が、車両動作時の前記タンク及び前記ガス流アセンブリの温度公差によって求められ、その場合:
a.電流(I)は、式:Iタンク=(P加温/Rタンク)0.5によって求められ、
b.及び
c.電圧(E)は、式:EIタンク=Iタンク×Rタンクによって求められる、請求項2に記載の加熱システム。 - 前記タンク壁に相互接続される前記電源は車両内の他の電線と絶縁される、請求項2に記載の加熱システム。
- DC/DCコンバータ又はDC/ACインバータが前記タンクの加温電源を含む、請求項2に記載の加熱システム。
- 炭素繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク内、及び該タンクの一端の1つ又は複数のボスに付随するガス流部材内の、ガスの温度を、該タンク及び該タンクに付随する前記ガス流部材の温度設計公差下限よりも高く維持する、炭素繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加温システムであって、
高分子バインダ内に埋め込まれた電磁的に活性な繊維材料から形成される繊維樹脂複合材製タンクを備え、該加温システムは、電磁誘導によって前記タンクを加温する電磁場を生じるように、搭載用電源から該コイルに通される高周波交流(AC)に相互接続される、前記タンクの直径に巻かれた導電性ワイヤのコイルを備えることを特徴とする炭素繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加温システム。 - 繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク内、及び該タンクの両端の1つ又は複数のボスに付随するガス流部材内の、ガスの温度を、該タンク及び該付随するガス流制御部材の温度設計公差下限よりも高く維持する、繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加熱システムであって、
複合材製外側シェルから形成される樹脂複合材製タンクと、
高分子バインダ内に埋め込まれた電磁的に活性な繊維材料から形成される内部ライナと、
を備え、前記シェル及び前記ライナの一方又は双方は強磁性的に活性であり、該加温システムは、搭載用電源から該コイルに通される高周波交流(AC)に相互接続される、前記タンクの直径に巻かれていると共に該タンクと絶縁された導電性ワイヤのコイルを備え、それによって、電磁誘導効果により、前記シェル、前記ライナ又はそれらの双方を形成する材料が加温されることを特徴とする繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加温システム。 - 繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク内、及び該タンクの両端の1つ又は複数のボスに付随するガス流部材内の、ガスの温度を、該タンク及び該ガス流制御部材の温度設計公差下限よりも高く維持する、繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加温システムであって、
高分子バインダ内に埋め込まれた絶縁繊維材料から形成されるタンクと、
前記タンクの内部に強磁性金属ライナと、
前記金属ライナを加温する電磁場を生じるように、搭載用電源から該コイルに通される高周波交流(AC)に相互接続される、前記タンクの外径に巻かれた導電性ワイヤのコイルを備える加温システムと、
を備えることを特徴とする繊維複合材製の高圧ガス貯蔵タンク用の加温システム。 - 温度制御システムを備え、該制御システムは、前記電源及び前記コイルに相互接続され、弁温度、ガス温度、タンク温度及び周囲温度の1つ又は複数について該制御システムに入力される温度測定データを供給する温度センサにさらに相互接続され、それにより、前記コイルへの電流の流れによって決まる、該システムによって維持される前記タンク及び前記ガス流制御部材の制御温度は、前記ガス温度、並びに前記タンク及び前記付随するガス流制御部材の温度が、該タンク及び該付随するガス流制御部材の温度公差下限を下回らないようになっている、請求項15又は16又は17に記載の加温システム。
- 鉄、ステンレス鋼、チタン、マグネシウム、錫、ニッケル、亜鉛、クロム(Fe、SUS、Ti、Mn、Sn、Ni、Zn、Cr)、及び上記の合金の群から選択される1つ又は複数の金属から形成されるタンク壁ライニングを有する、請求項15に記載の加温システム。
- 前記タンク内部の底部は、前記タンクの底部における前記タンク構造内に含まれるさらなる誘導的に活性な材料又は組成物から形成される、該底部のタンク表面に対応する部分ライナを有する、請求項15に記載の加温システム。
- 抵抗が10−6オーム・m以上の範囲の非導電性であるプラスチックライナを有する、請求項15に記載の加温システム。
- 抵抗がおよそ2.65×10−8オーム・mである金属ライナを有する、請求項15に記載の加温システム。
- タンク壁を形成する炭素繊維樹脂ポリマー製シェルは、抵抗が1〜2×10−5オーム・mである、請求項15に記載の加温システム。
- 前記誘導コイルに供給されるAC電流周波数は、20Hz〜50kHzの範囲内である、請求項15に記載の加温システム。
- a)前記タンクシェルは非導電性であり、b)該シェルは強磁性的に活性であり、且つc)前記ライナは強磁性的に活性である、請求項15に記載の加温システム。
- 前記タンクシェルはスチールウールストランド又は強磁性を有する鉄粉末の1つ又は複数を含む、請求項15に記載の加温システム。
- 搭載用自動車タンク内、及び該タンクの一端の1つ又は複数のボスに付随するガス流制御部材内の、ガスの温度を、該タンク及び該ガス流制御部材の温度設計公差下限よりも高いレベルに上げる、搭載用自動車タンク内に高圧下で貯蔵された水素ガス用の加温システムであって、
高圧水素ガス貯蔵タンクと、
ガス流導管であって、前記タンク内に貯蔵された高圧ガスから、該導管内に流れる該ガスの圧力を車両用パワープラントでの使用に適したレベルに下げる圧力調整器に至る、ガス流導管と、
前記圧力調整器の後に配置されると共に前記車両用パワープラントのガス入口の前に配置される、前記ガス流導管に動作可能に相互接続される熱交換装置と、
を備え、それにより、高圧水素ガスが車両動作時に用いられる際に、前記導管を流れるガスにおけるジュールトムソン効果を熱として捕捉し、捕捉した熱を用いて、前記タンク内、及び/又は該タンクアセンブリの前記ガス流制御部材内のガスを加温することを特徴とする加温システム。 - 前記ガス流導管、前記圧力調整器及び前記熱交換装置は、前記タンクの一端のボス内に埋め込まれる、請求項27に記載の加温システム。
- a)前記ガス流導管が前記タンクの内部容積部から出て該タンクの外部の前記圧力調整器を通過し、b)前記ガス流導管が伝熱システムを通り、ここで、捕捉したジュールトムソン熱が回収され、c)該伝熱システムの伝熱装置が、捕捉した熱を、前記ボスを介して前記タンクの内部に戻し、且つ、d)前記加温システムが前記タンク内部に、前記伝熱システムに相互接続されるガス流導管に相互接続されるラジエータをさらに備え、それにより、前記捕捉したジュールトムソン熱が前記タンク内部に放出される、請求項27に記載の加温システム。
- 前記伝熱システムの前記伝熱装置は、ヒートパイプ及び冷媒循環装置の一方を含む、請求項29に記載の加温システム。
- 温度制御システムを備え、該温度制御システムは、該制御システムに入力する温度データの測定を行う温度センサを備え、該センサは、タンク温度、弁温度、ガス温度及び周囲温度の1つ又は複数を測定し、前記温度制御システムは、前記タンク内、及び該タンクに付随するガス流制御部材のガスの温度が、該タンク及び該タンクに付随するガス流制御部材の温度公差下限を下回らないように、加温制御温度を決定する、請求項27に記載の加温システム。
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