JP2012127512A

JP2012127512A - 燃料ガスタンク

Info

Publication number: JP2012127512A
Application number: JP2012085738A
Authority: JP
Inventors: Kei Handa; 圭判田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: JP5576424B2

Abstract

【課題】燃料ガスタンクの熱交換性能を向上させる。
【解決手段】高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室２を有するタンク本体３と、一端が外部に開口し他端がガス貯蔵室２に開口して、外部からガス貯蔵室２に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部と、一端がガス貯蔵室２に開口し、他端が燃料ガスを消費する車両に搭載された燃料電池に接続され、ガス貯蔵室２に貯蔵された燃料ガスを燃料電池に供給するときにガス通路となる放出用管部と、を備える燃料ガスタンク１において、ガス遮蔽性を有するプラグ１１をタンク本体３の壁部６に貫通させてタンク本体３に係脱可能に設け、プラグ１１は、ガス貯蔵室２内の燃料ガスと熱交換を行うヒートパイプ２３と、ヒートパイプ２３と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行うヒートパイプ２５と、を備え、ヒートパイプ２５は、燃料電池から排出される排ガスの廃熱を前記熱交換源として利用する。
【選択図】図３

Description

この発明は、水素ガスや天然ガス等の燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクに関するものである。

水素ガス等の燃料ガスを燃料ガスタンクに高圧で急速充填すると、燃料ガスタンク内で燃料ガスが圧縮される際に圧縮熱が発生し、燃料ガスおよび燃料ガスタンクの温度が上昇する。一方、高圧の燃料ガスが充填されている燃料ガスタンクから燃料ガスを放出すると、燃料ガスタンク内で燃料ガスが減圧するのに伴い、燃料ガスおよび燃料ガスタンクの温度が低下する。

燃料ガスおよび燃料ガスタンクがこのように温度変化しないように、燃料ガスタンクに熱交換装置を併設させたものがある。
例えば、特許文献１には、燃料ガスタンクにおいて燃料ガス充填管および放出管が設置されるヘッド部に、熱交換装置の一部をなすヒートパイプを貫通して設置し、このヒートパイプの一端側を燃料ガスタンクの内部であるガス貯蔵室に収容し、他端側を燃料ガスタンクの外部へ突出させて、ヒートパイプを介してガス貯蔵室と外部との間で熱交換を行う技術が開示されている。

特開２００６−３１３０１６号公報

前記構成の燃料ガスタンクでは、同一のパイプからなるヒートパイプをヘッド部に貫通させているが、ガス貯蔵室内に収容される部位において高圧の燃料ガス圧がヒートパイプに外圧として作用するため、ヒートパイプにはこの外圧に耐え得る厚肉管を用いている。
したがって、ヒートパイプにおいて燃料ガスタンクから外部へ突出している部分は、高圧の燃料ガス圧が作用していないので耐圧的には薄肉で間に合うにもかかわらず、同一のパイプで構成されていることから、厚肉となっている。つまり、ヒートパイプ全体が高圧仕様になっていた。

そのため、燃料ガスタンクの外部においてヒートパイプから熱を奪うときや、外部の熱源からヒートパイプに熱を付与するときに、厚肉のため熱が伝わりにくく、熱交換性能が低いという課題があった。
また、ヒートパイプの全長が厚肉であるため、重量が大きくなるとともに、材料費が高くなるという課題もある。
そこで、この発明は、熱交換性能の向上、軽量化、コストダウンが可能な燃料ガスタンクを提供するものである。

この発明に係る燃料ガスタンクでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、
高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室（例えば、後述する実施例におけるガス貯蔵室２）を有するタンク本体（例えば、後述する実施例におけるタンク本体３）と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部（例えば、後述する実施例における充填用配管１２、給排管１４）と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部（例えば、後述する実施例における放出用排管１３、給排管１４）と、
を備える燃料ガスタンク（例えば、後述する実施例における燃料ガスタンク１）において、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材（例えば、後述する実施例におけるプラグ１１）を前記タンク本体の壁部（例えば、後述する実施例における壁部６）に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器（例えば、後述する実施例における第１の熱交換器２１）と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源（例えば、後述する実施例における熱交換源３０）との間の熱交換を行う熱交換部（例えば、後述する実施例における第２の熱交換器２２）と、を備え、
前記熱交換部は、前記燃料ガス消費装置として車両に搭載された燃料電池から排出される排ガスの廃熱を前記熱交換源として利用することを特徴とする。
燃料電池は発電する際に発熱するので燃料電池から排出される排ガスは暖かい。その排ガスの廃熱を利用することにより、ガス貯蔵室を有効に加熱することができる。つまり、車両内の熱源を有効利用してガス貯蔵室を加熱することができる。
また、ガス貯蔵室内の高圧の燃料ガス圧が作用する第１の熱交換器は高圧仕様とし、大気圧が作用する熱交換部は常圧仕様とすることができ、熱交換部の耐圧部を薄肉化することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする。
このように構成することにより、充填用管部からガス貯蔵室に供給された燃料ガスを第１の熱交換器に向けて流すことができ、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部（ねじ孔９）の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする。
このように構成することにより、第１の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易にできる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記熱交換部は、前記排ガスが流れるエキゾーストパイプ（例えば、後述する実施例におけるエキゾーストパイプ３１）と熱交換可能に接していることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、
高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室（例えば、後述する実施例におけるガス貯蔵室２）を有するタンク本体（例えば、後述する実施例におけるタンク本体３）と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部（例えば、後述する実施例における充填用配管１２、給排管１４）と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部（例えば、後述する実施例における放出用排管１３、給排管１４）と、
を備える燃料ガスタンク（例えば、後述する実施例における燃料ガスタンク１）において、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材（例えば、後述する実施例におけるプラグ１１）を前記タンク本体の壁部（例えば、後述する実施例における壁部６）に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器（例えば、後述する実施例における第１の熱交換器２１）と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行う熱交換部（例えば、後述する実施例におけるプラグ１１の肉部）と、を備え、
前記熱交換部は、車両に搭載された前記燃料ガス消費装置の温調装置（例えば、後述する実施例における温調装置４０）における冷却液熱交換部（例えば、後述する実施例における第１熱交換部４４）を前記熱交換源として接していることを特徴とする。
ガス貯蔵室への燃料ガス充填時にガス貯蔵室内の温度が上昇したときには、ガス貯蔵室の熱が第１の熱交換器を介して温調装置の冷却液熱交換部に移動するので、ガス貯蔵室内を冷却することができる。なお、加熱された冷却液熱交換部の冷却液は温調装置において冷却される。
一方、ガス貯蔵室からの燃料ガス放出時にガス貯蔵室内の温度が下がるときには、温調装置の冷却液からの熱が冷却液熱交換部を介して第１の熱交換器に移動し、第１の熱交換器からガス貯蔵室内に放熱されるので、ガス貯蔵室内を加熱することができる。なお、熱を奪われた冷却液は温調装置において加熱される。
このように、車両に搭載された温調装置をガス貯蔵室の加熱・冷却の熱源とすることにより、車両内の熱源を有効利用してガス貯蔵室を加熱および冷却することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする。
このように構成することにより、充填用管部からガス貯蔵室に供給された燃料ガスを第１の熱交換器に向けて流すことができ、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができる。

請求項７に係る発明は、請求項５に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部（ねじ孔９）の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする。
このように構成することにより、第１の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易にできる。

請求項８に係る発明は、
高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室（例えば、後述する実施例におけるガス貯蔵室２）を有するタンク本体（例えば、後述する実施例におけるタンク本体３）と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部（例えば、後述する実施例における充填用配管１２、給排管１４）と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部（例えば、後述する実施例における放出用排管１３、給排管１４）と、
を備える燃料ガスタンク（例えば、後述する実施例における燃料ガスタンク１）において、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材（例えば、後述する実施例におけるプラグ１１）を前記タンク本体の壁部（例えば、後述する実施例における壁部６）に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器（例えば、後述する実施例における第１の熱交換器２１）と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行う熱交換部（例えば、後述する実施例におけるプラグ１１の肉部）と、を備え、
前記熱交換部は、車両に搭載された空調装置（例えば、後述する実施例における空調装置５０）の冷媒熱交換部（例えば、後述する実施例における第１熱交換部５５）を前記熱交換源として接していることを特徴とする。
ガス貯蔵室への燃料ガス充填時にガス貯蔵室内の温度が上昇したときには、ガス貯蔵室の熱が第１の熱交換器を介して空調装置の冷媒熱交換部に移動するので、ガス貯蔵室内を冷却することができる。なお、加熱された冷媒熱交換部の冷媒は空調装置において冷却される。
このように、車両に搭載された空調装置をガス貯蔵室の冷熱源とすることにより、車両内の熱源を有効利用してガス貯蔵室を冷却することができる。

請求項９に係る発明は、請求項８に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする。
このように構成することにより、充填用管部からガス貯蔵室に供給された燃料ガスを第１の熱交換器に向けて流すことができ、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができる。

請求項１０に係る発明は、請求項８に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部（ねじ孔９）の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする。
このように構成することにより、第１の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易にできる。

請求項１１に係る発明は、
高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室（例えば、後述する実施例におけるガス貯蔵室２）を有するタンク本体（例えば、後述する実施例におけるタンク本体３）と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部（例えば、後述する実施例における充填用配管１２、給排管１４）と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部（例えば、後述する実施例における放出用排管１３、給排管１４）と、
を備える燃料ガスタンク（例えば、後述する実施例における燃料ガスタンク１）において、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材（例えば、後述する実施例におけるプラグ１１）を前記タンク本体の壁部（例えば、後述する実施例における壁部６）に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器（例えば、後述する実施例における第１の熱交換器２１）と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行う熱交換部（例えば、後述する実施例におけるプラグ１１の肉部）と、を備え、
前記熱交換部は、電源に接続された電気ヒータ（例えば、後述する実施例における電気ヒータ３２）を前記熱交換源として接していることを特徴とする。
ガス貯蔵室からの燃料ガス放出時にガス貯蔵室内の温度が下がるときには、電気ヒータで発生した熱が熱交換部を介して第１の熱交換器に移動し、第１の熱交換器からガス貯蔵室内に放熱されるので、ガス貯蔵室内を加熱することができる。
このように、電源に接続された電気ヒータをガス貯蔵室の加熱源とすることにより、高圧環境下に電気ヒータを晒すことなく、ガス貯蔵室を有効に加熱することができる。

請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする。
このように構成することにより、充填用管部からガス貯蔵室に供給された燃料ガスを第１の熱交換器に向けて流すことができ、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができる。

請求項１３に係る発明は、請求項１１に記載の発明において、前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部（ねじ孔９）の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする。
このように構成することにより、第１の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易にできる。

請求項１および請求項４に係る発明によれば、車両内の熱源を有効利用してガス貯蔵室を有効に加熱することができる。
また、熱交換部の耐圧部を薄肉化することができるので、熱交換部における熱交換性能を高めることができ、ひいては燃料ガスタンク全体の熱交換性能が向上する。また、燃料ガスタンクの軽量化、コストダウンを図ることができる。
請求項２に係る発明によれば、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができるので、第１の熱交換器と燃料ガスとの熱交換を効率よく行わせることができる。
請求項３に係る発明によれば、第２の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易になる。

請求項５に係る発明によれば、車両内の熱源を有効利用してガス貯蔵室を有効に加熱および冷却することができる。
請求項６に係る発明によれば、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができるので、第１の熱交換器と燃料ガスとの熱交換を効率よく行わせることができる。
請求項７に係る発明によれば、第２の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易になる。

請求項８に係る発明によれば、車両内の熱源を有効利用してガス貯蔵室を有効に冷却することができる。
請求項９に係る発明によれば、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができるので、第１の熱交換器と燃料ガスとの熱交換を効率よく行わせることができる。
請求項１０に係る発明によれば、第２の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易になる。

請求項１１に係る発明によれば、高圧環境下に電気ヒータを晒すことなく、ガス貯蔵室を有効に加熱することができる。
請求項１２に係る発明によれば、第１の熱交換器の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができるので、第１の熱交換器と燃料ガスとの熱交換を効率よく行わせることができる。
請求項１３に係る発明によれば、第２の熱交換器を前記係合部に挿通させることができるので、閉塞部材を前記係合部に装着する作業やメンテナンス作業が容易になる。

この発明に係る燃料ガスタンクの第１実施例の断面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。第１実施例における燃料ガスタンクの熱交換源の具体例を示す図である。この発明に係る燃料ガスタンクの第２実施例の断面図である。この発明に係る燃料ガスタンクの第３実施例の断面図である。この発明に係る燃料ガスタンクの第４実施例の断面図である。

以下、この発明に係る燃料ガスタンクの実施例を図１から図６の図面を参照して説明する。なお、この実施例における燃料ガスタンクは、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵する態様である。

［第１実施例］
初めに、第１実施例における燃料ガスタンク１を図１から図３を参照して説明する。
燃料ガスタンク１は、燃料ガスである水素ガスを高圧（例えば、３５ＭＰａＧ）で貯蔵可能な耐圧性を有している。
図１に示すように、燃料ガスタンク１は、両端が半球状の円筒ボンベ状をなし、内部が燃料ガスを貯蔵するガス貯蔵室２となっているタンク本体３を備えている。
タンク本体３の両球殻部４，５の中央には、互いに対向する位置に、それぞれの壁部６を貫通する筒状の口金７，８が固定されている。口金７，８の内側はねじ孔（係合部）９となっており、ねじ孔９の一端はタンク本体３の外部に開口し、他端はガス貯蔵室２内に開口している。各口金７，８のねじ孔９にはそれぞれガス遮蔽性を有するプラグ（閉塞部材）１０，１１が螺着されている。プラグ１０，１１はメンテナンスなど必要に応じて口金７，８から取り外し、再び装着することができる。つまり、プラグ１０，１１は口金７，８に対し係脱可能になっている。プラグ１０，１１のヘッド部１０ａ，１１ａは断面六角形をなし、口金７とヘッド部１０ａの間および口金８とヘッド部１１ａの間は、シール部材１５によってシールされている。

一方の口金７に螺着されたプラグ１０には、充填用配管１２と放出用配管１３と給排管１４が接続されている。給排管１４は、ガス貯蔵室２内に突出しており、その先端は他方の口金１１に指向している。充填用配管１２と放出用配管１３は、プラグ１０に設けられたバルブ（図示略）を操作することにより給排管１４に連通・遮断可能にされている。

充填用配管１２の一端１２ａは外部に開口しており、燃料ガスタンク１に燃料ガスを充填するときに、前記一端１２ａに例えば水素ステーションの水素供給装置（図示略）を接続し、前記バルブ操作により充填用配管１２と給排管１４とを接続するとともに、放出用配管１３を閉塞すると、水素供給装置から供給される燃料ガスが充填用配管１２および給排管１４を通ってガス貯蔵室２内に導入される。なお、充填用配管１２には逆止弁１６が設けられており、燃料ガスが充填用配管１２を逆流するのを阻止する。

放出用配管１３の一端１３ａは、例えば車両に搭載された図示しない燃料電池（燃料ガス消費装置）に接続されており、燃料ガスタンク１に貯蔵されている燃料ガスを燃料電池に供給するときに、前記バルブ操作により放出用配管１３と給排管１４とを接続するとともに、充填用配管１２を閉塞すると、ガス貯蔵室２内の燃料ガスが給排管１４および放出用配管１３を通って燃料電池に供給される。なお、放出用配管１３には逆止弁１７が設けられており、燃料ガスが放出用配管１３を逆流するのを阻止する。

この実施例において、充填用排管１２と給排管１４は、一端が外部に開口し他端がガス貯蔵室２に開口して、外部からガス貯蔵室２に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部を構成する。また、放出用配管１３と給排管１４は、一端がガス貯蔵室２に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、ガス貯蔵室２に貯蔵された燃料ガスを燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部を構成する。

他方の口金８に螺着されたとプラグ１１は、熱伝導性に優れた材質（例えば、アルミニウムやその合金など）で形成されており、第１の熱交換器２１と第２の熱交換器２２とを備えている。
第１の熱交換器２１は、複数本（この実施例では４本）の直線状のヒートパイプ２３と、これらヒートパイプ２３に掛け渡された多数のフィン２４とから構成されている。４本のヒートパイプ２３は，その軸心がタンク本体３の軸心と平行に配置されるとともに、図２に示すように軸心方向から見て同心状に配置されており、各ヒートパイプ２３の一端がプラグ１１の雄ねじ部１１ｂに埋め込まれ、他端をガス貯蔵室２内に突出させている。なお、タンク本体３の軸心とは、両球殻部４，５の中心同士を結ぶ線、換言すると、口金７，８のねじ孔９，９の中心を結んだ線である。

フィン２４は全て、同一形状、同一寸法の円板状に形成されており、ヒートパイプ２３の軸心方向に一定間隔で互いに平行に配置され、フィン２４を垂直に貫通する各ヒートパイプ２３に接合されている。フィン２４の直径ｄはプラグ１１の雄ねじ部１１ｂの谷径Ｄよりも小径に設定されている。つまり、第１の熱交換器２１は、プラグ１１がタンク本体３に係合するねじ孔９（係合部）の内径よりも内側の範囲に収まっている。したがって、ヒートパイプ２３とフィン２４からなる第１の熱交換器２１は、外部から口金８にプラグ１１を螺合するのに先だって、口金８のねじ孔９に挿通可能となる。

第２の熱交換器２２は１本の直線状のヒートパイプ２５から構成されている。この実施例では、ヒートパイプ２５は、その軸心をタンク本体３の軸心と同心上に配置されている。つまり、図２に示すように軸心方向から見てプラグ１１の中央に配置されている。ヒートパイプ２５の一端側はヘッド部１１ａ側からプラグ１１に埋め込まれ、他端はヘッド部１１ａから外方へ突出し、熱交換源３０に熱的に結合されている。プラグ１１に埋め込まれたヒートパイプ２５の一端は雄ねじ部１１ｂまで達していて、このヒートパイプ２５と第１の熱交換器２１の４本のヒートパイプ２３とが軸心方向において一部が重複するように配置されている。この軸心方向で重複する部位では、ヒートパイプ２３とヒートパイプ２５が径方向に等間隔で離間しており、ヒートパイプ２３，２５間はプラグ１１の肉部で埋められている。つまり、プラグ１１はヒートパイプ２３とヒートパイプ２５との間の熱交換を行う熱交換部として機能する。これにより、ヒートパイプ２３，２５間の熱交換が効率よく行われる。熱交換源３０については後で詳述する。

ヒートパイプ２３，２５は周知の熱交換技術であり、簡単に説明すると、ヒートパイプの一部を低温部に配置し他の一部を高温部に配置すると、高温部においてはヒートパイプ内の作動液が気化する際に潜熱を吸収して高温部を冷却し、低温部においてはヒートパイプ内の作動液が凝縮する際に潜熱を放出して低温部を加熱するものである。

このように構成された燃料ガスタンク１によれば、ガス貯蔵室２に燃料ガスを高速高圧充填するときには、熱交換源３０を冷却装置によって構成することにより、燃料ガス充填時にガス貯蔵室２内で発生する熱を、ヒートパイプ２３を介してプラグ１１に移動させることができ、さらにプラグ１１を介してヒートパイプ２５に移動させることができ、さらにヒートパイプ２５を介して熱交換源３０と熱交換することができる。その結果、ガス貯蔵室２内の熱を外部に放熱することができ、燃料ガスおよびタンク本体３の温度上昇を防止あるいは抑制することができる。

一方、ガス貯蔵室２内の燃料ガスを燃料ガス消費装置に供給するときには、熱交換源３０を加熱装置によって構成することにより、熱交換源３０から供給される熱を、ヒートパイプ２５を介してプラグ１１に移動させることができ、さらにプラグ１１を介してヒートパイプ２３に移動させることができ、さらにヒートパイプ２３を介してガス貯蔵室２内の燃料ガスに移動させることができる。その結果、ガス貯蔵室２内の減圧に伴う温度低下を防止あるいは抑制することができる。

ガス貯蔵室２内の燃料ガス圧は第１の熱交換器２１には作用するが、第２の熱交換器２２には作用せず、第２の熱交換器２２には大気圧が作用だけである。したがって、第１の熱交換器２１は高圧仕様のためヒートパイプ２３の肉厚を厚くしなければならないが、第２の熱交換器２２は常圧仕様でよいのでヒートパイプ２５の肉厚は薄くて済む。このヒートパイプ２５の薄肉化により、ヒートパイプ２５における熱交換性能を高めることができ、ひいては燃料ガスタンク１の熱交換部全体の熱交換性能が向上する。さらに、ヒートパイプ２５の薄肉化により、燃料ガスタンク１の軽量化、コストダウンを図ることができる。

また、ヒートパイプ２３とヒートパイプ２５が分離しているので、万が一、ヒートパイプ２３に穴が開くなどのトラブルがあった場合にも、燃料ガスの漏洩はヒートパイプ２３内に留まり、ヒートパイプ２５には漏洩しないので、燃料ガスが外部に漏洩することがない。

また、ガス貯蔵室２内において、第１の熱交換器２１が給排管１４と対向する位置に配置されているので、ガス貯蔵室２への燃料ガス充填時に、給排管１４からガス貯蔵室２内に供給された燃料ガスを第１の熱交換器２１に向けて流すことができ、第１の熱交換器２１の周囲で燃料ガスを滞留させないようにすることができる。その結果、第１の熱交換器２１と燃料ガスとの熱交換を効率よく行わせることができる。

また、第１の熱交換器２１は前述したように口金８のねじ孔９の内径よりも内側の範囲に収まっているので、第１の熱交換器２１はねじ孔９を挿通可能である。したがって、第１の熱交換器２１が取り付けられた状態のプラグ１１を口金８に対して着脱することができ、組み立て作業およびメンテナンス作業が容易にできる。

図３は、燃料ガス充填時の冷却が不要で、ガス貯蔵室２から燃料ガスを放出するときにガス貯蔵室２の加熱のみが必要な場合、つまり、熱交換源３０を加熱装置で構成した例である。
例えば、燃料電池車両では、燃料ガス消費装置としての燃料電池によって発電した電力で走行用モータを駆動して走行するが、燃料電池は発電する際に発熱するので燃料電池から排出される空気排ガスは暖かい。そこで、この空気排ガスが流通するエキゾーストパイプ３１とヒートパイプ２５の一端を熱的に結合することにより、燃料電池から排出される空気排ガスの廃熱をガス貯蔵室２の加熱源に利用することができる。

［第２実施例］
第２実施例における燃料ガスタンク１を図４を参照して説明する。
第２実施例の燃料ガスタンク１は、燃料ガス充填時の冷却が不要で、ガス貯蔵室２から燃料ガスを放出するときにガス貯蔵室２の加熱のみが必要な場合を前提とする。つまり、熱交換源３０を加熱装置で構成した例である。

前述した第１実施例における燃料ガスタンク１との相違点は、第２実施例では、第２の熱交換器２２が電気ヒータ３２で構成されており、ヒートパイプ２５を備えていない。電気ヒータ３２の一端側はプラグ１１に埋め込まれており、他端がヘッド部１１ａから外部に露出し、外部の電源３３に接続されている。この構成の場合も、プラグ１１を介してヒートパイプ２３と電気ヒータ３２との間の熱交換を行うことができ、電気ヒータ３２で発生した熱でガス貯蔵室２内の燃料ガスを加熱することができる。
第２実施例の場合には、電気ヒータ３２にはガス貯蔵室２内の燃料ガス圧が作用しないので、電気ヒータ３２が常圧仕様で間に合い。これは、高圧仕様の電気ヒータをガス貯蔵室２内に設ける場合に比べて有利である。
その他の作用、効果は前述した第１実施例の場合と同じであるので説明を省略する。

［第３実施例］
第３実施例における燃料ガスタンク１を図５を参照して説明する。
第３実施例の燃料ガスタンク１では、例えば車両に搭載されたパワープラントや電装ユニットを温度調節する温調装置を利用して、燃料ガス充填時にはガス貯蔵室２を冷却し、ガス貯蔵室２から燃料ガスを放出するときにガス貯蔵室２を加熱する。
前述した第１実施例における燃料ガスタンク１との相違点は、第３実施例では、第２の熱交換器２２が温調装置４０で構成されており、ヒートパイプ２５を備えていない。

図５に示すように、温調装置４０は、例えばパワープラント４１を加熱・冷却する冷却液が循環する冷却液回路によって構成されている。温調装置４０は、冷却液ポンプ４２で昇圧した冷却液をパワープラント４１を通過して循環させる循環路４３を備え、循環路４３には、冷却液ポンプ４２の下流側であってパワープラント４１の上流側にバルブＶ２が設けられ、冷却液ポンプ４２の上流側であってパワープラント４１の下流側に、ラジエターファン４５によって空冷される第２熱交換部４６が設けられている。また、温調装置４０は、パワープラント４１およびバルブＶ２を迂回して循環路４３に接続されたバイパス路４７を備えており、このバイパス路４７に、プラグ１１と熱交換可能な第１熱交換部４４と、バルブＶ１が設けられている。

この燃料ガスタンク１では、ガス貯蔵室２への燃料ガス充填時にガス貯蔵室２内を冷却する場合には、温調装置４０を冷却装置として機能させ、一方、ガス貯蔵室２内の燃料ガスを燃料ガス消費装置に供給したときにガス貯蔵室２内の温度が下がるのを防止する場合には、温調装置４０を加熱装置として機能させる。
温調装置４０をパワープラント４１の加熱・冷却に利用する通常の使用状態では、バルブＶ２を開き、バルブＶ１を閉じる。これにより、冷却液はパワープラント４１にのみ流通し、第１熱交換部４４には流通しない。

温調装置４０を燃料ガスタンク１の冷却装置あるいは加熱装置として機能させる場合には、両方のバルブＶ１，Ｖ２を開き、冷却液の一部を第１熱交換部４４に流通させるようにする。
これにより、ガス貯蔵室２への燃料ガス充填時にガス貯蔵室２内の温度が上昇したときには、ガス貯蔵室２の熱がヒートパイプ２３を介してプラグ１１に移動し、さらにプラグ１１と第１熱交換部４４との間の熱交換によって冷却液に移動する。第１熱交換部４４において加熱された冷却液は、パワープラント４１を流通した冷却液と合流して、第２熱交換部４６を通過する際にラジエターファン４５の送風によって冷却される。したがって、ガス貯蔵室２内の熱を外部に放熱することができ、ガス貯蔵室２内の燃料ガスを冷却することができる。

一方、ガス貯蔵室２内の燃料ガスを燃料ガス消費装置に供給したときにガス貯蔵室２内の温度が下がるときには、バイパス路４７を流通する暖かい冷却液が第１熱交換部４４を通過する際に、第１熱交換部４４とプラグ１１との間で熱交換が行われ、冷却液の熱がプラグ１１に移動し、さらに、プラグ１１からヒートパイプ２３に移動して、ヒートパイプ２３からガス貯蔵室２内に放熱される。したがって、温調装置４０の冷却液の熱をガス貯蔵室２内に移動させることができ、ガス貯蔵室２内の燃料ガスを加熱することができる。
なお、第１熱交換部４４において熱を奪われた冷却液は、パワープラント４１を流通した冷却液と合流することにより加熱される。
このように、車両に搭載された温調装置４０をガス貯蔵室２の加熱、冷却の熱源とすることにより、車両内の熱源を有効利用することができる。

この第３実施例の変形例として、プラグ１１に第１実施例と同様にヒートパイプ２５を設け、ヒートパイプ２５と温調装置４０の第１熱交換部４４との間で熱交換させるようにしてもよい。

［第４実施例］
第４実施例における燃料ガスタンク１を図６を参照して説明する。
第４実施例の燃料ガスタンク１では、例えば車両に搭載された空調装置の冷熱を利用して、燃料ガス充填時にガス貯蔵室２を冷却可能とする。
前述した第１実施例における燃料ガスタンク１との相違点は、第４実施例では、第２の熱交換器２２が空調装置５０で構成されており、ヒートパイプ２５を備えていない。

図６に示すように、空調装置５０は、エアコンユニット５２および第２熱交換部５３を通って冷媒を循環させる空調用冷媒循環路５１と、第１熱交換部５３を迂回して前記冷媒を循環させるバイパス路５４を備えている。エアコンユニット５２はコンデンサやコンプレッサ等からなり、第２熱交換部５３は車室内に送風される空気と熱交換して該空気を冷却する。バイパス路５４は、燃料ガスタンク１のプラグ１１と熱交換可能な第１熱交換部５５とバルブＶ３を備える。

この燃料ガスタンク１においては、ガス貯蔵室２への燃料ガス充填時以外は、バルブＶ３を閉じておき、冷媒をバイパス路５４に流通させない。
そして、ガス貯蔵室２への燃料ガス充填時にガス貯蔵室２内を冷却する場合に、バルブＶ３を開く。これにより、空調用冷媒循環路５１を循環する冷媒の一部が、バイパス路５４に流通するようになる。ガス貯蔵室２への燃料ガス充填時にガス貯蔵室２内の温度が上昇すると、ガス貯蔵室２の熱がヒートパイプ２３を介してプラグ１１に移動し、さらにプラグ１１と第１熱交換部５５との間の熱交換によって第１熱交換部５５を流通する冷媒に移動する。第１熱交換部５５において加熱された冷媒は、第２熱交換部５３を流通した冷媒と合流して、エアコンユニット５２に戻り、冷却される。したがって、ガス貯蔵室２内の熱を外部に放熱することができ、ガス貯蔵室２内の燃料ガスを冷却することができる
このように、車両に搭載された空調装置５０をガス貯蔵室２の冷熱源とすることにより、車両内の熱源を有効利用することができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、第１の熱交換器２１を構成するヒートパイプ２３の本数は４本に限るものではなく、適宜変更可能である。
また、燃料ガスは水素ガスに限らず、天然ガスであってもよい。燃料ガス消費装置は燃料電池に限らない。

１燃料ガスタンク
２ガス貯蔵室
３タンク本体
６壁部
９ねじ孔（係合部）
１１プラグ（閉塞部材、熱交換部）
１２充填用配管（充填用管部）
１３放出用配管（放出用管部）
１４給排管（充填用管部、放出用管部）
２１第１の熱交換器
２２第２の熱交換器（熱交換部）
２３ヒートパイプ
２５ヒートパイプ
３０熱交換源
３１エキゾーストパイプ
３２電気ヒータ（熱交換源）
４０温調装置
４４第１熱交換部（熱交換源）
５０空調装置
５５第１熱交換部（熱交換源）

Claims

高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室を有するタンク本体と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部と、
を備える燃料ガスタンクにおいて、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材を前記タンク本体の壁部に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行う熱交換部と、を備え、
前記熱交換部は、前記燃料ガス消費装置として車両に搭載された燃料電池から排出される排ガスの廃熱を前記熱交換源として利用することを特徴とする燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ガスタンク。
前記熱交換部は、前記排ガスが流れるエキゾーストパイプと熱交換可能に接していることを特徴とする請求項１に記載の燃料ガスタンク。
高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室を有するタンク本体と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部と、
を備える燃料ガスタンクにおいて、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材を前記タンク本体の壁部に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行う熱交換部と、を備え、
前記熱交換部は、車両に搭載された前記燃料ガス消費装置の温調装置における冷却液熱交換部を前記熱交換源として接していることを特徴とする燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする請求項５に記載の燃料ガスタンク。
高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室を有するタンク本体と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部と、
を備える燃料ガスタンクにおいて、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材を前記タンク本体の壁部に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行う熱交換部と、を備え、
前記熱交換部は、車両に搭載された空調装置の冷媒熱交換部を前記熱交換源として接していることを特徴とする燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする請求項８に記載の燃料ガスタンク。
高圧の燃料ガスが貯蔵されるガス貯蔵室を有するタンク本体と、
一端が外部に開口し他端が前記ガス貯蔵室に開口して、外部から前記ガス貯蔵室に燃料ガスを充填するときにガス通路となる充填用管部と、
一端が前記ガス貯蔵室に開口し、他端が燃料ガスを消費する燃料ガス消費装置に接続され、前記ガス貯蔵室に貯蔵された燃料ガスを前記燃料ガス消費装置に供給するときにガス通路となる放出用管部と、
を備える燃料ガスタンクにおいて、
ガス遮蔽性を有する閉塞部材を前記タンク本体の壁部に貫通させて該タンク本体に係脱可能に設け、
前記閉塞部材は、前記ガス貯蔵室内の燃料ガスと熱交換を行う第１の熱交換器と、該第１の熱交換器と外部に存する熱交換源との間の熱交換を行う熱交換部と、を備え、
前記熱交換部は、電源に接続された電気ヒータを前記熱交換源として接していることを特徴とする燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記ガス貯蔵室内の前記充填用管部と対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料ガスタンク。
前記第１の熱交換器は、前記閉塞部材が前記タンク本体に係合する係合部の内径よりも内側の範囲に収まっていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料ガスタンク。