JP2024078664A - Fuel tank and vehicle equipped with same - Google Patents
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Abstract
【課題】 燃料タンクにおいて、液体アンモニアを吐出するための燃料ポンプを要することなく、液体アンモニアを燃料タンクから好適に吐出することができる技術を提供する。
【解決手段】水素ガスまたは液体アンモニアを燃料とする内燃機関のための燃料タンクであって、前記燃料タンク内には、前記水素ガス及び前記液体アンモニアが貯蔵されており、前記水素ガスの吐出口である第1の吐出口と、前記液体アンモニアの吐出口である第2の吐出口と、を備える。
【選択図】図1
A technology is provided that can suitably discharge liquid ammonia from a fuel tank without requiring a fuel pump for discharging the liquid ammonia from the fuel tank.
[Solution] A fuel tank for an internal combustion engine that uses hydrogen gas or liquid ammonia as fuel, wherein the hydrogen gas and the liquid ammonia are stored within the fuel tank, and the fuel tank is provided with a first outlet which is an outlet for the hydrogen gas, and a second outlet which is an outlet for the liquid ammonia.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本明細書に開示する技術は、燃料タンク及びこれを備える車両に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a fuel tank and a vehicle equipped with the same.
特許文献1には、液体アンモニアを燃料として利用するエンジンが開示されている。特許文献1では、燃料タンク内に貯蔵された液体アンモニアをシリンダに供給して燃焼させることで燃焼ガスを生成し、当該燃焼ガスをエンジンの動力として利用している。 Patent Document 1 discloses an engine that uses liquid ammonia as fuel. In this document, liquid ammonia stored in a fuel tank is supplied to a cylinder and burned to generate combustion gas, which is then used to power the engine.
このようなエンジンに用いられる燃料タンクでは、一般的に、内部に貯蔵された液体アンモニアを昇圧して外部に吐出するための燃料ポンプが設けられる。本明細書では、液体アンモニアを吐出するための燃料ポンプを要することなく、液体アンモニアを燃料タンクから好適に吐出することができる技術を提供する。 Fuel tanks used in such engines are generally provided with a fuel pump for pressurizing the liquid ammonia stored inside and discharging it to the outside. This specification provides a technology that allows liquid ammonia to be suitably discharged from the fuel tank without the need for a fuel pump for discharging the liquid ammonia.
本明細書は、第1の態様として、水素ガスまたは液体アンモニアを燃料とする内燃機関のための燃料タンクを開示する。前記燃料タンク内には、前記水素ガス及び前記液体アンモニアが貯蔵されており、前記水素ガスの吐出口である第1の吐出口と、前記液体アンモニアの吐出口である第2の吐出口と、を備える。 As a first aspect, this specification discloses a fuel tank for an internal combustion engine that uses hydrogen gas or liquid ammonia as fuel. The hydrogen gas and the liquid ammonia are stored in the fuel tank, and the fuel tank is provided with a first outlet for the hydrogen gas and a second outlet for the liquid ammonia.
上記の燃料タンクでは、燃料タンクの内部に、水素ガスと液体アンモニアが共に貯蔵されている。燃料タンク内の水素ガスは高圧であるため、液体アンモニアには水素ガスの圧力が作用することとなる。このため、第2の吐出口から液体アンモニアを吐出する際には、水素ガスの圧力により、燃料タンクから液体アンモニアが高圧で吐出される。したがって、上記の燃料タンクでは、液体アンモニアを昇圧して吐出するための燃料ポンプを要することなく、高圧の液体アンモニアを吐出することができる。また、この燃料タンクでは、水素ガスを第1の吐出口から吐出することができる。したがって、燃料タンク内に貯蔵された水素ガスを燃料として直接利用することもできる。 In the above fuel tank, hydrogen gas and liquid ammonia are both stored inside the fuel tank. Because the hydrogen gas in the fuel tank is at high pressure, the pressure of the hydrogen gas acts on the liquid ammonia. Therefore, when liquid ammonia is discharged from the second outlet, the liquid ammonia is discharged from the fuel tank at high pressure due to the pressure of the hydrogen gas. Therefore, in the above fuel tank, high-pressure liquid ammonia can be discharged without requiring a fuel pump for pressurizing and discharging the liquid ammonia. In addition, in this fuel tank, hydrogen gas can be discharged from the first outlet. Therefore, the hydrogen gas stored in the fuel tank can be directly used as fuel.
第2の態様では、上記第1の態様において、前記燃料タンク内に貯蔵される前記水素ガスと前記液体アンモニアの比率が、外気温に応じて変更可能であってもよい。外気温が低い地域や季節は、液体アンモニアの燃焼効率が低下する。このため、例えば、外気温が低い地域等においては、燃料タンク内に貯蔵される水素ガスの比率を増大させ、水素ガスを燃料として利用することにより、燃焼効率を向上させることができる。 In a second aspect, the ratio of the hydrogen gas and the liquid ammonia stored in the fuel tank in the first aspect may be changeable according to the outside air temperature. In areas or seasons where the outside air temperature is low, the combustion efficiency of liquid ammonia decreases. For this reason, for example, in areas where the outside air temperature is low, the ratio of hydrogen gas stored in the fuel tank can be increased and the hydrogen gas can be used as fuel to improve the combustion efficiency.
本明細書はまた、第3の態様として、水素ガスまたは液体アンモニアを燃料とする内燃機関と、前記水素ガス及び前記液体アンモニアを貯蔵する燃料タンクと、を備える車両を開示する。前記燃料タンクは、前記水素ガスの吐出口である第1の吐出口と、前記液体アンモニアの吐出口である第2の吐出口と、を備える。前記第1の吐出口及び前記第2の吐出口は、前記内燃機関に接続されている。 As a third aspect, the present specification discloses a vehicle including an internal combustion engine fueled by hydrogen gas or liquid ammonia, and a fuel tank for storing the hydrogen gas and the liquid ammonia. The fuel tank includes a first outlet for the hydrogen gas and a second outlet for the liquid ammonia. The first outlet and the second outlet are connected to the internal combustion engine.
上記の車両は、内部に水素ガスと液体アンモニアが共に貯蔵されている燃料タンクを備えている。燃料タンク内の水素ガスは高圧であるため、液体アンモニアには水素ガスの圧力が作用することとなる。このため、第2の吐出口から液体アンモニアを吐出する際には、水素ガスの圧力により、燃料タンクから液体アンモニアが高圧で吐出される。したがって、上記の車両では、液体アンモニアを昇圧して吐出するための燃料ポンプを要することなく、高圧の液体アンモニアを内燃機関に供給することができる。また、この燃料タンクでは、水素ガスを第1の吐出口から吐出することができる。したがって、燃料タンク内に貯蔵された水素ガスを燃料として直接利用して走行することもできる。 The vehicle has a fuel tank in which both hydrogen gas and liquid ammonia are stored. Because the hydrogen gas in the fuel tank is at high pressure, the hydrogen gas pressure acts on the liquid ammonia. Therefore, when liquid ammonia is discharged from the second discharge port, the liquid ammonia is discharged from the fuel tank at high pressure due to the pressure of the hydrogen gas. Therefore, the vehicle can supply high-pressure liquid ammonia to the internal combustion engine without requiring a fuel pump to pressurize and discharge the liquid ammonia. Furthermore, in this fuel tank, hydrogen gas can be discharged from the first discharge port. Therefore, the vehicle can run by directly using the hydrogen gas stored in the fuel tank as fuel.
第4の態様では、上記第3の態様において、前記燃料タンクが前記車両に搭載された状態において、前記燃料タンクの前記第1の吐出口が、前記第2の吐出口よりも上方に位置していてもよい。水素ガスは液体アンモニアよりも比重が小さい。このため、燃料タンクが車両に搭載された状態において、水素ガスが吐出される第1の吐出口を、液体アンモニアが吐出される第2の吐出口よりも上方に位置させることにより、水素ガス及び液体アンモニアを安定して内燃機関に供給することができる。 In a fourth aspect, in the third aspect, when the fuel tank is mounted on the vehicle, the first outlet of the fuel tank may be located above the second outlet. Hydrogen gas has a smaller specific gravity than liquid ammonia. Therefore, when the fuel tank is mounted on the vehicle, by positioning the first outlet from which hydrogen gas is discharged above the second outlet from which liquid ammonia is discharged, hydrogen gas and liquid ammonia can be stably supplied to the internal combustion engine.
第5の態様では、上記第3又は第4の態様において、前記燃料タンクは、前記車両に対して着脱可能に構成されていてもよい。このような構成では、例えば、燃料タンクを取り外して(すなわち、燃料タンクのみを持ち運んで)、燃料タンクの内部に水素ガスや液体アンモニアを充填することができる。また、燃料を補充する手段がない場合であっても、ユーザが当該燃料タンクを予備の燃料タンクと交換することにより、車両の走行を継続することができるため、ユーザの利便性が向上する。 In a fifth aspect, in the third or fourth aspect, the fuel tank may be configured to be detachable from the vehicle. In such a configuration, for example, the fuel tank can be removed (i.e., only the fuel tank can be carried) and hydrogen gas or liquid ammonia can be filled into the fuel tank. Even if there is no means of refilling the fuel, the user can replace the fuel tank with a spare fuel tank and continue to run the vehicle, thereby improving user convenience.
以下、図面を参照して、実施例の燃料タンク2について説明する。燃料タンク2は、内燃機関3とともに、例えば車両10に搭載される。図1に示すように、燃料タンク2の内部には、水素ガス4及び液体アンモニア5が共に貯蔵されている。図1に図示する燃料タンク2は、実際に車両10に搭載されて使用されるときの姿勢に一致している。すなわち、図1の燃料タンク2の上下方向は、鉛直方向に一致している。水素ガス4は、液体アンモニア5よりも比重が小さい。したがって、図1に示すように、液体アンモニア5が燃料タンク2の下方の空間を占めており、水素ガス4が燃料タンク2の上方の空間を占めている。
The
燃料タンク2は、第1の吐出口8と第2の吐出口9を有している。第1の吐出口8は、燃料タンク2の上面2aに設けられている。第2の吐出口9は、燃料タンク2の側面2bの下部に設けられている。燃料タンク2の内部空間のうち、第1の吐出口8に接する範囲の空間は水素ガス4で満たされており、第2の吐出口9に接する範囲の空間は液体アンモニア5で満たされている。すなわち、燃料タンク2は、水素ガス4が第1の吐出口8から外部に吐出され、液体アンモニア5が第2の吐出口9から外部に吐出されるように構成されている。なお、第1の吐出口8及び第2の吐出口9の位置は、燃料タンク2の内部に貯蔵される水素ガス4及び液体アンモニア5の比率(体積)に応じて適宜調整されてよい。
The
また、燃料タンク2は、車両10に対して着脱可能に構成されている。したがって、例えば、燃料タンク2を取り外した状態で、燃料タンク2の内部に水素ガス4や液体アンモニア5を充填することもできるし、燃料タンク2を、予備の燃料タンク2と交換することもできる。
The
内燃機関3は、内部に燃焼室11aを有するシリンダ11と、燃焼室11a内に水素ガス4を供給する水素ガス供給装置12と、燃焼室11a内に液体アンモニア5を供給するアンモニア供給装置13と、燃焼室11a内に空気を供給する吸気装置14と、燃焼室11a内で火花を発生させる点火装置15と、燃焼室11a内から燃焼後の排気ガスを排出する排気装置16を備えている。
The
シリンダ11は、筒状のシリンダライナ11bと、シリンダライナ11bの上部開口を覆うシリンダヘッド11cと、シリンダライナ11b内に往復動可能に設けられたピストン11dと、ピストン11dに連結されたクランク11eを有している。シリンダライナ11bとシリンダヘッド11cとピストン11dとによって囲まれた空間が燃焼室11aである。したがって、燃焼室11aは、ピストン11dが図中上側に移動することで、高圧状態に圧縮される。また、この燃焼室11aで水素ガス4または液体アンモニア5を燃焼させてピストン11dを往復動させることで、クランク11eを回転運動させる駆動力が伝達される。
The
吸気装置14は、一端がシリンダヘッド11cに固定された吸気管14aと、吸気管14a内に設けられた吸気弁14bを備えている。吸気弁14bは、図示しない駆動手段により開閉されるように構成されており、吸気弁14bを開放することで吸気管14a内と燃焼室11aとが連通し、吸気管14aから燃焼室11a内に空気が供給される。
The
排気装置16は、一端がシリンダヘッド11cに固定された排気管16aと、排気管16a内に設けられた排気弁16bを備えている。排気弁16bは、図示しない駆動手段により開閉されるように構成されており、排気弁16bを開放することで排気弁16b内と燃焼室11aとが連通し、燃焼室11a内の燃焼後の排気ガスが排気弁16bから排出される。
The
点火装置15は、例えば点火プラグからなり、シリンダヘッド11cの略中央部において先端部を燃焼室11a内に配置させた状態で固定されている。点火装置15の先端部には、燃焼室11a内の上側中央部で火花を発生させる点火部15aが設けられている。
The
水素ガス供給装置12は、例えばインジェクタであり、燃料タンク2の第1の吐出口8に接続されている。水素ガス供給装置12は、シリンダヘッド11cにおいて、先端部を燃焼室11a内に配置させた状態で固定されている。水素ガス供給装置12の先端部には、燃焼室11a内に水素ガス4を噴射する噴射部12aが設けられている。なお、水素ガス供給装置12は、噴射部12aを燃焼室11a内に配置させた状態でシリンダヘッド11cに固定されているが、これに代えて、又はこれに加えて、噴射部12aを吸気管14a内に配置させた状態で当該吸気管14aに固定されていてもよい。
The hydrogen
アンモニア供給装置13は、例えば、インジェクタであり、燃料タンク2の第2の吐出口9に接続されている。アンモニア供給装置13は、シリンダヘッド11cにおいて、先端部を燃焼室11a内に配置させた状態で固定されている。アンモニア供給装置13の先端部には、燃焼室11a内に液体アンモニア5を噴射する噴射部13aが設けられている。なお、アンモニア供給装置13は、噴射部13aを燃焼室11a内に配置させた状態でシリンダヘッド11cに固定されているが、これに代えて、又はこれに加えて、噴射部13aを吸気管14a内に配置させた状態で当該吸気管14aに固定されていてもよい。
The
上記した構成の内燃機関3では、噴射部12aから噴射された水素ガス4、または、噴射部13aから噴射された液体アンモニア5が、点火部15aで発生した火花により、燃焼室11a内で空気とともに燃焼することで、クランク11eを回転運動させることができる。
In the
以上に説明したように、本実施例の燃料タンク2は、その内部に、水素ガス4と液体アンモニア5が共に貯蔵されている。燃料タンク2内の水素ガス4は高圧であるため、液体アンモニア5には水素ガス4の圧力が作用することとなる。このため、第2の吐出口9から液体アンモニア5を吐出する際には、水素ガス4の圧力により、燃料タンク2から液体アンモニア5が高圧で吐出される。したがって、本実施例の燃料タンク2では、液体アンモニア5を昇圧して吐出するための燃料ポンプを要することなく、高圧の液体アンモニア5を吐出することができる。また、この燃料タンク2では、水素ガス4を第1の吐出口8から吐出することができる。したがって、燃料タンク2内に貯蔵された水素ガス4を燃料として直接利用することもできる。
As described above, the
また、本実施例では、燃料タンク2が車両10に搭載された状態において、水素ガス4の吐出口である第1の吐出口8が燃料タンク2の上面2aに設けられており、液体アンモニア5の吐出口である第2の吐出口9が燃料タンク2の側面2bに設けられている。水素ガス4は液体アンモニア5よりも比重が小さい。このため、燃料タンク2が車両10に搭載された状態において、水素ガス4が吐出される第1の吐出口8を、液体アンモニア5が吐出される第2の吐出口9よりも上方に位置させることにより、水素ガス4及び液体アンモニア5を安定して内燃機関3に供給することができる。
In addition, in this embodiment, when the
また、本実施例では、燃料タンク2が車両10に対して着脱可能に構成されている。このため、燃料タンク2内の燃料(水素ガス4や液体アンモニア5)が空になった場合に、燃料タンク2のみを持ち運んで燃料を充填したり、燃料タンク2を予備の(すなわち、燃料が貯蔵されている)燃料タンク2と交換したりすることで、車両10の走行を継続することができるため、ユーザの利便性が高い。
In addition, in this embodiment, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。以下、上述した実施例の変形例を以下に列挙する。 Although specific examples of the present invention have been described above in detail, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and variations of the specific examples given above. Below, we list some variations of the above-mentioned embodiments.
上述した実施例において、液体アンモニア5を気化して改質する改質器をさらに備えてもよい。液体アンモニア5を改質することにより、水素を含む燃焼ガスを生成することができる。したがって、このような改質器により生成された燃焼ガスを燃料として用いてもよい。
The above-described embodiment may further include a reformer that vaporizes and reforms the
また、例えば、改質器により生成された燃焼ガスから水素のみを抽出し、当該水素を燃料タンク2内に供給してもよい。このように構成することで、燃料タンク2内に貯蔵される水素ガス4と液体アンモニア5の比率を変更してもよい。これにより、燃料タンク2内の水素ガス4の圧力を調整することができる。
In addition, for example, only hydrogen may be extracted from the combustion gas generated by the reformer and supplied to the
なお、燃料タンク2の販売地域の外気温や季節に応じて、燃料タンク2内に貯蔵する水素ガス4と液体アンモニア5の比率を調節してもよい。例えば、外気温が低い地域や季節は、液体アンモニア5の燃焼効率が低下する。このため、例えば、外気温が低い地域等においては、燃料タンク2内に貯蔵する水素ガス4の比率を増大させることで、燃焼し易い水素ガス4を燃料として主に利用することができ、燃焼効率を向上させることができる。
The ratio of
本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or drawings have technical utility either alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technologies illustrated in this specification or drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of those objectives is itself technically useful.
2:燃料タンク、2a:上面、2b:側面、3:内燃機関、4:水素ガス、5:液体アンモニア、8:第1の吐出口、9:第2の吐出口、10:車両、11:シリンダ、12:水素ガス供給装置、13:アンモニア供給装置、14:吸気装置、15:点火装置、16:排気装置 2: fuel tank, 2a: top surface, 2b: side surface, 3: internal combustion engine, 4: hydrogen gas, 5: liquid ammonia, 8: first outlet, 9: second outlet, 10: vehicle, 11: cylinder, 12: hydrogen gas supply device, 13: ammonia supply device, 14: intake device, 15: ignition device, 16: exhaust device
Claims (5)
前記燃料タンク内には、前記水素ガス及び前記液体アンモニアが貯蔵されており、
前記水素ガスの吐出口である第1の吐出口と、
前記液体アンモニアの吐出口である第2の吐出口と、
を備える、燃料タンク。 1. A fuel tank for an internal combustion engine fueled by hydrogen gas or liquid ammonia, comprising:
the hydrogen gas and the liquid ammonia are stored in the fuel tank,
a first outlet which is an outlet for the hydrogen gas;
a second outlet which is an outlet for the liquid ammonia;
A fuel tank comprising:
前記燃料タンク内に貯蔵される前記水素ガスと前記液体アンモニアの比率が、外気温に応じて変更可能である、燃料タンク。 2. The fuel tank according to claim 1,
A fuel tank, wherein a ratio of the hydrogen gas and the liquid ammonia stored in the fuel tank is changeable according to an outside air temperature.
前記燃料タンクは、前記水素ガスの吐出口である第1の吐出口と、前記液体アンモニアの吐出口である第2の吐出口と、を備え、
前記第1の吐出口及び前記第2の吐出口は、前記内燃機関に接続されている、車両。 A vehicle comprising an internal combustion engine fueled by hydrogen gas or liquid ammonia, and a fuel tank for storing the hydrogen gas and the liquid ammonia,
the fuel tank includes a first outlet which is an outlet for the hydrogen gas and a second outlet which is an outlet for the liquid ammonia,
The first outlet and the second outlet are connected to the internal combustion engine.
前記燃料タンクが前記車両に搭載された状態において、前記燃料タンクの前記第1の吐出口が、前記第2の吐出口よりも上方に位置している、車両。 4. A vehicle according to claim 3,
When the fuel tank is mounted on the vehicle, the first discharge port of the fuel tank is located higher than the second discharge port.
前記燃料タンクは、前記車両に対して着脱可能に構成されている、車両。 A vehicle according to claim 3 or 4,
The fuel tank is configured to be detachable from the vehicle.
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