JP3710594B2 - 自動車用燃料ガスタンク及び自動車用燃料ガススタンド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用燃料ガス、特にメタン又はメタンを主成分とする燃料ガス（天然ガス等）を多孔質材料に多量に吸蔵させることができる自動車用燃料ガスタンク、該自動車用燃料ガスタンクを配置してなる自動車用燃料ガススタンド及び該自動車用燃料ガスタンク用の自動車用燃料ガススタンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスは気体の状態のままでは非常に大きい体積を有し且つ比重が小さい。このためガスの貯蔵や輸送に際して、その貯蔵効率や輸送効率を上げるためにガスの体積を小さくし密度を上げる手法が求められている。この手法としては（１）高圧ガスボンベなどにおいてみられるように気体のままで高圧に圧縮する方法、（２）液体窒素、液体酸素、或いは液化天然ガスなどのようにガスを冷却液化する方法のほか、以下（３）〜（６）のような各種方法も提案されている。
【０００３】
（３）シリカゲル、活性炭など固体吸着剤の表面に吸着させる方法（特開昭４９ー１０４２１３号、特開平６ー５５０６７号等）、（４）水素等の吸蔵合金を用いる方法、或いは水素吸蔵合金と吸着剤を組み合わせた方法（特開平４ー１３１５９８号）、（５）メタンの分解を伴う固体表面の化学反応を利用した方法（特開昭５９ー１９７６９９号）、（６）メタン又はエタンを主成分とする炭化水素ガスを脂肪族アミンの存在下に水に接触させ、ガスの水和物を利用する方法（特開昭５４ー１３５７０８号）。
【０００４】
しかし、これら諸方法のうち、（１）の方法では、貯蔵容器に十分な耐圧強度が要求されるため、容器の重量が貯蔵しようとするガスの重量に比ベて非常に大きくなる欠点があり、特にガスの圧力が１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）を超える場合には、高圧ガス取締法で規定された仕様を満たす材料、装置、配管などが要求され、そのための費用が大きくなる。また（２）による液化法は、ガスを圧縮し、冷却して液化する必要があり、このためのコストが非常に大きいだけでなく、得られた液化ガスを保冷するために別途特殊な設備が必要となる。しかもこの方法による場合、上記（１）の場合と同じく法的規制の対象とされている。このため、この液化法を適用してもなお経済的に成り立つのは、ヘリウムなど価値が高いガスやスケールメリットの大きい液化天然ガス（ＬＮＧ）などの場合に限られる。
【０００５】
また、（３）の方法の場合は、固体表面へのガスの物理吸着による吸蔵であるが、この方法は圧力との平衡現象を利用するものであるため吸着速度が遅く、しかも十分な吸蔵量を得るには相当の加圧が必要となる。この方法によれば前述高圧ボンベによる方法に比べれば低圧でガス貯蔵が可能であるが、それでも通常１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以上の圧力が要求される。
【０００６】
また（４）の方法では、例えば対象ガスが水素の場合、その吸蔵材料がパラジウムやその合金というように、貯蔵対象ガスと必要な材料とがほぼ一対一の特定の関係にあるものに限定され、しかも吸蔵材料そのものが特殊であるため高価である。さらに反復使用時に起こる材料脆化の問題などもあり、取り扱いがはなはだ難しい。さらに（５）の方法についても、（４）の場合と同様に対象ガスが限定され、必要な材料が特殊かつ高価であるという問題がある。また（６）の場合においてはそれが気液接触型の方式であるため、その効率は気液の接触効率に大幅に左右され、実際上のガス貯蔵量が理論的に期待される貯蔵量よりもかなり低いという問題がある。
【０００７】
従来のガス貯蔵方法や輸送方法においては以上の諸問題があり、このため例えば天然ガス自動車では、燃料タンクを高圧とする必要があるため高圧容器を必要とするなどの問題がある。
【０００８】
ところで、本発明者等は、活性炭やセラミックス等の多孔質材料に対して、それらの細孔内部でホストとなる化合物と貯蔵しようとするガスとを低温、常温又はこれら温度に近い温度、低圧、常圧又はこれら圧力に近い圧力という穏和な条件で接触させることにより、きわめて短時間で、しかも例えば多孔質材料の単位体積あたり１８０倍（標準状態に換算）以上もの体積に相当する多量のガスを貯蔵し、また輸送することができるガス貯蔵方法及び輸送方法を先に開発している（特願平８ー３７５２６号）。
【０００９】
図１は、上記多孔質材料の特性を裏付ける１例を示すものである。ここでは比表面積１７６５ｍ2 ／ｇ、平均細孔径が１．１３ｎｍ（ナノメートル）、細孔容積０．９７１ｃｃ／ｇ、真比重２．１３ｇ／ｃｃ、見かけ比重０．６９４ｇ／ｃｃであるピッチ系の活性炭０．０３２０ｇ（０．０４６１ｃｃ）に対して、まず水０．００８３ｇを吸着させた後、温度３０℃において０．２気圧のメタンガスを導入した。また比較のため、水を吸着させない点を除き、同じ条件でメタンガスを導入した場合についても実施した。図１にはこのときの活性炭１ｇ当りに吸着したメタン重量の経時変化を示している。図１中活性炭に水を予め吸着させてからメタンを吸着させた場合の重量変化は○（白丸）印でプロットし、また活性炭に直接メタンを吸着させた場合を●（黒丸）印でプロットしている。
【００１０】
図１のとおり、活性炭に対してまず水を吸着させ、次いでメタンガスを導入した場合には、活性炭はメタン導入時以降急速にメタンを吸収し始め、０．２時間（ｈ）経過後のメタン吸着量は活性炭１ｇ当り１５ミリモルを超え、０．５時間経過時には１７ミリモル前後にも至り、以降この吸蔵量を維持している。この時点での導入メタンガスの圧力が０．２気圧（温度３０℃）である点を考慮するとメタンの吸着速度及び吸着量は従来の吸着剤に比べて卓越していると云える。
【００１１】
これに対して、従来のように活性炭に対して水を吸着させることなく、メタンガスを導入した場合には、メタンを僅かに吸着するだけで、上記と同じ雰囲気で時間が経過してもその吸着量には何の変化も現われていない。この点、例えば特開昭４９ー１０４２１３号の方法によれば、圧力タンク内に珪酸ゲル、モレキュラーシーブ、活性炭などを収容し、約６８気圧（１０００ｐｓｉａ）もの圧力をかけてメタンを貯蔵しているが、この技術においてはそのように同じ吸着剤を使用したにしても、そのような高圧の加圧操作を必要不可欠としている。
【００１２】
【表 １】
【００１３】
表１は、図１に示した活性炭１ｇ当たりの吸着メタンの量を比較したものである。表１のとおり例えば０．２時間経過後の時点で、同じ活性炭にメタンを直接吸着させた場合のメタン吸着量は僅かに０．１８ミリモルであったのに対して、水を予め共存させた場合には１２．０８ミリモルとなり、その比は６７倍であった。また０．９時間経過した時点では、活性炭への直接吸着の場合は同じく０．１８ミリモルであるのに対し、水を共存させた場合のメタン吸着量は１６．４６ミリモルとなり、その比は９１倍である。
【００１４】
さらに、活性炭の見掛けの体積１ｃｃを基準として、水を共存させた場合におけるメタン吸着量を０℃、１気圧の標準状態に換算すると１８３ｃｃとなる。この結果によれば、僅かに０．２気圧の圧力において、標準状態換算で活性炭の単位体積当たり、正に１８３倍もの体積のメタンが吸着されたことを示すものである。なお、その後（０．９時間経過後）吸着量は僅かに減少はするが、最終的には１１．７７ミリモルで平衡に達し、それ以降は変化はない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、例えば天然ガス自動車における前記のような諸問題点に鑑み、多孔質物質について、従来の技術、認識からは全く予想できない図１及び表１に示すような事実に着目し、この事実を天然ガス自動車等のガス燃料自動車用の燃料ガス、特にメタン又はメタンを主成分とする燃料ガス用のガスタンクに適用できるようにしたものである。
【００１６】
すなわち、本発明は、多孔質材料を水やアルコール等のホストとなる化合物と共に用いることで、低温、常温又はその近辺の温度において、また減圧下でも、常圧ないし１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以下という低圧力下においても多量の燃料ガスを貯蔵できるとともに、自動車自体や自動車用燃料ガススタンドに容易に設置でき、また使用時に燃料ガスとして放出することができる自動車用燃料ガスタンク、該自動車用燃料ガスタンクを配置してなる自動車用燃料ガススタンド及び該自動車用燃料ガスタンク用の自動車用燃料ガススタンドを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、容器中に収容した多孔質材料に対して、ホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなることを特徴とする自動車用燃料ガスタンクを提供し、また本発明は、容器中に収容した多孔質材料に対して、ホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなる自動車用燃料ガスタンクを配置してなることを特徴とする自動車用燃料ガススタンドを提供するものである。
【００１８】
また本発明は、容器中に収容した多孔質材料に対してホストとなる化合物の共存下燃料ガスを吸蔵させた自動車用燃料ガスタンク用の自動車用燃料ガススタンドであって、燃料ガス貯槽、これに連なる導管及び水蒸気発生機構等のホストとなる化合物の供給機構を備えてなることを特徴とする自動車用燃料ガススタンドを提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明における、上記多孔質材料としては、細孔を有する多孔性の材料であれば特に限定はなく、好ましくはその比表面積が１００ｍ2 ／ｇ以上の多孔性材料が使用できる。また水やアルコール或いはこれと同等の機能を有するホストとなる化合物に対して反応したり、溶解してしまうものでない限り（すなわち、実質上溶解、反応などの悪影響を及ぼさないものである限り）、その材質、製法、形状如何を問わず使用でき、さらには細孔の形状や細孔の径の分布について均一性も必要としない。
【００２０】
本発明における上記多孔質材料としては、それらの性質を有する多孔性材料であれば何れも使用できるが、中でも活性炭（含：多孔質カーボン）やセラミックスが特に好適に用いられる。これら活性炭やセラミックスは安価でしかも容易に入手可能であるため、本発明はこの点でもきわめて有利である。また本発明におけるホスト（ｈｏｓｔ）となる化合物の例としては水、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、蟻酸、酢酸等の有機酸類、ベンゾキノン等のキノン類などが挙げられる。その中でも特に好ましくは水又はアルコール類が使用される。
【００２１】
本発明によれば、活性炭やセラミックスなどの多孔質材料に対し、その細孔内部でホストとなる化合物と吸蔵させようとする燃料ガスとを常温、常圧又はこれら温度や圧力に近い穏和な条件で接触させる。これによりきわめて短時間で、しかも例えば多孔質材料の単位体積あたり１８０倍（標準状態に換算）以上もの体積に相当する多量の燃料ガスを吸蔵させることができる。本発明で吸蔵され用いられる燃料ガスとしては、自動車用燃料ガスとして用いられる低級炭化水素であれば限定はなく、特にメタン又はメタンを主成分とする低級炭化水素（天然ガスや都市ガスなど）が挙げられる。
【００２２】
それら燃料ガスのタンクへの貯蔵操作時の圧力としては、常圧ないし１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以下という低圧力下とは限らず、例えば０．２気圧というような減圧下においても貯蔵することができ、また１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）を超える高い圧力下でも、圧力に対応してさらに多量の燃料ガスをタンク中に貯蔵することができる。このように本発明における燃料ガスタンクにおいては、別途特殊な冷却装置等を何も必要とせず、また特殊な圧力設備も必要としないため、実用上もきわめて有効である。
【００２３】
図２及び図３は本発明で用いる多孔質材料の圧力特性を示している。前記図１及び表１の結果を得たものと同じ活性炭０．０３２０ｇ（０．０４６１ｃｃ）に対して、まず水０．００８３ｇを吸着させた後、温度３０℃において、それぞれ０気圧から２０気圧までのメタンガスを導入し、これら各圧力において平衡に達した後の吸着量を測定した。図２は、図３における圧力０気圧から２０気圧までのうち、０気圧から１．５気圧までにおける推移を横軸方向に拡大して示している。また両図中、活性炭に水を予め吸着させてからメタンを吸着させた場合の重量変化は○（白丸）印でプロットし、また活性炭に直接メタンを吸着させた場合を●（黒丸）印でプロットしている。
【００２４】
図２のとおり、活性炭に対して水を吸着させた後、メタンガスを導入した場合には、メタンは圧力がきわめて低圧であっても、急速に吸蔵される。また活性炭に直接メタンを吸着させた場合には１．５気圧で活性炭１ｇ当り１ミリモル程度であるのに対して、活性炭に対して水を吸着させた後にメタンガスを導入した場合には同じ１．５気圧で１３ミリモルものメタンを吸蔵している。
【００２５】
表２は、図２に示した活性炭１ｇ当たりの吸着メタンの量を比較したものである。表２のとおり例えば０．２気圧で吸着平衡に達したメタンの量を比較した場合、水が共存する場合では、その吸着量１１．７７ミリモルであるのに対して、活性炭に直接吸着させた場合には僅かに０．１８ミリモルであり、その比は６５倍であった。また１．５気圧で吸着平衡に達したメタンの量を比較した場合、水が共存する場合には１３．０８ミリモルであるのに対して、活性炭に直接吸着させた場合では０．８８ミリモルに過ぎず、その比は１５倍であった。
【００２６】
【表 ２】
【００２７】
また、図３は活性炭に対して図２に示した圧力条件よりさらに高圧下でメタンを接触させた場合の測定結果であり、図２に示す１．５気圧までのデータも併わせてプロットしている。図３から明らかなとおり、水が共存する場合にはメタン圧力１．５気圧以降、その吸蔵量は圧力上昇とともに漸次増加して行き、メタン圧力２０気圧では活性炭１ｇ当り２１ミリモルものメタンを吸蔵している。
【００２８】
これに対して活性炭に直接メタンを吸着させた場合には、メタン吸着量は圧力上昇とともに僅かずつ増加するだけであり、２０気圧の段階ですら僅かに５ミリモル程度であるに過ぎない。また活性炭に水を共存させた場合には僅か１気圧程度のメタン圧力で活性炭１ｇ当り１２ミリモルものメタンを吸着するが、これは水を共存させずに、活性炭に直接メタンを接着させた場合の２０気圧における吸着量（約５ミリモル）の２倍以上もの吸着量に相当している。
【００２９】
また、図３に基づき、活性炭に水を吸着させた後にメタンを吸着させた場合について、活性炭１ｃｃを基準にして各圧力下で吸着されたメタン量を標準状態における体積に換算すると、それぞれ、０．７気圧で１９１ｃｃ、１．５気圧で２０３ｃｃ、５．０気圧で２７１ｃｃ、１０気圧で２９０ｃｃ、２０気圧で３２６ｃｃとなる。このように本発明によれば、減圧下や常圧ないし５気圧というような低圧下における優れた吸着、吸蔵作用に加え、１０気圧、或いは２０気圧ないしそれ以上というような加圧下においてもさらに有効な吸蔵効果が得られることを示している。
【００３０】
■例えば活性炭の場合、粉末状、粒状、繊維状その他の各種形状で、各種の細孔径と大きい比表面積を有するものが容易に入手可能であり、またその細孔径分布と比表面積は、液体窒素温度における窒素吸着量及び吸着等温線測定により容易に確認することができる。この活性炭材料は比表面積がきわめて大きく、このためその表面に非常に多くの分子を吸着することができる。そこに吸着された分子は、吸着量を制御することにより、その殆んどが細孔内の表面に露出した状態にすることができる。
【００３１】
これらの材料は、その細孔径が例えば数ナノメートル乃至数十ナノメートルというように十分に小さいため、その細孔表面に吸着された分子は高圧条件下にあるような挙動を示すが、この挙動自体は擬高圧効果と呼ばれる現象として知られている現象である。このように通常は高圧でのみ起こるような相変化や反応などが、細孔を有する多孔質材料を用いることにより、より低圧、低温という穏和な条件で起ることがあるが、本発明における吸蔵効果には、その理由は詳細には不明であるが、恐らくこのような現象も関与しているものと推認される。
【００３２】
一方、本発明におけるホストとなる化合物としては、幾つかの分子が集まったときに水素結合を介してある構造をとり得る化合物であれば特に限定はなく、前述のとおりその例としては水、アルコール類、その他有機酸類やキノン類などが挙げられ、その中でも特に水やアルコール類が好適に用いられる。なお、ホストとなる化合物としては、硫化水素や尿素等も使用し得るが、燃料としての燃焼時に亜硫酸ガスや窒素酸化物（ＮＯｘ）等を生じるため、硫化水素や尿素等は当該問題が解決された上で使用される。
【００３３】
これまで知られた技術知識によれば、これらのホストとなる化合物はある範囲の大きさをもつガス分子〔ゲスト（ｇｕｅｓｔ）分子と呼ばれる〕と共存したときに包接化合物を形成することにより、ガス分子同志が非常に近い位置で結晶化し、安定化する。この現象はホストとなる化合物とゲストとなるガス分子とがある圧力、温度条件において共存すると、ホストとなる化合物が水素結合を介してゲストとなるガス分子とともに或る一定の立体構造、たとえばホストがゲストを取り囲むようなかご状の構造などを構成する現象であり、この包接化合物は通常低温、高圧の条件で生成する。
【００３４】
これに対して、本発明においては、細孔を有する多孔質材料の高い吸着能力及び細孔内の上記擬高圧効果と、ガスの包接化合物形成という特性とを組み合わせて利用することにより、そのような高圧を必要とせずに、しかも多量の燃料ガスを迅速に吸蔵することができる。本発明の方法で得られるガス吸蔵能力は、これまで知られている包接化合物におけるゲスト対ホストの分子の数の比を大きく上回っており、そのような既知の包接化合物形成の原理のみによってこの現象を説明することはできない。本発明においては細孔材料と包接化合物との組み合わせによる何らかの相乗効果、すなわち新規且つ有用な何らかの原理により有効な優れたガス吸蔵作用が生起しているものと思われる。
【００３５】
本発明に係る自動車用燃料ガスタンクにおいて、タンク中に燃料ガスを貯蔵させる具体的態様としては（１）タンク容器内に多孔質材料を収容した後、ホストとなる化合物を供給して吸着させ、次いで燃料ガス（＝吸蔵しようとする燃料ガス）を導入する、（２）タンク容器内にホストとなる化合物を吸収させた多孔質材料を収容した後、燃料ガスを導入する、（３）タンク容器内に多孔質材料を収容した後、ホストとなる化合物と貯蔵ガスとを同時に導入する、（４）、（１）〜（３）の態様の２種以上を併用する等の各種手法により行うことができる。
【００３６】
この場合、それらの何れの態様においても低圧でも吸着させ吸蔵することができるため、その容器として高圧容器を必要としない。その際、勿論高圧容器を用いても差し支えなく、また本発明の自動車用燃料ガスタンクによれば、例えば１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）を超える圧力でも同様に貯蔵できるが、この場合にはそれに耐え得る高圧容器が使用される。
【００３７】
次に、燃料ガスタンクの外部形状は、従来天然ガス自動車用などで用いられている燃料タンクのように円筒状、球状、立方体状、直方体状その他適宜の形状とすることができる。タンク容器の構成材料としては特に限定はなく、ステンレス鋼製等、炭化水素系燃料用として使用し得る材料であれば使用され、そのタンクの内部には多孔質材料が充填される。本自動車用燃料ガスタンクは▲１▼自動車自体に取り付ける場合と、▲２▼自動車用燃料ガススタンドに配置する場合と、▲３▼、▲１▼及び▲２▼の両者の場合があるが、上記の点はこれら何れの場合も同じである。
【００３８】
上記多孔質材料の充填の態様としては、多孔質材料をそのまま充填する場合のほか、１層又は２層以上の層状とする等適宜の仕方で行うことができる。燃料ガスタンクにはホストとなる化合物の導入管と燃料ガスの導入管を設けるが、両導管を別個に設ける態様のほか、両者を兼用する一個の導管としてもよい。この場合にはガス使用時の放出管としても兼用させることができる。燃料ガス貯槽中の燃料ガスを自動車に取り付けた燃料ガスタンクに供給する場合には、該ガス貯槽からの導管を該燃料ガスタンクの燃料供給管にコネクタを介して連結し、貯蔵燃料ガスをガス状で供給する。コネクタはワンタッチコネクタとしてもよい。
【００３９】
上記において、自動車用燃料ガススタンドに、該ガス貯槽として容器中に収容した多孔質材料に対して、ホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなるガス貯槽を配置した場合には、該ガス貯槽中の貯蔵燃料ガスを加熱等によりガス状として供給される。また、本発明においては、一度タンク内及びガス貯槽に充填した多孔質材料は繰り返し使用され得る。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれら実施例により限定されないことは勿論である。
【００４１】
図４は本発明の燃料ガスタンクの態様の一例を示す断面図である。図４（ａ）は多孔質材料をタンク中にそのまま充填する場合の態様であり、図４（ｂ）は多孔質材料をタンク中に層状に充填する場合の態様である。図４（ｂ）は２層の場合を示しているが、３層以上としてもよい。この点、以下に述べる多層態様の場合についても同様である。
【００４２】
図４中、符号１はタンク容器、２は多孔質材料、３はホストとなる化合物と燃料ガスの導入管兼導出管であり、導管３の容器内開口はタンク容器の上部空間５に臨ませてある。図４中４は開閉弁であり、図４（ｂ）中６は上下両層２間の中間空間である。図４（ａ）における多孔質材料の上面、図４（ｂ）における多孔質材料の上面及び下面には多孔板、網目体等の部材が配置されるが、この点以下の態様についても同様である。
【００４３】
図５は自動車用燃料ガスタンクの別の態様の断面図を示している。図５（ａ）は層状に配置された多孔質材料の層を上下方向に貫通して開孔を設けたもので、図５（ａ）中７はその貫通孔、８は下部空間である。貫通孔７は、例えば筒状網目体や多数の孔を穿設した筒状体等で構成される。貫通孔７は図示の態様では１個設けてあるが、必要に応じて間隔を置いて２個以上設けることもできる。タンク容器の上部空間に臨ませてある導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは、多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔７の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。
【００４４】
貯蔵燃料ガスは、加熱等による放出時には吸着、吸蔵時とは逆方向に向い、導管３から自動車へ供給される。この点以下の態様においても同様である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の変形態様であり、導管３の容器内開口をタンク容器の下部空間に臨ませた態様である。この場合にも、導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔５の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。
【００４５】
図５（ｃ）は、多孔質材料の層を２個設け、上下方向に貫通して開孔を設けたもので、図中９はその貫通孔、１０は両層間の中間空間である。図５（ｃ）では２層設けているが、３層以上設けることができる。貫通孔９は、例えば筒状の網目体や多数の孔を穿設した筒状体等で構成される。図示の態様では上部層及び下部層に貫通孔９を各１個設けてあるが、必要に応じて間隔を置いて２個以上設けることもできる。この場合上部層と下部層とで、そこに設ける貫通孔の数を変えてもよい。タンク容器の上部空間に臨ませてある導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは、各多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔５の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。
【００４６】
図５（ｄ）は、図５（ｃ）の変形態様であり、導管３の容器内開口をタンク容器の下部空間に臨ませた態様である。この場合にも、導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは各多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔５の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。導管３の容器内開口は、そのように下部空間に加えて、導管３からの枝管を設けてその開口を上部空間６及び／又は該中間空間１０にも臨ませてもよい。
【００４７】
図５（ｅ）はさらに別の態様の断面図である。この場合は、多孔質材料の充填層に上下方向に貫通孔１１を設け、貫通孔１１から放射状に複数の枝管１２が設けられている。導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは多孔質材料層の上面に加え、貫通孔１１の壁及び放射状枝管１２の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、吸蔵される。
【００４８】
図６は、図５（ｅ）の変形態様である。図６（ａ）は導管３を貫通孔１１から放射状設けた複数の枝管１２へ延長させ、その端部開口を各枝管１２に臨ませた態様である。この場合にも、導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と都市ガスは多孔質材料層の上面、下面に加え、各枝管１２の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、吸蔵される。図６（ｂ）は充填層の下部にも空間８を設けた態様である。その際、図６（ａ）の場合と同じく放射状枝管１２に対応させて、導管３に枝管を設け、その各開口を放射状枝管１２に臨ませることもできる。また枝管１２は、気管支から通じる人間の肺のような構造としてもよい。
【００４９】
図７は燃料ガスタンクへの燃料ガスの吸着、充填の態様例を示す図である。図７中１３は燃料ガス導管であり、その一方は燃料ガススタンドに配置された燃料ガス貯槽（図示せず）に連なっている。１４は水蒸気を発生させる機構である。ここではホストとなる化合物が水である場合を代表させているが、ホストとなる化合物の種類に応じた供給機構が用いられる。１５は燃料ガスタンクであり、燃料ガスタンク１５には活性炭等の多孔質材料が充填されている。吸着充填操作時には弁１６を閉、弁１７及び１８を開とし、水蒸気発生機構１４により水蒸気を発生させて導管１９、２０を経てタンク１５に導入する。次いで弁１６を開とし燃料ガスをタンク１５に導入する。
【００５０】
上記のような操作によって、燃料ガスは水蒸気又は凝縮水のホスト作用により多孔質材料に急速に吸着され、しかも多孔質材料容積の１８０倍以上というように多量吸着され、吸蔵される。上記操作例では予め水蒸気を発生させて多孔質材料に導入した後に燃料ガスを導入しているが、燃料ガスを水蒸気と同時に導入するようにしてもよことは勿論である。なお、この場合には、例えば燃料ガスの流速、温度等を調整し、或いは導管（図７で云えば２０）の内径に工夫を加えること等により、水蒸気の凝縮や固化などによる不都合が起こらないよう配慮することが必要である。
【００５１】
図７における導管２０は水蒸気用導管と燃料ガス用導管を兼ねているが、両導管を別個に設ける態様としてもよく、この場合には燃料ガスタンク１５に両導管が連結される。上記のような操作によって、燃料ガスは水蒸気又は凝縮水のホスト作用により多孔質材料に急速に吸着され、しかも多孔質材料容積の１８０倍又はそれ以上というように多量に吸着され、貯蔵される。こうして貯蔵された燃料ガスは自動車に配置された燃料ガスタンクから加熱等によりガス化されてエンジンに供給される。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の自動車燃料ガスタンクは、安価に入手可能な多孔質材料及びホストとなる化合物を用いて、大量の燃料ガスを容易に充填することができ、その際特に冷却装置や加圧装置等を必要としない。また低圧において１８０倍以上というような大量の燃料ガスを充填でき、従来のように高圧タンクとする必要がない。
【００５３】
また、本発明の自動車用燃料ガスタンクは、タンク自体もコンパクト化でき、このためタンクとしての取り扱いも容易で且つ安全であり、大幅なコスト低減が図れる。また低圧〜常圧という圧力だけでなく、さらに１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以上というような加圧下においても大量の燃料ガスを貯蔵できるため、これを設計、配置する場合の自由度も高く、実用上もきわめて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】活性炭１ｇ当りに吸着したメタン量の経時変化について、水を共存させた場合と直接メタンに接触させた場合とで比較した図（温度３０℃、圧力０．２気圧）。
【図２】活性炭１ｇ当りに吸着したメタン量の圧力に伴う変化を、水を共存させた場合と直接メタンに接触させた場合とで比較した図（温度３０℃）。
【図３】活性炭１ｇ当りに吸着したメタン量の圧力に伴う変化を、水を共存させた場合と直接メタンに接触させた場合とで比較した図（温度３０℃）。
【図４】本発明の自動車用燃料ガスタンクの態様の一例を示す断面図。
【図５】本発明の自動車用燃料ガスタンクの別の態様例の断面図。
【図６】本発明の自動車用燃料ガスタンクの別の態様例の断面図。
【図７】本発明の自動車用燃料ガスタンクへの燃料ガスの吸着、充填の態様例を示す図。
【符号の説明】
１ タンク容器
２ 多孔質材料
３ ホストとなる化合物と燃料ガスの導入管兼導出管
４ 開閉弁
５ タンク容器の上部空間
６ 上下両層２間の中間空間
７ 貫通孔
８ 下部空間
９ 貫通孔
１０ 中間空間
１１ 貫通孔
１２ 貫通孔１１からの放射状枝管
１３ 燃料ガス導管
１４ 水蒸気を発生させる機構
１５ 自動車用燃料ガスタンク
１６〜１８ 弁
１９ 水蒸気導管
２０ 導管
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用燃料ガス、特にメタン又はメタンを主成分とする燃料ガス（天然ガス等）を多孔質材料に多量に吸蔵させることができる自動車用燃料ガスタンク、該自動車用燃料ガスタンクを配置してなる自動車用燃料ガススタンド及び該自動車用燃料ガスタンク用の自動車用燃料ガススタンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスは気体の状態のままでは非常に大きい体積を有し且つ比重が小さい。このためガスの貯蔵や輸送に際して、その貯蔵効率や輸送効率を上げるためにガスの体積を小さくし密度を上げる手法が求められている。この手法としては（１）高圧ガスボンベなどにおいてみられるように気体のままで高圧に圧縮する方法、（２）液体窒素、液体酸素、或いは液化天然ガスなどのようにガスを冷却液化する方法のほか、以下（３）〜（６）のような各種方法も提案されている。
【０００３】
（３）シリカゲル、活性炭など固体吸着剤の表面に吸着させる方法（特開昭４９ー１０４２１３号、特開平６ー５５０６７号等）、（４）水素等の吸蔵合金を用いる方法、或いは水素吸蔵合金と吸着剤を組み合わせた方法（特開平４ー１３１５９８号）、（５）メタンの分解を伴う固体表面の化学反応を利用した方法（特開昭５９ー１９７６９９号）、（６）メタン又はエタンを主成分とする炭化水素ガスを脂肪族アミンの存在下に水に接触させ、ガスの水和物を利用する方法（特開昭５４ー１３５７０８号）。
【０００４】
しかし、これら諸方法のうち、（１）の方法では、貯蔵容器に十分な耐圧強度が要求されるため、容器の重量が貯蔵しようとするガスの重量に比ベて非常に大きくなる欠点があり、特にガスの圧力が１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）を超える場合には、高圧ガス取締法で規定された仕様を満たす材料、装置、配管などが要求され、そのための費用が大きくなる。また（２）による液化法は、ガスを圧縮し、冷却して液化する必要があり、このためのコストが非常に大きいだけでなく、得られた液化ガスを保冷するために別途特殊な設備が必要となる。しかもこの方法による場合、上記（１）の場合と同じく法的規制の対象とされている。このため、この液化法を適用してもなお経済的に成り立つのは、ヘリウムなど価値が高いガスやスケールメリットの大きい液化天然ガス（ＬＮＧ）などの場合に限られる。
【０００５】
また、（３）の方法の場合は、固体表面へのガスの物理吸着による吸蔵であるが、この方法は圧力との平衡現象を利用するものであるため吸着速度が遅く、しかも十分な吸蔵量を得るには相当の加圧が必要となる。この方法によれば前述高圧ボンベによる方法に比べれば低圧でガス貯蔵が可能であるが、それでも通常１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以上の圧力が要求される。
【０００６】
また（４）の方法では、例えば対象ガスが水素の場合、その吸蔵材料がパラジウムやその合金というように、貯蔵対象ガスと必要な材料とがほぼ一対一の特定の関係にあるものに限定され、しかも吸蔵材料そのものが特殊であるため高価である。さらに反復使用時に起こる材料脆化の問題などもあり、取り扱いがはなはだ難しい。さらに（５）の方法についても、（４）の場合と同様に対象ガスが限定され、必要な材料が特殊かつ高価であるという問題がある。また（６）の場合においてはそれが気液接触型の方式であるため、その効率は気液の接触効率に大幅に左右され、実際上のガス貯蔵量が理論的に期待される貯蔵量よりもかなり低いという問題がある。
【０００７】
従来のガス貯蔵方法や輸送方法においては以上の諸問題があり、このため例えば天然ガス自動車では、燃料タンクを高圧とする必要があるため高圧容器を必要とするなどの問題がある。
【０００８】
ところで、本発明者等は、活性炭やセラミックス等の多孔質材料に対して、それらの細孔内部でホストとなる化合物と貯蔵しようとするガスとを低温、常温又はこれら温度に近い温度、低圧、常圧又はこれら圧力に近い圧力という穏和な条件で接触させることにより、きわめて短時間で、しかも例えば多孔質材料の単位体積あたり１８０倍（標準状態に換算）以上もの体積に相当する多量のガスを貯蔵し、また輸送することができるガス貯蔵方法及び輸送方法を先に開発している（特願平８ー３７５２６号）。
【０００９】
図１は、上記多孔質材料の特性を裏付ける１例を示すものである。ここでは比表面積１７６５ｍ2 ／ｇ、平均細孔径が１．１３ｎｍ（ナノメートル）、細孔容積０．９７１ｃｃ／ｇ、真比重２．１３ｇ／ｃｃ、見かけ比重０．６９４ｇ／ｃｃであるピッチ系の活性炭０．０３２０ｇ（０．０４６１ｃｃ）に対して、まず水０．００８３ｇを吸着させた後、温度３０℃において０．２気圧のメタンガスを導入した。また比較のため、水を吸着させない点を除き、同じ条件でメタンガスを導入した場合についても実施した。図１にはこのときの活性炭１ｇ当りに吸着したメタン重量の経時変化を示している。図１中活性炭に水を予め吸着させてからメタンを吸着させた場合の重量変化は○（白丸）印でプロットし、また活性炭に直接メタンを吸着させた場合を●（黒丸）印でプロットしている。
【００１０】
図１のとおり、活性炭に対してまず水を吸着させ、次いでメタンガスを導入した場合には、活性炭はメタン導入時以降急速にメタンを吸収し始め、０．２時間（ｈ）経過後のメタン吸着量は活性炭１ｇ当り１５ミリモルを超え、０．５時間経過時には１７ミリモル前後にも至り、以降この吸蔵量を維持している。この時点での導入メタンガスの圧力が０．２気圧（温度３０℃）である点を考慮するとメタンの吸着速度及び吸着量は従来の吸着剤に比べて卓越していると云える。
【００１１】
これに対して、従来のように活性炭に対して水を吸着させることなく、メタンガスを導入した場合には、メタンを僅かに吸着するだけで、上記と同じ雰囲気で時間が経過してもその吸着量には何の変化も現われていない。この点、例えば特開昭４９ー１０４２１３号の方法によれば、圧力タンク内に珪酸ゲル、モレキュラーシーブ、活性炭などを収容し、約６８気圧（１０００ｐｓｉａ）もの圧力をかけてメタンを貯蔵しているが、この技術においてはそのように同じ吸着剤を使用したにしても、そのような高圧の加圧操作を必要不可欠としている。
【００１２】
【表 １】
表１は、図１に示した活性炭１ｇ当たりの吸着メタンの量を比較したものである。表１のとおり例えば０．２時間経過後の時点で、同じ活性炭にメタンを直接吸着させた場合のメタン吸着量は僅かに０．１８ミリモルであったのに対して、水を予め共存させた場合には１２．０８ミリモルとなり、その比は６７倍であった。また０．９時間経過した時点では、活性炭への直接吸着の場合は同じく０．１８ミリモルであるのに対し、水を共存させた場合のメタン吸着量は１６．４６ミリモルとなり、その比は９１倍である。
【００１４】
さらに、活性炭の見掛けの体積１ｃｃを基準として、水を共存させた場合におけるメタン吸着量を０℃、１気圧の標準状態に換算すると１８３ｃｃとなる。この結果によれば、僅かに０．２気圧の圧力において、標準状態換算で活性炭の単位体積当たり、正に１８３倍もの体積のメタンが吸着されたことを示すものである。なお、その後（０．９時間経過後）吸着量は僅かに減少はするが、最終的には１１．７７ミリモルで平衡に達し、それ以降は変化はない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、例えば天然ガス自動車における前記のような諸問題点に鑑み、多孔質物質について、従来の技術、認識からは全く予想できない図１及び表１に示すような事実に着目し、この事実を天然ガス自動車等のガス燃料自動車用の燃料ガス、特にメタン又はメタンを主成分とする燃料ガス用のガスタンクに適用できるようにしたものである。
【００１６】
すなわち、本発明は、多孔質材料を水やアルコール等のホストとなる化合物と共に用いることで、低温、常温又はその近辺の温度において、また減圧下でも、常圧ないし１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以下という低圧力下においても多量の燃料ガスを貯蔵できるとともに、自動車自体や自動車用燃料ガススタンドに容易に設置でき、また使用時に燃料ガスとして放出することができる自動車用燃料ガスタンク、該自動車用燃料ガスタンクを配置してなる自動車用燃料ガススタンド及び該自動車用燃料ガスタンク用の自動車用燃料ガススタンドを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、容器中に収容した多孔質材料に対して、ホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなることを特徴とする自動車用燃料ガスタンクを提供し、また本発明は、容器中に収容した多孔質材料に対して、ホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなる自動車用燃料ガスタンクを配置してなることを特徴とする自動車用燃料ガススタンドを提供するものである。
【００１８】
また本発明は、容器中に収容した多孔質材料に対してホストとなる化合物の共存下燃料ガスを吸蔵させた自動車用燃料ガスタンク用の自動車用燃料ガススタンドであって、燃料ガス貯槽、これに連なる導管及び水蒸気発生機構等のホストとなる化合物の供給機構を備えてなることを特徴とする自動車用燃料ガススタンドを提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明における、上記多孔質材料としては、細孔を有する多孔性の材料であれば特に限定はなく、好ましくはその比表面積が１００ｍ2 ／ｇ以上の多孔性材料が使用できる。また水やアルコール或いはこれと同等の機能を有するホストとなる化合物に対して反応したり、溶解してしまうものでない限り（すなわち、実質上溶解、反応などの悪影響を及ぼさないものである限り）、その材質、製法、形状如何を問わず使用でき、さらには細孔の形状や細孔の径の分布について均一性も必要としない。
【００２０】
本発明における上記多孔質材料としては、それらの性質を有する多孔性材料であれば何れも使用できるが、中でも活性炭（含：多孔質カーボン）やセラミックスが特に好適に用いられる。これら活性炭やセラミックスは安価でしかも容易に入手可能であるため、本発明はこの点でもきわめて有利である。また本発明におけるホスト（ｈｏｓｔ）となる化合物の例としては水、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、蟻酸、酢酸等の有機酸類、ベンゾキノン等のキノン類などが挙げられる。その中でも特に好ましくは水又はアルコール類が使用される。
【００２１】
本発明によれば、活性炭やセラミックスなどの多孔質材料に対し、その細孔内部でホストとなる化合物と吸蔵させようとする燃料ガスとを常温、常圧又はこれら温度や圧力に近い穏和な条件で接触させる。これによりきわめて短時間で、しかも例えば多孔質材料の単位体積あたり１８０倍（標準状態に換算）以上もの体積に相当する多量の燃料ガスを吸蔵させることができる。本発明で吸蔵され用いられる燃料ガスとしては、自動車用燃料ガスとして用いられる低級炭化水素であれば限定はなく、特にメタン又はメタンを主成分とする低級炭化水素（天然ガスや都市ガスなど）が挙げられる。
【００２２】
それら燃料ガスのタンクへの貯蔵操作時の圧力としては、常圧ないし１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以下という低圧力下とは限らず、例えば０．２気圧というような減圧下においても貯蔵することができ、また１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）を超える高い圧力下でも、圧力に対応してさらに多量の燃料ガスをタンク中に貯蔵することができる。このように本発明における燃料ガスタンクにおいては、別途特殊な冷却装置等を何も必要とせず、また特殊な圧力設備も必要としないため、実用上もきわめて有効である。
【００２３】
図２及び図３は本発明で用いる多孔質材料の圧力特性を示している。前記図１及び表１の結果を得たものと同じ活性炭０．０３２０ｇ（０．０４６１ｃｃ）に対して、まず水０．００８３ｇを吸着させた後、温度３０℃において、それぞれ０気圧から２０気圧までのメタンガスを導入し、これら各圧力において平衡に達した後の吸着量を測定した。図２は、図３における圧力０気圧から２０気圧までのうち、０気圧から１．５気圧までにおける推移を横軸方向に拡大して示している。また両図中、活性炭に水を予め吸着させてからメタンを吸着させた場合の重量変化は○（白丸）印でプロットし、また活性炭に直接メタンを吸着させた場合を●（黒丸）印でプロットしている。
【００２４】
図２のとおり、活性炭に対して水を吸着させた後、メタンガスを導入した場合には、メタンは圧力がきわめて低圧であっても、急速に吸蔵される。また活性炭に直接メタンを吸着させた場合には１．５気圧で活性炭１ｇ当り１ミリモル程度であるのに対して、活性炭に対して水を吸着させた後にメタンガスを導入した場合には同じ１．５気圧で１３ミリモルものメタンを吸蔵している。
【００２５】
表２は、図２に示した活性炭１ｇ当たりの吸着メタンの量を比較したものである。表２のとおり例えば０．２気圧で吸着平衡に達したメタンの量を比較した場合、水が共存する場合では、その吸着量１１．７７ミリモルであるのに対して、活性炭に直接吸着させた場合には僅かに０．１８ミリモルであり、その比は６５倍であった。また１．５気圧で吸着平衡に達したメタンの量を比較した場合、水が共存する場合には１３．０８ミリモルであるのに対して、活性炭に直接吸着させた場合では０．８８ミリモルに過ぎず、その比は１５倍であった。
【００２６】
【表 ２】
また、図３は活性炭に対して図２に示した圧力条件よりさらに高圧下でメタンを接触させた場合の測定結果であり、図２に示す１．５気圧までのデータも併わせてプロットしている。図３から明らかなとおり、水が共存する場合にはメタン圧力１．５気圧以降、その吸蔵量は圧力上昇とともに漸次増加して行き、メタン圧力２０気圧では活性炭１ｇ当り２１ミリモルものメタンを吸蔵している。
【００２８】
これに対して活性炭に直接メタンを吸着させた場合には、メタン吸着量は圧力上昇とともに僅かずつ増加するだけであり、２０気圧の段階ですら僅かに５ミリモル程度であるに過ぎない。また活性炭に水を共存させた場合には僅か１気圧程度のメタン圧力で活性炭１ｇ当り１２ミリモルものメタンを吸着するが、これは水を共存させずに、活性炭に直接メタンを接着させた場合の２０気圧における吸着量（約５ミリモル）の２倍以上もの吸着量に相当している。
【００２９】
また、図３に基づき、活性炭に水を吸着させた後にメタンを吸着させた場合について、活性炭１ｃｃを基準にして各圧力下で吸着されたメタン量を標準状態における体積に換算すると、それぞれ、０．７気圧で１９１ｃｃ、１．５気圧で２０３ｃｃ、５．０気圧で２７１ｃｃ、１０気圧で２９０ｃｃ、２０気圧で３２６ｃｃとなる。このように本発明によれば、減圧下や常圧ないし５気圧というような低圧下における優れた吸着、吸蔵作用に加え、１０気圧、或いは２０気圧ないしそれ以上というような加圧下においてもさらに有効な吸蔵効果が得られることを示している。
【００３０】
■例えば活性炭の場合、粉末状、粒状、繊維状その他の各種形状で、各種の細孔径と大きい比表面積を有するものが容易に入手可能であり、またその細孔径分布と比表面積は、液体窒素温度における窒素吸着量及び吸着等温線測定により容易に確認することができる。この活性炭材料は比表面積がきわめて大きく、このためその表面に非常に多くの分子を吸着することができる。そこに吸着された分子は、吸着量を制御することにより、その殆んどが細孔内の表面に露出した状態にすることができる。
【００３１】
これらの材料は、その細孔径が例えば数ナノメートル乃至数十ナノメートルというように十分に小さいため、その細孔表面に吸着された分子は高圧条件下にあるような挙動を示すが、この挙動自体は擬高圧効果と呼ばれる現象として知られている現象である。このように通常は高圧でのみ起こるような相変化や反応などが、細孔を有する多孔質材料を用いることにより、より低圧、低温という穏和な条件で起ることがあるが、本発明における吸蔵効果には、その理由は詳細には不明であるが、恐らくこのような現象も関与しているものと推認される。
【００３２】
一方、本発明におけるホストとなる化合物としては、幾つかの分子が集まったときに水素結合を介してある構造をとり得る化合物であれば特に限定はなく、前述のとおりその例としては水、アルコール類、その他有機酸類やキノン類などが挙げられ、その中でも特に水やアルコール類が好適に用いられる。なお、ホストとなる化合物としては、硫化水素や尿素等も使用し得るが、燃料としての燃焼時に亜硫酸ガスや窒素酸化物（ＮＯｘ）等を生じるため、硫化水素や尿素等は当該問題が解決された上で使用される。
【００３３】
これまで知られた技術知識によれば、これらのホストとなる化合物はある範囲の大きさをもつガス分子〔ゲスト（ｇｕｅｓｔ）分子と呼ばれる〕と共存したときに包接化合物を形成することにより、ガス分子同志が非常に近い位置で結晶化し、安定化する。この現象はホストとなる化合物とゲストとなるガス分子とがある圧力、温度条件において共存すると、ホストとなる化合物が水素結合を介してゲストとなるガス分子とともに或る一定の立体構造、たとえばホストがゲストを取り囲むようなかご状の構造などを構成する現象であり、この包接化合物は通常低温、高圧の条件で生成する。
【００３４】
これに対して、本発明においては、細孔を有する多孔質材料の高い吸着能力及び細孔内の上記擬高圧効果と、ガスの包接化合物形成という特性とを組み合わせて利用することにより、そのような高圧を必要とせずに、しかも多量の燃料ガスを迅速に吸蔵することができる。本発明の方法で得られるガス吸蔵能力は、これまで知られている包接化合物におけるゲスト対ホストの分子の数の比を大きく上回っており、そのような既知の包接化合物形成の原理のみによってこの現象を説明することはできない。本発明においては細孔材料と包接化合物との組み合わせによる何らかの相乗効果、すなわち新規且つ有用な何らかの原理により有効な優れたガス吸蔵作用が生起しているものと思われる。
【００３５】
本発明に係る自動車用燃料ガスタンクにおいて、タンク中に燃料ガスを貯蔵させる具体的態様としては（１）タンク容器内に多孔質材料を収容した後、ホストとなる化合物を供給して吸着させ、次いで燃料ガス（＝吸蔵しようとする燃料ガス）を導入する、（２）タンク容器内にホストとなる化合物を吸収させた多孔質材料を収容した後、燃料ガスを導入する、（３）タンク容器内に多孔質材料を収容した後、ホストとなる化合物と貯蔵ガスとを同時に導入する、（４）、（１）〜（３）の態様の２種以上を併用する等の各種手法により行うことができる。
【００３６】
この場合、それらの何れの態様においても低圧でも吸着させ吸蔵することができるため、その容器として高圧容器を必要としない。その際、勿論高圧容器を用いても差し支えなく、また本発明の自動車用燃料ガスタンクによれば、例えば１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）を超える圧力でも同様に貯蔵できるが、この場合にはそれに耐え得る高圧容器が使用される。
【００３７】
次に、燃料ガスタンクの外部形状は、従来天然ガス自動車用などで用いられている燃料タンクのように円筒状、球状、立方体状、直方体状その他適宜の形状とすることができる。タンク容器の構成材料としては特に限定はなく、ステンレス鋼製等、炭化水素系燃料用として使用し得る材料であれば使用され、そのタンクの内部には多孔質材料が充填される。本自動車用燃料ガスタンクは▲１▼自動車自体に取り付ける場合と、▲２▼自動車用燃料ガススタンドに配置する場合と、▲３▼、▲１▼及び▲２▼の両者の場合があるが、上記の点はこれら何れの場合も同じである。
【００３８】
上記多孔質材料の充填の態様としては、多孔質材料をそのまま充填する場合のほか、１層又は２層以上の層状とする等適宜の仕方で行うことができる。燃料ガスタンクにはホストとなる化合物の導入管と燃料ガスの導入管を設けるが、両導管を別個に設ける態様のほか、両者を兼用する一個の導管としてもよい。この場合にはガス使用時の放出管としても兼用させることができる。燃料ガス貯槽中の燃料ガスを自動車に取り付けた燃料ガスタンクに供給する場合には、該ガス貯槽からの導管を該燃料ガスタンクの燃料供給管にコネクタを介して連結し、貯蔵燃料ガスをガス状で供給する。コネクタはワンタッチコネクタとしてもよい。
【００３９】
上記において、自動車用燃料ガススタンドに、該ガス貯槽として容器中に収容した多孔質材料に対して、ホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなるガス貯槽を配置した場合には、該ガス貯槽中の貯蔵燃料ガスを加熱等によりガス状として供給される。また、本発明においては、一度タンク内及びガス貯槽に充填した多孔質材料は繰り返し使用され得る。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明がこれら実施例により限定されないことは勿論である。
【００４１】
図４は本発明の燃料ガスタンクの態様の一例を示す断面図である。図４（ａ）は多孔質材料をタンク中にそのまま充填する場合の態様であり、図４（ｂ）は多孔質材料をタンク中に層状に充填する場合の態様である。図４（ｂ）は２層の場合を示しているが、３層以上としてもよい。この点、以下に述べる多層態様の場合についても同様である。
【００４２】
図４中、符号１はタンク容器、２は多孔質材料、３はホストとなる化合物と燃料ガスの導入管兼導出管であり、導管３の容器内開口はタンク容器の上部空間５に臨ませてある。図４中４は開閉弁であり、図４（ｂ）中６は上下両層２間の中間空間である。図４（ａ）における多孔質材料の上面、図４（ｂ）における多孔質材料の上面及び下面には多孔板、網目体等の部材が配置されるが、この点以下の態様についても同様である。
【００４３】
図５は自動車用燃料ガスタンクの別の態様の断面図を示している。図５（ａ）は層状に配置された多孔質材料の層を上下方向に貫通して開孔を設けたもので、図５（ａ）中７はその貫通孔、８は下部空間である。貫通孔７は、例えば筒状網目体や多数の孔を穿設した筒状体等で構成される。貫通孔７は図示の態様では１個設けてあるが、必要に応じて間隔を置いて２個以上設けることもできる。タンク容器の上部空間に臨ませてある導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは、多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔７の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。
【００４４】
貯蔵燃料ガスは、加熱等による放出時には吸着、吸蔵時とは逆方向に向い、導管３から自動車へ供給される。この点以下の態様においても同様である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の変形態様であり、導管３の容器内開口をタンク容器の下部空間に臨ませた態様である。この場合にも、導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔５の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。
【００４５】
図５（ｃ）は、多孔質材料の層を２個設け、上下方向に貫通して開孔を設けたもので、図中９はその貫通孔、１０は両層間の中間空間である。図５（ｃ）では２層設けているが、３層以上設けることができる。貫通孔９は、例えば筒状の網目体や多数の孔を穿設した筒状体等で構成される。図示の態様では上部層及び下部層に貫通孔９を各１個設けてあるが、必要に応じて間隔を置いて２個以上設けることもできる。この場合上部層と下部層とで、そこに設ける貫通孔の数を変えてもよい。タンク容器の上部空間に臨ませてある導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは、各多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔５の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。
【００４６】
図５（ｄ）は、図５（ｃ）の変形態様であり、導管３の容器内開口をタンク容器の下部空間に臨ませた態様である。この場合にも、導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは各多孔質材料層の上面、下面に加え、貫通孔５の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、貯蔵される。導管３の容器内開口は、そのように下部空間に加えて、導管３からの枝管を設けてその開口を上部空間６及び／又は該中間空間１０にも臨ませてもよい。
【００４７】
図５（ｅ）はさらに別の態様の断面図である。この場合は、多孔質材料の充填層に上下方向に貫通孔１１を設け、貫通孔１１から放射状に複数の枝管１２が設けられている。導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と燃料ガスは多孔質材料層の上面に加え、貫通孔１１の壁及び放射状枝管１２の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、吸蔵される。
【００４８】
図６は、図５（ｅ）の変形態様である。図６（ａ）は導管３を貫通孔１１から放射状設けた複数の枝管１２へ延長させ、その端部開口を各枝管１２に臨ませた態様である。この場合にも、導管３の容器内開口から導入されるホストとなる化合物と都市ガスは多孔質材料層の上面、下面に加え、各枝管１２の壁からも侵入し、より均等に多孔質材料へ吸着され、吸蔵される。図６（ｂ）は充填層の下部にも空間８を設けた態様である。その際、図６（ａ）の場合と同じく放射状枝管１２に対応させて、導管３に枝管を設け、その各開口を放射状枝管１２に臨ませることもできる。また枝管１２は、気管支から通じる人間の肺のような構造としてもよい。
【００４９】
図７は燃料ガスタンクへの燃料ガスの吸着、充填の態様例を示す図である。図７中１３は燃料ガス導管であり、その一方は燃料ガススタンドに配置された燃料ガス貯槽（図示せず）に連なっている。１４は水蒸気を発生させる機構である。ここではホストとなる化合物が水である場合を代表させているが、ホストとなる化合物の種類に応じた供給機構が用いられる。１５は燃料ガスタンクであり、燃料ガスタンク１５には活性炭等の多孔質材料が充填されている。吸着充填操作時には弁１６を閉、弁１７及び１８を開とし、水蒸気発生機構１４により水蒸気を発生させて導管１９、２０を経てタンク１５に導入する。次いで弁１６を開とし燃料ガスをタンク１５に導入する。
【００５０】
上記のような操作によって、燃料ガスは水蒸気又は凝縮水のホスト作用により多孔質材料に急速に吸着され、しかも多孔質材料容積の１８０倍以上というように多量吸着され、吸蔵される。上記操作例では予め水蒸気を発生させて多孔質材料に導入した後に燃料ガスを導入しているが、燃料ガスを水蒸気と同時に導入するようにしてもよことは勿論である。なお、この場合には、例えば燃料ガスの流速、温度等を調整し、或いは導管（図７で云えば２０）の内径に工夫を加えること等により、水蒸気の凝縮や固化などによる不都合が起こらないよう配慮することが必要である。
【００５１】
図７における導管２０は水蒸気用導管と燃料ガス用導管を兼ねているが、両導管を別個に設ける態様としてもよく、この場合には燃料ガスタンク１５に両導管が連結される。上記のような操作によって、燃料ガスは水蒸気又は凝縮水のホスト作用により多孔質材料に急速に吸着され、しかも多孔質材料容積の１８０倍又はそれ以上というように多量に吸着され、貯蔵される。こうして貯蔵された燃料ガスは自動車に配置された燃料ガスタンクから加熱等によりガス化されてエンジンに供給される。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の自動車燃料ガスタンクは、安価に入手可能な多孔質材料及びホストとなる化合物を用いて、大量の燃料ガスを容易に充填することができ、その際特に冷却装置や加圧装置等を必要としない。また低圧において１８０倍以上というような大量の燃料ガスを充填でき、従来のように高圧タンクとする必要がない。
【００５３】
また、本発明の自動車用燃料ガスタンクは、タンク自体もコンパクト化でき、このためタンクとしての取り扱いも容易で且つ安全であり、大幅なコスト低減が図れる。また低圧〜常圧という圧力だけでなく、さらに１０．６８気圧（ゲージ圧で１０ｋｇ／ｃｍ2 ）以上というような加圧下においても大量の燃料ガスを貯蔵できるため、これを設計、配置する場合の自由度も高く、実用上もきわめて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】活性炭１ｇ当りに吸着したメタン量の経時変化について、水を共存させた場合と直接メタンに接触させた場合とで比較した図（温度３０℃、圧力０．２気圧）。
【図２】活性炭１ｇ当りに吸着したメタン量の圧力に伴う変化を、水を共存させた場合と直接メタンに接触させた場合とで比較した図（温度３０℃）。
【図３】活性炭１ｇ当りに吸着したメタン量の圧力に伴う変化を、水を共存させた場合と直接メタンに接触させた場合とで比較した図（温度３０℃）。
【図４】本発明の自動車用燃料ガスタンクの態様の一例を示す断面図。
【図５】本発明の自動車用燃料ガスタンクの別の態様例の断面図。
【図６】本発明の自動車用燃料ガスタンクの別の態様例の断面図。
【図７】本発明の自動車用燃料ガスタンクへの燃料ガスの吸着、充填の態様例を示す図。
【符号の説明】
１ タンク容器
２ 多孔質材料
３ ホストとなる化合物と燃料ガスの導入管兼導出管
４ 開閉弁
５ タンク容器の上部空間
６ 上下両層２間の中間空間
７ 貫通孔
８ 下部空間
９ 貫通孔
１０ 中間空間
１１ 貫通孔
１２ 貫通孔１１からの放射状枝管
１３ 燃料ガス導管
１４ 水蒸気を発生させる機構
１５ 自動車用燃料ガスタンク
１６〜１８ 弁
１９ 水蒸気導管
２０ 導管
Claims (9)
- 容器中に収容した多孔質材料に対して、水、アルコール類又はキノン類からなるホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなることを特徴とする自動車用の燃料ガスタンク。
- 請求項１に記載の自動車用の燃料ガスタンクにおいて、上記充填される燃料ガスがメタン又はメタンを主成分とする燃料ガスである自動車用の燃料ガスタンク。
- 上記多孔質材料が活性炭又はセラミックスである請求項１に記載の自動車用の燃料ガスタンク。
- 請求項１に記載の自動車用の燃料ガスタンクにおいて、該多孔質材料が該容器内に１層又は２層以上の層状に収容されてなることを特徴とする自動車用の燃料ガスタンク。
- 請求項１に記載の自動車用の燃料ガスタンクにおいて、該容器内に収容された多孔質材料の層にホストとなる化合物及び燃料ガス用の通路を設けてなることを特徴とする自動車用の燃料ガスタンク。
- 請求項５に記載の自動車用の燃料ガスタンクにおいて、該通路が放射状に設けられてなることを特徴とする自動車用の燃料ガスタンク。
- 請求項６に記載の自動車用の燃料ガスタンクにおいて、放射状に設けられた該通路にホストとなる化合物及び燃料ガス用導管を放射状に配置してなることを特徴とする自動車用の燃料ガスタンク。
- 容器中に収容した多孔質材料に対して、水、アルコール類又はキノン類からなるホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させてなる自動車用燃料のガスタンクを配置してなることを特徴とする自動車用の燃料ガススタンド。
- 容器中に収容した多孔質材料に対して、水、アルコール類、有機酸類又はキノン類からなるホストとなる化合物の共存下、燃料ガスを吸蔵させた自動車用燃料のガスタンクを配置してなるガススタンドであって、該燃料のガスタンク、これに連なる導管及び水蒸気発生機構等のホストとなる化合物の供給機構を備えてなることを特徴とする自動車用の燃料ガススタンド。
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