JP3738696B2 - 吸着材における燃料ガスの吸着あるいは放出の促進方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスや水素などの燃料ガスを貯蔵するためのガス貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、天然ガスなどの燃料ガスを、吸着材を用いて貯蔵するガス貯蔵装置が知られている。例えば、活性炭などの吸着材を用いた天然ガス貯蔵装置を搭載し、天然ガスを燃料として用いる天然ガス自動車（ＡＮＧ自動車）が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
吸着材を用いたガス貯蔵装置では、燃料ガスの吸着や放出の効率を向上させるために、吸着材の冷却や加熱が行なわれることが多い。しかし、従来は、充分満足のいく程度の高い吸着効率や放出効率を得るのは困難であった。そこで、従来から、吸着材を用いたガス貯蔵装置における燃料ガスの吸着や放出の効率を高めることのできる技術が望まれていた。
【０００４】
本発明のガス貯蔵装置は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料ガスの吸着や放出の効率を向上させる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のガス貯蔵装置は、所定の吸着材に燃料ガスを吸着させることによって、該燃料ガスを貯蔵するガス貯蔵装置であって、
前記吸着材と磁性粒子とを、これらが混合された状態で内部に備える貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンク内に磁場を発生させる磁場発生部と、
前記貯蔵タンクが備える前記吸着材に前記燃料ガスを吸着させる際、あるいは、前記吸着材が吸着している前記燃料ガスを放出させる際に、前記貯蔵タンク内の磁場を変化させる制御部と
を備えることを要旨とする。
【０００６】
以上のように構成された本発明のガス貯蔵装置は、貯蔵タンクが備える吸着材に燃料ガスを吸着させる際、あるいは、吸着材が吸着している燃料ガスを放出させる際には、貯蔵タンク内の磁場を変化させる。このように磁場を変化させると、吸着材と混在された状態で貯蔵タンクに備えられた磁性粒子が、磁場の変化に従って変位する。そのため、貯蔵タンク内では、磁性粒子と吸着材との間に、燃料ガスの通路となる間隙が形成される。
【０００７】
このような本発明のガス貯蔵装置によれば、磁場を変化させることで、磁性粒子と吸着材との間に燃料ガスの通路が形成されるため、吸着材に燃料ガスを吸着させる動作や、吸着材が吸着している燃料ガスを放出させる動作を促進することができる。
【０００８】
本発明のガス貯蔵装置において、前記制御部は、振動磁場を生じさせることによって、前記磁性粒子に作用する磁場を変化させることとしても良い。
【０００９】
本発明のガス貯蔵装置において、前記磁性粒子は、金属粒子または金属錯体粒子であることとしても良い。
【００１０】
本発明のガス貯蔵装置において、前記磁性粒子は、前記燃料ガスを吸着する性質を有する金属錯体粒子であることとしても良い。
【００１１】
このような構成とすれば、金属錯体粒子が燃料ガスを吸着することにより、上記効果に加えて、ガス貯蔵装置全体で、装置を大型化することなく、貯蔵可能な燃料ガス量を増加させることができるという効果を奏する。
【００１２】
なお、本発明は、種々の態様で実施することが可能であり、例えば、ガス貯蔵装置および貯蔵方法、燃料ガスの吸着材への吸着方法および吸着材からの放出方法、燃料ガスの吸着材への吸着／放出の促進方法などの態様で実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．貯蔵タンク２０の構成：
Ｃ．天然ガスを貯蔵・放出する際の動作：
Ｄ．効果：
Ｅ．第２実施例：
Ｆ．変形例：
【００１４】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第１実施例であるガス貯蔵装置１０の構成の概略を表わす説明図である。本実施例のガス貯蔵装置１０は、天然ガスを貯蔵するための装置であり、貯蔵タンク２０、電磁石３０、振動部３２、制御部５０を備える。
【００１５】
貯蔵タンク２０は、内部に吸着材を備え、この吸着材に天然ガスを吸着させることによって、天然ガスを貯蔵する。貯蔵タンク２０の構成については、後に詳述する。
【００１６】
貯蔵タンク２０は、三方弁３６を介して、ガス流入路４４およびガス流出路４６と接続されている。ガス流入路４４には、さらに燃料供給装置４０が接続されている。貯蔵タンク２０には、ガス流入路４４を介して燃料供給装置４０から供給される天然ガスが貯蔵される。燃料供給装置４０としては、所定の場所において天然ガスを供給可能となるように設置された天然ガスステーションなどを挙げることができる。また、貯蔵タンク２０に貯蔵される天然ガスは、ガス流出路４６を介して、燃料消費装置４２に供給される。本実施例では、ガス貯蔵装置１０は、天然ガス自動車に搭載されており、そのエンジンが燃料消費装置４２に相当する。
【００１７】
電磁石３０は、貯蔵タンク２０を間に挟んで対向する一対の電磁石である。この一対の電磁石３０によって、貯蔵タンク２０内には磁場が形成される。これら一対の電磁石３０は、支持部材３１の上に固定されている。この支持部材３１は、振動部３２に接続されている。振動部３２に対して制御部５０から駆動信号が入力されると、支持部材３１が振動し、これに応じて電磁石３０が振動する。
【００１８】
制御部５０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭ、あるいは、各種信号を入出力する入出力ポートを備える。制御部５０は、電磁石３０や振動部３２や三方弁３６等に駆動信号を出力して、貯蔵タンク２０内に磁場を形成させる動作や、電磁石３０を振動させる動作、貯蔵タンク２０に天然ガスを給排する際に流路を切り替える動作などを制御する。また、制御部５０は、貯蔵タンク２０内の圧力を検出する圧力センサ３４や、既述した燃料供給装置４０および燃料消費装置４２等と接続しており、これらから入力される信号によって、上記した各動作の制御に必要な情報を得る。
【００１９】
Ｂ．貯蔵タンク２０の構成：
図２は、貯蔵タンク２０の構成を模式的に表わす図である。貯蔵タンク２０は、貯蔵タンク２０に磁場が印加されたときに、その内部が磁気遮蔽されないよう、強磁性体ではない材料によって外壁が構成されている。また、貯蔵タンク２０は、その内部に、粒子状（粉体状）の吸着材２４と磁性粒子２２とが充填されている。吸着材２４は、天然ガスを吸着・保持する部材であり、本実施例では活性炭を用いた。活性炭は、主として物理吸着により天然ガスを吸着する。したがって、貯蔵タンク２０に対して充分に加圧しながら天然ガスを供給すると、活性炭は天然ガスを吸着する。一方、貯蔵タンク２０内を充分に減圧すると、活性炭に吸着された天然ガスが放出される。
【００２０】
また、磁性粒子２２は、吸着材２４に混在する状態で貯蔵タンク２０内に収納されている。磁性粒子２２は、少なくとも室温（２５℃）において強磁性を示す材料で形成されており、本実施例では、磁性粒子２２として鉄粒子を用いた。
【００２１】
上記吸着材２４および磁性粒子２２を貯蔵タンク２０内に充填する際には、粒子状の吸着材２４と磁性粒子２２とを予め良く混合した後に、これらを圧縮して固め、磁性体添加吸着材として貯蔵タンク２０内に配設する。このような構成とすることで、より多くの天然ガスを貯蔵タンク２０内に貯蔵可能となる。すなわち、吸着材２４を粒子状に形成することによって、天然ガスを吸着可能な吸着材２４の表面積を確保している。また、粒子状の吸着材２４を圧縮して固めることによって、貯蔵タンク２０内に収納される吸着材２４の量を確保している。
【００２２】
Ｃ．天然ガスを貯蔵・放出する際の動作：
貯蔵タンク２０内に天然ガスを貯蔵する動作を行なう指示が制御部５０に入力されると、電磁石３０への通電が行なわれて貯蔵タンク２０内に磁場が形成され、これによって貯蔵タンク２０内の磁性粒子が磁化を示す。電磁石３０が貯蔵タンク２０内に形成する磁場は、図２において、磁力線として点線で示した。また、このとき、振動部３２が駆動されて電磁石３０が振動する。これによって、貯蔵タンク２０内に形成される磁場も振動する。
【００２３】
貯蔵タンク２０内に振動磁場が形成されると、貯蔵タンク２０内に配設された磁性粒子２２は、振動磁場の影響を受けてその場で振動する（図２参照）。既述したように磁性粒子２２は、吸着材２４と混合され、圧縮によって固められている。したがって、磁性粒子２２が振動すると、吸着材２４と磁性粒子２２との間には、瞬間的に微小間隙が形成される。また、このような振動が伝えられることによって、吸着材２４の粒子間においても、瞬間的に随所に微小間隙が形成される。
【００２４】
また、貯蔵タンク２０に天然ガスを貯蔵する動作が指示されたときには、三方弁３６が切り替えられて、ガス流入路４４を介して燃料供給装置４０と貯蔵タンク２０とが連通し、燃料供給装置４０から貯蔵タンク２０に加圧した天然ガスが供給される。このとき、振動磁場が形成されることによって瞬間的に形成される粒子間の微小間隙は、燃料供給装置４０から供給された天然ガスが、各吸着材２４の表面に到達するための通り道となる。
【００２５】
なお、天然ガスを貯蔵する動作を行なう指示は、例えば、所定のスイッチを介して使用者が入力することとすればよい。あるいは、燃料供給装置４０から燃料ガスが供給される供給口と、ガス流入路４４の端部とが接続されたときに、これを認識する信号を制御部５０に入力する構成も可能である。
【００２６】
一方、貯蔵タンク２０内に貯蔵した天然ガスを取り出す動作を行なう指示が制御部５０に入力されたときにも、電磁石３０への通電が行なわれると共に、振動部３２が駆動され、貯蔵タンク２０内に振動磁場が形成される。これによって、上記したように、吸着材２４と磁性粒子２２との間や、吸着材２４の粒子間において、瞬間的に微小間隙が形成される。
【００２７】
また、貯蔵した天然ガスを取り出す動作が指示されたときには、三方弁３６が切り替えられて燃料供給装置４０と燃料消費装置４２とが連通し、貯蔵タンク２０内が減圧される。このとき、振動磁場が形成されることによって形成される微小間隙は、各吸着材２４から放出された天然ガスを外部に導くための通り道となる。
【００２８】
なお、天然ガスを取り出す動作を行なう指示は、例えば、燃料消費装置４２の駆動が指示されたこと（天然ガス自動車のイグニションスイッチがオンとなったこと）を認識する信号を、制御部５０に入力することによればよい。
【００２９】
制御部５０において、天然ガスの貯蔵や取り出しの動作の終了は、圧力センサ３４から入力する検出信号や、天然ガスの供給や消費の動作に関して燃料供給装置４０あるいは燃料消費装置４２から入力される各種信号に基づいて判断される。動作終了を判断すると、制御部５０は、電磁石３０および振動部３２への駆動信号を停止し、貯蔵タンク２０においては、振動磁場が消滅する。
【００３０】
Ｄ．効果：
以上のように構成された本実施例のガス貯蔵装置１０によれば、貯蔵タンク２０内に振動磁場が形成されて、各吸着材２４の周囲で瞬間的に微小間隙が形成され、天然ガスの通路が確保される。したがって、振動磁場を形成することで、貯蔵タンク２０に天然ガスを貯蔵する動作、あるいは、貯蔵した天然ガスを貯蔵タンク２０から取り出す動作を促進することができる。
【００３１】
なお、本実施例では、貯蔵タンク２０内に振動磁場を形成するために電磁石３０を用いたが、電磁石に代えて永久磁石を用いることとしても良い。このような構成とすれば、磁場を発生させるために消費する電気エネルギを節約することができる。
【００３２】
また、本実施例では、磁性粒子２２として鉄粒子を用いたが、磁性粒子２２は、他種の金属粒子など、磁場が形成されたときに充分な磁化を示すものから選択できる。振動磁場によって振動し、上記した天然ガスの通路を形成することができれば良い。鉄以外では、コバルトやニッケル、あるいはこれらの合金など、強磁性体の金属からなる粒子を用いることが望ましい。
【００３３】
Ｅ．第２実施例：
図３は、第２実施例のガス貯蔵装置１１０の概略構成を表わす説明図である。ガス貯蔵装置１１０は、第１実施例のガス貯蔵装置１０と類似する構成を有しており、共通する部材には同じ参照番号を付した。ガス貯蔵装置１１０は、貯蔵タンク２０の壁面外周に沿って、冷却水流路１２６とヒータ１２８とを備えている。図３では、冷却水流路１２６とヒータ１２８の断面のみを模式的に示した。
【００３４】
貯蔵タンク２０に天然ガスを貯蔵する際には、第１実施例と同様に貯蔵タンク２０内に振動磁場を形成すると共に、冷却水流路１２６に冷却水を流して貯蔵タンク２０を冷却し、吸着材２４への天然ガスの吸着を促進する。一方、貯蔵タンク２０から天然ガスを取り出す際には、第１実施例と同様に貯蔵タンク２０内に振動磁場を形成すると共に、ヒータ１２８を用いて貯蔵タンク２０を加熱し、吸着材２４からの天然ガスの放出を促進する。
【００３５】
このような構成とすれば、振動磁場を形成して天然ガスの吸着あるいは放出を促すため、冷却水による冷却あるいはヒータによる加熱のみによって吸着や放出の動作を促進する場合に比べて、吸着や放出の効率を向上させることができる。また、所定の大きさの貯蔵タンク中に所定量の天然ガスを貯蔵する動作や、貯蔵した天然ガスを取り出す動作を行なう際に、冷却水を流したりヒータを用いることで消費するエネルギを削減することが可能となる。ヒータを用いるときには、エネルギの一部が熱として失われてしまうが、ヒータによる加熱で消費するエネルギ量を削減することで、加熱に伴って失われるエネルギ量を抑えることも可能となる。
【００３６】
Ｆ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３７】
Ｆ−１．変形例１：
上記実施例において、磁性粒子２２として、鉄粒子などの金属粒子に代えて、金属錯体粒子を用いる変形が可能である。金属錯体粒子の中には、金属粒子と同様に磁場において磁性を示す性質に加えて、天然ガスを吸着する性質をさらに有するものが知られている。このような金属錯体粒子を用いれば、上記実施例と同様の効果を奏することに加えて、金属錯体粒子が天然ガスを吸着することにより、貯蔵タンク２０における天然ガスの貯蔵量を増加させることができる。天然ガスを吸着する性質を有する金属錯体としては、例えば、トリメシン酸金属錯体や、カルボン酸金属錯体、あるいはジカルボン酸金属錯体を挙げることができる。
【００３８】
Ｆ−２．変形例２：
実施例のガス貯蔵装置１０では、振動磁場を形成するために電磁石３０を振動させたが、貯蔵タンク２０を振動させることとしても良い。電磁石３０と貯蔵タンク２０のいずれか一方を振動させることで、貯蔵タンク２０内に振動磁場を形成することができる。
【００３９】
Ｆ−３．変形例３：
また、電磁石３０自身を振動させる代わりに、電磁石３０への通電状態を制御して、磁場を変化させることとしても良い。磁性粒子２２に作用する磁場が変化することによって磁性粒子２２が変位し、吸着材２４の周囲に天然ガスの通路を形成可能となればよい。
【００４０】
Ｆ−４．変形例４：
図２において一定方向を向く磁力線を示したように、上記実施例のガス貯蔵装置１０では、異極が対向するように一対の電磁石３０を配設した。これに対して、同極が対向するように電磁石３０を配設することもできる。このような構成とすることで、電磁石３０を振動させる際に、磁性粒子２２に作用する磁場の変化の増大を図ることとしても良い。
【００４１】
Ｆ−５．変形例５：
上記実施例では、ガス貯蔵装置１０は、天然ガス自動車に搭載することとしたが、異なる用途で用いることとしてもよい。例えば、ガス貯蔵装置１０を、燃料電池自動車に搭載することもできる。この場合には、ガス貯蔵装置１０に貯蔵した天然ガスを、同じく燃料電池自動車に搭載した所定の改質器に供給して水素を生成し、この水素を燃料電池に供給する。このように、天然ガスを直接的あるいは間接的に燃料として用いる装置に適用すれば、燃料を補給したり燃料を取り出したりする際に、その効率を向上させることができる。
【００４２】
Ｆ−６．変形例６：
天然ガス以外の燃料ガスを貯蔵するために本発明を適用することも可能である。他種の燃料ガスを貯蔵するために上記実施例を適用する場合には、貯蔵する燃料ガスの種類に応じて、これを吸着する能力に優れた吸着材を適宜選択すればよい。他種の燃料ガスの一例としては、水素が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス貯蔵装置１０の構成の概略を表わす説明図である。
【図２】貯蔵タンク２０の構成を模式的に表わす図である。
【図３】第２実施例のガス貯蔵装置１１０の構成の概略を表わす説明図である。
【符号の説明】
１０，１１０…ガス貯蔵装置
２０…貯蔵タンク
２２…磁性粒子
２４…吸着材
３０…電磁石
３１…支持部材
３２…振動部
３４…圧力センサ
３６…三方弁
４０…燃料供給装置
４２…燃料消費装置
４４…ガス流入路
４６…ガス流出路
５０…制御部
１２６…冷却水流路
１２８…ヒータ

Claims (4)

1. 所定の吸着材に燃料ガスを吸着させることによって該燃料ガスを貯蔵するガス貯蔵装置において、前記吸着材に前記燃料ガスを吸着させる、あるいは、前記吸着材が吸着した前記燃料ガスを放出させる動作を促進する促進方法であって、
   前記吸着材は、磁性粒子と混合された状態で前記ガス貯蔵装置に備えられ、
   前記吸着材に前記燃料ガスを吸着させる際、あるいは、前記吸着材が吸着した前記燃料ガスを放出させる際に、前記磁性粒子に作用する磁場を変化させることによって、前記磁性粒子と前記吸着材との間に前記燃料ガスの通路を形成させる
   促進方法。
2. 請求項１記載の促進方法であって、
   前記磁性粒子に作用する磁場を振動させることによって該磁場を変化させる
   促進方法。
3. 請求項１または２記載の促進方法であって、
   前記磁性粒子は金属粒子または金属錯体粒子である
   促進方法。
4. 請求項３記載の促進方法であって、
   前記磁性粒子は、前記燃料ガスを吸着する性質を有する金属錯体粒子である
   促進方法。

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