JP3778671B2 - Fuel tank equipment - Google Patents

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  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の燃料タンク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、タクシー等の自動車用の燃料として、ＬＰＧ（液化石油ガス）が用いられている。ところが、ＬＰＧを燃料とした自動車では、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）による環境汚染の問題があるため、最近では、排ガス中の窒素酸化物の発生量がＬＰＧに比べて４０〜７０％も軽減されるＬＮＧ（液化天然ガス）の使用が提案されており、環境にやさしい自動車として、期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＬＮＧは、メタン：ＣＨ4 を主成分とする可燃性ガスであり、その沸点が約−１６２℃と極低温である（ＬＰＧの沸点は、−２０〜３０℃である）ため気化しやすく、また、気化すると高圧ガスになる。したがって、ＬＮＧを燃料として用いると、これを収容する燃料タンク内で多量の気化ＬＮＧが発生して燃料タンク内が異常高圧になりやすく、このため、上記気化ＬＮＧを燃料タンク外に放出する必要が生じてくる。ところが、このように多量に発生する気化ＬＮＧを燃料タンク外に放出するのでは、この放出する燃料が無駄になり、燃費が大幅にアップするとともに、発火する危険や、逆に環境汚染を招くという問題を生じる。したがって、ＬＮＧを燃料として用いた自動車の一般普及は実現されていないのが実情である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ＬＮＧを燃料として用いる場合にも、これを外部に放出する必要のない燃料タンク装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の燃料タンク装置は、ＬＮＧを収容する燃料タンクと、この燃料タンクに取り付けるパルスチューブ冷凍機とを備え、上記パルスチューブ冷凍機のパルスチューブを燃料タンクの上部周壁に貫通状態で取り付け、上記パルスチューブの冷端を上記燃料タンクの上部空間内に配設するとともに、熱端を上記燃料タンクの外部に配設し、上記パルスチューブの冷端側で発生する冷熱により上記燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを液化して再利用可能にし、上記パルスチューブの冷端を開閉弁付き第１パイプを介してコンプレッサーのガス吸入口に連通するとともに、開閉弁付き第２パイプを介してコンプレッサーのガス吐出口に連通し、上記コンプレッサーの動力源を、上記燃料タンクからＬＮＧが供給されている自動車等のエンジンとは異なる内燃機関で構成し、この内燃機関の燃焼室を開閉弁付きガス吸入管を介して上記燃料タンクの上部空間に連通し、この燃料タンクに、その上部空間内が所定の圧力になるとガス吸入管の開閉弁を開弁して燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧをガス吸入管を介して内燃機関の燃焼室に供給可能にする圧力計を設け、上記燃料タンクの上部空間内が上記所定圧力になると、上記内燃機関の燃焼室に燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを送給するように構成したという構成をとる。
【０００６】
すなわち、本発明の燃料タンク装置は、ＬＮＧを収容する燃料タンクにパルスチューブ冷凍機を設け、このパルスチューブ冷凍機のパルスチューブを燃料タンクの上部周壁に貫通状態で取り付け、上記パルスチューブの冷端を燃料タンクの上部空間内に配設し、そこに冷熱を発生させ、この冷熱により燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを液化して再使用可能にしている。このように、本発明の燃料タンク装置では、燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを液化することにより再使用可能にしているため、この気化ＬＮＧを燃料タンクの外部に放出しなくてもよい。したがって、燃費のアップを抑制しうると同時に、発火の危険や環境汚染の問題も全く生じず、ＬＮＧを燃料として用いた自動車の一般普及を可能ならしめるものである。
【０００７】
また、本発明では、上記パルスチューブの冷端を開閉弁付き第１パイプを介してコンプレッサーのガス吸入口に連通するとともに、開閉弁付き第２パイプを介してコンプレッサーのガス吐出口に連通したため、コンプレッサーにより、パルスチューブの冷端側へのガス供給，ガス排出の切り換えが簡単に行えるという利点がある。また、上記コンプレッサーの動力源を内燃機関で構成し、この内燃機関の燃焼室に燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを送給するように構成したため、燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを内燃機関の燃料として利用することができるという利点がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【０００９】
図１は本発明の燃料タンク装置の一実施の形態を示している。図において、１は内部にＬＮＧ３が収容された燃料タンクであり、その周壁２は、内部が真空に保持された内外二重壁２ａ，２ｂで構成されている。４は燃料タンク１の上部周壁２ｃに取り付けられたパルスチューブ冷凍機である。
【００１０】
上記パルスチューブ冷凍機４は、図２に示すように、円筒状のパルスチューブ５と、高圧ガス溜め（高圧バッファタンク）６と、低圧ガス溜め（低圧バッファタンク）７とを備えており、パルスチューブ５内でガス（この実施の形態では、ガスとしてヘリウムガスを用いている）を膨張させることにより、寒冷を発生させるようにしている。このようなパルスチューブ５は、燃料タンク１の上部周壁２ｃに、これを貫通する状態で取り付けられており、その冷端５ａが燃料タンク１内の上部空間に配設されているとともに、その熱端５ｂが燃料タンク１の外部に配設され放熱されるようになっている。８，９はパルスチューブ５の冷端５ａおよび熱端５ｂに配設される円盤状の層流化部材である。１０，１１はパルスチューブ５の冷端５ａおよび熱端５ｂに取り付けられる円盤状の蓋体であり、その内面の外周部から突設された円筒状取付け部１０ａ，１１ａに層流化部材８，９が内嵌状に収容，保持されている。
【００１１】
１２は一端１２ａが冷端側蓋体１０の中央貫通穴１０ｂに内嵌状に取り付けられた冷端側本管であり、その他端が給気弁１３ａを設けた給気管１３と排気弁１４ａを設けた排気管１４に分岐している。そして、給気管１３の先端部がコンプレッサー２０のシリンダ室２０ａの一側壁（図面では、左側壁）から室内に突入し、その先端開口がシリンダ室２０ａのガス吐出口１３ｂになっている。一方、排気管１４の先端部もシリンダ室２０ａの一側壁から室内に突入し、その先端開口がシリンダ室２０ａのガス吸入口１４ｂになっている。１５は一端１５ａが熱端側蓋体１１の中央貫通穴１１ｂに内嵌状に取り付けられた熱端側本管であり、その他端が第１弁１６ａを設けた第１分岐管１６と第２弁１７ａを設けた第２分岐管１７に分岐している。そして、第１分岐管１６の先端が高圧ガス溜め６に連通し、第２分岐管１７が低圧ガス溜め７に連通している。図２において、１８ａは給気管１３の先端開口（ガス吐出口）１３ｂを開閉する吐出弁であり、１８ｂは排気管１４の先端開口（ガス吸入口）１４ｂを開閉する吸入弁である。
【００１２】
図１に戻って、２０はパルスチューブ５の冷端５ａ側に対するガス給気およびガス排気を行う往復式コンプレッサーであり、２１はコンプレッサー２０のシリンダ室２０ａ内のピストン２０ｂを往復運動させる内燃機関（この実施の形態では、模型飛行機用のエンジンが用いられている）である。２２は内燃機関２１の燃焼室であり、その吸気口が開閉弁２４ａ付きガス吸入管２４を介して燃料タンク１の上部空間に連通している。これにより、燃料タンク１の上部空間に溜まるメタンガスを内燃機関２１の燃料として利用できる。一方、燃焼室２２の排気口が排気管３０，マフラー（図示せず）等を介して大気中に連通している。２３はシリンダ室２０ａ内のピストン２０ｂと燃焼室２２内のピストン２２ａを連結する連接棒２３であり、燃焼室２２内のピストン２２ａの往復運動をそのままシリンダ室２０ａ内のピストン２０ｂに伝達している。３１は燃焼室２２内に設けた戻しばねであり、燃焼室２２の燃焼，爆発により下死点に到達したピストン２２ａを上死点に戻す作用をする。３２は燃焼室２２に設けた点火プラグである。図において、２１ａは内燃機関２１のスタータである。
【００１３】
また、２５は圧力計であり、燃料タンク１の上部空間が所定圧力になると、開閉弁２４ａを開弁し、燃料タンク１の上部空間に溜まったメタンガスをガス吸入管２４を介して内燃機関２１の燃料室２２に供給可能にするとともに、コンプレッサー２０，内燃機関２１およびパルスチューブ冷凍機４をＯＮ作動させる作用をする。２６は安全弁２６ａ付きガス抜き管であり、その先端に触媒筒２７が取り付けられている。上記安全弁２６ａは、燃料タンク１の上部空間が所定圧力になると開弁し、燃料タンク１内のメタンガスをガス抜き管２６を介して触媒筒２７に送り、この触媒筒２７で燃焼させてから大気中に放出する。２８は燃料タンク１内のＬＮＧを自動車等のエンジンに供給する供給管であり、２９は上記供給管２８に設けられたＬＮＧ気化用の蒸発器である。
【００１４】
上記構成において、燃料タンク１の上部空間が所定圧力になると、これを圧力計２５が検出し、開閉弁２４ａが開弁するとともに、コンプレッサー２０，内燃機関２１およびパルスチューブ冷凍機４がＯＮ作動する。この場合に、自動車等の運転中には、電源としてバッテリーを利用する。また、エンジン停止時には、自動車等が屋外にある場合に、自動車等の屋根に取り付けた太陽電池によりバッテリーを充電することができる。また、自動車等が屋内（屋根付き駐車場等）にある場合に、屋内用電源から引き出した電源を利用する。
【００１５】
上記ＯＮ作動により、内燃機関２１は、通常の模型飛行機用のエンジンと同様に作動する。その作動を概略的に説明すると、まず、燃焼室２２の吸気弁（図示せず）が開弁し、ガス吸入管２４から燃料タンク１の上部空間に溜まるメタンガスが燃焼室２２に流入する。ついで、所定時期に点火プラグ３２が点火し燃焼室２２で燃焼，爆発が起こり、この爆発力によりピストン２２ａが下死点側に（図面では、左側に）移動し、下死点に到達したのち、戻しばね３１のスプリング力で上死点側に（図面では、右側に）移動する。そして、ピストン２２ａが上死点に到達したときに、再度点火プラグ３２が点火し、燃焼室２２で燃焼，爆発が起こり、ピストン２２ａが下死点側に移動する。このような移動を繰り返すことにより、燃焼室２２内でピストン２２ａが左右方向に往復運動を行う。このようなサイクルにおいて、吸気弁，排気弁（図示せず）の開閉が適正に行われ、燃焼室２２に燃料タンク１の上部空間に溜まるメタンガスがガス吸入管２４を介して送り込まれ、燃焼室２２で生成した燃焼ガスが排気管３０，マフラー等を介して大気中に排気される。そして、この往復運動は、連接棒２３によりコンプレッサー２０のシリンダ室２０ａのピストン２０ｂに伝達される。
【００１６】
コンプレッサー２０では、燃焼室２２のピストン２２ａが左側に移動するときに、シリンダ室２０ａのピストン２０ｂも左側に移動する。このとき、給気弁１３ａ，吐出弁１３ｂは開弁状態にあり、排気弁１４ａ，吸入弁１４ｂは閉弁状態にある。これにより、ピストン２０ｂの移動でシリンダ室２０ａ内のガスは圧縮されながら、高圧ガスとなってシリンダ室２０ａのガス吐出口１３ｂから吐出され、給気管１３，冷端側本管１２を通りパルスチューブ５内に流入する。一方、燃焼室２２のピストン２２ａが右側に移動するときに、シリンダ室２０ａのピストン２０ｂも右側に移動する。このとき、給気弁１３ａ，吐出弁１３ｂは閉弁状態にあり、排気弁１４ａ，吸入弁１４ｂは開弁状態にある。これにより、ピストン２０ｂの移動でシリンダ室２０ａ内が負圧になって吸引力が発生し、パルスチューブ５内のガスが冷端側本管１２，排気管１４を通りシリンダ室２０ａのガス吸入口１３ａから吸入される。このようにして、シリンダ室２０ａのピストン２０ｂの往復運動により、パルスチューブ５の冷端５ａ側に対するガス給気およびガス排気が行われる。
【００１７】
このようなコンプレッサー２０に対するガス給気およびガス排気により、パルスチューブ冷凍機４がつぎのサイクルを繰り返す。まず、図３に示すように、給気弁１３ａ，排気弁１４ａおよび第２弁１７ａを閉弁する。一方、コンプレッサー２０では、吐出弁１８ａを閉弁し、吸入弁１８ｂを開弁している（図６に示す状態になっている）。ついで、第１弁１６ａを開弁すると、高圧ガス溜め６内の高圧気体がパルスチューブ５の熱端５ｂに流れ込み、パルスチューブ５内のガス圧は高圧ガス溜め６の圧力近くまで上昇する。この過程Ｐのパルスチューブ５内の気体分布が図３に示されている。図３において、Ｄは高圧ガス溜め６から導入された高圧ガスで、Ｂ，Ｃは低圧から高圧になったパルスチューブ５内のガスである。
【００１８】
つぎに、図４に示すように、第１弁１６ａを開弁した状態で給気弁１３ａおよび吐出弁１８ａを開弁し、吸入弁１８ｂを閉弁する（その他の弁１４ａ，１７ａは元のまま）。このとき、コンプレッサー２０のシリンダ室２０ａ内では、ピストン２０ｂが左側に移動しており、シリンダ室２０ａからパルスチューブ５の冷端５ａに高圧ガスが供給される。この高圧ガスの給気圧力が高圧ガス溜め６の圧力よりやや高く設定されており、上記過程Ｐでパルスチューブ５の熱端５ｂに流れ込んだ高圧ガス溜め６の高圧ガスＤ（図３参照）はただちに高圧ガス溜め６内に戻される。この過程Ｑは基本的には等圧給気過程であり、パルスチューブ５内の気体分布が図４に示されている。図４において、Ａはコンプレッサー２０からパルスチューブ５内に導入された高圧ガスである。
【００１９】
つぎに、図５に示すように、第１弁１６ａおよび給気弁１３ａを閉弁し、第２弁１７ａを開弁すると（その他の弁１４ａ，１８ａ，１８ｂは元のまま）、パルスチューブ５の熱端５ｂのガスＣ（図４参照）が低圧ガス溜め７に流入する（戻る）ため、パルスチューブ５内の圧力が低圧ガス溜め７の圧力まで低下する。すなわち、上記過程Ｑにおいてパルスチューブ５の冷端５ａに入った高圧ガスＡはガスＢとともに低圧ガス溜め７の圧力まで膨脹し、−２００℃程度まで温度降下してパルスチューブ５の冷端５ａ側を冷却する。この過程Ｒのパルスチューブ５内の気体分布が図５に示されている。
【００２０】
つぎに、排気弁１４ａおよび吸入弁１８ｂを開弁し、吐出弁１８ａを閉弁する（その他の弁１３ａ，１６ａ，１７ａは元のまま）。このとき、シリンダ室２０ａ内では、ピストン２０ｂが右側に移動しており、上記過程Ｒにおいてパルスチューブ５内で膨脹したガスＡがシリンダ室２０ａ内に吸入され、低圧ガス溜め７の低圧ガスがパルスチューブ５内に流入する。
【００２１】
こうして１サイクルが終わり、ついで新たに上記過程Ｐが始まる。そして、上記１サイクルが終わると、結局、ガスＡがコンプレッサー２０からパルスチューブ５内に入り、このパルスチューブ５内で断熱膨脹し寒冷を発生したのち、コンプレッサー２０に戻ることになる。また、ガスＢは常にパルスチューブ５内でガスピストンの役割を演じ、Ｃ，Ｄはそれぞれ各ガス溜め６，７から出入りしているだけである。
【００２２】
上記のように、この実施の形態では、燃料タンク１の上部周壁２ｃにパルスチューブ冷凍機４を設け、燃料タンク１の上部空間の圧力が所定値になると、パルスチューブ５の冷端５ａ側に冷熱を発生させ、この冷熱で燃料タンク１の上部空間に溜まるメタンガスを液化しているため、燃料タンク１内に所定量以上のメタンガスが溜まることがなく、異常高圧になることがない。このため、燃料タンク１の上部空間に溜まるメタンガスを燃料タンク１の外部に放出する必要がなく、燃費のアップが防止できる。しかも、パルスチューブ５内へのガスの出入りは全て可逆的にロス無く行われた状態で、ガスＡの膨脹が行われたことになるので、この理論効率は１００％となる（実際には、各弁等を通過するガスの弁前後の圧力差が零であることはありえないので、厳密に１００％とはならないが、原理的にロスが無い）。さらに、コンプレッサー２０の動力源として内燃機関２１を用い、この内燃機関２１の燃料として燃料タンク１の上部空間に溜まるメタンガスを有効利用している。
【００２３】
なお、上記実施の形態において、各弁１３ａ，１４ａ，１６ａ，１７ａのタイプとして電動弁、電磁弁、気動弁または回転弁などが用いられる。
【００２４】
また、上記実施の形態では、パルスチューブ冷凍機４用のガスとして、ヘリウムガスを用いているが、これに限定するものではなく、窒素ガス等を用いてもよい。また、上記実施の形態では、連接棒２３により両ピストン２０ｂ，ピストン２２ａを連結しているが、クランクシャフト等により連結してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の燃料タンク装置によれば、燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを液化することで、燃料タンクの上部空間に気化ＬＮＧが溜まることを防いでいるため、この気化ＬＮＧを燃料タンクの外部に放出しなくてもよい。したがって、燃費のアップを抑えることができ、ＬＮＧを燃料として用いた自動車等の一般普及が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料タンク装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】パルスチューブ冷凍機の説明図である。
【図３】パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図である。
【図４】パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図である。
【図５】パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図である。
【図６】パルスチューブ冷凍機の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ｃ 上部周壁
３ ＬＮＧ
４ パルスチューブ冷凍機
５ パルスチューブ
５ａ 冷端
５ｂ 熱端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel tank apparatus for an automobile or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, LPG (liquefied petroleum gas) is used as fuel for automobiles such as taxis. However, in the automobile in which the LPG as fuel, because of the nitrogen oxides in the exhaust gas (NO X) in accordance with environmental pollution problems, recently, the generation amount of nitrogen oxides in the exhaust gas as compared with LPG 40 to 70% The use of LNG (liquefied natural gas) is also proposed, and it is expected as an environmentally friendly automobile.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, LNG is a combustible gas mainly composed of methane: CH 4 and has a boiling point of about −162 ° C. and a very low temperature (the boiling point of LPG is −20 to 30 ° C.), so that it is vaporized. Easily and when vaporized, it becomes a high-pressure gas. Therefore, when LNG is used as fuel, a large amount of vaporized LNG is generated in the fuel tank that accommodates it, and the inside of the fuel tank is likely to become abnormally high in pressure. Therefore, it is necessary to release the vaporized LNG to the outside of the fuel tank. Will arise. However, if such a large amount of vaporized LNG is released outside the fuel tank, this released fuel will be wasted, resulting in a significant increase in fuel efficiency and the risk of ignition and conversely environmental pollution. Cause problems. Therefore, the general situation of automobiles using LNG as fuel has not been realized.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel tank device that does not need to be released to the outside even when LNG is used as fuel.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a fuel tank apparatus according to the present invention includes a fuel tank that contains LNG and a pulse tube refrigerator that is attached to the fuel tank, and the pulse tube of the pulse tube refrigerator is disposed above the fuel tank. Attached to the peripheral wall in a penetrating manner, the cold end of the pulse tube is disposed in the upper space of the fuel tank, and the hot end is disposed outside the fuel tank, and is generated on the cold end side of the pulse tube. The vaporized LNG that accumulates in the upper space of the fuel tank due to cold heat is liquefied so that it can be reused. The cold end of the pulse tube communicates with the gas inlet of the compressor via a first pipe with an on-off valve, and with an on-off valve. communicates with the gas discharge port of the compressor via a second pipe, the power source of the compressor, the LNG from the fuel tank test Composed of different internal combustion engines and engine such as an automobile that is, communicates a combustion chamber of the internal combustion engine in the upper space of the fuel tank via the opening and closing valve with a gas inlet pipe, to the fuel tank, the upper space A pressure gauge is provided that opens the on-off valve of the gas intake pipe when the inside reaches a predetermined pressure so that vaporized LNG accumulated in the upper space of the fuel tank can be supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine through the gas intake pipe. When the pressure in the upper space of the fuel tank reaches the predetermined pressure, vaporized LNG accumulated in the upper space of the fuel tank is supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine.
[0006]
That is, in the fuel tank device of the present invention, a pulse tube refrigerator is provided in a fuel tank that contains LNG, the pulse tube of this pulse tube refrigerator is attached to the upper peripheral wall of the fuel tank in a penetrating state, and the cold end of the pulse tube Is disposed in the upper space of the fuel tank, cold heat is generated therein, and the vaporized LNG accumulated in the upper space of the fuel tank is liquefied by the cold heat so that it can be reused. As described above, in the fuel tank device of the present invention, the vaporized LNG accumulated in the upper space of the fuel tank is liquefied so that it can be reused. Therefore, the vaporized LNG does not have to be released to the outside of the fuel tank. Therefore, an increase in fuel consumption can be suppressed, and at the same time, there are no dangers of ignition or environmental pollution, and the general use of automobiles using LNG as fuel becomes possible.
[0007]
Further, in the present invention, communicates with the gas inlet of the compressor via a first pipe with closing valve cold end of the pulse tube, for communicating with the gas discharge port of the compressor via a second pipe with closing valve The compressor has the advantage that the gas supply to the cold end of the pulse tube and the gas discharge can be switched easily. Further, the power source of the compressor constituted by an internal combustion engine, because that is configured to deliver vaporized LNG accumulating in the upper space of the fuel tank to the combustion chamber of the internal combustion engine, the vaporized LNG accumulating in the upper space of the fuel tank There exists an advantage that it can utilize as a fuel of an internal combustion engine.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 shows an embodiment of a fuel tank apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a fuel tank in which LNG 3 is housed, and its peripheral wall 2 is composed of inner and outer double walls 2a and 2b whose interior is held in vacuum. Reference numeral 4 denotes a pulse tube refrigerator attached to the upper peripheral wall 2 c of the fuel tank 1.
[0010]
As shown in FIG. 2, the pulse tube refrigerator 4 includes a cylindrical pulse tube 5, a high-pressure gas reservoir (high-pressure buffer tank) 6, and a low-pressure gas reservoir (low-pressure buffer tank) 7. Cold is generated by expanding a gas (in this embodiment, helium gas is used as a gas) in the tube 5. Such a pulse tube 5 is attached to the upper peripheral wall 2c of the fuel tank 1 so as to penetrate the fuel tube 1, and its cold end 5a is disposed in the upper space in the fuel tank 1, and its heat The end 5b is disposed outside the fuel tank 1 so as to dissipate heat. 8 and 9 are disk-like laminar members disposed at the cold end 5a and the hot end 5b of the pulse tube 5, respectively. Reference numerals 10 and 11 denote disc-shaped lids attached to the cold end 5a and the hot end 5b of the pulse tube 5. The laminar flow members 8 and 11a are formed on the cylindrical attachment portions 10a and 11a projecting from the outer peripheral portion of the inner surface. 9 is accommodated and held in an internally fitted shape.
[0011]
Reference numeral 12 denotes a cold end side main pipe having one end 12a fitted in the central through hole 10b of the cold end side lid body 10, and the other end connected to an air supply pipe 13 and an exhaust valve 14a provided with an air supply valve 13a. The exhaust pipe 14 branches off. And the front-end | tip part of the air supply pipe | tube 13 penetrates into the room | chamber interior from one side wall (left side wall in drawing) of the cylinder chamber 20a of the compressor 20, and the front-end | tip opening serves as the gas discharge port 13b of the cylinder chamber 20a. On the other hand, the distal end portion of the exhaust pipe 14 also enters the chamber from one side wall of the cylinder chamber 20a, and the distal end opening serves as the gas inlet 14b of the cylinder chamber 20a. Reference numeral 15 denotes a heat end side main pipe having one end 15a fitted in the central through hole 11b of the heat end side lid body 11, and the other end of the first branch pipe 16 provided with the first valve 16a and the second end. It branches to the 2nd branch pipe 17 which provided the valve 17a. The tip of the first branch pipe 16 communicates with the high pressure gas reservoir 6, and the second branch pipe 17 communicates with the low pressure gas reservoir 7. In FIG. 2, 18a is a discharge valve for opening and closing the front end opening (gas discharge port) 13b of the supply pipe 13, and 18b is a suction valve for opening and closing the front end opening (gas suction port) 14b of the exhaust pipe 14.
[0012]
Returning to FIG. 1, reference numeral 20 denotes a reciprocating compressor that supplies and discharges gas to and from the cold end 5 a side of the pulse tube 5, and 21 denotes an internal combustion engine that reciprocates a piston 20 b in a cylinder chamber 20 a of the compressor 20 ( In this embodiment, a model airplane engine is used). Reference numeral 22 denotes a combustion chamber of the internal combustion engine 21, and its intake port communicates with the upper space of the fuel tank 1 through a gas intake pipe 24 with an on-off valve 24a. Thereby, methane gas accumulated in the upper space of the fuel tank 1 can be used as fuel for the internal combustion engine 21. On the other hand, the exhaust port of the combustion chamber 22 communicates with the atmosphere via an exhaust pipe 30, a muffler (not shown), and the like. A connecting rod 23 connects the piston 20b in the cylinder chamber 20a and the piston 22a in the combustion chamber 22 and transmits the reciprocating motion of the piston 22a in the combustion chamber 22 to the piston 20b in the cylinder chamber 20a as it is. . Reference numeral 31 denotes a return spring provided in the combustion chamber 22, which acts to return the piston 22 a that has reached the bottom dead center due to combustion and explosion of the combustion chamber 22 to the top dead center. An ignition plug 32 is provided in the combustion chamber 22. In the figure, 21a is a starter of the internal combustion engine 21.
[0013]
Reference numeral 25 denotes a pressure gauge. When the upper space of the fuel tank 1 reaches a predetermined pressure, the on-off valve 24a is opened, and the methane gas accumulated in the upper space of the fuel tank 1 is passed through the gas intake pipe 24 to the internal combustion engine 21. The fuel chamber 22 can be supplied, and the compressor 20, the internal combustion engine 21 and the pulse tube refrigerator 4 are turned on. Reference numeral 26 denotes a gas vent pipe with a safety valve 26a, to which a catalyst cylinder 27 is attached. The safety valve 26a is opened when the upper space of the fuel tank 1 reaches a predetermined pressure, and the methane gas in the fuel tank 1 is sent to the catalyst cylinder 27 through the gas vent pipe 26 and burned in the catalyst cylinder 27, and then the atmosphere is discharged. Release into. Reference numeral 28 denotes a supply pipe for supplying the LNG in the fuel tank 1 to an engine such as an automobile. Reference numeral 29 denotes an evaporator for LNG vaporization provided in the supply pipe 28.
[0014]
In the above configuration, when the upper space of the fuel tank 1 reaches a predetermined pressure, the pressure gauge 25 detects this, and the on-off valve 24a is opened, and the compressor 20, the internal combustion engine 21 and the pulse tube refrigerator 4 are turned on. . In this case, the battery is used as a power source during operation of the automobile or the like. Further, when the engine is stopped, the battery can be charged by a solar cell attached to the roof of the automobile or the like when the automobile or the like is outdoors. In addition, when an automobile or the like is indoors (such as a covered parking lot), a power source drawn from an indoor power source is used.
[0015]
By the ON operation, the internal combustion engine 21 operates in the same manner as a normal model airplane engine. The operation is schematically described. First, an intake valve (not shown) of the combustion chamber 22 is opened, and methane gas accumulated in the upper space of the fuel tank 1 flows into the combustion chamber 22 from the gas intake pipe 24. Next, the spark plug 32 is ignited at a predetermined time, and combustion and explosion occur in the combustion chamber 22. After this explosion force, the piston 22 a moves to the bottom dead center side (to the left side in the drawing) and reaches the bottom dead center. The spring force of the return spring 31 moves to the top dead center side (to the right side in the drawing). When the piston 22a reaches top dead center, the ignition plug 32 is ignited again, combustion and explosion occur in the combustion chamber 22, and the piston 22a moves to the bottom dead center side. By repeating such movement, the piston 22a reciprocates in the left-right direction in the combustion chamber 22. In such a cycle, an intake valve and an exhaust valve (not shown) are appropriately opened and closed, and methane gas accumulated in the upper space of the fuel tank 1 is fed into the combustion chamber 22 via the gas intake pipe 24, and the combustion chamber The combustion gas generated at 22 is exhausted to the atmosphere through the exhaust pipe 30 and the muffler. The reciprocating motion is transmitted to the piston 20 b of the cylinder chamber 20 a of the compressor 20 by the connecting rod 23.
[0016]
In the compressor 20, when the piston 22a of the combustion chamber 22 moves to the left side, the piston 20b of the cylinder chamber 20a also moves to the left side. At this time, the supply valve 13a and the discharge valve 13b are in an open state, and the exhaust valve 14a and the intake valve 14b are in a closed state. As a result, the gas in the cylinder chamber 20a is compressed by the movement of the piston 20b and is discharged as a high-pressure gas from the gas discharge port 13b of the cylinder chamber 20a, passes through the air supply pipe 13 and the cold end side main pipe 12, and the pulse tube. 5 flows in. On the other hand, when the piston 22a of the combustion chamber 22 moves to the right side, the piston 20b of the cylinder chamber 20a also moves to the right side. At this time, the air supply valve 13a and the discharge valve 13b are closed, and the exhaust valve 14a and the intake valve 14b are open. As a result, a negative pressure is generated in the cylinder chamber 20a due to the movement of the piston 20b, and a suction force is generated. The gas in the pulse tube 5 passes through the cold end side main pipe 12 and the exhaust pipe 14, and the gas suction port of the cylinder chamber 20a. Inhaled from 13a. In this manner, gas supply and gas exhaust to the cold end 5a side of the pulse tube 5 are performed by the reciprocating motion of the piston 20b of the cylinder chamber 20a.
[0017]
The pulse tube refrigerator 4 repeats the following cycle by such gas supply and gas exhaust to the compressor 20. First, as shown in FIG. 3, the air supply valve 13a, the exhaust valve 14a, and the second valve 17a are closed. On the other hand, in the compressor 20, the discharge valve 18a is closed and the intake valve 18b is opened (the state shown in FIG. 6). Next, when the first valve 16 a is opened, the high-pressure gas in the high-pressure gas reservoir 6 flows into the hot end 5 b of the pulse tube 5, and the gas pressure in the pulse tube 5 rises to near the pressure in the high-pressure gas reservoir 6. The gas distribution in the pulse tube 5 in this process P is shown in FIG. In FIG. 3, D is a high-pressure gas introduced from the high-pressure gas reservoir 6, and B and C are gases in the pulse tube 5 that have been changed from low pressure to high pressure.
[0018]
Next, as shown in FIG. 4, with the first valve 16a opened, the air supply valve 13a and the discharge valve 18a are opened, and the intake valve 18b is closed (the other valves 14a and 17a are the original ones). Leave). At this time, in the cylinder chamber 20 a of the compressor 20, the piston 20 b moves to the left side, and high pressure gas is supplied from the cylinder chamber 20 a to the cold end 5 a of the pulse tube 5. The supply pressure of the high-pressure gas is set to be slightly higher than the pressure of the high-pressure gas reservoir 6, and the high-pressure gas D (see FIG. 3) of the high-pressure gas reservoir 6 flowing into the hot end 5b of the pulse tube 5 in the process P is Immediately, the high pressure gas reservoir 6 is returned. This process Q is basically an isobaric supply process, and the gas distribution in the pulse tube 5 is shown in FIG. In FIG. 4, A is a high-pressure gas introduced from the compressor 20 into the pulse tube 5.
[0019]
Next, as shown in FIG. 5, when the first valve 16a and the air supply valve 13a are closed and the second valve 17a is opened (the other valves 14a, 18a, and 18b remain unchanged), the pulse tube 5 Since the gas C (see FIG. 4) at the hot end 5b flows into (returns to) the low-pressure gas reservoir 7, the pressure in the pulse tube 5 decreases to the pressure of the low-pressure gas reservoir 7. That is, the high pressure gas A that has entered the cold end 5a of the pulse tube 5 in the process Q expands to the pressure of the low pressure gas reservoir 7 together with the gas B, drops to about -200 ° C., and falls to the cold end 5a side of the pulse tube 5. Cool down. The gas distribution in the pulse tube 5 in the process R is shown in FIG.
[0020]
Next, the exhaust valve 14a and the intake valve 18b are opened, and the discharge valve 18a is closed (the other valves 13a, 16a, and 17a remain unchanged). At this time, in the cylinder chamber 20a, the piston 20b is moved to the right, the gas A expanded in the pulse tube 5 in the process R is sucked into the cylinder chamber 20a, and the low-pressure gas in the low-pressure gas reservoir 7 is pulsed. It flows into the tube 5.
[0021]
Thus, one cycle is completed, and then the above process P is newly started. When one cycle is completed, the gas A eventually enters the pulse tube 5 from the compressor 20 and adiabatically expands in the pulse tube 5 to generate cold, and then returns to the compressor 20. Gas B always plays the role of a gas piston in the pulse tube 5, and C and D only enter and exit from the respective gas reservoirs 6 and 7, respectively.
[0022]
As described above, in this embodiment, the pulse tube refrigerator 4 is provided on the upper peripheral wall 2c of the fuel tank 1, and when the pressure in the upper space of the fuel tank 1 reaches a predetermined value, the pulse tube 5 has a cold end 5a side. Since cold heat is generated and methane gas accumulated in the upper space of the fuel tank 1 is liquefied by the cold heat, a predetermined amount or more of methane gas does not accumulate in the fuel tank 1 and does not become abnormally high pressure. For this reason, it is not necessary to release the methane gas accumulated in the upper space of the fuel tank 1 to the outside of the fuel tank 1, and the fuel consumption can be prevented from being increased. In addition, since the gas A is expanded in a state where all the gas flows into and out of the pulse tube 5 without loss, this theoretical efficiency is 100% (in practice, Since the pressure difference before and after the valve of the gas passing through each valve or the like cannot be zero, it is not exactly 100%, but there is no loss in principle). Further, an internal combustion engine 21 is used as a power source for the compressor 20, and methane gas accumulated in the upper space of the fuel tank 1 is effectively used as fuel for the internal combustion engine 21.
[0023]
In the above embodiment, an electric valve, a solenoid valve, a pneumatic valve, a rotary valve, or the like is used as the type of each valve 13a, 14a, 16a, 17a.
[0024]
In the above embodiment, as the gas of the pulse tube refrigerator 4, but using helium gas is not limited thereto, it may be used such as nitrogen gas. Also, in the above embodiment, both pistons 20b by connecting rod 23, but connects the piston 22a, may be connected by a crank shaft or the like.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the fuel tank apparatus of the present invention, the vaporized LNG accumulated in the upper space of the fuel tank is liquefied to prevent the vaporized LNG from accumulating in the upper space of the fuel tank. May not be released to the outside of the fuel tank. Therefore, an increase in fuel consumption can be suppressed, and the general spread of automobiles and the like using LNG as fuel becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a fuel tank device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a pulse tube refrigerator.
FIG. 3 is an explanatory view showing the operation of the pulse tube refrigerator.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the pulse tube refrigerator.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation of the pulse tube refrigerator.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation of the pulse tube refrigerator.
[Explanation of symbols]
1 Fuel tank 2c Upper peripheral wall 3 LNG
4 Pulse tube refrigerator 5 Pulse tube 5a Cold end 5b Hot end

Claims (1)

ＬＮＧを収容する燃料タンクと、この燃料タンクに取り付けるパルスチューブ冷凍機とを備え、上記パルスチューブ冷凍機のパルスチューブを燃料タンクの上部周壁に貫通状態で取り付け、上記パルスチューブの冷端を上記燃料タンクの上部空間内に配設するとともに、熱端を上記燃料タンクの外部に配設し、上記パルスチューブの冷端側で発生する冷熱により上記燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを液化して再利用可能にし、上記パルスチューブの冷端を開閉弁付き第１パイプを介してコンプレッサーのガス吸入口に連通するとともに、開閉弁付き第２パイプを介してコンプレッサーのガス吐出口に連通し、上記コンプレッサーの動力源を、上記燃料タンクからＬＮＧが供給されている自動車等のエンジンとは異なる内燃機関で構成し、この内燃機関の燃焼室を開閉弁付きガス吸入管を介して上記燃料タンクの上部空間に連通し、この燃料タンクに、その上部空間内が所定の圧力になるとガス吸入管の開閉弁を開弁して燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧをガス吸入管を介して内燃機関の燃焼室に供給可能にする圧力計を設け、上記燃料タンクの上部空間内が上記所定圧力になると、上記内燃機関の燃焼室に燃料タンクの上部空間に溜まる気化ＬＮＧを送給するように構成したことを特徴とする燃料タンク装置。A fuel tank containing LNG; and a pulse tube refrigerator attached to the fuel tank; the pulse tube of the pulse tube refrigerator is attached to the upper peripheral wall of the fuel tank in a penetrating manner; and the cold end of the pulse tube is connected to the fuel tank In addition to being disposed in the upper space of the tank, the hot end is disposed outside the fuel tank, and the vaporized LNG accumulated in the upper space of the fuel tank is liquefied by the cold heat generated on the cold end side of the pulse tube. The cold end of the pulse tube communicates with the gas inlet of the compressor through the first pipe with the on-off valve, and communicates with the gas outlet of the compressor through the second pipe with the on-off valve. structure a power source of a compressor, a different internal combustion engine with an engine such as an automobile which is supplied with LNG from the fuel tank And communicates the combustion chamber of the internal combustion engine in the upper space of the fuel tank via the opening and closing valve with a gas inlet pipe, to the fuel tank, the opening and closing valve of the gas suction pipe when the upper space becomes a predetermined pressure A pressure gauge is provided that allows the vaporized LNG that is opened and accumulated in the upper space of the fuel tank to be supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine via the gas intake pipe, and when the upper space of the fuel tank reaches the predetermined pressure, A fuel tank apparatus configured to feed vaporized LNG accumulated in an upper space of a fuel tank to a combustion chamber of an internal combustion engine.
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