JP4063762B2 - 動力車両において低温燃料を保管するための車両低温タンク - Google Patents

Description

本発明は、低温燃料としての液化ガスを保管し、該液化ガスをガス状の状態で車両の内燃機関に供給するための車両低温タンクであって、内側容器と、内側容器を取り囲んで、当該内側容器との間に絶縁真空部を形成している外側容器とを備え、外部から内側容器への熱供給を断続制御可能である前記車両低温タンクに関するものである。

技術的背景に関してはたとえば特許文献１を参照してもらいたい。動力車両に対する択一的な駆動エネルギーの探求が行なわれているが、液化ガスもその対象であり、一般的には特に水素が対象である。この場合液化ガス（たとえばＬＮＧ液化天然ガス）や水素は、液体の形態でいわゆる低温タンクに貯留される。たとえば弁、熱交換器或いは一般にタンクシステムの液体案内要素が設けられている個々の管は、タンク内へ挿入され或いはタンク外へ案内され、特に燃料で作動する内燃機関へ案内される。

通常の周囲条件のもとでガス状になっている燃料は、かなり冷却されて低温タンクのいわゆる内側容器内に貯留される。内側容器は熱の侵入を最小限にするためにいわゆる外側容器によって取り囲まれている。この場合、内側容器と外側容器の間の空間は十分に排気されている。他方、燃料はガス状の状態で内燃機関に供給されるため、タンク内には常に十分な量のガス状燃料が存在していなければならず、タンク内側容器の内部空間への熱供給、よってそのなかに貯留されている燃料への熱供給が適宜必要である。

公知の従来の技術では、内側容器への所望の熱供給を、この中に配置される電気作動加熱要素を用いて行なっているが、この加熱要素にエネルギーを供給するには、管が低温タンク内へ案内され、或いはタンク外へ案内されていなければならない。これは、すでにガス状になっている燃料をまだ液体の状態にある燃料によって誘導するようにした、所定の熱供給を行なう他の方式に対してもいえることである。この場合も、ガス状燃料を適宜導入させるために、切換え弁等を備えた少なくとも１つの別個の管路が必要である。

この公知のシステムの場合、仮にタンク内側容器内への熱供給が必要でない場合も、前記管路は常に存在する熱ブリッジとして作用し、わずかではあるが無視できない程度の熱量が常時連続的に貯留燃料に達する。これは基本的には望ましいものではない。この公知のシステムの更なる欠点はそのヒステリシス挙動であり、特に遮断したときのヒステリシス挙動である。すなわち所定の熱供給を遮断したとき、ある周期で貯留燃料に熱が引き続き少なからず供給され、望ましくないのが欠点である。

ドイツ連邦共和国特許第１９５４６６１８C２号公報

本発明の課題は、上記欠点を解消することである。

この課題の解決法は、内側容器の壁と外側容器の壁との間の熱伝導結合を断続可能に、且つ熱供給を断続可能に、切換え可能な熱ブリッジ要素が設けられていることを特徴としている。他の有利な構成は従属項の内容である。

本発明によれば、内側容器と外側容器との間に、よって絶縁真空部内に特殊な要素が設けられ、この要素により絶縁真空部を切換え可能に橋絡させることができる。このいわゆる熱ブリッジ要素は切換え可能であり、したがって、内側容器の壁と外側容器の壁とを熱伝導結合させるいわゆる閉鎖位置から、この熱伝導結合を中断させ、よって絶縁真空部を橋絡させない開放位置へもたらすことができる。このため熱ブリッジ要素は、プラグ・ブシュ結合或いは電気的スイッチ等のように、内側容器の壁の外面に固定されるいわゆる吸熱要素と、外側容器の壁の内面に固定されるいわゆる放熱要素とを有し、吸熱要素と放熱要素のうち少なくとも一方は他方に対し相対的に可動である。

吸熱要素と放熱要素とが互いに分断され、よって熱誘導結合または熱伝導結合していなければ、（熱線の吸収による）低温タンク内へのいかなる熱供給も、或いはその中に貯留されている燃料へのいかなる熱供給も実際的に確実に阻止されている。この場合、特に、遮断されてはいるが、内側容器の貯留空間内へ案内されている管等を介して、或いはその中にある燃料を介して熱が供給されることもない。前述のごとく、低温タンク内に熱を供給するために設けられている特別な管を介して、わずかではあるが、無視できない程度の熱供給が連続的に行なわれることは、この種の熱供給が望ましくなければ起こりえない。この熱ブリッジ要素が閉じたときにはじめて、或いは閉じたときだけ、システム内への合目的な熱供給が所望どおりに行なわれる。その後熱ブリッジ要素が開放されると、ほとんど衝撃的に更なる熱供給が阻止される。特に、内側容器に付設されている吸熱要素が比較的小さな熱容量をもっている場合に阻止される。このため、内側容器のいわゆる吸熱要素は外側容器に付設されている放熱要素よりも小さな熱容量および／またはサイズを有していてよい。

切換え可能な熱ブリッジ要素は、リレーのように電磁的に切換え可能であってよい。この場合、切換え電磁石に給電するための付属の導電線は、外側容器に設けられるいわゆる放熱要素にだけ案内すればよく、内側容器に設けられるいわゆる吸熱要素に案内されないので、常に存在する導電線の形態で熱ブリッジは存在しないという望ましい効果が保証されている。

この熱ブリッジ要素は開放状態ではシステム内またはその中に貯留されている燃料内への熱の供給は行なわないが、熱ブリッジ要素が閉鎖されると、内側容器内に貯留されている低温燃料に対し可能な限り熱供給が行なわれるのが望ましい。これを達成するため、閉じた状態で吸熱要素と放熱要素との間に立体的な（平坦でない）接触領域または熱伝導領域が形成されるように、切換え可能な熱ブリッジ要素は構成されている。たとえば、熱ブリッジ要素のいわゆる閉鎖状態で放熱要素の円錐状のピン等を吸熱要素の適当な受容部内へ突出させ、その際できるだけ完全に適当な受容部壁に当接させる。

同様に、放熱要素と吸熱要素との間での最適な熱伝導を考慮して、熱ブリッジ要素が閉じた状態で十分な熱伝導が保証されているように放熱要素および吸熱要素の少なくとも一方がフレキシブルにまたは変形可能に構成されていてよい。この場合、閉じた状態でこれら両要素を互いに押圧させてよい。たとえば、熱ブリッジ要素が閉じた状態で放熱要素が吸熱要素を挟持して締め付け固定するように放熱要素は変形可能であってよい。

他の特徴は、原理的に図示したにすぎない実施形態を用いて以下に詳細に説明される。添付の図は、本発明による自動車の低温タンクを断面で示したものである。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図中１は、車両低温タンクの内側容器である。内側容器１内には、大部分が液体状態にある低温燃料が車両を駆動する内燃機関等に供給するために貯留されている。この内側容器１は外側容器２により間隔をもって取り囲まれ、この場合これら両容器１,２の間の空間３は十分に排気されており、すなわち内側容器１の壁と外側容器２の壁との間にはいわゆる絶縁真空部（これに対しても符号３を使用する）が存在している。

内側容器１の内部空間内には、或いは、外側容器２の壁を通って外部へは、燃料管５が案内されている。燃料管５を介して低温燃料を内側容器１内へ装入することができ、或いは、内側容器１から低温燃料を取り出して前記内燃機関に供給することができる。後者の場合は、すでにガス状凝集状態にある燃料で行なわれる。この場合、内側容器１の内部空間内に常に十分な量のガス状燃料を提供できるように、目的に応じて適当な態様で内側容器１に対し熱量を供給または伝達させることができる。

この熱供給は必要な場合だけ、しかも目的に応じて制御できるように行なうものであるが、このために絶縁空間３内にいわゆる切換え可能な熱ブリッジ要素４が設けられている。熱ブリッジ要素４は、外側容器２の壁の内側容器１側の内面に配置するのが有利ないわゆる放熱要素４ａと、内側容器１の壁の外側容器２側の外面に取り付けるのが有利ないわゆる吸熱要素４ｂとを有している。

図示した状態では、放熱要素４ａと吸熱要素４ｂとは互いに熱伝導結合しておらず、その結果、この領域に設けられている絶縁真空部３のために両要素４ａ,４ｂ間で熱伝導は行なわれない。しかし、これら要素４ａ,４ｂによって形成されるいわゆる熱ブリッジ要素４は切換え可能であるので、両要素４ａ,４ｂを、これら両要素間で熱伝導が可能であるような相対位置へもたらすことができる。これら要素４ａ,４ｂが互いに熱伝導結合している場合には、いわゆる熱ブリッジ要素４は閉じている。他方、図示の状態は開いた状態である。

外側容器２の壁と内側容器１の壁とを簡単に熱伝導結合するだけで、内側容器１よりもかなり高温状態にある外側容器２から内側容器１へ熱が伝導する。逆に考察すると、熱ブリッジ要素４の時間的に比較的短い閉鎖状態においては、内側容器１から外側容器２へ冷熱が少なからず放出されるので、たとえば適当な熱交換器（図示せず）を放熱要素４ａに取り付けるか、或いは放熱要素４ａの、外側容器１の外面に設けられる接続部材等に取り付けて、外側容器１の凍結を防止することが重要である。このようにすると、外側容器２の内面に取り付けられた放熱要素４ａに、前記熱交換器を介して、或いは他の図示していない態様で、この外側容器２の壁を通じて熱を供給することができる。熱ブリッジ要素４が開いている限りは、絶縁真空部３が設けられているために熱（量）は伝導されない。しかし熱ブリッジ要素４が閉じていれば、放熱要素４ａに作用する熱（量）が吸熱要素４ｂに伝えられ、吸熱要素４ｂはこの熱（量）を内側容器１の外壁１ａに放出する。内側容器１の壁を介してこの熱量は内側容器１内に蓄積されている低温燃料に供給される。

切換え可能な熱ブリッジ要素４は、構造的に種々の実施形態が可能であるので、図面には詳細に図示していない。たとえば、放熱要素４ａのいわゆる移動可能なジョー（添付の図ではこのジョーを矢印６で示唆している）を移動可能に構成して、熱ブリッジ要素４が閉じた状態でこのジョーが吸熱要素４ｂを挟持するようにしてよい。これにより、熱伝導面を比較的大きくして優れた熱伝導が保証される。

同様に図示していないが、本発明による車両低温タンクシステムの効率を向上させるための他の手段を設けてもよい。たとえば、吸熱要素４ｂと内側容器１の外壁１ａのより大きな部分との間での熱伝導を向上させるための特別な手段を設けて、吸熱要素４ｂと内側容器１との間での熱伝導を向上させてもよい。この意味では、内側容器１は内面または外面を、少なくとも吸熱要素４ｂの周囲を、銅フォイル或いは他の高熱伝導性材料で被覆してよい。また、吸熱要素４ｂと内側容器１の内部空間との間での熱伝導を向上させるための手段を設けてもよい。この意味では、吸熱要素４ｂを、内側容器２の壁を貫通させて内側へ低温燃料内へ延在させ、その際優れた熱供給の点で吸熱要素４ｂを適当に構成または成形してよい。

特に有利なことは、本発明による熱ブリッジ要素４を介して、目的に応じて熱を外部から内側容器１へ、或いはその中に貯留されている燃料へ放出させることができるばかりでなく、当該熱ブリッジ要素或いはこれに比較可能に構成した他の熱ブリッジ要素を、補助的に内側容器を冷却するためにも設けることができる点にある。したがって、外側容器２に設けた放熱要素４aに対し適当な態様で冷媒を作用させれば、すなわち放熱要素４ａを強く冷却させれば、特に低温タンクの充填過程の前にその内側容器１を予め冷却できるので有利である。

切換え可能な熱ブリッジ要素４を絶縁真空空間３内にして内側容器１の壁１ａと外側容器２の壁２ａとの間に配置する場合、この熱ブリッジ要素４をたとえば突っ張り等に配置し、この突っ張り等を介して内側容器１を外側容器２で支持させるようにしてよい。この場合突っ張り自体は通常のごとく構成され、すなわち最小熱ブリッジ機能のみを行使するように、つまり突っ張り自身は熱伝導性ができるだけ小さいように構成されている。しかし、この構成および他の部分の構成は、特許請求の範囲の内容から逸脱しなければ図示した実施態様と異なっていてよい。本発明による切換え可能な熱ブリッジ要素４を用いると、必要な場合に、すなわち閉じた状態で、常に熱量を外部から低温タンク内へ誘導させることができ、他方開いた状態では、この熱ブリッジ要素４は補助的な熱ブリッジを形成しないので、この熱ブリッジ要素４を介してのいかなる熱供給も遮断される。

本発明による自動車の低温タンクを断面で示したものである。

Claims (11)

1. 低温燃料としての液化ガスを保管し、該液化ガスをガス状の状態で車両の内燃機関に供給するための車両低温タンクであって、内側容器（１）と、内側容器（１）を取り囲んで、当該内側容器（１）との間に絶縁真空部（３）を形成している外側容器（２）とを備え、外部から内側容器（１）への熱供給を断続制御可能である前記車両低温タンクにおいて、
   内側容器（１）の壁と外側容器（２）の壁との間の熱伝導結合を断続可能に、且つ熱供給を断続可能に、切換え可能な熱ブリッジ要素（４）が設けられていることを特徴とする車両低温タンク。
2. 熱ブリッジ要素（４）が、内側容器（１）の壁の外面に固定される吸熱要素（４ｂ）と、外側容器（２）の壁の内面に固定される放熱要素（４ａ）とを有し、吸熱要素（４ｂ）と放熱要素（４ｂ）のうち少なくとも一方が他方に対し可動であることを特徴とする、請求項１に記載の車両低温タンク。
3. 切換え可能な熱ブリッジ要素（４）が電磁的に切換え可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両低温タンク。
4. 閉じた状態で吸熱要素（４ｂ）と放熱要素（４ａ）との間に立体的な接触領域または熱伝導領域が形成されるように、切換え可能な熱ブリッジ要素（４）が構成されていることを特徴とする、請求項２または３に記載の車両低温タンク。
5. 内側容器（１）に付設されている吸熱要素（４ｂ）が、外側容器（２）に付設されている放熱要素（４ａ）よりも小さな熱容量および／またはサイズを有していることを特徴とする、請求項２から４までのいずれか一つに記載の車両低温タンク。
6. 放熱要素（４ａ）に熱交換器が設けられていることを特徴とする、請求項２から５までのいずれか一つに記載の車両低温タンク。
7. 熱ブリッジ要素（４）が閉じた状態で十分な熱伝導が保証されているように放熱要素（４ａ）および／または吸熱要素（４ｂ）がフレキシブルにまたは変形可能に構成されていることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか一つに記載の車両低温タンク。
8. 熱ブリッジ要素（４）が閉じた状態で放熱要素（４ａ）が吸熱要素（４ｂ）を挟持して締め付け固定するように放熱要素（４ａ）が変形可能であることを特徴とする、請求項２から７までのいずれか一つに記載の車両低温タンク。
9. 吸熱要素（４ｂ）と内側容器（１）の壁のより大きな部分との間での熱伝導を増大させるための手段が設けられていることを特徴とする、請求項２から８までのいずれか一つに記載の車両低温タンク。
10. 吸熱要素（４ｂ）と内側容器（１）の内部空間との間での熱伝導を増大させるための手段が設けられていることを特徴とする、請求項２から９までのいずれか一つに記載の車両低温タンク。
11. 熱ブリッジ要素または他の熱ブリッジ要素が補助的に内側容器を冷却するために設けられていることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の車両低温タンク。

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