ガスタンク装置
【課題】水素ガス等を充填するガスタンクと、ガスタンクを収容するケースからなるガスタンク装置において、ガスタンクとケースとの間に形成される空間を、ガスの収容部として利用する。
【解決手段】ガスタンク装置１は、複数個のガスタンク２と、複数個のガスタンク２にガスを供給する共通のガス充填口１１と、複数個のガスタンク２からガスを放出する共通のガス放出口１３と、複数個のガスタンク２を収容するケース３とを備える。ケース３は、前記ガス充填口１１と連絡する外側ガス充填口２１と、前記ガス放出口１３と連絡する外側ガス放出口２２とを有し、外側ガス充填口２１には、ガスタンク２内の圧力よりも減圧するレギュレータ２４が接続され、外側ガス放出口２２には、ガスタンク２内のガスが流入を防止する逆支弁２５が接続され、ケース３とガスタンク２との間を、ガスの副収容部２３として用いる。
【解決手段】ガスタンク装置１は、複数個のガスタンク２と、複数個のガスタンク２にガスを供給する共通のガス充填口１１と、複数個のガスタンク２からガスを放出する共通のガス放出口１３と、複数個のガスタンク２を収容するケース３とを備える。ケース３は、前記ガス充填口１１と連絡する外側ガス充填口２１と、前記ガス放出口１３と連絡する外側ガス放出口２２とを有し、外側ガス充填口２１には、ガスタンク２内の圧力よりも減圧するレギュレータ２４が接続され、外側ガス放出口２２には、ガスタンク２内のガスが流入を防止する逆支弁２５が接続され、ケース３とガスタンク２との間を、ガスの副収容部２３として用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス等のガスを充填するガスタンク装置に関し、特に車両等に搭載するガスタンク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガス等の気体を充填したガスタンクを、車両に搭載する場合がある。例えば、水素ガスを燃料とする燃料電池を搭載する車両においては、水素ガスを充填した複数個のガスタンクが車両に搭載される。
【０００３】
この種のガスタンクは、通常、円筒形状や球状等の丸みを帯びた形状を有する。その為、ガスタンクをそのまま車両等に搭載すると、ガスタンクの安定性が悪い。そこで、特許文献１は、複数個のガスタンクをケースに収容して車両等に搭載するガスタンク装置を開示する。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１２７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のガスタンク装置においては、ケースの内表面と、ガスタンクの外表面との間に、所定の空間が形成される。この空間は、ガスを充填する空間として利用されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガスタンク装置は、複数個のガスタンクと、複数個のガスタンクを収容するケースと、を備えるガスタンク装置において、ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るガスタンク装置は、複数個のガスタンクと、複数個のガスタンクにガスを供給する共通のガス充填口と、複数個のガスタンクからガスを放出する共通のガス放出口と、複数個のガスタンクを収容するケースと、を備えるガスタンク装置において、前記ケースは、前記ガス充填口と連絡する外側ガス充填口と、前記ガス放出口と連絡する外側ガス放出口とを有し、外側ガス充填口には、ガスタンク内の圧力よりも減圧するレギュレータが接続され、外側ガス放出口には、ガスタンク内のガスが逆流するのを防止する逆支弁が接続され、ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とする。
【０００８】
前記ガスタンク装置において、連絡するガス充填口と、外側ガス充填口との間であって、レギュレータの接続個所よりも外側ガス充填口側に、供給されるガスの逆流を防止するチェック弁を備えても良い。
【０００９】
前記ガスタンク装置において、前記ガスタンクは、ガスタンク内に充填される最大のガス圧から、副収容部内に充填される最大のガス圧を差し引いた分の圧力に、少なくとも耐えられる強度を備えれば良い。
【００１０】
本発明の目的は、ガスタンク装置のガスタンクとケースとの間の空間を、ガスの収容部として利用することである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスタンク装置のガスタンクとケースとの間の空間を、ガスの収容部として利用することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本実施形態に係るガスタンク装置１を説明する。図１は、本実施形態に係るガスタンク装置１の主要部分の断面図である。本実施形態に係るガスタンク装置１は、車両搭載用ガスタンク装置であり、燃料電池の燃料として使用する水素ガスを一時的に貯蔵し、必要時に水素ガスを放出する装置である。
【００１３】
本実施形態に係るガスタンク装置１は、水素ガスを充填するための２個のガスタンク２（２Ａ，２Ｂ）と、これらのガスタンク２Ａ，２Ｂを収容するケース３とを備える。
【００１４】
本実施形態に係るガスタンク２は、高圧で水素ガスを充填するガスタンクである。ガスタンク２の基本的な構造は、一般的に、高圧ガスタンクと称されるものと同じである。ガスタンク２は、略円筒形状を有した容器であるガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）と、ガスタンク本体部４Ａ，４Ｂに取り付けられるバルブ部（説明の便宜上、図示せず）とを備える。バルブ部の基本的な構造は、この種の装置において用いられる容器状のガスタンク本体部を密栓するバルブ部と同様である。
【００１５】
ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）は、樹脂製またはアルミ等の金属製のライナーからなる内層部５（５Ａ，５Ｂ）と、炭素繊維等の繊維強化プラスチックからなる外層部６（６Ａ，６Ｂ）との二層構造からなる。内層部５と外層部６とは、一体的に成形され、相互が強固に接着している。ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）は、その内部に、水素ガスを充填し、収容する個所である収容部７（７Ａ，７Ｂ）を有する。ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）の内表面は、主として内層部５（５Ａ，５Ｂ）により構成され、ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）の外表面は、主として外層部６（６Ａ，６Ｂ）により構成される。収容部７の周囲は、主として内層部５の表面により仕切られる。
【００１６】
またガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）は、バルブ部の取り付け個所である口金部８（８Ａ，８Ｂ）を備える。口金部８（８Ａ，８Ｂ）は、円筒状の開口部９（９Ａ，９Ｂ）を有する。開口部９（９Ａ，９Ｂ）の内周面は更に雌ねじ部１０を有する。この雌ねじ部１０（１０Ａ，１０Ｂ）と、バルブ部の有する雄ねじ部（図示せず）とが螺合して、バルブ部が収容部７（７Ａ，７Ｂ）を密栓し、ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）に固定される。
【００１７】
それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂは、収容部７Ａ，７Ｂへガスを充填するガス充填口１１（１１Ａ，１１Ｂ）を備える。それぞれのガス充填口１１（１１Ａ，１１Ｂ）は、共通のガス供給路１２を介して連絡している。ガス供給路１２の一部は、バルブ部（図示せず）の中を貫通し、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂと接続している。またガスタンク２Ａ，２Ｂは、収容部７Ａ，７Ｂからガスを放出するガス放出口１３（１３Ａ，１３Ｂ）を備える。それぞれのガス放出口１３Ａ，１３Ｂは、共通のガス放出路１４を介して連絡している。ガス放出路１４の一部は、バルブ部（図示せず）の中を貫通し、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂと接続している。
【００１８】
ケース３は、容器状のケース本体部１５と、ケース本体部１５に取り付けられる外側バブル部（説明の便宜上、図示せず）とを備える。本実施形態において、ケース本体部１５は、樹脂製またはアルミ等の金属製のライナーからなる内層部１６と、炭素繊維等の繊維強化プラスチックからなる外層部１７との二層構造からなる。内層部１６と外層部１７とは、一体的に成形され、相互が強固に接着している。
【００１９】
ケース３は、略円筒形状の横列した２個のガスタンク２Ａ，２Ｂを、長手方向に沿って互いに密接させた状態で、被覆し、収容する。２個のガスタンク２Ａ，２Ｂは、ケース３（ケース本体部１５）内に完全に収容される。図２は、図１において示される一点鎖線Ｘ−Ｘの位置におけるガスタンク装置１の断面図である。図２に示されるガスタンク装置１は、車両の搭載面１８（例えば、床面）上に搭載されている。このようにガスタンク２をケース３に収容して車両に搭載すると、ガスタンク２（ガスタンク装置１）を安定させた状態で車両に対し搭載できる。なお、図１において示されるガスタンク装置１は、説明の便宜上、紙面に対して手前部分の構造が省略されているが、図２においては、図１で省略された部分の構造が、一部示されている。
【００２０】
ケース本体部１５は、外側バルブ部（図示せず）の取り付け個所である外側口金部１９を備える。外側口金部１９は、円筒状の開口部２０を有する。開口部２０の内周面は更に雌ねじ部３１を有する。この雌ねじ部３１と、外側バルブ部の有する雄ねじ部（図示せず）とが螺合して、外側バルブ部が、ケース本体部１５の内部を密栓し、ケース本体部１５と固定される。
【００２１】
ケース３は、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス充填口１１Ａ，１１Ｂと連絡する外側ガス充填口２１を備える。外側ガス充填口２１と、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂとは、前記ガス供給路１２を介して連絡している。本実施形態において、ガス供給路１２の一部は、外側バルブ部（図示せず）の中を貫通し、外側ガス充填口２１と接続する。またケース３は、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス放出口１３Ａ，１３Ｂと連絡する外側ガス放出口２２を備える。外側ガス放出口２２と、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂとは、前記ガス放出路１４を介して連絡している。本実施形態において、ガス放出路１４の一部は、外側バルブ部（図示せず）の中を貫通し、外側ガス放出口２２と接続する。
【００２２】
本実施形態において、ガス供給路１２は、一端に外側ガス充填口２１を備え、途中二股に分岐し、二つの他端にそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス充填口１１Ａ，１１Ｂを備える。また、ガス放出路１４は、一端に外側ガス放出口２２を備え、途中二股に分岐し、二つの他端にそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス放出口１３Ａ，１３Ｂを備える。ガス供給路１２と、ガス放出路１４とは互いに独立している。これらは途中で連絡していない。なおそれぞれの端部同士である外側ガス充填口２１と外側ガス放出口２２、およびガス充填口１１Ａ，１１Ｂとガス放出口１３Ａ，１３Ｂも独立している。
【００２３】
本実施形態のガスタンク装置１において、水素ガスをガスタンク２へ供給し、充填する際、水素ガスは、外側ガス充填口２１よりガス供給路１２内に進入する。進入した水素ガスは、途中で分流しつつガス供給路１２を通過して、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂよりそれぞれの収容部７Ａ，７Ｂへ供給され、充填される。それぞれのガス充填口１１Ａ，１１Ｂは互いに連絡している為、水素ガスを充填する際、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力は等しくなる。これに対し、水素ガスをガスタンク２から放出する際、水素ガスは、それぞれのガス放出口１３Ａ，１３Ｂよりガス放出路１４に進入する。進入した水素ガスは、途中で合流しつつガス放出路１４を通過して、外側ガス放出口２２より放出される。それぞれのガス放出口１３Ａ，１３Ｂは互いに連絡している為、水素ガスを放出する際、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の水素ガスの圧力は等しくなる。したがって、本実施形態においては、それぞれのガスタンク内２Ａ，２Ｂの圧力は、水素ガスの充填、放出に、関わりなく等しい。なお本実施形態において、ガス供給時にガス放出路１４を利用してガスタンク２にガスを供給することは無く、ガス放出時にガス放出路１４を利用してガスタンク２からガスを放出することは行わない。
【００２４】
この種のガスタンク装置１において、ケース３の主たる目的は、ガスタンク２を収容することである。その為、ケース３には、本来、高圧のガスを充填する目的は無い。その為、通常、ケース３の強度は、ガスタンク２の強度よりも弱い。
【００２５】
本実施形態に係るガスタンク装置１は、ガスタンク２と、ガスタンク２を収容するケース３との間の空間に、水素ガスを収容する副収容部２３を備える。この副収容部２３は、主として、ガスタンク２の外表面と、ケース３の内表面とにより周囲が仕切られる。副収容部２３の一部の周囲が、ガスタンクよりも強度が劣るケースからなる為、副収容部２３にはガスタンクと同様の圧力で水素ガスを充填出来ない。したがって、副収容部２３内の圧力は、少なくとも、常にガスタンク２内の圧力以下の状態にする必要がある。副収容部２３内の圧力を、常にガスタンク２内の圧力以下にするためには、以下に示すように、レギュレータ２４および逆支弁２５を利用する。
【００２６】
本実施形態において、外側ガス充填口２１と、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂとの間を連絡するガス供給路１２の途中であって、副収容部２３内にレギュレータ２４が備えられる。レギュレータ２４は、ガス供給路１２より供給される水素ガスを、ガスタンク２内へ充填される水素ガスの圧力よりも減圧して副収容部２３内に供給するものである。副収容部２３へ充填される水素ガスは、ガスタンク２へ充填される水素ガスと共通の外側ガス充填口２１より充填される。水素ガスは、外側ガス充填口２１よりガス供給路１２に進入し、レギュレータ２４により減圧されて副収容部２３へ供給される。レギュレータ２４は、内部に所定の圧力調節機構（図示せず）を備える。この圧力調節機構を調節することにより、副収容部２３へ供給し、充填する水素ガスの圧力を調節することができる。
【００２７】
また外側ガス放出口２２と、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂとの間を連絡するガス放出路１４の途中であって、副収容部２３内に逆支弁２５が備えられる。逆支弁２５は、副収容部２３内の圧力以上で充填されるガスタンク２内の水素ガスが、副収容部２３内へ流入することを防止するものである。換言すれば、逆支弁２５は、本来、ガスタンク２内のガス放出口１３よりガス放出路１４を通って放出される水素ガスが、ガス放出路１４の途中で逆流して、副収容部２３へ進入するのを防止するものである。本実施形態において水素ガスを放出する際、副収容部２３内の圧力がガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と等しくなった場合に、副収容部２３内の水素ガスはガス放出路１４を通って、外側ガス放出口２２より放出される。副収容部２３内の圧力がガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力未満の場合には、副収容部２３内の水素ガスは放出されない。
【００２８】
なおガス供給路１２において、レギュレータ２４の設置個所よりも上流側（外側ガス充填口２１のある側）に、供給する水素ガスの逆流を防止するチェック弁２６を設置することが望ましい。チェック弁２６を設けることにより、外側ガス充填口２１からガス供給路１２を通り、供給されるガスが、ガス供給路１２内を逆流するのを防止することが出来る。
【００２９】
以下、本実施形態に係るガスタンク装置１において、水素ガスを充填していない状態から水素ガスを最大限、充填するまでの手順を説明する。図３は、ガスタンク装置１に水素ガスを充填する際、ガスタンク２の収容部７内の圧力と、副収容部２３内の圧力の経時変化を示すグラフである。横軸は時間（ｔ）を示し、縦軸は、ガス圧（ＭＰａ）を示す。図３において、実線のグラフは、ガスタンク２の収容部７内の圧力変化を示し、破線のグラフは、副収容部２３内の圧力変化を示す。図１および図３を用いて上記手順を説明する。なおガスタンク装置１の条件として、ガスタンク２に充填される水素ガスの最大圧力を７０ＭＰａとし、副収容部２３へ充填される水素ガスの最大圧力を３５ＭＰａとする。またレギュレータ２４は、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ未満の場合は、水素ガスがガス供給路１２を通って副収容部２３へ流入するのを防止し、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ以上の場合に、水素ガスを副収容部２３に対し、ガスタンク２の収容部７内の圧力よりも３５ＭＰａ減圧して供給するように設定される。
【００３０】
ガスタンク装置１において、水素ガスを充填する際、先ず、ガスタンク２（２Ａ，２Ｂ）のみに水素ガスが充填される。ガスタンク装置１の外部より供給された水素ガスは、先ず、外側ガス充填口２１よりガス供給路１２へ進入する。ガス供給路１２へ進入した水素ガスは、途中で枝分かれしてガス供給路１２を通り、ガス充填口１１（１１Ａ，１１Ｂ）よりそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂへ供給される。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内には、圧力が等しくなるように水素ガスが供給される。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が３５ＭＰａに達するまでガスタンク２Ａ，２Ｂのみに水素ガスが充填される（図３において、ｔ０≦ｔ＜ｔ３．５）。この間、副収容部２３へ水素ガスは充填されない。
【００３１】
ガスタンク２の収容部７内の圧力と、副収容部２３内の圧力との差が３５ＭＰａとなった時（図３において、ｔ＝ｔ３．５）、副収容部２３への水素ガスの供給が開始する。この時点より、ガス供給路１２を通って供給される水素ガスの一部が、レギュレータ２４を介して副収容部２３へ供給され、水素ガスの残りの部分がガス充填口１１Ａ，１１Ｂよりそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂへ供給される。
【００３２】
ガスタンク２の収容部７と副収容部２３との双方に対し水素ガスが供給され、充填される間（図３において、ｔ３．５≦ｔ≦ｔ７）、ガスタンク２内の圧力（収容部７内の圧力）と、副収容部２３内の圧力との差は、レギュレータの機能により常に、一定（この場合は、３５ＭＰａ）に保持される。一定の圧力差を保持したまま、ガスタンク２の収容部７内の圧力が７０ＭＰａ、副収容部２３の圧力が３５ＭＰａとなるまで水素ガスが充填される。以上のようにして、ガスタンク装置１に水素ガスが最大限に充填される。
【００３３】
これに対し、上記のようにしてガスタンク２に７０ＭＰａ、副収容部２３に３５ＭＰａの水素ガスを充填したガスタンク装置１において、水素ガスを順次、放出する手順を説明する。図４は、ガスタンク装置１から水素ガスを放出する際、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と、副収容部２３内の圧力の経時変化を示すグラフである。横軸は時間（ｔ）を示し、縦軸は、ガス圧（ＭＰａ）を示す。図４において、実線のグラフは、ガスタンク２の収容部７内の圧力変化を示し、破線のグラフは、副収容部２３内の圧力変化を示す。図１および図４を用いて上記手順を説明する。なお逆支弁２５は、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ以上の場合は、ガスタンク２の収容部７内から放出される水素ガスがガス放出路１４を通り、副収容部２３へ流入するのを防止するように設定される。また逆支弁２５は、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ以下となった場合は、副収容部２３内の水素ガスをガス放出路１４より放出するように設定される。
【００３４】
ガスタンク装置１より水素ガスを放出する際、先ず、２個のガスタンク２Ａ，２Ｂのみより水素ガスが放出される。ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の水素ガスは、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂよりガス放出路１４へ進入する。ガス放出路１４へ進入した水素ガスは、途中で合流しつつガス放出路１４を通り、外側ガス放出口２２よりガスタンク装置１の外部へ放出される。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が等しくなるように水素ガスの放出が行われる。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が３５ＭＰａに達するまでガスタンク２Ａ，２Ｂからのみ水素ガスの放出が行われる（図４において、ｔ０≦ｔ＜ｔ３．５）。この間、副収容部２３の水素ガスは、放出されない。
【００３５】
水素ガスが放出し、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が３５ＭＰａとなった時（図４において、ｔ＝ｔ３．５）、副収容部２３の水素ガスの放出が開始する。この時点より、ガスタンク２Ａ，２Ｂ内の水素ガスがガス放出路１４を通って放出されると共に、副収容部２３内の水素ガスが逆支弁２５を介してガス放出路１４内に至り、ガス放出路１４内の水素ガスの流れと合流して、ガスタンク装置１の外部へ放出される。
【００３６】
ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内と副収容部２３内との双方の水素ガスが放出される間（図４において、ｔ３．５≦ｔ≦ｔ７）、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と、副収容部２３内の圧力とは、逆支弁の機能により常に、等しくなるように保持される。この間、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と、副収容部２３内の圧力とが等しくなるように、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内および副収容部２３内の水素ガスが放出される。以上のようにして、ガスタンク装置１より水素ガスが順次、放出される。
【００３７】
ここで、上記ガスタンク装置１におけるガスタンク２の強度について検討する。上記ガスタンク装置１において、最大限に水素ガスを充填している場合、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力は７０ＭＰａであり、副収容部２３内の圧力は３５ＭＰａである。このような場合、ガスタンク２Ａ，２Ｂは、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良くなる。以下、この理由について図５を用いて説明する。図５は、図１に示されるガスタンク装置１の断面図の一部を抜き出したものであり、ガスタンク２Ａの部分断面図を示す。ガスタンク２Ａを三つの領域Ａ、ＢおよびＣに分けて検討する。
【００３８】
図５において示される領域Ａは、ガスタンク２Ａの一部分であって、副収容部２３の周囲の一部を構成する個所である。この個所において、ガスタンク２Ａの内側から７０ＭＰａの圧力が加わり、またガスタンクの２Ａ外側からは３５ＭＰａの圧力が加わっている。したがって、この個所においては、見かけ上、ガスタンク２Ａの内側より３５ＭＰａの圧力が加わっていると見なすことができる。その為、この個所においては、ガスタンク２Ａの強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良いことになる。
【００３９】
図５において示される領域Ｂは、ガスタンク２Ａの一部分であって、ガスタンク２Ａの外表面が、ケース３の内表面と接触する個所である。この個所において、ガスタンク２Ａの内側から７０ＭＰａの圧力が加わっている。ここで、仮に、ガスタンク２Ａが内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備え、かつガスタンク２Ａの外側に接触配置するケース３が、内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えるとすると、この個所は、ガスタンク２Ａの内側から加わる７０ＭＰａの圧力に耐えられることになる。したがって、この個所においては、ガスタンク２Ａの強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良いことになる。
【００４０】
図５において示される領域Ｃは、ガスタンク２Ａの一部分であって、隣接する他方のガスタンク２Ｂと接触する個所である。この個所において、仮に、ガスタンク２Ａが内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えるとする。ガスタンク２Ａの内側から７０ＭＰａの圧力が加えられると、ガスタンク２Ａには強度を超える力であり、内側からの３５ＭＰａの過剰分の圧力が加わっていることになる。しかし、この圧力は、隣接する他方のガスタンク２Ｂから加えられる圧力であって、対応する逆向きの３５ＭＰａの圧力によって打ち消される。したがって、この個所においても、ガスタンク２Ａの強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良いことになる。
【００４１】
以上より、上記実施形態に係るガスタンク装置１のガスタンク２の強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度であれば良いことが言える。したがって、上記実施形態において、副収容部２３内の圧力がケース３の許容圧力以下の場合、ガスタンク２は、実際に充填するガスの圧力から、副収容部２３内の圧力を差し引いた分の圧力に少なくとも耐えられる強度を備えれば良いことになる。なお図５において示されていないガスタンクの個所においても、上記領域Ａ〜Ｃの何れかの場合として把握することが出来る。
【００４２】
本実施形態においては、水素ガスを充填したが、他の実施形態においては、酸素ガス、メタンガス等の他のガスを充填してもよい。
【００４３】
他の実施形態においては、定置用の燃料電池装置に用いる等、車両等の移動体に搭載しないガスタンク装置であっても良い。
【００４４】
ケース３と、ガスタンク２との接触個所において、弾性体等からなる部材を介在させてもよい。
【００４５】
なお上記実施形態においては、同形状の２個のガスタンクを用いているが、他の実施形態においては、形状の異なるガスタンク２を用いても良い。例えば、円筒形状のガスタンクにおいて、径の大きいガスタンク２と、径の小さいガスタンク２とを組み合わせても良い。
【００４６】
上記実施形態のガスタンク装置１は、ガスタンクを２個備えるものであったが、これに限られず、他の実施形態においては、３個以上のガスタンクを備えるものであってもよい。例えば、３個のガスタンクを備えるガスタンク装置の場合、３個のガスタンクを平行に配列させても良い。また図６に示されるガスタンク装置３１のように、互いに接触して平行に配列した２個のガスタンク２Ｃ，２Ｂの上に、更に１個のガスタンク２Ａを積み上げても良い。図６に示されるガスタンク装置３１において、副収容部２３は、ケース３とガスタンク２Ａ，２Ｂ，２Ｃとの間に形成される３個所と、３個のガスタンク２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間に形成される１個所とがある。これらの４個の副収容部２３は、互いにガスが自由に行き来可能な状態、即ち、４個の副収容部２３内のガス圧が同じ状態であっても良い。またこれらの４個の副収容部２３は互いに独立し、圧力が異なる状態であってもよい。但し、４個の副収容部２３を独立して用いる場合には、それぞれの副収容部２３において、レギュレータ２４と、逆支弁２５を設ける必要がある。
【００４７】
上記実施形態において、ガスタンク装置１は、車両等の搭載面１８上に設置される（例えば図２参照）。搭載面１８は、通常、平坦である。平坦な搭載面１８上に、複数個の円筒形状のガスタンク２を、搭載面１８とガスタンク２の長手方向とが平行となるように、ケース３を介して搭載すると、ガスタンク２とケース３との間に空間が形成される。通常、この空間は、いわゆるデッドスペースであって、特に利用されるものではない。しかし、本実施形態は、このようなデッドスペースをガスを収容する個所として使用するものである。このように、ガスタンク２は、通常、平坦な形状を備える部材上に設置、固定されるものである。本実施形態に係るガスタンク装置１によれば、従来、デッドスペースであった個所を、ガスを収容する個所として利用することが出来る。
【００４８】
ここで、図７を用いて、ガスタンク２とケース３との間に形成されるデッドスペースについて更に説明する。図７は、断面が円形等の曲線を有するガスタンク２を、平坦な面上に配置した際に形成されるデッドスペースの説明図である。図７において、断面の輪郭が曲線状である第１領域４０と、断面の輪郭が曲線状である第２領域５０とが示される。上記実施形態においては、第１領域４０は、ガスタンク２Ａにより形成される領域に相当し、第２領域５０は、ガスタンク２Ｂにより形成される領域に相当する。図７において、それぞれの領域４０，５０の輪郭上の共通接線ａは、ケース３の一部分に相当し、共通接線ｂは、ケース３の一部分（搭載面１８）に相当する。第１領域４０の外周と、第２領域５０の外周と、共通接線ａと、共通接線ｂとにより、第３領域６０が形成される。この第３領域が従来、デッドスペースとされていた個所である。なお第１領域４０の外周と第２領域５０の外周とは接触していても良いし、図７に示されるように、離れていても良い。本発明は、第１領域４０，第２領域５０および第３領域６０を、すべてガスや液体等の流体を貯蔵する空間として利用するものである。なおこれらの領域に貯蔵可能な流体の圧力はすべて同じであっても良いし、異なるものであってもよい。通常は、第３領域６０を構成する個所（特に、共通接線ａおよびｂに相当する個所）の強度が、第１領域４０および第２領域５０を構成する個所の強度よりも劣るため、第３領域６０に貯蔵する流体の圧力を低く設定することになる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ガスタンク装置の主要部分の断面図を示す。
【図２】図１において示されるＸ−Ｘにおけるガスタンク装置の断面図を示す。
【図３】ガス充填時のガスタンク装置におけるガスタンク内の圧力と、副収容部内の圧力との経時変化を示すグラフである。
【図４】ガス放出時にガスタンク装置におけるガスタンク内の圧力と、副収容部内の圧力との経時変化を示すグラフである。
【図５】図１に示されるガスタンク装置の一部であって、ガスタンクの部分を示す部分断面図である。
【図６】他の実施形態に係るガスタンク装置の断面図を示す。
【図７】デッドスペースの説明図を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１ ガスタンク装置、２，２Ａ，２Ｂ ガスタンク、３ ケース、４，４Ａ，４Ｂ ガスタンク本体部、５，５Ａ，５Ｂ 内層部、６，６Ａ，６Ｂ 外層部、７，７Ａ，７Ｂ 収容部、８，８Ａ，８Ｂ 口金部、９，９Ａ，９Ｂ 開口部、１０，１０Ａ，１０Ｂ 雌ねじ部、１１，１１Ａ，１１Ｂ ガス充填口、１２ ガス供給路、１３，１３Ａ，１３Ｂ ガス放出口、１４ ガス放出路、１５ ケース本体部、１６ 内層部、１７ 外層部、１８ 搭載面、１９ 外側口金部、２０ 開口部、３１ 雌ねじ部、２１ 外側ガス充填口、２２ 外側ガス放出口、２３ 副収容部、２４ レギュレータ、２５ 逆支弁、２６ チェック弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス等のガスを充填するガスタンク装置に関し、特に車両等に搭載するガスタンク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガス等の気体を充填したガスタンクを、車両に搭載する場合がある。例えば、水素ガスを燃料とする燃料電池を搭載する車両においては、水素ガスを充填した複数個のガスタンクが車両に搭載される。
【０００３】
この種のガスタンクは、通常、円筒形状や球状等の丸みを帯びた形状を有する。その為、ガスタンクをそのまま車両等に搭載すると、ガスタンクの安定性が悪い。そこで、特許文献１は、複数個のガスタンクをケースに収容して車両等に搭載するガスタンク装置を開示する。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１１２７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のガスタンク装置においては、ケースの内表面と、ガスタンクの外表面との間に、所定の空間が形成される。この空間は、ガスを充填する空間として利用されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るガスタンク装置は、複数個のガスタンクと、複数個のガスタンクを収容するケースと、を備えるガスタンク装置において、ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るガスタンク装置は、複数個のガスタンクと、複数個のガスタンクにガスを供給する共通のガス充填口と、複数個のガスタンクからガスを放出する共通のガス放出口と、複数個のガスタンクを収容するケースと、を備えるガスタンク装置において、前記ケースは、前記ガス充填口と連絡する外側ガス充填口と、前記ガス放出口と連絡する外側ガス放出口とを有し、外側ガス充填口には、ガスタンク内の圧力よりも減圧するレギュレータが接続され、外側ガス放出口には、ガスタンク内のガスが逆流するのを防止する逆支弁が接続され、ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とする。
【０００８】
前記ガスタンク装置において、連絡するガス充填口と、外側ガス充填口との間であって、レギュレータの接続個所よりも外側ガス充填口側に、供給されるガスの逆流を防止するチェック弁を備えても良い。
【０００９】
前記ガスタンク装置において、前記ガスタンクは、ガスタンク内に充填される最大のガス圧から、副収容部内に充填される最大のガス圧を差し引いた分の圧力に、少なくとも耐えられる強度を備えれば良い。
【００１０】
本発明の目的は、ガスタンク装置のガスタンクとケースとの間の空間を、ガスの収容部として利用することである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスタンク装置のガスタンクとケースとの間の空間を、ガスの収容部として利用することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本実施形態に係るガスタンク装置１を説明する。図１は、本実施形態に係るガスタンク装置１の主要部分の断面図である。本実施形態に係るガスタンク装置１は、車両搭載用ガスタンク装置であり、燃料電池の燃料として使用する水素ガスを一時的に貯蔵し、必要時に水素ガスを放出する装置である。
【００１３】
本実施形態に係るガスタンク装置１は、水素ガスを充填するための２個のガスタンク２（２Ａ，２Ｂ）と、これらのガスタンク２Ａ，２Ｂを収容するケース３とを備える。
【００１４】
本実施形態に係るガスタンク２は、高圧で水素ガスを充填するガスタンクである。ガスタンク２の基本的な構造は、一般的に、高圧ガスタンクと称されるものと同じである。ガスタンク２は、略円筒形状を有した容器であるガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）と、ガスタンク本体部４Ａ，４Ｂに取り付けられるバルブ部（説明の便宜上、図示せず）とを備える。バルブ部の基本的な構造は、この種の装置において用いられる容器状のガスタンク本体部を密栓するバルブ部と同様である。
【００１５】
ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）は、樹脂製またはアルミ等の金属製のライナーからなる内層部５（５Ａ，５Ｂ）と、炭素繊維等の繊維強化プラスチックからなる外層部６（６Ａ，６Ｂ）との二層構造からなる。内層部５と外層部６とは、一体的に成形され、相互が強固に接着している。ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）は、その内部に、水素ガスを充填し、収容する個所である収容部７（７Ａ，７Ｂ）を有する。ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）の内表面は、主として内層部５（５Ａ，５Ｂ）により構成され、ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）の外表面は、主として外層部６（６Ａ，６Ｂ）により構成される。収容部７の周囲は、主として内層部５の表面により仕切られる。
【００１６】
またガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）は、バルブ部の取り付け個所である口金部８（８Ａ，８Ｂ）を備える。口金部８（８Ａ，８Ｂ）は、円筒状の開口部９（９Ａ，９Ｂ）を有する。開口部９（９Ａ，９Ｂ）の内周面は更に雌ねじ部１０を有する。この雌ねじ部１０（１０Ａ，１０Ｂ）と、バルブ部の有する雄ねじ部（図示せず）とが螺合して、バルブ部が収容部７（７Ａ，７Ｂ）を密栓し、ガスタンク本体部４（４Ａ，４Ｂ）に固定される。
【００１７】
それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂは、収容部７Ａ，７Ｂへガスを充填するガス充填口１１（１１Ａ，１１Ｂ）を備える。それぞれのガス充填口１１（１１Ａ，１１Ｂ）は、共通のガス供給路１２を介して連絡している。ガス供給路１２の一部は、バルブ部（図示せず）の中を貫通し、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂと接続している。またガスタンク２Ａ，２Ｂは、収容部７Ａ，７Ｂからガスを放出するガス放出口１３（１３Ａ，１３Ｂ）を備える。それぞれのガス放出口１３Ａ，１３Ｂは、共通のガス放出路１４を介して連絡している。ガス放出路１４の一部は、バルブ部（図示せず）の中を貫通し、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂと接続している。
【００１８】
ケース３は、容器状のケース本体部１５と、ケース本体部１５に取り付けられる外側バブル部（説明の便宜上、図示せず）とを備える。本実施形態において、ケース本体部１５は、樹脂製またはアルミ等の金属製のライナーからなる内層部１６と、炭素繊維等の繊維強化プラスチックからなる外層部１７との二層構造からなる。内層部１６と外層部１７とは、一体的に成形され、相互が強固に接着している。
【００１９】
ケース３は、略円筒形状の横列した２個のガスタンク２Ａ，２Ｂを、長手方向に沿って互いに密接させた状態で、被覆し、収容する。２個のガスタンク２Ａ，２Ｂは、ケース３（ケース本体部１５）内に完全に収容される。図２は、図１において示される一点鎖線Ｘ−Ｘの位置におけるガスタンク装置１の断面図である。図２に示されるガスタンク装置１は、車両の搭載面１８（例えば、床面）上に搭載されている。このようにガスタンク２をケース３に収容して車両に搭載すると、ガスタンク２（ガスタンク装置１）を安定させた状態で車両に対し搭載できる。なお、図１において示されるガスタンク装置１は、説明の便宜上、紙面に対して手前部分の構造が省略されているが、図２においては、図１で省略された部分の構造が、一部示されている。
【００２０】
ケース本体部１５は、外側バルブ部（図示せず）の取り付け個所である外側口金部１９を備える。外側口金部１９は、円筒状の開口部２０を有する。開口部２０の内周面は更に雌ねじ部３１を有する。この雌ねじ部３１と、外側バルブ部の有する雄ねじ部（図示せず）とが螺合して、外側バルブ部が、ケース本体部１５の内部を密栓し、ケース本体部１５と固定される。
【００２１】
ケース３は、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス充填口１１Ａ，１１Ｂと連絡する外側ガス充填口２１を備える。外側ガス充填口２１と、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂとは、前記ガス供給路１２を介して連絡している。本実施形態において、ガス供給路１２の一部は、外側バルブ部（図示せず）の中を貫通し、外側ガス充填口２１と接続する。またケース３は、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス放出口１３Ａ，１３Ｂと連絡する外側ガス放出口２２を備える。外側ガス放出口２２と、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂとは、前記ガス放出路１４を介して連絡している。本実施形態において、ガス放出路１４の一部は、外側バルブ部（図示せず）の中を貫通し、外側ガス放出口２２と接続する。
【００２２】
本実施形態において、ガス供給路１２は、一端に外側ガス充填口２１を備え、途中二股に分岐し、二つの他端にそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス充填口１１Ａ，１１Ｂを備える。また、ガス放出路１４は、一端に外側ガス放出口２２を備え、途中二股に分岐し、二つの他端にそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂのガス放出口１３Ａ，１３Ｂを備える。ガス供給路１２と、ガス放出路１４とは互いに独立している。これらは途中で連絡していない。なおそれぞれの端部同士である外側ガス充填口２１と外側ガス放出口２２、およびガス充填口１１Ａ，１１Ｂとガス放出口１３Ａ，１３Ｂも独立している。
【００２３】
本実施形態のガスタンク装置１において、水素ガスをガスタンク２へ供給し、充填する際、水素ガスは、外側ガス充填口２１よりガス供給路１２内に進入する。進入した水素ガスは、途中で分流しつつガス供給路１２を通過して、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂよりそれぞれの収容部７Ａ，７Ｂへ供給され、充填される。それぞれのガス充填口１１Ａ，１１Ｂは互いに連絡している為、水素ガスを充填する際、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力は等しくなる。これに対し、水素ガスをガスタンク２から放出する際、水素ガスは、それぞれのガス放出口１３Ａ，１３Ｂよりガス放出路１４に進入する。進入した水素ガスは、途中で合流しつつガス放出路１４を通過して、外側ガス放出口２２より放出される。それぞれのガス放出口１３Ａ，１３Ｂは互いに連絡している為、水素ガスを放出する際、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の水素ガスの圧力は等しくなる。したがって、本実施形態においては、それぞれのガスタンク内２Ａ，２Ｂの圧力は、水素ガスの充填、放出に、関わりなく等しい。なお本実施形態において、ガス供給時にガス放出路１４を利用してガスタンク２にガスを供給することは無く、ガス放出時にガス放出路１４を利用してガスタンク２からガスを放出することは行わない。
【００２４】
この種のガスタンク装置１において、ケース３の主たる目的は、ガスタンク２を収容することである。その為、ケース３には、本来、高圧のガスを充填する目的は無い。その為、通常、ケース３の強度は、ガスタンク２の強度よりも弱い。
【００２５】
本実施形態に係るガスタンク装置１は、ガスタンク２と、ガスタンク２を収容するケース３との間の空間に、水素ガスを収容する副収容部２３を備える。この副収容部２３は、主として、ガスタンク２の外表面と、ケース３の内表面とにより周囲が仕切られる。副収容部２３の一部の周囲が、ガスタンクよりも強度が劣るケースからなる為、副収容部２３にはガスタンクと同様の圧力で水素ガスを充填出来ない。したがって、副収容部２３内の圧力は、少なくとも、常にガスタンク２内の圧力以下の状態にする必要がある。副収容部２３内の圧力を、常にガスタンク２内の圧力以下にするためには、以下に示すように、レギュレータ２４および逆支弁２５を利用する。
【００２６】
本実施形態において、外側ガス充填口２１と、ガス充填口１１Ａ，１１Ｂとの間を連絡するガス供給路１２の途中であって、副収容部２３内にレギュレータ２４が備えられる。レギュレータ２４は、ガス供給路１２より供給される水素ガスを、ガスタンク２内へ充填される水素ガスの圧力よりも減圧して副収容部２３内に供給するものである。副収容部２３へ充填される水素ガスは、ガスタンク２へ充填される水素ガスと共通の外側ガス充填口２１より充填される。水素ガスは、外側ガス充填口２１よりガス供給路１２に進入し、レギュレータ２４により減圧されて副収容部２３へ供給される。レギュレータ２４は、内部に所定の圧力調節機構（図示せず）を備える。この圧力調節機構を調節することにより、副収容部２３へ供給し、充填する水素ガスの圧力を調節することができる。
【００２７】
また外側ガス放出口２２と、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂとの間を連絡するガス放出路１４の途中であって、副収容部２３内に逆支弁２５が備えられる。逆支弁２５は、副収容部２３内の圧力以上で充填されるガスタンク２内の水素ガスが、副収容部２３内へ流入することを防止するものである。換言すれば、逆支弁２５は、本来、ガスタンク２内のガス放出口１３よりガス放出路１４を通って放出される水素ガスが、ガス放出路１４の途中で逆流して、副収容部２３へ進入するのを防止するものである。本実施形態において水素ガスを放出する際、副収容部２３内の圧力がガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と等しくなった場合に、副収容部２３内の水素ガスはガス放出路１４を通って、外側ガス放出口２２より放出される。副収容部２３内の圧力がガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力未満の場合には、副収容部２３内の水素ガスは放出されない。
【００２８】
なおガス供給路１２において、レギュレータ２４の設置個所よりも上流側（外側ガス充填口２１のある側）に、供給する水素ガスの逆流を防止するチェック弁２６を設置することが望ましい。チェック弁２６を設けることにより、外側ガス充填口２１からガス供給路１２を通り、供給されるガスが、ガス供給路１２内を逆流するのを防止することが出来る。
【００２９】
以下、本実施形態に係るガスタンク装置１において、水素ガスを充填していない状態から水素ガスを最大限、充填するまでの手順を説明する。図３は、ガスタンク装置１に水素ガスを充填する際、ガスタンク２の収容部７内の圧力と、副収容部２３内の圧力の経時変化を示すグラフである。横軸は時間（ｔ）を示し、縦軸は、ガス圧（ＭＰａ）を示す。図３において、実線のグラフは、ガスタンク２の収容部７内の圧力変化を示し、破線のグラフは、副収容部２３内の圧力変化を示す。図１および図３を用いて上記手順を説明する。なおガスタンク装置１の条件として、ガスタンク２に充填される水素ガスの最大圧力を７０ＭＰａとし、副収容部２３へ充填される水素ガスの最大圧力を３５ＭＰａとする。またレギュレータ２４は、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ未満の場合は、水素ガスがガス供給路１２を通って副収容部２３へ流入するのを防止し、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ以上の場合に、水素ガスを副収容部２３に対し、ガスタンク２の収容部７内の圧力よりも３５ＭＰａ減圧して供給するように設定される。
【００３０】
ガスタンク装置１において、水素ガスを充填する際、先ず、ガスタンク２（２Ａ，２Ｂ）のみに水素ガスが充填される。ガスタンク装置１の外部より供給された水素ガスは、先ず、外側ガス充填口２１よりガス供給路１２へ進入する。ガス供給路１２へ進入した水素ガスは、途中で枝分かれしてガス供給路１２を通り、ガス充填口１１（１１Ａ，１１Ｂ）よりそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂへ供給される。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内には、圧力が等しくなるように水素ガスが供給される。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が３５ＭＰａに達するまでガスタンク２Ａ，２Ｂのみに水素ガスが充填される（図３において、ｔ０≦ｔ＜ｔ３．５）。この間、副収容部２３へ水素ガスは充填されない。
【００３１】
ガスタンク２の収容部７内の圧力と、副収容部２３内の圧力との差が３５ＭＰａとなった時（図３において、ｔ＝ｔ３．５）、副収容部２３への水素ガスの供給が開始する。この時点より、ガス供給路１２を通って供給される水素ガスの一部が、レギュレータ２４を介して副収容部２３へ供給され、水素ガスの残りの部分がガス充填口１１Ａ，１１Ｂよりそれぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂへ供給される。
【００３２】
ガスタンク２の収容部７と副収容部２３との双方に対し水素ガスが供給され、充填される間（図３において、ｔ３．５≦ｔ≦ｔ７）、ガスタンク２内の圧力（収容部７内の圧力）と、副収容部２３内の圧力との差は、レギュレータの機能により常に、一定（この場合は、３５ＭＰａ）に保持される。一定の圧力差を保持したまま、ガスタンク２の収容部７内の圧力が７０ＭＰａ、副収容部２３の圧力が３５ＭＰａとなるまで水素ガスが充填される。以上のようにして、ガスタンク装置１に水素ガスが最大限に充填される。
【００３３】
これに対し、上記のようにしてガスタンク２に７０ＭＰａ、副収容部２３に３５ＭＰａの水素ガスを充填したガスタンク装置１において、水素ガスを順次、放出する手順を説明する。図４は、ガスタンク装置１から水素ガスを放出する際、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と、副収容部２３内の圧力の経時変化を示すグラフである。横軸は時間（ｔ）を示し、縦軸は、ガス圧（ＭＰａ）を示す。図４において、実線のグラフは、ガスタンク２の収容部７内の圧力変化を示し、破線のグラフは、副収容部２３内の圧力変化を示す。図１および図４を用いて上記手順を説明する。なお逆支弁２５は、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ以上の場合は、ガスタンク２の収容部７内から放出される水素ガスがガス放出路１４を通り、副収容部２３へ流入するのを防止するように設定される。また逆支弁２５は、ガスタンク２の収容部７内の圧力が３５ＭＰａ以下となった場合は、副収容部２３内の水素ガスをガス放出路１４より放出するように設定される。
【００３４】
ガスタンク装置１より水素ガスを放出する際、先ず、２個のガスタンク２Ａ，２Ｂのみより水素ガスが放出される。ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の水素ガスは、ガス放出口１３Ａ，１３Ｂよりガス放出路１４へ進入する。ガス放出路１４へ進入した水素ガスは、途中で合流しつつガス放出路１４を通り、外側ガス放出口２２よりガスタンク装置１の外部へ放出される。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が等しくなるように水素ガスの放出が行われる。それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が３５ＭＰａに達するまでガスタンク２Ａ，２Ｂからのみ水素ガスの放出が行われる（図４において、ｔ０≦ｔ＜ｔ３．５）。この間、副収容部２３の水素ガスは、放出されない。
【００３５】
水素ガスが放出し、それぞれのガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力が３５ＭＰａとなった時（図４において、ｔ＝ｔ３．５）、副収容部２３の水素ガスの放出が開始する。この時点より、ガスタンク２Ａ，２Ｂ内の水素ガスがガス放出路１４を通って放出されると共に、副収容部２３内の水素ガスが逆支弁２５を介してガス放出路１４内に至り、ガス放出路１４内の水素ガスの流れと合流して、ガスタンク装置１の外部へ放出される。
【００３６】
ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内と副収容部２３内との双方の水素ガスが放出される間（図４において、ｔ３．５≦ｔ≦ｔ７）、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と、副収容部２３内の圧力とは、逆支弁の機能により常に、等しくなるように保持される。この間、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力と、副収容部２３内の圧力とが等しくなるように、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内および副収容部２３内の水素ガスが放出される。以上のようにして、ガスタンク装置１より水素ガスが順次、放出される。
【００３７】
ここで、上記ガスタンク装置１におけるガスタンク２の強度について検討する。上記ガスタンク装置１において、最大限に水素ガスを充填している場合、ガスタンク２Ａ，２Ｂの収容部７Ａ，７Ｂ内の圧力は７０ＭＰａであり、副収容部２３内の圧力は３５ＭＰａである。このような場合、ガスタンク２Ａ，２Ｂは、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良くなる。以下、この理由について図５を用いて説明する。図５は、図１に示されるガスタンク装置１の断面図の一部を抜き出したものであり、ガスタンク２Ａの部分断面図を示す。ガスタンク２Ａを三つの領域Ａ、ＢおよびＣに分けて検討する。
【００３８】
図５において示される領域Ａは、ガスタンク２Ａの一部分であって、副収容部２３の周囲の一部を構成する個所である。この個所において、ガスタンク２Ａの内側から７０ＭＰａの圧力が加わり、またガスタンクの２Ａ外側からは３５ＭＰａの圧力が加わっている。したがって、この個所においては、見かけ上、ガスタンク２Ａの内側より３５ＭＰａの圧力が加わっていると見なすことができる。その為、この個所においては、ガスタンク２Ａの強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良いことになる。
【００３９】
図５において示される領域Ｂは、ガスタンク２Ａの一部分であって、ガスタンク２Ａの外表面が、ケース３の内表面と接触する個所である。この個所において、ガスタンク２Ａの内側から７０ＭＰａの圧力が加わっている。ここで、仮に、ガスタンク２Ａが内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備え、かつガスタンク２Ａの外側に接触配置するケース３が、内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えるとすると、この個所は、ガスタンク２Ａの内側から加わる７０ＭＰａの圧力に耐えられることになる。したがって、この個所においては、ガスタンク２Ａの強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良いことになる。
【００４０】
図５において示される領域Ｃは、ガスタンク２Ａの一部分であって、隣接する他方のガスタンク２Ｂと接触する個所である。この個所において、仮に、ガスタンク２Ａが内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えるとする。ガスタンク２Ａの内側から７０ＭＰａの圧力が加えられると、ガスタンク２Ａには強度を超える力であり、内側からの３５ＭＰａの過剰分の圧力が加わっていることになる。しかし、この圧力は、隣接する他方のガスタンク２Ｂから加えられる圧力であって、対応する逆向きの３５ＭＰａの圧力によって打ち消される。したがって、この個所においても、ガスタンク２Ａの強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度を備えれば良いことになる。
【００４１】
以上より、上記実施形態に係るガスタンク装置１のガスタンク２の強度は、少なくとも内側から３５ＭＰａの圧力に耐えられる強度であれば良いことが言える。したがって、上記実施形態において、副収容部２３内の圧力がケース３の許容圧力以下の場合、ガスタンク２は、実際に充填するガスの圧力から、副収容部２３内の圧力を差し引いた分の圧力に少なくとも耐えられる強度を備えれば良いことになる。なお図５において示されていないガスタンクの個所においても、上記領域Ａ〜Ｃの何れかの場合として把握することが出来る。
【００４２】
本実施形態においては、水素ガスを充填したが、他の実施形態においては、酸素ガス、メタンガス等の他のガスを充填してもよい。
【００４３】
他の実施形態においては、定置用の燃料電池装置に用いる等、車両等の移動体に搭載しないガスタンク装置であっても良い。
【００４４】
ケース３と、ガスタンク２との接触個所において、弾性体等からなる部材を介在させてもよい。
【００４５】
なお上記実施形態においては、同形状の２個のガスタンクを用いているが、他の実施形態においては、形状の異なるガスタンク２を用いても良い。例えば、円筒形状のガスタンクにおいて、径の大きいガスタンク２と、径の小さいガスタンク２とを組み合わせても良い。
【００４６】
上記実施形態のガスタンク装置１は、ガスタンクを２個備えるものであったが、これに限られず、他の実施形態においては、３個以上のガスタンクを備えるものであってもよい。例えば、３個のガスタンクを備えるガスタンク装置の場合、３個のガスタンクを平行に配列させても良い。また図６に示されるガスタンク装置３１のように、互いに接触して平行に配列した２個のガスタンク２Ｃ，２Ｂの上に、更に１個のガスタンク２Ａを積み上げても良い。図６に示されるガスタンク装置３１において、副収容部２３は、ケース３とガスタンク２Ａ，２Ｂ，２Ｃとの間に形成される３個所と、３個のガスタンク２Ａ，２Ｂ，２Ｃの間に形成される１個所とがある。これらの４個の副収容部２３は、互いにガスが自由に行き来可能な状態、即ち、４個の副収容部２３内のガス圧が同じ状態であっても良い。またこれらの４個の副収容部２３は互いに独立し、圧力が異なる状態であってもよい。但し、４個の副収容部２３を独立して用いる場合には、それぞれの副収容部２３において、レギュレータ２４と、逆支弁２５を設ける必要がある。
【００４７】
上記実施形態において、ガスタンク装置１は、車両等の搭載面１８上に設置される（例えば図２参照）。搭載面１８は、通常、平坦である。平坦な搭載面１８上に、複数個の円筒形状のガスタンク２を、搭載面１８とガスタンク２の長手方向とが平行となるように、ケース３を介して搭載すると、ガスタンク２とケース３との間に空間が形成される。通常、この空間は、いわゆるデッドスペースであって、特に利用されるものではない。しかし、本実施形態は、このようなデッドスペースをガスを収容する個所として使用するものである。このように、ガスタンク２は、通常、平坦な形状を備える部材上に設置、固定されるものである。本実施形態に係るガスタンク装置１によれば、従来、デッドスペースであった個所を、ガスを収容する個所として利用することが出来る。
【００４８】
ここで、図７を用いて、ガスタンク２とケース３との間に形成されるデッドスペースについて更に説明する。図７は、断面が円形等の曲線を有するガスタンク２を、平坦な面上に配置した際に形成されるデッドスペースの説明図である。図７において、断面の輪郭が曲線状である第１領域４０と、断面の輪郭が曲線状である第２領域５０とが示される。上記実施形態においては、第１領域４０は、ガスタンク２Ａにより形成される領域に相当し、第２領域５０は、ガスタンク２Ｂにより形成される領域に相当する。図７において、それぞれの領域４０，５０の輪郭上の共通接線ａは、ケース３の一部分に相当し、共通接線ｂは、ケース３の一部分（搭載面１８）に相当する。第１領域４０の外周と、第２領域５０の外周と、共通接線ａと、共通接線ｂとにより、第３領域６０が形成される。この第３領域が従来、デッドスペースとされていた個所である。なお第１領域４０の外周と第２領域５０の外周とは接触していても良いし、図７に示されるように、離れていても良い。本発明は、第１領域４０，第２領域５０および第３領域６０を、すべてガスや液体等の流体を貯蔵する空間として利用するものである。なおこれらの領域に貯蔵可能な流体の圧力はすべて同じであっても良いし、異なるものであってもよい。通常は、第３領域６０を構成する個所（特に、共通接線ａおよびｂに相当する個所）の強度が、第１領域４０および第２領域５０を構成する個所の強度よりも劣るため、第３領域６０に貯蔵する流体の圧力を低く設定することになる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ガスタンク装置の主要部分の断面図を示す。
【図２】図１において示されるＸ−Ｘにおけるガスタンク装置の断面図を示す。
【図３】ガス充填時のガスタンク装置におけるガスタンク内の圧力と、副収容部内の圧力との経時変化を示すグラフである。
【図４】ガス放出時にガスタンク装置におけるガスタンク内の圧力と、副収容部内の圧力との経時変化を示すグラフである。
【図５】図１に示されるガスタンク装置の一部であって、ガスタンクの部分を示す部分断面図である。
【図６】他の実施形態に係るガスタンク装置の断面図を示す。
【図７】デッドスペースの説明図を示す。
【符号の説明】
【００５０】
１ ガスタンク装置、２，２Ａ，２Ｂ ガスタンク、３ ケース、４，４Ａ，４Ｂ ガスタンク本体部、５，５Ａ，５Ｂ 内層部、６，６Ａ，６Ｂ 外層部、７，７Ａ，７Ｂ 収容部、８，８Ａ，８Ｂ 口金部、９，９Ａ，９Ｂ 開口部、１０，１０Ａ，１０Ｂ 雌ねじ部、１１，１１Ａ，１１Ｂ ガス充填口、１２ ガス供給路、１３，１３Ａ，１３Ｂ ガス放出口、１４ ガス放出路、１５ ケース本体部、１６ 内層部、１７ 外層部、１８ 搭載面、１９ 外側口金部、２０ 開口部、３１ 雌ねじ部、２１ 外側ガス充填口、２２ 外側ガス放出口、２３ 副収容部、２４ レギュレータ、２５ 逆支弁、２６ チェック弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のガスタンクと、
複数個のガスタンクを収容するケースと、
を備えるガスタンク装置において、
ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とするガスタンク装置。
【請求項２】
複数個のガスタンクと、
複数個のガスタンクにガスを供給する共通のガス充填口と、
複数個のガスタンクからガスを放出する共通のガス放出口と、
複数個のガスタンクを収容するケースと、
を備えるガスタンク装置において、
前記ケースは、
前記ガス充填口と連絡する外側ガス充填口と、
前記ガス放出口と連絡する外側ガス放出口とを有し、
外側ガス充填口には、ガスタンク内の圧力よりも減圧するレギュレータが接続され、
外側ガス放出口には、ガスタンク内のガスが流入を防止する逆支弁が接続され、
ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とするガスタンク装置。
【請求項３】
請求項２記載のガスタンク装置において、
連絡するガス充填口と、外側ガス充填口との間であって、レギュレータの接続個所よりも外側ガス充填口側に、供給されるガスの逆流を防止するチェック弁を備えることを特徴とするガスタンク装置。
【請求項１】
複数個のガスタンクと、
複数個のガスタンクを収容するケースと、
を備えるガスタンク装置において、
ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とするガスタンク装置。
【請求項２】
複数個のガスタンクと、
複数個のガスタンクにガスを供給する共通のガス充填口と、
複数個のガスタンクからガスを放出する共通のガス放出口と、
複数個のガスタンクを収容するケースと、
を備えるガスタンク装置において、
前記ケースは、
前記ガス充填口と連絡する外側ガス充填口と、
前記ガス放出口と連絡する外側ガス放出口とを有し、
外側ガス充填口には、ガスタンク内の圧力よりも減圧するレギュレータが接続され、
外側ガス放出口には、ガスタンク内のガスが流入を防止する逆支弁が接続され、
ケースとガスタンクとの間を、ガスの副収容部として用いることを特徴とするガスタンク装置。
【請求項３】
請求項２記載のガスタンク装置において、
連絡するガス充填口と、外側ガス充填口との間であって、レギュレータの接続個所よりも外側ガス充填口側に、供給されるガスの逆流を防止するチェック弁を備えることを特徴とするガスタンク装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２０５４７０（Ｐ２００７−２０５４７０Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５２９５（Ｐ２００６−２５２９５）
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]