天然ガス貯蔵タンク
【課題】天然ガスから成分分離・凝集を抑制し、天然ガスの貯蔵を良好に行なう。
【解決手段】天然ガスを貯蔵するガス貯蔵容器に接続されたＮＧ流通管１１の接続部における内断面の面積ｐとＮＧ貯蔵容器１２の内断面の最大面積ｑとの比（ｐ：ｑ）を１：２２５〜１：６４とする。ガス貯蔵容器には天然ガスを吸着する天然ガス吸着剤が収容されている。さらにガス供給時の温度低下を防ぐために昇温手段を備えた。
【解決手段】天然ガスを貯蔵するガス貯蔵容器に接続されたＮＧ流通管１１の接続部における内断面の面積ｐとＮＧ貯蔵容器１２の内断面の最大面積ｑとの比（ｐ：ｑ）を１：２２５〜１：６４とする。ガス貯蔵容器には天然ガスを吸着する天然ガス吸着剤が収容されている。さらにガス供給時の温度低下を防ぐために昇温手段を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスを貯蔵し、排出するのに好適な天然ガス貯蔵タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、天然ガスを貯蔵する場合、天然ガスを圧縮してボンベに充填したり、天然ガスを吸着等する材料などを用いる方法が広く利用されている。
【０００３】
ところが、ボンベでは容積が大きい割りに壁厚が大きいために内容量が小さく、重量も大きいことから、特に吸着などの化学的もしくは物理的な方法による貯蔵技術に関する検討が盛んに行なわれている。このような貯蔵技術は、貯蔵タンクや装置のコンパクト化、軽量化が可能であり、配置空間に制限を受ける例えば車載用等の用途において期待されている。
【０００４】
上記に関連して、側壁の長手方向軸線が形成する平面に垂直な中心軸線周りに単一の平面内で巻かれた細長い管状部材よりなる車両用圧縮天然ガスタンクが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実登第３０３６５８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、天然ガスは一般に、主成分であるメタン以外にプロパン、ブタン等の重成分を含んでおり、これらの重成分は通常はメタンと混合ガスの状態にあるが、何らかの原因で分離してしまうと、再び混合ガスの状態には戻りにくく、天然ガスを貯蔵する材料の貯蔵性能を損なう。例えば、天然ガスの吸着する吸着サイトとなる細孔を有する吸着材では、細孔中で分離後の重成分が凝集しやすくなり、凝集してしまうと細孔を塞いで本来の貯蔵性能を得ることができない。
【０００６】
例えば天然ガスを高圧タンク等に充填する際、天然ガスがこれを流通するガス管より容積の大きい高圧タンク等に導入されると、急激な断熱膨張によりガス温度が急激に低下して、ブタン等の重成分が混合ガス中から分離し、凝集する。この凝集は、吸着材などの内部で生じやすく、例えば吸着材の化学もしくは物理吸着に寄与する細孔で凝集が起きると、細孔を塞ぎ、吸着材中へのガス流入の妨げとなる。一旦凝集が生ずると、これに伴なって凝集が起こりやすくなり、この繰り返しにより悪化する。そのため、天然ガスの充填・放出を繰り返すにしたがって次第に貯蔵量は低下し、一回の充填で使用可能なガス量（放出量）も低下する。
【０００７】
このように、吸着などの化学的もしくは物理的な方法は有用とされているものの、かかる方法により貯蔵を行なうメリットが得られていないのが実状である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、天然ガスからの成分分離・凝集を抑制して天然ガスを良好に貯蔵することができる天然ガス貯蔵タンクを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、配管から容積の大きい容器内に天然ガスが供給される等、急激な断熱膨張を伴なう供給系では、断熱膨張による冷却が大きいために天然ガス中に混在するプロパンやブタン等の重成分が分離し、ひいては凝集を起こすことにより、貯蔵材料の細孔等の貯蔵サイトを減少させ、貯蔵／放出効率および貯蔵／放出量を低下させるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である天然ガス貯蔵タンクは、天然ガスを貯蔵するガス貯蔵容器に接続されたガス流通管の接続部における内断面の面積ｐと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｑとの比率（ｐ：ｑ）が１：２２５〜１：６４の範囲になるように構成したものである。
【００１１】
第１の発明においては、天然ガスを流通するガス流通管とこのガス流通管から天然ガスが供給されるガス貯蔵容器との間の、ガス流通方向と直交する各内断面の断面積の比率（ｐ：ｑ）に着目し、ガス貯蔵容器に接続されたガス流通管の接続部における内断面の面積ｐに対し、ガス貯蔵容器の、ガス流通管との接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｑが大きくなりすぎないように、両内断面の面積比率（ｐ：ｑ）を１：２２５〜１：６４の範囲内にすることで、天然ガスがガス流通管からガス貯蔵容器に流入した際の断熱膨張による温度低下が抑えられ、天然ガスからのプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を抑制し、ガス貯蔵容器へのガス貯蔵特性（特に天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率）の劣化を低減することができる。
【００１２】
特に、ガス貯蔵容器内に、天然ガスの吸着サイトになる細孔を有する吸着材（カーボンナノチューブなどの炭素材料等）が収容されている場合に有効である。上記のように、天然ガス中のブタン等の重成分が凝集することで吸着サイトである細孔が閉塞されることによる吸着サイトの減少を回避することができるので、短期間に所期のガス貯蔵／放出量が大幅に低下することなく、長期間ガス貯蔵／放出性能を保持することができる。
【００１３】
第２の発明である天然ガス貯蔵タンクは、ガス貯蔵容器に器壁から器内方向に一端を突出させて接続されたガス流通管の接続部と前記一端との間の管壁に少なくとも１つの孔を有し、前記孔の総面積ｒと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｓとの比率（ｒ：ｓ）が１：２２５〜１：６４となるように構成したものである。
【００１４】
第２の発明においては、天然ガスを放出する孔の開口サイズとこの孔から天然ガスが供給されるガス貯蔵容器のサイズとの間の比率に着目し、天然ガスを流通するガス流通管に設けられた孔の総面積ｒに対し、ガス貯蔵容器の、ガス流通管との接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｓが大きくなりすぎないように、総面積ｒおよび最大面積ｓの面積比率（ｒ：ｓ）を１：２２５〜１：６４の範囲内にすることで、天然ガスがガス流通管からガス貯蔵容器に流入した際の断熱膨張による温度低下を抑えることが可能であり、天然ガスからのプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を抑制し、ガス貯蔵容器へのガス貯蔵特性（特に天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率）の劣化を低減することができる。
【００１５】
また、第２の発明におけるガス流通管には、複数の孔を設けることができ、複数の孔を設ける場合は、ガス貯蔵容器の器壁から器内方向に突出した突出端である一端に最も近い孔の面積ｓ１と最も遠い孔、つまり器壁（接続部）に最も近い孔の面積ｓｎ（ｎ＞２）との間の比率（ｓ１：ｓｎ）が２：１〜３：１であることが、天然ガスがガス貯蔵容器に流入した際の断熱膨張による温度低下をより効果的に抑制することができる。
第１の発明と同様に、ガス貯蔵容器内に、天然ガスの吸着サイトになる細孔を有する吸着材（カーボンナノチューブなどの炭素材料等）が収容されている場合に特に有効である。
【００１６】
第１および第２の発明である天然ガス貯蔵タンクには、ガス流通管からガス貯蔵容器に供給された天然ガスの温度を上昇させる昇温手段を設けることができる。ガス貯蔵容器に天然ガスを供給する場合に、供給された天然ガスの温度が供給時の断熱膨張により大きく低下しないように、昇温手段により加熱されるので、供給時の断熱膨張が原因で天然ガス中の重成分が分離、凝集するのを抑えることができる。凝集の抑制により、カーボンナノチューブなどの炭素材料等吸着材など、吸着サイトになる細孔を有する場合などのガス貯蔵特性（特に天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率）の低下を低減することができる。
【００１７】
昇温手段による天然ガスの加熱は、断熱膨張に伴なう冷却で生じる重成分の分離、凝集をより効果的に防止する観点から、５０℃以上の温度に上昇されるように行なわれるのが望ましい。
【００１８】
本発明の天然ガス貯蔵タンクは、ガスの供給が行なわれるときには一般に細長い管がこれより内容積の大きい容器に接続された構造に構成されるが、このような構造のまま天然ガスを供給して充填する場合における、充填／放出効率および充填／放出量の安定したシステムを構築することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、天然ガスから成分分離・凝集を抑制して天然ガスを良好に貯蔵することができる天然ガス貯蔵タンクを提供することができる。特に、天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率の良好な天然ガス貯蔵タンクを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の天然ガス貯蔵タンクの実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の天然ガス貯蔵タンクの第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態の天然ガス貯蔵タンクは、天然ガス（以下、ＮＧと略記することがある。）が流通するＮＧ流通管の内断面の面積（面積ｐという）と、ＮＧが供給されるＮＧ貯蔵容器の内断面の断面積（最大面積ｑという）との比（ｐ：ｑ）を１：１００とし、供給された天然ガスの分離、凝集が起きない構成としたものである。
【００２２】
本実施形態では、ＮＧ貯蔵タンク内に天然ガス吸着材として「やしがら炭」を収容した場合を例に説明する。但し、本発明においては、下記実施形態に制限されるものではない。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の天然ガス貯蔵タンクは、ＮＧ（天然ガス）が流通するガス流通管であるＮＧ流通管１１と、天然ガス吸着材である「やしがら炭」を収容し、ＮＧ流通管１１から供給されたＮＧを貯蔵するガス貯蔵容器であるＮＧ貯蔵容器１２と、を備えている。
【００２４】
ＮＧ流通管１１は、天然ガス（ＮＧ）が流通し、流通するＮＧの流通方向下流側となる一端でＮＧ貯蔵タンク１２と接続されている。また、他端は、天然ガス貯蔵タンクとは別に外部に設置された図示しない天然ガス供給装置と接続できるようになっている。
【００２５】
このＮＧ流通管１１は、図１のように、内径Ａが４ｍｍであるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状構造を有しており、ＮＧ流通方向と直交する断面は略一様な円形状になっている。ここで、内径４ｍｍの円形断面がＮＧ流通管の内断面であり、内断面の面積ｐは４πｍｍ２である。
【００２６】
ＮＧ貯蔵容器１２は、内径Ｂ４０ｍｍ、長さ３．０ｍ、内容積３．７ＬであるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状体の、長手方向の両端が曲面で閉塞された構造になっており、その一方の曲面（閉塞端）にはＮＧ給排口１３が形成され、このＮＧ給排口１３においてＮＧ流通管１１の一端が接続されている。ＮＧの充填は、ＮＧの供給開始から５分間で行なえるようになっている。なお、材質として、自動車用などでは軽量化が重要であるため、アルミニウムのライナーの周囲がカーボンファイバーやグラスファイバー等で補強されたＣＦＲＰ、ＦＲＰ耐圧容器も用いられる。
【００２７】
ＮＧは、図１に示すように、ＮＧ流通管１１からＮＧ貯蔵容器１２中を他方の曲面（閉塞端）の方向に向かって流通していくが、このＮＧの流通方向と直交するＮＧ貯蔵容器１２の断面、すなわち内径４０ｍｍの円形断面がＮＧ貯蔵容器の内断面であり、この内断面は両閉塞端の一方から他方に至るまで略一様な円形に構成されている。したがって、ＮＧ貯蔵容器１２の内断面の最大面積ｑは、４００πｍｍ２である。
【００２８】
ＮＧ貯蔵容器１２の内部には、天然ガスを吸着して貯蔵する天然ガス吸着材である「やしがら炭」１４が収容されており、ＮＧ流通管１１を流通してＮＧ貯蔵容器１２内にＮＧが供給されたときには、供給されたＮＧをＮＧ貯蔵容器１２内のやしがら炭１４に吸着させて貯蔵する。また、外部に設置された天然ガスで動作する不図示のＮＧ使用装置（例えば、エンジン、ＮＧ改質器）からＮＧ排出要求があったときには、ＮＧ流通管１１に設置されているバルブ（レギュレータバルブ）を開放する等により貯蔵されているＮＧをＮＧ使用装置に供給できるようになっている。
【００２９】
天然ガス吸着材には、やしがら炭以外に、例えば、カーボンナノチューブ等のカーボン繊維や、活性炭、フラーレン等の炭素材料、ＦＳＭ（ＳｉＯ２系）、ＭＯＦ（金属錯体系）等のメソ多孔体などを用いることができる。
なお、天然ガス吸着材の種類やＮＧ貯蔵容器内への収容量については、特に制限はなく、フル充填した際の充填量や充填時間など場合に応じて適宜選択することができる。
【００３０】
また、ＮＧ貯蔵容器１２内には、内部の雰囲気温度を昇温するため、熱媒体（加熱された水等）を流通させるための熱媒体通路１５が設けられており、連続的にあるいは必要に応じて、断熱膨張によるＮＧの大きな温度低下を抑制できるようになっている。熱媒体の流通を開始し、供給されたＮＧの温度を、天然ガス中の重成分の分離、凝集が起きない温度域に保つことが可能である。なお、加熱手段としては、熱媒体に限らずヒータ等でもよい。
【００３１】
熱媒体通路１５によるＮＧの昇温は、ＮＧ温度が５０℃以上になるように行なうことが好ましい。ＮＧの供給を行なう場合に、断熱膨張で温度が低下した際にＮＧ温度が凝集を起こす温度低下幅（温度差１５℃以上）より大きくなるおそれを回避することができる。
中でも、５０℃〜７０℃の範囲に加熱するのが、天然ガス中の成分分離、凝集防止の点で望ましい。熱し過ぎると、ガス自体の膨張のため、本来の高密度貯蔵に反する。
【００３２】
本実施形態では、ＮＧ流通管１１の内断面の面積ｐと、ＮＧ貯蔵容器１２の内断面の最大面積ｑとの比（ｐ：ｑ）は１：１００であるが、比率（ｐ：ｑ）は１：２２５〜１：６４の範囲であればよく、ＮＧ供給時における断熱膨張によるＮＧの分離、凝集を防止して、長期間にわたり良好なＮＧの吸着／放出効率を保持し、所期の吸着／放出量を確保することができる。
【００３３】
ここで、ＮＧの貯蔵量（貯蔵率）の低下は１％以内であることが望ましい。例えば、フル充填時にＶ／Ｖ０（Ｖ：ＮＧ充填量、Ｖ０：タンク内容積）が３００であるＮＧ貯蔵タンクを想定した場合、貯蔵量は、図２に示すように、ＮＧ流通管の内断面の面積ｐに対するＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑの比がより低下し、ｐのｑに対する比率が１：６４より大きくなると貯蔵効率の低下が１％より大きく低下してしまう。
一方、ＮＧ供給時の温度低下は、図３に示すように、ＮＧ流通管の内断面の面積ｐに対するＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑの比が小さくなるにつれ小さくなるため、ｐのｑに対する比率が１：２２５よりさらに小さくなると、天然ガス中のプロパンやブタン等の重成分が分離、凝集を起こす温度幅ΔＴが１５（deg）を超えてしまう。
【００３４】
すなわち、ＮＧ流通管の内断面の面積ｐとＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑとの比（ｐ：ｑ）を１：２２５〜１：６４とすることにより、ＮＧ供給時の大幅な温度低下を抑えることができ、これによりＮＧ中の重成分の分離、凝集が防止される。その結果、ＮＧの吸着サイトが減少するのを回避し、長期間にわたり良好なＮＧの吸着／放出効率を保持し、所期の吸着／放出量を確保することができる。
【００３５】
上記の理由から、前記比（ｐ：ｑ）の中でも、１：１４４〜１：１００の範囲がより好ましい。
【００３６】
本実施形態のように、加熱器として熱媒体通路をＮＧ貯蔵容器に取り付けて必要に応じて熱媒体を流通して供給されたＮＧ温度を高く保持するようにすることによって、例えば、供給時のＮＧ温度、充填速度、ＮＧ貯蔵容器の材質や内部構造などの影響でＮＧが分離、凝集しやすくなるのを解消することができ、既述の比（ｐ：ｑ）の範囲（１：２２５〜１：６４）ではより安定的にＮＧの供給（充填）を行なうことが可能である。
【００３７】
天然ガスの温度を上昇させる熱媒体通路や加熱器等の加熱手段は、ガス貯蔵容器および／またはガス流通管に設けることができ、ガス貯蔵容器に設ける場合は容器内部もしくは外部のいずれに設けられてもよい。具体的には、例えばガス貯蔵容器のＮＧ供給側（ここでは、例えばＮＧ流通管の接続部（ＮＧ給排口）から容器本体の一部領域）や、ＮＧ流通管の管外壁などに例えば電気ヒータを取り付けることができる。
さらに、加熱器をＮＧ吸着材（ここでは、やしがら炭）の温度を上げて、やしがら炭から熱を与えるように構成されてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の天然ガス貯蔵タンクの第２実施形態を図４〜図５を参照して説明する。本実施形態は、ガス貯蔵容器に器壁から器内方向に一端を突出させて接続されたガス流通管の接続部とこの一端との間の管壁に異径の孔を６個設け、全ての孔の合計面積ｒと、ＮＧが供給されるガス貯蔵容器の内断面の断面積（最大面積ｓという）との比（ｒ：ｓ）を１：１００とし、供給された天然ガスの分離、凝集が起きない構成としたものである。
【００３９】
なお、天然ガス吸着材は、第１実施形態で使用した「やしがら炭」並びに第１実施形態に記載した他の天然ガス吸着材を用いることができ、また、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態の天然ガス貯蔵タンクは、ＮＧ（天然ガス）が流通するガス流通管であるＮＧ流通管２１と、天然ガス吸着材である「やしがら炭」を収容し、ＮＧ流通管２１から供給されたＮＧを貯蔵するガス貯蔵容器であるＮＧ貯蔵容器２２と、を備えている。
【００４１】
ＮＧ流通管２１は、ＮＧ流通方向と直交する断面が内径４ｍｍの略一様な円形状であるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状構造を有しており、管内を天然ガス（ＮＧ）が流通し、流通するＮＧの流通方向下流側となる一端がＮＧ貯蔵容器１２の器壁から器内方向に突出するようにして設けられている。他端は、天然ガス貯蔵タンクとは別に外部に設置された図示しない天然ガス供給装置と接続できるようになっている。
ＮＧ流通管２１は、ＮＧ貯蔵容器２２と器壁を貫通する貫通部分で固定されている。
【００４２】
このＮＧ流通管２１の管壁には、ＮＧ貯蔵容器２２との接続部とこの接続部から器内に突出した一端（以下、突出端ともいう）との間に、６個の孔（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）が開口されており、各孔からＮＧ流通管２１を流通してきたＮＧが放出され、ＮＧ貯蔵容器２２に供給される構成となっている。
【００４３】
孔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびＳ６は、図４のように、ＮＧ流通管２１の器内の突出端からＮＧ貯蔵容器２２との接続部（貫通部）に向かって開口面積が小さくなるように設けられており、孔Ｓ１の面積ｓ１は０．９４πｍｍ２であり、孔Ｓ２〜孔Ｓ４の面積ｓ２、ｓ３およびｓ４は各々、面積ｓ２：０．８２πｍｍ２、面積ｓ３：０．７１πｍｍ２、面積ｓ４：０．６０πｍｍ２であり、孔Ｓ５および孔Ｓ６の面積ｓ５、ｓ６は各々、面積ｓ５：０．５１πｍｍ２、面積ｓ６：０．４１πｍｍ２である。
【００４４】
孔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびＳ６は、突出端である器内の一端に最も近い孔Ｓ１の面積ｓ１と最も遠い孔Ｓ６の面積ｓ６との比率（ｓ１：ｓ６）が２．２９：１であり、ＮＧが供給されたときの断熱膨張による冷却が抑制され、ひいてはＮＧの成分分離、凝集を回避できるようになっている。
【００４５】
ＮＧ流通管１２に複数の孔を設ける場合、全ての孔が同一面積で開口されたものでもよいし、孔の一部もしくは全部が異なる面積で開口されたものでもよい。
後者のように、一部もしくは全部の面積が異なる複数の孔が設けられるのが望ましく、この場合には、供給されたＮＧの断熱膨張による冷却を抑制し、ＮＧ中のプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を防止してＮＧの貯蔵、放出を良好に行なえる点で、ＮＧ流通管の突出端である器内の一端（突出端）に最も近い孔Ｓ１の面積ｓ１と最も遠い孔Ｓ６の面積ｓｎ（ｎ＞２）の比率（ｓ１：ｓｎ）が２：１〜３：１の範囲であるのが、均一な流速を得る点で望ましい。より好ましくは、２．２５：１〜２．５６：１の範囲内である。
【００４６】
孔の間隔は、特に制限なく選択することができるが、図５に示すように、孔を断面に対して螺旋状に設ける方が「タンク全体のへのガス拡散」という観点から、より均一なガス流となり望ましい。
【００４７】
また、形成する孔の数には、特に制限はなく、ＮＧの充填速度、ＮＧ流通管の内径や長さ、各孔の面積、面積の異なる孔の組合せ、ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｓ、などを考慮して適宜選択することができる。
【００４８】
ＮＧ貯蔵容器２２は、図４のように、内径Ｂが４０ｍｍ、内容積３．７ＬであるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状体の、長手方向の両端が曲面で閉塞された構造になっており、その一方の曲面（閉塞端）にはＮＧ給排口１３が形成され、このＮＧ給排口１３においてＮＧ流通管２１の一端が接続されている。また、ＮＧの流通方向と直交するＮＧ貯蔵容器２２の断面、すなわち内径４０ｍｍの円形断面がＮＧ貯蔵容器の内断面であり、この内断面は両閉塞端の一方から他方に至るまで略一様な円形の構造になっている。すなわち、ＮＧ貯蔵容器２２の内断面の最大面積ｓは、４００πｍｍ２である。
【００４９】
本実施形態では、孔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびＳ６の合計面積ｒと、ＮＧ貯蔵容器２２の内断面の最大面積ｓとの比（ｒ：ｓ）は、１：１００となっており、供給されたＮＧの断熱膨張による冷却が抑制され、ＮＧ中のプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を防止してＮＧの貯蔵、放出を良好に行なえるように構成されている。
【００５０】
本実施形態では、前記比（ｒ：ｓ）は１：１００であるが、比率（ｒ：ｓ）は１：２２５〜１：６４の範囲であればよく、ＮＧ供給時の大幅な温度低下を抑えることができ、これによりＮＧ中の重成分の分離、凝集が防止される。その結果、ＮＧの吸着サイトが減少するのを回避し、長期間にわたり良好なＮＧの吸着／放出効率を保持し、所期の吸着／放出量を確保することができる。
前記比（ｒ：ｓ）の中でも、１：１４４〜１：１００の範囲がより好ましい。
【００５１】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に熱媒体通路（または加熱器等）を取り付け、必要に応じて熱媒体を流通（または加熱器をオン）して供給されたＮＧ温度を高く保持するようにすることによって、例えば、供給時のＮＧ温度、充填速度、ＮＧ貯蔵容器の材質や内部構造などの影響でＮＧが分離、凝集しやすくなるのをより解消することができ、既述の比（ｒ：ｓ）の範囲（１：２２５〜１：６４）ではより安定的にＮＧの供給（充填）を行なうことが可能である。
【００５２】
本実施形態では、１本のＮＧ流通管のＮＧ貯蔵容器の内部に位置する管壁に複数の孔を開口して設けた場合を説明したが、１本の管に孔を形成するのではなく、１本のＮＧ流通管がＮＧ貯蔵容器内で複数本に分岐し、上記した比（ｒ：ｓ）を満たすように複数の分岐端（すなわち分岐端の端面の面積）が設けられた構造に構成された場合も同様である。分岐は、例えば１本のＮＧ流通管がまず内径の同じまたは異なる２本（または３本以上）の管に分岐し、分岐された２本の管がさらに各々内径の同じまたは異なる３本（または２本もしくは４本以上）に分岐し、合計６本またはそれ以上の分岐端が形成されるように構成することができる。また更に、分岐させた構造にしてもよい。
このような分岐構造に構成した場合も、上記した比（ｒ：ｓ）を満たす様に構成することにより、本実施形態の複数の孔を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、天然ガスは「ＮＧ」と略記する。
【００５４】
（実施例１）
まず、図１と同様の構造に構成されたＮＧ貯蔵タンクを用意した。
このＮＧ貯蔵タンクは、天然ガス吸着材として「やしがら炭」１４を収容し、供給された天然ガス（ＮＧ）をやしがら炭に吸着して貯蔵するＮＧ貯蔵容器（内径４０ｍｍ、内容積３．７ＬのＳＵＳ３１０製）１２と、ＮＧ貯蔵容器１２のＮＧ給排口１３に接続され、内径４ｍｍの管内を流通してＮＧ貯蔵容器１２にＮＧを供給するＮＧ流通管１１とを設けて構成されたものである。また、ＮＧ流通方向におけるＮＧ給排口１３のやや下流側に位置するＮＧ貯蔵容器１２内には、ＮＧ貯蔵容器の器内に入ってきたＮＧの温度を検出するための温度センサ（不図示）が取り付けられており、ＮＧ温度を所定のタイミングで検出できるようになっている。
【００５５】
本実施例におけるＮＧ流通管の内断面の面積ｐ（４πｍｍ２）とＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑ（４００πｍｍ２）との比ｐ：ｑは、１：１００となっている。
また、フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０（Ｖ：ＮＧ充填量、Ｖ０：タンク内容積）は３００とし、ＮＧの充填時間は５分間とした。
【００５６】
このＮＧ貯蔵タンクに室温（１５℃）下、２０ＭＰａのＮＧ（１３Ａ組成）をＮＧ流通管１１を流通してＮＧ貯蔵容器１２に吹き込んだところ、ＮＧ流通管およびＮＧ貯蔵容器の接続部であるＮＧ給排口１３近傍でＮＧが断熱膨張し、ＮＧ温度は５℃まで低下した。このとき、ＮＧ温度の低下幅は１０ｄｅｇであり、天然ガスが凝集を起こす温度低下幅（ΔＴ≧１５ｄｅｇ）には達しておらず、フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０に変化はみられなかった。また、ＮＧ中のブタン等の分離を、放出ガスのマススペクトル分析により観察したが、ブタン等の分離も認められなかった。この操作を１０回繰り返し行なったが、ＮＧ成分の分離はなく、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０の低下は１％未満であった。
【００５７】
（比較例１）
実施例１において、ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑを２２５００πｍｍ２（内径３００ｍｍ、内容積８０ＬのＳＵＳ３１０製）に代え、比ｐ：ｑを１：５６２５とした以外は（フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０＝３００、充填時間＝５分間）、実施例１と同様にして、ＮＧを充填し、さらにＮＧ温度を測定した。
【００５８】
その結果、ＮＧ温度は−２０℃まで低下した。このとき、ＮＧ温度の低下幅は３５ｄｅｇであり、天然ガスが凝集を起こす温度低下幅（ΔＴ≧１５ｄｅｇ）を超えており、ＮＧ中のブタンの分離が確認された。また、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０の低下が見られ、その低下幅は１５ｄｅｇ程度もあった。
【００５９】
（比較例２〜３）
実施例１において、ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑを、９６０πｍｍ２（内径６２ｍｍ、内容積８．９Ｌ；比較例２）、２２５πｍｍ２（内径３０ｍｍ、内容積２．１Ｌ；比較例３）に代え、比ｐ：ｑをそれぞれ１：２４０、１：５６とした以外は（フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０＝３００、充填時間＝５分間）、実施例１と同様にして、ＮＧを充填し、さらにＮＧ温度を測定した。
【００６０】
その結果、ＮＧ温度は比較例２では−３℃まで低下し、ＮＧ温度の低下幅は１８ｄｅｇであった。また、比較例３では１０℃まで低下し、ＮＧ温度の低下幅は５ｄｅｇであった。比較例２では、天然ガスが凝集を起こす温度低下幅（ΔＴ≧１５ｄｅｇ）を超えており、ＮＧ中のブタンの分離が確認され、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０の低下も見られ、低下幅は５ｄｅｇ程度であった。比較例３では、ブタンの分離は見られなかったが、タンクの肉部の割合が増大することに基づき、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０にて１％以上の低下が生じる（図２）。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＮＧ貯蔵タンクの構成を示す概略断面図である。
【図２】ＮＧ流通管の内断面積ｐ／ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑとＶ／Ｖ０との関係を示す関係図である。
【図３】ＮＧ流通管の内断面積ｐ／ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑとΔＴとの関係を示す関係図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＮＧ貯蔵タンクの構成を示す概略断面図である。
【図５】（Ａ）はＮＧ流通管を一端からみた概略構成図であり、（Ｂ）はＮＧ流通管を側方からみた概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１，２１…ＮＧ流通管
１２，２２…ＮＧ貯蔵容器
１４…やしがら炭
１５…熱媒体通路
Ｓ１〜Ｓ６…孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガスを貯蔵し、排出するのに好適な天然ガス貯蔵タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、天然ガスを貯蔵する場合、天然ガスを圧縮してボンベに充填したり、天然ガスを吸着等する材料などを用いる方法が広く利用されている。
【０００３】
ところが、ボンベでは容積が大きい割りに壁厚が大きいために内容量が小さく、重量も大きいことから、特に吸着などの化学的もしくは物理的な方法による貯蔵技術に関する検討が盛んに行なわれている。このような貯蔵技術は、貯蔵タンクや装置のコンパクト化、軽量化が可能であり、配置空間に制限を受ける例えば車載用等の用途において期待されている。
【０００４】
上記に関連して、側壁の長手方向軸線が形成する平面に垂直な中心軸線周りに単一の平面内で巻かれた細長い管状部材よりなる車両用圧縮天然ガスタンクが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実登第３０３６５８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、天然ガスは一般に、主成分であるメタン以外にプロパン、ブタン等の重成分を含んでおり、これらの重成分は通常はメタンと混合ガスの状態にあるが、何らかの原因で分離してしまうと、再び混合ガスの状態には戻りにくく、天然ガスを貯蔵する材料の貯蔵性能を損なう。例えば、天然ガスの吸着する吸着サイトとなる細孔を有する吸着材では、細孔中で分離後の重成分が凝集しやすくなり、凝集してしまうと細孔を塞いで本来の貯蔵性能を得ることができない。
【０００６】
例えば天然ガスを高圧タンク等に充填する際、天然ガスがこれを流通するガス管より容積の大きい高圧タンク等に導入されると、急激な断熱膨張によりガス温度が急激に低下して、ブタン等の重成分が混合ガス中から分離し、凝集する。この凝集は、吸着材などの内部で生じやすく、例えば吸着材の化学もしくは物理吸着に寄与する細孔で凝集が起きると、細孔を塞ぎ、吸着材中へのガス流入の妨げとなる。一旦凝集が生ずると、これに伴なって凝集が起こりやすくなり、この繰り返しにより悪化する。そのため、天然ガスの充填・放出を繰り返すにしたがって次第に貯蔵量は低下し、一回の充填で使用可能なガス量（放出量）も低下する。
【０００７】
このように、吸着などの化学的もしくは物理的な方法は有用とされているものの、かかる方法により貯蔵を行なうメリットが得られていないのが実状である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、天然ガスからの成分分離・凝集を抑制して天然ガスを良好に貯蔵することができる天然ガス貯蔵タンクを提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、配管から容積の大きい容器内に天然ガスが供給される等、急激な断熱膨張を伴なう供給系では、断熱膨張による冷却が大きいために天然ガス中に混在するプロパンやブタン等の重成分が分離し、ひいては凝集を起こすことにより、貯蔵材料の細孔等の貯蔵サイトを減少させ、貯蔵／放出効率および貯蔵／放出量を低下させるとの知見を得、かかる知見に基づいて達成されたものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である天然ガス貯蔵タンクは、天然ガスを貯蔵するガス貯蔵容器に接続されたガス流通管の接続部における内断面の面積ｐと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｑとの比率（ｐ：ｑ）が１：２２５〜１：６４の範囲になるように構成したものである。
【００１１】
第１の発明においては、天然ガスを流通するガス流通管とこのガス流通管から天然ガスが供給されるガス貯蔵容器との間の、ガス流通方向と直交する各内断面の断面積の比率（ｐ：ｑ）に着目し、ガス貯蔵容器に接続されたガス流通管の接続部における内断面の面積ｐに対し、ガス貯蔵容器の、ガス流通管との接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｑが大きくなりすぎないように、両内断面の面積比率（ｐ：ｑ）を１：２２５〜１：６４の範囲内にすることで、天然ガスがガス流通管からガス貯蔵容器に流入した際の断熱膨張による温度低下が抑えられ、天然ガスからのプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を抑制し、ガス貯蔵容器へのガス貯蔵特性（特に天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率）の劣化を低減することができる。
【００１２】
特に、ガス貯蔵容器内に、天然ガスの吸着サイトになる細孔を有する吸着材（カーボンナノチューブなどの炭素材料等）が収容されている場合に有効である。上記のように、天然ガス中のブタン等の重成分が凝集することで吸着サイトである細孔が閉塞されることによる吸着サイトの減少を回避することができるので、短期間に所期のガス貯蔵／放出量が大幅に低下することなく、長期間ガス貯蔵／放出性能を保持することができる。
【００１３】
第２の発明である天然ガス貯蔵タンクは、ガス貯蔵容器に器壁から器内方向に一端を突出させて接続されたガス流通管の接続部と前記一端との間の管壁に少なくとも１つの孔を有し、前記孔の総面積ｒと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｓとの比率（ｒ：ｓ）が１：２２５〜１：６４となるように構成したものである。
【００１４】
第２の発明においては、天然ガスを放出する孔の開口サイズとこの孔から天然ガスが供給されるガス貯蔵容器のサイズとの間の比率に着目し、天然ガスを流通するガス流通管に設けられた孔の総面積ｒに対し、ガス貯蔵容器の、ガス流通管との接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｓが大きくなりすぎないように、総面積ｒおよび最大面積ｓの面積比率（ｒ：ｓ）を１：２２５〜１：６４の範囲内にすることで、天然ガスがガス流通管からガス貯蔵容器に流入した際の断熱膨張による温度低下を抑えることが可能であり、天然ガスからのプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を抑制し、ガス貯蔵容器へのガス貯蔵特性（特に天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率）の劣化を低減することができる。
【００１５】
また、第２の発明におけるガス流通管には、複数の孔を設けることができ、複数の孔を設ける場合は、ガス貯蔵容器の器壁から器内方向に突出した突出端である一端に最も近い孔の面積ｓ１と最も遠い孔、つまり器壁（接続部）に最も近い孔の面積ｓｎ（ｎ＞２）との間の比率（ｓ１：ｓｎ）が２：１〜３：１であることが、天然ガスがガス貯蔵容器に流入した際の断熱膨張による温度低下をより効果的に抑制することができる。
第１の発明と同様に、ガス貯蔵容器内に、天然ガスの吸着サイトになる細孔を有する吸着材（カーボンナノチューブなどの炭素材料等）が収容されている場合に特に有効である。
【００１６】
第１および第２の発明である天然ガス貯蔵タンクには、ガス流通管からガス貯蔵容器に供給された天然ガスの温度を上昇させる昇温手段を設けることができる。ガス貯蔵容器に天然ガスを供給する場合に、供給された天然ガスの温度が供給時の断熱膨張により大きく低下しないように、昇温手段により加熱されるので、供給時の断熱膨張が原因で天然ガス中の重成分が分離、凝集するのを抑えることができる。凝集の抑制により、カーボンナノチューブなどの炭素材料等吸着材など、吸着サイトになる細孔を有する場合などのガス貯蔵特性（特に天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率）の低下を低減することができる。
【００１７】
昇温手段による天然ガスの加熱は、断熱膨張に伴なう冷却で生じる重成分の分離、凝集をより効果的に防止する観点から、５０℃以上の温度に上昇されるように行なわれるのが望ましい。
【００１８】
本発明の天然ガス貯蔵タンクは、ガスの供給が行なわれるときには一般に細長い管がこれより内容積の大きい容器に接続された構造に構成されるが、このような構造のまま天然ガスを供給して充填する場合における、充填／放出効率および充填／放出量の安定したシステムを構築することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、天然ガスから成分分離・凝集を抑制して天然ガスを良好に貯蔵することができる天然ガス貯蔵タンクを提供することができる。特に、天然ガスの貯蔵／放出量および貯蔵／放出効率の良好な天然ガス貯蔵タンクを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の天然ガス貯蔵タンクの実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の天然ガス貯蔵タンクの第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態の天然ガス貯蔵タンクは、天然ガス（以下、ＮＧと略記することがある。）が流通するＮＧ流通管の内断面の面積（面積ｐという）と、ＮＧが供給されるＮＧ貯蔵容器の内断面の断面積（最大面積ｑという）との比（ｐ：ｑ）を１：１００とし、供給された天然ガスの分離、凝集が起きない構成としたものである。
【００２２】
本実施形態では、ＮＧ貯蔵タンク内に天然ガス吸着材として「やしがら炭」を収容した場合を例に説明する。但し、本発明においては、下記実施形態に制限されるものではない。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の天然ガス貯蔵タンクは、ＮＧ（天然ガス）が流通するガス流通管であるＮＧ流通管１１と、天然ガス吸着材である「やしがら炭」を収容し、ＮＧ流通管１１から供給されたＮＧを貯蔵するガス貯蔵容器であるＮＧ貯蔵容器１２と、を備えている。
【００２４】
ＮＧ流通管１１は、天然ガス（ＮＧ）が流通し、流通するＮＧの流通方向下流側となる一端でＮＧ貯蔵タンク１２と接続されている。また、他端は、天然ガス貯蔵タンクとは別に外部に設置された図示しない天然ガス供給装置と接続できるようになっている。
【００２５】
このＮＧ流通管１１は、図１のように、内径Ａが４ｍｍであるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状構造を有しており、ＮＧ流通方向と直交する断面は略一様な円形状になっている。ここで、内径４ｍｍの円形断面がＮＧ流通管の内断面であり、内断面の面積ｐは４πｍｍ２である。
【００２６】
ＮＧ貯蔵容器１２は、内径Ｂ４０ｍｍ、長さ３．０ｍ、内容積３．７ＬであるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状体の、長手方向の両端が曲面で閉塞された構造になっており、その一方の曲面（閉塞端）にはＮＧ給排口１３が形成され、このＮＧ給排口１３においてＮＧ流通管１１の一端が接続されている。ＮＧの充填は、ＮＧの供給開始から５分間で行なえるようになっている。なお、材質として、自動車用などでは軽量化が重要であるため、アルミニウムのライナーの周囲がカーボンファイバーやグラスファイバー等で補強されたＣＦＲＰ、ＦＲＰ耐圧容器も用いられる。
【００２７】
ＮＧは、図１に示すように、ＮＧ流通管１１からＮＧ貯蔵容器１２中を他方の曲面（閉塞端）の方向に向かって流通していくが、このＮＧの流通方向と直交するＮＧ貯蔵容器１２の断面、すなわち内径４０ｍｍの円形断面がＮＧ貯蔵容器の内断面であり、この内断面は両閉塞端の一方から他方に至るまで略一様な円形に構成されている。したがって、ＮＧ貯蔵容器１２の内断面の最大面積ｑは、４００πｍｍ２である。
【００２８】
ＮＧ貯蔵容器１２の内部には、天然ガスを吸着して貯蔵する天然ガス吸着材である「やしがら炭」１４が収容されており、ＮＧ流通管１１を流通してＮＧ貯蔵容器１２内にＮＧが供給されたときには、供給されたＮＧをＮＧ貯蔵容器１２内のやしがら炭１４に吸着させて貯蔵する。また、外部に設置された天然ガスで動作する不図示のＮＧ使用装置（例えば、エンジン、ＮＧ改質器）からＮＧ排出要求があったときには、ＮＧ流通管１１に設置されているバルブ（レギュレータバルブ）を開放する等により貯蔵されているＮＧをＮＧ使用装置に供給できるようになっている。
【００２９】
天然ガス吸着材には、やしがら炭以外に、例えば、カーボンナノチューブ等のカーボン繊維や、活性炭、フラーレン等の炭素材料、ＦＳＭ（ＳｉＯ２系）、ＭＯＦ（金属錯体系）等のメソ多孔体などを用いることができる。
なお、天然ガス吸着材の種類やＮＧ貯蔵容器内への収容量については、特に制限はなく、フル充填した際の充填量や充填時間など場合に応じて適宜選択することができる。
【００３０】
また、ＮＧ貯蔵容器１２内には、内部の雰囲気温度を昇温するため、熱媒体（加熱された水等）を流通させるための熱媒体通路１５が設けられており、連続的にあるいは必要に応じて、断熱膨張によるＮＧの大きな温度低下を抑制できるようになっている。熱媒体の流通を開始し、供給されたＮＧの温度を、天然ガス中の重成分の分離、凝集が起きない温度域に保つことが可能である。なお、加熱手段としては、熱媒体に限らずヒータ等でもよい。
【００３１】
熱媒体通路１５によるＮＧの昇温は、ＮＧ温度が５０℃以上になるように行なうことが好ましい。ＮＧの供給を行なう場合に、断熱膨張で温度が低下した際にＮＧ温度が凝集を起こす温度低下幅（温度差１５℃以上）より大きくなるおそれを回避することができる。
中でも、５０℃〜７０℃の範囲に加熱するのが、天然ガス中の成分分離、凝集防止の点で望ましい。熱し過ぎると、ガス自体の膨張のため、本来の高密度貯蔵に反する。
【００３２】
本実施形態では、ＮＧ流通管１１の内断面の面積ｐと、ＮＧ貯蔵容器１２の内断面の最大面積ｑとの比（ｐ：ｑ）は１：１００であるが、比率（ｐ：ｑ）は１：２２５〜１：６４の範囲であればよく、ＮＧ供給時における断熱膨張によるＮＧの分離、凝集を防止して、長期間にわたり良好なＮＧの吸着／放出効率を保持し、所期の吸着／放出量を確保することができる。
【００３３】
ここで、ＮＧの貯蔵量（貯蔵率）の低下は１％以内であることが望ましい。例えば、フル充填時にＶ／Ｖ０（Ｖ：ＮＧ充填量、Ｖ０：タンク内容積）が３００であるＮＧ貯蔵タンクを想定した場合、貯蔵量は、図２に示すように、ＮＧ流通管の内断面の面積ｐに対するＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑの比がより低下し、ｐのｑに対する比率が１：６４より大きくなると貯蔵効率の低下が１％より大きく低下してしまう。
一方、ＮＧ供給時の温度低下は、図３に示すように、ＮＧ流通管の内断面の面積ｐに対するＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑの比が小さくなるにつれ小さくなるため、ｐのｑに対する比率が１：２２５よりさらに小さくなると、天然ガス中のプロパンやブタン等の重成分が分離、凝集を起こす温度幅ΔＴが１５（deg）を超えてしまう。
【００３４】
すなわち、ＮＧ流通管の内断面の面積ｐとＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑとの比（ｐ：ｑ）を１：２２５〜１：６４とすることにより、ＮＧ供給時の大幅な温度低下を抑えることができ、これによりＮＧ中の重成分の分離、凝集が防止される。その結果、ＮＧの吸着サイトが減少するのを回避し、長期間にわたり良好なＮＧの吸着／放出効率を保持し、所期の吸着／放出量を確保することができる。
【００３５】
上記の理由から、前記比（ｐ：ｑ）の中でも、１：１４４〜１：１００の範囲がより好ましい。
【００３６】
本実施形態のように、加熱器として熱媒体通路をＮＧ貯蔵容器に取り付けて必要に応じて熱媒体を流通して供給されたＮＧ温度を高く保持するようにすることによって、例えば、供給時のＮＧ温度、充填速度、ＮＧ貯蔵容器の材質や内部構造などの影響でＮＧが分離、凝集しやすくなるのを解消することができ、既述の比（ｐ：ｑ）の範囲（１：２２５〜１：６４）ではより安定的にＮＧの供給（充填）を行なうことが可能である。
【００３７】
天然ガスの温度を上昇させる熱媒体通路や加熱器等の加熱手段は、ガス貯蔵容器および／またはガス流通管に設けることができ、ガス貯蔵容器に設ける場合は容器内部もしくは外部のいずれに設けられてもよい。具体的には、例えばガス貯蔵容器のＮＧ供給側（ここでは、例えばＮＧ流通管の接続部（ＮＧ給排口）から容器本体の一部領域）や、ＮＧ流通管の管外壁などに例えば電気ヒータを取り付けることができる。
さらに、加熱器をＮＧ吸着材（ここでは、やしがら炭）の温度を上げて、やしがら炭から熱を与えるように構成されてもよい。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の天然ガス貯蔵タンクの第２実施形態を図４〜図５を参照して説明する。本実施形態は、ガス貯蔵容器に器壁から器内方向に一端を突出させて接続されたガス流通管の接続部とこの一端との間の管壁に異径の孔を６個設け、全ての孔の合計面積ｒと、ＮＧが供給されるガス貯蔵容器の内断面の断面積（最大面積ｓという）との比（ｒ：ｓ）を１：１００とし、供給された天然ガスの分離、凝集が起きない構成としたものである。
【００３９】
なお、天然ガス吸着材は、第１実施形態で使用した「やしがら炭」並びに第１実施形態に記載した他の天然ガス吸着材を用いることができ、また、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、本実施形態の天然ガス貯蔵タンクは、ＮＧ（天然ガス）が流通するガス流通管であるＮＧ流通管２１と、天然ガス吸着材である「やしがら炭」を収容し、ＮＧ流通管２１から供給されたＮＧを貯蔵するガス貯蔵容器であるＮＧ貯蔵容器２２と、を備えている。
【００４１】
ＮＧ流通管２１は、ＮＧ流通方向と直交する断面が内径４ｍｍの略一様な円形状であるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状構造を有しており、管内を天然ガス（ＮＧ）が流通し、流通するＮＧの流通方向下流側となる一端がＮＧ貯蔵容器１２の器壁から器内方向に突出するようにして設けられている。他端は、天然ガス貯蔵タンクとは別に外部に設置された図示しない天然ガス供給装置と接続できるようになっている。
ＮＧ流通管２１は、ＮＧ貯蔵容器２２と器壁を貫通する貫通部分で固定されている。
【００４２】
このＮＧ流通管２１の管壁には、ＮＧ貯蔵容器２２との接続部とこの接続部から器内に突出した一端（以下、突出端ともいう）との間に、６個の孔（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６）が開口されており、各孔からＮＧ流通管２１を流通してきたＮＧが放出され、ＮＧ貯蔵容器２２に供給される構成となっている。
【００４３】
孔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびＳ６は、図４のように、ＮＧ流通管２１の器内の突出端からＮＧ貯蔵容器２２との接続部（貫通部）に向かって開口面積が小さくなるように設けられており、孔Ｓ１の面積ｓ１は０．９４πｍｍ２であり、孔Ｓ２〜孔Ｓ４の面積ｓ２、ｓ３およびｓ４は各々、面積ｓ２：０．８２πｍｍ２、面積ｓ３：０．７１πｍｍ２、面積ｓ４：０．６０πｍｍ２であり、孔Ｓ５および孔Ｓ６の面積ｓ５、ｓ６は各々、面積ｓ５：０．５１πｍｍ２、面積ｓ６：０．４１πｍｍ２である。
【００４４】
孔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびＳ６は、突出端である器内の一端に最も近い孔Ｓ１の面積ｓ１と最も遠い孔Ｓ６の面積ｓ６との比率（ｓ１：ｓ６）が２．２９：１であり、ＮＧが供給されたときの断熱膨張による冷却が抑制され、ひいてはＮＧの成分分離、凝集を回避できるようになっている。
【００４５】
ＮＧ流通管１２に複数の孔を設ける場合、全ての孔が同一面積で開口されたものでもよいし、孔の一部もしくは全部が異なる面積で開口されたものでもよい。
後者のように、一部もしくは全部の面積が異なる複数の孔が設けられるのが望ましく、この場合には、供給されたＮＧの断熱膨張による冷却を抑制し、ＮＧ中のプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を防止してＮＧの貯蔵、放出を良好に行なえる点で、ＮＧ流通管の突出端である器内の一端（突出端）に最も近い孔Ｓ１の面積ｓ１と最も遠い孔Ｓ６の面積ｓｎ（ｎ＞２）の比率（ｓ１：ｓｎ）が２：１〜３：１の範囲であるのが、均一な流速を得る点で望ましい。より好ましくは、２．２５：１〜２．５６：１の範囲内である。
【００４６】
孔の間隔は、特に制限なく選択することができるが、図５に示すように、孔を断面に対して螺旋状に設ける方が「タンク全体のへのガス拡散」という観点から、より均一なガス流となり望ましい。
【００４７】
また、形成する孔の数には、特に制限はなく、ＮＧの充填速度、ＮＧ流通管の内径や長さ、各孔の面積、面積の異なる孔の組合せ、ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｓ、などを考慮して適宜選択することができる。
【００４８】
ＮＧ貯蔵容器２２は、図４のように、内径Ｂが４０ｍｍ、内容積３．７ＬであるＳＵＳ３１６（またはＳＵＳ３１０等）製の筒状体の、長手方向の両端が曲面で閉塞された構造になっており、その一方の曲面（閉塞端）にはＮＧ給排口１３が形成され、このＮＧ給排口１３においてＮＧ流通管２１の一端が接続されている。また、ＮＧの流通方向と直交するＮＧ貯蔵容器２２の断面、すなわち内径４０ｍｍの円形断面がＮＧ貯蔵容器の内断面であり、この内断面は両閉塞端の一方から他方に至るまで略一様な円形の構造になっている。すなわち、ＮＧ貯蔵容器２２の内断面の最大面積ｓは、４００πｍｍ２である。
【００４９】
本実施形態では、孔Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５およびＳ６の合計面積ｒと、ＮＧ貯蔵容器２２の内断面の最大面積ｓとの比（ｒ：ｓ）は、１：１００となっており、供給されたＮＧの断熱膨張による冷却が抑制され、ＮＧ中のプロパンやブタン等の重成分の分離、凝集を防止してＮＧの貯蔵、放出を良好に行なえるように構成されている。
【００５０】
本実施形態では、前記比（ｒ：ｓ）は１：１００であるが、比率（ｒ：ｓ）は１：２２５〜１：６４の範囲であればよく、ＮＧ供給時の大幅な温度低下を抑えることができ、これによりＮＧ中の重成分の分離、凝集が防止される。その結果、ＮＧの吸着サイトが減少するのを回避し、長期間にわたり良好なＮＧの吸着／放出効率を保持し、所期の吸着／放出量を確保することができる。
前記比（ｒ：ｓ）の中でも、１：１４４〜１：１００の範囲がより好ましい。
【００５１】
本実施形態においても、第１実施形態と同様に熱媒体通路（または加熱器等）を取り付け、必要に応じて熱媒体を流通（または加熱器をオン）して供給されたＮＧ温度を高く保持するようにすることによって、例えば、供給時のＮＧ温度、充填速度、ＮＧ貯蔵容器の材質や内部構造などの影響でＮＧが分離、凝集しやすくなるのをより解消することができ、既述の比（ｒ：ｓ）の範囲（１：２２５〜１：６４）ではより安定的にＮＧの供給（充填）を行なうことが可能である。
【００５２】
本実施形態では、１本のＮＧ流通管のＮＧ貯蔵容器の内部に位置する管壁に複数の孔を開口して設けた場合を説明したが、１本の管に孔を形成するのではなく、１本のＮＧ流通管がＮＧ貯蔵容器内で複数本に分岐し、上記した比（ｒ：ｓ）を満たすように複数の分岐端（すなわち分岐端の端面の面積）が設けられた構造に構成された場合も同様である。分岐は、例えば１本のＮＧ流通管がまず内径の同じまたは異なる２本（または３本以上）の管に分岐し、分岐された２本の管がさらに各々内径の同じまたは異なる３本（または２本もしくは４本以上）に分岐し、合計６本またはそれ以上の分岐端が形成されるように構成することができる。また更に、分岐させた構造にしてもよい。
このような分岐構造に構成した場合も、上記した比（ｒ：ｓ）を満たす様に構成することにより、本実施形態の複数の孔を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、天然ガスは「ＮＧ」と略記する。
【００５４】
（実施例１）
まず、図１と同様の構造に構成されたＮＧ貯蔵タンクを用意した。
このＮＧ貯蔵タンクは、天然ガス吸着材として「やしがら炭」１４を収容し、供給された天然ガス（ＮＧ）をやしがら炭に吸着して貯蔵するＮＧ貯蔵容器（内径４０ｍｍ、内容積３．７ＬのＳＵＳ３１０製）１２と、ＮＧ貯蔵容器１２のＮＧ給排口１３に接続され、内径４ｍｍの管内を流通してＮＧ貯蔵容器１２にＮＧを供給するＮＧ流通管１１とを設けて構成されたものである。また、ＮＧ流通方向におけるＮＧ給排口１３のやや下流側に位置するＮＧ貯蔵容器１２内には、ＮＧ貯蔵容器の器内に入ってきたＮＧの温度を検出するための温度センサ（不図示）が取り付けられており、ＮＧ温度を所定のタイミングで検出できるようになっている。
【００５５】
本実施例におけるＮＧ流通管の内断面の面積ｐ（４πｍｍ２）とＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑ（４００πｍｍ２）との比ｐ：ｑは、１：１００となっている。
また、フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０（Ｖ：ＮＧ充填量、Ｖ０：タンク内容積）は３００とし、ＮＧの充填時間は５分間とした。
【００５６】
このＮＧ貯蔵タンクに室温（１５℃）下、２０ＭＰａのＮＧ（１３Ａ組成）をＮＧ流通管１１を流通してＮＧ貯蔵容器１２に吹き込んだところ、ＮＧ流通管およびＮＧ貯蔵容器の接続部であるＮＧ給排口１３近傍でＮＧが断熱膨張し、ＮＧ温度は５℃まで低下した。このとき、ＮＧ温度の低下幅は１０ｄｅｇであり、天然ガスが凝集を起こす温度低下幅（ΔＴ≧１５ｄｅｇ）には達しておらず、フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０に変化はみられなかった。また、ＮＧ中のブタン等の分離を、放出ガスのマススペクトル分析により観察したが、ブタン等の分離も認められなかった。この操作を１０回繰り返し行なったが、ＮＧ成分の分離はなく、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０の低下は１％未満であった。
【００５７】
（比較例１）
実施例１において、ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑを２２５００πｍｍ２（内径３００ｍｍ、内容積８０ＬのＳＵＳ３１０製）に代え、比ｐ：ｑを１：５６２５とした以外は（フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０＝３００、充填時間＝５分間）、実施例１と同様にして、ＮＧを充填し、さらにＮＧ温度を測定した。
【００５８】
その結果、ＮＧ温度は−２０℃まで低下した。このとき、ＮＧ温度の低下幅は３５ｄｅｇであり、天然ガスが凝集を起こす温度低下幅（ΔＴ≧１５ｄｅｇ）を超えており、ＮＧ中のブタンの分離が確認された。また、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０の低下が見られ、その低下幅は１５ｄｅｇ程度もあった。
【００５９】
（比較例２〜３）
実施例１において、ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑを、９６０πｍｍ２（内径６２ｍｍ、内容積８．９Ｌ；比較例２）、２２５πｍｍ２（内径３０ｍｍ、内容積２．１Ｌ；比較例３）に代え、比ｐ：ｑをそれぞれ１：２４０、１：５６とした以外は（フル充填時のＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０＝３００、充填時間＝５分間）、実施例１と同様にして、ＮＧを充填し、さらにＮＧ温度を測定した。
【００６０】
その結果、ＮＧ温度は比較例２では−３℃まで低下し、ＮＧ温度の低下幅は１８ｄｅｇであった。また、比較例３では１０℃まで低下し、ＮＧ温度の低下幅は５ｄｅｇであった。比較例２では、天然ガスが凝集を起こす温度低下幅（ΔＴ≧１５ｄｅｇ）を超えており、ＮＧ中のブタンの分離が確認され、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０の低下も見られ、低下幅は５ｄｅｇ程度であった。比較例３では、ブタンの分離は見られなかったが、タンクの肉部の割合が増大することに基づき、ＮＧ貯蔵率Ｖ／Ｖ０にて１％以上の低下が生じる（図２）。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＮＧ貯蔵タンクの構成を示す概略断面図である。
【図２】ＮＧ流通管の内断面積ｐ／ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑとＶ／Ｖ０との関係を示す関係図である。
【図３】ＮＧ流通管の内断面積ｐ／ＮＧ貯蔵容器の内断面の最大面積ｑとΔＴとの関係を示す関係図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るＮＧ貯蔵タンクの構成を示す概略断面図である。
【図５】（Ａ）はＮＧ流通管を一端からみた概略構成図であり、（Ｂ）はＮＧ流通管を側方からみた概略構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１，２１…ＮＧ流通管
１２，２２…ＮＧ貯蔵容器
１４…やしがら炭
１５…熱媒体通路
Ｓ１〜Ｓ６…孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ガスを貯蔵するガス貯蔵容器に接続されたガス流通管の接続部における内断面の面積ｐと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｑとの比率（ｐ：ｑ）が１：２２５〜１：６４である天然ガス貯蔵タンク。
【請求項２】
ガス貯蔵容器に器壁から器内方向に一端を突出させて接続されたガス流通管の接続部と前記一端との間の管壁に少なくとも１つの孔を有し、前記孔の総面積ｒと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｓとの比率（ｒ：ｓ）が１：２２５〜１：６４である天然ガス貯蔵タンク。
【請求項３】
前記ガス流通管は、複数の孔を有し、突出端である前記一端に最も近い孔の面積ｓ１と最も遠い孔の面積ｓｎ（ｎ＞２）との比率（ｓ１：ｓｎ）が２：１〜３：１であることを特徴とする請求項２に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【請求項４】
前記ガス貯蔵容器は、器内に天然ガスを吸着する天然ガス吸着材が収容されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【請求項５】
前記ガス流通管から前記ガス貯蔵容器に供給された天然ガスの温度を上昇させる昇温手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【請求項６】
前記昇温手段は、５０℃以上の温度に上昇させる請求項５に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【請求項１】
天然ガスを貯蔵するガス貯蔵容器に接続されたガス流通管の接続部における内断面の面積ｐと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｑとの比率（ｐ：ｑ）が１：２２５〜１：６４である天然ガス貯蔵タンク。
【請求項２】
ガス貯蔵容器に器壁から器内方向に一端を突出させて接続されたガス流通管の接続部と前記一端との間の管壁に少なくとも１つの孔を有し、前記孔の総面積ｒと、前記ガス貯蔵容器の前記接続部からガス流通方向において拡大した該ガス流通方向と直交する内断面の最大面積ｓとの比率（ｒ：ｓ）が１：２２５〜１：６４である天然ガス貯蔵タンク。
【請求項３】
前記ガス流通管は、複数の孔を有し、突出端である前記一端に最も近い孔の面積ｓ１と最も遠い孔の面積ｓｎ（ｎ＞２）との比率（ｓ１：ｓｎ）が２：１〜３：１であることを特徴とする請求項２に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【請求項４】
前記ガス貯蔵容器は、器内に天然ガスを吸着する天然ガス吸着材が収容されている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【請求項５】
前記ガス流通管から前記ガス貯蔵容器に供給された天然ガスの温度を上昇させる昇温手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【請求項６】
前記昇温手段は、５０℃以上の温度に上昇させる請求項５に記載の天然ガス貯蔵タンク。
【図２】
【図３】
【図５】
【図１】
【図４】
【図３】
【図５】
【図１】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２９１８８５（Ｐ２００８−２９１８８５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３６４７１（Ｐ２００７−１３６４７１）
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【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２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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