JP3864815B2 - Fuel tank structure - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンク構造に係り、特に、天然ガスや水素等の燃料ガスを高圧で充填する燃料タンク構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より天然ガス車両や燃料電池車両用として、燃料ガスを高圧で貯蔵する燃料タンクが用いられている。車両用の燃料タンクは、重量軽減のためにスチール容器やアルミニウム容器よりも金属製ライナーを有する樹脂系のコンポジット容器やオールコンポジット容器が好まれる傾向がある。
【０００３】
従来の高圧ガス用燃料タンクの例としては、特開平９−２９１８６２号公報に開示された技術が知られている。この従来技術によれば、図３の縦断面図に示すように、燃料タンク本体は、金属等の高気密性を有するタンクインナー部材１と、軽量の抗張力材を用いたタンクアウター部材２との２重層からなる略円筒形状に形成されている。そして、タンク本体に燃料充填用レセプタクル７と燃料供給用レセプタクル８を有するバルブユニット３を取り付けるとともに、バルブユニット３の反対側をプラグ４で封止している。
【０００４】
バルブユニット３の周辺拡大図を図４に示す。図中左半部が大径部、右半部が小径部となるよう形成された略円筒形状のバルブユニット３は、小径部に雄ネジが形成されている。バルブユニット３の雄ネジ部は、タンクインナー部材１で形成された雌ネジ５にシールリング６を介装して螺合されている。
【０００５】
またバルブユニット３には、燃料充填用のパイプを接続するための充填用レセプタクル７と、内燃機関や燃料電池に燃料を供給するための供給用パイプを接続するための供給用レセプタクル８が設けられている。そして燃料充填時には、充填用レセプタクル７から充填された燃料ガスが充填口９からタンク内に噴出するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような燃料タンクに高圧の燃料ガスを充填する場合、図５に示すように、充填口９からタンク内部に噴出した燃料ガスの大部分は、高速で一気に反対側のプラグ４付近に衝突する。そして、プラグ４付近が高速ガスの衝突エネルギーにより発熱し、バルブユニット３の付近よりも高温になる。
【０００７】
この従来の燃料タンクにおける充填時の温度上昇具合を図６に示す。タンク初期圧力をＰ０とし、タンク満充填時圧力をＰ１とすれば、周囲温度２５℃における満充填時のプラグ４の温度は、バルブユニット３の温度より約２０℃上昇している。
【０００８】
しかしながら、燃料ガスの高圧充填時の部分的な燃料タンクの温度上昇は、熱膨張による歪みを生じるという問題点があった。
【０００９】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、高圧燃料ガス充填時の局部的な発熱を抑制し、熱的な歪みを抑制した燃料タンク構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、高圧ガスが充填される略円筒状の燃料タンクと、充填する燃料ガスをタンク内へ噴出させる充填口と、該充填口から噴出する燃料ガスをタンク内部へ拡散させる複数の噴出口とを備え、前記噴出口のぞれぞれは、タンクの軸方向に対して略αの傾き角度を有し、
角度αは、
タンクの半径をｒ、
タンクの軸方向の長さをＬとしたときに、
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ）
で示される値であることを要旨とする燃料タンク構造である。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、高圧ガスが充填される略円筒状の燃料タンクと、充填する燃料ガスをタンク内へ噴出させる充填口と、該充填口から噴出する燃料ガスをタンク内部へ拡散させる複数の噴出口とを備え、前記噴出口のぞれぞれは、タンクの軸方向に対して略αの傾き角度を有し、角度αは、タンクの半径をｒ、タンクの軸方向の長さをＬとしたときに、
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ）
で示される値であることとしたので、燃料ガスが高圧で充填されても、充填口から噴出する高圧ガスが複数の噴出口に分散されるので、高圧ガスが衝突する箇所が分散されるとともに、噴出口からタンク内壁までの噴出ガスの飛距離が伸びることにより衝突速度が低下して、局部的な発熱を抑制し熱的な歪みを抑制した燃料タンク構造を提供することができるという効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態の燃料タンクの概略形状は、図３に示した従来の燃料タンクと同様であるが、バルブユニット３０及びその付属品が異なる。燃料タンク本体は、特に限定されないが、金属等の高気密性を有するタンクインナー部材１と、軽量の抗張力材を用いたタンクアウター部材２との２重層からなる略円筒形状に形成され、車両用燃料タンクとして好適なものである。
【００１７】
図１は、本発明に係る燃料タンク構造の第１実施形態を説明する要部縦断面図であり、バルブユニット３０の周辺を拡大している。図中左半部が大径部、右半部が小径部となるよう形成された略円筒形状のバルブユニット３０は、小径部に雄ネジが形成されている。バルブユニット３０の雄ネジ部は、タンクインナー部材１で形成された雌ネジ５にシールリング６を介装して螺合されている。
【００１８】
またバルブユニット３０には、燃料充填用のパイプを接続するための充填用レセプタクル７と、内燃機関や燃料電池に燃料を供給するための供給用パイプを接続するための供給用レセプタクル８が設けられている。
【００１９】
またバルブユニット３０のタンク内側には、複数の噴出し口３３を有する噴出口ユニット３１がボルト３２に螺合されている。それぞれの噴出し口３３は、充填用レセプタクル７に連通するとともに、各噴出し口３３の方向は、タンク軸方向に対して角度αだけ傾けられている。さらに複数の噴出し口３３の方向は、噴出口ユニット３３を頂点としてタンク内に向かって放射状に設けられていることが好ましい。
【００２０】
本実施形態における燃料ガス充填時には、充填用レセプタクル７から充填される高圧燃料ガスは、複数の噴出し口３３から分散して、且つタンク軸方向にαの傾きを持ってタンク内部に噴出する。但し、傾き角度αをタンクの軸方向に対して垂直（α＝９０°）に近い角度で設けると、噴出し口３３を複数設けても、噴出し口３３からタンクインナー部材１までの燃料ガスの飛距離が短くなるために発熱抑制効果が少ない。
【００２１】
そこで本実施形態では、噴出し口３３の向きをタンク軸方向に対して斜めにすることで噴出し口３３からタンクインナー部材１までの距離を稼ぎ、拡散効果を持たせた。
【００２２】
この傾き角度αは、略円筒形状の燃料タンクの場合、その半径をｒ、その軸方向の長さをＬとすると、次の式（１）、または式（２）で示されるαを含む前後の値が好ましい。
【００２３】
【数１】
ｔａｎα＝ｒ／Ｌ …（１）
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ） …（２）
これにより、充填する燃料ガスがタンクインナー部材１へ衝突する際には、運動エネルギーが小さくなっており、衝突によるタンク本体の発熱を抑制することができる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
第２実施形態の燃料タンクの概略形状は、図３に示した従来の燃料タンクと同様であるが、バルブユニット４０及びその付属品が異なる。燃料タンク本体は、特に限定されないが、金属等の高気密性を有するタンクインナー部材１と、軽量の抗張力材を用いたタンクアウター部材２との２重層からなる略円筒形状に形成され、車両用燃料タンクとして好適なものである。
【００２５】
図２は、本発明に係る燃料タンク構造の第１実施形態を説明する要部縦断面図であり、バルブユニット４０の周辺を拡大している。図中左半部が大径部、右半部が小径部となるよう形成された略円筒形状のバルブユニット４０は、小径部に雄ネジが形成されている。バルブユニット４０の雄ネジ部は、タンクインナー部材１で形成された雌ネジ５にシールリング６を介装して螺合されている。
【００２６】
またバルブユニット４０には、燃料充填用のパイプを接続するための充填用レセプタクル７と、内燃機関や燃料電池に燃料を供給するための供給用パイプを接続するための供給用レセプタクル８が設けられている。
【００２７】
またバルブユニット４０の充填通路には、略円筒形状のアダプタ４１をネジ４６で螺合している。アダプタ４１は、タンク内側に開口部である噴出口４７を備えるとともに、外周部を一周する溝４４が設けられている。
【００２８】
溝４４には、格子状に多数の孔が開いた略円筒形状のシリンダ部材４２がバンド４３により取り付けられている。シリンダ部材４２の底部には、プレート４５が設けられている。シリンダ部材４２は、例えば金属板に多数の孔を格子状に開けて円筒形状に成型してもよいし、金属製金網をシリンダ形状に成型してもよい。
【００２９】
本実施形態における燃料ガス充填時には、充填用レセプタクル７から充填される高圧燃料ガスは、アダプタ４１の噴出口４７から噴出し、一旦プレート４５に衝突して反射し、シリンダ部材４２の多数の格子状の孔からタンク内部へ拡散されて噴出する。燃料ガスがタンクインナー部材１に衝突するときには運動エネルギーは小さくなっており、燃料ガスの衝突によるタンク本体の発熱を抑制することができる。
【００３０】
噴出口４７から噴出した燃料ガスがプレート４５に衝突する際には、プレート４５が発熱し、その温度が上昇する。しかしプレート４５の熱は、シリンダ部材４２に伝わり、シリンダ部材４２の多数の格子状の孔を介してタンク内燃料ガスに放熱されるので、アダプタ４１までは殆ど伝わず、アダプタ４１の温度上昇は僅かで問題とならない。
【００３１】
このため、小さな部品であるプレート４５の耐熱性さえ高めておけば、その他の部品の耐熱性を考慮する必要がなく、製造コストを抑制することができる。
【００３２】
本実施形態によれば、充填する燃料ガスの拡散手段として、充填口の周囲に配設された多数の格子状孔を有するシリンダ部材としたので、充填口より噴出する燃料ガス流がシリンダ部材により細かく分散撹拌され、著しく流速を低下させ、タンクインナー部材への衝突エネルギーをより小さくすることができる。
【００３３】
尚、上記各実施形態においては、充填用レセプタクルと供給用レセプタクルとを個別に有する燃料タンク構成としたが、これに限らず充填と供給で通路を供給する燃料タンクに適用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料タンク構造の第１実施形態を説明する要部縦断面図である。
【図２】本発明に係る燃料タンク構造の第２実施形態を説明する要部縦断面図である。
【図３】従来例の燃料タンク構造を説明する縦断面図である。
【図４】従来例の燃料タンク構造を説明する要部縦断面図である。
【図５】従来例の燃料タンク構造における高圧燃料ガス充填時のタンク内ガス挙動を説明する模式断面図である。
【図６】従来例と本発明との燃料充填時の温度変化を説明するグラフである。
【符号の説明】
１…タンクインナー部材
２…タンクアウター部材
５…ネジ
６…シールリング
７…充填用レセプタクル
８…供給用レセプタクル
３０…バルブユニット
３１…噴出口ユニット
３２…ボルト
３３…噴出し口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel tank structure, and more particularly to a fuel tank structure in which a fuel gas such as natural gas or hydrogen is filled at a high pressure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, fuel tanks that store fuel gas at high pressure have been used for natural gas vehicles and fuel cell vehicles. For fuel tanks for vehicles, resin-based composite containers and all-composite containers having metal liners are preferred over steel containers and aluminum containers for weight reduction.
[0003]
As an example of a conventional high-pressure gas fuel tank, a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-291862 is known. According to this prior art, as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 3, the fuel tank main body is composed of a tank inner member 1 having high airtightness such as metal and a tank outer member 2 using a lightweight tensile strength material. It is formed in a substantially cylindrical shape composed of double layers. A valve unit 3 having a fuel filling receptacle 7 and a fuel supply receptacle 8 is attached to the tank body, and the opposite side of the valve unit 3 is sealed with a plug 4.
[0004]
An enlarged view of the periphery of the valve unit 3 is shown in FIG. In the figure, the substantially cylindrical valve unit 3 formed so that the left half portion is a large diameter portion and the right half portion is a small diameter portion has a male screw formed in the small diameter portion. The male thread portion of the valve unit 3 is screwed to the female thread 5 formed by the tank inner member 1 with a seal ring 6 interposed.
[0005]
Further, the valve unit 3 is provided with a filling receptacle 7 for connecting a fuel filling pipe and a supply receptacle 8 for connecting a supply pipe for supplying fuel to an internal combustion engine or a fuel cell. ing. When filling the fuel, the fuel gas filled from the filling receptacle 7 is ejected from the filling port 9 into the tank.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When filling such a fuel tank with high-pressure fuel gas, as shown in FIG. 5, most of the fuel gas ejected from the filling port 9 into the tank collides with the plug 4 on the opposite side at a high speed. . Then, the vicinity of the plug 4 generates heat due to the collision energy of the high-speed gas, and becomes higher than the vicinity of the valve unit 3.
[0007]
FIG. 6 shows the temperature rise during filling in this conventional fuel tank. If the initial tank pressure is P0 and the full tank pressure is P1, the temperature of the plug 4 when the tank is fully filled at an ambient temperature of 25 ° C. is about 20 ° C. higher than the temperature of the valve unit 3.
[0008]
However, a partial increase in the temperature of the fuel tank at the time of high-pressure filling with fuel gas has a problem of causing distortion due to thermal expansion.
[0009]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel tank structure that suppresses local heat generation during high-pressure fuel gas filling and suppresses thermal distortion.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a substantially cylindrical fuel tank filled with high-pressure gas , a filling port for injecting the fuel gas to be filled into the tank, and a fuel ejected from the filling port. A plurality of spouts for diffusing gas into the tank, each of the spouts having an inclination angle of approximately α with respect to the axial direction of the tank,
The angle α is
The radius of the tank is r,
When the length of the tank in the axial direction is L,
α = tan −1 (r / L)
A fuel tank structure summarized in that in a indicated Ru values.
[0013]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the substantially cylindrical fuel tank filled with the high-pressure gas , the filling port for ejecting the fuel gas to be filled into the tank, and the fuel gas ejected from the filling port into the tank A plurality of spouts to be diffused, each of the spouts having an inclination angle of approximately α with respect to the axial direction of the tank, the angle α being r of the tank radius and the axial direction of the tank When the length of L is L
α = tan −1 (r / L)
Since it was decided is in the indicated Ru value, the fuel gas is also filled with a high pressure, since high pressure gas ejected from the filling port is distributed to a plurality of ejection ports, places high-pressure gases impinge is dispersed In addition, the collision speed is reduced by extending the flight distance of the jet gas from the jet outlet to the tank inner wall, and it is possible to provide a fuel tank structure in which local heat generation is suppressed and thermal distortion is suppressed. There is.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
The schematic shape of the fuel tank of the first embodiment is the same as that of the conventional fuel tank shown in FIG. 3, but the valve unit 30 and its accessories are different. The fuel tank body is not particularly limited, and is formed in a substantially cylindrical shape composed of a double layer of a tank inner member 1 having high airtightness such as metal and a tank outer member 2 using a lightweight tensile strength material. It is suitable as a fuel tank.
[0017]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part for explaining a first embodiment of a fuel tank structure according to the present invention, in which the periphery of a valve unit 30 is enlarged. The substantially cylindrical valve unit 30 formed so that the left half in the figure has a large diameter portion and the right half has a small diameter portion has a male screw formed in the small diameter portion. The male thread portion of the valve unit 30 is screwed onto the female thread 5 formed by the tank inner member 1 with a seal ring 6 interposed.
[0018]
Further, the valve unit 30 is provided with a filling receptacle 7 for connecting a fuel filling pipe and a supply receptacle 8 for connecting a supply pipe for supplying fuel to the internal combustion engine or the fuel cell. ing.
[0019]
An outlet unit 31 having a plurality of outlets 33 is screwed into bolts 32 inside the tank of the valve unit 30. Each ejection port 33 communicates with the filling receptacle 7, and the direction of each ejection port 33 is inclined by an angle α with respect to the tank axial direction. Furthermore, the direction of the plurality of ejection ports 33 is preferably provided radially toward the inside of the tank with the ejection port unit 33 as a vertex.
[0020]
At the time of fuel gas filling in the present embodiment, the high-pressure fuel gas filled from the filling receptacle 7 is dispersed from the plurality of ejection ports 33 and ejected into the tank with an inclination of α in the tank axial direction. However, if the inclination angle α is provided at an angle close to perpendicular (α = 90 °) to the axial direction of the tank, the fuel gas from the outlet 33 to the tank inner member 1 even if a plurality of outlets 33 are provided. Since the flight distance is short, the heat generation suppressing effect is small.
[0021]
Therefore, in the present embodiment, the direction from the ejection port 33 is inclined with respect to the tank axial direction, thereby increasing the distance from the ejection port 33 to the tank inner member 1 and providing a diffusion effect.
[0022]
In the case of a substantially cylindrical fuel tank, when the radius is r and the length in the axial direction is L, the inclination angle α includes front and rear including α represented by the following formula (1) or formula (2): Is preferred.
[0023]
[Expression 1]
tan α = r / L (1)
α = tan −1 (r / L) (2)
Thereby, when the fuel gas to be filled collides with the tank inner member 1, the kinetic energy is small, and the heat generation of the tank body due to the collision can be suppressed.
[0024]
[Second Embodiment]
The schematic shape of the fuel tank of the second embodiment is the same as that of the conventional fuel tank shown in FIG. 3, but the valve unit 40 and its accessories are different. The fuel tank body is not particularly limited, and is formed in a substantially cylindrical shape composed of a double layer of a tank inner member 1 having high airtightness such as metal and a tank outer member 2 using a lightweight tensile strength material. It is suitable as a fuel tank.
[0025]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part for explaining the first embodiment of the fuel tank structure according to the present invention, and enlarges the periphery of the valve unit 40. In the figure, the substantially cylindrical valve unit 40 formed so that the left half portion is a large diameter portion and the right half portion is a small diameter portion has a male screw formed in the small diameter portion. The male thread portion of the valve unit 40 is screwed onto the female thread 5 formed by the tank inner member 1 with a seal ring 6 interposed.
[0026]
Further, the valve unit 40 is provided with a filling receptacle 7 for connecting a fuel filling pipe and a supply receptacle 8 for connecting a supply pipe for supplying fuel to the internal combustion engine or the fuel cell. ing.
[0027]
A substantially cylindrical adapter 41 is screwed into the filling passage of the valve unit 40 with a screw 46. The adapter 41 includes a spout 47 that is an opening inside the tank, and a groove 44 that goes around the outer periphery.
[0028]
A substantially cylindrical cylinder member 42 having a large number of holes in a lattice shape is attached to the groove 44 by a band 43. A plate 45 is provided at the bottom of the cylinder member 42. For example, the cylinder member 42 may be formed in a cylindrical shape by opening a large number of holes in a metal plate in a lattice shape, or a metal wire mesh may be formed in a cylinder shape.
[0029]
At the time of fuel gas filling in the present embodiment, the high-pressure fuel gas filled from the filling receptacle 7 is ejected from the ejection port 47 of the adapter 41, collides with the plate 45, is reflected, and has a large number of grid shapes of the cylinder member 42. It is diffused and squirted into the tank from the hole. When the fuel gas collides with the tank inner member 1, the kinetic energy is small, and the heat generation of the tank body due to the collision of the fuel gas can be suppressed.
[0030]
When the fuel gas ejected from the ejection port 47 collides with the plate 45, the plate 45 generates heat and its temperature rises. However, the heat of the plate 45 is transmitted to the cylinder member 42 and is radiated to the fuel gas in the tank through the many lattice holes of the cylinder member 42. There is little problem.
[0031]
Therefore, as long as the heat resistance of the plate 45, which is a small component, is increased, it is not necessary to consider the heat resistance of other components, and the manufacturing cost can be suppressed.
[0032]
According to the present embodiment, as the fuel gas diffusing means for filling, the cylinder member having a large number of lattice holes arranged around the filling port is used, so that the fuel gas flow ejected from the filling port is caused by the cylinder member. Finely dispersed and agitated, the flow velocity can be significantly reduced, and the energy of collision with the tank inner member can be further reduced.
[0033]
In each of the above embodiments, the fuel tank configuration has the filling receptacle and the supply receptacle separately. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a fuel tank that supplies the passage by filling and supply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining a first embodiment of a fuel tank structure according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part for explaining a second embodiment of a fuel tank structure according to the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view illustrating a conventional fuel tank structure.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a main part for explaining a conventional fuel tank structure.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the behavior of gas in a tank when a high-pressure fuel gas is charged in a conventional fuel tank structure.
FIG. 6 is a graph for explaining a temperature change during fuel filling between the conventional example and the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tank inner member 2 ... Tank outer member 5 ... Screw 6 ... Seal ring 7 ... Receptacle for filling 8 ... Receptacle for supply 30 ... Valve unit 31 ... Outlet unit 32 ... Bolt 33 ... Outlet

Claims (1)

高圧ガスが充填される略円筒状の燃料タンクと、
充填する燃料ガスをタンク内へ噴出させる充填口と、
該充填口から噴出する燃料ガスをタンク内部へ拡散させる複数の噴出口とを備え、
前記噴出口のぞれぞれは、タンクの軸方向に対して略αの傾き角度を有し、
角度αは、
タンクの半径をｒ、
タンクの軸方向の長さをＬとしたときに、
α＝ｔａｎ-1（ｒ／Ｌ）
で示される値であることを特徴とする燃料タンク構造。 A substantially cylindrical fuel tank filled with high-pressure gas;
A filling port for injecting fuel gas to be filled into the tank;
A plurality of jets for diffusing the fuel gas jetted from the filling port into the tank;
Each of the spouts has an inclination angle of approximately α with respect to the axial direction of the tank,
The angle α is
The radius of the tank is r,
When the length of the tank in the axial direction is L,
α = tan −1 (r / L)
A fuel tank structure characterized in that in a indicated Ru values.
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