特許 6384432 ガス貯蔵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6384432

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】ガス貯蔵装置

(51)【国際特許分類】

   F17C 11/00 20060101AFI20180827BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20180827BHJP

   F02M 21/06 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   F17C11/00 A

   F02M21/02 U

   F02M21/06 D

   F02M21/06 A

【請求項の数】13

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2015-173279(P2015-173279)

(22)【出願日】2015年9月2日

(65)【公開番号】特開2017-48866(P2017-48866A)

(43)【公開日】2017年3月9日

【審査請求日】2016年12月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】向江 友佑

(72)【発明者】

【氏名】志知 明

【審査官】 加藤 信秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０９９０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４８−０３０６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２２２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２２２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５２２１５９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５６０９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １１／００

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

Ｆ０２Ｍ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関で消費される燃料ガスを吸着貯蔵するとともに前記内燃機関に供給するガス貯蔵装置であって、
前記燃料ガスを吸着保持する吸着材が充填されたメインタンクと、
吸着材が充填され、前記メインタンクより容量が小さい１以上のサブタンクであって、それぞれが前記内燃機関および前記メインタンクに連通／遮断の切替可能に接続された１以上のサブタンクと、
前記１以上のサブタンクを加熱および冷却する調温機構と、
前記調温機構の駆動および前記サブタンクの連通状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記メインタンクを加熱することなく、前記サブタンクと前記メインタンクを連通した状態で前記調温機構に前記サブタンクを冷却させることで前記メインタンク内の前記吸着材で吸着された燃料ガスを前記サブタンク内の吸着材に吸着させる吸着処理を、少なくとも行う、
ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項2】

請求項１に記載のガス貯蔵装置であって、
前記制御部は、さらに、
前記サブタンクと前記メインタンクを遮断かつ前記サブタンクと前記内燃機関を連通した状態で前記サブタンクを加熱することで前記サブタンク内の燃料ガスを前記内燃機関に放出させる放出処理も行う、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項3】

請求項２に記載のガス貯蔵装置であって、
前記制御部は、さらに、前記サブタンクを前記メインタンクおよび前記内燃機関から遮断した状態で前記サブタンクを加熱する放出準備処理も行う、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項4】

請求項３に記載のガス貯蔵装置であって、
前記制御部は、前記放出準備処理の完了時における前記サブタンク内の圧力に基づいて、前記メインタンク内の残存ガス量を判断する、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項5】

請求項２から４のいずれか１項に記載のガス貯蔵装置であって、
前記制御部は、前記放出処理の実行期間中に、前記サブタンク内の圧力が、予め規定された圧力下限値以下となれば、当該サブタンクでの放出処理を終了する、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項6】

請求項２から５のいずれか１項に記載のガス貯蔵装置であって、
前記制御部は、前記サブタンクから前記内燃機関への燃料ガスの放出を、前記メインタンクから前記内燃機関への燃料ガスの自然放出完了後に開始し、
前記制御部は、前記自然放出実行中における前記メインタンク内の圧力が予め規定された圧力下限値となれば、自然放出完了と判断する、
ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項7】

請求項２から６のいずれか１項に記載のガス貯蔵装置であって、
前記サブタンクは、２以上設けられており、
前記制御部は、前記燃料ガスを放出するサブタンクと、前記燃料ガスを吸着するサブタンクと、を順次切り替える、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項に記載のガス貯蔵装置であって、
前記調温機構は、一対のサブタンクの間に配されたペルチェ素子であり、前記一対のサブタンクの一方を加熱している間、他方のサブタンクを冷却する、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載のガス貯蔵装置であって、
前記調温機構は、前記メインタンクからの放出された燃料ガスの膨張に伴う吸熱および蓄熱材を利用して前記サブタンクを冷却する冷却機構を含む、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載のガス貯蔵装置であって、
前記調温機構は、前記内燃機関からの排熱を利用して前記サブタンクを加熱する加熱機構を含む、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項11】

請求項１から３のいずれか１項に記載のガス貯蔵装置であって、
前記燃料ガスは、２種以上のガスが混合した混合ガスであり、
前記制御部は、前記メインタンクから前記内燃機関への前記混合ガスの放出完了した後、かつ、外部のガス供給源から前記メインタンクへの前記混合ガスの再充填開始までの間に、前記調温機構により冷却したサブタンクと前記メインタンクとを連通して、前記メインタンクの残存ガスを前記サブタンクに移動させて、前記メインタンクの充填材を初期化する初期化処理を実行する、
ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項12】

請求項１１に記載のガス貯蔵装置であって、
前記制御部は、前記メインタンクから前記内燃機関への前記混合ガスの放出と並行して、前記調温機構により加熱したサブタンクから前記残存ガスを前記内燃機関に放出させる、
ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【請求項13】

請求項１２に記載のガス貯蔵装置であって、
前記サブタンクの吸着材には、予め、前記サブタンクから放出される前記残存ガスの組成比の変動を補正するための調整用ガスが吸着されている、
ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関で消費される燃料ガスを吸着貯蔵するとともに前記内燃機関に供給するガス貯蔵装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、内燃機関に供給される燃料ガスを貯蔵するために、貯蔵タンク内に活性炭等からなる吸着材を充填し、この吸着材に燃料ガスを吸着させて、貯蔵する技術が知られている。ここで、一度吸着材に吸着された燃料ガスを取り出して利用するためには、貯蔵タンク内の圧力を低くすることが必要となる。しかし、従来の貯蔵タンクは、内燃機関の吸気管に連結されており、貯蔵タンクの下限圧力を、内燃機関の吸気管の下限圧力以下にできないことが多かった。その結果、貯蔵タンク内の吸着材には、多量の燃料ガスが取り出せずに残存することがあった。

【0003】

こうした問題を解決するために、特許文献１には、貯蔵タンクに可動壁を設け、この可動壁の変位により貯蔵タンクの内部に圧力変動を付与する技術が提案されている。また、特許文献２には、吸脱着性能（圧力に対する吸着量）がヒステリシスループを示す吸着材を用いて、温度を制御することで効率的なガス吸脱着を行う技術が開示されている。より具体的には、特許文献２では、吸着材にガスを吸着させる際に吸着材を１５℃以下に冷却し、その後、吸着材の温度を上昇させてガスの一部を脱着させて、吸着材周辺の圧力を上昇させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−２３０４９９号公報

【特許文献2】特開２００５−２３８１６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術では、可動壁を設ける必要があるが、こうした可動壁は、耐圧性に乏しく、燃料ガス圧を高くできない、ひいては、最初に吸着できる燃料ガス量を高くできないという問題があった。また、特許文献１の技術では、燃料ガスの漏れを防止するためには、貯蔵タンクに対して可動壁を気密かつ摺動可能に組み付けなければならず、製造が非常に困難であった。また、特許文献２の技術では、こうした可動壁は不要であるが、貯蔵タンク全体を冷却しなければならず、大量のエネルギーが必要であった。結果として、特許文献２の技術では、燃料ガスを効率的に利用することが難しかった。

【0006】

そこで、本発明は、簡易な構成でありながら、燃料ガスを効率的に利用できる燃料ガス貯蔵装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のガス貯蔵装置は、内燃機関で消費される燃料ガスを吸着貯蔵するとともに前記内燃機関に供給するガス貯蔵装置であって、前記燃料ガスを吸着保持する吸着材が充填されたメインタンクと、前記吸着材が充填され、前記メインタンクより容量が小さい１以上のサブタンクであって、それぞれが前記内燃機関および前記メインタンクに連通／遮断の切替可能に接続された１以上のサブタンクと、前記１以上のサブタンクを加熱および冷却する調温機構と、前記調温機構の駆動および前記サブタンクの連通状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記メインタンクを加熱することなく、前記サブタンクと前記メインタンクを連通した状態で前記調温機構に前記サブタンクを冷却させることで前記メインタンク内の前記吸着材で吸着された燃料ガスを前記サブタンク内の吸着材に吸着させる吸着処理を、少なくとも行う、ことを特徴とする。

【0008】

好適な態様では、前記制御部は、さらに、前記サブタンクと前記メインタンクを遮断かつ前記サブタンクと前記内燃機関を連通した状態で前記サブタンクを加熱することで前記サブタンク内の燃料ガスを前記内燃機関に放出させる放出処理も行う。

【0009】

他の好適な態様では、前記制御部は、さらに、前記サブタンクを前記メインタンクおよび前記内燃機関から遮断した状態で前記サブタンクを加熱する放出準備処理も行う。この場合、前記制御部は、前記放出準備処理の完了時における前記サブタンク内の圧力に基づいて、前記メインタンク内の残存ガス量を判断する、ことが望ましい。

【0010】

他の好適な態様では、前記制御部は、前記放出処理の実行期間中に、前記サブタンク内の圧力が、予め規定された圧力下限値以下となれば、当該サブタンクでの放出処理を終了する。

【0011】

他の好適な態様では、前記制御部は、前記サブタンクから前記内燃機関への燃料ガスの放出を、前記メインタンクから前記内燃機関への燃料ガスの自然放出完了後に開始し、前記制御部は、前記自然放出実行中における前記メインタンク内の圧力が予め規定された圧力下限値となれば、自然放出完了と判断する。

【0012】

他の好適な態様では、前記サブタンクは、２以上設けられており、前記制御部は、前記燃料ガスを放出するサブタンクと、前記燃料ガスを吸着するサブタンクと、を順次切り替える。他の好適な態様では、前記調温機構は、一対のサブタンクの間に配されたペルチェ素子であり、前記一対のサブタンクの一方を加熱している間、他方のサブタンクを冷却する。

【0013】

他の好適な態様では、前記調温機構は、前記メインタンクからの放出された燃料ガスの膨張に伴う吸熱および蓄熱材を利用して前記サブタンクを冷却する冷却機構を含む。他の好適な態様では、前記調温機構は、前記内燃機関からの排熱を利用して前記サブタンクを加熱する加熱機構を含む、ことを特徴とするガス貯蔵装置。

【0014】

他の好適な態様では、前記燃料ガスは、２種以上のガスが混合した混合ガスであり、前記制御部は、前記メインタンクから前記内燃機関への前記混合ガスの放出完了した後、かつ、外部のガス供給源から前記メインタンクへの前記混合ガスの再充填開始までの間に、前記調温機構により冷却したサブタンクと前記メインタンクとを連通して、前記メインタンクの残存ガスを前記サブタンクに移動させて、前記メインタンクの充填材を初期化する初期化処理を実行する。この場合、前記制御部は、前記メインタンクから前記内燃機関への前記混合ガスの放出と並行して、前記調温機構により加熱したサブタンクから前記残存ガスを前記内燃機関に放出させる、ことが望ましい。また、この場合、前記サブタンクの吸着材には、予め、前記サブタンクから放出される前記残存ガスの組成比の変動を補正するための調整用ガスが吸着されている、ことも望ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、サブタンクを加熱および冷却することで、メインタンクから燃料ガスを取り出す。サブタンクは、メインタンクよりも容量が小さいため、メインタンクを冷却および加熱するよりも小さいエネルギー量で、サブタンクを冷却および加熱できる。その結果、本発明によれば、従来技術と比べて、簡易な構成でありながら、燃料ガスをより効率的に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の基本的な実施形態である燃料ガス貯蔵装置の構成を示す図である。

【図2】吸着材の重量あたりの飽和ガス吸着量と圧力との関係を示すグラフである。

【図3】吸着材の重量あたりの飽和ガス吸着量と温度との関係を示すグラフである。

【図4A】燃料ガスの供給処理の流れを示すフローチャートである。

【図4B】燃料ガスの供給処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】第二実施形態である燃料ガス貯蔵装置の構成を示す図である。

【図6A】燃料ガスの供給処理の流れを示すフローチャートである。

【図6B】燃料ガスの供給処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】燃料ガス供給処理のタイミングを示す図である。

【図8】第三実施形態である燃料ガス貯蔵装置の構成を示す図である。

【図9A】燃料ガスの供給処理の流れを示すフローチャートである。

【図9B】燃料ガスの供給処理の流れを示すフローチャートである。

【図10】第四実施形態である燃料ガス貯蔵装置の構成を示す図である。

【図11】燃料ガスの供給処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】燃料ガス供給処理のタイミングを示す図である。

【図13】第五実施形態である燃料ガス貯蔵装置の構成を示す図である。

【図14】シミュレーションで用いた燃料ガス貯蔵装置のモデル構成を示す図である。

【図15】メインタンク内圧力の変化を示すグラフである。

【図16】メタン残留率の変化を示すグラフである。

【図17】吸着熱とメタン残留量との関係を示すグラフである。

【図18】重量あたりの飽和メタン吸着量とメタン残留量との関係を示すグラフである。

【図19】混合ガスの放出吸着処理の流れを示すタイミングチャートである

【図20】メインタンクから放出される各組成の放出量を示すグラフである。

【図21】サブタンクから放出される各組成の放出量を示すグラフである。

【図22】従来のガス貯蔵装置から放出される各組成の放出量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［基本構成］
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の基本的な実施形態である燃料ガス貯蔵装置１０の構成を示す図である。この燃料ガス貯蔵装置１０は、内燃機関１００で消費される燃料ガスを貯蔵するとともに必要に応じて内燃機関１００に燃料ガスを供給する装置である。貯蔵される燃料ガスは、内燃機関１００の燃料として消費されるガスであれば、その種類は、限定されない。したがって、燃料ガスは、メタンガスやプロパンガス、天然ガス等の炭化水素ガスでもよいし、水素ガス等でもよい。本実施形態では、燃料ガスとしてメタンガスを用いる。

【0018】

燃料ガス貯蔵装置１０は、この燃料ガスを貯蔵するためのメインタンクＴａｎｍおよびサブタンクＴａｎｓと、これらタンクＴａｎｍ，Ｔａｎｓと内燃機関１００とを互いに接続する複数の配管と、これら複数の配管上に配された複数のバルブと、サブタンクＴａｎｓの温度を調温する調温機構１６と制御部１２と、を備えている。

【0019】

メインタンクＴａｎｍは、燃料ガスを貯蔵するためのタンクである。このメインタンクＴａｎｍの容量は、燃料ガスの必要な貯蔵量に応じて決定されればよい。このメインタンクＴａｎｍの内部には、吸着材１４が充填されている。

【0020】

吸着材１４は、燃料ガスを吸着保持する部材である。吸着材１４としては、例えば、活性炭や金属有機構造体、あるいは、これらの混合物からなるものを利用できる。金属有機構造体としては、例えば、[Ｃｕ_３（ＢＴＣ）_２］ｎの組成を有する金属有機構造体が提案されている。また、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合には、吸着材１４としてカーボンナノチューブ等のファインカーボンを用いてもよい。こうした吸着材１４は、メインタンクＴａｎｍの内部に充填され、燃料ガスを吸着保持する。

【0021】

サブタンクＴａｎｓは、メインタンクＴａｎｍから燃料ガスを取り出し、内燃機関１００に放出するタンクである。このサブタンクＴａｎｓの容量は、メインタンクＴａｎｍよりも大幅に小さくなっている。このサブタンクＴａｎｓの容量は、後述する調温機構１６の性能や一度に放出したいガス量等に応じて決定されればよいが、例えば、メインタンクＴａｎｍが１００ＬのときサブタンクＴａｎｓは、５Ｌ程度にすることができる。

【0022】

このサブタンクＴａｎｓの内部にも吸着材１４が充填されている。サブタンクＴａｎｓ内の吸着材１４は、メインタンクＴａｎｍ内の吸着材１４と、同一構成でもよいし、異なる構成であってもよい。ただし、サブタンクＴａｎｓは、後述するように、加熱および冷却される。この加熱および冷却を効率的に行うために、サブタンクＴａｎｓ内の吸着材１４には、熱伝導に優れた粒子、例えば、高熱伝導金属からなる金属粒子やカーボンナノチューブ等が含有されていることが望ましい。

【0023】

サブタンクＴａｎｓの近傍または内部には、このサブタンクＴａｎｓを加熱および冷却する調温機構１６が設けられている。この調温機構１６は、サブタンクＴａｎｓの内部を、予め規定された放出温度ＴＨ以上に加熱でき、また、予め規定された吸着温度ＴＬ以下に冷却できるのであれば、その構成は限定されない。したがって、調温機構１６としては、例えば、ペルチェ素子やヒートポンプを利用した機構や、冷却冷媒を利用した冷却機構と電熱線等を利用した加熱機構とを組み合わせた機構等を用いることができる。また、後に詳説するように、調温機構１６として、メインタンクＴａｎｍから放出される燃料ガスの膨張に伴う吸熱作用、および、内燃機関１００の排熱を利用した機構を用いてもよい。

【0024】

放出温度ＴＨは、サブタンクＴａｎｓから燃料ガスを放出するために、サブタンクＴａｎｓを加熱するときの目標温度である。本実施形態では、放出温度ＴＨを３６３Ｋ（約９０℃）としている。しかし、放出温度ＴＨは、サブタンクＴａｎｓの容量や、燃料ガスおよび吸着材１４の特性に応じて、適宜変更されてもよい。また、放出温度ＴＨは、一定である必要は無く、残存ガス量や周辺温度等に応じて、変更される可変値でもよい。吸着温度ＴＬは、メインタンクＴａｎｍの燃料ガスをサブタンクＴａｎｓに吸着するために、サブタンクＴａｎｓを冷却するときの目標温度である。本実施形態では、吸着温度ＴＬを２１３Ｋ（約−６０℃）としている。しかし、吸着温度ＴＬも、放出温度ＴＨと同様に、サブタンクＴａｎｓの容量や、燃料ガスおよび吸着材１４の特性に応じて、適宜変更されてもよい。また、吸着温度ＴＬも、一定である必要は無く、残存ガス量や周辺温度等に応じて、変更される可変値としてもよい。

【0025】

メインタンクＴａｎｍおよびサブタンクＴａｎｓは、配管を介して内燃機関１００に接続されている。具体的には、メインタンクＴａｎｍは、メイン配管Ｌｍを介して内燃機関１００の吸気管１０２に接続されている。メインタンクＴａｎｍから放出された燃料ガスは、このメイン配管Ｌｍを通って吸気管１０２に供給される。また、メインタンクＴａｎｍとサブタンクＴａｎｓは、吸着用配管Ｌｓｉｎを介して、サブタンクＴａｎｓとメイン配管Ｌｍは、放出用配管Ｌｓｏｕｔを介して、それぞれ接続されている。後に詳説するように、メインタンクＴａｎｍに残存した燃料ガスは、吸着用配管Ｌｓｉｎを通ってサブタンクＴａｎｓに送られ、サブタンクＴａｎｓから放出された燃料ガスは、放出用配管Ｌｓｏｕｔおよびメイン配管Ｌｍを通って吸気管１０２に供給される。

【0026】

配管上には、いくつかのバルブが配されている。バルブＶ０は、メイン配管Ｌｍ上に配された電磁弁で、開閉することで、メインタンクＴａｎｍと内燃機関１００とを連通または遮断する。バルブＶｔは、吸着用配管Ｌｓｉｎ上に配された電磁弁で、開閉することでメインタンクＴａｎｍとサブタンクＴａｎｓとを連通または遮断する。バルブＶｅは、放出用配管Ｌｓｏｕｔ上に配される電磁弁で、開閉することでサブタンクＴａｎｓとメイン配管Ｌｍとを連通または遮断する。バルブＶａは、メイン配管Ｌｍと放出用配管Ｌｓｏｕｔとの交点に配される三方弁で、吸気管１０２の連通先を、メインタンクＴａｎｍまたはサブタンクＴａｎｓに切り替える。なお、このバルブＶａは、省略されてもよい。つまり、サブタンクＴａｎｓは、内燃機関１００およびメインタンクＴａｎｍに、連通／遮断の切替可能に接続されていると言える。

【0027】

制御部１２は、燃料ガス貯蔵装置１０全体の駆動を制御するもので、例えば、演算処理を実行するＣＰＵと、各種パラメータや駆動プログラムを記憶するメモリと、を有する。また制御部１２は、例えば、車両に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であってもよい。こうした制御部１２には、図示しない各種センサでの検出値が入力される。センサとしては、例えば、メインタンクＴａｎｍおよびサブタンクＴａｎｓ内の温度を検知する温度センサや、メインタンクＴａｎｍおよびサブタンクＴａｎｓ内の圧力を検知する圧力センサ等がある。制御部１２は、これらセンサで検知された温度および圧力値に基づいて、複数のバルブや、調温機構１６の駆動を制御し、燃料ガスを内燃機関１００に供給する。

【0028】

次に、この燃料ガス貯蔵装置１０で内燃機関１００に燃料ガスを供給する際の動作原理について説明する。既述した通り、本実施形態では、メインタンクＴａｎｍ内に吸着材１４を充填し、この吸着材１４に燃料ガスを吸着保持させている。吸着材１４での燃料ガスの吸着量は、温度が一定であれば、圧力に依存する。図２は、常温ＴＳ（≒２９８Ｋ）における吸着材１４の重量当たりの飽和ガス吸着量と圧力との関係を示すグラフである。図２に示す通り、通常、吸着材１４は、圧力が低くなるほど吸着保持できるガス量も低下する。したがって、メインタンクＴａｎｍ内の圧力が十分に低くなれば、吸着材１４で保持できるガス量も低くなり、吸着材１４から離脱した燃料ガスを内燃機関１００に供給できる。

【0029】

ここで、通常、初期状態において、メインタンクＴａｎｍの圧力は、吸気管１０２の圧力よりも十分に高い。このメインタンクＴａｎｍを吸気管１０２に連通すると、メインタンクＴａｎｍの圧力が低下していき、吸着材１４に吸着保持されていた燃料ガスが脱離していく。燃料ガスが脱離して気化することで、メインタンクＴａｎｍの圧力が一時的に増加するが、一度気化した燃料ガスは、圧力増加に伴い吸着材１４に再度吸着されるより先に、内燃機関１００に送られ消費される。その結果、内燃機関１００の駆動に伴い、メインタンクＴａｎｍの圧力は徐々に低下していき、燃料ガスの貯蔵量も低下していく。

【0030】

ただし、メインタンクＴａｎｍに調圧機構やサブタンクＴａｎｓ等を設けない限り、メインタンクＴａｎｍの圧力は、吸気管１０２の圧力下限値Ｐｍｉｎを下回ることはない。吸気管１０２の圧力下限値Ｐｍｉｎは、内燃機関１００の仕様によって異なるが、本実施形態では、０．５Ｍｐａとなっている。したがって、調圧機構やサブタンクＴａｎｓ等を有さない構成の場合、メインタンクＴａｎｍの圧力は、０．５Ｍｐａ未満にはなり難く、メインタンクＴａｎｍの残存ガス量を一定以下にすることは難しかった。かかる問題を避けるために、メインタンクＴａｎｍに可動壁を有した調圧機構を設けることも一部で提案されている。しかし、こうした調圧機構を設けた場合、メインタンクＴａｎｍの初期圧力を高くすることが難しく、結果として、メインタンクＴａｎｍの初期段階でのガス吸着量を増やすことが難しいという問題がある。また、調圧機構からのガス漏れの恐れもあった。

【0031】

また、別の技術として、吸着材１４にガスを吸着させる際にメインタンクＴａｎｍを１５℃以下に冷却し、その後、メインタンクＴａｎｍの温度を上昇させてガスの一部を脱着させて、メインタンクＴａｎｍ内の圧力を上昇させる技術も提案されている。しかし、こうした技術では、メインタンクＴａｎｍ全体を冷却しなければならず、その冷却に大量のエネルギーを必要とする。

【0032】

本実施形態では、こうした問題を解決するために、サブタンクＴａｎｓを設け、サブタンクＴａｎｓを調温している。これについて図３を参照して説明する。図３は、吸着材１４の重量当たりの飽和ガス吸着量の温度による違いを示すグラフである。実線は、常温（ＴＳ＝２９８Ｋ）のときの吸着量を、破線は、高温（ＴＨ＝３６３Ｋ）のときの吸着量を、一点鎖線は、低温（ＴＬ＝２１８Ｋ）のときの吸着量を示している。

【0033】

図３に示す通り、燃料ガスの吸着量は、圧力が同じであれば、温度が高いほど少なく、温度が低いほど多くなる。こうした吸着材１４の特性を利用すれば、圧力を０．５Ｍｐａ（圧力下限値Ｐｍｉｎ）未満に下げなくても、燃料ガスを効率的に取り出すことができる。

【0034】

具体的に説明すると、本実施形態では、メインタンクＴａｎｍから内燃機関１００への放出が困難、すなわち、メインタンクＴａｎｍの圧力０．５Ｍｐａ以下となれば、サブタンクＴａｎｓを冷却するととともに当該冷却されたサブタンクＴａｎｓをメインタンクＴａｎｍに連通させる。冷却することにより、サブタンクＴａｎｓ内の吸着材１４の吸着能力は、大幅に向上する。結果として、メインタンクＴａｎｍ内の常温の吸着材１４と、サブタンクＴａｎｓ内の低温の吸着材１４との間には、吸着能力の差が生じており、この吸着能力の差に応じた量の燃料ガスが、メインタンクＴａｎｍからサブタンクＴａｎｓへ移動することになる。また、本実施形態では、サブタンクＴａｎｓの吸着材１４に燃料ガスが吸着できれば、今度は、サブタンクＴａｎｓを加熱して、サブタンクＴａｎｓと内燃機関１００とを連通させる。加熱することでサブタンクＴａｎｓ内の吸着材１４のガス吸着能力は大幅に低下し、吸着材１４から脱落した燃料ガスが、内燃機関１００に放出されることになる。そして、こうしたサブタンクＴａｎｓの冷却および加熱を繰り返すことで、従来、メインタンクＴａｎｍから取り出せなかった燃料ガスも取り出すことができる。また、サブタンクＴａｎｓは、上述したように、メインタンクＴａｎｍに比べて容量が小さいため、その冷却および加熱に用いるエネルギー量も小さく抑えることができる。結果として、燃料ガスを効率的に取り出すことができる。

【0035】

次に、この燃料ガス貯蔵装置１０の制御の流れについて図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａ、図４Ｂは、燃料ガス貯蔵装置１０から内燃機関１００に燃料ガスを供給する際の制御の流れを示すフローチャートである。燃料ガスを供給する際、制御部１２は、まず、バルブＶｔ，Ｖｅを閉鎖して、サブタンクＴａｎｓをメインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００から遮断する（Ｓ１０）。続いて、バルブＶ０を開放して、メインタンクＴａｎｍを内燃機関１００に連通させる（Ｓ１２）。これにより、メインタンクＴａｎｍから内燃機関１００への燃料ガスの放出が開始される。なお、以下では、このメインタンクＴａｎｍからの内燃機関１００への燃料ガスの放出を、単に「自然放出」と呼ぶ。内燃機関１００は、自然放出により放出された燃料ガスを消費し、駆動する。この内燃機関１００の駆動に伴い、メインタンクＴａｎｍ内の燃料ガス量は、徐々に低下していく。

【0036】

この自然放出は、メインタンクＴａｎｍの圧力が、圧力下限値Ｐｍｉｎ以下になるまで継続されるが、制御部１２は、自然放出の終了に先だって、サブタンクＴａｎｓからの放出の準備を行う。具体的には、自然放出の実行期間中、制御部１２は、メインタンクＴａｎｍが現在の圧力Ｐｍａｉｎで吸着可能なガス量Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍａｉｎ）が、予め規定された基準ガス量Ｎｄ未満になったか否かを監視している（Ｓ１４）。ここで、基準ガス量Ｎｄは、圧力下限値Ｐｍｉｎ（例えば０．５ＭＰａ）かつ常温でのメインタンクＴａｎｍでの吸着可能ガス量Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍｉｎ）と、圧力下限値Ｐｍｉｎかつ吸着温度ＴＬでのサブタンクＴａｎｓの吸着可能ガス量Ｎｓｕｂ（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）と、若干の余裕ガス量αと、を加算した値である。すなわち、Ｎｄ＝Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍｉｎ）＋Ｎｓｕｂ（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）＋αｍｏｌである。

【0037】

制御部１２は、Ｎｍａｉｎ（Ｔｓ，Ｐ）＜Ｎｄを満たすと判断すれば、サブタンクＴａｎｓからのガス放出の準備を開始する。すなわち、制御部１２は、まず、バルブＶ１を開放して、サブタンクＴａｎｓとメインタンクＴａｎｍとを連通させるととともに、調温機構１６を駆動してサブタンクＴａｎｓを冷却する（Ｓ１６）。この冷却は、サブタンクＴａｎｓの温度Ｔｓｕｂが吸着温度ＴＬに達するまで行われる。そして、サブタンクＴａｎｓが十分に冷却されることで、メインタンクＴａｎｍに残存している燃料ガスが、サブタンクＴａｎｓに移動し、吸着される。以下では、このサブタンクＴａｎｓ内の吸着材１４にメインタンクＴａｎｍ内の燃料ガスを吸着させる処理を「吸着処理」と呼ぶ。

【0038】

次に、制御部１２は、この吸着処理の実行期間中、メインタンクＴａｎｍの圧力Ｐｍａｉｎが、圧力下限値Ｐｍｉｎに若干の余裕量βを付加した値（Ｐｍｉｎ＋β）以下になるか否かを監視する（Ｓ１８）。ここで、余裕量βは、一度、吸着温度ＴＬまで冷却したサブタンクＴａｎｓを、放出温度ＴＨまで昇温する期間中に、内燃機関１００で消費される燃料ガス量程度の値である。

【0039】

Ｐｍａｉｎ≦（Ｐｍｉｎ＋β）となれば、制御部１２は、バルブＶｔを閉鎖するとともに、調温機構１６を駆動してサブタンクＴａｎｓを放出温度ＴＨまで加熱する（Ｓ２０）。バルブＶｔを閉鎖することで、メインタンクＴａｎｍとサブタンクＴａｎｓとが遮断され、サブタンクＴａｎｓでの吸着処理が終了となる。また、バルブＶｔが閉鎖されることで、サブタンクＴａｎｓは、メインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００の両者から遮断された閉鎖状態となる。この閉鎖状態でサブタンクＴａｎｓを加熱することにより、吸着材１４の温度が高くなり、吸着材１４に一度吸着された燃料ガスが放出されやすい状態となる。以下では、このサブタンクＴａｎｓを閉鎖状態で加熱する処理を「放出準備処理」と呼ぶ。

【0040】

制御部１２は、この放出処理準備の実行期間中、メインタンクＴａｎｍの圧力Ｐｍａｉｎが、規定の圧力下限値Ｐｍｉｎ以下となるか否かを監視する（Ｓ２２）。監視の結果、メインタンクＴａｎｍの圧力Ｐｍａｉｎが圧力下限値Ｐｍｉｎ以下となれば、制御部１２は、自然放出の継続は困難と判断し、サブタンクＴａｎｓからの放出処理に移行する。具体的には、バルブＶ０を閉鎖して、メインタンクＴａｎｍを内燃機関１００から遮断するとともに、バルブＶｅを開放して、サブタンクＴａｎｓを内燃機関１００に連通する（Ｓ２４）。このとき、サブタンクＴａｎｓ内は、高温に加熱されているため、吸着材１４の吸着能力は低く、多くの燃料ガスは、吸着材１４から脱落している。この脱落している燃料ガスが、放出され、内燃機関１００に供給される。以下では、このサブタンクＴａｎｓと内燃機期間とを連通した状態でサブタンクＴａｎｓを加熱して燃料ガスを放出する処理を「放出処理」と呼ぶ。

【0041】

この放出処理の実行期間中、制御部１２は、サブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂが圧力下限値Ｐｍｉｎ以下になるか否かを監視する（Ｓ２６）。そして、Ｐｓｕｂ≦Ｐｍｉｎとなれば、サブタンクＴａｎｓからの放出の継続は困難と判断し、放出処理を終了する。この場合、制御部１２は、バルブＶｅを閉鎖して、サブタンクＴａｎｓと内燃機関１００とを遮断する。また、制御部１２は、バルブＶｔを開放してサブタンクＴａｎｓとメインタンクＴａｎｍとを連通した状態でサブタンクＴａｎｓを冷却する（Ｓ２８）。つまり、サブタンクＴａｎｓでの燃料ガスの吸着処理を開始する。

【0042】

この吸着処理の実行期間中、制御部１２は、吸着処理が完了したか否かを監視する（Ｓ３０）。具体的には、制御部１２は、サブタンクＴａｎｓの温度Ｔｓｕｂが吸着温度ＴＬ以下（Ｔａｎｓ≦ＴＬ）、かつ、サブタンクＴａｎｓの圧力ＰｓｕｂがメインタンクＴａｎｍの圧力Ｐｍａｉｎと等しい（Ｐｓｕｂ＝Ｐｍａｉｎ）、という吸着完了条件を満たすか否かを監視する。そして、吸着処理が完了したと判断した場合（Ｓ３０でＹｅｓ）、制御部１２は、バルブＶｔを閉鎖して、サブタンクＴａｎｓをメインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００から遮断するととともに、サブタンクＴａｎｓを加熱する（Ｓ３２）。すなわち、放出準備を実行する。この放出準備は、サブタンクＴａｎｓの温度Ｔｓｕｂが、放出温度ＴＨに達するまで行う（Ｓ３４）。

【0043】

Ｔｓｕｂ≧ＴＨ、すなわち、放出準備処理完了となれば、続いて、制御部１２は、サブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂが、圧力下限値Ｐｍｉｎを超えるか否かを確認する（Ｓ３６）。そして、放出準備完了時においてＰｓｕｂ＞Ｐｍｉｎであれば（Ｓ３６でＮｏ）、制御部１２は、バルブＶｅを開放して、放出処理を実行する（Ｓ３８）。そして、放出処理を、Ｐｓｕｂ≦Ｐｍｉｎになるまで実行すれば、ステップＳ２８へと戻る。そして、以降は、放出準備完了時においてＰｓｕｂ≦Ｐｍｉｎという条件を満たすまで、ステップＳ２８からステップＳ４０を繰り返す。一方、放出準備処理完了時における圧力Ｐｓｕｂが、圧力下限値Ｐｍｉｎ以下の場合（Ｓ３６でＮｏ）、制御部１２は、メインタンクＴａｎｍ内の残存ガス量は、十分に少ないと判断する。この場合には、燃料ガスの供給処理を完全に終了する。

【0044】

以上の説明から明らかな通り、本実施形態によれば、調圧機構等を設けたり、メインタンクＴａｎｍ全体を調温したりしなくても、メインタンクＴａｎｍからより多量の燃料ガスを取り出すことができる。結果として、従来よりも効率的に燃料ガスを取り出すことができる。

【0045】

［第二実施形態］
次に、第二実施形態について図５〜図７を参照して説明する。図５は、第二実施形態である燃料ガス貯蔵装置１０の構成を示す図である。また、図６Ａ、図６Ｂは、この燃料ガス貯蔵装置１０での燃料ガス供給処理の流れを示すフローチャートである。さらに、図７は、この燃料ガス貯蔵装置１０での燃料ガス供給処理のタイミングを説明する図である。

【0046】

図１に示した基本的な実施形態では、サブタンクが一つしかなかった。そのため、基本的な実施形態では、ガス吸着のためにサブタンクＴａｎｓを冷却している間は、燃料ガスを内燃機関１００に供給できないという問題があった。

【0047】

そこで、本実施形態では、二つのサブタンク、すなわち、第一サブタンクＴａｎｓ１と第二サブタンクＴａｎｓ２を設けている。なお、以下の説明では、第一と第二を区別しないときは単に「サブタンクＴａｎｓ」という。また、他部材も同様である。二つのサブタンクＴａｎｓは、調温機構１６により、それぞれ独立して加熱および冷却される。また、各サブタンクＴａｎｓは、それぞれ、独立した配管Ｌｓｉｎ，Ｌｓｏｕｔを介してメインタンクＴａｎｍ、および、メイン配管Ｌｍに接続されており、各配管Ｌｓｉｎ，Ｌｓｏｕｔ上には、それぞれ独立して開閉可能なバルブＶｔ，Ｖｅが設けられている。つまり、各サブタンクＴａｎｓは、独立して（他のサブタンクＴａｎｓに連動することなく）、調温可能であり、また、メインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００との連通／遮断状態も独立して切替可能となっている。

【0048】

かかる燃料ガス貯蔵装置１０において、制御部１２は、燃料ガスを放出するサブタンクＴａｎｓと、燃料ガスを吸着するサブタンクＴａｎｓと、を順次切り替える。より具体的に説明すると、制御部１２は、各サブタンクＴａｎｓに対して、放出温度ＴＨまで加熱した状態で内燃機関１００と連通する放出処理と、吸着温度ＴＬまで冷却した状態でメインタンクＴａｎｍと連通する吸着処理と、内燃機関１００およびメインタンクＴａｎｍから遮断した状態で放出温度ＴＨまで加熱する放出準備処理と、を繰り返し行う。制御部１２は、一方のサブタンクＴａｎｓに対して放出処理を実行している期間中、他方のサブタンクＴａｎｓに対して吸着処理と放出準備処理とを行う。制御部１２は、一方のサブタンクＴａｎｓの放出処理が完了する（サブタンクＴａｎｓの圧力が圧力下限値Ｐｍｉｎ以下になる）前に、他方のサブタンクＴａｎｓの放出準備処理を完了させる。

【0049】

次に、この燃料ガス貯蔵装置１０でのガス供給処理の流れについて、図６Ａ、図６Ｂを参照して説明する。図６Ａに示すステップＳ１１０〜ステップＳ１２６は、第一実施形態のステップＳ１０〜ステップＳ２６とほぼ同じである。すなわち、制御部１２は、内燃機関１００に燃料ガスを供給する際には、まず、バルブＶｔ１，Ｖｔ２，Ｖｅ１，Ｖｅ２を閉鎖して、サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２をメインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００から遮断する（Ｓ１１０）。その状態で、バルブＶ０を開放し、メインタンクＴａｎｍから内燃機関１００に燃料タンクを放出する自然放出を開始する（Ｓ１１２）。自然放出の過程で、制御部１２は、Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍａｉｎ）＜Ｎｄの条件を満たすか否かを監視する。ここで、Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍａｉｎ）は、既述した通り、メインタンクＴａｎｍが常温かつ現在の圧力であるとした場合のメインタンクＴａｎｍの吸着可能ガス量（分子量）である。また、基準ガス量Ｎｄは、圧力下限値Ｐｍｉｎ（例えば０．５ＭＰａ）かつ常温でのメインタンクＴａｎｍでの吸着可能ガス量Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍｉｎ）と、圧力下限値Ｐｍｉｎかつ吸着温度ＴＬでのサブタンクＴａｎｓの吸着可能ガス量Ｎｓｕｂ１（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）＋Ｎｓｕｂ２（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）と、若干の余裕ガス量αと、を加算した値である。すなわち、Ｎｄ＝Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍｉｎ）＋Ｎｓｕｂ１（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）＋Ｎｓｕｂ２（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）＋αｍｏｌである。

【0050】

制御部１２は、Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍａｉｎ）＜Ｎｄを満たすと判断すれば、第一、第二サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２に対して吸着処理を実行する（Ｓ１１６）。すなわち、バルブＶｔ１，Ｖｔ２を開放して、サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２をメインタンクＴａｎｍに連通し、その状態で第一、第二サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２を冷却する。その後、メインタンクＴａｎｍの圧力Ｐｍａｉｎが、圧力下限値Ｐｍｉｎに若干の余裕量βを付加した値（Ｐｍｉｎ＋β）以下になれば（Ｓ１１８でＹｅｓ）、吸着処理を中断し、放出準備処理を開始する（Ｓ１２０）。すなわち、バルブＶｔ１，Ｖｔ２を閉鎖して、第一、第二サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２をメインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００から遮断した状態で加熱する。

【0051】

そして、メインタンクＴａｎｍの圧力Ｐｍａｉｎが、圧力下限値Ｐｍｉｎ以下になれば（Ｓ１２２でＹｅｓ）、制御部１２は、バルブＶ０を閉鎖して自然放出を終了するとともに、バルブＶｅ１を開放して、第一サブタンクＴａｎｓ１からのガス放出を行う（Ｓ１２４）。このガス放出は、第一サブタンクＴａｎｓ１の圧力Ｐｓｕｂ１が圧力下限値Ｐｍｉｎ以下になるまで（Ｓ１２６でＹｅｓとなるまで）行う。

【0052】

Ｐｓｕｂ１≦Ｐｍｉｎとなれば、制御部１２は、次に、第二サブタンクＴａｎｓ２からガス放出するとともに、第一サブタンクＴａｎｓ１でガス吸着を行う（Ｓ１２８）。すなわち、制御部１２は、バルブＶｅ２を開放して、第二サブタンクＴａｎｓ２と内燃機関１００とを連通させる。また、制御部１２は、バルブＶｅ１を閉鎖するとともにバルブＶｔ１を開放して、第一サブタンクＴａｎｓ１とメインタンクＴａｎｍとを連通するとともに第一サブタンクＴａｎｓ１を冷却する。

【0053】

この第一サブタンクＴａｎｓ１の冷却処理は、第一サブタンクＴａｎｓ１での吸着が完了、または、第二サブタンクＴａｎｓ２からの放出完了間近となる（Ｓ１３０でＹｅｓ）まで行う。ここで、制御部１２は、第一サブタンクＴａｎｓ１の温度が吸着温度ＴＬ以下、かつ、第一サブタンクＴａｎｓ１の圧力Ｐｓｕｂ１がメインタンクＴａｎｍの圧力Ｐｍａｉｎと同じなる場合（Ｔｓｕｂ１≦ＴＬかつＰｓｕｂ１＝Ｐｍａｉｎの場合）に、第一サブタンクＴａｎｓ１の吸着が完了と判断する。また、制御部１２は、第二サブタンクＴａｎｓ２の圧力Ｐｓｕｂ２が、圧力下限値Ｐｍｉｎに若干の余裕量βを付加した値以下になる場合（Ｐｓｕｂ２≦（Ｐｍｉｎ＋β）の場合）に、第二サブタンクＴａｎｓ２からの放出完了間近と判断する。そして、制御部１２は、（Ｔｓｕｂ１≦ＴＬかつＰｓｕｂ１＝Ｐｍａｉｎ）または（Ｐｓｕｂ２≦（Ｐｍｉｎ＋β））のいずれかが成立する場合には、第一サブタンクＴａｎｓ１に対する吸着処理を中止し、ステップＳ１３２に進む。

【0054】

ステップＳ１３２では、制御部１２は、第一サブタンクＴａｎｓ１に対して放出準備処理を実行する。すなわち、バルブＶｔ１を閉鎖して、第一サブタンクＴａｎｓ１をメインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００から遮断した状態で、第一サブタンクＴａｎｓ１を加熱する。そして、第二サブタンクＴａｎｓ２からの放出が完了、すなわち、Ｐｓｕｂ２≦Ｐｍｉｎとなれば（Ｓ１３４でＹｅｓとなれば）、今度は、第一サブタンクＴａｎｓ１から内燃機関１００に燃料ガスを放出するとともに第二サブタンクＴａｎｓ２でメインタンクＴａｎｍ内の残存ガスを吸着する（Ｓ１３８）。ただし、ステップＳ１３８に移行する前に、制御部１２は、放出準備完了時における第一サブタンクＴａｎｓ１の圧力Ｐｓｕｂ１が圧力下限値Ｐｍｉｎを超えるか否かを確認する（Ｓ１３６）。放出準備完了時、すなわち、第一サブタンクＴａｎｓ１を閉鎖した状態で十分に加熱しても、圧力Ｐｓｕｂ１が圧力下限値Ｐｍｉｎを超えない場合には、メインタンクＴａｎｍ内の残存ガス量は、十分に少ないと判断する。この場合には、燃料ガスの供給処理を完全に終了する。

【0055】

一方、ステップＳ１３６でＰｓｕｂ１＞Ｐｍｉｎとなれば、制御部１２は、第一サブタンクＴａｎｓ１から内燃機関１００に燃料ガスを放出するとともに第二サブタンクＴａｎｓ２でメインタンクＴａｎｍ内の残存ガスを吸着する（Ｓ１３８）。その後、制御部１２は、第一サブタンクＴａｎｓ１からのガス放出が完了間近（Ｐｓｕｂ１＜（Ｐｍｉｎ＋β））または第二サブタンクＴａｎｓ２でのガス吸着が完了（Ｔｓｕｂ２≦ＴＬかつＰｓｕｂ２＝Ｐｍａｉｎ）するか否かを監視する（Ｓ１４０）。ステップＳ１４０でＹｅｓとなれば、制御部１２は、第二サブタンクＴａｎｓ２に対して放出準備処理を実行する。すなわち、バルブＶｔ２を閉鎖して、第二サブタンクＴａｎｓ２をメインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００から遮断した状態で第二サブタンクＴａｎｓ２を加熱する。そして、Ｐｓｕｂ１≦ＰｍｉｎかつＰｓｕｂ２＞Ｐｍｉｎとなれば、ステップＳ１２８に戻り、第二サブタンクＴａｎｓ２からガス放出、第一サブタンクＴａｎｓ１でガス吸着を行う。以降、放出準備完了時におけるサブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂが、圧力下限値Ｐｍｉｎ以下とならない限り、ステップＳ１２８〜Ｓ１４６を繰り返す。

【0056】

次に、第一、第二サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２からのガス供給処理におけるタイミング切替を図７を参照して説明する。図７において、白抜き矢印は、吸着処理の、グレーハッチングの矢印は、放出準備処理の、クロスハッチングの矢印は、放出処理の実行期間を示している。

【0057】

図７に示す通り、また、これまで説明した通り、本実施形態では、時刻ｔ０において、準備開始条件（Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐ）＜Ｎｄ）を充足すれば、第一、第二サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２での吸着処理を開始する。その後、時刻ｔ１においてメインタンクＴａｎｍでの放出完了間近、すなわち、Ｐｍａｉｎ≦（Ｐｍｉｎ＋β）となれば、第一、第二サブタンクＴａｎ１，Ｔａｎｓ２での放出準備処理を開始する。そして、時刻ｔ２において、メインタンクＴａｎｍでの放出が完了、すなわち、Ｐｍａｉｎ≦Ｐｍｉｎとなれば、まず、第一サブタンクＴａｎｓ１から燃料ガスを放出する。このとき、第二サブタンクＴａｎｓ２は、メインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００から遮断された状態のまま放出温度ＴＨに保たれている。

【0058】

その後、時刻ｔ３において、第一サブタンクＴａｎｓ１での放出処理が完了（Ｐｓｕｂ１≦Ｐｍｉｎ）となれば、第二サブタンクＴａｎｓ２での放出処理を開始するとともに、第一サブタンクＴａｎｓ１での吸着処理を開始する。第二サブタンクＴａｎｓ２での放出処理中である時刻ｔ４において、第一サブタンクＴａｎｓ１での吸着処理が完了、すなわち、Ｔｓｕｂ１≦ＴＬかつＰｓｕｂ１＝Ｐｍａｉｎとなれば、第一サブタンクＴａｎｓ１での放出準備処理を開始する。そして、時刻ｔ５において、第二サブタンクＴａｎｓ２での放出処理が完了すれば、第一サブタンクＴａｎｓ１での放出処理を開始するとともに、第二サブタンクＴａｎｓ２での吸着処理を開始する。

【0059】

ここで、内燃機関１００での燃料ガスの消費速度が一時的に速くなり、時刻ｔ６において、第一サブタンクＴａｎｓ１の放出完了間近になったとする。この場合には、第二サブタンクＴａｎｓ２の吸着処理が完了していなくても、第二サブタンクＴａｎｓ２での吸着処理を中止し、放出準備処理を開始する。そして、時刻ｔ７において、第一サブタンクＴａｎｓ１の放出処理が完了となれば、第二サブタンクＴａｎｓ２での放出処理を開始するとともに、第一サブタンクＴａｎｓ１での吸着処理を開始する。以降、同様の手順を繰り返す。

【0060】

以上の説明、および、図７から明らかな通り、本実施形態によれば、サブタンクＴａｎｓを二つ設けており、一方のサブタンクＴａｎｓからのガス放出が終了すれば、即座に、他方のサブタンクＴａｎｓからのガス放出を開始する。その結果、燃料ガスが間断無く放出され、内燃機関１００を連続して駆動し続けることができる。また、第一実施形態と同様に、本実施形態でも、調温しているのは、比較的容量の小さいサブタンクＴａｎｓであるため、調温に要するエネルギー量を小さく抑えることができ、結果として、燃料ガスを効率的に取り出すことができる。

【0061】

［第三実施形態］
次に、第三実施形態について図８〜図９Ｂを参照して説明する。図８は、第三実施形態である燃料ガス貯蔵装置１０の構成を示す図である。また、図９Ａ、図９Ｂは、この燃料ガス貯蔵装置１０での燃料ガス供給処理の流れを示すフローチャートである。

【0062】

図８に示す通り、本実施形態の燃料ガス貯蔵装置１０は、三つのサブタンク、すなわち、第一、第二、第三サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２，Ｔａｎｓ３を有している点で、第二実施形態と相違している。三つのサブタンクＴａｎｓは、互いに独立して調温可能であり、また、メインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００との連通／遮断状態も独立して切替可能となっている。

【0063】

かかる燃料ガス貯蔵装置１０において、制御部１２は、燃料ガスを放出するサブタンクＴａｎｓと、燃料ガスを吸着するサブタンクＴａｎｓと、を順次切り替える。より具体的に説明すると、制御部１２は、第一サブタンクＴａｎｓ１からの燃料ガスの放出が完了すれば、第二サブタンクＴａｎｓ２からガスを放出させ、第二サブタンクＴａｎｓ２からの燃料ガスの放出が完了すれば、第三サブタンクＴａｎｓ３からガスを放出させ、第三サブタンクＴａｎｓ３からの燃料ガスの放出が完了すれば、第一サブタンクＴａｎｓ１からガスを放出させる。また、各サブタンクＴａｎｓは、ガスの放出処理が完了すれば、吸着処理、および、放出準備処理を行う。

【0064】

次に、この燃料ガス貯蔵装置１０でのガス供給処理の流れについて、図９Ａ、図９Ｂを参照して説明する。図９Ａに示すステップＳ２１０〜ステップＳ２２６は、第二実施形態のステップＳ１１０〜ステップＳ１２６とほぼ同じであるため、図９Ａの説明は省略する。なお、ステップＳ２１４における基準ガス量Ｎｄは、Ｎｄ＝Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍａｉｎ）＋Ｎｓｕｂ１（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）＋Ｎｓｕｂ２（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）＋Ｎｓｕｂ３（ＴＬ，Ｐｍｉｎ）＋αｍｏｌである。

【0065】

第二実施形態と同様に、メインタンクＴａｎｍからの自然放出が終了（Ｓ２２２でＹｅｓ）すれば、第一サブタンクＴａｎｓ１での放出処理を開始する（Ｓ２２４）。この放出処理は、第一サブタンクＴａｎｓ１の圧力Ｐｓｕｂ１が、圧力下限値Ｐｍｉｎ以下となるまで続けられる。

【0066】

そして、第一サブタンクＴａｎｓ１の圧力Ｐｓｕｂ１が圧力下限値Ｐｍｉｎ以下となれば、図９Ｂに示すように、ステップＳ２３０ａ〜Ｓ２４４ａ、ステップＳ２３０ｂ〜Ｓ２４４ｂ、ステップＳ２３０ｃ〜Ｓ２４４ｃを並行して行う。

【0067】

すなわち、制御部１２は、サブタンクＴａｎｓまたはメインタンクＴａｎｍからのガス放出が完了したか否かを監視する（Ｓ２３０ａ，Ｓ２３０ｂ，Ｓ２３０ｃ）そして、一つのサブタンクＴａｎｓまたはメインタンクＴａｎｍからのガス放出が完了したと判断した場合には、後続のサブタンクＴａｎｓの内燃機関１００側のバルブＶｅを開放して、後続のサブタンクＴａｎｓからガス放出を開始する（Ｓ２３２ａ，Ｓ２３２ｂ，Ｓ２３２ｃ）。そして、後続のサブタンクＴａｎｓからのガス放出が完了（Ｓ２３４ａ，Ｓ２３４ｂ，Ｓ２３４ｃでＹｅｓ）となれば、後続サブタンクＴａｎｓでの吸着処理を開始する（Ｓ２３６ａ，Ｓ２３６ｂ，Ｓ２３６ｃ）。すなわち、後続のサブタンクＴａｎｓの内燃機関１００側のバルブＶｅを閉鎖するとともに、メインタンクＴａｎｍ側のバルブＶｔを開放した状態で後続のサブタンクＴａｎｓを冷却する。

【0068】

そして、後続のサブタンクＴａｎｓの吸着処理が終了すれば（Ｓ２３８ａ，Ｓ２３８ｂ，Ｓ２３８ｃ）、後続のサブタンクＴａｎｓに対して放出準備処理を開始する（Ｓ２４０ａ，Ｓ２４０ｂ，Ｓ２４０ｃ）。そして、後続のサブタンクＴａｎｓが放熱温度に達すれば（Ｓ２４２ａ，Ｓ２４２ｂ，Ｓ２４２ｃ）、後続のサブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂを確認する（Ｓ２４４ａ，Ｓ２４４ｂ，Ｓ２４４ｃ）。確認の結果、後続のサブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂが、圧力下限値Ｐｍｉｎ以下の場合には、全ての処理を終了する。一方、Ｐｓｕｂ＞Ｐｍｉｎである場合には、ステップＳ２３８ａ，Ｓ２３８ｂ，Ｓ２３８ｃに戻り、以降、同様の処理を繰り返す。

【0069】

このように、サブタンクＴａｎｓを三つ設けた場合でも、第二実施形態と同様に、ガス放出するサブタンクＴａｎｓを順次、切り替えるため、燃料ガスが間断無く放出され、内燃機関１００を連続して駆動し続けることができる。特に、サブタンクＴａｎｓを三つ以上設けた場合、サブタンクＴａｎｓが二つだけの場合に比して、燃料ガスの消費速度の急増にも対応でき、内燃機関１００をより確実に連続駆動できる。また、第一、第二実施形態と同様に、本実施形態でも、調温しているのは、比較的容量の小さいサブタンクＴａｎｓであるため、調温に要するエネルギー量を小さく抑えることができ、結果として、燃料ガスを効率的に取り出すことができる。

【0070】

［第四実施形態］
次に、第四実施形態について図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は、第四実施形態である燃料ガス貯蔵装置１０の構成を示す図である。また、図１１は、この燃料ガス貯蔵装置１０での燃料ガス供給処理の流れを示すフローチャートである。また、図１２は、この燃料ガス貯蔵装置１０での燃料ガス供給処理のタイミングを説明する図である。

【0071】

図１０に示す通り、本実施形態の燃料ガス貯蔵装置１０は、二対のタンク対、すなわち、第一タンク対２０ａと第二タンク対２０ｂとを有している。各タンク対２０は、それぞれ、二つのサブタンクＴａｎｓを有している。つまり、本実施形態では、合計で四つのサブタンクＴａｎｓを有していることになる。

【0072】

一対のサブタンクＴａｎｓの間には、調温機構１６として機能するペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２が配されている。ペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２は、一方の面が吸熱面、他方の面が発熱面として機能し、印加電流の極性を反転させると吸熱面と発熱面とが反転する。かかるペルチェ素子を一対のサブタンクＴａｎｓの間に配することで、一対のサブタンクＴａｎｓの一方を加熱している間、他方のサブタンクＴａｎｓは、冷却される。また、印加電流の極性を反転させると、それまで加熱されていたサブタンクＴａｎｓが冷却され、冷却されていたサブタンクＴａｎｓが加熱される。

【0073】

また、タンク対２０とメインタンクＴａｎｍおよび内燃機関１００との間には、バルブＶｅ，Ｖｔの他に、さらに、三方弁も設けられている。メインタンクＴａｎｍ側の三方弁Ｖｂ１，Ｖｂ２は、メインタンクＴａｎｍの連通先が常に冷却中のサブタンクＴａｎｓになるように、また、内燃機関１００側の三方弁Ｖｃ１，Ｖｃ２は、内燃機関１００の連通先が常に加熱中のサブタンクＴａｎｓになるように、その開放方向が切り替わる。

【0074】

制御部１２は、一つのサブタンクＴａｎｓからのガス放出が完了すれば、当該サブタンクＴａｎｓが属するタンク対２０のペルチェ素子ＰＥの冷熱を切り替える。また、当該サブタンクＴａｎｓに対応する内燃機関１００側バルブＶｅを閉鎖し、他のタンク対２０に対応する内燃機関１００側バルブＶｅを開放し、他のタンク対２０からガス放出させる。

【0075】

制御部１２の処理の流れについて図１１を参照してより具体的に説明する。制御部１２は、最初に、バルブＶｔ１，Ｖｔ２，Ｖｅ１，Ｖｅ２を閉鎖した状態で、バルブＶ０を開放し、メインタンクＴａｎｍからの自然放出を行う（Ｓ３１０，Ｓ３１２）。そして、メインタンクＴａｎｍの吸着可能ガス量Ｎ（ＴＳ，Ｐｍａｉｎ）が、基準ガス量Ｎｄ未満となれば（Ｓ３１４でＹｅｓ）、バルブＶｔ１，Ｖｔ２を開放して各タンク対２０とメインタンクＴａｎｍとを連通するとともに、第一、第二ペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２を駆動して、サブタンクＴａｎｓの加熱および冷却を開始する（Ｓ３１６）。これにより、ペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２により冷却されているサブタンクＴａｎｓには、メインタンクＴａｎｍの残存ガスが吸着される。

【0076】

次に、自然放出が完了間近、すなわち、Ｐｍａｉｎ≦（Ｐｍｉｎ＋β）となれば（Ｓ３１８でＹｅｓとなれば）、第一、第二ペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２の冷熱を切り替える。これにより、それまで、それまで加熱されていたサブタンクＴａｎｓが冷却され、当該サブタンクＴａｎｓにも、メインタンクＴａｎｍの残存ガスが吸着される。つまり、四つのサブタンクＴａｎｓ全てに、メインタンクＴａｎｍの残存ガスが吸着される。また、既に、残存ガスを吸着したサブタンクＴａｎｓは、加熱され、ガス放出が可能な状態となる。

【0077】

Ｐｍａｉｎ≦Ｐｍｉｎとなれば（Ｓ３２２でＹｅｓ）、制御部１２は、バルブＶ０を閉鎖して自然放出処理を中止するとともに、バルブＶｅ１を開放する（Ｓ３２４）。これにより、第一タンク対２０ａに属するサブタンクＴａｎｓ１、Ｔａｎｓ２のうち加熱されているサブタンクＴａｎｓ（以下「加熱側サブタンクＴａｎｓ」という）から燃料ガスが放出される。この放出処理は、加熱側サブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂ１（ＴＨ）が圧力下限値Ｐｍｉｎ以下となるまで（Ｓ３２６でＹｅｓ）継続される。

【0078】

加熱側サブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂ１（ＴＨ）が十分に下がれば、次に、制御部１２は、第二タンク対２０ｂの加熱側サブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂ２（ＴＨ）が、圧力下限値Ｐｍｉｎを超えるか否かを確認する（Ｓ３２８）。確認の結果、Ｐｓｕｂ２（ＴＨ）≦Ｐｍｉｎとなれば、燃料ガスの供給処理を終了する。

【0079】

一方、Ｐｓｕｂ２（ＴＨ）＞Ｐｍｉｎならば、制御部１２は、バルブＶｅ１を閉鎖、バルブＶｅ２を開放するとともに、第一ペルチェ素子ＰＥ１の冷熱を切り替える（Ｓ３３０）。これにより、第二タンク対２０ｂの加熱側サブタンクＴａｎｓから燃料ガスが放出される。また、第一ペルチェ素子ＰＥ１の冷熱を切り替えることで、第一タンク対２０ａのうち、燃料ガスが放出され、ほぼ空になったサブタンクＴａｎｓが、冷却され、新たに、メインタンクＴａｎｍから残存ガスを吸着する。

【0080】

第二タンク対２０ｂの加熱側サブタンクＴａｎｓからの放出は、当該加熱側サブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂ２（ＴＨ）が圧力下限値Ｐｍｉｎ以下となる（Ｓ３３２でＹｅｓ）まで継続する。そして、Ｐｓｕｂ２（ＴＨ）≦Ｐｍｉｎとなれば、制御部１２は、第一タンク対２０ａの加熱側サブタンクＴａｎｓの圧力Ｐｓｕｂ１（ＴＨ）を確認する（Ｓ３３４）。確認の結果、Ｐｓｕｂ１（ＴＨ）≦Ｐｍｉｎとなれば、燃料ガスの供給処理を終了する。

【0081】

一方、Ｐｓｕｂ１（ＴＨ）＞Ｐｍｉｎならば、制御部１２は、バルブＶｅ２を閉鎖、バルブＶｅ１を開放するとともに、第二ペルチェ素子ＰＥ２の冷熱を切り替える（Ｓ３３６）。これにより、第一タンク対２０ａの加熱側サブタンクＴａｎｓから燃料ガスが放出される。また、第二ペルチェ素子ＰＥ２の冷熱を切り替えることで、第二タンク対２０ｂのうち、燃料ガスが放出され、ほぼ空になったサブタンクＴａｎｓが、冷却され、新たに、メインタンクＴａｎｍから残存ガスを吸着する。その後は、ステップＳ３２４に戻り、ステップＳ３２４〜Ｓ３３６を繰り返す。

【0082】

次に、この燃料ガス供給装置での各種処理の切り替えタイミングを図１２を参照して説明する。図１２において、白抜き矢印は、吸着処理の、グレーハッチングの矢印は、放出準備処理の、クロスハッチングの矢印は、放出処理の実行期間を示している。別の言い方をすればハッチングの矢印は、加熱されている期間を、白抜きの矢印は、冷却されている期間を示している。また、図１２では、メインタンクＴａｎｍ側のバルブＶｔ１、Ｖｔ２の開閉タイミングは記載されていないが、これらバルブＶｔ１，Ｖｔ２は、常時、開放状態となっている。

【0083】

図１２に示す通り、また、これまで説明した通り、本実施形態では、時刻ｔ０において、準備開始条件（Ｎｍａｉｎ（ＴＳ，Ｐｍａｉｎ）＜Ｎｄ）を充足すれば、第一、第二ペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２に正の極性の電流が印加され、サブタンクＴａｎｓの加熱または冷却が開始される。図示例では、Ｔａｎｓ１、Ｔａｎｓ３が冷却され、Ｔａｎｓ２、Ｔａｎｓ４が加熱される。その結果、メインタンクＴａｎｍの残存ガスが、サブタンクＴａｎｓ１、Ｔａｎｓ３に吸着される。

【0084】

その後、時刻ｔ１において、自然放出の完了間近となれば、第一、第二ペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２の冷熱が切り替えられる。その結果、メインタンクＴａｎｍの残存ガスが、サブタンクＴａｎｓ２，Ｔａｎｓ４に吸着される。また、サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ３は、加熱され、放出可能な状態になる。

【0085】

時刻ｔ２において、自然放出が完了すれば、第一タンク対２０ａに対応するバルブＶｅ１が開放され、第一タンク対２０ａの加熱側サブタンクＴａｎｓ１から燃料ガスが放出される。時刻ｔ３において、サブタンクＴａｎｓ１からのガス放出が完了すれば、バルブＶｅ１を閉鎖してバルブＶｅ２を開放するとともに、第一ペルチェ素子ＰＥ２の冷熱を切り替える。これにより、第二タンク対２０ｂの加熱側サブタンク３から燃料ガスが放出される。また、第一タンク対２０ａにおいて、加熱側サブタンクと冷却側サブタンクが反転する。そして、燃料ガスを放出し、空になったサブタンクＴａｎｓ１が冷却され、メインタンクＴａｎｍの残存ガスが当該サブタンクＴａｎｓ１に吸着される。

【0086】

時刻ｔ４において、サブタンクＴａｎｓ３からのガス放出が完了すれば、バルブＶｅ２を閉鎖してバルブＶｅ１を開放するとともに、第二ペルチェ素子ＰＥ２の冷熱を切り替える。これにより、第一タンク対２０ａの加熱側サブタンクＴａｎｓ２から燃料ガスが放出される。また、第二タンク対２０ｂにおいて、加熱側サブタンクと冷却側サブタンクが反転する。そして、燃料ガスを放出し、空になったサブタンクＴａｎｓ３が冷却され、メインタンクＴａｎｍの残存ガスが当該サブタンクＴａｎｓ３に吸着される。以降、同様のタイミングで、バルブＶｅ１，Ｖｅ２の開閉、および、第一、第二ペルチェ素子ＰＥ１，ＰＥ２の冷熱切替を行う。

【0087】

ここで、図１２から明らかな通り、本実施形態でも、燃料ガスを放出するサブタンク、燃料ガスを吸着するサブタンクを順次切り替えている。その結果、本実施形態でも燃料ガスが間断なく放出され、内燃機関１００を連続して駆動し続けることができる。また、第一、第二、第三実施形態と同様に、本実施形態でも、調温しているのは、比較的容量の小さいサブタンクＴａｎｓであるため、調温に要するエネルギー量を小さく抑えることができ、結果として、燃料ガスを効率的に取り出すことができる。

【0088】

［第五実施形態］
次に、第五実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は、第五実施形態である燃料ガス貯蔵装置１０の構成を示す図である。本実施形態では、サブタンクＴａｎｓを冷却するために、蓄熱材２４による蓄熱作用および燃料ガス（高圧ガス）の膨張に伴う吸熱作用を利用し、サブタンクＴａｎｓを加熱するために内燃機関１００の排熱を利用する。すなわち、本実施形態の燃料ガス貯蔵装置１０は、調温機構１６として、ヒートポンプやペルチェ素子等を利用した加熱／冷却機構に替えて、または、加えて、蓄熱材２４の蓄熱作用および高圧ガスの膨張に伴う吸熱作用を利用した冷却機構と、排熱を利用した加熱機構と、を備えている。

【0089】

冷却機構は、サブタンクＴａｎｓに密着配置された蓄熱材２４と、メイン配管Ｌｍから分岐して再びメイン配管Ｌｍに接続するバイパスＬｂ配管と、を備えている。本実施形態では、蓄熱材２４を二つ設けており、第一蓄熱材２４ａは、メイン配管Ｌｍに密着しており、第二蓄熱材２４ｂは、バイパス配管Ｌｂに密着している。また、各蓄熱材２４は、サブタンクＴａｎｓに近接配置されており、両者の間には可動式の断熱材２６が設けられている。この可動式断熱材２６は、サブタンクＴａｎｓを冷却しないときには、サブタンクＴａｎｓと蓄熱材２４との間に介在し、サブタンクＴａｎｓを冷却するときには、両者の間から離れ、蓄熱材２４とサブタンクＴａｎｓとの間での熱交換を許容する。

【0090】

メイン配管Ｌｍのうち第一蓄熱材２４より僅かに上流側位置には、バルブＶｄ１が配され、バイパス配管Ｌｂのうち第二蓄熱材２４より僅かに上流側位置には、バルブＶｄ２が設けられている。さらに、バイパス配管Ｌｂの終端とメイン配管Ｌｍとの交点には、三方弁Ｖｄ３が設けられている。

【0091】

メインタンクＴａｎｍから燃料ガスを放出すると、加圧されていた燃料ガスが急激に膨張する。このガスの膨張に伴い吸熱作用が発生する。本実施形態では、この吸熱作用により生じた冷熱を蓄熱材２４に吸収し、吸収した冷熱を必要に応じてサブタンクＴａｎｓに出力している。より具体的に説明すると、第一蓄熱材２４に冷熱を吸収させる際には、バルブＶｄ１を開放、バルブＶｄ２を閉鎖し、さらに、三方弁Ｖｄ３をバイパス配管Ｖｂと吸気管１０２との連通を遮断する方向に切り替えておく。この状態で、メインタンクＴａｎｍから燃料ガスを放出し、これにより生じた冷熱を第一蓄熱材２４に吸収する。第二蓄熱材２４に冷熱を吸収させる際には、バルブＶｄ２を開放、バルブＶｄ１を閉鎖し、さらに、三方弁Ｖｄ３をバイパス配管Ｌｂと吸気管１０２が連通する方向に切り替えておく。これにより、メインタンクＴａｎｍから放出された燃料ガスは、バイパス配管Ｌｂを介して吸気管１０２に供給される。そして、このガス放出の過程で生じた冷熱が第二蓄熱材２４に吸収される。冷熱を吸収して冷却された蓄熱材２４は、必要に応じて、サブタンクＴａｎｓとの間で熱交換を行い、サブタンクＴａｎｓを冷却する。

【0092】

加熱機構は、内燃機関１００の排気管に接続された加熱配管Ｌｈを有している。加熱配管Ｌｈの一部は、サブタンクＴａｎｓに密着している。また、図１３に示す通り、本実施形態では、加熱配管Ｌｈの一部が蓄熱材２４に近接している。この近接箇所には、両者の熱交換を阻害する不動の断熱材２８が配されている。加熱配管Ｖｈ上には、バルブＶｈ１，Ｖｈ２が設けられており、このバルブＶｈ１，Ｖｈ２を開放することで、排気ガス（および排熱）が、加熱配管Ｌｈに流れ、サブタンクＴａｎｓが加熱される。

【0093】

このように、燃料ガスの膨張に伴う吸熱作用および内燃機関１００からの排熱を利用することで、サブタンクＴａｎｓの冷却および加熱に要するエネルギー量を低減できる。そして、結果として、より効率的に燃料ガスを供給できる。なお、図１３の例では、サブタンクＴａｎｓを一つだけ設けた場合を例示したが、サブタンクＴａｎｓの個数は、より多数でもよい。

【0094】

［シミュレーション結果］
次に、サブタンクＴａｎｓを用いた燃料ガス供給装置の効果について、シミュレーション結果を参照して説明する。図１４は、シミュレーションに用いた燃料ガス供給装置１０の構成を示す図である。この燃料ガス供給装置１０は、ペルチェ素子ＰＥを挟んで配置された第一、第二サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２を有する。また、メインタンクＴａｎｍは、容量が１００Ｌ、温度が１９８Ｋで一定である。サブタンクＴａｎｓの容量は、２５Ｌ、５Ｌ、２．５Ｌのいずれかとする。ペルチェ素子ＰＥは、第一、第二サブタンクＴａｎｓ１，Ｔａｎｓ２のうち、一方のサブタンクＴａｎｓを２１３Ｋに冷却し、他方のサブタンクＴａｎｓを３６３Ｋに加熱する。

【0095】

メインタンクＴａｎｍの内部には、メタンガスを吸着する吸着材１４（金属有機構造体、ＨＫＵＳＴ−１）が充填されており、その充填率は０．８である。シミュレーションでは、メタンガスの圧力と吸着量の関係は、次の式１、式２に示すＬａｎｇｍｕｉｒ吸着等温式で表した。

【数1】

【数2】

【0096】

ここで、ｎ_ｓａｔは、重量あたりの飽和メタン吸着量（ｍｍｏｌ／ｇ）であり、Ｅは吸着熱パラメータ（ｋＪ／ｍｏｌ）である。また、シミュレーションでは、各パラメータの値として、次の表１に示す値を用いた。

【表1】

【0097】

シミュレーションは、メインタンクＴａｎｍが０．５ＭＰａとなった状態から開始した。サブタンクＴａｎｓの一方を２１３Ｋまで冷却し、バルブＶｔを開放して平衡に達するまで待った。この時、バルブ開放前のメインタンクＴａｎｍ内のメタンガスの物質量をｎ^ｉ−１_{ｍａｉｎ，ｇａｓ}、吸着メタンガスの物質量をｎ^ｉ−１_{ｍａｉｎ，ａｄ}、サブタンクＴａｎｓ内のメタンガスの物質量をｎ^ｉ−１_{ｓｕｂ，ｇａｓ}、吸着メタンの物質量をｎ^ｉ−１_{ｓｕｂ，ａｄ}、バルブ開放後平衡に達した時のメインタンクＴａｎｍ内のメタンガスの物質量をｎ^ｉ_{ｍａｉｎ，ｇａｓ}、吸着メタンの物質量をｎ^ｉ_{ｍａｉｎ，ａｄ}、サブタンクＴａｎｓ内のメタンガスの物質量をｎ^ｉ_{ｓｕｂ，ｇａｓ}、吸着メタンの物質量をｎ^ｉ_{ｓｕｂ，ａｄ}、とすると、式３の物質量保存の関係が成立する。なお、ｎ_ｇａｓはアメリカ国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）のデータベースＲＥＦＰＲＯＰから、ｎ_ａｄは式１、式２から求めた。

【数3】

【0098】

次に、ペルチェ素子ＰＥの冷熱を切り替え、一方のサブタンクＴａｎｓを冷却するとともに他方のサブタンクＴａｎｓは加熱する。そして、加熱側のサブタンクＴａｎｓから内燃機関１００に燃料ガスを放出する。このとき、内燃機関１００に投入できるメタンガスの物質量は次の式４で与えられる。

【数4】

【0099】

ただし、Ｐ_ｍａｉｎは加熱前の平衡圧力、ｎｇａｓ（Ｔ，Ｐ）は、温度Ｔ、圧力ＰにおけるサブタンクＴａｎｓ内のメタンガスの物質量、ｎａｄ（Ｔ，Ｐ）は、温度Ｔ、圧力ＰにおけるサブタンクＴａｎｓ内の吸着メタンの物質量である。その他、計算に用いたパラメータは、表１に示す。

【0100】

上記のサブタンクＴａｎｓでの吸着および放出を交互に繰り返した時のメインタンクＴａｎｍ内圧力の変化を図１５に示す。サブタンクＴａｎｓの容量が、１２．５Ｌおよび２．５Ｌいずれであったとしても、メインタンクＴａｎｍの圧力は、約０．０１ＭＰａで収束し、メインタンクＴａｎｍの圧力を吸気管１０２の下限圧力値Ｐｍｉｎよりも大幅に低くできることが分かる。

【0101】

次に、メタン残留率を図１６に示す。ここで、メタン残留率とは、初期状態のメタン物質量に対する、メインタンクＴａｎｍとサブタンクＴａｎｓに残留しているメタン物質量の割合である。このメタン残留率は、（ｎ^ｉ_ｍａｉｎ＋ｎ^ｉ_ｓｕｂ）／ｎ^０_ｍａｉｎ）の式で求まる。図１６に示す通り、サブタンクＴａｎｓ容量が大きいとサブタンクＴａｎｓにメタンガスが多く残留するため、取り出し可能量が低くなることがわかった。また、加熱する領域も多くなるためエネルギー効率も悪い。ただし、サブタンクＴａｎｓ容量を小さくすると１サイクルで取り出せるメタン量が少なく、加熱および冷却の切り替えを頻繁に行わなければならない。

【0102】

次に、サブタンクＴａｎｓに充填する吸着材１４のＬａｎｇｍｕｉｒ吸着モデルのパラメータの影響を調べた。図１７に、吸着熱Ｅ（ｋＪ／ｍｏｌ）とメタン残留量との関係を示す。図１７に示す通り、吸着熱Ｅが大きすぎても小さすぎても効率よく取り出せないことがわかる。

【0103】

次に、重量あたりの飽和メタン吸着量ｎ_ｓａｔ（ｍｍｏｌ／ｇ）とメタン残留量との関係を図１８に示す。図１８に示す通り、重量あたりの飽和メタン吸着量ｎ_ｓａｔが大きいほど一度に多くのメタンを取り出せるが、限界メタン残留量も多くなることがわかった。

【0104】

［第六実施形態］
次に、第六実施形態について説明する。第六実施形態では、メインタンクＴａｎｍの吸着材１４の初期化にサブタンクＴａｎｓを利用している。すなわち、通常、メインタンクＴａｎｍの残存ガス量が低下すれば、ガススタンド等にある外部のガス供給源からメインタンクＴａｎｍに燃料ガスを再充填する。このとき、燃料ガスが、天然ガスのように複数種類のガスが混合した混合ガスの場合、再充填に先だって、メインタンクＴａｎｍの残存ガスを取り出しておく必要がある。これは、次の理由による。

【0105】

一般に、吸着材１４に対する吸着・離脱の特性は、ガスの種類ごとに異なる。そのため、複数種類のガスが混合した混合ガスをメインタンクＴａｎｍの吸着材１４に吸着させた後、メインタンクＴａｎｍから混合ガスを自然放出すると、吸着熱の小さいガスが優先的に放出されてしまう。そして、結果として、メインタンクＴａｎｍに残存するガスは、当初充填された混合ガスと比べて、吸着熱の大きいガスの比率が高くなっている。この状態で、外部のガス供給源からメインタンクＴａｎｍに混合ガスを供給すると、当該メインタンクＴａｎｍ内のガスの組成は、当初のガス組成と変化することになる。そして、結果として、メインタンクＴａｎｍから放出されるガスの組成が、「ガス放出・ガス再充填」のサイクルを繰り返す過程で徐々に変化することになる。この場合、放出されるガスの組成変化に合わせて内燃機関１００への燃料噴射量を制御しなければ、内燃機関１００の燃焼が安定しなくなる。

【0106】

しかし、サブタンクＴａｎｓを有さない、メインタンクＴａｎｍのみを有する構成の場合、メインタンクＴａｎｍへのガス再充填に先だって、当該メインタンクＴａｎｍから残存ガスを取り出す方法がなかった。そのため、従来の構成では、新規に充填された混合ガスと、残存していたガスとが、メインタンクＴａｎｍ内で混合してしまい、ガスの組成が変化することを防止できなかった。結果として、メインタンクＴａｎｍのみを有する構成の場合、ガスの組成変化に応じて、内燃機関１００への燃料噴射量を変更しなければならず、制御が煩雑となっていた。

【0107】

本実施形態では、こうした問題を避けるために、メインタンクＴａｎｍに混合ガスを再充填する前に、サブタンクＴａｎｓを利用して、メインタンクＴａｎｍの残存ガスを取り出す。これについて、図１９を参照して説明する。図１９は、本実施形態における混合ガスの放出吸着処理の流れを示すタイミングチャートである。このタイミングチャートは、図１に示す構成、すなわち、メインタンクＴａｎｍおよびサブタンクＴａｎｓがともに一つずつある構成の装置での処理を想定している。ただし、必要に応じて、サブタンクＴａｎｓの個数は、適宜変更されてもよい。

【0108】

図１９に示すように、まず、外部のガス供給源からメインタンクＴａｎｍに混合ガスが充填される（時刻ｔ０〜ｔ１）。充填された混合ガスは、メインタンクＴａｎｍ内の吸着材１４に吸着保持される。その後、必要に応じて、メインタンクＴａｎｍから内燃機関１００に混合ガスが自然放出される（時刻ｔ１〜ｔ３）。このメインタンクＴａｎｍからの自然放出と並行して、サブタンクＴａｎｓの冷却を開始しておく（時刻ｔ２〜）。その後、時刻ｔ３において、ユーザによる混合ガスの再充填動作（例えば、ガススタンドにあるガス供給ノズルを、車両のガス充填口に挿し込む等）が検知されれば、制御部は、冷却されたサブタンクＴａｎｓとメインタンクＴａｎｍとを連通し、メインタンクＴａｎｍ内に残存したガスを、サブタンクＴａｎｓへと吸着させる（時刻ｔ３〜ｔ４）。その結果、メインタンクＴａｎｍ内の吸着材１４は、ガスが殆ど残存していない状態（以下「初期化状態」という）となる。

【0109】

メインタンクＴａｎｍの吸着材１４が初期化されれば、外部のガス供給源からメインタンクＴａｎｍへのガス供給を許容し、メインタンクＴａｎｍへのガス再充填を行う（時刻ｔ４〜ｔ５）。この再充填は、メインタンクＴａｎｍ内の残存ガスが殆ど無い状態で開始されるため、メインタンクＴａｎｍに貯蔵される混合ガスの組成は、ガス供給源から供給される混合ガスの組成とほぼ同じとなる。また、この再充填と並行して、サブタンクＴａｎｓの加熱を行い、サブタンクＴａｎｓからのガスの放出準備を行う。

【0110】

外部のガス供給源からのガスの再充填が完了すれば、再度、メインタンクＴａｎｍから内燃機関１００への自然放出を開始する（時刻ｔ５〜ｔ７）。このメインタンクＴａｎｍからの自然放出と並行して、サブタンクＴａｎｓからの放出を実行する（時刻ｔ５〜ｔ６）。このようにメインタンクＴａｎｍからの放出と、サブタンクＴａｎｓからの放出を並行して行うのは、内燃機関１００に供給されるガスの組成変動を防止するためである。

【0111】

すなわち、後に説明するように、メインタンクＴａｎｍから放出されるガス組成比と、サブタンクＴａｎｓから放出されるガス組成比は、大きく異なる。そのため、メインタンクＴａｎｍからの放出とサブタンクＴａｎｓから放出を、シリアルに実行すると、サブタンクＴａｎｓからのガス放出期間と、メインタンクＴａｎｍからのガス放出期間とで、内燃機関１００への燃料噴射量を切り替えなければならず、制御が煩雑化する。そこで、本実施形態では、サブタンクＴａｎｓおよびメインタンクＴａｎｍから同時にガスを放出させ、両タンクからの放出ガスを混合させて、常に同じ組成のガスが内燃機関１００に供給されるようにしている。

【0112】

ただし、サブタンクＴａｎｓのほうが容量が小さいため、サブタンクＴａｎｓのほうがメインタンクＴａｎｍよりも先に、空になる。時刻ｔ６においてサブタンクＴａｎｓが空になれば、サブタンクＴａｎｓの冷却を開始し、いつでも、メインタンクＴａｎｍの残存ガスの吸着が行えるようにする。そして、時刻ｔ７において、ユーザによる混合ガスの再充填動作が検知されれば、再度、同様の処理、すなわち、サブタンクＴａｎｓによる残存ガスの取り出し、メインタンクＴａｎｍへのガスの再充填等の処理等を繰り返す。

【0113】

以上の通り、本実施形態では、メインタンクＴａｎｍに混合ガスを再充填する前に、メインタンクＴａｎｍの残存ガスをサブタンクＴａｎｓを利用して取り出す。その結果、メインタンクＴａｎｍに貯蔵される混合ガスの組成変化を防止できる。結果として、内燃機関１００への燃料噴射制御を簡易化できる。

【0114】

次に、本実施形態のシミュレーション結果について説明する。シミュレーションでは、図１に示したような燃料ガス貯蔵装置１０のモデルを用いて計算した。シミュレーションでは、混合ガスを、モル分率メタン９５％，プロパン５％のモデルガスとしている。このモデルガスの吸着等温式を、式５、式６に示す。また、計算に用いたパラメータを表２に示す。なお、式中、ｉは、ＣＨ_４またはＣ_３Ｈ_８である。

【数5】

【数6】

【表2】

【0115】

図２０は、メインタンクＴａｎｍからのメタンおよびプロパンの放出量、図２１は、サブタンクＴａｎｓから放出されるガス中のメタンおよびプロパンの放出量のシミュレーション結果を示すグラフである。また、図２２は、サブタンクＴａｎｓを有さず、メインタンクＴａｎｍのみを有する燃料ガス貯蔵装置におけるメタンおよびプロパンの放出量のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、図２０〜図２２における、１サイクルとは、メインタンクＴａｎｍが２０Ｍｐａになるまで、メインタンクＴａｎｍに混合ガスを充填した後、メインタンクＴａｎｍが０．５ＭｐａになるまでメインタンクＴａｎｍからガスを自然放出するまでの処理を指す。

【0116】

図２２から明らかな通り、メインタンクＴａｎｍのみを有する燃料ガス貯蔵装置の場合は、混合ガスの充填および放出というサイクルを繰り返すにつれ、メタンの放出量が急減に減少する一方で、プロパンの放出量は、僅かに増加していく。その結果、サイクルを繰り返すにつれ、放出ガスの組成が変化していき、内燃機関１００の燃焼が安定しない。一方、本実施形態によれば、図２０に示す通り、メタンおよびプロパンの放出量が一定値で安定しているため、放出ガスの組成を一定に保つことができる。その結果、内燃機関１００の燃焼を安定させることができる。なお、図２０と図２１との比較から明らかな通り、メインタンクＴａｎｍから放出されるガスと、サブタンクＴａｎｓから放出されるガスは、その組成比が大きく異なる。したがって、上述した通り、メインタンクＴａｎｍからの放出ガスに、サブタンクＴａｎｓからの放出ガスを少しずつ混合することで、内燃機関１００に供給されるガスの組成の急変を防止している。

【0117】

なお、図２１から明らかな通り、サブタンクＴａｎｓから放出されるガスの組成は、初期段階（１〜７サイクル目程度）では、大きく変動する。こうしたサブタンクＴａｎｓから放出されるガス組成の変動を防止するために、サブタンクＴａｎｓの吸着材１４に予め、吸着熱の大きなガスの比率を高めた調整用ガスを吸着させておいてもよい。かかる調整用ガスを吸着材１４に吸着させておくことで、１サイクル目から、サブタンクＴａｎｓから吸着熱の大きなガスの放出量が増えるため、ガスの組成変動をより低減できる。

【0118】

なお、これまで説明した構成は、いずれも一例であり、メインタンクの他に、調温可能なサブタンクを有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、燃料ガスとしてメタンガスまたは天然ガスを用いた場合を例示したが、他の燃料ガス、例えば、水素ガスを用いてもよい。また、サブタンクは、メインタンクよりも容量が小さく、調温できるのであれば、その構成や個数は自由に変更されてよい。いずれにしても、大容量のメインタンクの他に、小容量で調温可能なサブタンクを１以上設けることで、少ないエネルギー量で、より多量の燃料ガスをメインタンクから取り出すことができる。

【符号の説明】

【0119】

１０ 燃料ガス貯蔵装置、１２ 制御部、１４ 吸着材、１６ 調温機構、２４ 蓄熱材、２６ 可動式断熱材、２８ 固定式断熱材、１００ 内燃機関、１０２ 吸気管、１０４ 排気管、Ｔａｎｍ メインタンク、Ｔａｎｓ，Ｔａｎｓ１，Ｔａｎｓ２，Ｔａｎｓ３，Ｔａｎｓ４ サブタンク、ＰＥ，ＰＥ１，ＰＥ２ ペルチェ素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】