JP2020076490A - 高圧タンク - Google Patents

Abstract

【課題】高圧タンクにおいて、ライナーから口金を簡潔に分離できるとともに、再利用性の高い口金を分離しやすくできる。【解決手段】高圧タンクであって、気体を密封するための空間を形成するライナーと、前記ライナーの長手方向の端に形成された貫通孔に対して取り付けられる口金と、前記口金とは異なる材料で形成され、前記ライナーと前記口金との間に配されて、前記ライナーと前記口金との間を密閉する嵌合部材と、を備え、前記口金のうち前記ライナーから外部に露出している露出部分は、前記貫通孔のうち前記貫通孔の大きさが最も小さくなる最小部分を前記長手方向に投影した領域の内側に含まれる。【選択図】図２

Description

本発明は、高圧タンクに関する。

天然ガス自動車や燃料電池自動車などに用いられる燃料ガスを貯蔵する高圧タンクには、気体を密封するための空間を形成するライナーと、ライナーに取り付けられた口金とを備えるものがある。このような高圧タンクにおけるライナーと口金との固定には、熱圧着による接着を用いることが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１７−１４５９５９号公報

高圧タンクの口金は、比較的高価である。このため、廃棄される高圧タンクから口金を分離してリサイクルすることが考えられる。しかし、特許文献１のような高圧タンクでは、ライナーと口金とが接着されていることから、リサイクル時に高圧タンクから口金を分離する作業が煩雑になる可能性が高い。また、ライナーの成分もしくは接着剤などが分離した口金に付着している量によっては、分離した口金をリサイクルに用いることができない虞がある。このような問題を解決するために、高圧タンクにおいて、ライナーから口金を簡潔に分離できるとともに、再利用性の高い口金を分離しやすくできる技術が望まれている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、高圧タンクが提供される。この高圧タンクは、気体を密封するための空間を形成するライナーと、前記ライナーの長手方向の端に形成された貫通孔に対して取り付けられる口金と、前記口金とは異なる材料で形成され、前記ライナーと前記口金との間に配されて、前記ライナーと前記嵌合部材との間を密閉する嵌合部材と、を備え、前記口金のうち前記ライナーから外部に露出している露出部分は、前記貫通孔のうち前記貫通孔の大きさが最も小さくなる最小部分を前記長手方向に投影した領域の内側に含まれる。このような形態とすれば、高圧タンクから口金を分離する際に、口金を高圧タンクの内側方向に押すことによって、口金をライナーから分離することができる。また、ライナーと口金とは、嵌合部材によって固定されていることから、ライナーの成分もしくは接着剤などが分離した口金に付着することを避けることができる。このため、高圧タンクにおいて、ライナーから口金を簡潔に分離できるとともに、再利用性の高い口金を分離しやすくできる。

（２）上記形態の高圧タンクにおいて、前記ライナーは、前記長手方向端のドーム部の頂上側内壁に、前記貫通孔を形成し、前記嵌合部材が気密に接触するインサートリングを有し、該インサートリングは、前記貫通孔を形成する筒状の貫通孔形成部と、該貫通孔形成部から連続して拡張した拡張形状をなし前記ドーム部の頂上側内壁に没して前記長手方向に沿って掛かるタンク内圧を受圧する拡張受圧部とを有するようにできる。こうすれば、インサートリングは、拡張受圧部がドーム部の頂上側内壁に没されていることから、この拡張受圧部に長手方向に沿ってタンク内圧が掛かっても、拡張受圧部を没させているライナーのドーム部で支えられる。よって、インサートリングが貫通孔に沿ってずれたりライナーから抜け落ちたりすることを防止できる。

本発明は、高圧タンクに限るものではなく、例えば、高圧タンクの製造方法、高圧タンクの製造装置などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。

第１実施形態の高圧タンクの概略構成を示した説明図である。 口金付近の拡大図である。 ライナーへの口金の組み付けの様子を示す説明図である。 ライナーをインサートリングが装着済みの状態で型成形する様子を示す説明図である。 第２実施形態の高圧タンクを構成するライナーへの口金の組み付けの様子を示す説明図である。 第２実施形態の高圧タンクを構成するライナーを型成形する様子を示す説明図である。 第３実施形態の高圧タンクを構成するライナーへの口金の組み付けの様子を示す説明図である。 第３実施形態の高圧タンクを構成するライナーを型成形する様子を示す説明図である。 第４実施形態の高圧タンクを構成するライナーへの口金３４の組み付けの様子を示す説明図である。 第４実施形態の高圧タンクを構成するライナーを型成形する様子を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の第１実施形態の高圧タンク１０の概略構成を示した説明図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図１のＸＹＺ軸は、他の図のＸＹＺ軸に対応する。ＸＹＺ軸において、矢印の指す方向を＋側、矢印の指す方向と反対方向を−側とする。高圧タンク１０には、例えば、７０ＭＰａ程度の高圧の水素ガスが貯蔵される。高圧タンク１０は、ライナー２０と、口金３４，３５と、補強層４０と、を備えている。

ライナー２０は、気体である水素ガスを密封するための空間を形成する樹脂製の中空ライナーである。ライナー２０は、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂によって形成されている。ライナー２０は、シリンダー部２１とドーム部２２，２３とを備える。

シリンダー部２１は、Ｘ軸方向に沿って伸びた円筒形状を有している。ドーム部２２は、シリンダー部２１のＸ軸方向の−側における端部に設けられている。ドーム部２３は、シリンダー部２１のＸ軸方向の＋側における端部に設けられている。ドーム部２２，２３は、ライナー２０の外側に向けて凸となる曲面状に形成されている。

ドーム部２２，２３の頂点には、それぞれ、アルミニウムやステンレス鋼等の金属によって形成された口金３４，３５が設けられている。換言すれば、口金３４，３５は、ライナー２０の長手方向であるＸ軸方向の端に形成された貫通孔２４，２５に対して取り付けられている。この状態は、口金３４，３５が、ドーム部２２，２３の内側の面でのみライナー２０と接触しているともいえる。口金３４は、高圧タンク１０内からのガスの取り出しまたは高圧タンク１０内へのガスの補充に用いられる。口金３５は、ライナー２０の補強ないし補強層３０形成時におけるライナーの回転のために用いられる。口金３５は省略することも可能である。

補強層４０は、ライナー２０の周囲を覆う層であり、ライナー２０を補強するための層である。補強層４０は、図示しないフープ層およびヘリカル層から構成されている。

図２は、口金３４付近の拡大図である。嵌合部材５４は、ライナー２０と口金３４との間に配されて、ライナー２０と口金３４との間を密閉する。口金３４は、ライナー２０との間に嵌合部材５４が嵌まることによって、貫通孔２４に対して固定される。嵌合部材５４は、口金３４とは異なる材料で形成されている。本実施形態では、嵌合部材５４は、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）にて形成されたＯリングである。嵌合部材５４は、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）にて形成されていてもよいし、他の合成ゴム、天然ゴム、または合成樹脂にて形成されていてもよい。口金３５は、口金３４に対応する嵌合部材５４と同様に、口金３５に対応する嵌合部材５５（図１）によって、貫通孔２５に対して固定されている。

口金３４のうちライナー２０から外部に露出している露出部分ＥＸは、貫通孔２４のうち貫通孔２４の大きさが最も小さくなる最小部分ＭＮをＸ軸方向に投影した領域Ｒの内側に含まれる。ここでいう最小部分ＭＮとは、貫通孔２４をＹＺ平面で切ったときの断面のうち該断面が最も小さくなる部分のことである。図２において、最小部分ＭＮは、破線で示されている。口金３４の露出部分ＥＸに対応する領域Ｒと同様に、口金３５のうちライナー２０から外部に露出している露出部分は、貫通孔２５の大きさが最も小さくなる最小部分をＸ軸方向に投影した領域の内側に含まれる。

図２で説明した構造を高圧タンク１０が備えることにより、以下の効果が奏される。すなわち、口金３４，３５をリサイクルするために、口金３４，３５を高圧タンク１０から分離する際に、口金３４，３５を高圧タンク１０の内側方向に押すことによって、口金３４，３５をライナー２０から分離することができる。より詳細には、口金３４を高圧タンク１０から分離する場合、露出部分ＥＸは、領域Ｒの内側に含まれることから、口金３４を高圧タンク１０の外側から−Ｘ軸方向に押すことによって、露出部分ＥＸは、貫通孔２４を通って高圧タンク１０の内側に移動することができる。このとき、嵌合部材５４が、口金３４に伴って高圧タンク１０の内側に移動することによってライナー２０と口金３４との間の密閉を解放する。そして、口金３４は、貫通孔２４から高圧タンク１０の内側に向けて外れる。高圧タンク１０の内側に向けて外れた口金３４は、高圧タンク１０から口金３４を分離する前後のいずれかにおいて、高圧タンク１０のうちＸ軸方向中央寄りの部分で高圧タンク１０を切断することによって回収することができる。高圧タンク１０の内側に向けて外れた口金３４を切断することを回避するためには、口金３４を分離する前に高圧タンク１０を切断しておくことが好ましい。

上述の記載では、口金３４を高圧タンク１０から分離する場合について説明したが、口金３５を高圧タンク１０から分離する場合についても、同様である。すなわち、口金３５を高圧タンク１０から分離する場合、口金３５のうちライナー２０から外部に露出している露出部分は、貫通孔２５の大きさが最も小さくなる最小部分をＸ軸方向に投影した領域の内側に含まれることから、口金３５を高圧タンク１０の外側から＋Ｘ軸方向に押すことによって、口金３５のうちライナー２０から外部に露出している露出部分は、貫通孔２５を通って高圧タンク１０の内側に移動することができる。その結果、口金３５も、口金３４と同様に、貫通孔２５から高圧タンク１０の内側に向けて外れる。

図３は、ライナー２０への口金３４の組み付けの様子を示す説明図である。なお、図３以降においては、部材構成の明示のため、ハッチングを付して各部材を図示する。

図３に示すように、口金３４は、ライナー２０の内側からライナー２０のドーム部２２頂上の貫通孔２４に挿入される。この口金挿入は、図１に示すライナー２０が円筒状のシリンダー部２１で２分割されたライナーパーツに対してなされる。つまり、２分割されたライナーパーツは、シリンダー部２１の分割端を開口させているので、この分割端の開口から嵌合部材５４がライナー内部に搬送され、貫通孔２４に挿入される。こうした口金挿入により、口金３４がライナー２０に組み付けられ、この組み付け状態において、ライナー２０の固定ボルト(図視略)の挿入用のボルト穴２８と、口金３４に空けられた雌ネジ孔３７とが一致するようにされる。雌ネジ孔３７は、シールテープを併用することでシール機能を発揮するテーパー状の雌ネジ孔である。ボルト穴２８と雌ネジ孔３７は、ライナー２０の貫通好軸回りに等ピッチで形成されている。上記した口金組み付けは、口金３４と反対側の口金３５についても同様になされる。

口金３４の組み付け対象となるライナー２０は、長手方向端のドーム部２２の頂上側内壁２２ａに、インサートリング４２を有する。インサートリング４２は、ステンレス鋼を用いた成形品であり、筒状の管体部４２ａと、この管体部４２ａから連続して徐々に拡張した拡張形状の拡張部４２ｂとを有する。管体部４２ａは、本発明における貫通孔形成部に該当し、ライナー２０を軸方向に貫く貫通孔２４のうち、既述した嵌合部材５４が気密に接触する領域を含む貫通孔領域２４ｂにおいて、貫通孔２４を形成する。貫通孔２４は、貫通孔領域２４ｂとこの領域より先端側の開口側領域２４ａとに分けられ、開口側領域２４ａはライナー２０におけるドーム部２２の環状の頂上部にて形成されている。拡張部４２ｂは、本発明における拡張受圧部に該当し、ドーム部２２の頂上側内壁２２ａに没してライナー長手方向に沿って掛かるタンク内圧を受圧する。なお、インサートリング４２の管体部４２ａは、ドーム部２２の環状の頂上部に没した状態で貫通孔領域２４ｂを形成する。

図４は、ライナー２０をインサートリング４２が装着済みの状態で型成形する様子を示す説明図である。図示するように、ライナー２０の型成形には、インナー金型１００とアウター金型１１０とが用いられる。インナー金型１００は、ライナー２０の内壁面を形成する金型面を有し、アウター金型１１０は、ライナー２０の外壁面を形成する金型面を有し、両金型は、互いの金型面を向かい合わせている。両金型のセットの前に、インナー金型１００にインサートリング４２が装着され、インサートリング４２の内壁面、詳しくは、既述した管体部４２ａとこれに連続した拡張部４２ｂの内壁面は、インナー金型１００の金型面に密着する。インサートリング４２を装着済みのインナー金型１００がアウター金型１１０にセットされると、両金型面が向かい合う領域にキャビティー１２０が形成される。金型セット後に、キャビティー１２０に、図示するゲート位置から溶融樹脂が流し込まれ、樹脂が硬化すると、インサートリング４２が装着済みのライナー２０が得られる。

以上説明した第１実施形態によれば、高圧タンク１０から口金３４，３５を分離する際に、口金３４，３５を高圧タンク１０の内側方向に押すことによって、口金３４，３５をライナー２０から分離することができる。また、ライナー２０と口金３４，３５とは、嵌合部材５４，５５によって固定されていることから、ライナーと口金とが熱圧着もしくは接着剤による接着で固定されている形態と比べて、ライナー２０の成分もしくは接着剤などが分離した口金３４，３５に付着することを避けることができる。このため、高圧タンク１０において、ライナー２０から口金３４，３５を簡潔に分離できるとともに、再利用性の高い口金３４，３５を分離しやすくできる。

第１実施形態の高圧タンク１０は、ライナー２０における長手方向端のドーム部２２の頂上部にインサートリング４２を備える。インサートリング４２の管体部４２ａにより、貫通孔２４の貫通孔領域２４ｂが形成され、インサートリング４２は、管体部４２ａに連続しドーム部２２の頂上側内壁２２ａに没した拡張部４２ｂで、ライナー長手方向に沿って掛かるタンク内圧を受圧する。よって、第１実施形態の高圧タンク１０によれば、インサートリング４２の拡張部４２ｂがドーム部２２の頂上側内壁２２ａに没されていることから、この拡張部４２ｂにライナー長手方向に沿ってタンク内圧が掛かっても、拡張部４２ｂを没させているライナー２０のドーム部２２で拡張部４２ｂを支えられる。このため、第１実施形態の高圧タンク１０によれば、インサートリング４２が貫通孔２４に沿ってずれたりする事態や、ライナー２０から抜け落ちたりする事態を回避できる。

第１実施形態の高圧タンク１０を構成するライナー２０を得るに当たり、インナー金型１００にインサートリング４２を予め装着して、インサートリング４２の管体部４２ａとこれに連続した拡張部４２ｂの内壁面を、インナー金型１００の金型面に密着させる。よって、キャビティー１２０にゲート位置からキャビティー１２０に流し込まれる際、インサートリング４２は、拡張部４２ｂにおいてインナー金型１００に支えられるので、ライナー２０の樹脂成形の際のインサートリング４２のズレを回避できる。

Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態の高圧タンク１０Ａを構成するライナー２０への口金３４の組み付けの様子を示す説明図である。図６は、第２実施形態の高圧タンク１０Ａを構成するライナー２０を型成形する様子を示す説明図である。以下の説明に当たっては、同一の機能を果たす部材については、符合を変えて同一の部材名を用いることとする。

第２実施形態の高圧タンク１０Ａは、インサートリング４２の拡張部４２ｂの最拡張端側に内壁凹部２６を有する。この内壁凹部２６は、ライナー２０の内周壁が陥没するようにして形成されている。この内壁凹部２６の陥没形成のため、アウター金型１１０は、図６に示すように、装着済みインサートリング４２の最拡張端が当接する凸部１０１を有する。凸部１０１を有するアウター金型１１０が、この凸部１０１にインサートリング４２の最拡張端が当接した状態で、アウター金型１１０にセットされると、キャビティー１２０に凸部１０１が突出するため、ライナー２０のドーム部２２に、内壁凹部２６が陥没形成される。内壁凹部２６は、環状の陥没凹溝でも、ライナー軸心回りに所定の間隔で点在する陥没凹部でもよい。

第２実施形態の高圧タンク１０Ａによっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。そして、第２実施形態の高圧タンク１０Ａによれば、インナー金型１００の凸部１０１でインサートリング４２を支えることで、ライナー２０の樹脂成形の際のインサートリング４２のズレを、より確実に回避できる。

Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態の高圧タンク１０Ｂを構成するライナー２０への口金３４の組み付けの様子を示す説明図である。図８は、第３実施形態の高圧タンク１０Ｂを構成するライナー２０を型成形する様子を示す説明図である。

第３実施形態の高圧タンク１０Ｂは、インサートリング４２Ａの拡張部４２ｂを管体部４２ａに対してほぼ垂直に拡張させて備える。このインサートリング４２Ａにあっても、拡張部４２ｂは、ドーム部２２の頂上側内壁２２ａに没してライナー長手方向に沿って掛かるタンク内圧を受圧する。インサートリング４２Ａを装着したライナー２０を得るためのアウター金型１１０には、図８に示すように、インサートリング４２Ａの拡張部４２ｂがドーム部２２の形成のための金型面から離れるようにして、インサートリング４２Ａが装着される。そして、アウター金型１１０がアウター金型１１０にセットされると、ライナー２０形成用のキャビティー１２０では、拡張部４２ｂが金型面から離れるが、この拡張部４２ｂは、キャビティー１２０にゲート位置から流し込まれた樹脂により取り囲まれ、その後に硬化した樹脂により、頂上側内壁２２ａに埋没することになる。

第３実施形態の高圧タンク１０Ｂによっても、既述した実施形態と同様の効果を奏することができる。そして、第３実施形態の高圧タンク１０Ｂによれば、拡張部４２ｂがライナー２０を構成する硬化済み樹脂に埋没されているので、インサートリング４２Ａが貫通孔２４に沿ってずれたりする事態や、ライナー２０から抜け落ちたりする事態をより確実に回避できる。

Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態の高圧タンク１０Ｃを構成するライナー２０への口金３４の組み付けの様子を示す説明図である。図１０は、第４実施形態の高圧タンク１０Ｃを構成するライナー２０を型成形する様子を示す説明図である。

第４実施形態の高圧タンク１０Ｃは、インサートリング４２Ｂの拡張部４２ｂを管体部４２ａに対してほぼ垂直に拡張させた上で、この拡張部４２ｂからライナー軸方向に環状部４２ｃを突出させている。このインサートリング４２Ｂでは、拡張部４２ｂと環状部４２ｃとが、ドーム部２２の頂上側内壁２２ａに埋没し、拡張部４２ｂでライナー長手方向に沿って掛かるタンク内圧を受圧する。これに加え、第４実施形態の高圧タンク１０Ｃは、インサートリング４２Ｂの拡張部４２ｂの屈曲部に、第２実施形態と同様、内壁凹部２６を有する。この内壁凹部２６は、ライナー２０の内周壁が陥没するようにして形成されている。この内壁凹部２６の陥没形成のため、アウター金型１１０は、図１０に示すように、装着済みインサートリング４２Ｂにおける拡張部４２ｂの屈曲部が当接する凸部１０１を有する。凸部１０１を有するアウター金型１１０が、凸部１０１にインサートリング４２Ｂにおける拡張部４２ｂの屈曲部が当接した状態で、アウター金型１１０にセットされると、キャビティー１２０に凸部１０１が突出するため、ライナー２０のドーム部２２に、内壁凹部２６が陥没形成される。内壁凹部２６は、環状の陥没凹溝でも、ライナー軸心回りに所定の間隔で点在する陥没凹部でもよい。そして、この第４実施形態では、金型セットの後のゲート位置からの樹脂流し込みとその硬化により、拡張部４２ｂと環状部４２ｃとが硬化済み樹脂により取り囲まれて、頂上側内壁２２ａに埋没する。

第４実施形態の高圧タンク１０Ｃによっても、既述した実施形態と同様の効果を奏することができる。そして、第４実施形態の高圧タンク１０Ｃによれば、拡張部４２ｂと環状部４２ｃがライナー２０を構成する硬化済み樹脂に埋没されているので、インサートリング４２Ａが貫通孔２４に沿ってずれたりする事態や、ライナー２０から抜け落ちたりする事態をより確実に回避できる。

Ｅ．他の実施形態：
上述した第１実施形態では、嵌合部材５４は、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）にて形成されたＯリングであったが、本発明はこれに限られない。例えば、嵌合部材５４は、口金３４より破壊されやすい材質で形成されていてもよい。このような場合、口金３４を高圧タンク１０の内側方向に押すことで嵌合部材５４が口金３４の移動に伴い破壊されることによって、口金３４が高圧タンク１０の内側に向けて外れる。また、嵌合部材５４は、口金３４より融点の低い材質で形成されていてもよい。このような場合、口金３４および嵌合部材５４の付近を高温にすることで嵌合部材５４を融解させることによって、口金３４が高圧タンク１０の内側に向けて外れる。

インサートリング４２やインサートリング４２Ａ、およびインサートリング４２Ｂを有する形態は、貫通孔２４に対して嵌合部材５４で気密に口金３４を組み付けた上で、ライナー２０から外部に露出している口金３４の露出部分を貫通孔２４より小径とした形態以外にも適用できる。例えば、筒状のインサートリングをライナー２０の貫通孔２４に装着した形態の高圧タンクに対して、インサートリング４２やインサートリング４２Ａ、或いはインサートリング４２Ｂを適用する形態を適用してもよい。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０，１０Ａ〜１０Ｃ…高圧タンク、２０…ライナー、２１…シリンダー部、２２，２３…ドーム部、２２ａ…頂上側内壁、２４，２５…貫通孔、２４ａ…開口側領域、２４ｂ…貫通孔領域、２６…内壁凹部、２８…ボルト穴、３４，３５…口金、３７…雌ネジ孔、４０…補強層、４２，４２Ａ，インサートリング、４２ａ…管体部、４２ｂ…拡張部、４２ｃ…環状部、５４，５５…嵌合部材、１００…インナー金型、１０１…凸部、１１０…アウター金型、１２０…キャビティー、ＥＸ…露出部分、ＭＮ…最小部分、Ｒ…領域

Claims (2)

1. 高圧タンクであって、
   気体を密封するための空間を形成するライナーと、
   前記ライナーの長手方向の端に形成された貫通孔に対して取り付けられる口金と、
   前記口金とは異なる材料で形成され、前記ライナーと前記口金との間に配されて、前記ライナーと前記口金との間を密閉する嵌合部材と、を備え、
   前記口金のうち前記ライナーから外部に露出している露出部分は、前記貫通孔のうち前記貫通孔の大きさが最も小さくなる最小部分を前記長手方向に投影した領域の内側に含まれる、高圧タンク。
2. 請求項１に記載の高圧タンクであって、
   前記ライナーは、
   前記長手方向端のドーム部の頂上側内壁に、前記貫通孔を形成し、前記嵌合部材が気密に接触するインサートリングを有し、
   該インサートリングは、
   前記貫通孔を形成する筒状の貫通孔形成部と、該貫通孔形成部から連続して拡張した拡張形状をなし前記ドーム部の頂上側内壁に没して前記長手方向に沿って掛かるタンク内圧を受圧する拡張受圧部とを有する、高圧タンク。

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