JP6146331B2 - タンク - Google Patents

Description

本発明はタンクに係り、特に車両に搭載して運搬する異径タンクに関する。

従来、このような分野の技術として、特開２０１３−１８４７２５号公報がある。この公報に記載された異径タンクは、外槽の大型化を抑制しつつ内槽の容積を拡大できる、異径の可搬型液化ガスタンクである。

運搬に用いられるタンクには、ＬＮＧ等の液化ガスが充填される。タンクにより一度に搬送できる容量は、タンクの容積により決定される。ここで異径タンクは、軸方向にわたって同一径である直胴タンクに比べて、車両のデッドスペースを削減することができ、搬送効率を向上させることができる。

特開２０１３−１８４７２５号公報

しかしながら異径タンクでは、内圧が付加された場合に、タンクの形状が滑らかな曲線となるように膨張する。すなわち異径タンクでは、径が変化する箇所において小径部と大径部の径の差が小さくなるような曲げモーメントが発生し、その結果、小径部と大径部が接合された箇所に応力が集中しやすい。タンクにおいて、特定の箇所に応力が集中すると、疲労破壊等の起点となる場合が有る。しかし、小径部と大径部の接合部分における応力集中の発生を抑えることは難しい。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、小径部と大径部の接合部分における応力集中の発生を抑制するタンクを提供すること目的とする。

本発明にかかるタンクは、高圧で利用されるタンクであって、端部に配置された小径部と、前記小径部に対し軸方向で接合し、前記小径部より大径である大径部と、を有するタンク本体と、前記タンク本体の外側において、ヘリカル巻きにより形成されたヘリカル層と、前記タンク本体の前記小径部と前記ヘリカル層の間に設けられ、フープ巻きにより形成された第１のフープ層と、前記ヘリカル層の外側に設けられ、フープ巻きにより形成された第２のフープ層と、を備える。
これにより、小径部と大径部が接合された箇所の曲げモーメントの発生を抑制することができる。

小径部と大径部の接合部分における応力集中の発生を抑制することができる。

実施の形態にかかるタンクの正面図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 タンクの製造過程における、タンク本体の形状示す断面図である。 タンクの製造過程における、小径部の外側に第１のフープ層を設けた状態を示す断面図である。 タンクの製造過程における、ヘリカル層を設けた状態を示す断面図である。 タンクの製造過程における、第２のフープ層を設けた状態を示す断面図である。 実施の形態１にかかるタンクの変形シミュレーションにより作成された図である。（ａ）は変形倍率１倍で作成した図である。（ｂ）は変形倍率２０倍で作成した図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るタンクの好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、タンクの正面図である。

ここでタンクは、ＬＮＧ等の液化ガスが充填され、車両搭載され運搬に用いられるタンクである。図１に示すように、タンクは、軸方向の両端部の径が小さく、中央部の径が大きく形成されている異径タンクである。タンクは、軸方向が車両の前後方向となるように搭載される。このとき、車両の形状に合致する異径タンクを用いることにより、車両のデッドスペースを減少させることができ、液化ガス等の運搬効率を上昇させることができる。

図２は、図１に示したタンクのＩ−Ｉ断面図である。タンク１は、液化ガスなどの内容物を蓄積する容器であるタンク本体１１と、タンク本体１１の外側においてフープ巻きにより設けられた第１のフープ層１２と、タンク本体１１の外側においてヘリカル巻きにより設けられたヘリカル層１３と、タンク本体１１の外側においてフープ巻きにより設けられた第２のフープ層１４と、タンク本体１１の先端部に設けられた開閉部である口金１５を備える。

タンク本体１１は、小径部１１ａと、大径部１１ｂと、接合部１１ｃを備える。タンク本体１１は、タンク１の本体部である。タンク本体１１には、内部に高圧の気体等が充填される。

小径部１１ａは、タンク本体１１の端部に設けられている。小径部１１ａは、略円筒状であり、大径部１１ｂに対して軸方向で接合している。

大径部１１ｂは、小径部１１ａに対して軸方向で接合している。大径部１１ｂは、略円筒状である。大径部１１ｂの直径は、小径部１１ａの直径よりも大きく形成されている。小径部１１ａと大径部１１ｂは、同心に配置されている。

接合部１１ｃは、小径部１１ａと大径部１１ｂとを接合する箇所である。接合部１１ｃは、タンク本体１１の軸方向に沿って勾配が設けられており、接合部１１ｃの大径部１１ｂ側の径は、小径部１１ａ側の径より大きく形成されている。

第１のフープ層１２は、小径部１１ａの外側にフープ巻きにより生成された層である。典型的には第１のフープ層１２は、フィラメントワインディング法により、繊維質素材をタンク本体１１の軸に対してフープ巻きすることより形成される。第１のフープ層１２は、小径部１１ａと大径部１１ｂの接合部から、小径部１１ａの先端部方向の近傍領域Ａにおいて形成されている。また第１のフープ層１２は、第１のフープ層１２の外側の径と大径部１１ｂの外側の径が、略同一となる厚みで形成されている。言い換えると第１のフープ層１２は、接合部１１ｃではその勾配に沿って、徐々に厚みが薄くなるよう形成されている。また第１のフープ層１２は、小径部１１ａの先端側では、第１のフープ層１２が形成されない箇所の小径部１１ａの径と、第１のフープ層１２の径の大きさが略同一となるよう形成されている。言い換えると、第１のフープ層１２は、小径部１１ａと第１のプープ層１２によりＲ面を形成するために、小径部１１ａの先端側では先端に近づくにつれて徐々に薄く形成されている。

ヘリカル層１３は、ヘリカル巻きにより生成した層である。典型的にはヘリカル層１３は、フィラメントワインディング法により、繊維質素材をヘリカル巻きすることにより形成される。ヘリカル層１３は、小径部１１ａの外側に第１のフープ層１２が形成されていない箇所では、ヘリカル層１３の内側が小径部１１ａの外側に接触するよう形成されている。またヘリカル層１３は、小径部１１ａの外側に第１のフープ層１２が形成されている箇所では、ヘリカル層１３の内側が第１のフープ層１２の外側に接触するよう形成されている。さらにヘリカル層１３は、内側が大径部１１ｂの外側に接触するよう形成されている。なおヘリカル層１３は、口金１５の外側の一部を覆う状態となるよう、形成されていても良い。

第２のフープ層１４は、ヘリカル層１３の外側にフープ巻きにより形成された層である。典型的には、第２のフープ層１４は、フィラメントワインディング法により、繊維質素材のフープ巻きすることにより形成される。具体的には、第２のフープ層１４は、小径部１１ａと大径部１１ｂの接合部から、大径部１１ｂ側方向の近傍領域Ｂに形成されている。また第２のフープ層１４は、近傍領域Ｂにおける大径部１１ｂとヘリカル層１３と第２のフープ層１４の厚みの合計が、近傍領域Ａにおける小径部１１ａと第１のフープ層１２とヘリカル層１３との厚みの合計と、略同一となるよう形成されている。また第２のフープ層１４は、接合部１１ｃにおいて、小径部１１ｂ側が徐々に薄くなるように形成されている。具体的には第２のフープ層１４は、接合部１１ｃが設けられている接合領域Ｃにおいて、タンク本体１１と第１のフープ層１２とヘリカル層１３と第２のフープ層１４の厚みの合計が、近傍領域Ａおよび近傍領域Ｂの厚みと、略同一となるよう形成されている。

口金１５は、タンク本体１１の先端部に設けられた開閉部である。典型的には、口金１５を介してタンク本体１１内への燃料の挿入や、タンク本体１１からの燃料の送出を行う。

次に、タンク１の製造方法について説明する。図３は、タンク１の製造過程を示した図である。

図３に示すように、小径部１１ａと大径部１１ｂを有するタンク本体１１に、口金１５が設ける。

次に、図４に示すように、小径部１１ａと大径部１１ｂの接合部から、小径部１１ａの先端方向に、第１のフープ層１２を設ける。

次に、図５に示すように、小径部１１ａ、小径部１１ａの外側に設けられた第１のフープ層１２、大径部１１ｂの各々の外側において、ヘリカル層１３を形成する。

次に、図６に示すように、ヘリカル層１３の外側であって、大径部１１ｂの外側にあたる近傍領域Ｂに、第２のフープ層１４を形成する。ここで、第２のフープ層１４の膨張率は、第１のフープ層１２と等しくなるように形成されている。

次に、タンク１に内圧負荷を行い、接合部にかかる応力を確認するシミュレーションについて説明する。

図７は、ミーゼス応力のコンター図である。積層繊維強化プラスチックの積層をモデル化し、内圧を負荷した状態をシミュレートしている。図７（ａ）は変形倍率１倍としたときの図であり、図７（ｂ）は変形倍率２０倍としたときの図である。なおいずれの図も、タンク本体１１の記載は省略している。

ここで図７のコンター図では、応力の変化する箇所ではグラデーション表示となる。図７において、ヘリカル層１３は、近傍領域Ａ、近傍領域Ｂ、接合領域Ｃにわたってグラデーション表示になっているとは認められ難く、応力集中が起きていないことがわかる。

これにより、第１のフープ層１２を小径部１１ａの外側に設け、大径部１１ｂの外側あたる箇所であってヘリカル層１３の外側に第２のフープ層１４を設け、第１のフープ層１２と第２のフープ層１４の膨張率が同じとなるように設計を行うことにより、ヘリカル層１３に応力集中を抑制した異径タンクを実現することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１１ タンク本体
１１ａ 小径部
１１ｂ 大径部
１２ 第１のフープ層
１３ ヘリカル層
１４ 第２のフープ層
１５ 口金

Claims (1)

1. 高圧で利用されるタンクであって、
   端部に配置された小径部と、
   前記小径部に対し軸方向で接合し、前記小径部より大径である大径部と、を有するタンク本体と、
   前記タンク本体の外側において、ヘリカル巻きにより形成されたヘリカル層と、
   前記タンク本体の前記小径部と前記ヘリカル層の間に設けられ、フープ巻きにより形成された第１のフープ層と、
   前記ヘリカル層の外側に設けられ、フープ巻きにより形成された第２のフープ層と、を備え、
   前記小径部と前記大径部とが接合する接合部の近傍において、前記小径部の外側に設けられた第１のフープ層と前記ヘリカル層の厚みの合計が、前記大径部の外側に設けられた前記ヘリカル層と前記第２のフープ層の厚みの合計と略同一である、
   タンク。