JP7609042B2 - 高圧タンク - Google Patents

Description

本開示は、高圧タンクに関する。

高圧タンクは、円筒状部の両端に半球面形状のドーム部を有するライナと、ライナの表面に形成された補強層と、補強層の上に形成された保護層と、を備えることが知られている。保護層は、例えば、タンクの耐火性を向上させるために設けられる。特許文献１には、保護層が筒状の繊維部材によって構成される技術が記載されている。筒状の繊維部材は、補強層を覆うように配置される。

特開２０２１－６７３３７号公報

発明者らは、ライナのドーム部をシート状のシート部材で覆って保護層を形成する場合、ドーム部は半球面形状であるため、そのままではドーム部を漏れなく覆うことができないという問題を見出した。このため、両端に複数の切り込みを有するシート部材を用いて、それぞれの切り込みで区分された各部分を、ドーム部に沿って折り曲げて、ドーム部を漏れなく覆うことを検討した。その際、シート部材のうち、一つの切り込みを挟んで隣り合う部分の一部が重なるように、シート部材を配して、保護層を形成する。この場合、シート部材が重なる部位と重ならない部位とで凹凸が生じるため、ライナのドーム部の外周にタンクへの衝撃を緩和するための保護部材を設けると、保護層のシート部材の重複部分である凸部にのみ保護部材が接触することとなり、保護部材が保護層に接触する面積が減少する。これにより、保護部材の保護層への取り付け強度が減少する、という課題を発明者らは見出した。

本開示は、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）本開示の一形態によれば、高圧タンクが提供される。この高圧タンクは、円筒状部と、前記円筒状部の両端に設けられた半球面形状のドーム部と、を有するライナと、前記ライナの表面に形成された補強層と、前記円筒状部と前記ドーム部とを含む前記ライナ上に形成され、前記補強層の外周に設けられている保護層であって、シート状のシート部材を前記円筒状部の円周方向に巻き付けて形成された前記保護層と、前記ドーム部における前記保護層の外周に設けられた保護部材と、を備える。前記ライナ上に配された前記シート部材は、両端に前記ドーム部から前記円筒状部に向かって複数の切り込みを有する。前記ドーム部における前記保護層は、前記シート部材のうち前記複数の切り込みのうちそれぞれの切り込みを挟んで隣り合う部分の一部が重なるように前記シート部材が配されていることにより、前記シート部材が重複する複数の重複部を有する。前記保護部材は、前記複数の重複部のそれぞれと対向する位置に、前記重複部を収容することができる凹部を有し、前記複数の重複部のそれぞれと対向しない位置に、前記保護層のうち前記重複部ではない部分と接合される凸部を有する。
この形態の高圧タンクによれば、保護部材が、重複部と対向する位置に重複部を覆う凹部を有するため、円周方向における凹部の両側にある凸部が保護層の重複部でない部分に接する。そのため重複部の厚みによって保護層と保護部材との取り付け強度が低減することを抑制できる。従って、保護部材の保護層への取り付け強度を確保できる。
（２）上記形態の高圧タンクにおいて、前記重複部は、前記保護層において、前記ライナの中心軸を中心に等間隔の角度で配されており、前記凹部は、前記保護部材において、前記中心軸を中心に等間隔の角度で配されており、前記凹部の数は、前記重複部の数の整数倍でもよい。
このような態様とすれば、重複部と対向する位置に凹部を容易に位置させることができる。
（３）上記形態の高圧タンクにおいて、更に、前記保護層と前記保護部材との間に設けられ、前記保護部材を前記保護層に固定する粘着層を備えてもよい。
このような態様とすれば、接着剤を用いて保護層に保護部材を取り付けるよりも、作業にかかる時間を低減できる。

なお、本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、この形態の高圧タンクの製造方法等の態様で実現することが可能である。

本実施形態の高圧タンクの概略構造を示す断面図である。 保護層を形成するシート部材の説明図である。 ドーム部における保護層の説明図である。 保護層をドーム部の頂点から外周方向に見た場合の説明図である。 保護部材の説明図である。 保護部材の拡大図である。 高圧タンクの径と最大係数との関係の一例を示したグラフである。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態の高圧タンク１００の概略構造を示す断面図である。高圧タンク１００は、例えば１０～７０ＭＰａの高圧水素を収容し、燃料電池車両に搭載される。高圧タンク１００は、ライナ１０と、口金２０と、補強層３０と、保護層４０と、保護部材５０と、粘着層６０と、を備える。

ライナ１０は、円筒状部１２と円筒状部１２の両端に設けられた半球面形状の二つのドーム部１４とを有する。ライナ１０は、例えばポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等の水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂によって形成されている。なお、本実施形態においては、ライナ１０は樹脂製としたが、金属製であってもよい。円筒状部１２およびドーム部１４の外周には補強層３０が形成されている。本実施形態において、口金２０は、ライナ１０の長手方向両端に設けられているが、一端だけに設けられてもよい。円筒状部１２の中心軸とドーム部１４の中心軸とは共に高圧タンク１００の中心軸Ａｘで一致する。

補強層３０は、例えば、ガラス繊維や炭素繊維（以下、単に「繊維」という）を１００００～４００００本程度束ね、エポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させることによって形成された繊維束を、フィラメントワインディング法によって、ライナ１０の外表面に巻き付けることによって形成されている。補強層３０の外表面には、保護層４０が形成されている。なお、補強層３０は、円筒状部１２上にのみ形成されてもよい。

保護層４０は、円筒状部１２とドーム部１４とを含むライナ１０上に形成されている。保護層４０は、例えば、ポリプロピレンやポリ塩化ビニル等の熱可塑性の樹脂によって形成されたシート状のシート部材を、補強層３０の外周であって円筒状部１２の円周方向に巻き付けることによって形成されている。より具体的には、保護層４０は、シート部材を円筒状部１２の円周方向に巻き付け、シート部材の両端をドーム部１４の形状に沿うように折り曲げて、ドーム部１４を漏れなく覆って形成されている。ドーム部１４における保護層４０の詳細な説明については後述する。本実施形態において、保護層４０を形成するシート部材の厚みは１．７５ｍｍ程度である。シート部の厚みはこれより大きくても小さくてもよい。

保護部材５０は、ドーム部１４における保護層４０の外周に設けられている。保護部材５０は、高圧タンク１００への衝撃を緩和するための部材である。保護部材５０は、例えば、ウレタンによって形成されている。保護部材５０は、ドーム部１４の形状に沿うように、略半球形状に形成されており、保護層４０上に粘着層６０によって固定されている。保護部材５０は、両方のドーム部１４にそれぞれ設けられているが、一方だけに設けられてもよい。

粘着層６０は、保護層４０と保護部材５０との間に設けられている。粘着層６０は、例えば、両面に粘着性を有するテープ（以下、「両面テープ」という）によって形成されている。粘着層６０は、保護部材５０を保護層４０に固定する。

図２は、保護層４０を形成するシート部材Ｓ１の説明図である。シート部材Ｓ１の両端は、保護層４０を形成するためにシート部材Ｓ１を巻き付ける方向に垂直な方向に、複数の切り込みＮ１を有する。すなわち、シート部材Ｓ１の両端は、ドーム部１４に対向する部分から円筒状部１２に対向する部分に向かって複数の切り込みＮ１を有する。本実施形態において、切り込みＮ１は、切り込みＮ１の両側のシート部材Ｓ１の先端が所定の距離を空けて隣り合うように切り欠きによって形成される。なお、切り込みＮ１は、切り欠きを有しない単なる切り込みＮ１でもよい。本実施形態において、シート部材Ｓ１は、切り込みＮ１を１０個有する。

図３は、ドーム部１４における保護層４０の説明図である。ドーム部１４における保護層４０は、シート部材Ｓ１のうち複数の切り込みＮ１のうち、それぞれの切り込みＮ１を挟んで隣り合う部分の一部が重なるように、シート部材Ｓ１を配してシート部材Ｓ１が重複する複数の重複部４１を有する。図３においてハッチングが付された領域が重複部４１である。本実施形態において、重複部４１は、シート部材Ｓ１が２枚重なって形成されており、保護層４０において、ライナ１０の中心軸Ａｘを中心に等間隔の角度で配されている。保護層４０は、１つのドーム部１４において、重複部４１を１１個有する。重複部４１は、ドーム部１４において、保護層４０が形成されていない補強層３０の露出部分が生じないように設けられている。そのため、重複部４１は、重複部分ではない部分に比べて小さい。

図４は、保護層４０をドーム部１４の頂点から外周方向に見た場合の説明図である。図４に示すように、重複部４１は、シート部材Ｓ１が２枚重なっているため、保護層４０の重複部４１でない部分よりも厚い。

図５は、保護部材５０の説明図である。保護部材５０は、複数の重複部４１のそれぞれと対向する位置に、重複部４１を収容することができる凹部５１を有し、複数の重複部４１のそれぞれと対向しない位置に、凸部５２を有する。すなわち、凹部５１と凹部５１との間に凸部５２が位置し、凹部５１の両側に凸部５２が位置する。凸部５２は、保護層４０のうち重複部４１ではない部分と粘着層６０によって接合される。凸部５２は、例えば、両面テープが配置され、保護層４０に接合される。凸部５２が保護層４０に接合される面は、球面状の内面を形成するように放射線状に形成されている。本実施形態において、凹部５１は、保護部材５０において、ライナ１０の中心軸Ａｘを中心に等間隔の角度で配されている。保護部材５０は、凹部５１を１１個有する。すなわち、凹部５１の数は、重複部４１の数と同じである。本実施形態において、各凹部５１は全て、重複部４１をそれぞれ収容する。

図６は、図５に示すＡ部分の拡大図の一部である。本実施形態において、保護部材５０は、凹部５１と凹部５１を挟む凸部５２とを合せた構成部材５３が略円状に１１個並んでいる。凹部５１は、保護部材５０の中心から外周方向に凹んで形成されている。凸部５２は、保護部材５０の外周方向から中心に向かって突出して形成されている。凸部５２は、球面状の内面を形成するように、凸部５２と凹部５１とが連なる円周方向に垂直な方向に沿って薄くなっている。

凹部５１の数は、例えば、保護部材５０の外径の大きさや、材料の強度、収容する重複部４１の厚みによって定められ、凹部５１における衝撃からの保護性能と凸部５２における衝撃からの保護性能とが乖離しないように定められる。

図７は、高圧タンク１００の径と凹部５１の最大数を定めるための係数との関係の一例を示したグラフである。凹部５１の最大数とは、凹部５１における衝撃からの保護性能と凸部５２における衝撃からの保護性能とが乖離しない凹部５１の数である。横軸は、高圧タンク１００の円筒状部１２の径を示している。縦軸は、凹部５１の最大数が重複部４１の数の何倍であるかを表す最大係数を示している。高圧タンク１００の径が大きくなるにつれ、最大係数が大きくなる。すなわち、高圧タンク１００の径が大きくなるにつれ、凹部５１の最大数が大きくなる。

以上で説明した本実施形態の高圧タンク１００によれば、保護部材５０が、重複部４１と対向する位置に重複部４１を覆う凹部５１を有するため、円周方向における凹部５１の両側にある凸部５２が保護層４０の重複部４１でない部分に接する。そのため重複部４１の厚みによって保護層４０と保護部材５０との取り付け強度が低減することを抑制できる。また、重複部４１は、重複部分ではない部分に比べて小さいため、重複部４１のみが保護部材５０に取り付けられる場合の保護部材５０と保護層４０との接触面積よりも、凸部５２が保護層４０の重複部４１ではない部分に接合される場合の保護部材５０と保護層４０との接触面積の方が大きい。従って、保護部材５０の保護層４０への取り付け強度を確保できる。

また、重複部４１は、等間隔の角度で配されており、凹部５１は、等間隔の角度で配されており、凹部５１の数は、重複部４１の数と同じである。そのため、重複部４１と対向する位置に凹部５１を容易に位置させることができる。

また、保護部材５０は粘着層６０によって保護層４０に固定されている。より具体的には、凸部５２に配置された両面テープによって保護層４０に固定されている。そのため、接着剤を用いて保護層４０に保護部材５０を固定する場合と比べて、接着剤が固まる時間を待たなくてもよく、作業にかかる時間を低減できる。

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上述した実施形態において、重複部４１は、等間隔の角度で配されており、凹部５１は、等間隔の角度で配されている。この代わりに、重複部４１および凹部５１は、任意の角度で配されていてもよい。この場合、凹部５１が重複部４１を収容するように、各重複部４１と各凹部５１とは同じ角度で配されることが好ましい。

（Ｂ２）上述した実施形態において、凹部５１の数は、重複部４１の数と同じである。これに限らず、凹部５１の数は、重複部４１の数よりも多くても少なくてもよい。凹部５１の数が重複部４１の数よりも多い場合、保護層４０における重複部４１ではない部分に、凹部５１が配置され得る。すなわち、保護部材５０は、重複部４１を収容しない凹部５１を有する。なお、保護層４０における重複部４１は全て凹部５１に収容される。凹部５１の数が重複部４１の数よりも少ない場合、一つの凹部５１が複数の重複部４１を収容するように配置され得る。なお、凹部５１の数は、重複部４１の数の整数倍であることが好ましい。これにより、重複部４１と対向する位置に凹部５１を容易に位置させることができる。

（Ｂ３）上述した実施形態において、重複部４１は、シート部材Ｓ１が２枚重なっている。これに限らず、重複部４１はシート部材Ｓ１が３枚以上重なってもよい。

（Ｂ４）上述した実施形態において、シート部材Ｓ１は、１枚のシート状の部材である。この代わりに、シート部材Ｓ１は、複数の略矩形形状のシートを含んでいてもよい。この場合、シート部材Ｓ１の両端とは、各シートの両端ではなく、複数のシートが一体となって形成するシートの両端である。

（Ｂ５）上述した実施形態において、保護層４０と保護部材５０とは両面テープである粘着層６０によって取り付けられている。この代わりに、保護部材５０は、接着剤によって保護層４０に取り付けられていても良い。接着剤は、例えば、熱硬化性の樹脂である。

本開示は、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、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又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…ライナ、１２…円筒状部、１４…ドーム部、２０…口金、３０…補強層、４０…保護層、４１…重複部、５０…保護部材、５１…凹部、５２…凸部、５３…構成部材、６０…粘着層、１００…高圧タンク、Ｎ１…切り込み、Ｓ１…シート部材

Claims (3)

1. 高圧タンクであって、
   円筒状部と、前記円筒状部の両端に設けられた半球面形状のドーム部と、を有するライナと、
   前記ライナの表面に形成された補強層と、
   前記円筒状部と前記ドーム部とを含む前記ライナ上に形成され、前記補強層の外周に設けられている保護層であって、シート状のシート部材を前記円筒状部の円周方向に巻き付けて形成された前記保護層と、
   前記ドーム部における前記保護層の外周に設けられた保護部材と、を備え、
   前記ライナ上に配された前記シート部材は、両端に前記ドーム部から前記円筒状部に向かって複数の切り込みを有し、
   前記ドーム部における前記保護層は、前記シート部材のうち前記複数の切り込みのうちそれぞれの切り込みを挟んで隣り合う部分の一部が重なるように前記シート部材が配されていることにより、前記シート部材が重複する複数の重複部を有し、
   前記保護部材は、
   前記複数の重複部のそれぞれと対向する位置に、前記重複部を収容することができる凹部を有し、
   前記複数の重複部のそれぞれと対向しない位置に、前記保護層のうち前記重複部ではない部分と接合される凸部を有する、高圧タンク。
2. 請求項１に記載の高圧タンクであって、
   前記重複部は、前記保護層において、前記ライナの中心軸を中心に等間隔の角度で配されており、
   前記凹部は、前記保護部材において前記中心軸を中心に等間隔の角度で配されており、
   前記凹部の数は、前記重複部の数の整数倍である、高圧タンク。
3. 請求項１または請求項２に記載の高圧タンクであって、更に、
   前記保護層と前記保護部材との間に設けられ、前記保護部材を前記保護層に固定する粘着層を備える、高圧タンク。

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