(57)【要約】【課題】燃料タンクの設計構想段階において耐火試験でのタンク温度を予測する。【解決手段】ステップ１００〜１１８において、燃料タンク１１４の形状及び燃料タンク１１４と車両のフロア１１０との隙間寸法を含む設計構想情報と、数値流体力学による燃料タンク１１４の周りの流速とに基づいて燃料タンク１１４の各々の部位におけるレイノルズ数Ｒeを算出する。そして、ステップ１２０〜１４２において、レイノルズ数Ｒe及び燃料タンク１１４の各々の部位に応じた熱伝導率モデルを用いて算出した耐熱試験時に火炎から燃料タンク１１４へ流入する熱量Ｑin_oと、燃料タンク１１４の材質の密度ρHDPEを含む物性値と、燃料タンク１１４の板厚ｄに係る情報とに基づいて、耐火試験終了時の前記燃料タンクの各々の部位における温度Ｔt(finish)を算出する。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクの形状及び前記燃料タンクと車両のフロアとの隙間寸法を含む設計構想情報と、数値流体力学による前記燃料タンクの周りの流速とに基づいて前記燃料タンクの各々の部位におけるレイノルズ数を算出する第１演算部と、
前記レイノルズ数及び前記燃料タンクの各々の部位に応じた熱伝導率モデルを用いて算出した耐熱試験時に火炎から前記燃料タンクへ流入する熱量と、前記燃料タンクの材質の密度及び熱容量を含む物性値と、前記燃料タンクの板厚に係る情報とに基づいて、耐火試験終了時の前記燃料タンクの各々の部位における温度を算出する第２演算部と、
を含む設計支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用燃料タンクの設計支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用燃料タンク（以下、「燃料タンク」と略記）は、車両のフロア下面において、未使用の空間、いわゆるデッドスペースに配設することが少なくない。かかるデッドスペースは、車両の他の構成の配設に係らない「余りもの」的な空間であるから、燃料タンクは、直方体、球体又は回転楕円体のような幾何学的に容易に定義できる形状ではなく、多くの場合、変則的な凹凸を備えた複雑な形状を有する。従って、燃料タンクは、複雑な成形が容易な樹脂を用いて構成される場合が多い。
【０００３】
しかしながら、樹脂は有機物であり、一般に鉄等の金属に比して耐火性は劣る。また、樹脂の中には、燃料又は潤滑油等の油性の液体に弱いものもあるので、燃料タンクの材質には、耐火性及び耐油性が良好なものが選択される場合が多い。
【０００４】
特許文献１には、耐火性及び耐油性に優れた高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を用いた自動車用燃料タンクの発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−００６８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＨＤＰＥは一般に高価であると共に、高密度であるが故に重いという特性を有する。特許文献１に記載の発明は、燃料タンクに十分な耐火性を担保すべく、燃料タンクの板厚を厚くしているので燃料タンクの製造コストが嵩むと共に、車両の重量増加を招くという問題があった。
【０００７】
燃料又は潤滑油に侵されにくいというＨＤＰＥの特性は、燃料タンクの材質として最適なので、燃料タンクに用いるＨＤＰＥの板厚等をできるだけ薄くしながら耐火性を有する燃料タンクの開発が試みられている。
【０００８】
しかしながら、ＨＤＰＥの板厚が薄い燃料タンクを開発するには、様々な形状の試作品を製作し、燃料を入れた試作品の燃料タンクを火炎に暴露する等の耐火試験に供することを要するが、当該試作品の製作には多大な手間及びコストを要するという問題があった。
【０００９】
耐火試験においても、燃料タンクの温度（タンク温度）を直接に測定することはほぼ不可能であり、タンク温度と耐火試験条件（タンク材質、タンク板厚、タンク搭載の態様、火災状態）の関係は不明なので、燃料タンクの重量及び製造コストをも考慮した最適設計は困難である。ＣＦＤ（数値流体力学：Computational Fluid Dynamics）を用いて直接熱流体シミュレーションによる温度予測の計算することも考えられるが、計算コストが膨大となる問題があった。
【００１０】
本発明は、上記事実を考慮し、燃料タンクの設計構想段階において耐火試験でのタンク温度を予測可能な設計支援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】
【００１１】
請求項１に記載の設計支援装置は、燃料タンクの形状及び前記燃料タンクと車両のフロアとの隙間寸法を含む設計構想情報と、数値流体力学による前記燃料タンクの周りの流速とに基づいて前記燃料タンクの各々の部位におけるレイノルズ数を算出する第１演算部と、前記レイノルズ数及び前記燃料タンクの各々の部位に応じた熱伝導率モデルを用いて算出した耐熱試験時に火炎から前記燃料タンクへ流入する熱量と、前記燃料タンクの材質の密度及び熱容量を含む物性値と、前記燃料タンクの板厚に係る情報とに基づいて、耐火試験終了時の前記燃料タンクの各々の部位における温度を算出する第２演算部と、を含む。
【００１２】
請求項１に記載の設計支援装置によれば、燃料タンクの設計構想情報と数値流体力学とに基づく燃料タンクの周りのレイノルズ数と燃料タンクの各々の部位に応じた熱伝導率モデルとを用いることにより、耐熱試験時に火炎から燃料タンクへ流入する熱量を算出できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明に係る設計支援装置によれば、耐熱試験時に火炎から燃料タンクへ流入する熱量と、燃料タンクの材質の物性値と、前記燃料タンクの板厚に係る情報とに基づいて、燃料タンクの設計構想段階において耐火試験でのタンク温度を予測できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料タンクの耐火試験の概要を示した概略図である。
【図２】燃料タンクの耐火試験の条件の一例を示した概略図である。
【図３】燃料タンクの部位分割の一例を示した概略図である。
【図４】燃料タンクの部位分割の一例を示した概略図である。
【図５】燃料タンクの部位分割の一例を示した概略図である。
【図６】本実施の形態で用いる物理量の名称と記号の定義の一覧表である。
【図７】燃料タンクの耐火試験における、局所領域への全流入熱量と全流出熱量との一例を示した説明図である。
【図８】（Ａ）は燃料パンから燃え上がる火炎が燃料タンク下面の衝突領域に衝突し、タンク下面に熱量を与える衝突噴流モデルを示し、（Ｂ）は円形の噴流口から火炎が平板に衝突する円形衝突噴流モデルを示している。
【図９】（Ａ）車両側面側から見た燃料タンクとフロアとの間の気流の様子を、（Ｂ）は車両後部側から見た燃料タンクとフロアとの間の気流の様子を、各々矢印で示した概略図であり、（Ｃ）は等温板層流モデルの一例を示した説明図である。
【図１０】燃料パンに対するタンク下面の高さとタンク下面での火炎代表流速とを示した概略図である。
【図１１】（Ａ）は燃料パンの内寸を示した概略図であり、（Ｂ）は燃料パンの内寸に基づいて、燃料パンの形状を円に擬制した場合を示す概略図である。
【図１２】ＣＦＤシミュレーションモデルの概要を示した説明図である。
【図１３】ＣＦＤシミュレーションによる燃料タンク周りの流速分布結果の一例を示した概略図である。
【図１４】燃料タンクの設計構想情報であるタンク形状及び搭載状態を表す特徴パラメータの一例を示した説明図である。
【図１５】図１４に示したパラメータの各々の単位を示した一覧表である。
【図１６】タンク各サブ部位の代表長さを示した説明図である。
【図１７】代表長さの一覧表である。
【図１８】タンク温度予測プロセスの一例を示したフローチャートである。
【図１９】（Ａ）は燃料タンクの上面視に係る概略図であり、（Ｂ）は燃料タンク１１４の下面視に係る概略図であり、（Ｃ）は燃料タンクの形状変形部位の拡大図である。
【図２０】（Ａ）はＮｏ１〜４３の各々の局所領域、（Ｂ）はＮｏ４４〜８６までの各々の局所領域について、熱流体シミュレーションによるタンク温度と本実施の形態に係る予測モデルのタンク温度とを比較したグラフである。
【図２１】燃料タンクの上面視におけるＡ−Ａ線による形状変形部位の断面の指示を示した概略図である。
【図２２】図２１のＡ−Ａ線に沿った変形部位を含む切断面の周囲のＣＦＤシミュレーションによる流速分布の一例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて、本実施の形態に係る設計支援装置１０について説明する。設計支援装置１０は、ＣＦＤシミュレーション等も可能なエンジニアリング・ワークステーション等の高性能なコンピュータで構成され、当該コンピュータに、耐火試験時のタンク温度の算出に係るプログラムがインストールされたものである。なお、本実施の形態に係る設計支援装置１０については、後述する図１８を用いて説明する。
【００１６】
図１は、燃料タンクの耐火試験の概要を示した概略図である。図１に示したように、燃料タンクの耐火試験は、車両のフロア１１０の下面にボルト及びナット等の締結部１１２を介して固定された燃料タンク１１４を、燃料タンク１１４の下方に設置した燃料パン１１６に入れた燃料を燃焼させて生じた火炎１１８に一定条件で暴露させる。燃料タンク１１４の内部には、燃料タンク１１４の容量の半分程度の燃料１２０が入っており、燃料タンク１１４の内部の燃料液面１２２より上部は、燃料蒸気１２４で満たされている。
【００１７】
燃料タンク１１４をフロア１１０に固定する締結部１１２がフロア１１０と接触する面積、締結部１１２が燃料タンク１１４と接触する面積及び締結部１１２によってフロア１１０と燃料タンク１１４とが接触する面積はいずれも小さく、また締結部１１２は鋼等の熱伝導率があまり良好でない金属で構成されている。したがって、フロア１１０と燃料タンク１１４との間の熱抵抗は大きく、フロア１１０と燃料タンクとの間の熱交換は無視できるレベルである。
【００１８】
図２は、燃料タンク１１４の耐火試験の条件の一例を示した概略図である。図２に示したように、燃料タンクの耐火試験は、開始後に強火で燃料タンク１１４を加熱し、その後、弱火で燃料タンクを加熱して終了する。強火の所要時間は数十秒から２分程度である。また、弱火の所要時間は数十秒から３分ほどである。
【００１９】
図３、４、５は、燃料タンク１１４の部位分割の一例を示した概略図である。本実施の形態では、図３に示したように、燃料タンク１１４を燃料液面１２２より下部のタンク下部１３０と、燃料液面１２２より上部のタンク上部１３２とに分割し、タンク上部１３２とタンク下部１３０との熱の出入りを算出する。なお、本実施の形態では、燃料タンク１１４が車両に搭載された状態で、矢印Ｗ方向は車両幅方向を、矢印Ｌ方向は車両前後方向を、矢印Ｈ方向は車両上下方向を各々示している。
【００２０】
また、燃料タンクの部位分割は、図４に示したタンクサブ部位分割により、さらに細かく分割する。タンクサブ部位分割は、一例として下部下面Ａ、燃料液面１２２より下部の燃料タンク１１４の前面、後面及び側面を含む下部側面Ｂ、燃料液面１２２より上部の燃料タンク１１４の前面である上部前面Ｃ、燃料タンク１１４の上面である上部上面Ｄ、燃料液面１２２より上部の燃料タンク１１４の後面である上部後面Ｅ、そして燃料液面１２２より上部の燃料タンク１１４の側面である上部側面Ｆの６分割である。本実施の形態では、後述するように、サブ分割に係る各領域は、後述するように、共通代表長さを適用して、幾何学的に単純化し、下部下面Ａとそれ以外のサブ部位にそれぞれ異なる熱伝達率モデルを適用する。
【００２１】
そして、本実施の形態では、燃料タンクの部位分割は、図５に示した局所領域分割により、さらに細かく分割する。局所領域の大きさ（単位面積）は、一例として、１００ｍｍ四方である。各局所領域における設計構想情報（タンク形状（板厚等））、タンク搭載状態（燃料タンク１１４とフロア１１０との隙間）及び火炎情報（火炎温度、火炎流速）を用いて局所領域におけるタンク温度を算出する。
【００２２】
図６は、本実施の形態で用いる物理量の名称と記号の定義の一覧表である。図６中のＮｏ５０〜Ｎｏ６６のパラメータはタンク局所領域の火炎代表流速とタンク形状とを表し、火炎代表流速とタンク形状との関係式の構築において用いられるパラメータ群である。
【００２３】
続いて、タンク温度算出の為の支配方程式について説明する。まず、単位面積を有するタンク局所領域での温度の支配方程式は、下記式（１）で表される。式（１）に示すように火炎時における局所領域でのタンク温度の変化は、図７に示した局所領域への全流入熱量Ｑinと全流出熱量Ｑoutによって算出される。ここで、図７は、燃料タンク１１４の耐火試験における、局所領域への全流入熱量Ｑinと全流出熱量Ｑoutとの一例を示した説明図である。
2020126314.tif 000003
【００２４】
なお、式（１）中のＣHDPEは燃料タンク１１４の材料であるＨＤＰＥの比熱であり、ρHDPEは燃料タンク１１４の材料であるＨＤＰＥの密度であり、ｄは局所領域におけるタンク厚みであり、Ｔt(finish)は耐火試験終了時のタンク温度であり、Ｔt (start)は耐火試験開始時のタンク温度であり、Ｑinは全流入熱量であり、Ｑoutは全流出熱量である。
【００２５】
本実施の形態では、最終的に式（１）中の耐火試験終了時のタンク温度Ｔt(finish)を算出する。
【００２６】
全流入熱量Ｑinと全流出熱量Ｑoutは、下記の式（２）で示される火炎１１８からタンク局所領域への流入熱量Ｑin_o、下記の式（３）で示されるタンク内部の熱伝導量による隣接領域からの熱出入り、及び下記の式（４）で示される燃料タンク１１４内の燃料液面１２２よりも下にある局所領域(以下、「タンク下部領域」と記載)における局所領域から燃料への流出熱量Ｑout_fuel により算出される。ただし、樹脂製である燃料タンク１１４の板厚は薄い（５ｍｍ程度）ため、 式（３）に示す隣接領域からの熱の出入りは小さいと考えられる。従って、本実施の形態では、タンク温度算出において、式（３）は無視する。
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【００２７】
上記式（２）の右辺に示す火炎雰囲気温度Ｔfire_tとタンク温度Ｔtの差の時間積分項は、雰囲気温度の時間平均Ｔfire_t_avrgとタンク温度Ｔtの時間平均の線形近似を用いると式（５）のように近似できる。
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【００２８】
式（５）の右辺にあるタンク局所領域での表面熱伝達率ｈfireは、式（６）に示す様にヌセルト数Ｎuによって無次元化される。ヌセルト数Ｎuは、式（７）に示すように、式（８）に示したレイノルズ数Ｒeとプラントル数Ｐrの関数として表され、後述する熱伝導率モデルで決定する。なお、プラントル数Ｐrは、熱伝導に関する無次元の物性値であり、流体の動粘度と温度拡散率との比である。
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【００２９】
また、上記式（４）において、タンク局所領域から燃料へ流出する熱量に比べて燃料から燃料蒸発気への流出熱量が非常に小さいため、Ｑfuel_fuel_gas_all／Ａlwrという右辺第２項は無視できる。その結果、上記式（４）は、下記の式（９）のように近似できる。
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【００３０】
続いて、タンク表面の熱伝導率モデルについて説明する。本実施の形態では、タンク周辺での火炎の流れを、タンク下面の場合と、タンク側面及び上面との場合との２つのケースに分けて、それぞれの流れに応じた表面熱伝達率モデルを考える。
【００３１】
タンク下面での表面熱伝達率モデルでは、タンク下面では、図８（Ａ）に示した衝突噴流モデルのように燃料パン１１６から燃え上がる火炎１１８が燃料タンク１１４下面の衝突領域１４０に衝突し、タンク下面に熱量を与えるため、図８（Ｂ）に示したように円形の噴流口１４２から火炎１４４が平板１４６に衝突する円形衝突噴流モデルを用いて、表面熱伝達率に係るヌセルト数Ｎuを、下記の式（１０）の様に近似する。
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【００３２】
続いて、タンク側面及び上面での表面熱伝達率モデルについて説明する。図９（Ａ）は車両のフロア１１０に配置された燃料タンク１１４の車両側面側から見た燃料タンク１１４とフロア１１０との間の気流の様子を、図９（Ｂ）は車両のフロア１１０に配置された燃料タンク１１４の車両後部側から見た燃料タンク１１４とフロア１１０との間の気流の様子を、各々矢印で示した概略図である。火炎１１８は気体状なので、図９（Ａ）、（Ｂ）に示した矢印の各々は、火炎１１８の流れを示している。
【００３３】
タンク側面及び上面近傍の火炎１１８の流れは流速が遅く（Ｒｅ＜５×１０5）、燃料タンク１１４とフロア１１０との隙間によって層流化される。
【００３４】
本実施の形態では、燃料タンク１１４とフロア１１０との狭い隙間の火炎１１８の流れを、図９（Ｃ）に示した等温板層流モデルとして扱う。等温板層流モデルは、燃料タンク１１４表面を等温な平板とみなし、その平板上を層流である火炎１１８が流れるというモデルである。
【００３５】
タンク側面及び上面での表面熱伝達率モデルでは、表面熱伝達率に係るヌセルト数Ｎuを、等温板層流モデルを用いて式（１１）のように近似する。なお、式（１０）及び式（１１）におけるヌセルト数Ｎuの算出には、レイノルズ数Ｒeの算出を要する。
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【００３６】
レイノルズ数Ｒeは、式（８）に示したように、火炎の代表流速Ｕfire_tと代表長さｌ及び火炎の動粘性係数νで決定される。
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【００３７】
式（８）の動粘性係数νは火炎（空気）の物性値データベースから決定できる。火炎代表流速Ｕfire_t及び代表長さｌは熱伝達率モデルに応じて下記のように決定する。
【００３８】
タンク下面での表面熱伝達率モデルに係る式（１０）で示したヌセルト数Ｎuに含まれるレイノルズ数Ｒeを算出するために、火炎代表流速Ｕfire_t及び代表長さｌを以下のように算出する。
【００３９】
まず、タンク下面での火炎代表流速Ｕfire_tを算出する。図１０は、燃料１１６Ｆを入れた燃料パン１１６に対するタンク下面の高さＨtankとタンク下面での火炎代表流速Ｕfire_tとを示した概略図である。タンク下面での火炎代表流速Ｕfire_tは燃料パン１１６の燃料気化と火炎１１８の浮力によって生じる。タンク下面での火炎代表流速Ｕfire_tは浮力による流速と仮定でき、以下の各式を用いて導出できる。
【００４０】
まずタンク下面での火炎の単位体積エネルギーＥfire_tと静止する常温空気の位置エネルギーＥair_tを、それぞれ式（１２）及び式（１３）により示す。なお、以下、ｇは重力加速度である。
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【００４１】
また、火炎の単位体積エネルギーＥfire_t及び静止する常温空気の位置エネルギーＥair_tは、下記の式（１４）の関係を満たす。
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【００４２】
上記の式（１２）、（１３）、（１４）により、タンク下面での火炎代表流速Ｕfire_tは、式（１５）のように示される。
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【００４３】
気体の密度ρを示す理想気体の状態方程式（式（１６））を用いて、式（１５）中にある密度ρair_t、ρfire_tを各々消去すると、タンク下面での火炎代表流速Ｕfire_tは、タンク下面での火炎温度Ｔfire_tと空気温度Ｔair_tの関数であることを示す式（１７）が導かれる。なお、式（１６）中のｎは気体粒子数であり、ｋはボルツマン定数である。
2020126314.tif 000014
【００４４】
式（1７）に示すようにタンク下面の火炎温度Ｔfire_t（測定データ、試験データベース）、常温空気の温度Ｔair_t（測定データ、試験データベース）、及び燃料パン１１６に対するタンク下面の高さＨtank（設計構想情報）で火炎代表流速は決定される。
【００４５】
レイノルズ数Ｒeの算出には、式（８）に示したように、代表長さｌを決定することを要する。図１１（Ａ）は燃料パン１１６の内寸ＤL、Ｄwを示した概略図であり、図１１（Ｂ）は燃料パン１１６の内寸ＤL、Ｄwに基づいて、燃料パン１１６の形状を円に擬制した場合を示す概略図である。
【００４６】
図１１（Ａ）、（Ｂ）に示したように、本実施の形態では、内寸ＤL、Ｄwの燃料パン１１６と同面積の円の直径Ｄを、式（１８）を用いて算出し、算出した直径Ｄを代表長さｌAとする。
2020126314.tif 000015
【００４７】
式（１７）を用いて算出したタンク下面での火炎代表流速Ｕfire_tと、式（１８）で算出した代表長さｌAとを式（８）に代入することにより、タンク下面の表面熱伝達率モデルでのレイノルズ数Ｒeが算出される。
【００４８】
続いて、タンク下面以外の領域、すなわちタンク側面及び上面での表面熱伝達率モデルに係る式（１１）で示したヌセルト数Ｎuに含まれるレイノルズ数Ｒeの算出について説明する。当該レイノルズ数Ｒeは、ＣＦＤシミュレーションの計算結果から得た燃料タンク１１４の下部前面、上部前面及び上部上面の各局所領域での火炎代表流速に基づいて算出する。
【００４９】
図１２は、ＣＦＤシミュレーションモデルの概要を示した説明図である。図１２に示したように、本実施の形態におけるＣＦＤシミュレーションモデルは、略直方体の空間に設置された車両２００の燃料タンク１１４直下に内寸ＤL、Ｄwの燃料パン１１６を配置し、燃料パン１１６内の燃料を燃焼させた場合を想定している。
【００５０】
図１３は、ＣＦＤシミュレーションによる燃料タンク１１４周りの流速分布結果の一例を示した概略図である。図１３は、濃度の濃い領域ほど流速が速いことを示している。
【００５１】
一般に燃料タンク１１４の形状は複雑なので、ＣＦＤシミュレーションに加えて、データベースを用いてタンク形状（形状曲率、高さ等）、搭載条件（タンクと車体との隙間）とタンク周り流速との関係式を統計手法（回帰式）で構築することを要する。当該関係式は、例えば、応答曲面法、又は機械学習で作成可能である。
【００５２】
そして当該関係式とタンク設計構想情報（タンク形状及び搭載条件）を用いて燃料タンク１１４の各局所領域での流速を算出する。
【００５３】
図１４は、燃料タンク１１４の設計構想情報であるタンク形状及び搭載状態を表す特徴パラメータの一例を示した説明図である。図１４において、Ｃf1はタンク下面下端での燃料タンク１１４とフロア１１０との隙間を、Ｃf2はタンク上部前面での燃料タンク１１４とフロア１１０との最小隙間を、Ｃf3はタンク上部上面前端での燃料タンク１１４とフロア１１０との隙間を、ＶBFはタンク下部前面における火炎代表流速を、ＶCはタンク上部前面における火炎代表流速を、ＶDはタンク上部上面における火炎代表流速を、各々示す。
【００５４】
図１５は、図１４に示したパラメータの各々の単位を示した一覧表である。図１４、１５に示したパラメータの各々を用いると、上述の関係式（回帰式）は、下記のようになる。下記の式中のａ、ｂ、ｃ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊの各々は、計算結果を調整するための係数である。
2020126314.tif 000016
【００５５】
続いて、タンク形状（設計構想形状）を用いて各サブ部位の代表長さを算出する。図１６は、タンク各サブ部位の代表長さを示した説明図である。また、図１７は、代表長さの一覧表である。図１６、１７に示したように、代表長さは、タンク下部側面での流れの代表長さｌB、タンク上部前面での流れの代表長さｌC、タンク上部上面での流れの代表長さｌD、タンク上部後面での流れの代表長さｌE、及びタンク上部サイドでの流れの代表長さｌFである。
【００５６】
上記の関係式を用いて算出した各局所領域での流速ＶBF、ＶC、ＶDの各々を式（８）のＵfire_tに、上述の式（１８）で算出した代表長さｌB、ｌC、ｌD、ｌE、ｌFの各々を式（８）のｌに代入することにより、タンク下面以外の領域の表面熱伝達率モデルでのレイノルズ数Ｒeが算出される。
【００５７】
レイノルズ数Ｒeを算出した後は、ヌセルト数Ｎuを、さらにタンク局所領域での表面熱伝達率ｈfire等を算出して、最終的に式（１）中の耐火試験終了時のタンク温度Ｔt(finish)を算出する。
【００５８】
図１８は、タンク温度予測プロセスの一例を示したフローチャートであり、本実施の形態に係る設計支援装置１０の機能ブロック図でもある。図１８に示したフローチャートは、（Ａ）理論式又は計算式の構築・選択、（Ｂ）測定データ又は試験データベース、（Ｃ）設計構想情報（板厚、形状、搭載情報）、（Ｄ）手計算結果、（Ｅ）ＣＦＤシミュレーション及び（Ｆ）物性値データベースの各々に係る手順が混在している。図１８の各ステップには、上記（Ａ）〜（Ｆ）の別を記し、そのステップがいかなる手順であるかを明確にした。フローは、一部に（Ｄ）手計算結果を要するが、ＡＩ技術を用いることにより、図１８の全手順は、コンピュータによる処理が可能である。
【００５９】
ステップ１００では、タンク形状、タンク搭載情報及びタンク周り流速のデータベースの有無を判定し、当該データベースが存在する場合は手順をステップ１０２に移行し、当該データベースが存在しない場合は手順をステップ１０６に移行する。
【００６０】
ステップ１０２では、データベースに基づいたタンク形状、搭載情報及びタンク周り流速の関係式（回帰式）を構築する。そして、ステップ１０４で、燃料タンク１１４の設計構想情報である設計タンクの形状及び搭載情報を入力して手順をステップ１１４に移行する。
【００６１】
タンク形状、タンク搭載情報及びタンク周り流速のデータベースが存在しない場合は、ステップ１０６で火炎の平均雰囲気温度Ｔfire_t_avrgを入力する。入力する火炎の平均雰囲気温度Ｔfire_t_avrgは、測定データとして取得又はデータベースから取得する。
【００６２】
ステップ１０８では、式（１７）に示した燃料パン１１６からの流入条件（流入流速）を決定する。
【００６３】
ステップ１１０では、設計タンク周りの流れのＣＦＤシミュレーションを実施する。さらに、ステップ１１２では、設計タンク周りの流速をＣＦＤシミュレーションを用いて取得する。
【００６４】
ステップ１１４では、タンク局所部位の火炎流速（ＶBF、ＶC、ＶD等）を決定する。そして、ステップ１１６では、設計タンク形状データに基づきタンク各部位の代表長さl（より具体的には、ｌB、ｌC、ｌD、ｌE、ｌF等）をデータベースに入力する。
【００６５】
ステップ１１８では、式（８）により、タンク局所部位でのレイノルズ数Ｒeを算出する。そして、ステップ１２０では、火炎（空気）のプラントル数Ｐrを入力する。
【００６６】
ステップ１２２では、予測部位が燃料タンク１１４下面であるか否かを判定し、予測部位が燃料タンク１１４下面の場合は手順をステップ１２４に移行し、予測部位が燃料タンク１１４下面でない場合は手順をステップ１２６に移行する。
【００６７】
ステップ１２４では、式（１０）に係る円形衝突噴流モデルを選択し、ステップ１２６では、式（１１）に係る等温板層流モデルを選択する。
【００６８】
ステップ１２８では、火炎（空気）の熱伝導率λfireを入力する。そして、ステップ１３０では、タンク形状データよりタンク各部位の代表長さｌ（ｌa、ｌB、ｌC、ｌD、ｌE、ｌF等）をデータベースから取得して入力する。
【００６９】
ステップ１３２では、レイノルズ数Ｒe及びプラントル数Ｐrから算出したヌセルト数Ｎuに基づいて、式（６）で示したタンク局所部位（領域）の熱伝達率ｈfireを算出する。
【００７０】
ステップ１３４では、火炎の平均雰囲気温度Ｔfire_t_avrgをデータベースから取得して入力する
【００７１】
ステップ１３６では、式(５)に示した、火炎１１８から燃料タンク１１４へ流入する単位面積当たりの熱量Ｑin_oを算出する。
【００７２】
ステップ１３８では、燃料タンク１１４の板厚ｄを入力し、ステップ１４０では、燃料タンク１１４の材料の密度、熱容量に関するデータを入力する。本実施の形態では、燃料タンクの材料はＨＤＰＥなので、ＨＤＰＥの密度ρHDPE及びＨＤＰＥの比熱ＣHDPEを入力する。
【００７３】
ステップ１４２では、式（１）に示した耐火試験の燃焼終了時のタンク局所部位の温度Ｔt(finish)を決定して処理を終了する。
【００７４】
ステップ１４４では、予測部位が燃料タンク１１４下部であるか否かを判定し、予測部位が燃料タンク１１４下部の場合は、ステップ１４６、１４８、１５０、１５２でのデータの入力を経て手順をステップ１５４に移行し、予測部位が燃料タンク１１４下部でない場合は処理を終了する。
【００７５】
ステップ１４６では、燃料液面１２２以下のタンク表面面積Ａlwrを入力する。
【００７６】
ステップ１４８では、耐火試験の燃焼開始時での燃料平均温度Ｔfuel_avrg(start)を入力する。なお、入力値は測定又はデータベースから取得する。
【００７７】
ステップ１５０では、耐火試験の燃焼終了時での燃料平均温度Ｔfuel_avrg(finish)を入力する。なお、入力値は測定又はデータベースから取得する。
【００７８】
ステップ１５２では、燃料の密度ρfuel、燃料の熱容量データである燃料比熱Ｃfuelを入力する。
【００７９】
ステップ１５４では、式（９）に示した燃料タンク１１４から燃料へ流出る単位面積当たりの熱量Ｑout_fuelを算出する。そして、ステップ１４２で式（１）に示した耐火試験の燃焼終了時のタンク局所部位の温度Ｔt(finish)を決定して処理を終了する。
【００８０】
続いて、図１９、２０を用いて本実施の形態における材質がＨＤＰＥである燃料タンク１１４の温度算出結果を説明する。図１９（Ａ）は燃料タンク１１４の上面視に係る概略図であり、図１９（Ｂ）は燃料タンク１１４の下面視に係る概略図であり、図１９（Ｃ）は燃料タンク１１４の形状変形部位の拡大図である。
【００８１】
図１９（Ａ）、（Ｂ）に示したように、燃料タンク１１４の表面は１〜８６までの局所領域に分割される。
【００８２】
図２０（Ａ）はＮｏ１〜４３の各々の局所領域、図２０（Ｂ）はＮｏ４４〜８６までの各々の局所領域について、熱流体シミュレーションによるタンク温度と本実施の形態に係る予測モデルのタンク温度とを比較したグラフである。本実施の形態に係る予測モデルは、熱流体シミュレーションよりも簡易な演算でタンク温度を算出しているが、図２０（Ａ）、（Ｂ）に示したように、本実施の形態に係る予測モデルで算出したタンク温度は、熱流体シミュレーションで算出したタンク温度に近似し、本実施の形態に係る予測モデルによる局所領域の温度変化は、熱流体シミュレーションによる局所領域の温度変化と同一の傾向を示す。
【００８３】
特に、形状変形部位であるＮｏ４３の局所領域では、符号１５０で示したように、本実施の形態に係る予測モデルで算出したタンク温度は、熱流体シミュレーションで算出したタンク温度によく近似し、共に形状変形部位において燃料タンク１１４の温度が最も高くなることを示している。
【００８４】
図２１は、燃料タンク１１４の上面視におけるＡ−Ａ線による形状変形部位の断面の指示を示した概略図であり、図２２は、図２１のＡ−Ａ線に沿った変形部位を含む切断面の周囲のＣＦＤシミュレーションによる流速分布の一例を示した概略図である。図２２は、濃度の濃い領域ほど流速が速いことを示している。図２２に示したように、燃料タンク１１４とフロア１１０との隙間のうち、変形部位を含まないタンク側面１１４Ａ及び上面１１４Ｂ近傍は流速が遅くなっているが、変形部位の近傍では流速が速い。従って、耐火試験において、燃料タンク１１４の変形部位近傍は火炎１１８の回りが速く、温度が上昇しやすいことを示唆している。かかる示唆は、図２０で示したように、形状変形部位であるＮｏ４３の局所領域では、本実施の形態に係る予測モデルで算出したタンク温度が最も高くなることと矛盾しない。形状変形部位近傍の温度を低下させるには、一例として、図２２に示した隙間１５２の大きさ（広がり）を調整することにより、変形部位近傍の流速を低下させることが有効であると予測できる。
【００８５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、燃料タンクの設計構想段階において耐火試験でのタンク温度（局所部位温度）を予測できる。
【００８６】
樹脂製燃料タンク１１４の耐火性を左右するタンク温度は、熱流体シミュレーションでも予測できるが、本実施の形態に係る設計支援装置によれば、熱流体シミュレーションに比して短時間かつ少ない工数でタンク温度が予測可能となる。
【００８７】
また、予測したタンク温度に基づき、試作品を用いた試験を要さずに、設計構想段階で燃料タンク１１４の耐火性能を見積もることができる。
【００８８】
また、予測したタンク温度に基づき、タンク温度に影響する燃料タンク１１４の板厚、燃料タンク１１４とフロア１１０との隙間のインシュレータの態様、燃料タンク１１４の材質等の温度低減対策の指針となる要素を明確化でき、その結果、車両の安全性を向上させることに資する。
【００８９】
また、燃料タンク１１４の耐火性能を確保しながら、燃料タンク１１４の重量、コスト及び搭載の態様等の他の設計条件も最適化した樹脂製燃料タンク１１４の設計が実現可能となる。
【００９０】
さらに、本実施の形態に係る設計支援装置の運用により、燃料タンク１１４の設計構想情報、耐火試験の火炎１１８の情報、ＣＦＤシミュレーションの情報、熱伝達率モデルに係る情報及びプラントル数Ｐr等の物性値をデータベース化することができ、当該データベースと新たなデータを組合せた樹脂製燃料タンク１１４の温度予測プロセスを含んだ樹脂製燃料タンク１１４のモデルベース開発（ＭＢＤ）を将来的に構築することができる。
【００９１】
なお、特許請求の範囲における第１演算部の処理は、図１８に示したステップ１００〜１１８に、同第２演算部の処理は、図１８の示したステップ１２０〜１４２の処理に、各々対応する。
【００９２】
本発明は、上記の形態例に限定されるものではなく、上記の形態例以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００９３】
１０   設計支援装置
１１０ フロア
１１４ 燃料タンク
１１６ 燃料パン
１１８ 火炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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