(57)【要約】【課題】ライナの変形を抑えつつ乾燥時間を短縮することができるタンクの乾燥方法を提供することである。【解決手段】円筒状の胴体部（１７）を有する樹脂製のライナ（１１）と、ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層（１２）と、を備えた高圧タンク（１０）の内部を乾燥するタンクの乾燥方法であって、胴体部の内面には、内面から突出した凸部（４５）が形成されており、タンクの乾燥方法は、タンクの内部に充填された水をタンクから排出する工程と、凸部に向けて熱風を局所的に噴射し、タンクの内部に残留した水分を蒸発させる工程と、を有する構成にした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴体部を有する樹脂製のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層と、を備えたタンクの内部を乾燥するタンクの乾燥方法であって、
前記胴体部の内面には、前記内面から突出した凸部が形成されており、
前記タンクの乾燥方法は、
前記タンクの内部に充填された水を前記タンクから排出する工程と、
前記凸部に向けて熱風を局所的に噴射し、前記タンクの内部に残留した水分を蒸発させる工程と、を有することを特徴とするタンクの乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクの乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンク等のタンクでは、タンクの内部に水を充填することで耐圧検査が実施されている（例えば、特許文献１参照）。耐圧検査で使用された水はタンクから排出され、排水後のタンクに加熱気体が供給されてタンクが乾燥される。タンクの乾燥方法として、例えば、加熱気体によってタンクを内側から加熱する方法が提案されている。この乾燥方法では、タンクに加熱気体が供給されてタンクの内壁が高温になるまで加熱された後、タンクに乾燥気体が供給されて加熱気体が乾燥気体に置換されることでタンクが乾燥される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１５０８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のタンクの乾燥方法では、タンク全体が加熱されるため、ライナの成形時の残留応力によってライナが変形してタンクの容積が変化する。ライナの変形を抑えるために、タンクの乾燥温度を低くすることも考えられるが、タンクから水分を除去し終えるまでの乾燥時間が長くなるため、タンクの乾燥設備を増やさなければならないという問題がある。
【０００５】
本発明では、ライナの変形を抑えつつ乾燥時間を短縮することができるタンクの乾燥方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るタンクの乾燥方法は、円筒状の胴体部を有する樹脂製のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層と、を備えたタンクの内部を乾燥するタンクの乾燥方法であって、前記胴体部の内面には、前記内面から突出した凸部が形成されており、前記タンクの乾燥方法は、前記タンクの内部に充填された水を前記タンクから排出する工程と、前記凸部に向けて熱風を局所的に噴射し、前記タンクの内部に残留した水分を蒸発させる工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、タンクの内部から水を排出したときに、ライナの内面と凸部の外面で形成された箇所に水滴が溜まり易くなっている。凸部に向けて熱風が噴射されることで、ライナの内面が局所的に温められてライナ全体の温度を過剰に上げずにタンクの内部の水分が蒸発される。よって、ライナの変形を抑えて乾燥時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る高圧タンクの断面図である。
【図２】本実施形態に係るライナの製造工程の一例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るライナの内面に形成された凸部の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る排出する工程の一例を示す図である。
【図５】本実施形態に係る蒸発させる工程の一例を示す図である。
【図６】高圧タンクの熱解析の解析結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る高圧タンクの断面図である。なお、以下では、高圧タンクとして車載用の燃料電池システムで燃料電池に水素等の燃料ガスを貯蔵する燃料タンクを例示して説明するが、高圧タンクは燃料電池システム以外の任意の用途で使用されてもよい。
【００１０】
図１に示すように、高圧タンク（タンク）１０は、タンクの基材となるライナ１１の外面を繊維強化樹脂層１２で被覆したタンク本体１３を有している。タンク本体１３は、円筒部１４の両端から一対のドーム部１５、１６を半球状に膨出させた外面形状を有している。各ドーム部１５、１６の頂点箇所には一対の口金２１、２６が設けられている。一方の口金２１にはバルブ（不図示）用の貫通孔２４が軸方向に形成されており、他方の口金２６には貫通孔が形成されていない。一方の口金２１側から高圧タンク１０に対するガスの放出及び流入が実施される。
【００１１】
ライナ１１は、燃料ガスの貯留空間２０を持つように中空形状に形成されている。ライナ１１は、円筒状の胴体部１７と、胴体部１７の軸方向外側に向かってライナ径を縮径するように胴体部１７の両端から膨出した一対の側端部１８、１９とを有している。各側端部１８、１９の中央部分は、断面視でライナ１１の内部に向かって折り返されて筒状に形成されている。この側端部１８、１９の折り返し部分によって、ライナ１１の軸方向の両端に貯留空間２０に連なる開口が形成されている。ライナ１１の側端部１８、１９の開口には、上記した一対の口金２１、２６が取り付けられている。
【００１２】
ライナ１１は、燃料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。ライナ１１の樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレン等の樹脂を用いることができる。ライナ１１には、燃料ガスとして水素ガスの他に、例えば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他の各種加圧物質が充填されてもよい。なお、詳細は後述するが、ライナ１１は複数のパーツの溶着によって形成されており、複数のパーツの溶着部には凸部４５が形成されている。
【００１３】
繊維強化樹脂層１２は、一方向に引き揃えられた強化繊維に未硬化樹脂（未硬化の熱硬化性樹脂）が含浸された繊維強化樹脂によって形成されている。繊維強化樹脂がライナ１１の外面に幾重にも巻き付けられて、加熱炉で未硬化樹脂が硬化されることでライナ１１の外面に繊維強化樹脂層１２が形成される。繊維強化樹脂層１２によってライナ１１が外側から補強されることで強度向上と軽量化が実現されている。繊維強化樹脂の巻き付け態様としては、フープ巻き、ヘリカル巻き等が採用されてもよい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂等が採用されてもよい。強化繊維としては炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が採用されてもよい。未硬化樹脂としては、ナイロン等の熱可塑性樹脂が採用されてもよい。未硬化樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合には、熱可塑性樹脂が軟化した状態でライナ１１の外面に繊維強化樹脂が巻き付けられた後に、放冷によって熱可塑性樹脂が硬化される。
【００１４】
一方の口金２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。口金２１は、本体となる筒状部２２の外周にフランジ部２３が形成され、筒状部２２の一部をドーム部１５から突出させるようにライナ１１に取り付けられている。筒状部２２の内側の貫通孔２４にはバルブ（不図示）が取り付けられ、バルブによって貯留空間２０への燃料ガスの充填及び排出が行われる。他方の口金２６は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって一方の口金２１と略同様な外形に形成されているが、一方の口金２１とは筒状部２７の内側が閉塞されている点で相違している。
【００１５】
このような高圧タンク１０では、耐圧性を確認するために耐圧試験が実施される。耐圧試験では、高圧水素の代わりに高圧タンク１０の内部に水が充填されて高圧タンク１０の膨張量等が計測される。耐圧試験後に高圧タンク１０が傾けられることで、高圧タンク１０から水が排出されるが、高圧タンク１０の内部から水分を完全に除去することはできない。高圧タンク１０の排水後に高圧タンク１０の内部を乾燥する必要があるが、タンク全体を高い温度で乾燥すると樹脂製のライナ１１が変形するため、タンク全体を低い温度で時間をかけて乾燥させなければならない。
【００１６】
そこで、本実施形態では、ライナ１１の製造後に残存する凸部４５を利用して、耐圧試験後に高圧タンク１０を傾けて排水したときに、高圧タンク１０に水滴が集まり易い箇所を形成している。排水後の高圧タンク１０の内部には凸部４５付近に水滴が集まるため、凸部４５を狙って熱風が噴射されることで高圧タンク１０が局所的に温められている。これにより、加熱によるライナ１１の変形を抑えつつ、水滴が集まり易い凸部４５付近が熱風によって集中的に乾燥されて、高圧タンク１０全体を短時間で乾燥することが可能になっている。また、ライナ１１の製造時に形成される凸部４５を利用するため、ライナ１１の設計を変更する必要がない。
【００１７】
ここで、図２を参照して、ライナの製造後に残存する凸部について説明する。図２は、本実施形態に係るライナの製造工程の一例を示す図である。図３は、本実施形態に係るライナの内面に形成された凸部の一例を示す図である。
【００１８】
図２に示すように、ライナ１１は、複数のパーツとしての一方の口金２１が設けられた第１の樹脂部材４１と、他方の口金２６が設けられた第２の樹脂部材４２とのそれぞれが、中央の円筒状の第３の樹脂部材４３の各端面が溶着されることで形成される。第１の樹脂部材４１はライナ１１の一方の側端部１８と胴体部１７の一端側を構成し、第２の樹脂部材４２はライナ１１の他方の側端部１９と胴体部１７の他端側を構成し、第３の樹脂部材４３はライナ１１の胴体部１７の中央部分を構成している。なお、本実施形態では、ライナ１１が３つのパーツに分けられているが、パーツの数及びパーツの分け方は特に限定されない。
【００１９】
ライナ１１の製造時には、第１、第３の樹脂部材４１、４３の対向する端面が赤外ランプ４８によって溶融され、溶融した端面同士が突き合わせられることで第１、第３の樹脂部材４１、４３が溶着される。同様に、第２、第３の樹脂部材４２、４３の対向する端面が赤外ランプ４９によって溶融され、溶融した端面同士が突き合わせられることで第２、第３の樹脂部材４２、４３が溶着される。このとき、第１、第３の樹脂部材４１、４３の溶融部分がライナ１１の径方向内側及び径方向外側に食み出すと共に、第２、第３の樹脂部材４２、４３の溶融部分がライナ１１の径方向内側及び径方向外側に食み出している。なお、本実施形態では複数のパーツの端面が加熱によって溶融される構成にしたが、複数のパーツの端面は接着剤等の溶剤によって溶融されてもよい。
【００２０】
第１〜第３の樹脂部材４１〜４３の溶融部分がライナ１１の径方向内側に食み出すことでライナ１１の内面に環状の凸部４５が形成される。第１〜第３の樹脂部材４１〜４３の溶融部分がライナ１１の径方向外側に食み出すことでライナ１１の外面に環状の凸部４６が形成される。ライナ１１の外面から径方向外側に食み出した凸部４６は除去されるが、ライナ１１の内面から径方向内側に食み出した凸部４５は除去できない。このため、製造後のライナ１１にはライナ１１の内面にだけ凸部４５が残されている。このように、第１〜第３の樹脂部材４１〜４３が溶着されることで、胴体部１７の内面から突出した凸部４５が胴体部１７の内面に形成される。
【００２１】
図３に示すように、各凸部４５は樹脂部材の端面同士の溶着面５１を基準にして対称なリブ５２、５５によって形成される。一方のリブ５２の突出方向Ｄ１はライナ１１の内面５８から径方向内側に向かうに伴って溶着面５１から一方側に離れるように傾き、他方のリブ５５の突出方向Ｄ２はライナ１１の内面５８から径方向内側に向かうに伴って溶着面５１から他方側に離れるように傾いている。一方のリブ５２の側面５３とライナ１１の内面５８とによって鋭角な角部５４が形成され、他方のリブ５５の側面５６とライナ１１の内面５８とによって鋭角な角部５７が形成される。リブ５２、５５の先端面は断面視半円状に湾曲しており、リブ５２、５５の先端面によって断面視Ｖ字状の溝５９が形成されている。
【００２２】
以下、図４及び図５を参照して、タンクの乾燥方法について説明する。図４は、本実施形態に係る排出する工程の一例を示す図である。図５は、本実施形態に係る蒸発させる工程の一例を示す図である。
【００２３】
（排出する工程）
高圧タンク１０が傾けられて、ライナ１１の貯留空間２０に充填された水が高圧タンク１０から排出される。高圧タンク１０から水が排出されると、図４に示すように、高圧タンク１０の内部に残った水滴６０が凸部４５（リブ５２、５５）の鋭角な角部５４、５７及びＶ字状の溝５９に捕捉されることで、高圧タンク１０の内部の凸部４５付近に水滴６０が集まり易くなっている。すなわち、高圧タンク１０が傾けられたときに、ライナ１１の内面を伝う水滴が凸部４５の角部５４、５７及び溝５９に入り込んで、水滴６０の表面張力によって凸部４５の角部５４、５７及び溝５９に水滴６０が保持されている。
【００２４】
ライナ１１の内面５８から突出した凸部４５によって、高圧タンク１０から水を排出した後に、ライナ１１の内面に水分の残留量が多い箇所と水分の残留量が少ない箇所が作り出されている。本実施形態ではライナ１１のパーツの溶着部である２箇所に凸部４５が形成されているため、高圧タンク１０の内部に残留した水分の多くが２箇所の凸部４５付近に集まり、２箇所の凸部４５以外の箇所の水分が少なくなっている。よって、ライナ１１の内面に水分が多い箇所が局所的に作られると共に、この局所的な箇所以外のライナ１１の内面が乾き易くなっている。
【００２５】
（蒸発させる工程）
図５に示すように、高圧タンク１０から水が排出されると、高圧タンク１０には乾燥ノズル６１が取り付けられる。乾燥ノズル６１は、高圧タンク１０の内部を乾燥するものであり、高圧タンク１０の内部に差し込み可能なように中空円筒状に形成されている。乾燥ノズル６１の基端側はドライエアの供給源６２に接続され、乾燥ノズル６１の先端側は封止されている。乾燥ノズル６１の延在方向に離間した２箇所には熱風を吹き出すスリット６３が形成されている。乾燥ノズル６１の基端側は回転機構（不図示）に接続されており、回転機構によって熱風の噴射方向がライナ１１の周方向に回転される。
【００２６】
乾燥ノズル６１が一方の口金２１から高圧タンク１０の内部に差し込まれると、各スリット６３と各凸部４５がライナ１１の中心軸ＣＸ方向で位置合わせされる。このとき、乾燥ノズル６１と口金２１の間には空気の逃げ道となる隙間が空けられている。乾燥ノズル６１がライナ１１の中心軸ＣＸ回りに回転しながら、乾燥ノズル６１のスリット６３から凸部４５に向けて熱風が局所的に噴射される。水分が多い凸部４５付近に集中的に熱風が吹き付けられ、凸部４５の角部５４、５７や溝５９（図４参照）に入り込んだ水滴が蒸発される。凸部４５に吹き付けられた熱風は温度を下げながらライナ１１の内面に沿って広がって、凸部４５付近以外のライナ１１の内面に残留した水分が蒸発される。
【００２７】
ライナ１１の水分が多い箇所に対して局所的に熱風が吹き付けられ、ライナ１１の水分が少ない箇所に対しては直接的に熱風が吹き付けられることがない。ライナ１１の水分が多い凸部４５付近が局所的に温められるため、ライナ１１全体の温度が過剰に高くなることがなくライナ１１の変形が抑えられる。凸部４５付近に熱風が集中的に吹き付けられるため、水分が多い凸部４５付近が短時間で乾燥される。また、凸部４５付近以外のライナ１１の内面は水分が少ないため、ライナ１１の内面に沿って広がる熱風によって凸部４５付近以外のライナ１１の内面が短時間で乾燥される。
【００２８】
ここで、図６を参照して、高圧タンクの熱解析の解析結果について説明する。図６は、高圧タンクの熱解析の解析結果の一例を示す図である。なお、図６では説明の便宜上、図５と同一の名称については同じ符号を付して説明する。
【００２９】
図６に示すように、高圧タンク１０に乾燥ノズル６１を取り付けて、高圧タンク１０の乾燥中の温度分布を観察した。乾燥ノズル６１としては、ライナ１１の中心軸方向に離間した３つのスリット６３が形成されたノズルを使用した。先端側のスリット６３と基端側のスリット６３をそれぞれライナ１１の２箇所の凸部４５（図５参照）の形成位置に位置合わせし、中央のスリット６３をライナ１１の中央位置に位置付けて熱風を噴射した。この結果、ライナ１１の内面で熱風が直に吹き付けられた箇所の周辺が高温になり、それ以外の箇所の温度は大きく上昇しないことが分かった。また、空気の逃げ道が形成されたライナ１１の一端側（図示左側）に熱が籠ることが分かった。
【００３０】
以上のように、本実施形態の高圧タンク１０の乾燥方法は、高圧タンク１０の内部から水を排出したときに、ライナ１１の内面と凸部４５の外面で形成された箇所に水滴６０が溜まり易くなっている。凸部４５に向けて熱風が噴射されることで、ライナ１１の内面が局所的に温められてライナ１１全体の温度を過剰に上げずに高圧タンク１０の内部の水分が乾燥される。よって、ライナ１１の変形を抑えて乾燥時間を短縮することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、ライナ１１の凸部４５が樹脂部材の溶着によってライナ１１の内面から突出したリブ５２、５５によって形成されたが、この構成に限定されない。凸部４５はライナ１１の胴体部１７の内面から突出していればよく、凸部４５の形状、形成位置、個数及び形成方法は特に限定されない。
【００３２】
また、本実施の形態では、乾燥ノズル６１がライナ１１の中心軸ＣＸ周りに回転する構成にしたが、この構成に限定されない。乾燥ノズル６１が回転する代わりに、高圧タンク１０がライナ１１の中心軸ＣＸ周りに回転する構成にしてもよいし、全周方向に熱風を放射可能なスリットが乾燥ノズル６１の周面に形成されていてもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では、乾燥ノズル６１にはライナ１１の凸部４５に対応した箇所にのみスリット６３が形成される構成にしたが、この構成に限定されない。乾燥ノズル６１には、少なくともライナ１１の凸部４５に熱風を吹き付け可能な箇所にスリット６３が形成されていればよく、ライナ１１の凸部４５から外れた位置に向けて噴射するスリット６３が形成されていてもよい。例えば、乾燥ノズル６１にはライナ１１の凸部４５に対応した２つのスリット６３の間に、さらにスリット６３が形成されていてもよい。
【００３４】
また、本実施形態について説明したが、他の実施形態として実施形態および変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。さらに、本開示の技術は本実施の形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩または派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【符号の説明】
【００３５】
１０：高圧タンク、１１：ライナ、１２：繊維強化樹脂層、１７：胴体部、４５：凸部
【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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