(57)【要約】【課題】製造リードタイムを短縮しながらも、耐圧性能を高めることが可能な水素タンクの製造方法を提供する。【解決手段】水素タンク１の製造は、金属材料によって形成された中空容器２の開口部２２１に口金５を取り付けるとともに、口金５と一体になったプリフォーム３１を中空容器２の内部に挿入する第１工程と、開口部２２１に取り付けられた口金５を介してブローすることにより、プリフォーム３１を膨張させて中空容器２と一体化させる第２工程と、中空容器２の外側面２ｂに、中空容器２を補強する補強層４を形成する第３工程と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素タンクの製造方法であって、
金属材料によって形成された中空容器の開口部に口金を取り付けるとともに、該口金と一体になったプリフォームを該中空容器の内部に挿入する第１工程と、
前記開口部に取り付けられた前記口金を介してブローすることにより、前記プリフォームを膨張させて前記中空容器と一体化させる第２工程と、
前記中空容器の外側面に、該中空容器を補強する補強層を形成する第３工程と、を含む、水素タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムを搭載し、燃料電池が発生させる電力を用いて走行する燃料電池車両の開発が進められている。燃料電池は、主に水素ガスと酸化剤ガスとの供給を受け、電気化学反応を生じさせることによって電力を発生させる。
【０００３】
また、燃料電池車両には、水素ガスを貯蔵する水素タンクが搭載される。水素ガスは７００〜２０００気圧という高圧で貯蔵されるため、水素タンクには高い耐圧性能が要求される。重量の軽減のため、樹脂材料を用いて形成した水素タンクが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、水素タンクの製造方法が開示されている。当該水素タンクは、その内部に配置されるタンクライナと、当該タンクライナの外部に設けられる補強層と、を有している。タンクライナは、樹脂材料を射出成形することによって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の製造方法では、タンクライナは、予め形成された２つの分割体を接合することによって形成されている。前述したように水素タンクには高い耐圧性能が要求されることから、分割体の接合作業には高い精度が要求される。このため、特許文献１記載の製造方法は、リードタイムの悪化を招くという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造リードタイムを短縮しながらも、耐圧性能を高めることが可能な水素タンクの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る水素タンクの製造方法は、金属材料によって形成された中空容器の開口部に口金を取り付けるとともに、口金と一体になったプリフォームを中空容器の内部に挿入する第１工程と、開口部に取り付けられた口金を介してブローすることにより、プリフォームを膨張させて中空容器と一体化させる第２工程と、中空容器の外側面にカーボンファイバを捲回することにより、中空容器を補強する補強層を形成する第３工程と、を含む。
【０００９】
上記方法によれば、タンクライナをブロー成形によって形成するため、接合によりタンクライナを形成する工程が不要となる。したがって、製造リードタイムを短縮することが可能になる。
【００１０】
また、上記方法によれば、中空容器の内部でプリフォームをブローするため、ブロー成形のみに用いる金型は不要である。換言すれば、上記方法によれば、ブロー成形の金型として機能する中空容器は、ブロー成形後に水素タンクを構成する部材として用いられる。一般的に、ブロー成形において金型に作用する圧力は、射出成形において金型に作用する圧力よりも小さい。したがって、上記方法では、比較的薄肉の中空容器を採用することが可能になる。この結果、水素タンクの重量の増加を抑制しながらも、金属材料によって形成された中空容器を用いて、水素タンクの耐圧性能を高めることが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製造リードタイムを短縮しながらも、耐圧性能を高めることが可能な水素タンクの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る水素タンクの断面図である。
【図２】挿入工程を示す断面図である。
【図３】ブロー工程を示す断面図である。
【図４】捲回工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１４】
まず、図１を参照しながら、実施形態に係る水素タンク１の構成について説明する。水素タンク１は、不図示の燃料電池車両に搭載された燃料電池システムの一部を構成する。水素タンク１は、内部に空間１０が形成された容器であり、その形状は、中心線ＣＡを中心として略回転対称である。図１は、この中心線ＣＡを含む平面における水素タンク１の断面図である。
【００１５】
水素タンク１は、中空容器２と、タンクライナ３と、補強層４と、口金５と、を備えている。
【００１６】
中空容器２は、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金等、所定の剛性を発揮する金属材料によって形成されている。中空容器２は、鋼板を圧延することによって形成されており、胴部２１と、側壁２２，２３と、を有している。胴部２１は、中心線ＣＡに沿って延びる筒形状を呈している。側壁２２，２３は、胴部２１の端部に配置され、胴部２１の両端部を閉塞している。側壁２２は、中空容器２の内外を連通する開口部２２１が開設されている。
【００１７】
タンクライナ３は、中空容器２の内部に配置されている。タンクライナ３は、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂材料によって形成されている。タンクライナ３は、中空容器２の内側面２ａ全体を被覆している。
【００１８】
補強層４は、中空容器２の外側面２ｂを被覆するように配置されている。詳細には、補強層４は、胴部２１に相当する部分の外側面２ｂを被覆している。補強層４は、例えば、エポキシ樹脂を炭素繊維で強化してなるＦＲＰ層（ＣＦＲＰ）である。エポキシ樹脂以外にも、例えば、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、等を採用することができる。補強層４を形成する材料は、その線膨張係数が、タンクライナ３を形成する樹脂材料の線膨張係数よりも小さいものであることが好ましい。
【００１９】
口金５は、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料によって形成された部材である。口金５は、筒状部５１と、フランジ部５２と、を有している。筒状部５１は筒形状を呈し、その内部に通路５１ａが形成されている。フランジ部５２は、筒状部５１の外周面から径方向に突出するように形成されている。口金５は、筒状部５１が中空容器２の開口部２２１に配置されるとともに、フランジ部５２が側壁２２と当接するように取り付けられる。中空容器２への口金５の取り付けは、ねじによる螺合、溶接、ろう付け等、種々の方法を採用することができる。
【００２０】
上述のように、水素タンク１は、中空容器２、タンクライナ３、補強層４から成る多層構造の外殻を有する容器である。水素タンク１は、水素ステーション等において供給される水素ガスを、口金５の通路５１ａを介して流入させ、空間１０で貯蔵する。また、水素タンク１は、空間１０で貯蔵している水素ガスを、口金５の通路５１ａを介して外部に流出させる。流出した水素ガスは、不図示の配管によって燃料電池に導かれ、発電時の電気化学反応に消費される。口金５は、通路５１ａの開放と閉止とを切り替えるバルブ機能を有していてもよい。
【００２１】
次に、図２から図４を参照しながら、水素タンク１の製造方法について説明する。当該製造方法は、少なくとも、挿入工程と、ブロー工程と、捲回工程と、を含んでいる。図２から図４は、いずれも中心線ＣＡを含む平面における断面図である。
【００２２】
図２は、挿入工程の様子を示している。挿入工程では、中空容器２の内部に形成された空間２０に、プリフォーム３１を矢印Ａで示されるように挿入する。プリフォーム３１は、タンクライナ３の原型であり、その一端が閉塞されるとともに、他端は口金５の筒状部５１の端部と一体になっている。プリフォーム３１は予め加熱され、軟化している。また、中空容器２の内側面２ａには、不図示の圧力硬化性樹脂が予め塗布されている。
【００２３】
挿入工程は、口金５のフランジ部５２が、側壁２２と当接するように取り付けられることで完了する。中空容器２の空間２０に挿入されたプリフォーム３１は、内側面２ａとの間に隙間を隔てて配置される。
【００２４】
図３は、挿入工程後に行われるブロー工程の様子を示している。ブロー工程では、矢印Ｂで示されるように、口金５の通路５１ａを介して、プリフォーム３１の内部の空間３１０に空気が供給される。プリフォーム３１は、供給される空気の圧力によって膨張する。このとき、口金５の通路５１ａから不図示の管状部材を挿入し、当該管状部材を介して空気を供給してもよい。
【００２５】
膨張するプリフォーム３１は、中空容器２の内側面２ａに密着する。当該プリフォーム３１が冷却されて硬化することにより、中空容器２の内側面２ａに沿う形状のタンクライナ３が形成される。
【００２６】
また、膨張するプリフォーム３１は、内側面２ａに塗布されている圧力硬化性樹脂を加圧する。この際、圧力硬化性樹脂は、プリフォーム３１の表面の凹凸に進入する。したがって、加圧された圧力硬化性樹脂が硬化すると、タンクライナ３はアンカー効果によって内側面２ａに密着する。
【００２７】
図４は、ブロー工程後に行われる捲回工程の様子を示している。捲回工程では、例えばエポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸したカーボン繊維４１が用いられる。カーボン繊維４１は、フィラメントワインディング法により、中空容器２の外側面２ｂに捲回される。
【００２８】
カーボン繊維４１は、中空容器２の側壁２２，２３に捲回されることなく、胴部２１のみに捲回される。カーボン繊維４１は、胴部２１の外側面２ｂにおいて所定の厚みを形成するために、重畳するように捲回される。捲回後、カーボン繊維４１に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることにより、外側面２ｂを被覆する補強層４（図１参照）が形成される。
【００２９】
このような水素タンク１の製造方法によれば、タンクライナ３をブロー成形によって形成するため、接合によりタンクライナ３を形成する工程が不要となる。したがって、製造リードタイムを短縮することが可能になる。
【００３０】
また、上記方法によれば、中空容器２の内部でプリフォーム３１をブローするため、ブロー成形のみに用いる金型は不要である。換言すれば、上記方法によれば、ブロー成形の金型として機能する中空容器２は、ブロー成形後に水素タンク１を構成する部材として用いられる。一般的に、ブロー成形において金型に作用する圧力は、射出成形において金型に作用する圧力よりも小さい。したがって、上記方法では、比較的薄肉の中空容器２を採用することが可能になる。この結果、水素タンク１の重量の増加を抑制しながらも、金属材料によって形成された中空容器２を用いて、水素タンク１の耐圧性能を高めることが可能になる。
【００３１】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：水素タンク  ２：中空容器  ３：タンクライナ  ４：補強層  ５：口金  ３１：プリフォーム
【図１】
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【図２】
2018083391.tif 000004
【図３】
2018083391.tif 000005
【図４】
2018083391.tif 000006