(57)【要約】【課題】ガス充填パイプの出口で強い衝撃波が発生することを抑制可能な技術を提供する。【解決手段】タンクは、タンク本体と、タンク本体の一端に設けられたバルブと、を備え、バルブは、該タンク内部へ伸長し、外部からタンク本体内へガスを充填するためのガス充填パイプを有し、ガス充填パイプは、曲げ部と、曲げ部よりも上流の第１直線部と、曲げ部よりも下流の第２直線部とを有し、第１直線部の管断面における圧力分布の変化幅が、第２直線部の管断面における圧力分布の変化幅以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクであって、
タンク本体と、
前記タンク本体の一端に設けられたバルブと、を備え、
前記バルブは、該タンク内部へ伸長し、外部から前記タンク本体内へガスを充填するためのガス充填パイプを有し、
前記ガス充填パイプは、曲げ部と、前記曲げ部よりも上流の第１直線部と、前記曲げ部よりも下流の第２直線部とを有し、
前記第１直線部の管断面における圧力分布の変化幅が、前記第２直線部の管断面における圧力分布の変化幅以上である、タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
タンクは、一般的に、内部に収容された高圧ガスを外部に導出したり、外部からガスを内部に充填するためのバルブを備えている。特許文献１に記載されたタンクのバルブは、充填される高圧ガス（燃料ガス）を所定角度傾けて内部に噴出する噴流偏向ピースを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７８５８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された噴流偏向ピースを、例えば、所定角度傾いたガス充填パイプによって代えた場合、ガス充填パイプの傾斜部分において、縮流が生じ流速が増大することによって、噴出口で強い衝撃波が発生する場合がある。この場合、ガス充填パイプに振動が発生し、損傷するおそれがある。そのため、ガス充填パイプの出口で強い衝撃波が発生することを抑制可能な技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、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。
【０００６】
本発明の一形態によれば、タンクが提供される。このタンクは、タンク本体と；前記タンク本体の一端に設けられたバルブと、を備え；前記バルブは、該タンク内部へ伸長し、外部から前記タンク本体内へガスを充填するためのガス充填パイプを有し；前記ガス充填パイプは、曲げ部と、前記曲げ部よりも上流の第１直線部と、前記曲げ部よりも下流の第２直線部とを有し；前記第１直線部の管断面における圧力分布の変化幅が、前記第２直線部の管断面における圧力分布の変化幅以上である。この形態のタンクによれば、曲げ部よりも上流の第１直線部の管断面における圧力分布の変化幅が、曲げ部よりも下流の第２直線部の管断面における圧力分布の変化幅よりも大きいため、第２直線部で縮流が発生することを抑制できる。そのため、ガス充填パイプの出口で強い衝撃波が発生することを抑制することができる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンクの製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】タンクの概略構造を示す断面図である。
【図２】ガス充填パイプの拡大図である。
【図３】ガス充填パイプのシュリーレン画像の参考図である。
【図４】本実施形態におけるガス充填パイプのシュリーレン画像である。
【図５】図３におけるガス充填パイプに高圧ガスを充填した場合の参考図である。
【図６】本実施形態におけるガス充填パイプに高圧ガスを充填した場合の説明図である。
【図７】衝撃波の強さを比較したグラフである。
【図８】第２実施形態におけるガス充填パイプの拡大図である。
【図９】第３実施形態におけるガス充填パイプの拡大図である。
【図１０】変形例におけるガス充填パイプの拡大図である。
【図１１】変形例におけるガス充填パイプの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の一実施形態におけるタンク１００の概略構造を示す断面図である。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。タンク１００は、タンク本体１０と、バルブ３０とを備える。
【００１０】
タンク本体１０は、円筒部１２と円筒部１２の両端に設けられた二つのドーム部１４とを有する。タンク本体１０は、例えばポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等の高圧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、タンク本体１０は樹脂製としたが、金属製であってもよい。円筒部１２およびドーム部１４の外周には補強層２０が形成されている。補強層２０は、例えば、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）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、タンク本体１０の外周に巻き付けることによって形成されている。
【００１１】
バルブ３０は、タンク１００の一端、より具体的には一方のドーム部１４の頂部に設けられた口金１５に設けられている。本実施形態において、口金１５は、タンク本体１０の長手方向一端だけに設けられているが、両端に設けられてもよい。バルブ３０は、タンク１００内部へ伸長し、外部からタンク本体１０内へガスを充填するためのするガス充填パイプ４０を有する。タンク１００には、バルブ３０からガス充填パイプ４０を介して高圧ガスが充填される。
【００１２】
ガス充填パイプ４０は、曲げ部４１と、曲げ部４１よりも上流（バルブ３０側）の第１直線部４２と、曲げ部４１よりも下流（バルブ３０と反対側）の第２直線部４３と、噴出口４４を有する。本実施形態において、噴出口４４は、ガス充填パイプ４０の出口とも言う。
【００１３】
図２は、ガス充填パイプ４０の拡大図である。本実施形態において、第２直線部４３のタンク１００の中心軸に対する傾き（角度θ）は、噴出口４４から噴出する高圧ガスがタンク１００の軸方向中央の内壁に向くように定められている。これにより、ガス充填時に、バルブ３０と逆側である、タンク１００の底側の温度が予め定められた温度よりも高くなる過昇温の発生を抑制できる。また、ガスを攪拌しながら充填でき、タンク１００内の温度分布を均一化して充填できるため、充填時間を短縮することができる。
【００１４】
本実施形態において、曲げ部４１の曲げ半径Ｒは、第１直線部４２の内径ｄ１の１０倍である。曲げ半径Ｒは、内径ｄ１の１０倍以上であることが好ましい。なお、曲げ半径Ｒとは、曲げ部４１の内径と外径とのうちの外径側における値である。本実施形態において、第１直線部４２の内径は一定の大きさである。
【００１５】
図３は、ガス充填パイプ４０Ａのシュリーレン画像の参考図であり、図４は、本実施形態におけるガス充填パイプ４０のシュリーレン画像である。図３、４は、シュリーレン法により、第１直線部４２および第２直線部４３の管断面の圧力分布を可視化した図である。シュリーレン法とは、透明な材料で形成したガス充填パイプ４０を平行光束の中に設置し、高圧ガスが流入しているガス充填パイプ４０、４０Ａ内を通過した平行光束を凹面鏡などで集束し、その焦点を遮ることでガス充填パイプ４０、４０Ａ内のガスの密度（圧力）分布を屈折率の相違による明暗のコントラストで可視化する方法である。なお、圧力勾配の大きい部位が高輝度となり、図３、４では白色（ハッチングが付されていない領域）で示している。
【００１６】
図３、４における破線のグラフは、圧力分布を示している。本実施形態において、このグラフの勾配が有意に大きくなる幅を「圧力分布の変化幅」という。図３に示した参考図では、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１ａは、第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２ａよりも小さい。これに対して、図４に示す、本実施形態のシュリーレン画像では、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１は、第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２よりも大きい。なお、本実施形態において、変化幅ｂ１は変化幅ｂ２と等しくてもよい。
【００１７】
図５は、図３におけるガス充填パイプ４０に高圧ガスを充填した場合の参考図である。図５で示すように、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１ａが、第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２ａよりも小さい場合、噴出口４４で強い衝撃波であるマッハディスクが発生する。マッハディスクとは、マッハ数が高い時に形成される衝撃波であり、噴出口４４から噴射されたガスが形成する円状の衝撃波である。
【００１８】
図６は、本実施形態におけるガス充填パイプ４０に高圧ガスを充填した場合の説明図である。図６で示すように、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１が、第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２以上の場合、噴出口４４では弱い衝撃波であるショックセルが発生する。ショックセルとは、マッハ数が低い時に形成される衝撃波であり、噴出口４４から噴射されたガスが形成する多角形状の衝撃波である。
【００１９】
図７は、衝撃波の強さを比較したグラフである。衝撃波の強さは、噴出口４４からマッハディスクおよびショックセルまでの距離Ｌを指標として表すことができる。距離Ｌが大きいほど衝撃波が強くなる。本実施形態における噴出口４４からショックセルまでの距離Ｌｓ（図６）は０．８５ｍｍ程度となっている。比較例として、図３に示したガス充填パイプ４０Ａにおける衝撃波の強さを示す。比較例の噴出口４４からマッハディスクまでの距離Ｌｍ（図５）は１．００ｍｍ程度となっている。図７に示すように、本実施形態では、曲げ半径Ｒを内径ｄ１の１０倍とすることで、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１が第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２よりも大きくなった。従って、曲げ半径Ｒを少なくとも内径ｄ１の１０倍以上とすることで、噴出口４４で発生する衝撃波、換言すると、ガス充填パイプ４０の出口で発生する衝撃波が弱くなると推測できる。
【００２０】
以上で説明した本実施形態のタンク１００によれば、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１が第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２よりも大きい。そのため、第２直線部４３で慣性による縮流が発生することを抑制でき、ガス充填パイプ４０の出口で強い衝撃波が発生することを抑制することができる。この結果、ガス充填パイプ４０に振動が発生して損傷する可能性を低減することができる。
【００２１】
なお、曲げ半径Ｒは、第１直線部４２の内径ｄ１の１０倍以上であることが好ましいが、これより小さくてもよい。
【００２２】
Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態におけるガス充填パイプ４０Ｂの拡大図である。本実施形態のガス充填パイプ４０Ｂは、内径ｄ１および曲げ部４１の流路内径ｄｖの大きさが、第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。流路内径ｄｖとは、曲げ部４１における最大内径を指す。
【００２３】
本実施形態において、流路内径ｄｖは、第１直線部４２の内径ｄ１の１．５倍である。流路内径ｄｖは、内径ｄ１の１．５倍以上である事が好ましい。本実施形態では、流路内径ｄｖと、第２直線部４３における最大内径である内径ｄ２とは同程度の大きさであるが、内径ｄ２の大きさは、任意に定めることができる。
【００２４】
以上で説明した本実施形態のタンク１００によれば、曲げ部４１の流路内径ｄｖは、第１直線部４２の内径ｄ１の１．５倍以上であり、この構成でも、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１が第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２よりも大きくなる。そのため、第２直線部４３で慣性による縮流が発生することを抑制でき、ガス充填パイプ４０Ｂの出口で強い衝撃波が発生することを抑制することができる。この結果、ガス充填パイプ４０Ｂに振動が発生して損傷する可能性を低減することができる。
【００２５】
なお、流路内径ｄｖは、第１直線部４２の内径ｄ１の１．５倍以上であることが好ましいが、これより小さくてもよい。
【００２６】
Ｃ．第３実施形態：
図９は、第３実施形態におけるガス充填パイプ４０Ｃの拡大図である。本実施形態のガス充填パイプ４０Ｃは、第２直線部４３内に整流板５０を備えている点が、第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。整流板５０は、高圧ガスの流れを整流するので、第２直線部４３の管断面における圧力分布の変化幅ｂ２（図４）を、第１直線部４２の管断面における圧力分布の変化幅ｂ１よりも小さくすることができる。
【００２７】
以上で説明した本実施形態のタンク１００によれば、第１直線部４２の管断面における圧力の変化幅ｂ１が第２直線部４３の管断面における圧力の変化幅ｂ２よりも大きい。そのため、第２直線部４３で慣性による縮流が発生することを抑制でき、ガス充填パイプ４０Ｃの出口で強い衝撃波が発生することを抑制することができる。この結果、ガス充填パイプ４０Ｃに振動が発生して損傷する可能性を低減することができる。
【００２８】
Ｄ．変形例：
図１０、１１は、本変形例におけるガス充填パイプ４０Ｄ、４０Ｅの拡大図である。上記実施形態において、第１直線部４２の内径は、一定の大きさである。これに対して、図１０に示すように、第１直線部４２の途中から徐々に内径が拡大していてもよく、図１１に示すように、第１直線部４２の内径が急激に大きくなっていてもよい。なお、これらの場合における内径ｄ１とは、第１直線部４２における最大内径を指す。
【００２９】
本発明は、上述の実施形態や変形例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、変形例中の技術的特徴は、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。
【符号の説明】
【００３０】
１０…タンク本体
１２…円筒部
１４…ドーム部
１５…口金
２０…補強層
３０…バルブ
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ…ガス充填パイプ
４１…曲げ部
４２…第１直線部
４３…第２直線部
４４…噴出口
５０…整流板
１００…タンク
Ｒ…曲げ半径
ｄ１、ｄ２…内径
ｄｖ…流路内径
【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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