(57)【要約】【課題】耐圧性を向上させることができる高圧タンクを得る。【解決手段】円筒状に形成された胴体部１２の両端部内にこの両端部を閉塞するように一対の口金２０がそれぞれ挿入されている。胴体部１２の外周面１８には、胴体部１２の周方向を繊維方向とする繊維強化樹脂により構成された第１補強層１４が設けられている。したがって、胴体部１２は、周方向及び径方向の耐圧性が向上されている。ここで、第１補強層１４と一体化された第２補強層１６が設けられている。この第２補強層１６は、軸方向視にて口金２０の中心部２８を通って配設された繊維を含んだ繊維強化樹脂により構成されている。したがって、胴体部１２における軸方向の端部に軸方向に沿って軸方向外側へ向けた荷重が入力された場合でも、第２補強層１６によって軸方向外側への荷重を偏り無く受け止めることができる。これにより、高圧タンク１０の耐圧性を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方の端部が開口された胴体部と、
前記胴体部の開口された前記端部の内部に少なくとも一部が挿入されることで前記端部を閉塞した口金と、
前記胴体部の外周面に設けられると共に前記胴体部の周方向を繊維方向とする繊維強化樹脂により構成された第１補強層と、
前記胴体部の軸方向視にて前記口金の中心部を通ると共に、前記胴体部の軸方向に直交する方向視にて前記胴体部の軸方向に平行に配設された繊維を含んだ繊維強化樹脂により構成されかつ前記第１補強層と一体化された第２補強層と、
を有する高圧容器。
【請求項２】
前記口金における前記胴体部の軸方向の外側端部には、外周側に前記胴体部の軸方向の外側へ突出された突出部が設けられており、
当該突出部には、内部に前記胴体部の内部と外部とを連通する連通流路と、外部から挿入される締結部材を介して複数の前記口金を連結する連結部材が締結可能とされた締結孔とが設けられていると共に、
前記連結部材の内部には、前記連結部材の外部と連通された連結流路が設けられており、前記締結部材の内部に設けられた内部流路を介して前記口金の連通流路と前記連結部材の連結流路とが連通されている、
請求項１記載の高圧容器。
【請求項３】
前記口金には、前記胴体部の軸方向視にて前記突出部が前記口金の中心部を挟んで一対設けられている、
請求項２記載の高圧容器。
【請求項４】
前記口金における前記胴体部の内部に挿入された部位には、前記胴体部の内部に向かって開口しかつ前記胴体部の軸方向外側へ向かって凹んだ凹部が形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の高圧容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、容器としての高圧水素タンクが開示されている。この高圧水素タンクは、樽型に形成されたライナと、ライナに巻き付けられかつ繊維強化樹脂により構成された補強層とを含んで構成されている。この構成により、ライナの剛性が高められているため、高圧の水素を内部に収容可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８８７９４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に開示された高圧水素タンクは、樽型の大きなものであるため、この高圧水素タンクを車両へ搭載するためにキャビン空間やラゲッジ空間が減少する場合がある。つまり、車両スペースを効率的に利用できない可能性がある。この点を解決するため、車両の空いているスペースに配置できる程度の小径の円筒状タンクを複数設けることが考えられる。しかしながら、円筒状タンクの場合、軸方向の両端部を閉塞するために口金を設ける必要があるが、タンク内部の流体の圧力によって口金にはタンク本体から離脱させる方向に荷重が発生する。したがって、車両スペースを効率的に利用しながらタンクの耐圧性を向上させるためには改良の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、容器の耐圧性を向上させることができる高圧容器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明に係る高圧容器は、円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方の端部が開口された胴体部と、前記胴体部の開口された前記端部の内部に少なくとも一部が挿入されることで前記端部を閉塞した口金と、前記胴体部の外周面に設けられると共に前記胴体部の周方向を繊維方向とする繊維強化樹脂により構成された第１補強層と、前記胴体部の軸方向視にて前記口金の中心部を通ると共に、前記胴体部の軸方向に直交する方向視にて前記胴体部の軸方向に平行に配設された繊維を含んだ繊維強化樹脂により構成されかつ前記第１補強層と一体化された第２補強層と、を有している。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、胴体部は、円筒状に形成されると共に、胴体部の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する）の少なくとも一方の端部が開口されており、端部の内部に口金の少なくとも一部が挿入されることで端部が閉塞されている。胴体部の外周面には、胴体部の周方向を繊維方向とする繊維強化樹脂により構成された第１補強層が設けられている。したがって、胴体部は、周方向及び径方向の耐圧性が向上されている。
【０００８】
ここで、第１補強層と一体化された第２補強層が設けられている。この第２補強層は、第１補強層と同様に繊維強化樹脂により構成されており、第２補強層の繊維は、軸方向視にて口金の中心部を通って配設されている。したがって、胴体部における軸方向の端部に軸方向に沿って軸方向外側へ向けた荷重が入力された場合でも、第２補強層及びこの第２補強層と一体化された第１補強層によって軸方向外側への荷重を偏り無く受け止めることができる。また、第２補強層の繊維は、軸方向にて直交する方向視にて軸方向に平行に配設されている。つまり、繊維の繊維方向と軸方向とが同一方向となるため、軸方向外側への荷重を第２補強層の繊維にてより確実に受け止めることができる。このため、高圧容器自体の軸方向の耐圧性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明に係る高圧容器は、請求項１記載の発明において、前記口金における前記胴体部の軸方向の外側端部には、外周側に前記胴体部の軸方向の外側へ突出された突出部が設けられており、当該突出部には、内部に前記胴体部の内部と外部とを連通する連通流路と、外部から挿入される締結部材を介して複数の前記口金を連結する連結部材が締結可能とされた締結孔とが設けられていると共に、前記連結部材の内部には、前記連結部材の外部と連通された連結流路が設けられており、前記締結部材の内部に設けられた内部流路を介して前記口金の連通流路と前記連結部材の連結流路とが連通されている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、口金における軸方向の外側端部には、外周側に軸方向外側へ突出された突出部が設けられている。口金の突出部には、内部に胴体部の内部と外部とを連通する連通流路と、外部から締結部材が挿入されかつ締結可能とされた締結孔が設けられている。この連通流路は、締結部材の内部に設けられた内部流路を介して連結部材の外部に連通された連結流路と連通されている。このため、口金の突出部を経由して高圧容器の内部の流体を外部へ供給したり、外部から高圧容器内に流体を収容することができる。したがって、口金には、突出部以外に連通孔を設ける必要がないため、第２補強層の繊維を突出部以外の部位により多く配設させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係る高圧容器は、請求項２に記載の発明において、前記口金には、前記胴体部の軸方向視にて前記突出部が前記口金の中心部を挟んで一対設けられている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、口金には、軸方向視にて突出部が口金の中心部を挟んで一対設けられているため、連結部材は口金へ一対の締結部材を介して締結される。したがって、連結部材の口金への取付剛性を向上させることができる。
【００１３】
また、突出部は、口金の中心部以外の部位に設けられているため、第２補強層の繊維を、口金の中心部を通るように配設させることができる。したがって、第２補強層の繊維が口金の中心部以外の部位を通って配設されることで繊維が口金上を滑って口金に掛からなくなるのを防ぐことができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明に係る高圧容器は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記口金における前記胴体部の内部に挿入された部位には、前記胴体部の内部に向かって開口しかつ前記胴体部の軸方向外側へ向かって凹んだ凹部が形成されている。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、口金における胴体部の内部に挿入された部位には、胴体部の内部に向かって開口しかつ胴体部の軸方向外側へ向かって凹んだ凹部が形成されている。したがって、高圧容器内部の容量を凹部によってさらに増加させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の本発明に係る高圧容器は、容器の耐圧性を向上させることができるという優れた効果を有する。
【００１７】
請求項２記載の本発明に係る高圧容器は、軸方向の耐圧性をより向上させることができるという優れた効果を有する。
【００１８】
請求項３記載の本発明に係る高圧容器は、連結部材の口金への取り付け状態を安定させることができる。
【００１９】
請求項４記載の本発明に係る高圧容器は、内部容量を増加させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態に係る高圧容器を示す概略側面図である。
【図２】一実施形態に係る高圧容器の主要部分を軸方向に沿って切断した状態を示す拡大断面図である。
【図３】一実施形態に係る高圧容器の口金の軸方向外側端部における第２補強層の繊維を軸方向視にて概略的に示す概略図である。
【図４】一実施形態に係る高圧容器を軸方向内側から見た状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態について説明する。
【００２２】
図示しない車両に設けられたタンクモジュールは、図１に示される高圧容器としての高圧タンク１０を複数組み合わせることで構成されており、一例として、燃料電池車両のフロアパネル（不図示）の車両下方側に複数並べた高圧タンク１０同士を連結させた構成とされている。
【００２３】
高圧タンク１０は、一例として車両幅方向又は車両前後方向を軸方向（長手方向）とする略円柱状に形成されている。この高圧タンク１０は、図２に示されるように、胴体部１２と、第１補強層１４と、第２補強層１６と、を含んで構成されている。胴体部１２は、軸方向の両端部が開口された円筒状に形成されかつ一例としてアルミニウム合金により構成されている。なお、胴体部１２は、フロアパネルの車両下方側の空いているスペース内に収容可能な径寸法とされている。
【００２４】
第１補強層１４は、シート状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）とされていると共に、胴体部１２の外周面１８に巻き付けられている。この第１補強層１４の内部には、図示しない炭素繊維が胴体部１２の周方向に沿って配列されている。換言すると、第１補強層１４の繊維方向は、胴体部１２の周方向とされている。
【００２５】
高圧タンク１０の胴体部１２における軸方向一方側の端部と他方側の端部との内部には、一対の口金２０がそれぞれ挿入されている。口金２０は、軸方向外側に向かって凸となる略半球状に形成されている。この口金２０は、胴体挿入部２２と、連通流路２４と、突出部３０とを有している。胴体挿入部２２は、胴体部１２に対応した位置に配置されており、軸方向内側へ向かって突出されかつ胴体部１２の内部に向かって開口された後述する凹部３２を有する略円筒状に形成されている。胴体挿入部２２の外周面２３は、胴体部１２の内周面と対向されている。
【００２６】
胴体挿入部２２の内部に設けられている凹部３２は、軸方向外側へ向かって凹形状とされている。この凹部は、テーパー部３４と半球部３６とを有しており、テーパー部３４は、胴体挿入部２２の先端部における端面３８側に配設されていると共に軸方向外側へ向かって縮径するように形成されている。また、半球部３６は、凹部３２の軸方向外側に配設されていると共に略半球状に形成されている。なお、半球部３６には、連通流路２４の開口が設けられている。
【００２７】
胴体挿入部２２には、パッキン収容部２６が設けられており、このパッキン収容部２６にＯリング２７が収められている。Ｏリング２７は、胴体部１２の径方向に沿って弾性的に変形することで、胴体部１２の内周面に当接されている。
【００２８】
胴体挿入部２２の端面３８には、複数（本実施形態では一例として４つ）の締結孔５４が形成されている（図４参照）。また、端面３８には、円盤状に形成された保持板５６が当接されており、この保持板５６は、軸方向視にて中心部に口金２０の凹部３２と連続する連通孔６０が形成されている。さらに、保持板５６には、端面３８の締結孔５４に対応した位置に板厚方向に貫通された貫通孔６２が形成されており、この貫通孔６２と端面３８の締結孔５４とにボルト６４をそれぞれ挿通させて締結することで、端面３８に保持板５６が取り付けられている。なお、保持板５６の径は、胴体挿入部２２の一般部（パッキン収容部２６以外の部位）と略同一に設定されている。つまり、保持板５６の外周面６８は、胴体部１２の内周面と対向されている。以上の口金２０における胴体挿入部２２によって、胴体部１２の軸方向一方側の端部と他方側の端部とがそれぞれ閉塞されている。
【００２９】
突出部３０は、口金２０における軸方向の外側の端部としての軸方向外側端部７２の外周側に設けられている。具体的には、突出部３０は、図３に示されるように、軸方向視にて口金２０の軸方向外側端部７２における軸Ｃに対応した中心部２８を挟んで一対設けられていると共に、図２に示されるように、軸方向外側へ向かって突出された円柱状に形成されている。突出部３０の内部には、内周面にねじ切り部が形成されている締結孔７４が形成されていると共に、一方の突出部３０における締結孔７４の底部７６には、連通流路２４の開口が設けられている。
【００３０】
連通流路２４は、口金２０の内部に形成されている。この連通流路２４は、胴体挿入部２２の内部にてＬ字状に形成されており、胴体部１２ひいては高圧タンク１０の内外を連通する構成とされている。
【００３１】
口金２０の突出部３０には、連結部材４０が締結されている。連結部材４０は、一例として金属製の略板状に形成されており、複数並べた高圧タンク１０の突出部３０における軸方向外側端面４２に板厚方向一方側の端面４４が当接されている。また、連結部材４０における突出部３０の締結孔７４に対応した位置には、板厚方向に貫通された貫通孔４６がそれぞれ形成されている。なお、連結部材４０の内部には、板厚方向に直交する方向に沿って延設された複数の連結流路４８が形成されている。具体的には、連結流路４８は、貫通孔４６の側面に一方の開口が設けられている。また、連結流路４８の他方の開口は、隣接する図示しない高圧タンク１０における連通流路２４が設けられた締結孔７４に対応して形成された貫通孔４６の側面に設けられている。なお、連結部材４０の端部に設けられた連結流路４８は、他方の開口が連結部材４０の外部へと開口されている。
【００３２】
連結部材４０と口金２０とは、連結部材４０の貫通孔４６及び口金２０の突出部３０における締結孔７４に挿入及び螺合された締結部材としてのボルト５０、５２によって締結されている。このうち、連通流路２４が形成された締結孔７４に対応した連結部材４０の貫通孔４６には、軸方向外側と軸方向内側とにそれぞれ貫通孔４６の径方向外側へ切り欠かれたＯリング収容部４７、４９が形成されている。このＯリング収容部４７、４９の内部にそれぞれＯリング５１が収められており、Ｏリング５１は、貫通孔４６の径方向に沿って弾性的に変形することで、ボルト５０の図示しないねじ山に当接されている。
【００３３】
また、連通流路２４が形成された締結孔７４に螺合されるボルト５０には、先端部にボルト５０の径方向内側へ凹形状とされたＯリング収容部５８が形成されている。このＯリング収容部５８の内部にＯリング６１が収められており、Ｏリング６１は、ボルト５０の径方向に沿って弾性的に変形することで、締結孔７４の内周面に当接されている。
【００３４】
ボルト５０には、内部に内部流路６６が形成されている。この内部流路６６は、ボルト５０の軸方向に沿って連通された軸方向流路６６Ａと、ボルト５０の径方向に沿って連通された径方向流路６６Ｂとで形成されている。軸方向流路６６Ａは、ボルト５０の底面７０における中心部に開口を有している。また、径方向流路６６Ｂは、ボルト５０の外周面における連結部材４０の連結流路４８に対応した位置に開口を有している。したがって、高圧タンク１０の内部の流体は、口金２０の連通流路２４からボルト５０の内部流路６６を介して連結部材４０の連結流路４８へと流れることができる。以上の構成とされた連通流路２４、ボルト５０の内部流路６６及び連結流路４８が、複数の高圧タンク１０の内部同士を互いに連通しかつ連結部材４０の外部へ連通するように構成されている。なお、ボルト５０の径方向流路６６Ｂの開口から連結部材４０の連結流路４８へと流れる流体は、ボルト５０の図示しないねじ山同士の間を沿って流れながら連結部材４０の連結流路４８へと流れることが可能なため、必ずしもボルト５０の径方向流路６６Ｂの開口と連結部材４０の連結流路４８の開口とが対応した位置になくてもよい。
【００３５】
連結部材４０の連結流路４８には、図示しないバルブが設けられており、これにより連結流路４８内を流れる流体の量をコントロール可能とされている。そして、連結流路４８は、図示しない燃料電池スタック等に接続されている。
【００３６】
第２補強層１６は、第１補強層１４の径方向外側及び一対の口金２０の外側面に設けられている。この第２補強層１６は、内部に複数の繊維７８を有するＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）により構成されている（図３参照）。なお、図では、繊維７８を分かり易く示すため、実際より太さを誇張して図示すると共に、繊維７８の繊維方向を分かり易く示すため本数を少なく図示している。
【００３７】
図３に示されるように、第２補強層１６の繊維７８は、口金２０の軸方向外側端部７２に巻き付けられている。具体的には、軸方向視にて口金２０の中心部２８を通ってかつ口金２０の突出部３０以外の範囲に直線的に巻き付けられている。換言すると、繊維７８は、口金２０の軸方向外側端部７２の測地線を通って巻き付けられている。なお、口金２０の軸方向外側端部７２に巻き付けられた繊維７８は、図１に示されるように、軸方向に直交する方向視にて軸方向に沿って一方の口金２０から他方の口金２０へ向かって胴体部１２の第１補強層１４上に巻き付けられている。また、繊維７８は、他方の口金２０の軸方向外側端部７２にて一方の口金２０と同様に測地線を通って巻き付けられている。そして、繊維７８は、他方の口金２０から一方の口金２０へと軸方向に沿って第１補強層１４上に巻き付けられている。以上を複数回繰り返して層状（図中二点鎖線参照）にすることで、第２補強層１６が形成されている。そして、第２補強層１６と第１補強層１４とは、それぞれ胴体部１２及び口金２０に繊維７８を巻き付けた後に同一のタイミングで焼き固める工程を加えるため、一体化されている。なお、図２では、第１補強層１４と第２補強層１６とをそれぞれ分かり易く示すため、異なる部材として図示している。
【００３８】
（第１実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
【００３９】
本実施形態では、図２に示されるように、胴体部１２は、円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方の端部が開口されており、端部の内部に口金２０の胴体挿入部２２が挿入されることで端部が閉塞されている。胴体部１２の外周面１８には、胴体部１２の周方向を繊維方向とする繊維強化樹脂により構成された第１補強層１４が設けられている。したがって、胴体部１２は、周方向及び径方向の耐圧性が向上されている。
【００４０】
ここで、第１補強層１４と一体化された第２補強層１６が設けられている。この第２補強層１６は、第１補強層１４と同様に繊維強化樹脂により構成されており、第２補強層１６の繊維は、軸方向視にて口金２０の中心部２８を通って配設されている。したがって、胴体部１２における軸方向の端部に軸方向に沿って軸方向外側へ向けた荷重が入力された場合でも、第２補強層１６及びこの第２補強層１６と一体化された第１補強層１４によって軸方向外側への荷重を偏り無く受け止めることができる。また、第２補強層１６の繊維７８は、軸方向にて直交する方向視にて軸方向に平行に配設されている。つまり、繊維７８の繊維方向と軸方向とが同一方向となるため、軸方向外側への荷重を第２補強層１６の繊維７８にてより確実に受け止めることができる。このため、高圧タンク１０自体の軸方向の耐圧性を向上させることができる。これにより、高圧タンク１０の耐圧性を向上させることができる。
【００４１】
また、口金２０における軸方向外側端部７２には、外周側に軸方向外側へ突出された突出部３０が設けられている。口金２０の突出部３０には、内部に胴体部１２の内部と外部とを連通する連通流路２４と、外部からボルト５０が挿入されかつ締結可能とされた締結孔７４が設けられている。この連通流路２４は、ボルト５０の内部に設けられた内部流路６６を介して連結部材４０の外部に連通された連結流路４８と連通されている。このため、口金２０の突出部３０を経由して高圧タンク１０の内部の流体を供給したり、外部から高圧タンク１０内に流体を収容することができる。したがって、口金２０には、突出部３０以外に連通流路２４を設ける必要がないため、第２補強層１６の繊維７８を突出部３０以外の部位により多く配設させることができる。これにより、軸方向の耐圧性をより向上させることができる。
【００４２】
さらに、口金２０には、軸方向視にて突出部３０が口金２０の中心部２８を挟んで一対設けられているため（図３参照）、連結部材４０は口金２０へ一対のボルト５０、５２を介して締結される。したがって、連結部材４０の口金２０への取付剛性を向上させることができる。これにより、連結部材４０の口金２０への取り付け状態を安定させることができる。
【００４３】
さらにまた、突出部３０は、口金２０の中心部２８以外の部位に設けられているため、第２補強層１６の繊維７８を、口金２０の中心部２８を通るように配設させることができる。したがって、第２補強層１６の繊維７８が口金２０の中心部２８以外の部位を通って配設されることで繊維７８が口金２０上を滑って口金２０に掛からなくなるのを防ぐことができる。
【００４４】
また、口金２０における胴体部１２の内部に挿入された部位には、胴体部１２の内部に向かって開口しかつ胴体部１２の軸方向外側へ向かって凹んだ凹部３２が形成されている。したがって、高圧タンク１０内部の容量を凹部３２によってさらに増加させることができる。これにより、高圧タンク１０の内部容量を増加させることができる。
【００４５】
さらに、凹部３２は、略半球状に形成されていることから、高圧タンク１０内に高圧の流体が収容された場合でも、応力が一部に集中するのを抑制することができる。
【００４６】
なお、上述した第１実施形態では、口金２０に設けられた凹部３２は、略半球状に形成されているが、これに限らず、円筒状等のその他の形状に形成されていてもよい。
【００４７】
また、口金２０は、胴体部１２における軸方向一方側の端部と他方側の端部との内部にそれぞれ挿入された構成とされているが、これに限らず、胴体部１２における軸方向の少なくとも一方の端部のみに口金２０が設けられた構成としてもよい。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１０   高圧タンク（高圧容器）
１２   胴体部
１４   第１補強層
１６   第２補強層
１８   外周面
２０   口金
２２   胴体挿入部（胴体部の内部に挿入された口金の一部）
２４   連通流路
２８   中心部
３０   突出部
３２   凹部
４０   連結部材
４８   連結流路
５０   ボルト（締結部材）
５２   ボルト（締結部材）
６６   内部流路
７４   締結孔
７８   繊維
【図１】
2018179200.tif 000003
【図２】
2018179200.tif 000004
【図３】
2018179200.tif 000005
【図４】
2018179200.tif 000006