(57)【要約】【課題】水素ガスが充填された加圧状態の高圧タンクにおいて、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間の水素ガスの滞留を抑制する高圧タンク及び高圧タンクの製造方法を提供する。【解決手段】高圧タンクは、樹脂ライナー１２と、樹脂ライナー１２に形成された微小球２４を含む中間層２０と、樹脂を含浸した繊維を中間層２０に巻回して形成されたＦＲＰ層２２とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂ライナーと、
樹脂ライナーに形成された微小球を含む中間層と、
樹脂を含浸した繊維を中間層に巻回して形成されたＦＲＰ層と、
を有することを特徴とする高圧タンク。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧タンクにおいて、
前記微小球が、微小中空球であることを特徴とする高圧タンク。
【請求項３】
請求項２に記載の高圧タンクにおいて、
前記微小中空球が、マイクロバルーンであることを特徴とする高圧タンク。
【請求項４】
樹脂ライナーに微小球を含む樹脂を塗布して中間層を形成する工程と、
樹脂を含浸した繊維を中間層に巻回してＦＲＰ層を形成する工程と、
を有することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記ライナーに塗布される樹脂及び繊維に含浸される樹脂は、未硬化の状態の熱硬化性樹脂であることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記微小球が、微小中空球であることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記微小中空球が、マイクロバルーンであることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンク及び高圧タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンク等の高圧容器は、鉄等に比べ軽量であって強靱性を有するＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）部材が用いられ、ライナー表面にＦＲＰ部材からなるＦＲＰ層が形成されている。ここで、ＦＲＰ部材は、例えば、繊維と樹脂を含み、プラスチックが強化されたものである。
【０００３】
ＦＲＰ層を形成する方法として、例えば、フィラメントワインディング法（以下「ＦＷ法」ともいう）が知られており、このフィラメントワインディング法は、樹脂を含浸した繊維を、円筒状の基材に巻き付けて、ＦＲＰ層を形成する方法である。ＦＲＰ層を形成したのち、通常、熱硬化処理が施される。
【０００４】
また、特許文献１には、タンクライナの外周部に巻廻した強化繊維を樹脂で固化させた高圧ガスタンクにおいて、前記樹脂の少なくとも一部に熱伝導性の高い粉末を混入させて、タンク壁の熱伝導率を高め、高圧ガスタンク内に水素ガスを充填する際の発熱を放散させることが提案されている。ここで、熱伝導性の高い粉末として、銅粉が例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水素ガスが加圧充填された高圧タンクでは、高圧タンク内が加圧されているため、口金部近傍のライナーとＦＲＰ層との間及び口金部とＦＲＰ層との間がシールされた状態になっている。一方、高圧タンクのライナーとして樹脂ライナーを用いた場合、高圧タンク内の加圧された水素ガスは微量ながら徐々に樹脂ライナーを透過していくため、樹脂ライナーを透過した水素ガスは、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間に滞留してしまう場合がある。このような状態で高圧タンクが減圧されると、口金部近傍の樹脂ライナーとＦＲＰ層との間及び口金部とＦＲＰ層との間に隙間が生じ、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間に滞留していた高濃度の水素ガスが、一度に、口金部とＦＲＰ層との隙間から放出されることになる（図７，８参照）。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、水素ガスが充填された加圧状態の高圧タンクにおいて、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間の水素ガスの滞留を抑制する高圧タンク及び高圧タンクの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の高圧タンク及び高圧タンクの製造方法は以下の特徴を有する。
【０００９】
（１）樹脂ライナーと、樹脂ライナーに形成された微小球を含む中間層と、樹脂を含浸した繊維を中間層に巻回して形成されたＦＲＰ層と、を有する高圧タンクである。
【００１０】
水素ガスが加圧充填された高圧タンクにおいて、樹脂ライナーを透過した微量の水素ガスは、ガス排出経路となる樹脂ライナーに形成された微小球を含む中間層を介して高圧タンクの口金部に移動し、高圧タンクの外に安定的に放出される。これにより、加圧状態の高圧タンクにおいて、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間の水素ガスの滞留が抑制される。
【００１１】
（２）上記（１）に記載の高圧タンクにおいて、前記微小球が、微小中空球である。
【００１２】
微小中空球は強度が高いので、高圧下であっても潰れることなく、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間に形成された中間層が、ガス排出経路として機能し続けることができる。
【００１３】
（３）上記（２）に記載の高圧タンクにおいて、前記微小中空球が、マイクロバルーンである。
【００１４】
マイクロバルーンは、微小中空球の中でも高強度であるため、高圧下であっても潰れることなく、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間に形成された中間層が、ガス排出経路として機能し続けることができる。
【００１５】
（４）樹脂ライナーに微小球を含む樹脂を塗布して中間層を形成する工程と、樹脂を含浸した繊維を中間層に巻回してＦＲＰ層を形成する工程と、を有する高圧タンクの製造方法である。
【００１６】
ＦＲＰ層の形成前に、微小球を含む樹脂を樹脂ライナーに塗布して、ガス排出経路として機能する中間層を形成するので、加圧時の高圧タンクにおいて、樹脂ライナーから微量の水素ガスが透過したとしても、透過した水素ガスは中間層を介して高圧タンクの口金部に移動し、高圧タンクの外に安定的に放出される。これにより、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間に水素ガスが滞留することが抑制される。
【００１７】
（５）上記（４）に記載の高圧タンクの製造方法において、前記ライナーに塗布される樹脂及び繊維に含浸される樹脂は、未硬化の状態の熱硬化性樹脂である。
【００１８】
未硬化の状態の熱硬化性樹脂を用いることで、熱硬化後の樹脂ライナーと中間層とＦＲＰ層の密着性を向上させることができる。
【００１９】
（６）上記（４）又は（５）に記載の高圧タンクの製造方法において、前記微小球が、微小中空球である。
【００２０】
微小中空球は、微小中実球に比べ強度が高いので、得られた高圧タンクにおいて、高圧下であっても潰れることなく、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間に形成された中間層が、ガス排出経路として機能し続けることができる。
【００２１】
（７）上記（６）に記載の高圧タンクの製造方法において、前記微小中空球が、マイクロバルーンである。
【００２２】
マイクロバルーンは、微小中空球の中でも高強度であるため、得られた高圧タンクにおいて、高圧下であっても潰れることなく、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間に形成された中間層が、ガス排出経路として機能し続けることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、水素ガスが充填された加圧状態の高圧タンクにおいて、樹脂ライナーとＦＲＰ層との間の水素ガスの滞留が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明における高圧ボンベの構成の一例を示す断面図である。
【図２】図１の一点破線で囲んだＸ部分の拡大断面図である。
【図３】図２の一点破線で囲ったＹ部分の拡大断面図である。
【図４】本発明における中間層の形成工程の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明におけるＦＲＰ層の形成工程の一例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態における高圧タンクの製造方法の一例を説明するフローチャートである。
【図７】従来の水素充填後の加圧及び放置時の高圧タンクの状態の一例を示す口金付近の断面図である。
【図８】従来の減圧時の高圧タンクの状態の一例を示す口金部付近の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２６】
図７に示すように、例えば、従来の高圧タンクにおいて、水素ガスが充填されている時、高圧タンク内は加圧されているため、口金部１６近傍の樹脂ライナー１２とＦＲＰ層２２との間及び口金部１６とＦＲＰ層２２との間がシールされた状態になる。一方、高圧タンク内の加圧された水素ガスは微量ながら徐々に樹脂ライナー１２を透過していき（図７の矢印で示すように）、樹脂ライナー１２を透過した水素ガスは、樹脂ライナー１２とＦＲＰ層２２との間８０に滞留してしまう場合がある。このような状態で高圧タンクが減圧されると、図８に示すように、口金部１６近傍の樹脂ライナー１２とＦＲＰ層２２との間及び口金部１６とＦＲＰ層２２との間に隙間が生じ、加圧時に樹脂ライナー１２とＦＲＰ層２２との間に滞留していた高濃度の水素ガス９０が、一度に、口金部１６とＦＲＰ層２２との隙間８２から放出されることになる。
【００２７】
そこで、以下に、水素ガスが充填された加圧状態の高圧タンクにおける樹脂ライナーとＦＲＰ層との間の水素ガスの滞留を抑制する、本発明の高圧タンク及び高圧タンク製造方法の一例を挙げる。なお、以下に示すものは一例であって、これに限定されるものではない。
【００２８】
本実施の形態における高圧タンクの構造の一例を図１に示す。図１に示すように、高圧タンク１０は、中空の樹脂ライナー１２の両側に口金部１６が設けられ、樹脂ライナー１２の外周には外層１４が設けられている。
【００２９】
さらに、図１の一点破線で囲んだＸ部分を拡大した図２を用いて、口金部１６付近の断面について説明する。図２に示すように、口金部１６の先端付近を覆うように外層１４が設けられ、口金部１６の突起部に当接するように樹脂ライナー１２が配置されている。
【００３０】
さらに、図２の一点破線で囲んだＹ部分を拡大した図３を用いて、本実施の形態における外層１４の構成の一例を説明する。図３に示すように、樹脂ライナー１２には、微小球２４を含む中間層２０が設けられ、中間層２０には、樹脂を含浸した繊維を巻回してなるＦＲＰ層２２が設けられ、外層１４は、中間層２０とＦＲＰ層２２とからなる。
【００３１】
樹脂ライナー１２の材質は、特に制限されるものではなく、例えば、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂が挙げられる。
【００３２】
また、本実施の形態における中間層２０は、微小球２４と、樹脂ライナー１２及びＦＲＰ層２２との接着性を確保するための樹脂２６とからなる。
【００３３】
微小球２４は、微小中実球であっても、微小中空球であってもよいが、好ましくは微小中空球である。微小中空球は、微小中実球に比べ軽量で且つより強度が高いので、高圧下であっても潰れることなく、その結果、樹脂ライナー１２とＦＲＰ層２２との間に形成された中間層２０は、ガス排出経路として機能し続けることができる。
【００３４】
微小中空球として、例えば、マイクロスフィア、マイクロバルーン、ホローバブル、シンタクティックフォーム材などが挙げられるが、本実施の形態では、マイクロバルーンが好適である。マイクロバルーンとして、例えば、ガラスマイクロバルーン、シリカマイクロバルーン、シラスマイクロバルーン、カーボンマイクロバルーン、フェノールマイクロバルーン、塩化ビニールマイクロバルーン、アルミナマイクロバルーン、ジルコニアマイクロバルーンなどが挙げられるが、本実施の形態では、ガラスマイクロバルーンが好適である。
【００３５】
本実施の形態で用いるガラスマイクロバルーンの径は、５０μｍから３００μｍが好適である。ガラスマイクロバルーンの径が５０μｍ未満の場合、中間層２０の強度は高いものの、高圧タンクの加圧時に樹脂ライナー１２を透過してくる水素ガスは、中間層２０に沿って口金部１６に移動し難くなり、高圧タンクの外に排出され難くなる。一方、ガラスマイクロバルーンの径が３００μｍを超えると、高圧タンクの加圧時に樹脂ライナー１２を透過してくる水素ガスは、中間層２０に沿って口金部１６に移動し易くなるものの、中間層２０の強度が低下してしまう。本実施の形態では、上述の範囲の径を有し、高強度のガラスマイクロバルーンがより好ましい。
【００３６】
中間層２０に用いる樹脂２６として、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂は、以下に示す樹脂と硬化剤との混合物からなる。
【００３７】
樹脂としては、硬化剤との反応により熱硬化する樹脂であれば如何なる樹脂でもよいが、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。主剤として、好ましくは、エポキシ樹脂であり、直鎖型であっても分岐型であってもよい。
【００３８】
また、硬化剤は、熱硬化性樹脂を反応により得ることができれば如何なる硬化剤であっても良いが、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、変性アミンなどの一級、二級、三級アミンであって、具体的には、ピペリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノールなどのアミン系硬化剤や、ポリアミド樹脂、メルカプタン系硬化剤、トリアジンチオール等のチオール系硬化剤など挙げられる。
【００３９】
また、エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。なお、熱硬化性樹脂の硬化速度は、上述のエポキシ樹脂と硬化剤を適宜選択して配合することにより制御することができる。
【００４０】
本実施の形態において、中間層２０は、強度と水素ガスの通気性を考慮し、上述したマイクロバルーンがほぼ一層並ぶ程度の厚みがより好ましいが、これに限定されるものではない。
【００４１】
本実施の形態におけるＦＲＰ層２２は、樹脂を含浸した繊維を中間層２０に巻回して形成される。樹脂としては、上述した熱硬化性樹脂が好ましい。一方、繊維は、例えば、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維などの無機繊維や、アラミド繊維等の合成有機繊維や、綿等の天然有機繊維が用いられる。これらの繊維は、単独で使用しても良いし、混合して（混繊として）使用しても良い。本実施形態における繊維としては、カーボン繊維が好ましい。
【００４２】
次に、本発明の高圧タンクの製造方法の一例を図４から図６を用いて説明する。図６に示すように、本実施の形態の高圧タンクの製造方法は、微小球を含む樹脂を中空のライナーに塗布して中間層を形成する工程（Ｓ１００）と、樹脂を含浸した繊維を中間層に巻回してＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０２）と、を有する。さらに、樹脂として、上述した熱硬化性樹脂を用いた場合には、ＦＲＰ層を巻回形成後に、加熱炉にて加熱して樹脂を硬化させる（Ｓ１０４）。また、樹脂ライナーの開口部であった箇所に口金部を設け、高圧タンクが形成される。
【００４３】
中間層の形成工程（図６のＳ１００）の一例を図４に示す。図４に示すように、中空の樹脂ライナー１２の口金部１６用の開口部に回転軸３０を通して仮固定し、回転軸３０を回転させながら、ガラスマイクロバルーン等の微小球と低粘度の熱硬化性樹脂とからなる樹脂液５０を塗布する。図４では、樹脂塗布機４０を用いてスプレー塗装を行っているがこれに限るものではなく、例えば、刷毛塗り、ロール塗り、ロールコーターなどの塗装方法から適宜選択してもよい。樹脂液５０に用いる低粘度の熱硬化性樹脂として、例えば、上述した硬化剤とエポキシ樹脂との混合物であって低粘度のものが好ましく、また未硬化の状態のものが好ましい。さらに、次工程の樹脂含浸繊維を巻回させることを考慮すると、硬化速度が比較的遅い熱硬化性樹脂がより好ましい。また、樹脂液５０中の微小球と熱硬化性樹脂との比率は、中間層の強度と水素ガスの通気性を考慮して適宜選択される。
【００４４】
ＦＲＰ層の形成工程（図６のＳ１０２）の一例を図５に示す。図５に示すように、回転軸３０を回転させながら、塗布された樹脂が未硬化の状態の中間層１８の外周に、繊維束ガイド（アイロ）７０を介して、樹脂含浸繊維６０をＦＷ法を用いて巻回させる。ここで、樹脂含浸繊維６０に含浸されている樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましく、上述した硬化剤とエポキシ樹脂との混合物がより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、高圧タンクを用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に車両用の燃料電池に燃料ガスを供給するための高圧タンクに供することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  高圧タンク、１２  樹脂ライナー、１４  外層、１６  口金部、１８  塗布された樹脂が未硬化の状態の中間層、２０  中間層、２２  ＦＲＰ層、２４  微小球、２６  樹脂、３０  回転軸、４０  樹脂塗布機、５０  樹脂液、６０  樹脂含浸繊維、７０  繊維束ガイド（アイロ）。
【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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