(57)【要約】【課題】タンクを構成する部品点数を増加させたり、タンク組立を複雑化することなく、熱伝導性の高い高圧ガスタンクを提供する。【解決手段】高圧ガスタンク１は、口金３を除いて、高熱伝導性の粉末である銅粉を混入した銅混入繊維強化樹脂（銅粉混入ＦＲＰ）５と銅粉を混入しない通常の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）７とが交互に巻廻されて固められている。【選択図】      図１
2004183753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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したことを特徴とする高圧ガスタンク。
【請求項２】
前記熱伝導性の高い粉末は、銅粉末であることを特徴とする請求項１記載の高圧ガスタンク。
【請求項３】
前記強化繊維は、ガラス繊維または炭素繊維であることを特徴とする請求項１記載の高圧ガスタンク。
【請求項４】
熱伝導性が高い粉末を混入した樹脂を塗布した強化繊維の束と、熱伝導性が高い粉末を混入しない樹脂を塗布した強化繊維の束とを交互に前記タンクライナに巻廻したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の高圧ガスタンク。
【請求項５】
タンクライナの外周部に繊維強化樹脂層を備えた高圧ガスタンクの製造方法であって、
タンクライナの外周部に強化繊維を巻廻す際に、熱伝導性粉末を混入した樹脂を塗布して強化繊維を巻廻す工程と、熱伝導性粉末を混入しない樹脂を塗布した強化繊維を巻廻す工程とを交互に繰り返すことを特徴とする高圧ガスタンクの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の高圧ガスタンクと、
該高圧ガスタンクの外壁を冷却する冷却装置と、
を備えたことを特徴とする高圧ガスタンク冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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とその製造方法及び高圧ガスタンク冷却システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧縮天然ガス車両用に軽量化した高圧ガスタンクとして、従来のアルミニウム、スチール等の全金属製高圧ガスタンクに代えて、ガス不透性のタンクライナの外周部に、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）層を設けた複合高圧ガスタンクが用いられている。また、燃料電池車両用の燃料タンクとして軽量な複合高圧ガスタンクが開発されている。
【０００３】
通常、タンクライナとしては、クロムモリブデン鋼、アルミニウム合金等のガス不透性材料が使用される。タンクライナ外周部には、ガラス繊維、炭素繊維、ケブラー繊維等にに熱硬化性樹脂を塗布しながら巻廻し、熱硬化性樹脂を高温で硬化させて高圧ガスタンクとしている。
【０００４】
高圧ガスタンクの性能指標として、重量／容積比があり、この数値が小さいほど車両用容器としては好ましい。例えば、充填圧力２０［ＭＰａ］仕様の容器で比較すれば、鋼製容器（ＮＧＶ２−１）は１．０〜１．２［ｋｇ／ｌ］、鋼製ライナ／ガラス繊維フープラップ容器（ＮＧＶ２−２）は０．７５〜０．９［ｋｇ／ｌ］、アルミライナ／ガラス繊維フルラップ容器（ＮＧＶ２−３）は０．６５〜０．７５［ｋｇ／ｌ］、アルミライナ／炭素繊維フルラップ容器（ＮＧＶ２−３）は０．３〜０．４５［ｋｇ／ｌ］、プラスチックライナ／ガラス繊維・炭素繊維フルラップ容器（ＮＧＶ２−４）は０．３５〜０．４５［ｋｇ／ｌ］である。尚、上記（）内のＮＧＶ２−１〜４のタンクタイプ区分は、圧縮天然ガスタンクの規格：ＡＮＳＩ／ＩＡＳ  ＮＧＶ２−１９９８による。
【０００５】
ところで、高圧ガスタンクに用いられている繊維強化樹脂は、アルミニウムやスチール等の金属に比べて熱を伝えにくいため、例えば、燃料ガスの充填時にタンク内に溜まった熱エネルギーを放出し、タンク温度が過度に上昇することを防止する必要があった。
【０００６】
このようなタンク内部から熱エネルギーを放出するために、タンク内部に熱交換フィン組立体を設け、この熱交換フィン組立体とタンクのエンドボスとを熱的に結合した高圧ガスタンクが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８１２９５号公報（第５ページ、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術により熱交換フィン組立体を耐圧性が要求されるタンク内に設けることは、組立が著しく困難であるという問題点があった。
【０００９】
また、高圧ガスタンクを構成する部品点数が増加し、高圧ガスタンクの製造過程が複雑になり組立に長時間要するとともに、高圧ガスタンクを著しく高価なものにするという問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するため、タンクライナの外周部に巻廻した線材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したことを要旨とする。
【００１１】
また本発明は、上記問題点を解決するため、タンクライナの外周部に樹脂強化繊維層を備えた高圧ガスタンクの製造方法であって、タンクライナの外周部に強化繊維を巻廻す際に、銅粉末を混入した樹脂を塗布して強化繊維を巻廻す工程と、銅粉末を混入しない樹脂を塗布した強化繊維を巻廻す工程とを交互に繰り返すことを要旨とする。
【００１２】
また本発明は、上記問題点を解決するため、前記高圧ガスタンクと、該高圧ガスタンクの外壁を冷却する冷却装置と、を備えたことを要旨とする高圧ガスタンク冷却システムである。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の高圧ガスタンクによれば、タンク壁の熱伝導率を高めることができるので、水素ガス充填時の発熱を効果的に放散し、温度上昇が少ない高圧ガスタンクを部品点数を増加させることなく、また組立時間を増加することなく安価に提供することができるという効果がある。
【００１４】
また本発明の高圧ガスタンクの製造方法によれば、タンク壁の熱伝導率を高めることができるので、水素ガス充填時の発熱を効果的に放散し、温度上昇が少ない高圧ガスタンクを容易に製造することができるという効果がある。
【００１５】
また本発明の高圧ガスタンク冷却システムによれば、冷却性能が高く、タンク内最高温度を抑制することができる高圧ガスタンク冷却システムを提供することができるという効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る高圧ガスタンクの表面構造を説明する外観図である。同図において、高圧ガスタンク１の表面は、口金３を除いて、高熱伝導性の粉末である銅粉を混入した銅混入繊維強化樹脂（以下、繊維強化樹脂をＦＲＰと略す）５と銅粉を混入しない通常のＦＲＰ７とが交互に巻廻されて固められている。
【００１７】
尚、特に本発明を限定するものではないが、図１では、タンクライナに、タンク軸方向に一定の角度で巻き付けるヘリカル（Ｈｅｌｉｃａｌ  ）巻を施した後に、タンク円筒部に円周方向に巻き付けるフープ（Ｈｏｏｐ）巻を施した場合を示している。
【００１８】
銅混入ＦＲＰ５及びＦＲＰ７を構成する繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維等が利用できるが、タンク全体の熱伝導性を考慮すれば、炭素繊維が好ましい。
【００１９】
銅混入ＦＲＰ５及びＦＲＰ７を構成する樹脂は、エポキシ樹脂が一般的であるが、その他の熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂でもよい。タンクライナは、アルミニウム、アルミニウム合金、クロムモリブデン鋼等の鋼類、熱軟化性樹脂等を用いることができる。
【００２０】
以上の構成により、本発明の高圧ガスタンクは、タンクの強度を低下させることなく、またタンクを構成する部品点数を増加させたり、タンク組立を複雑化することなく、熱伝導性の高い高圧ガスタンクを提供することができるという効果がある。
【００２１】
図２は、本発明に係る高圧ガスタンクの製造方法を説明する概略図である。本発明の高圧ガスタンクを製造する設備は、通常のウェット式フィラメントワインディング成型を行う設備に改良を加えたもので、その特徴は、樹脂槽２１と樹脂槽３１との２式の樹脂槽を備えていること、及びこれら２式の樹脂槽を交互に切り替える手段として、樹脂槽２１，３１がそれぞれ昇降装置２３，３３を備えていることである。昇降装置２３，３３は、例えば油圧シリンダや電気モータとラック・ピニオン機構を利用できる。
【００２２】
樹脂槽２１は、昇降装置２３と塗布用のローラ２５とを備え、通常のエポキシ樹脂２７を貯留する樹脂槽である。昇降装置２３により樹脂槽２１が上昇した時には、ローラ２５がカーボンファイバ（炭素繊維の束）４５に接して、通常の銅粉を混入しないエポキシ樹脂２７をカーボンファイバ４５に塗布する。
【００２３】
樹脂槽３１は、昇降装置３３と塗布用のローラ３５とを備え、銅粉混入エポキシ樹脂３７を貯留する樹脂槽である。昇降装置３３により樹脂槽３１が上昇した時には、ローラ３５がカーボンファイバ４５に接して、銅粉混入エポキシ樹脂３７をカーボンファイバ４５に塗布する。
【００２４】
アルミライナ４１は、回転軸部材４３に取り付けられ、図中矢印の方向へ回転する。カーボンファイバ４５は、図外のファイバリールより繰り出され、樹脂槽２１または樹脂槽３１の何れか一方の樹脂槽により、通常のエポキシ樹脂２７または銅粉混入エポキシ樹脂３７が塗布されながら、アルミライナ４１に巻き取られる。
【００２５】
昇降装置２３，３３は、アルミライナ４１の回転に同期して、アルミライナ４１が１回転する毎に、交互に上昇と下降を繰り返し、図２（ａ）の状態と図２（ｂ）の状態とを交互に切り替える。これにより、アルミライナ４１の１周ごとに、通常の銅粉を混入しないエポキシ樹脂２７を塗布したカーボンファイバ４５と、銅粉混入エポキシ樹脂３７を塗布したカーボンファイバ４５とが交互にアルミライナ４１へ巻き付けられる。所要の巻数を巻き付けた後に、タンクを加熱炉で加熱して、エポキシ樹脂を硬化させる。
【００２６】
以上説明した本発明の高圧ガスタンクの製造方法によれば、高圧ガスタンクの部品点数を増加させることなく、また高圧ガスタンクの製造時間を伸延することなく、安価で熱伝導性の高い高圧ガスタンクを製造することができるという効果がある。
【００２７】
図３は、本発明に係る高圧ガスタンク冷却システムを説明する概略図である。同図において、高圧ガスタンク１の口金３には、バルブユニット９が図示しないガスケットとともにねじ込まれている。バルブユニット９には、充填配管１１と、放出配管１３が接続されている。また、高圧ガスタンク１の表面に接して、冷却装置１５が設けられている。冷却装置１５は、例えば図示しないラジエータと冷却水配管が接続され、冷却水の自然対流または強制循環により、高圧ガスタンク１の熱を冷却装置１５を介して外部に放出可能な装置である。
【００２８】
例えば、燃料電池車両用の高圧水素タンクとして本発明の高圧ガスタンク１を用いた場合、充填配管１１から水素ガスを高圧ガスタンク１に充填する場合、タンクライナからタンク表面までの熱伝導性が高められているので、熱が容易にタンク壁を移動できるので、高圧ガスタンク１の表面に接する外付けの冷却装置１５を設けるだけで、タンク内温度上昇抑制（冷却）効果は高められる。
【００２９】
充分放熱効果を期待できる。
【００３０】
例えば、高速充填法（Ｆａｓｔ−Ｆｉｌｌ）で高圧水素ガスタンクに水素充填した場合、タンク内温度は初期温度から約５０℃上昇するので、充填前のタンク内温度が３０℃の場合、充填後には８０℃に達する。ここで、充填前にタンクを仮に−１０℃まで冷却すれば、充填時のタンク内最高温度を４０℃まで下げることが可能になるので、タンク内で過剰圧が生じたり、充填質量が低下するのを防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧ガスタンクの表面構造を説明する外観図である。
【図２】（ａ）本発明に係る高圧ガスタンクの製造方法を説明する概略図であり、通常のエポキシ樹脂をカーボンファイバに塗布している状態を示す。
（ｂ）本発明に係る高圧ガスタンクの製造方法を説明する概略図であり、銅粉混入エポキシ樹脂をカーボンファイバに塗布している状態を示す。
【図３】本発明に係る高圧ガスタンク冷却システムを説明する概略図である。
【符号の説明】
１…高圧ガスタンク
３…口金
５…銅混入ＦＲＰ
７…ＦＲＰ
【図１】
2004183753.tif 000003
【図２】
2004183753.tif 000004
【図３】
2004183753.tif 000005