(57)【要約】【課題】タンクへのガス充填に要する時間の短縮化を図る。【解決手段】高圧ガスタンク１０では、充填側ライナーパーツ２１ａと底側ライナーパーツ２１ｂとを気密に接合して樹脂製ライナー２０とした上で、底側ライナーパーツ２１ｂについては、タンク内壁側に放射状のフィン２５を設けてガス接触面積を増加させ、高い放熱特性とする。充填側ライナーパーツ２１ａについては、その樹脂成形の際に成形用樹脂に発泡剤を混入することで、シリンダー部２２の内部に気泡Ｆａを混在させ、高い断熱特性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなす高圧ガスタンクであって、
長手方向一端のガス充填口の側と該ガス充填口と対向するタンク底部の側とで熱の伝導特性に差を持たせる熱特性規定部を備え、
該熱特性規定部は、タンク内部のガスの熱をタンク外部に放熱する放熱特性を、前記タンク底部の側で前記ガス充填側より高くする
高圧ガスタンク。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧ガスタンクであって、
前記ガス充填口を含む充填側タンクボディーと、前記タンク底部を含む底側タンクボディーとを気密に接合して備え、
前記熱特性規定部は、前記底側タンクボディーの前記放熱特性を前記充填側タンクボディーより高くする、
高圧ガスタンク。
【請求項３】
前記熱特性規定部は、タンク外部からタンク内部への熱の伝導を抑制する断熱特性を、前記充填側タンクボディーの側で前記底側タンクボディーより高くする請求項２に記載の高圧ガスタンク。
【請求項４】
前記熱特性規定部は、ボディー内壁からタンク中心に延びるフィンを、前記底側タンクボディーにおける前記ボディー内壁に沿って複数備える請求項２または請求項３に記載に高圧ガスタンク。
【請求項５】
前記熱特性規定部は、前記ガス充填口から充填注入される注入ガスと衝突して、該注入ガスを前記ボディー内壁に向けて拡散させるガス拡散部材を有する請求項４に記載の高圧ガスタンク。
【請求項６】
前記ガス拡散部材は、前記底側タンクボディーにおいてタンク中央まで延びた複数の前記フィンの端部に配設されている請求項５に記載の高圧ガスタンク。
【請求項７】
前記熱特性規定部は、前記充填側タンクボディーを気泡または熱伝導率の低い固形粒子を混入した樹脂製ボディーとすることで前記断熱特性を高くし、前記底側タンクボディーを熱伝導率の高い金属粒子を混入した樹脂製ボディーとすることで前記放熱特性を高くする請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の高圧ガスタンク。
【請求項８】
前記熱特性規定部は、前記充填側タンクボディーのボディー内外の少なくとも一方の表面に熱伝導率の低い材質の材料から形成された断熱表皮層を備えることで前記断熱特性を高くし、前記底側タンクボディーのボディー内外の少なくとも一方の表面に熱伝導率の高い材質の材料から形成された放熱表皮層を備えることで前記放熱特性を高くする請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の高圧ガスタンク。
【請求項９】
筒状をなす高圧ガスタンクにガスを充填するガス充填方法であって、
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の高圧ガスタンクが有する前記ガス充填口に、ガス供給金具を接続し、
該ガス供給金具から前記ガス充填孔を経て、前記高圧ガスタンクの内部にガスを高圧充填する
ガス充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状をなす高圧ガスタンクと当該タンクにガスを充填するガス充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料とその酸化剤、例えば水素と酸素の電気化学反応によって発電して電気エネルギーを生む。こうした燃料電池には、高圧でのガス貯蔵を行う高圧ガスタンクから水素ガスが供給される。高圧ガスタンクでは、水素ガスの消費に伴う内圧降下により温度は低下し、水素ガスの充填に伴う内圧上昇により温度は高くなる。こうした温度の高低推移は、タンク寿命の低下を招く危惧があることから、タンク温度を均一化する手法が提案されている（例えば、下記特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガス充填後の高圧ガスタンクの取り扱いや、充填済みタンクからのガス供給開始、或いは、燃料電池搭載車両におけるガス供給に伴う車両走行等のタンク運用は、タンク温度がある程度低くなってからなされることが求められている。このため、タンク温度が上昇する水素ガス充填の際には、充填する水素ガスを、その充填前に予め冷却（プレクール）しておき、冷却済みの水素ガスを充填することが行われている。しかしながら、充填される水素ガスは、プレクール済みであるとはいえ、高速で充填口からタンク内に入り込んでタンク底側の壁面に衝突するので、タンク底側では、過渡的とはいえガス圧縮が進んだ状態となり、タンク内温度が急激に上昇する。つまり、水素ガスをプレクールしておいても、タンク底側でのガス圧縮に伴う昇温の抑制効果は限定的なため、例えば、低いガス充填圧で時間を掛けてガス充填を行わざるを得ないのが実情である。上記した特許文献にあっては、タンク温度をタンク鉛直方向で均一化させるとはいえ、上記したようなタンク底側での温度上昇に対する対処が不足している。このため、ガス充填に要する時間の短縮化は限定的となり、更なる短縮化が求められるに至った。なお、上記したタンク底側での昇温は、水素ガスの充填に限らず、タンクへの高圧でのガス充填であれば、他のガスの充填の際にも起きる。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、タンクへのガス充填に要する時間の短縮化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決することを目的としてなされたものであり、以下の構成を採用した。
【０００７】
[適用１：高圧ガスタンク]
筒状をなす高圧ガスタンクであって、
長手方向一端のガス充填口の側と該ガス充填口と対向するタンク底部の側とで熱の伝導特性に差を持たせる熱特性規定部を備え、
該熱特性規定部は、タンク内部のガスの熱をタンク外部に放熱する放熱特性を、前記タンク底部の側で前記ガス充填側より高くする
ことを要旨とする。
【０００８】
上記構成を備える高圧ガスタンクでは、タンク底部の側を高い放熱特性とする。このため、ガス充填口からタンク内に高速で入り込んだガスがタンク底側の壁面に衝突して圧縮されてタンク内温度が上昇しても、その上昇した温度を、高い放熱特性のタンク底部の側にて下げることが可能となる。この結果、上記構成を備える高圧ガスタンクによれば、ガス充填の際のタンク内温度の昇温を効果的に抑制できることから、ガス充填圧を高くでき、その分だけ、ガス充填に要する時間（以下、ガス充填時間）を短縮化できる。しかも、ガス充填口の側は、タンク底部の側より放熱特性が低いので、相対的とはいえ、断熱特性が高まる。よって、ガス充填口からタンク内に入り込んだガスの熱を、ガス充填口の側ではなるべく奪わないようにできる。よって、充填ガスをプレクールしておく場合には、そのプレクール済みのガスの温度を、ガス充填口の側で昇温しないようにできるので、この点からも、ガス充填時間の短縮化に寄与できる。
【０００９】
上記構成を備える高圧ガスタンクは、次のような態様とすることができる。例えば、前記ガス充填口を含む充填側タンクボディーと、前記タンク底部を含む底側タンクボディーとを気密に接合して備えた上で、前記底側タンクボディーの前記放熱特性を前記充填側タンクボディーより高くするようにできる。こうすれば、ガス充填口からタンク内に高速で入り込んだガスがタンク底側の壁面に衝突して圧縮されてタンク内温度が上昇しても、その上昇した温度を、高い放熱特性の底側タンクボディーにて下げることが可能であり、相対的とはいえ、充填側タンクボディーの断熱特性を底側タンクボディーより高くできる。よって、既述した効果を奏することができる。
【００１０】
また、タンク外部からタンク内部への熱の伝導を抑制する断熱特性を、前記充填側タンクボディーの側で前記底側タンクボディーより高くすることができる。こうすれば、充填ガスをプレクールしておく場合のプレクール済みのガスの温度を充填側タンクボディーの側でより確実に昇温しないようにできるので、ガス充填時間の短縮化に大きく寄与できる。
【００１１】
また、前記底側タンクボディーを、ボディー内壁からタンク中心に延びるフィンを、前記底側タンクボディーにおける前記ボディー内壁に沿って複数備えるものとすれば、ガスとの接触面積を増やすことで放熱特性が容易に高くできる。よって、この態様では、ガス充填時間の短縮化が可能な高圧ガスタンクを簡便に提供できる。
【００１２】
また、ガス拡散部材を有するものとし、前記ガス充填口から充填注入される注入ガスをこのガス拡散部材と衝突させて、該注入ガスを前記ボディー内壁に向けて拡散させるようにできる。こうすれば、注入ガスがタンク底側で圧縮される程度を低くできるので、その分だけ、タンク底側でのガス圧縮に伴うタンク内温度の上昇を抑制できる。よって、この態様によれば、ガス充填時間の短縮化の実効性を高めることができる。
【００１３】
この場合、前記ガス拡散部材を、タンク中央まで延びた複数の前記フィンの端部に配設するようにできる。こうすれば、このガス拡散部材によりフィンを補強できるので、高圧でのガス充填に伴うフィン破損を効果的に回避できる。
【００１４】
また、前記充填側タンクボディーについては、これを、気泡または熱伝導率の低い固形粒子を混入した樹脂製ボディーとし、前記底側タンクボディーについては、これを、熱伝導率の高い金属粒子を混入した樹脂製ボディーとすることもできる。或いは、前記充填側タンクボディーについては、これを、ボディー内外の少なくとも一方の表面に熱伝導率の低い材質の材料から形成された断熱表皮層を備えるものとし、前記底側タンクボディーについては、これを、ボディー内外の少なくとも一方の表面に熱伝導率の高い材質の材料から形成された放熱表皮層を備えるものとできる。このようにしても、充填側タンクボディーと底側タンクボディーとで熱の伝導特性に差を持たせた上で、底側タンクボディーを高い放熱特性とできるので、ガス充填時間を短縮化できる。
【００１５】
本発明は、上記した高圧ガスタンクの他、この高圧タンクへのガス充填方法やタンク製造方法としても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例としての高圧ガスタンク１０の構成を概略的に断面視して示す説明図である。
【図２】図１における２−２線にて底側ライナーパーツ２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。
【図３】タンク製造過程を示す製造手順を説明する説明図である。
【図４】高圧ガスタンク１０への水素ガス充填の様子を概略的に示す説明図である。
【図５】図２相当に第１変形例の底側ライナーパーツ１２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。
【図６】図２相当に第２変形例の底側ライナーパーツ２２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。
【図７】第３変形例の高圧ガスタンク３１０の構成を概略的に断面視して示す説明図である。
【図８】図２相当に第３変形例の底側ライナーパーツ３２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。
【図９】第４変形例の底側ライナーパーツ４２１ｂを分解して示す概略斜視図である。
【図１０】第５変形例の高圧ガスタンク５１０の構成を概略的に断面視して示す説明図である。
【図１１】第６変形例の高圧ガスタンク６１０の構成を概略的に断面視して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の実施例としての高圧ガスタンク１０の構成を概略的に断面視して示す説明図、図２は図１における２−２線にて底側ライナーパーツ２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。
【００１８】
図示するように、高圧ガスタンク１０は、樹脂製ライナー２０と、繊維強化樹脂層３０とを備える。樹脂製ライナー２０は、タンク長手方向の中央で２分割され、長手方向一端側のガス充填口を含む充填側ライナーパーツ２１ａと、ガス充填口と対向する有底部を含む底側ライナーパーツ２１ｂとを気密に接合して形成されている。これらライナーパーツは、例えばナイロン系樹脂等の適宜な樹脂にて型成形され、それぞれ円筒状のシリンダー部２２の一端側に球面形状のドーム部２４を連続して備える。充填側ライナーパーツ２１ａは、ドーム部２４の頂上箇所に、ガス充填口１２ａを有する金属製のタンク金具１２を備える。底側ライナーパーツ２１ｂは、ドーム部２４の頂上箇所、即ちタンク底に金属製のタンク金具１４を備える。上記した両タンク金具は、後述の繊維巻回の際のタンク軸支に用いられ、一方のタンク金具１２は、配管接続用の図示しないベース接続用にも用いられる。タンク金具１４については、タンク内側に湾曲した湾曲壁面部１４ａを有する。なお、ライナーパーツの接合については、後述する。
【００１９】
この他、底側ライナーパーツ２１ｂは、図１および図２に示すように、シリンダー部２２の内壁にフィン２５を有する。このフィン２５は、シリンダー部２２の内壁からタンク中心に向かって延び、シリンダー内壁に沿って等ピッチで放射状に形成されている。また、フィン２５は、シリンダー部２２のライナーパーツにおける開口端の側からタンク底側にタンク長手方向に沿って延び、タンク金具１４と干渉しないようにされている。つまり、底側ライナーパーツ２１ｂは、タンク内ガスとの接触面積を、放射状のフィン２５の表面積の分だけ増加させるので、タンク内部のガスの熱をタンク外部に放熱する放熱特性が充填側ライナーパーツ２１ａより高くなる。図２においては、図示の都合から、フィン２５をシリンダー部２２の肉厚と同程度のものとしているが、それぞれのフィン２５は、ガス充填口１２ａから高圧・高速で流れ込むガス（水素ガス）の流れに沿って配設されているので、薄肉化が可能であり、上記のガスの圧力に耐えられるようにされている。なお、耐圧性を増すよう、適宜箇所において向かい合うフィン２５を連結して補強するようにすることもできる。
【００２０】
繊維強化樹脂層３０は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層をフィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法）によりライナー外周に巻回させることで形成され、樹脂製ライナー２０における円筒状のシリンダー部２２の外周範囲に亘るフープ巻きによる繊維巻回と、ドーム部２４の外周範囲に亘る低角度・高角度のヘリカル巻きによる繊維巻回を経て形成される。こうした繊維強化樹脂層３０の形成には、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いることが一般的であるが、ポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、ＦＷ法によりライナー外周に巻回させる補強用の繊維（スライバー繊維）としては、ガラス繊維やカーボン繊維、アラミド繊維等が用いられる他、複数種類（例えば、ガラス繊維とカーボン繊維）のＦＷ法による巻回を順次行うことで、繊維強化樹脂層３０を異なる繊維からなる樹脂層を積層させて形成することもできる。本実施例では、繊維強化樹脂層３０をカーボン繊維により形成した。
【００２１】
次に、高圧ガスタンク１０の製造手法について説明する。図３はタンク製造過程を示す製造手順を説明する説明図である。
【００２２】
図３に示すＦＷ法による繊維巻回に先だち、充填側ライナーパーツ２１ａと底側ライナーパーツ２１ｂとを用意する。この両ライナーパーツは、樹脂の成型品であり、充填側ライナーパーツ２１ａは、タンク金具１２を組み込んだ金型にて成型され、その樹脂成形の際には、シリンダー部２２の成形用に注入される樹脂に発泡ウレタン等の発泡剤が混入される。よって、充填側ライナーパーツ２１ａは、図３の拡大図に示すように、シリンダー部２２の内部に気泡Ｆａを混在させ、高い断熱特性を有する。この場合、発泡剤に代えてゴム等の熱伝導率の低い固形粒子をシリンダー部２２の成形用に注入される樹脂に混入させて、充填側ライナーパーツ２１ａの断熱特性を高めても良い。
【００２３】
底側ライナーパーツ２１ｂは、タンク金具１４を組み込んだ金型にて成型され、シリンダー部２２の内壁にフィン２５を一体にして樹脂成形される。こうして用意された充填側ライナーパーツ２１ａと底側ライナーパーツ２１ｂとを、シリンダー部２２の開口側の斜面を重ねて接合し、その接合箇所へのレーザー光照射、或いはマイクロ波照射等の手法による樹脂融着を経て、一体化する。これにより、樹脂製ライナー２０が得られる。なお、フィン２５を有する底側ライナーパーツ２１ｂについては、いわゆる抜き型を分割して型抜きができるようにした上での型成形が可能なほか、フィン２５を有するシリンダー部２２を型成形し、そのシリンダー部２２に、タンク金具１４を有するドーム部２４を接合するようにすればよい。
【００２４】
こうして得られた樹脂製ライナー２０に対してＦＷ法による繊維巻回を実施して、樹脂製ライナー２０の外周に繊維強化樹脂層３０を形成する。つまり、タンク両側のタンク金具１２とタンク金具１４を図示しないＦＷ装置の回転軸に係合させ、樹脂製ライナー２０をタンク中心軸ＡＸの回りに回転するよう軸支する。そして、樹脂製ライナー２０をタンク中心軸ＡＸの回りに回転させながら、ＦＷ法による繊維巻回を行う。このＦＷ法では、カーボン繊維３１を巻き取ったリール３５から当該繊維を送り出す際にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂をカーボン繊維３１に予め含浸させ、その上で、リール３５をタンク軸方向に移動させるリール移動と上記したライナー回転とを行い、カーボン繊維３１をリール３５から送り出しつつライナー外周に巻回する。本実施例では、まず、リール移動速度とライナー回転速度とを調整することで、シリンダー部２２の外周範囲に亘ってＦＷ法によりフープ巻きによる繊維巻回を繰り返し実行する。この場合の上記した速度調整は、シリンダー部２２のタンク中心軸ＡＸと巻き付け繊維のなす角度がほぼ垂直な巻き角度となるよう、調整される。なお、上記した「巻き角度」は、カーボン繊維３１の巻き付け方向（リール３５の移動方向）に対するカーボン繊維３１の繊維方向の角度を意味する。
【００２５】
次いで、改めてリール移動速度とライナー回転速度とを調整することで、シリンダー部２２の両端のドーム部２４にカーボン繊維３１を掛け渡すようＦＷ法により高角度・低角度のヘリカル巻きによる繊維巻回を繰り返し実行する。この場合にあっても、ヘリカル巻きの巻き角度が一定となるよう調整され、カーボン繊維３１は、ドーム部２４の外表において、巻き付け方向を折り返して螺旋状に巻き付けられる。これにより、繊維強化樹脂層３０が樹脂製ライナー２０の外周に形成される（図２（Ｂ）参照）。その後、図示しない乾燥装置にて熱硬化性樹脂を硬化させ、その後の冷却養生を経ることで、樹脂製ライナー２０を繊維強化樹脂層３０で補強した高圧ガスタンク１０が得られる。
【００２６】
次に、上記した本実施例の高圧ガスタンク１０への水素ガス充填について説明する。図４は高圧ガスタンク１０への水素ガス充填の様子を概略的に示す説明図である。この場合、高圧ガスタンク１０が燃料電池搭載車両用のタンクであれば、水素ディスペンサー１００は、既存のガソリンスタンドに代わる水素スタンドに設置される。そして、高圧ガスタンク１０は、車両搭載の状態で、タンク金具１２のガス充填口１２ａに水素ディスペンサー１００のガス供給金具１２０が接続される。水素ディスペンサー１００は、ガスクーラー１１０を備え、当該クーラーでプレクールした水素ガスを、ガス供給金具１２０からタンク金具１２のガス充填口１２ａを経て、高圧ガスタンク１０に高圧充填する。
【００２７】
ガス供給金具１２０からタンク内部に高圧充填された水素ガスは、高速で図１に白抜き矢印のように充填側ライナーパーツ２１ａを通過し、底側ライナーパーツ２１ｂに達する。この底側ライナーパーツ２１ｂでは、図１中の複数本の矢印で示したように、水素ガスは、タンク底側のタンク金具１４に向けて直接、或いは、底側ライナーパーツ２１ｂが有する放射状のフィン２５に沿いつつタンク金具１４に向けて高速で流れ込む。このように高速で流れ込んだ水素ガスは、タンク金具１４の側のタンク底側の壁面に衝突して圧縮され、タンク内温度の上昇をもたらす。ところが、本実施例の高圧ガスタンク１０は、その有する底側ライナーパーツ２１ｂを、水素ガスとの接触面積を放射状のフィン２５にて増加させて高い放熱特性を有するものとしているので、上記のような水素ガスの圧縮により上昇したタンク温度を、高い放熱特性の底側ライナーパーツ２１ｂにて下げることができる。この結果、本実施例の高圧ガスタンク１０によれば、水素ガス充填の際のタンク内温度の昇温を、底側ライナーパーツ２１ｂにて効果的に抑制できることから、ガス充填圧を高くでき、その分だけ、ガス充填時間を短縮化できる。
【００２８】
しかも、本実施例の高圧ガスタンク１０は、ガス充填口１２ａを含む充填側ライナーパーツ２１ａを、図３で説明したように気泡Ｆａの混在による高い断熱特性を有するものとした。このため、本実施例の高圧ガスタンク１０は、水素ディスペンサー１００のガスクーラー１１０にてプレクール済みの状態で充填された水素ガスの熱を、充填側ライナーパーツ２１ａの側で奪わないようにできる。よって、本実施例の高圧ガスタンク１０によれば、タンク内に入り込んだプレクール済みの水素ガスを昇温させないで底側ライナーパーツ２１ｂに流すので、上記した圧縮による昇温程度も抑制でき、この点からも、ガス充填時間の短縮化を促進できる。
【００２９】
この他、本実施例の高圧ガスタンク１０では、ガス充填口１２ａと向き合ってタンク底側に位置するタンク金具１４を、タンク底側からガス充填口１２ａに向けて延ばした上で、タンク内側に湾曲した湾曲壁面部１４ａを有するものとした。よって、本実施例の高圧ガスタンク１０によれば、底側ライナーパーツ２１ｂに高速で流れ込んだ水素ガスを、タンク金具１４に衝突させて図１中の湾曲矢印で示すように底側ライナーパーツ２１ｂの内壁、詳しくはドーム部２４の内壁に向けて拡散させるようにできる。このため、充填側ライナーパーツ２１ａを経て底側ライナーパーツ２１ｂに高速で流れ込んだ水素ガスがタンク底側で圧縮される程度を低くできるので、その分だけ、タンク底側でのガス圧縮に伴うタンク内温度の上昇を抑制できる。よって、タンク底側に湾曲壁面部１４ａを有するタンク金具１４を設けた高圧ガスタンク１０によれば、ガス充填時間の短縮化の実効性を高めることができる。
【００３０】
以上説明した本実施例の高圧ガスタンク１０と比較例の高圧ガスタンクとについて、ガス充填時間を比較したところ、次のようになった。この場合、比較例の高圧ガスタンクは、気泡Ｆａを有しない樹脂からなる充填側ライナーパーツと、フィン２５を備えない底側ライナーパーツとを接合し、その外周に繊維強化樹脂層３０をＦＷ法により形成したものである。この比較例の高圧ガスタンクでは、水素ガス充填に際して通常採択される温度（例えば、約−４０℃）に水素ガスをガスクーラー１１０（図４参照）にてプレクールした上で水素ガス充填を行ったところ、ガス充填開始からタンク温度が約８５℃まで低下するまでに４０分を要した。これに対し、上記した本実施例の高圧ガスタンク１０では、上記のようにプレクール済みの水素ガスを充填してからタンク温度が約８５℃まで低下するまでに数分程度しか要しなかった。よって、本実施例の高圧ガスタンク１０によれば、ガス充填時間を既存タンクより大きく短縮することができたとことになる。
【００３１】
また、底側ライナーパーツ２１ｂについては、フィン２５を設けることで容易に高い放熱特性を備えるものとでき、充填側ライナーパーツ２１ａについては、気泡Ｆａを混在させることで容易に高い断熱特性を備えるものとできた。そして、フィン２５の配設および気泡Ｆａの樹脂への混在は、型成形において簡便な手法であることから、本実施例によれば、図３で説明したような既存のタンク製造手法で、ガス充填時間の短縮化が可能な高圧ガスタンク１０を簡便に提供できる。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、上記の実施例では、充填側ライナーパーツ２１ａにおけるシリンダー部２２に気泡Ｆａを混在させることで、充填側ライナーパーツ２１ａに高い断熱特性を付与したが、気泡Ｆａの混在のないシリンダー部２２を有する充填側ライナーパーツ２１ａとすることもできる。つまり、充填側ライナーパーツ２１ａは、底側ライナーパーツ２１ｂがフィン２５を有することで高い放熱特性を有しているので、その結果として、底側ライナーパーツ２１ｂよりも断熱特性が底側ライナーパーツ２１ｂより高くなる。このため、気泡Ｆａの混在のないシリンダー部２２を有する充填側ライナーパーツ２１ａを底側ライナーパーツ２１ｂに接合した高圧ガスタンクであっても、ガス充填時間の短縮化を図ることができる。また、次のような変形も可能である。
【００３３】
図５は図２相当に第１変形例の底側ライナーパーツ１２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。図示するように、この変形例の底側ライナーパーツ１２１ｂは、タンク中央まで延びたそれぞれのフィン２５を、タンク中心側の端部にて環状体２５ａに接続して備える。この環状体２５ａは、その内部で水素ガスを通過させるほか、環状体端部に水素ガスを衝突させて拡散することができるほか、フィン２５の補強の要をなす。よって、この変形例の底側ライナーパーツ１２１ｂを有する高圧ガスタンクによれば、水素ガスの拡散による温度上昇の抑制によるガス充填時間の短縮化に加え、フィン２５の補強によりフィン２５の薄肉化、延いては、高圧でのガス充填に伴うフィン２５の破損を効果的に回避できる。なお、フィン２５を環状体２５ａに繋いだ底側ライナーパーツ１２１ｂについては、既述したように、抜き型の分割による型抜き、或いは、フィン２５を環状体２５ａに繋いで有するシリンダー部２２に、タンク金具１４を有するドーム部２４を接合するようにすればよい。
【００３４】
図６は図２相当に第２変形例の底側ライナーパーツ２２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。図示するように、この変形例の底側ライナーパーツ２２１ｂは、タンク中央まで延びたそれぞれのフィン２５を、タンク中心側の端部にて対向するフィン同士で連結して備える。この底側ライナーパーツ２２１ｂであっても、タンク中央のフィン連結箇所に衝突した水素ガスの拡散によるガス充填時間の短縮化に加え、上記の連結箇所によるフィン２５の補強を通したフィン２５の薄肉化、延いては、高圧でのガス充填に伴うフィン２５の破損を効果的に回避できる。なお、フィン２５をタンク中央で連結した底側ライナーパーツ２２１ｂについても、既述したように、抜き型の分割による型抜き、或いは、フィン２５をタンク中央で連結して有するシリンダー部２２に、タンク金具１４を有するドーム部２４を接合するようにすればよい。
【００３５】
図７は第３変形例の高圧ガスタンク３１０の構成を概略的に断面視して示す説明図、図８は図２相当に第３変形例の底側ライナーパーツ３２１ｂを断面視して示す概略斜視図である。図示するように、この変形例の底側ライナーパーツ３２１ｂは、タンク中央まで延びたそれぞれのフィン２５を、タンク中心側の端部にて対向するフィン同士で連結した上で、その連結箇所にタンク軸方向に亘るセンター部材３３３を備える。センター部材３３３は、タンク金具１４の側ほど径が広がるテーパ状外壁を有する。この底側ライナーパーツ３２１ｂであっても、タンク中央のセンター部材３３３に衝突した水素ガスをテーパ状外壁に沿って拡散させると共に、フィン２５を補強するので、既述した第２変形例と同様の効果を奏することができる。なお、フィン２５をセンター部材３３３で連結した底側ライナーパーツ３２１ｂについても、既述したように、抜き型の分割による型抜き、或いは、フィン２５をセンター部材３３３で連結して有するシリンダー部２２に、タンク金具１４を有するドーム部２４を接合するようにすればよい。
【００３６】
図９は第４変形例の底側ライナーパーツ４２１ｂを分解して示す概略斜視図である。図示するように、この変形例の底側ライナーパーツ４２１ｂは、フィン２５を放射状に有するフィン保持体２２０を別体として、このフィン保持体２２０をシリンダー部２２に保持した点と、このフィン保持体２２０をアルミ等の熱伝導率の高い金属から形成した点に特徴がある。こうした底側ライナーパーツ４２１ｂを得るには、まず、外筒からその中央に向かって放射状にフィン２５を延ばしたフィン保持体２２０を上記金属から予め形成する。次いで、このフィン保持体２２０を、ドーム部２４と接合形成済みのシリンダー部２２に挿入固定する、或いは、シリンダー部２２の樹脂成形に際してその金型にフィン保持体２２０をセットして型成形する。これにより、図２に示した底側ライナーパーツ２１ｂと同様に、フィン２５をタンク中央に向けて放射状に延ばした底側ライナーパーツ４２１ｂが得られる。この底側ライナーパーツ４２１ｂを有する高圧ガスタンクにあっても、熱伝導率の高い金属から形成したフィン保持体２２０を有する底側ライナーパーツ４２１ｂを、高い放熱特性のものとできるので、既述した効果を奏することができる。
【００３７】
図１０は第５変形例の高圧ガスタンク５１０の構成を概略的に断面視して示す説明図である。図示するように、この変形例は、充填側ライナーパーツ５２１ａと底側ライナーパーツ５２１ｂの熱伝導特性を、これらパーツ自体で異なるようにした点に特徴がある。つまり、図１０の拡大図に示すように、充填側ライナーパーツ５２１ａにあっては、既述したように、その有するシリンダー部５２２ａの成形用に注入される樹脂への発泡ウレタン等の発泡剤の混入を経て、シリンダー部２２の内部に気泡Ｆａを混在させたり、発泡剤に代えて混入したゴム等の熱伝導率の低い固形粒子の混在により、高い断熱特性を有する。底側ライナーパーツ５２１ｂは、その樹脂成形の際において、シリンダー部５２２ｂの成形用に注入される樹脂にアルミ等の熱伝導率の高い金属粒子が混入される。これにより、底側ライナーパーツ５２１ｂは、シリンダー部５２２ｂの内部に金属粒子Ｆｂを混在させ、高い放熱特性を有する。この変形例の高圧ガスタンク５１０にあっても、充填側ライナーパーツ５２１ａと底側ライナーパーツ５２１ｂとで熱の伝導特性に差を持たせた上で、底側ライナーパーツ５２１ｂを高い放熱特性とし、充填側ライナーパーツ５２１ａについてもこれを高い断熱特性とするので、既述したように、ガス充填時間を短縮化できる。
【００３８】
図１１は第６変形例の高圧ガスタンク６１０の構成を概略的に断面視して示す説明図である。図示するように、この変形例は、充填側ライナーパーツ５２１ａと底側ライナーパーツ５２１ｂの外表に備えた表皮層にて、両ライナーパーツの熱伝導特性に差を持たせた点に特徴がある。つまり、図１１に示すように、充填側ライナーパーツ６２１ａと底側ライナーパーツ６２１ｂとを接合済みの樹脂製ライナー６２０において、充填側ライナーパーツ６２１ａの外表に、ゴム等の熱伝導率の低い材質の材料を用いて断熱表皮層Ｃａを形成する。底側ライナーパーツ６２１ｂについては、その外表に、熱伝導率の高い材質の材料を用いて放熱表皮層Ｃｂを形成する。断熱表皮層Ｃａにあっては、低熱伝導率の材料、例えばゴムの溶液をスプレー塗布、当該溶液への浸漬等の手法で形成され、放熱表皮層Ｃｂにあっては、アルミ等の高熱伝導率の金属粒子を混入した樹脂溶液をスプレー塗布、当該溶液への浸漬等の手法で形成される。この変形例の高圧ガスタンク６１０にあっても、充填側ライナーパーツ５２１ａと底側ライナーパーツ５２１ｂとを、これらを覆う断熱表皮層Ｃａと放熱表皮層Ｃｂとにより熱の伝導特性に差を持たせた上で、底側ライナーパーツ６２１ｂを高い放熱特性とし、充填側ライナーパーツ６２１ａについてもこれを高い断熱特性とするので、既述したように、ガス充填時間を短縮化できる。この場合、断熱表皮層Ｃａや放熱表皮層Ｃｂを、ライナー内壁面に形成したり、ライナー内外の両表面に形成することもできる。
【００３９】
また、上記実施例とその変形例では、フィン２５をタンク軸方向に延びる平板状のものとしたが、底側ライナーパーツ２１ｂのライナー内壁から延びた上で、連続した螺旋状の軌跡で形成されたフィンとすることもできる。こうしたフィンに代え、底側ライナーパーツ２１ｂのライナー内壁からタンク中央に延びる棒状の凸状体や矩形形状の板状突起等をライナー内壁に多列に形成することもできる。
【００４０】
また、上記実施例とその変形例では、樹脂製ライナー２０をその中央で分割された充填側ライナーパーツ２１ａと底側ライナーパーツ２１ｂとで形成したが、これに限らない。例えば、一方のライナーパーツを、充填側ライナーパーツ２１ａと底側ライナーパーツ２１ｂのシリンダー部２２とを含む第１パーツとし、残余のライナーパーツ（第２パーツ）を底側ライナーパーツ２１ｂのドーム部２４としたものでも適用できる。この場合には、第１パーツにおけるシリンダー部２２に、その開口側から図９に示すようなフィン保持体２２０を挿入・固定したり、第１パーツにおけるシリンダー部２２の開口側の内壁にフィン２５を放射状に形成し、その後、この第１パーツに上記の第２パーツを接合すればよい。
【００４１】
この他、上記実施例とその変形例では、樹脂製ライナーを繊維強化樹脂層３０で補強のために被覆した高圧ガスタンクについて説明したが、金属製の高圧ガスタンク（タンク種別：タイプ１）、或いは、メタルライナーを繊維強化樹脂層で補強した金属製の高圧ガスタンク（タンク種別：タイプ２〜３）に適用することもできる。繊維強化樹脂層を備えない金属製の高圧ガスタンク（タイプ１）にあっては、ガス充填口を含む充填側タンクボディーと、ガス充填口と対向する有底部を含む底側タンクボディーとを、共に金属から形成し、金属製の底側タンクボディーの形成の際に、タンク内壁に金属製のフィン２５を溶接等の手法で、図２や図５〜図８のように放射状に設ける。その後、金属製のフィン２５を放射状にタンク中央に向けて延ばした金属製の底側タンクボディーを、同じく金属製の充填側タンクボディーに接合して、溶接等の手法で両ボディーを気密に固定すればよい。
【００４２】
この他、タイプ１の高圧ガスタンクにおいて、充填側タンクボディーと底側タンクボディーとを同種金属から形成し、図９のように、別体でアルミ等の熱伝導率の高い金属から形成したフィン保持体２２０を底側タンクボディーに挿入・固定する。その上で、フィン保持体２２０の挿入済みの金属製の底側タンクボディーを、同じく金属製の充填側タンクボディーに接合して、溶接等の手法で両ボディーを気密に固定すればよい。或いは、タイプ１の高圧ガスタンクにおいて、共に金属製の充填側タンクボディーと底側タンクボディーとを溶接等の手法で気密に接合した後に、図１１のように、金属製の充填側タンクボディーの外表に、ゴム等の熱伝導率の低い材質の材料を用いて断熱表皮層Ｃａを形成し、金属製の底側タンクボディーの外表に、熱伝導率の高い材質の材料を用いて放熱表皮層Ｃｂを形成するようにすることもできる。上記したタイプ１の金属製の高圧ガスタンクにあっても、既述した効果を奏することができる。メタルライナーをそのシリンダー部において繊維強化樹脂層で補強した金属製の高圧ガスタンク（タイプ２）と、メタルライナーをそのシリンダー部とドーム部を含めて繊維強化樹脂層で補強した金属製の高圧ガスタンク（タイプ３）にあっても同様である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…高圧ガスタンク
１２…タンク金具
１２ａ…ガス充填口
１４…タンク金具
１４ａ…湾曲壁面部
２０…樹脂製ライナー
２１ａ…充填側ライナーパーツ
２１ｂ…底側ライナーパーツ
２２…シリンダー部
２４…ドーム部
２５…フィン
２５ａ…環状体
３０…繊維強化樹脂層
３１…カーボン繊維
３５…リール
１００…水素ディスペンサー
１１０…ガスクーラー
１２０…ガス供給金具
１２１ｂ…底側ライナーパーツ
２２０…フィン保持体
２２１ｂ…底側ライナーパーツ
３１０…高圧ガスタンク
３２１ｂ…底側ライナーパーツ
３３３…センター部材
４２１ｂ…底側ライナーパーツ
５１０…高圧ガスタンク
５２１ａ…充填側ライナーパーツ
５２１ｂ…底側ライナーパーツ
５２２ａ…シリンダー部
５２２ｂ…シリンダー部
６１０…高圧ガスタンク
６２０…樹脂製ライナー
６２１ａ…充填側ライナーパーツ
６２１ｂ…底側ライナーパーツ
ＡＸ…タンク中心軸
Ｃａ…断熱表皮層
Ｃｂ…放熱表皮層
Ｆａ…気泡
Ｆｂ…金属粒子
【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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