(57)【要約】【課題】高圧タンクにおいて、高圧タンクの外側から補強層を検査する場合における保護層側からの視認性を確保できる。【解決手段】円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の軸方向における両端部に設けられた一対の半球形状のドーム部とを有するライナーを内殻とする高圧タンクであって、前記ライナーの外表面を覆い、炭素繊維強化プラスチックから構成される補強層と、前記補強層の外表面を覆い、透明性を有する熱可塑性樹脂から構成される保護層と、を備える、高圧タンク。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の軸方向における両端部に設けられた一対の半球形状のドーム部とを有するライナーを内殻とする高圧タンクであって、
前記ライナーの外表面を覆い、炭素繊維強化プラスチックから構成される補強層と、
前記補強層の外表面を覆い、透明性を有する熱可塑性樹脂から構成される保護層と、を備える、高圧タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧流体を充填する高圧タンクには、高圧タンクの内殻となるライナーと、ライナーの外表面を覆う炭素繊維強化プラスチックから構成される補強層とを備えるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２５７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には、ライナーと補強層とに加えて、熱発泡性樹脂を含浸させたガラス繊維を補強層の外表面に巻き付け、その後加熱発泡させることによって形成されるガラス強化繊維プラスチックから構成された保護層を備える高圧タンクについて記載されている。しかし、ガラス強化繊維プラスチックは半透明性であることから、高圧タンクの外側から補強層を検査する場合における保護層側からの視認性について十分に考慮されていなかった。このため、保護層側からの視認性を確保することが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、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、高圧タンクが提供される。この高圧タンクは、円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の軸方向における両端部に設けられた一対の半球形状のドーム部とを有するライナーを内殻とする高圧タンクであって、前記ライナーの外表面を覆い、炭素繊維強化プラスチックから構成される補強層と、前記補強層の外表面を覆い、透明性を有する熱可塑性樹脂から構成される保護層と、を備える。この形態によれば、保護層は、透明性を有する樹脂から構成されるため、高圧タンクの外側から補強層を検査する場合における保護層側からの視認性を確保できる。
【０００７】
本発明の形態は、高圧タンクの製造方法に限るものではなく、例えば、高圧タンク、その高圧タンクを備えた燃料電池システム、その燃料電池システムを搭載した車両などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態における高圧タンクの概略構成を示す断面図である。
【図２】高圧タンクを製造する工程のうち補強層を形成する工程を示した説明図である。
【図３】高圧タンクを製造する工程で用いられる射出成形装置の構成を示した説明図である。
【図４】高圧タンクを製造する工程のうち第１の層を形成する工程を示した説明図である。
【図５】高圧タンクを製造する工程のうち第２の層を形成する工程を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態における高圧タンク１００の概略構成を示す断面図である。図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図１のＸＹＺ軸は、他の図のＸＹＺ軸に対応する。なお、図１では、高圧タンク１００の中心軸ＣＸを一点鎖線で図示してある。中心軸ＣＸは、Ｙ軸方向に沿った軸である。高圧タンク１００は、高圧水素などの高圧流体を貯蔵する貯蔵タンクである。高圧タンク１００は、ライナー１１０と、補強層１２０と、保護層１３０と、開口部１４０とを備える。
【００１０】
ライナー１１０は、高圧タンク１００の内殻を構成する。本実施形態では、ライナー１１０は、低密度ポリエチレン（ＬＰＤＥ；Low Density Polyethylene）で構成される。他の実施形態では、ライナー１１０は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ；High Density Polyethylene）で構成されてもよいし、リニアポリエチレン（Ｌ−ＬＤＰＥ；Linear Low density Polyethylene）で構成されてもよい。
【００１１】
ライナー１１０は、シリンダー部１１２と、ドーム部１１４とを有する。シリンダー部１１２は、円筒状であり、高圧タンク１００の胴部を構成する。ドーム部１１４は、半球形状であり、シリンダー部１１２の軸方向における両端部に一対設けられ、高圧タンク１００の鏡部を構成する。鏡部とは、円筒状の容器の軸方向における両端を塞ぐ半球形状の部分のことである。
【００１２】
補強層１２０は、ライナー１１０の外表面を覆っている。補強層１２０は、炭素強化繊維プラスチックから構成される。本実施形態では、炭素強化繊維プラスチックから構成される補強層１２０は、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２をライナー１１０に巻き付け、その後熱硬化することによって、形成される。本実施形態では、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂である。
【００１３】
保護層１３０は、補強層１２０の外表面を覆い、透明性を有する樹脂から構成される。保護層１３０は、第１の層１３２と、第２の層１３４とから構成される。
【００１４】
第１の層１３２は、補強層１２０の外表面を覆っている。第１の層１３２は、透明性を有する熱可塑性樹脂４３２から構成される。本実施形態では、熱可塑性樹脂４３２は、発泡剤を含んでいる。第２の層１３４は、ドーム部１１４上の第１の層１３２を覆っている。第２の層１３４は、透明性を有する熱可塑性樹脂４３４から構成される。本実施形態では、熱可塑性樹脂４３４は、熱可塑性樹脂４３２より少量の発泡剤を含んでいる。
【００１５】
本実施形態では、熱可塑性樹脂４３２および熱可塑性樹脂４３４は、ともにアクリルである。本実施形態では、熱可塑性樹脂４３２の発泡倍率は、４５倍である。本実施形態では、熱可塑性樹脂４３４の発泡倍率は、７．５倍である。発泡倍率とは、原料が、同じ質量の原料と比較して、発泡剤によって何倍の体積となったかを示す値である。
【００１６】
開口部１４０は、高圧タンク１００の中心軸ＣＸ方向における両端部に一対設けられ、高圧タンク１００の内側と外側との間における高圧流体の流通を可能に構成されている。本実施形態では、開口部１４０には、口金部１５０ａと口金部１５０ｂとが取り付けられている。口金部１５０ａおよび口金部１５０ｂは、高圧流体を流通させるための配管やバルブを取り付け可能に構成されている。
【００１７】
図２は、高圧タンク１００を製造する工程のうち補強層１２０を形成する工程を示した説明図である。巻付装置２００は、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２をライナー１１０の外表面に巻き付け可能に構成されている。巻付装置２００は、保持軸２１０と、スプール２２０とを備える。
【００１８】
保持軸２１０は、ライナー１１０の開口部１４０に挿通されることによって、ライナー１１０を保持する。保持軸２１０は、ライナー１１０を回転方向Ｒへ回転可能に保持する。スプール２２０は、炭素繊維１２２を巻き付けるための軸部材である。本実施形態では、スプール２２０には、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２が巻き付けられている。他の実施形態では、スプール２２０には、熱硬化性樹脂を含浸させていない炭素繊維が巻きつけられていてもよい。この場合、炭素繊維は、ライナー１１０の外表面に巻き付けられる前に、熱硬化性樹脂を含浸されてから、ライナー１１０の外表面に巻き付けられる。
【００１９】
図２で示すように、保持軸２１０に保持されたライナー１１０は、保持軸２１０によって回転方向Ｒへ回転させられる。スプール２２０に巻き付けられている熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２は、一定の張力を与えられながら、回転しているライナー１１０に対して巻き付けられる。ライナー１１０の外表面に巻き付けられた熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２が熱硬化されることによって、ライナー１１０の外表面を覆う補強層１２０は形成される。
【００２０】
本実施形態では、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２は、回転しているライナー１１０に対して、いわゆるヘリカル巻きで巻き付けられる。他の実施形態では、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２は、回転しているライナー１１０に対して、いわゆるフープ巻きで巻き付けられてもよいし、フープ巻きとヘリカル巻きとを組み合わせて巻き付けられてもよいし、フープ巻きおよびヘリカル巻き以外の巻き付け方法で巻き付けられてもよい。
【００２１】
図３は、高圧タンク１００を製造する工程で用いられる射出成形装置３００の構成を示した説明図である。射出成形装置３００は、補強層１２０が形成されたライナー１１０の外表面に熱可塑性樹脂を射出することによって、保護層１３０を成形可能に構成されている。射出成形装置３００は、金型部３１０と、流体供給部３４０とを備える。
【００２２】
金型部３１０は、補強層１２０が形成されたライナー１１０を内側に配置可能に構成されている。金型部３１０の内側には、空間３３０が備えられている。空間３３０は、補強層１２０が形成されたライナー１１０を配置できる空間である。
【００２３】
空間３３０は、第１の空隙３３２を有する。第１の空隙３３２は、補強層１２０が形成されたライナー１１０を空間３３０に配置した際に、金型部３１０の内壁と補強層１２０との間に挟まれる空間である。本実施形態では、金型部３１０は、Ｙ軸方向について、第１の空隙３３２を拡張可能に変形できるよう構成されている。
【００２４】
金型部３１０の内側には、流入路３２０と、流入口３２４と、流入口３２６と、流入口３２８とが備えられている。流入路３２０は、流体供給部３４０より供給される流体を流通可能に形成されている。流入口３２４、流入口３２６および流入口３２８は、補強層１２０が形成されたライナー１１０が金型部３１０の内側に配置された際に、流体供給部３４０から送られてくる流体を第１の空隙３３２へ流入可能に形成されている。また、流入口３２６および流入口３２８は、第２の空隙３３４が形成された場合、流体供給部３４０から送られてくる流体を第２の空隙３３４へ流入可能に形成されている。
【００２５】
流入口３２４、流入口３２６および流入口３２８は、それぞれ開閉可能な仕切弁を有する。流入口３２４、流入口３２６および流入口３２８は、射出成形装置３００を制御する制御部（図示しない）からの信号に応じて、仕切弁をそれぞれ開閉する。
【００２６】
本実施形態では、流入口３２６は、流入口３２４に対して、Ｙ軸方向の＋側に配されている。本実施形態では、流入口３２８は、流入口３２４に対して、Ｙ軸方向の−側に配されている。本実施形態では、流入口３２４は、Ｙ軸方向において、流入口３２６と流入口３２８との間に配されている。
【００２７】
流体供給部３４０は、流入路３２０に接続し、流入路３２０を介して、流入口３２４と、流入口３２６と、流入口３２８とに流体を供給する。本実施形態では、流体供給部３４０から供給される流体は、加熱されることによって流動性を有した熱可塑性樹脂である。
【００２８】
図４は、高圧タンク１００を製造する工程のうち第１の層１３２を形成する工程を示した説明図である。図４において、流体供給部３４０から供給される流体は、透明性を有するとともに発泡剤を含む熱可塑性樹脂４３２である。図４において、流入口３２４、流入口３２６および流入口３２８は、射出成形装置３００の制御部からの信号に応じて、仕切弁をそれぞれ開放している。このため、流体供給部３４０から供給される熱可塑性樹脂４３２は、流入口３２４、流入口３２６および流入口３２８を通って、第１の空隙３３２に充填される。第１の空隙３３２に充填された熱可塑性樹脂４３２は、温度が下がり固まることで、第１の層１３２を補強層１２０の外表面に形成する。
【００２９】
図５は、高圧タンク１００を製造する工程のうち第２の層１３４を形成する工程を示した説明図である。第１の層１３２を補強層１２０の外表面に形成した後、金型部３１０は、第１の空隙３３２をＹ軸方向に拡張するよう変形することで、第２の空隙３３４を形成する。第２の空隙３３４は、第１の空隙３３２をＹ軸方向に拡張した空間３３０に、補強層１２０の外表面に第１の層１３２が形成されたライナー１１０を配置した際、金型部３１０の内壁と第１の層１３２との間に挟まれる空間である。図５において、流体供給部３４０から供給される流体は、透明性を有するとともに熱可塑性樹脂４３２より少量の発泡剤を含む熱可塑性樹脂４３４である。図５において、流入口３２６および流入口３２８は、射出成形装置３００の制御部からの信号に応じて、仕切弁を開放している。図５において、流入口３２４は、射出成形装置３００の制御部からの信号に応じて、仕切弁を閉鎖している。このため、流体供給部３４０から供給される熱可塑性樹脂４３４は、流入口３２６および流入口３２８を通って、第２の空隙３３４に充填される。第２の空隙３３４に充填された熱可塑性樹脂４３４は、温度が下がり固まることで、第２の層１３４を形成する。
【００３０】
図３から図５に示した工程で高圧タンク１００を製造した場合、保護層１３０は射出成形により形成されるため、保護層１３０を簡便に形成できる。また、図３から図５に示した工程で高圧タンク１００を製造した場合、高圧タンク１００が落下した際において高圧タンク１００の各部位に要求される耐衝撃性に応じて、保護層１３０の厚さおよび保護層１３０を構成する熱可塑性樹脂に含まれる発泡剤による発泡倍率を適正化して保護層１３０を形成できるため、保護層１３０を軽量化できる。
【００３１】
以上説明した実施形態によれば、保護層１３０は、透明性を有する熱可塑性樹脂４３２から構成される第１の層１３２と、透明性を有する熱可塑性樹脂４３４から構成される第２の層１３４とから構成されるため、半透明性であるガラス強化繊維プラスチックから構成された保護層と比べて、高圧タンク１００の外側から補強層１２０を検査する場合における保護層１３０側からの視認性を確保できる。
【００３２】
また、ガラス強化繊維プラスチックから構成された保護層を備える高圧タンクを製造する場合、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維をライナーに巻き付け、さらに、熱発泡性樹脂を含浸させたガラス繊維（白色で透明）を炭素繊維の外表面に巻き付けた後、加熱を行っているため、保護層は焼けて変色した黄色となる。それに対し、上述の実施形態によれば、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維１２２をライナー１１０に巻き付け、熱硬化した後、保護層１３０を射出成形により形成するため、保護層１３０が焼けて変色することによって透明性が損なわれることを防止できる。
【００３３】
Ｂ．その他の実施形態：
本発明は、上述の実施形態や実施例、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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。
【００３４】
本実施形態では、熱可塑性樹脂４３２および熱可塑性樹脂４３４は、ともにアクリルであったが、本発明はこれに限られない。熱可塑性樹脂４３２および熱可塑性樹脂４３４のいずれか一方は、アクリルであって、他方はアクリルでない透明性を有する熱可塑性樹脂であってもよい。また、熱可塑性樹脂４３２および熱可塑性樹脂４３４のいずれも、アクリルでない透明性を有する熱可塑性樹脂であってもよい。
【００３５】
本実施形態では、熱可塑性樹脂４３２の発泡倍率は、４５倍であり、熱可塑性樹脂４３４の発泡倍率は、７．５倍であったが、本発明はこれに限られない。熱可塑性樹脂４３２の発泡倍率は、４０倍でもよいし５０倍でもよい。熱可塑性樹脂４３４の発泡倍率は、５倍でもよいし、１０倍でもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１００…高圧タンク
１１０…ライナー
１１２…シリンダー部
１１４…ドーム部
１２０…補強層
１２２…炭素繊維
１３０…保護層
１３２…第１の層
１３４…第２の層
１４０…開口部
１５０ａ，１５０ｂ…口金部
２００…巻付装置
２１０…保持軸
２２０…スプール
３００…射出成形装置
３１０…金型部
３２０…流入路
３２４，３２６，３２８…流入口
３３２…第１の空隙
３３４…第２の空隙
３４０…流体供給部
４３２…熱可塑性樹脂
４３４…熱可塑性樹脂
ＣＸ…中心軸
Ｒ…回転方向
【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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