JP2009243660A - High pressure tank and its method for manufacturing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧タンクとその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池システム等にて利用されている高圧タンクの構造の改良に関する。 The present invention relates to a high-pressure tank and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an improvement in the structure of a high-pressure tank used in a fuel cell system or the like.
水素等の貯蔵ないしは供給に用いられる高圧タンクとして、タンク開口部に設けられた口金部にバルブアッセンブリ(高圧バルブ等を内蔵した部品)を取り付ける構造のものが利用されている。 As a high-pressure tank used for storing or supplying hydrogen or the like, a structure in which a valve assembly (a part incorporating a high-pressure valve or the like) is attached to a base provided at a tank opening is used.
従来、このような高圧タンクとして、例えば樹脂を含浸させたライナ層(内壁層)の外周面をCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)層(外壁層)で補強したタンク本体と、そのタンク本体の長手方向の開口端部に取り付けられた合金からなる口金部を有しているものが知られている。また、口金部と例えばライナ層(内壁層)との間からガスが漏れる構成とした高圧タンクも知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、このような高圧タンクにおいては、タンク内圧が高い状況下では、口金部と樹脂で含浸した繊維との間からガスが漏れにくい場合がある。この場合、ガスの充填放出の際にライナが異常変形し、当該ライナが繰り返し変形により破損してしまい、ひいてはガスリークが生じるおそれがある。 However, in such a high-pressure tank, gas may not easily leak from between the base and the fiber impregnated with resin under a situation where the tank internal pressure is high. In this case, the liner may be abnormally deformed when the gas is charged and released, and the liner may be damaged due to repeated deformation, resulting in a gas leak.
そこで、本発明は、ガスの充填放出の際にライナが異常変形し難い構造とし、ライナの繰り返し変形による破損を回避してガスリークを抑止できるようにした高圧タンクとその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a high-pressure tank and a method of manufacturing the same, in which the liner is less likely to be abnormally deformed when the gas is charged and released, and the gas leak can be suppressed by avoiding damage due to repeated deformation of the liner. Objective.
かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。従来、例えば樹脂ライナ製の容器に炭素繊維などをFW(フィラメントワインディング)成形することによって高圧タンクが形成されている。ところが、樹脂ライナを透過したガスが当該樹脂ライナとその外側の補強層(例えばCFRPからなる層)との間に溜まるため、ガス放出時に樹脂ライナが内側に異常変形することがある。このようにガス放出時に異常変形した樹脂ライナは、ガス充填時には再度圧力に押されて元に戻るが、ガスが再放出されれば再び内側に変形してしまう。この現象が繰り返されるとやがて樹脂ライナは破損し、ガスリークに至る場合がある。高圧タンクにおけるこのような現象に着目して検討を重ねた本発明者はかかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。 In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. Conventionally, a high-pressure tank is formed by, for example, FW (filament winding) molding of carbon fiber or the like in a container made of a resin liner. However, since the gas that has permeated through the resin liner accumulates between the resin liner and the outer reinforcement layer (for example, a layer made of CFRP), the resin liner may be abnormally deformed inward when the gas is released. The resin liner abnormally deformed when the gas is released in this manner is pressed again by the pressure when the gas is filled, and returns to the original state. However, if the gas is re-released, the resin liner is again deformed inward. If this phenomenon is repeated, the resin liner eventually breaks and may lead to gas leaks. The present inventor who has repeatedly studied focusing on such a phenomenon in the high-pressure tank has come to obtain new knowledge that leads to the solution of such a problem.
本発明にかかる高圧タンクはこのような知見に基づくものであり、口金部と、ライナと、該ライナの外周に設けられた補強層と、該補強層または当該補強層が口金部と隣接する領域に設けられて当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔と、を備えている。 The high-pressure tank according to the present invention is based on such knowledge, and includes a base part, a liner, a reinforcing layer provided on the outer periphery of the liner, and a region where the reinforcing layer or the reinforcing layer is adjacent to the base part. And a communication hole that communicates the inside of the tank and the outside of the tank.
さらに本発明は、口金部と、ライナと、該ライナの外周に設けられた補強層とを備える高圧タンクの製造方法において、補強層または当該補強層が口金部と隣接する領域に、タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔を連通孔形成手段により形成し、当該連通孔が形成されている状態にてFW成形を行う、というものである。 Furthermore, the present invention provides a method for manufacturing a high-pressure tank comprising a base part, a liner, and a reinforcing layer provided on the outer periphery of the liner, wherein the reinforcing layer or a region where the reinforcing layer is adjacent to the base part, A communication hole for communicating with the outside of the tank is formed by the communication hole forming means, and FW molding is performed in a state where the communication hole is formed.
上述の高圧タンクにおいては、ライナと補強層との間にいったん溜まったガスが、連通孔を介してタンク外部へと排出される。つまり、口金部と樹脂で含浸した繊維との間からガスが漏れにくいといったことが生じ難くなり、ライナと補強層との間にガスが滞留するのが抑制される。したがって、ガスの充填放出の際にライナが異常変形するのが抑えられ、ライナの繰り返し変形による破損の回避、ガスリークの抑止が可能となる。 In the high-pressure tank described above, the gas once accumulated between the liner and the reinforcing layer is discharged to the outside of the tank through the communication hole. That is, it is difficult for gas to leak from between the base portion and the fiber impregnated with the resin, and the gas is suppressed from staying between the liner and the reinforcing layer. Therefore, the liner can be prevented from being deformed abnormally during the filling and discharging of gas, and damage due to repeated deformation of the liner can be avoided and gas leakage can be suppressed.
この高圧タンクにおける連通孔は、連通孔形成手段により口金部と補強層との間に形成された孔である。連通孔形成手段は例えばマイクロチューブである。また、連通孔形成手段として、ライナおよび補強層よりもガス透過性の高い材料が用いられていてもよい。あるいは、連通孔形成手段として、口金部と補強層との接触部に塗布された離形剤が用いられていてもよい。または、連通孔形成手段は、口金部に設けられた溝であってもよい。 The communication hole in the high-pressure tank is a hole formed between the base portion and the reinforcing layer by the communication hole forming means. The communication hole forming means is, for example, a microtube. Further, as the communication hole forming means, a material having higher gas permeability than the liner and the reinforcing layer may be used. Or the mold release agent apply | coated to the contact part of a nozzle | cap | die part and a reinforcement layer may be used as a communicating hole formation means. Alternatively, the communication hole forming means may be a groove provided in the base part.
また、本発明にかかる高圧タンクにおいて、口金部は、外部へのガス供給路と当該高圧タンクの内部との間でガスの給排を制御するバルブアッセンブリ、あるいは該バルブアッセンブリの反対側に配置されるボスのいずれか一方が取り付けられるものである。 Further, in the high-pressure tank according to the present invention, the base portion is disposed on a valve assembly for controlling supply / discharge of gas between the gas supply path to the outside and the inside of the high-pressure tank, or on the opposite side of the valve assembly. Either one of the bosses is attached.
本発明によれば、高圧タンクにおいてガスの充填放出の際にライナが異常変形し難い構造とし、ライナの繰り返し変形による破損を回避してガスリークを抑止することができるようになる。 According to the present invention, it is possible to prevent the liner from being deformed abnormally when the gas is charged and released in the high-pressure tank, and to prevent damage due to repeated deformation of the liner and to suppress the gas leak.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
図1〜図21に本発明にかかる高圧タンクとその製造方法の実施形態を示す。高圧タンク1は、口金部11と、樹脂ライナ(ライナ)20と、該樹脂ライナ20の外周に設けられたCFRP層(補強層)21と、該CFRP層21または当該CFRP層21が口金部11と隣接する領域に設けられて当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔70と、を備えるものである。以下では、本発明にかかる高圧タンク1を燃料電池システム10における燃料供給源としての高圧の水素タンクに適用した場合について説明する。
1 to 21 show an embodiment of a high-pressure tank and a manufacturing method thereof according to the present invention. The high-
以下、まず本実施形態における燃料電池システムの概略から説明する(図1参照)。この燃料電池システム10は、燃料電池20と、酸化ガスとしての空気(酸素)を燃料電池20に供給する酸化ガス配管系30と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池20に供給する燃料ガス配管系40と、システム全体を統括制御する制御部70と、を備えたシステムとして構成されている。
Hereinafter, first, the outline of the fuel cell system in the present embodiment will be described (see FIG. 1). This
燃料電池20は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。燃料電池20の単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池20は電力を発生する。
The
酸化ガス配管系30は、燃料電池20に供給される酸化ガスが流れる供給路17と、燃料電池20から排出された酸化オフガスが流れる排出路12と、を有している。供給路17には、フィルタ13を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ14と、コンプレッサ14により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器15と、が設けられている。排出路12を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁16を通って加湿器15で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
The oxidizing
燃料ガス配管系40は、燃料供給源としての高圧の水素タンク(本明細書では高圧タンクという)1と、高圧タンク1から燃料電池20に供給される水素ガスが流れる供給路22と、燃料電池20から排出された水素オフガス(燃料オフガス)を供給路22の合流点Aに戻すための循環路23と、循環路23内の水素オフガスを供給路22に圧送するポンプ24と、循環路23に分岐接続された排出路25と、を有している。
The fuel
高圧タンク1は、例えば燃料電池車の燃料ガス供給用タンクとして好適なものであり、特に図示はしないが例えば3つの高圧タンク1が車体のリア部に搭載される等して用いられる。高圧タンク1は、燃料電池システム10の一部を構成し、燃料ガス配管系40を通じて燃料電池20に燃料ガスを供給する。高圧タンク1に貯留される燃料ガスは、例えば水素ガス、圧縮天然ガスといった可燃性の高圧ガスである。
The high-
本実施形態の高圧タンク1は、例えば35MPaといった圧力で水素ガスを貯留可能に構成されている。高圧タンク1の主止弁26を開くと、供給路22に水素ガスが流出する。その後、水素ガスは、インジェクタ29により流量及び圧力を調整された後、さらに下流において機械式の調圧弁27その他の減圧弁により、最終的に例えば200kPa程度まで減圧されて、燃料電池20に供給される。主止弁26及びインジェクタ29は、図1において破線の枠線で示すバルブアッセンブリ50に組み込まれ、バルブアッセンブリ50が高圧タンク1に接続されている。
The high-
供給路22の合流点Aの上流側には、遮断弁28が設けられている。水素ガスの循環系は、供給路22の合流点Aの下流側流路と、燃料電池20のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路23とを順番に連通することで構成されている。排出路25上のパージ弁33が燃料電池システム10の運転時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に図示省略した水素希釈器に排出される。パージ弁33の開弁により、循環路23内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。
A
制御部70は、内部にCPU,ROM,RAMを備えたマイクロコンピュータとして構成される。CPUは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、インジェクタ29の流量制御など、種々の処理や制御を行う。ROMは、CPUで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。RAMは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御部70は、ガス系統(30,40)や図示省略の冷媒系統に用いられる各種の圧力センサや温度センサなどの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。
The
続いて、高圧タンク1の構造等について説明する。
Next, the structure and the like of the
図2は、高圧タンク1の要部を示す断面図である。高圧タンク1は、例えば略楕円体のタンク本体10と、当該タンク本体10の長手方向の一端部に取り付けられた口金部11を有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the high-
タンク本体10は、例えば二層構造の壁層を有し、内壁層であるライナ20とその外側の外壁層である樹脂繊維層(補強層)としての例えばCFRP層21を有している。
The
ライナ20は、タンク本体10とほぼ同じ略楕円体形状を有する。ライナ20は、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、またはその他の硬質樹脂などにより形成されている(以下、樹脂ライナ20ともいう)。
The
樹脂ライナ20の口金部11のある先端側には、内側に屈曲した折返し部30が形成されている。折返し部30は、外側のCFRP層21から離間するようにタンク本体10の内側に向けて折り返されている。折返し部30は、例えば折り返しの先端に近づくにつれて次第に径が小さくなる縮径部30aと、当該縮径部30aの先端に接続され径が一定の円筒部30bとを有している。この円筒部30bにより樹脂ライナ20の開口部が形成されている。
A folded
口金部11は、略円筒形状を有し、樹脂ライナ20の開口部に嵌入されている。口金部11は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、例えばダイキャスト法等により所定の形状に製造されている。口金部11は、例えばインサート成形により樹脂ライナ20に取り付けられている。
The
口金部11は、例えば先端側(高圧タンク1の軸方向の外側)に鍔部11aが形成され、例えばその鍔部11aの後方側(高圧タンク1の軸方向の内側)に、高圧タンク1の軸に対して環状の凹み部11bが形成されている。凹み部11bは、軸側に凸に湾曲しR形状になっている。この凹み部11bには、同じくR形状のCFRP層21の先端部付近が気密に接触している。
The
例えばCFRP層21と接触する凹み部11bの表面には、例えばフッ素系の樹脂などの固体潤滑コーティングCが施されている。これにより、CFRP層21と凹み部11bとの間の摩擦係数が低減されている。
For example, the surface of the
口金部11の凹み部11bのさらに後方側は、例えば樹脂ライナ20の折返し部30の形状に適合するように形成され、例えば凹み部11bに連続して径の大きい突出部11cが形成され、その突出部11cから後方に一定径の口金部円筒部11dが形成されている。上記樹脂ライナ20の折返し部30の縮径部30aは、突出部11cの表面に密着し、円筒部30bは、口金部円筒部11dの表面に密着している。円筒部30bと口金部円筒部11dとの間には、シール部材40、41が介在されている。
The rear side of the recessed
口金部11の内周面には、バルブアッセンブリ50をねじ込み接続するためのねじ42が形成されている。バルブアッセンブリ50は、外部のガス供給ライン(供給路22)と高圧タンク1の内部との間で燃料ガスの給排を制御するものである。バブルアッセンブリ50の外周面と口金部11の内周面との間には、シール部材60、61が介在されている。
A
CFRP層21は、例えばFW成形(フィラメントワインディング成形)により、樹脂ライナ20の外周面と口金部11の凹み部11bに、樹脂の含浸した補強繊維を巻き付け、当該樹脂を硬化させることにより形成されている。CFRP層21の樹脂には、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が用いられる。また、補強繊維としては、炭素繊維、金属繊維などが用いられる。
The
さらに、本実施形態の高圧タンク1は、上述のCFRP層(補強層)21または当該CFRP層21が口金部11と隣接する領域に、当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔70を備えている。このような連通孔70によれば、特に、水素ガスがCFRP層21と樹脂ライナ20との間に溜まった場合における当該水素ガスをタンク外へと排出することが可能となる。すなわち、高圧タンク1においては、樹脂ライナ20を透過した水素ガスが当該樹脂ライナ20とその外側の補強層(本実施形態の場合、CFRP層21)との間に溜まるため、水素ガス放出時に樹脂ライナ20が内側に変形することがある(図22〜図24参照)。このように水素ガス放出時に変形した樹脂ライナ20は、水素ガス充填時には再度圧力に押されて元に戻り、水素ガスが再放出されれば再び内側に変形してしまい、これを繰り返すうちにやがて破損に至る場合がある(図24参照)。この点、本実施形態の高圧タンク1においては、樹脂ライナ20を透過して隙間に溜まりそうになった水素ガスをリークパスともいうべき連通孔70を通じてタンク外へと排出し、樹脂ライナ20の繰り返し変形による破損を回避することが可能である。また、当該高圧タンク1に保護カバーを装着したとしても、口金部11の首元から水素ガスをタンク外へと排出することができるから保護カバー内に水素ガスが溜まることも回避することができる。
Furthermore, the high-
なお、本明細書において、タンク外部とは当該高圧タンク1の最外周面よりも外側の領域で、タンク内部とは当該高圧タンク1の最外周面よりも内側の領域をいう。したがって、本実施形態の高圧タンク1において、樹脂ライナ20の内側のガス貯蔵部のみならず、当該樹脂ライナ20とCFRP層21の間も「タンク内部」に相当する。
In the present specification, the outside of the tank is a region outside the outermost peripheral surface of the high-
このような連通孔70を形成するための具体的な手段は特に限定されないが、例えば本実施形態では、樹脂ライナ20とCFRP層21との間に設けたマイクロチューブ71を利用している。マイクロチューブ71は、生化学や分子生物学などの試験・実験によく用いられる例えばポリプロピレン製の小型試験管などであり、一般に本体は先の閉じた円柱形または円錐形などとなっている。また、一般にマイクロチューブ71は機械的耐久性が高く、また多くの有機溶媒にも耐久性があることから、本実施形態におけるような連通孔形成手段としても好適であり、例えば高圧タンク1の内圧が高い状況下にて連通孔70を確保することが可能である。
Specific means for forming such a
続いて、高圧タンク1の製造方法(成形工程)を第1〜第5の実施形態として以下に説明する。
Then, the manufacturing method (molding process) of the high-
<第1の実施形態>
口金部11を有する樹脂ライナ20に、マイクロチューブ71を配置する(図3、図4参照)。ここで、本実施形態では、FW成形時にエポキシ等がマイクロチューブ71の中空部に浸入して連通孔70を塞いだ状態とならないよう、当該マイクロチューブ71の中空部に芯材71aを挿入している(図5参照)。芯材71aは、マイクロチューブ71の全長よりも長い一本材であり尚かつ可撓性を有するものが好ましい。芯材71aが挿入された状態のマイクロチューブ71は、一端が口金部11に沿ってタンク外側を向き、他端が樹脂ライナ20に接した状態で、口金部11および樹脂ライナ20の表面に沿うように配置される(図4参照)。マイクロチューブ71は、複数本が口金部11の周囲に周方向等間隔に配置されていることが好ましい。
<First Embodiment>
The
次にFW成形を行い、上述のように配置したマイクロチューブ71ごと巻き込むように口金部11および樹脂ライナ20の周囲に補強繊維を巻き付け、CFRP層(補強層)21を形成する(図6参照)。樹脂が硬化したら、マイクロチューブ71から芯材71aを引き抜く。これにより、CFRP層21または当該CFRP層21が口金部11と隣接する領域に連通孔70を形成し、タンク内部とタンク外部とを連通させた構造とすることができる。
Next, FW molding is performed, and reinforcing fibers are wound around the
以上の成形工程を経て製造された高圧タンク1は、口金部11にバルブアッセンブリ50が組み付けられて完成品となり、その後、水素ガスなどが充填された燃料タンク等として利用される。例えば水素ガスが高圧で充填された高圧タンク1においては、当該水素ガスが樹脂ライナ20を透過してCFRP層21と樹脂ライナ20との隙間に一時的に溜まることがあるが(図22、図23参照)、本実施形態によれば、タンク内圧が高い場合でもこの水素ガスをマイクロチューブ71によって形成された連通孔70を介してタンク外部へと排出することができる。また、当該高圧タンク1(のうち口金部11を除く周囲の部分)に保護カバー(図示省略)を装着したとしても、口金部11の首元から水素ガスをタンク外へと排出することができるから保護カバー内に水素ガスが溜まることも回避することができる。しかも、上述した製造方法によれば、口金部11の周囲等に連通孔形成手段(本実施形態の場合、マイクロチューブ71)を配置した状態で通常のFW成形を行えば連通孔70を確保することができるから手間が少なく簡便である。なお、ここまでの説明からも明らかなように、連通孔70はCFRP層21と樹脂ライナ20との隙間に溜まった水素ガスをタンク外へと排出させうるものであれば足り、常時連通した状態となっている必要はない。
The high-
<第2の実施形態>
本実施形態では、糸72を用いて連通孔70を形成する。まず、口金部11を有する樹脂ライナ20に、離型剤を塗布した糸72を配置する(図7参照)。このとき、糸72は、一端が口金部11に沿ってタンク外側を向き、他端が樹脂ライナ20に接した状態で、口金部11および樹脂ライナ20の表面に沿うように配置される。マイクロチューブ71は、複数本が口金部11の周囲に周方向等間隔に配置されていることが好ましい。
<Second Embodiment>
In the present embodiment, the
その後、FW成形を行い、上述のように配置した糸72ごと巻き込むように口金部11および樹脂ライナ20の周囲に補強繊維を巻き付け、CFRP層(補強層)21を形成する(図8参照)。樹脂が硬化したら糸72を引き抜き、樹脂ライナ20と口金部11あるいはCFRP層21との間に連通孔70を形成し、タンク内部とタンク外部とを連通させた構造とする。
Thereafter, FW molding is performed, and reinforcing fibers are wound around the
<第3の実施形態>
本実施形態では、メッシュ73を用いて連通孔70を形成する。まず、口金部11および樹脂ライナ20の表面に、離型剤を塗布したメッシュ73を配置する(図9、図10参照)。メッシュ73は、例えば口金部11の周囲に被せられるよう、口金部11および樹脂ライナ20の表面に沿って周状ないしは筒状に形成されている。メッシュ73の材質は例えば布、ナイロンなどが好ましい。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, the
その後、FW成形を行い、メッシュ73に被せるようにして口金部11および樹脂ライナ20の周囲に補強繊維を巻き付け、CFRP層(補強層)21を形成する(図11参照)。メッシュ73が介在している部分は、CFRP層21よりも水素ガスの透過性が高い。このため、この高圧タンク1においては、樹脂ライナ20を透過した水素ガスはメッシュ73が介在している層を透過してタンク外へと排出される。なお、このような構造の高圧タンク1の場合、メッシュ73が介在することによって形成される無数の隙間が、水素ガスをタンク外へと導く連通孔70として機能する。本明細書ではこのような孔を便宜的に(連通)孔と称しているにすぎず、要は、樹脂ライナ20を透過した(水素)ガスをタンク外へと排出させうるものであればよい。
Thereafter, FW molding is performed, and reinforcing fibers are wound around the
<第4の実施形態>
本実施形態では、固形の離型剤を用いて連通孔70を形成する。まず、口金部11および樹脂ライナ20の表面に固形の離型剤を塗布する(図12中の矢示部分参照)。その後、FW成形を行い、口金部11および樹脂ライナ20の周囲に補強繊維を巻き付けてCFRP層(補強層)21を形成する(図13参照)。この場合、離型剤を塗布した部分が非接着層となり、口金部11とCFRP層21とのシール性を弱める。このため、樹脂ライナ20を透過した水素ガスは当該非接着層(離型剤を塗布した部分)から抜けやすくなる。離型剤にマイクロビーズなどを混入させておけば、口金部11とCFRP層21のシール性をさらに弱めることもできる。
<Fourth Embodiment>
In the present embodiment, the
<第5の実施形態>
本実施形態では、テフロン(登録商標)を用いて連通孔70を形成する。まず、口金部11の表面にテフロン(登録商標)をコーティングしておく。その後、FW成形を行い、口金部11および樹脂ライナ20の周囲に補強繊維を巻き付けてCFRP層(補強層)21を形成する。この場合、テフロン(登録商標)をコーティングした部分が非接着層となり、口金部11とCFRP層21とのシール性を弱めるから、樹脂ライナ20を透過した水素ガスがこの部分から抜けやすくなる。なお、口金部11とCFRP層21とのシール性をさらに弱めるべく、口金部11の一部に例えば放射状に拡がる複数の溝74を連通孔形成手段として設けてもよい(図14参照)。また、テフロン(登録商標)の代わりにシリコンなどCFRP層21と接着しない材料でも同様の作用効果を得ることが可能である。
<Fifth Embodiment>
In the present embodiment, the
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した各実施形態ではFW成形時に連通孔70が形成される各形態を説明したがこれは好適な形態にすぎず、この他、FW成形後(タンク成形後)に連通孔を形成することとしてもよい。以下、CFRP層21に小孔80を設け、樹脂ライナ20とCFRP層21との間に水素ガスが滞留しないようにした形態を他の例として説明する。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, each form in which the
すなわち、上述したように、現状においては、樹脂ライナ20を透過したガスが樹脂ライナ20とCFRP層21との間に溜まり、タンクの内圧が減圧すると溜まったガスが膨張して樹脂ライナ20を内側に凹ましてしまう場合がある。一般に、この場合の変形量は大きいことから、ガス充填と放出を繰り返すと樹脂ライナ20が早期に疲労破断してしまい、内部のガスが漏れるようになってしまうおそれがある。この点、CFRP層21に小孔80を設ける本実施形態によれば、CFRP層21と樹脂ライナ20との間にガスが溜まるのを抑制してこのような事態を回避することが可能である。これによれば、高圧タンク1から水素ガスを放出する際に樹脂ライナ20が内側へ異常変形するのを抑えることが可能となる。
That is, as described above, under the present circumstances, the gas that has permeated through the
ここで、小孔80を設けるための具体的手段は特に限定されることはなく、例示すればドリル81を用いることができる。すなわち、FW成形後の高圧タンク1に対し(図15参照)、熱硬化によりCFRP層21が固化した後、ドリル81を用いて当該タンクの側面に小孔80を設ける。このようにドリル81等で孔開けする際、CFRP層21は貫通するが樹脂ライナ20を貫通しない小孔80を形成することが好ましい(図16参照)。また、孔径(ないしはドリル径)も特に限定されることはないが、例示すれば0.5〜2mm程度の孔径(内径)とすることが好ましい。
Here, the specific means for providing the
以上のような小孔80は、樹脂ライナ20とCFRP層21との間の水素ガスをタンク外へ排出する連通孔として機能し、当該樹脂ライナ20とCFRP層21の隙間にガスが滞留するのを抑制する。これによれば、樹脂ライナ20の繰り返し変形による破損やこれに起因するガスリークを回避することができる。しかも、本実施形態のようにドリル81等を用いれば当該高圧タンク1の成形後に小孔80を設けることが可能であり、現状のFW成形工程に変更を来すこともなく、簡便かつ低コストにて破損やガスリークの回避を図ることが可能である。
The
上述のようにドリル81等を用いて小孔80を設ける場合、当該タンク本体10の大きさ等を考慮して当該小孔80を複数設けることも可能である(図17参照)。特に高圧タンク1が大型の場合、複数の小孔80を設けることは、水素ガスをより排出しやすくして破損やガスリークを回避する観点から好適である。ただし、タンク本体10の肩部(胴部とドーム部との境界付近)のように、CFRP層21がその他よりも薄くなっている部分には小孔80を設けないことが好ましい(図17中の丸で囲んだ部分参照)。その一方で、口金部11の周辺(あるいはタンク本体10の両端付近)においてCFRP層21がその他の部分(例えば胴部)よりも厚く剛性が高くなっていれば、当該剛性が高い部分に小孔80を設けることが好ましい(図17参照)。一般に口金部11の周辺におけるCFRP層21は他の部位よりも厚いため、当該厚い部分にのみ小孔80を設けること、あるいはその他の箇所との組み合わせとすることは、孔開けによるタンク強度への影響の観点からすれば好適である。
When the
また、このように小孔80を複数設ける場合には、これら複数の小孔80が軸方向に沿って直線上に並ぶ配置とすることも可能ではあるが(図18参照)、これ以外の配置とすることが好ましい。複数の小孔80を軸方向に直線的に配置すると、フープ応力の影響によってタンク本体10に軸方向の亀裂が入るおそれがあるが、例えば螺旋状に配置することとすればこのような影響を抑えることが可能である(図19参照)。
Further, when a plurality of
さらに、小孔(連通孔)80を設けることによってタンク本体10の破裂限度圧力や疲労耐久性能が低下する場合には、CFRP層21に補強用の帯状部21aを設け、当該帯状部21aに小孔80を設けることも好ましい(図20参照)。小孔80を複数設ける場合には、軸方向に並ぶように帯状部21aを複数設け、これら帯状部21aのそれぞれに小孔80を設けることとしてもよい(図21参照)。
Further, when the burst limit pressure and the fatigue durability performance of the
なお、上述した各実施形態において例示した連通孔(小孔80を含む)70の配置は、樹脂ライナ20とCFRP層21との間の水素ガスをタンク外へ排出するための孔として機能するものである限り特に限定されることはなく、任意に設定することが可能である。
The arrangement of the communication holes (including the small holes 80) 70 exemplified in the above-described embodiments functions as a hole for discharging the hydrogen gas between the
また、上述の連通孔70を通じてタンク外へと排出させる際の水素ガスの排気位置をさらに限定することとしてもよい。例えば、連通孔70の開口部に排気管を接続するなどすれば、可燃性ガス(例えば水素ガス)をタンク外の限定された位置、あるいは装置の外部(例えば燃料電池システムの外部)の限定された位置に排気することができる。
Moreover, it is good also as limiting further the exhaust position of the hydrogen gas at the time of making it discharge outside a tank through the above-mentioned communicating
また、ここまで、口金部11を有する樹脂ライナ20に連通孔形成手段(マイクロチューブ71等)を配置して連通孔70を形成する場合の各実施形態を説明したが、ここでいう口金部はバルブアッセンブリ50が取り付けられるものに限らない。すなわち、高圧タンク1におけるバルブアッセンブリ50の反対側に例えばボスが設けられる場合、当該ボスが取り付けられる口金部を利用して連通孔70を形成することも可能である。この場合、上述した各連通孔形成手段(マイクロチューブ71、糸72など)を用い、上述した各実施形態におけるのと同様にして連通孔70を形成することができる。なお、図15〜図21においては、ボスが取り付けられる口金部を符号18で示している。
Moreover, although each embodiment in the case of forming the
さらに、ここまでの実施形態では、高圧タンク1が燃料電池システム10における燃料供給源としての水素タンクであり、水素ガスが充填されあるいは供給される場合を説明したが、これらも本発明の好適な形態例にすぎず、本発明にかかる高圧タンク1を水素ガス以外のガスに用いることは当然に可能である。
Further, in the embodiments described so far, the case where the high-
1…高圧タンク、11…口金部、18…口金部、20…樹脂ライナ(ライナ)、21…CFRP層(補強層)、70…連通孔、71…マイクロチューブ(連通孔形成手段)、72…離型剤を塗布した糸(連通孔形成手段)、73…メッシュ(連通孔形成手段)、74…溝(連通孔形成手段)、80…小孔(連通孔)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記補強層または当該補強層が前記口金部と隣接する領域に、タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔を連通孔形成手段により形成し、当該連通孔が形成されている状態にてFW成形を行う、高圧タンクの製造方法。 In a method for manufacturing a high-pressure tank comprising a base part, a liner, and a reinforcing layer provided on the outer periphery of the liner,
In the region where the reinforcing layer or the reinforcing layer is adjacent to the base portion, a communication hole that connects the inside of the tank and the outside of the tank is formed by the communication hole forming means, and FW molding is performed in a state where the communication hole is formed. A method for manufacturing a high-pressure tank.
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