JP2010071444A - 高圧タンクおよびその製造方法、製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ライナの内面に金属層を形成する以外の構造によって当該ライナにおける水素透過量を抑える。
【解決手段】口金部11と、ライナ20と、該ライナ20に設けられた補強層21とを備える高圧タンク1であって、ライナ20の外面には例えばEVOH層からなるガスバリア層が形成されている。このような高圧タンク1は、雄型と第1の雌型からなる成形用金型に樹脂を注入してライナ20の第1層を成形し、第1の雌型を取り外して第2の雌型に取り替え、EVOHなどのガスバリア性樹脂を注入して第1層の外面にガスバリア層を成形して2層構造とし、該2層構造のライナ20を取り出した後に該ライナ20どうしを溶着し、FW成形した後に加熱硬化させることによって製造することができる。
【選択図】図2
【解決手段】口金部11と、ライナ20と、該ライナ20に設けられた補強層21とを備える高圧タンク1であって、ライナ20の外面には例えばEVOH層からなるガスバリア層が形成されている。このような高圧タンク1は、雄型と第1の雌型からなる成形用金型に樹脂を注入してライナ20の第1層を成形し、第1の雌型を取り外して第2の雌型に取り替え、EVOHなどのガスバリア性樹脂を注入して第1層の外面にガスバリア層を成形して2層構造とし、該2層構造のライナ20を取り出した後に該ライナ20どうしを溶着し、FW成形した後に加熱硬化させることによって製造することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、高圧タンクおよびその製造方法、製造装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、高圧タンクの構造の改良およびこれに適した製造方法、製造装置に関する。
水素等の貯蔵ないしは供給に用いられる高圧タンク(高圧ガス貯蔵容器)として、例えば樹脂を含浸させたライナの外周面をCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)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。タンク開口部に設けられた口金部には例えばバルブアッセンブリ(高圧バルブ等を内蔵した部品)が取り付けられる。また、従来、水素透過量を抑えるために樹脂ライナの内面に金属層を形成した構造の高圧タンクも開示されている(例えば特許文献1参照)。
特開2006−316934号公報
しかしながら、上述した高圧タンクのようにライナの内面に金属層が形成されていると、高圧時に当該金属層が剥離するおそれがある。
そこで、本発明は、ライナの内面に金属層を形成する以外の構造によって当該ライナにおける水素透過量を抑えるようにした高圧タンクおよびその製造方法、製造装置を提供することを目的とする。
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。金属層のない、ライナとCFRP層とからなる従来の2層構造の高圧タンクにおいては、微量ながらも水素ガスがライナ層を透過してライナ層とCFRP層との間に滞留することがある。この場合、タンク内が高圧であればCFRP層と口金部との間は加圧されてシールされた状態にあるため水素ガスはライナ層とCFRP層との間に滞留したままであるが、水素ガスが使用される等して内圧が下がると、シールが弱まったCFRP層と口金部との間から水素ガスがタンク外へと漏れてしまうという現象が起こる。高圧タンクに関し、特に水素ガスがライナ層を透過する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。
本発明にかかる高圧タンクはこの知見に基づくものであり、口金部と、ライナと、該ライナに設けられた補強層とを備え、ライナの外面にはガスバリア層が形成されているというものである。ガスバリア層は、例えばEVOH樹脂材料、あるいは塩化ビニル等の高分子材料、高架橋度樹脂などによって形成されている。
ガスバリア層を形成する例えばEVOH(エチレンビニルアルコール共重合樹脂)はガスを透過させにくい樹脂材料であるから、高圧タンクにおいてライナからのガス透過を抑制することが可能となる。また、EVOHとライナ樹脂を混合すると化学反応を起こし、物性が低下してタンクとしての強度が保てなくなる場合がある。この点、本発明のごとく樹脂製ライナ(第1層)に例えばEVOH層を形成して2層構造とした場合、EVOHとライナ樹脂とが化学反応を起こすようなことはない。加えて、金属層を形成せずともガス透過を抑制することが可能となるから、高圧時に当該金属層が剥離するようなこともない。ライナの外面に形成されているガスバリア層は、樹脂ライナと例えばCFRPからなる補強層との間に介在した状態となっている。
本発明にかかる高圧タンクは、例えば燃料電池用の水素ガスが充填される貯蔵容器として好適である。
また、本発明にかかる高圧タンクの製造方法は、雄型と第1の雌型からなる成形用金型に樹脂を注入してライナの第1層を成形し、第1の雌型を取り外して第2の雌型に取り替え、ガスバリア性樹脂を注入して第1層の外面にガスバリア層を成形して2層構造とし、該2層構造のライナを取り出した後に該ライナどうしを溶着し、FW成形した後に加熱硬化させるというものである。
かかる製造方法によれば、成形後のライナ第1層を雄型から取り外さず引き続きガスバリア層(例えばEVOH層)を成形し、ライナでのガス透過を抑えた高圧タンクを製造することが可能である。また、このように2層構造のライナを成形する際に雄型を共用することにより、工程の簡素化、工程時間の短縮を図り、さらにはコスト低減を図ることが可能である。
また、高圧タンクの製造方法として、ガスバリア性樹脂材料からなる樹脂フィルムをあらかじめ所定形状に成形しておき、雄型と雌型からなる成形用金型に樹脂を注入してライナの第1層を成形し、雄型と雌型とを引き離した後に樹脂フィルムを雌型内または第1層の外面に装着し、フィルムインサート成形を行うことによって第1層の外面にガスバリア層を成形して2層構造とし、該2層構造のライナを取り出した後に該ライナどうしを溶着し、FW成形した後に加熱硬化させるようにしてもよい。
さらに、本発明にかかる高圧タンク用ライナの製造装置は、ライナ成形用の雄型と、該雄型との間にライナの第1層成形用の隙間を形成する第1の雌型と、第1層成形後に第1の雌型と取り替えられ、第1層の外面にガスバリア層を成形するための隙間を形成する第2の雌型と、を備えるものである。
この製造装置によれば、成形したライナ第1層を雄型から取り外さず引き続きガスバリア層(例えばEVOH層)を成形し、ガス透過を抑えたライナを成形することができる。また、このように2層構造のライナを成形する際に雄型を共用することにより、工程の簡素化、工程時間の短縮を図り、さらにはコスト低減を図ることが可能である。
かかる製造装置において、第2の雌型は、雄型との間に、第1の雌型よりも大きな隙間を形成するものである。この場合、ライナ第1層の成型後において、当該ライナ第1層と第2の雌型との間に、EVOH成形のための隙間が形成される。
また、製造装置においては、第1の雌型と第2の雌型とが並列に配置され、当該第1の雌型および第2の雌型と雄型とが並列方向に相対移動可能であることが好ましい。このような製造装置においては、ライナ第1層が被さった状態の雄型を相対移動させることにより、第1の雌型から第2の雌型へと簡単にかつ素早く移し変えることができる。
本発明によれば、ライナの内面に金属層を形成する以外の構造によって当該ライナにおける水素透過量を抑えることが可能となる。
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。
図1〜図14に本発明にかかる高圧タンクおよびその製造方法、製造装置の実施形態を示す。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、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100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。
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100は、燃料電池2と、酸化ガスとしての空気(酸素)を燃料電池2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2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。
燃料電池2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2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2は電力を発生する。
酸化ガス配管系30は、燃料電池2に供給される酸化ガスが流れる供給路17と、燃料電池2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。
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2に供給される水素ガスが流れる供給路22と、燃料電池2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。
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100の一部を構成し、燃料ガス配管系40を通じて燃料電池2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。
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、燃料電池2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。
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2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100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。
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。
続いて、高圧タンク1の構造について説明する。
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、例えば両端が略半球状である円筒形状のタンク本体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。
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。
ライナ20は、タンク本体10とほぼ同じ形状に形成される。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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ここで、本実施形態の高圧タンク1を構成する樹脂ライナ20は、当該ライナの外周面にEVOH(エチレンビニルアルコール共重合樹脂)層からなるガスバリア層が成形されて2層構造となっている(図5等参照)。EVOHはガスを透過させにくい樹脂材料であるため、当該高圧タンク1内の水素ガスが樹脂ライナ20を透過するのを抑制することができる。
この点、樹脂ライナ20とCFRP層21のみからなる従来構造の高圧タンクの場合、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)との間に滞留し、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12〜図14参照)。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13参照)。また、水素ガスが樹脂ライナ20と補強層(CFRP層21)との間に滞留しているとき、高圧タンク1内が高圧であればCFRP層21と口金部11との間が加圧されてシールされた状態にあるため水素ガスは滞留したままであるが、水素ガスが使用される等して内圧が下がると、シールが弱まったCFRP層21と口金部11との間から水素ガスがタンク外へと漏れてしまう場合がある(図14参照)。
これに対し、上述のようにEVOH層を形成して樹脂ライナ20を2層構造とした本実施形態の場合には、水素ガスが樹脂ライナ20を透過するのを抑えることができる。また、一般に、EVOHとライナ樹脂とを混合すると化学反応を起こして物性が低下するおそれがあるが、本実施形態では第1層としての従来の脂製ライナの外面にEVOH層を形成して2層構造としているため、EVOHとライナ樹脂とが化学反応を起こすようなことはない。加えて、金属層を形成せずともガス透過を抑制することが可能となるから、高圧時に当該金属層が剥離するようなことは皆無である。
続いて、高圧タンク1の成形工程について以下に説明する。
<第1の実施形態>
まず、本実施形態にかかる高圧タンク1用の樹脂ライナ20の製造装置について概略を説明する(図6参照)。この製造装置80は、ライナ成形用の雄型81と、該雄型81との間に樹脂ライナ20の第1層(以下、符号20aで示す)を成形するための隙間を形成する第1の雌型82と、第1層20aの成形後に第1の雌型82と取り替えられ、第1層20aの外面にEVOH層(以下、符号20bで示す)を成形するための隙間を形成する第2の雌型83と、を備えている。第1の雌型82には、ライナ樹脂を射出する射出成形ユニット84が設けられており、第2の雌型83には、EVOH樹脂を注入するための押出し成形ユニット85が設けられている。本実施形態の第1の雌型82および第2の雌型83は分割可能な割型である。
まず、本実施形態にかかる高圧タンク1用の樹脂ライナ20の製造装置について概略を説明する(図6参照)。この製造装置80は、ライナ成形用の雄型81と、該雄型81との間に樹脂ライナ20の第1層(以下、符号20aで示す)を成形するための隙間を形成する第1の雌型82と、第1層20aの成形後に第1の雌型82と取り替えられ、第1層20aの外面にEVOH層(以下、符号20bで示す)を成形するための隙間を形成する第2の雌型83と、を備えている。第1の雌型82には、ライナ樹脂を射出する射出成形ユニット84が設けられており、第2の雌型83には、EVOH樹脂を注入するための押出し成形ユニット85が設けられている。本実施形態の第1の雌型82および第2の雌型83は分割可能な割型である。
また、本実施形態の製造装置80において、雄型81は、成形される2層構造の樹脂ライナ20の長軸方向にスライドする可動型として形成されている(図6参照)。また、第1の雌型82および第2の雌型83は、上述の長軸方向とは垂直である横方向に配置されて一体化されるとともに、当該並列方向にスライド可能に設けられている(図6参照)。雄型81や雌型82,83をスライドさせるための機構についての詳細な説明は省くが、リニアモータ、リニアテーブル、ボールねじ、リニアガイド、位置センサ、ステッピングモータ、サーボモータなどを用いた公知の構成であって構わない。
上述のような高圧タンク用ライナの製造装置80においては、まず、雄型81と第1の雌型82とを組み合わせる。このとき、これら雄型81と雌型82との間には、樹脂ライナ20の第1層20aを成形するための所定の厚みをもった隙間が形成される(図3参照)。ここで、射出成形ユニット84により第1層20aを構成する樹脂材料をこの隙間に射出する。
射出成形後、第1の雌型82を開く。このとき、表面に第1層20aが成形された状態のまま雄型81をいったん後退させた後、雌型82,83をスライドさせ(図6参照)、雄型81の前方に第2の雌型83を位置させる。その後、雄型81を前進させて第2の雌型83と組み合わせると、第1層20aと第2の雌型83との間に、EVOH層20bを成形するための隙間が形成される(図5参照)。なお、この隙間の大きさは、EVOH層20bの所望の肉厚に応じて適宜設定することが可能である。
ここで、当該隙間に対してEVOH樹脂材料を注入し、押出成形を行う(図5参照)。これにより、第1層20aの外面(表層)にEVOH層20bを成形し、2層構造の樹脂ライナ20とすることができる。
なお、この場合において、EVOH樹脂材料を注入しながら型を閉じることも好ましい。すなわち、第2の雌型83を閉じながら雄型81に組み合わせる場合であれば、EVOH樹脂材料を注入しながら第2の雌型83を閉じることとすれば、第1層20aの表層により均一に樹脂を行き渡らせやすい。
成形後、第2の雌型83を開いて2層構造の樹脂ライナ20を取り出す。その後、2つの樹脂ライナ20の開口端どうしを突き合わせた状態で溶着し、口金部11を組み付け(図7参照)、FW(フィラメントワインディング)成形を行う(図8参照)。FW成形後、当該高圧タンク1を加熱硬化して完成品を得る。
本実施形態によれば、第1層20aの外面(表層)にEVOH層20bが成形された2層構造の樹脂ライナ20を含む高圧タンク1を得ることができる。かかる高圧タンク1は耐ガス透過性に優れ、水素ガスが当該樹脂ライナ20を透過し、樹脂ライナ20とCFRP層21との間に滞留するのを抑える。
また、本実施形態では、第1層20aを射出成形した後、当該第1層20aを雄型81から脱型せず、押出成形する型(第2の雌型83)と合わせてEVOH樹脂材料を成形することから、寸法精度、樹脂間の密着性に優れた2層構造の成形品を得ることができる。特に、第1層20aの成形後に当該第1層20aが収縮すると形状の安定化が難しいが、雄型81を共用したまま雌型を取り替える本実施形態によれば、第1層20aの外面(表層)に肉厚が均一化した安定した形状のEVOH層20bを成形することができる。また、雄型81を共用することにより樹脂ライナ20ひいては高圧タンク1の成形に要する工程の簡素化、工程時間の短縮を図り、さらにはコスト低減を図ることも可能である。
加えて、EVOH層20bの成形時に用いられる第2の雌型83の形状は、第1層20aの収縮の程度なども踏まえたうえで所望のEVOH肉厚が得られるよう適宜設定可能なものである。したがって本実施形態の製造装置80によれば肉厚や形状、品質が均一化した樹脂ライナ20を成形することが可能である。
<第2の実施形態>
まず、雄型181と雌型182とを組み合わせ、射出成形ユニット184により第1層20aを構成する樹脂材料を射出する(図9参照)。射出成形後、雌型182を開き、表面に第1層20aが成形された状態のまま雄型81をいったん後退させる。また、押出成形等で所定形状に成形したEVOH製の樹脂フィルム(あるいは樹脂シート)20bを雌型182に装着してセットする(図10参照)。この樹脂フィルム20bは、例えば別途押出成形を実施しておく等により事前に成形しておくことができるものである。もちろん、雌型182へのセット自体を事前に行っておいてもよい。なお、この樹脂フィルム20bは雌型182にではなく雄型81の第1層20aの外面(表層)にセットされてもよい。この場合には、第1層20aの表面にエポキシ樹脂等のバインダを必要に応じて塗布してよい。
まず、雄型181と雌型182とを組み合わせ、射出成形ユニット184により第1層20aを構成する樹脂材料を射出する(図9参照)。射出成形後、雌型182を開き、表面に第1層20aが成形された状態のまま雄型81をいったん後退させる。また、押出成形等で所定形状に成形したEVOH製の樹脂フィルム(あるいは樹脂シート)20bを雌型182に装着してセットする(図10参照)。この樹脂フィルム20bは、例えば別途押出成形を実施しておく等により事前に成形しておくことができるものである。もちろん、雌型182へのセット自体を事前に行っておいてもよい。なお、この樹脂フィルム20bは雌型182にではなく雄型81の第1層20aの外面(表層)にセットされてもよい。この場合には、第1層20aの表面にエポキシ樹脂等のバインダを必要に応じて塗布してよい。
次に、雌型182を再び閉じた状態とし、加圧成形(一種のフィルムインサート成形)を行う(図11参照)。これにより、樹脂ライナ20の第1層20aの外面(表層)にEVOH製の樹脂フィルム20bが一体化され、2層構造の樹脂ライナ20が得られる。
成形後、雌型182を開いて樹脂ライナ20を取り出す。その後、2つの樹脂ライナ20の開口端どうしを突き合わせた状態で溶着し、口金部11を組み付け(図7参照)、FW(フィラメントワインディング)成形を行う(図8参照)。FW成形後、当該高圧タンク1を加熱硬化して完成品を得る。
本実施形態の場合にも、第1層20aの外面(表層)にEVOH層20bが成形された2層構造の樹脂ライナ20を含む高圧タンク1を得ることができる。この高圧タンク1も耐ガス透過性に優れ、水素ガスが当該樹脂ライナ20を透過し、樹脂ライナ20とCFRP層21との間に滞留するのを抑えることが可能である。
ちなみに、この第2の実施形態において、樹脂フィルム20bを例えば雌型182内に装着しておき、樹脂を射出成形するいわゆるフィルムインサート成形を行うことによって2層構造の樹脂ライナ20を得ることもできる。
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EVOH層20bをライナ第1層20aの外面(表層)に成形したが、これとは逆に第1層20aの内面側(裏側)にこの第1層20aを成形することも可能である。特に図示はしないが、例えば上述した第2の実施形態において、第1層20aを雄型182からいったん外し、EVOH製の樹脂フィルム(あるいは樹脂シート)20bをこの第1層20aの内側にセットすることにより、EVOH層20bが内側に位置する2層構造の樹脂ライナ20を成形することができる。
また、上述した実施形態では樹脂ライナ20の第1層20aを射出成形、EVOH層20bを押出成形により成形する場合について説明したがこれらも例示に過ぎず、この他、例えばEVOH層20bを射出成形により成形すること等も可能である。
また、上述した実施形態における高圧タンク用ライナの製造装置80の雄型81は軸方向へ、雌型82,83は並列方向へとそれぞれスライド可能であったが、これとは異なる動き(例えば雄型81が横方向、雌型82,83が長軸方向にスライドするもの、あるいは雄型81のみが直交2方向にスライドするもの、等)でも構わない。要は、製造装置80は、雄型81に対し第1の雌型82と第2の雌型83とを取り替える(あるいは切り替える)ことができるように雄型81と雌型82,83とが相対移動可能な構成であればよい。
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100における燃料供給源としての水素タンクである場合について説明したが、これ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適用することも可能である。
また、ここまで、口金部として符号11で示すものを例示して本実施形態を説明してきたが、本発明でいうところの口金部は、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も本発明でいうところの口金部に該当する。なお、図7および図12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。
さらに、ここまでの実施形態では、樹脂ライナ20の第1層20aの外面にEVOH層20bからなるガスバリア層を形成した場合を例示して説明したがEVOH材料は好適な一例にすぎない。この他、例えば塩化ビニル等が重合してなる高分子材料、あるいは高架橋度樹脂(架橋度が標準架橋度樹脂よりも多い樹脂)など、所定程度の気体透過係数(水素ガス透過係数)を有する材料を用いてガスバリア層を形成することもできる。
1…高圧タンク、11…口金部、18…口金部、20…樹脂ライナ(ライナ)、20a…第1層、20b…EVOH層(ガスバリア層)、21…CFRP層(補強層)、80…高圧タンク用ライナの製造装置、81…雄型、82…第1の雌型、83…第2の雌型
Claims (9)
- 口金部と、ライナと、該ライナに設けられた補強層とを備え、前記ライナの外面にはガスバリア層が形成されている高圧タンク。
- 燃料電池用の水素ガスが充填される請求項1に記載の高圧タンク。
- 前記ガスバリア層がEVOH樹脂材料によって形成されている、請求項1または2に記載の高圧タンク。
- 雄型と第1の雌型からなる成形用金型に樹脂を注入してライナの第1層を成形し、
前記第1の雌型を取り外して第2の雌型に取り替え、
ガスバリア性樹脂を注入して前記第1層の外面にガスバリア層を成形して2層構造とし、
該2層構造のライナを取り出した後に該ライナどうしを溶着し、FW成形した後に加熱硬化させる、高圧タンクの製造方法。 - ガスバリア性樹脂材料からなる樹脂フィルムをあらかじめ所定形状に成形しておき、
雄型と雌型からなる成形用金型に樹脂を注入してライナの第1層を成形し、
前記雄型と雌型とを引き離した後に前記樹脂フィルムを前記雌型内または前記第1層の外面に装着し、フィルムインサート成形を行うことによって前記第1層の外面にガスバリア層を成形して2層構造とし、
該2層構造のライナを取り出した後に該ライナどうしを溶着し、FW成形した後に加熱硬化させる、高圧タンクの製造方法。 - 前記ガスバリア性樹脂材料としてEVOH樹脂材料を用いる、請求項4または5に記載の高圧タンクの製造方法。
- ライナ成形用の雄型と、
該雄型との間にライナの第1層成形用の隙間を形成する第1の雌型と、
前記第1層成形後に前記第1の雌型と取り替えられ、前記第1層の外面にガスバリア層を成形するための隙間を形成する第2の雌型と、
を備える高圧タンク用ライナの製造装置。 - 前記第2の雌型は、前記雄型との間に、前記第1の雌型よりも大きな隙間を形成するものである請求項7に記載の高圧タンク用ライナの製造装置。
- 前記第1の雌型と第2の雌型とが並列に配置され、当該第1の雌型および第2の雌型と前記雄型とが並列方向に相対移動可能である請求項7または8に記載の高圧タンク用ライナの製造装置。
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