JP2016044789A

JP2016044789A - ガスタンクの固定構造

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Publication number: JP2016044789A
Application number: JP2014171547A
Authority: JP
Inventors: 英嗣林; Eiji Hayashi; 健嗣小宮; Taketsugu Komiya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-04-04
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP6500367B2

Abstract

【課題】ガスタンクが膨張する場合に、ガスタンクの一端に配置されたバルブの位置がずれることを抑制する。
【解決手段】ガスタンクの固定構造は、一端にバルブを有するガスタンクと、ガスタンクを固定する基材と、ガスタンクの表面上に少なくとも一部が配置され、ガスタンクを基材に対して固定する固定部と、を備える。固定部は、前記一端の反対側のガスタンクの他端よりも前記一端に近い位置に配置され、ガスタンクにガスを充填した時の固定部から前記一端の方向へのガスタンクの膨張量が、固定部から前記他端の方向へのガスタンクの膨張量よりも小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタンクの固定構造に関する。

ガスタンクの固定構造として、例えば、樹脂製のガスタンクが２つのバンドによって固定される固定構造が知られている（特許文献１参照）。２つのバンドは、ガスタンクの膨張による変形を許容する。

特開２００８−０２４２５８号公報

しかしながら、この種のガスタンクの固定構造では、ガスの充填時にガスタンクが軸方向に膨張する。すると、ガスタンクの一端に配置されたバルブの位置がずれることがある。そのため、例えば、ガス流通用の配管がバルブに繋がれていた場合、バルブの位置ずれに伴って配管が歪むおそれがある。したがって、ガスタンクの膨張に伴うバルブの位置ずれを抑制可能な技術が求められていた。このような課題は、バンドによってガスタンクを固定する構造に限らずガスタンクを固定するための種々の構造に共通した課題であった。

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。

（１）本発明の一形態によれば、ガスタンクの固定構造が提供される。このガスタンクの固定構造は、一端にバルブを有するガスタンクと；前記ガスタンクを固定する基材と；前記ガスタンクの表面上に少なくとも一部が配置され、前記ガスタンクを前記基材に対して固定する固定部と、を備え、前記固定部は、前記一端の反対側の前記ガスタンクの他端よりも前記一端に近い位置に配置され；前記ガスタンクにガスを充填したときの前記固定部から前記一端の方向への前記ガスタンクの膨張量が、前記固定部から前記他端の方向への前記ガスタンクの膨張量よりも小さい。このような形態のガスタンクの固定構造によれば、固定部からガスタンクの一端の方向へのガスタンクの膨張量を、固定部からガスタンクの他端の方向へのガスタンクの膨張量よりも小さくすることができる。そのため、ガスタンクの膨張による変形を許容するバンドのみからなるガスタンクの固定構造に比べて、ガスタンクの一端に設けられたバルブの位置ずれを抑制することができる。

（２）上記形態のガスタンクの固定構造において、前記固定部と前記他端との間に配置され、前記基材に対して固定され、かつ、前記ガスタンクを摺動可能に保持する保持部を有していてもよい。このような形態のガスタンク固定構造によれば、保持部によってもガスタンクを保持できるので、安定してガスタンクを基材に固定することができる。

（３）上記形態のガスタンクの固定構造において、前記固定部は第１タンクバンドであり；前記保持部は第２タンクバンドであり；前記第１タンクバンドおよび第２タンクバンドは前記ガスタンクの表面上の周方向に配置され；前記第１タンクバンドが前記ガスタンクに対して作用する最大摩擦力は前記第２タンクバンドが前記ガスタンクに対して作用する最大摩擦力よりも大きくてもよい。このような形態のガスタンク固定構造によれば、例えば、それぞれのバンドの素材や締結力を変更するだけで、ガスタンクの膨張による変形を許容するバンドのみからなるガスタンクの固定構造に比べて、バルブの位置ずれを抑制することができる。

（４）上記形態のガスタンクの固定構造において、前記固定部は前記ガスタンクと前記基材との間に配置された緩衝部材をさらに有してもよい。このような形態のガスタンク固定構造によれば、タンクバンドに加えて緩衝部材によっても、ガスタンクの膨張による変形を許容するバンドのみからなるガスタンクの固定構造に比べて、バルブの位置ずれを抑制することができる。

本発明は、上述したガスタンクの固定構造としての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、ガスタンクの固定装置やガスタンクの固定方法等の形態で実現することができる。

第１実施形態においてガスタンクが車両に固定された様子を示す模式図である。第１実施形態におけるガスタンクの固定構造を示す説明図である。第１タンクバンドの図２におけるＸ−Ｘ断面を模式的に示す図である。第２タンクバンドの図２におけるＹ−Ｙ断面を模式的に示す図である。第１実施形態における膨張前後のガスタンクの様子を示す説明図である。比較例における膨張前後のガスタンクの様子を示す説明図である。第２実施形態におけるガスタンクの固定構造を示す説明図である。第３実施形態におけるガスタンクの固定構造を示す説明図である。第１タンクバンドの図８におけるＸ−Ｘ断面を模式的に示す図である。第２タンクバンドの図８におけるＹ−Ｙ断面を模式的に示す図である。

Ａ．第１実施形態
第１実施形態では、一実施形態として、ガスタンクを車両に固定する構造を例にとって説明する。図１は、第１実施形態においてガスタンクが車両に固定された様子を示す模式図である。車両１は、ボディ１０と、ガスタンク２０と、燃料電池３０と、バルブ４０と、ガス配管４１，４２と、取付部材５０、５１と、を備える。ボディ１０は基材に相当する。基材は、ボディ１０に限られず、ガスタンク２０を固定する対象に応じて適宜変更すればよい。ボディ１０の鉛直下方において、ガスタンク２０は、ガスタンク２０の軸方向が車幅方向と平行になるように固定されている。なお、ガスタンク２０の軸方向とは、ガスタンク２０の中心軸に沿った方向のことである。

ガスタンク２０は、樹脂によって形成されている。ガスタンク２０は、長尺で両端が半球状に形成された円柱形状をなす。例えば、ガスタンク２０の長さは１ｍから２ｍであり、ガスタンク２０の長さＬとガスタンク２０の直径Ｄとの関係はＬ/Ｄ＞２である。

ガスタンク２０には、燃料ガスである水素ガスが高圧（例えば、７０ＭＰａ）で貯蔵される。ガスタンク２０に貯蔵された水素ガスは、ガスタンク２０の軸方向の一端に備えられたバルブ４０を介して、ガス配管４２を経てボディ１０に固定された燃料電池３０に供給される。燃料電池３０に水素ガスが供給されるときには、図示しない減圧弁によって減圧される。また、ガスタンク２０には供給口４３およびガス配管４１を介して外部から水素ガスが充填される。例えば、ガス配管４１、４２は直径６〜１０ｍｍ程度であり、スチール製である。ガス配管４１、４２は、取付部材５０、５１によってボディ１０に固定されている。取付部材５０、５１としては、例えば、クランプを用いることができる。

燃料電池３０は、反応ガスである燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電するセルを複数積層して発電部を構成する燃料電池スタックを有する。燃料電池スタックを構成する各セルは、電解質膜及びその両面に配置した一対の電極からなるＭＥＡ（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）と、ＭＥＡを挟持する一対のセパレータとで構成されている。燃料電池３０により発生した電力は、図示しないモータへ供給される。そして、このモータが駆動されることにより、駆動力が車輪に伝達され、車両１が走行する。

図２は、第１実施形態におけるガスタンクの固定構造を示す説明図である。ガスタンク２０の固定構造は、固定部６１０と保持部６２０とを備える。固定部６１０は第１タンクバンド６１１と第１支持部６１２とを有する。第１支持部６１２の一端は第１タンクバンド６１１に固定されており、第１支持部６１２の他端はボディ１０に固定されている。保持部６２０は第２タンクバンド６２１と第２支持部６２２とを有する。第２支持部６２２の一端は第２タンクバンド６２１に固定されており、第２支持部６２２の他端はボディ１０に固定されている。第１タンクバンド６１１および第２タンクバンド６２１は、例えば、スチール製である。第１タンクバンド６１１および第２タンクバンド６２１はガスタンク２０の周方向に配置されてガスタンク２０を締め付けている。

ここで、ガスタンク２０の一端２１とガスタンク２０の他端２２とからの距離が等しいガスタンク２０の一部をガスタンク２０の中央部２３とすると、第１タンクバンド６１１は、ガスタンク２０の一端２１とガスタンク２０の中央部２３との間のガスタンク２０の表面上に位置する。つまり、第１タンクバンド６１１（固定部６１０）は、ガスタンク２０の一端２１の反対側の他端２２よりも、ガスタンク２０の一端２１に近い位置に配置されている。第１タンクバンド６１１は、ガスタンク２０が膨張する場合に、第１タンクバンド６１１とガスタンク２０とが接している位置がずれないようにガスタンク２０を固定している。そのため、ガスタンク２０が膨張した場合であっても、固定部６１０と接しているガスタンク２０の表面部分と、固定部６１０がボディ１０と接している部分と、の位置は相対的に変化しない。

第２タンクバンド６２１は、第１タンクバンド６１１とガスタンク２０の他端２２との間のガスタンク２０の表面上に位置する。第２タンクバンド６２１はガスタンク２０を摺動可能に保持している。つまり、ガスタンク２０が所定量以上に膨張した場合に、第２タンクバンド６２１は第２タンクバンド６２１とガスタンク２０とが接している位置がずれることを許容する。なお、ガスタンク２０をバランスよくボディ１０に固定するためには、第２タンクバンド６２１（保持部６２０）は、ガスタンク２０の他端２２とガスタンク２０の中央部２３との間、すなわち、ガスタンク２０の一端２１よりもガスタンク２０の他端２２に近い位置に配置されることが好ましい。

ガスタンク２０の固定構造は、ガスタンク２０が膨張した時にガスタンクの他端２２がガスタンク２０の軸方向へ移動することを許容する空間である収容空間７０を有する。収容空間７０は、例えば、ガスタンク２０にガスが充填されていない状態でガスタンク２０を固定した際のガスタンクの他端２２の位置と、その後にガスタンク２０にガスを最大量充填した状態でのガスタンクの他端２２の位置と、の差分よりも大きな空間である。収容空間７０は、ガスタンクの他端２２とボディ１０との間に設けられている。

図３は、第１タンクバンドの図２におけるＸ−Ｘ断面を模式的に示す図である。図４は、第２タンクバンドの図２におけるＹ−Ｙ断面を模式的に示す図である。第１タンクバンド６１１は、ガスタンク２０との間に緩衝部材である第１緩衝部材６１３を有する。第２タンクバンド６２１は、ガスタンク２０との間に緩衝部材である第２緩衝部材６２３を有する。

第１実施形態では、第１タンクバンド６１１と第２タンクバンド６２１の締結力が同等の場合に、第１緩衝部材６１３のガスタンク２０表面に対する摩擦係数は、第２緩衝部材６２３のガスタンク２０表面に対する摩擦係数よりも大きい。そのため、第１タンクバンド６１１がガスタンク２０に対して作用する最大摩擦力は、第２タンクバンド６２１がガスタンク２０に対して作用する最大摩擦力よりも大きくなる。最大摩擦力とは、ガスタンク２０にガスタンク２０の一端２１または他端２２の方向へ力を加えていったときに、ガスタンク２０が動き出す直前の力である。最大摩擦力はガスタンク２０表面に対するタンクバンド６１１、６２１の摩擦係数とタンクバンド６１１、６２１の締結力に比例する。

例えば、本実施形態では、第１緩衝部材６１３の材料をゴムとし、第２緩衝部材６２３の材料をアクリルとすることができる。この場合、第１緩衝部材６１３のゴムとガスタンク２０との摩擦係数は０．７０程度であり、第２緩衝部材６２３のアクリルとガスタンク２０との摩擦係数は０．３５程度である。なお、第１緩衝部材６１３の摩擦係数と第２緩衝部材６２３の摩擦係数との差は０．２以上が好ましい。また、第１緩衝部材６１３の表面を第２緩衝部材６２３の表面より粗くすることで、第１緩衝部材６１３の摩擦係数を第２緩衝部材６２３の摩擦係数よりも大きくすることができる。また、上記とは逆に第１緩衝部材６１３と接するガスタンク表面を粗くすることで、第１緩衝部材６１３とガスタンク２０との摩擦係数を第２緩衝部材６２３とガスタンク２０との摩擦係数よりも大きくすることができる。

なお、第１緩衝部材６１３の摩擦係数および第２緩衝部材６２３の摩擦係数が同等である場合には、第１タンクバンド６１１の締結力を第２タンクバンド６２１の締結力よりも高めることにより、第１タンクバンド６１１がガスタンク２０に対して作用する最大摩擦力を第２タンクバンド６２１がガスタンク２０に対して作用する最大摩擦力よりも大きくすることができる。

図５は、第１実施形態における膨張前後のガスタンクの様子を示す説明図である。また、図６は、比較例における膨張前後のガスタンクの様子を示す説明図である。図５（Ａ）および図６（Ａ）は、膨張前のガスタンクの様子を示し、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）は、膨張後のガスタンクの様子を示している。図５（Ａ）に示した状態から、ガスタンク２０にガスを充填してガスタンク２０が膨張すると、第１タンクバンド６１１および第２タンクバンド６２１は所定の膨張量まではガスタンク２０の固定を維持する。しかし、膨張によるガスタンクの中央部２３からガスタンクの一端２１および他端２２の方向への力が第２タンクバンド６２１の最大摩擦力を超えると、第２タンクバンド６２１はガスタンク２０の固定を維持することができなくなり、ガスタンク２０は第２タンクバンド６２１に対して摺動する。そのため、図５（Ｂ）に示すようにガスタンク２０は第１タンクバンド６１１（固定部６１０）を基準位置としてガスタンクの一端２１および他端２２の方向へ膨張していく。すると、ガスタンク２０の膨張量は表面積あたり一定であるため、バルブ４０が設けられたガスタンク２０の一端２１の移動距離Ｌ１はガスタンク２０の他端２２の移動距離Ｌ２に比べて小さくなる。つまり、本実施形態によれば、ガスタンク２０にガスを充填した時の固定部６１０からガスタンク２０の一端２１の方向へのガスタンク２０の膨張量を固定部６１０からガスタンク２０の他端２２の方向へのガスタンク２０の膨張量よりも小さくすることができるので、ガスタンク２０の一端２１に設けられたバルブ４０の位置ずれを抑制できる。その結果、図６（Ａ）（Ｂ）で示される第１タンクバンド６１１および第２タンクバンド６２１の最大摩擦力が等しい比較例のように、バルブ４０の位置ずれによってガス配管４１、４２に歪みが生じることを本実施形態によれば抑制することができる。また、第１実施形態によれば、固定部６１０と保持部６２０とでガスタンク２０をボディ１０に固定しているため、ボディ１０に対して、ガスタンク２０を安定して配置することができる。また、タンクバンド６１１、６２１（または、その内面に設けられた緩衝部材６１３、６２３）の素材や締結力を変えるだけでバルブ４０の位置ずれを抑制できるので、簡易な構造で、かつ、低コストでバルブ４０の位置ずれを抑制できる。

Ｂ．第２実施形態
図７は、第２実施形態におけるガスタンクの固定構造を示す説明図である。第２実施形態では、第１実施形態の固定部６１０に相当する第１タンクバンド６１１および第１支持部６１２のみをガスタンクの一端２１とガスタンクの中央部２３との間、すなわち、ガスタンク２０の他端２２よりもガスタンク２０の一端２１に近い位置に配置する。このように、バンドが１つであっても第１実施形態と同様にガスタンク２０が膨張する場合に、ガスタンクの一端２１の移動距離をガスタンクの他端２２の移動距離よりも小さくすることができる。そのため、より簡易な構造で、かつ、より低コストでバルブ４０の位置ずれを抑制できる。

Ｃ．第３実施形態
図８は、第３実施形態におけるガスタンクの固定構造を示す説明図である。第１実施形態と比較して、第３実施形態では、第１支持部６１２および第２支持部６２２を介することなく、それぞれのタンクバンド６１１、６２１の両端をボルトによってボディ１０に固定することでガスタンク２０をボディ１０との間で締め付けている。それぞれのタンクバンド６１１、６２１のボディ１０に対する固定位置は第１実施形態と同様である。

図９は、第１タンクバンドの図８におけるＸ−Ｘ断面を模式的に示す図である。図１０は、第２タンクバンドの図８におけるＹ−Ｙ断面を模式的に示す図である。第１タンクバンド６１１の内面には、第１緩衝部材６１３が配置されている。また、ガスタンク２０を上方から見たときに第１タンクバンド６１１に対応する位置には、ボディ１０とガスタンク２０との間に第３緩衝部材６１４が配置されている。第２タンクバンド６２１の内面には、第２緩衝部材６２３が配置されている。また、ガスタンク２０を上方から見たときに第２タンクバンド６２１に対応する位置には、ボディ１０とガスタンク２０との間に第４緩衝部材６２４が配置されている。

第３実施形態では、第１緩衝部材６１３および第３緩衝部材６１４の摩擦係数は第２緩衝部材６２３および第４緩衝部材の摩擦係数よりも大きい。そのため、第１緩衝部材６１３および第３緩衝部材６１４がガスタンク２０に対して作用する最大摩擦力の和は、第２緩衝部材６２３および第４緩衝部材６２４がガスタンク２０に対して作用する最大摩擦力の和よりも大きい。このような形態によっても、ガスタンク２０が膨張する場合に、ガスタンク２０の一端２１に設けられたバルブ４０の位置ずれを抑制することができる。また、本実施形態によれば、第１タンクバンド６１１および第２タンクバンド６２１に加えて、ボディ１０とガスタンク２０との間に配置された第３緩衝部材６１４および第４緩衝部材６２４によってもバルブ４０の位置ずれを抑制することができる。

Ｄ．変形例
＜変形例１＞
第１実施形態では、基材として車両１のボディ１０にガスタンク２０が固定された例を示した。しかし、基材は車両１のボディ１０に限られることはない。例えば、基材は航空機や船舶等のボディでもよい。また、基材は、建物の骨格や基礎等であってもよい。例えば、定置型の燃料電池のガスタンクを建物に固定する場合では、基材は建物の骨格であってもよい。

＜変形例２＞
第１実施形態では、ガスタンク２０に充填されるガスは水素であったが、ガスは水素に限られず、メタン、ＣＮＧ、窒素等を充填することも可能である。

＜変形例３＞
第１実施形態では、ガスタンク２０内の圧力は高圧であったが、ガスタンク２０内の圧力は必ずしも高圧である必要はなく、ガスタンク２０の膨張が発生する圧力であればよい。

＜変形例４＞
第１実施形態では、バルブ４０はガスタンク２０の中心軸と一致する位置に配置されていたが、バルブ４０はガスタンク２０の中心軸と一致する位置ではないガスタンク２０の一端に配置されていてもよい。

＜変形例５＞
第１実施形態では、タンクバンドは第１タンクバンド６１１と第２タンクバンド６２１の２本であったが、第１タンクバンド６１１とガスタンクの他端２２との間に２つ以上の保持部となるタンクバンドを設けても良い。

＜変形例６＞
第１実施形態では、保持部６２０は第２タンクバンド６２１によって構成されているが、保持部６２０を重力方向下方からガスタンク２０を支えるロッドとすることができる。これにより、簡易な方法でガスタンク２０をボディ１０に保持しつつ、固定部６１０によりガスタンク２０を固定することができる。

＜変形例７＞
第１実施形態では、タンクバンド６１１、６２１とガスタンク２０との間に緩衝部材６１３、６２３を配置したが、緩衝部材６１３、６２３を用いずにタンクバンド６１１、６２１の素材を変えて固定部６１０の摩擦係数と保持部６２０の摩擦係数に差を設けてもよい。

＜変形例８＞
第３実施形態では、緩衝部材６１３、６１４、６２３、６２４を配置したが、第１緩衝部材６１３および第２緩衝部材６２３は省略してもよい。また、第３緩衝部材６１４および第４緩衝部材６２４は省略してもよい。また、それぞれの緩衝部材６１３、６１４、６２３、６２４を省略してタンクバンド６１１、６２１の締結力に差をつけることで最大摩擦力に差をつけてもよい。

本発明は、上述の実施形態や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あるいは変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。

１…車両
１０…ボディ
２０…ガスタンク
２１…ガスタンクの一端
２２…ガスタンクの他端
２３…ガスタンクの中央部
３０…燃料電池
４０…バルブ
４１、４２…ガス配管
４３…供給口
５０、５１…取付部材
７０…収容空間
６１０…固定部
６１１…第１タンクバンド
６１２…第１支持部
６１３…第１緩衝部材
６１４…第３緩衝部材
６２０…保持部
６２１…第２タンクバンド
６２２…第２支持部
６２３…第２緩衝部材
６２４…第４緩衝部材
Ｌ１…移動距離
Ｌ２…移動距離

Claims

ガスタンクの固定構造であって、
一端にバルブを有するガスタンクと、
前記ガスタンクを固定する基材と、
前記ガスタンクの表面上に少なくとも一部が配置され、前記ガスタンクを前記基材に対して固定する固定部と、
を備え、
前記固定部は、前記一端の反対側の前記ガスタンクの他端よりも前記一端に近い位置に配置され、
前記ガスタンクにガスを充填したときの前記固定部から前記一端の方向への前記ガスタンクの膨張量が、前記固定部から前記他端の方向への前記ガスタンクの膨張量よりも小さいガスタンクの固定構造。