JP2018146099A - 高圧タンク - Google Patents

Abstract

【課題】タンク内への液体充填時に、治具を用いることなく気体抜きを行うことができる高圧タンクを提供する。【解決手段】高圧タンク１は、開口部１１に取付けられ、開口部１１周囲のタンク内壁よりもタンク中心側に突出して設けられた円筒部２２を備え、円筒部２２には、タンク容器内のうち円筒部２２周囲に形成されたタンク内開口周縁部Ｐと、接続口２１と、を連通する気体抜き穴Ｈが設けられ、気体抜き穴Ｈのうち円筒部２２の内周面に形成された開口Ｈａは、口金２０に接続されるバルブのシール位置Ｓよりもタンク中心側に位置している。【選択図】図３

Description

本発明は、高圧タンクに関する。

水素や液化ガス等を加圧した状態で充填するための圧力容器（以下、「高圧タンク」あるいは単に「タンク」とも呼ぶ）としては、一般に、中空状をなす容器本体に金属製の口金を取り付けたものが用いられている。口金は、高圧タンク内に流体を充填したり、高圧タンク内の流体を放出したりするための開口部として機能する部材であって、高圧タンクの開口端に設けられている。

この高圧タンクは、加圧状態における安全性を検査するために耐圧膨張試験を行う必要がある。耐圧膨張試験としては、例えば以下の方法が知られている。具体的には、水を満たした水槽内に試験体となるガス容器を浸漬し、該ガス容器内に加圧水を注入するとともに、該加圧によるガス容器の膨張と加圧終了後のガス容器の収縮とにおける体積の変化を水槽に接続したビューレットの水位変化で読み取り、この水位の変化に基づいてガス容器の耐圧性能を判定する方法（水槽式）が一般的に行われている。

特開２０１１−０８３７１２号公報

上記耐圧膨張試験では、膨張量検査準備として、高圧タンク内に気相部が残らぬようエア抜きして液体を充満させる必要がある。上記特許文献１では、このエア抜きを行うために、専用の治具を用いてエアを吸引しつつ液体を充填させているが、この治具のコストや治具の取り付け工数がかかっていた。

そこで、本発明は、タンク内への液体充填時に、治具を用いることなく気体抜きを行うことができる高圧タンクを提供することを目的とする。

本発明に係る高圧タンクは、中空のタンク容器の開口部から流体を充填する高圧タンクであって、開口部に取付けられ、開口部周囲のタンク内壁よりもタンク中心側に突出して設けられた円筒部を備え、円筒部には、タンク容器内のうち円筒部周囲に形成されたタンク内開口周縁部と、円筒部の内部と、を連通する気体抜き穴が設けられ、気体抜き穴のうち円筒部の内周面に形成された開口は、円筒部に接続されるバルブのシール位置よりもタンク中心側に位置している。

かかる構成によれば、タンク容器内のうち円筒部周囲に形成されたタンク内開口周縁部と、円筒部の内部と、を連通する気体抜き穴が設けられているため、タンク容器内に液体を充填する際に、気体抜き穴を通してタンク容器内の気体をタンク容器外に放出させることができる。これにより、例えば耐圧膨張試験においてタンク容器内への液体充填時に、専用の治具（例えば気体抜き専用治具等）を用いることなくタンク容器内に液体を充填させることができる。その結果、治具の費用を削減でき且つ治具をセットする工数も削減することができる。また、気体抜き穴のうち円筒部の内周面に形成された開口は、円筒部に接続されるバルブのシール位置よりもタンク中心側に位置しているので、気体抜き穴を形成したとしても高圧タンク製品としての密閉性を確保することができる。

本発明によれば、タンク内への液体充填時に、治具を用いることなく気体抜きを行うことができる高圧タンクを提供することができる。

本実施形態における高圧タンクを説明するための概略断面図である。 図１に示す口金の概略構成図である。 （Ａ）液体充填途中の状態を説明するための図である。（Ｂ）液体充填完了の状態を説明するための図である。 （Ａ）比較例の高圧タンクにおいて、液体充填途中の状態を示す説明図である。（Ｂ）比較例の高圧タンクにおいて、液体充填完了の状態を示す説明図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本実施形態における高圧タンクを説明するための概略断面図である。図２は、図１に示す口金の概略構成図である。

図１に示す高圧タンク１は、例えば燃料電池電気自動車の水素タンク等に使用される高圧に耐えうる高圧ガス容器であり、タンク容器を構成するライナ１０と、ライナ１０の外面を覆う繊維強化樹脂層４０と、口金２０を備えている。

ライナ１０は、中央部が円筒形状を有し両端部が半球（ドーム）形状を有するように構成されており、その内部には所定の容積を有する中空部が形成されている。ライナ１０の軸方向ＣＸの端部には、ライナ１０内部の中空部と外部との間を連通する開口部１１が形成されている。なお、図１では、ライナ１０の軸方向ＣＸ両端部に開口部１１が形成され、当該開口部１１に口金２０が取付けられた例を示しているがこれに限定されず、例えばライナ１０の一方の端部のみに開口部１１及び口金２０を取り付ける構成としても良い。ライナ１０を構成する合成樹脂としては、ナイロン系樹脂や高密度ポリエチレン等の合成樹脂を採用することができる。なお、本明細書において、ライナ１０の開口部１１を、タンク容器の開口部とも称する。

ライナ１０の開口部１１に口金２０が取り付けられている。口金２０は、図２に示すように、接続口２１を有する円筒部２２と、円筒部２２の軸方向略中央部で拡径された環状のフランジ部２３を有する。

図２に示す接続口２１（円筒部の内部）は、ライナ１０内部の中空部へのガスの充填口及び放出口として機能するもので、口金２０の略中央部に貫通して形成されている。

図１に示すように、口金２０は、ライナ１０の開口部１１に嵌め込まれており、円筒部２２（図２参照）の軸方向内側端部２２ａは、開口部１１周囲のタンク内壁（ライナ１０内周面又はフランジ２３（図２参照）の内周面）よりもタンク中心側（図２では下側）に突出するように設けられている。言い換えれば、円筒部２２の軸方向内側端部２２ａは、開口部１１周囲のタンク内壁よりも内側に位置している。円筒部２２の軸方向外側端部２２ｂの外周には、繊維強化樹脂層４０が配置される。フランジ部２３は、ライナ１０と繊維強化樹脂層４０との間に介在するように配置され、本実施形態におけるフランジ部２３は、断面視略円弧状に形成されている。

なお、口金２０は、円筒部２２及びフランジ部２３を含む構成として図示しているが、図示の例に限定されず、例えば円筒部２２のみを含む構成としても良く、本実施形態における口金２０は、その他の構成を含んで適宜その形状等を変形することができる。

また口金２０には、図２に示すように、タンク容器内（ライナ内）と、口金２０の接続口２１とを連通する気体抜き穴Ｈが設けられている。気体抜き穴Ｈは、一端の開口Ｈａが円筒部２２の内周面に形成され、他端の開口Ｈｂがフランジ部２３の内周面（タンク内壁）に形成され、開口Ｈａから径方向外側へ開口Ｈｂまで延在するように、円筒部２２内部を貫通して形成されている。言い換えれば、気体抜き穴Ｈは、タンク容器内のうち円筒部２２周囲に形成されたタンク内開口周縁部Ｐと、口金２０の接続口２１（円筒部の内部）とを連通するように設けられている。気体抜き穴Ｈのうち接続口２１側に形成される開口Ｈａは、円筒部２２に接続されるガス供給用のバルブ（図示略）のシール位置Ｓよりもタンク中心側（図２では下側）に開口している。このようにバルブのシール位置Ｓよりも内側に開口Ｈａが形成されることで、口金２０に気体抜き穴Ｈを形成したとしても高圧タンク製品としての密閉性を確保することができる。なお、気体抜き穴Ｈのうちタンク容器内に開口している部分（すなわち開口Ｈｂ）は、フランジ部２３の内周面のうち軸方向最外部に開口していることが好ましい。言い換えれば、開口Ｈｂは、タンク内開口周縁部Ｐのうちの軸方向最外部（図２では、口金内壁（フランジ部２３の内周面）のうちの最上部）に形成されていることが好ましい。このように、タンク内開口周縁部Ｐのうちの軸方向最外部に開口Ｈｂが位置するように気体抜き穴Ｈを形成することで、高圧タンク内に気相部がより一層生じにくくなり、より確実にタンク容器内に液体を充填することができる。

図２に示すタンク内開口周縁部Ｐとは、タンク中心側に突出して設けられた円筒部２２の軸方向内側端部２２ａの先端を通り径方向（タンク軸線に対して垂直な方向）に延びる線よりも外側（図２では上側）のタンク容器内部の領域を示す。

なお、気体抜き穴Ｈは、図２等では、開口Ｈａから開口Ｈｂまで直線状に連通するように口金２０内部に形成されているが、図示の例に限定されない。例えば、途中で屈曲した形状を有し、円筒部２２内周面とタンク内壁とを連通するように気体抜き穴Ｈを形成しても良く、タンク内部の気体をタンク外に流出させる機能を有していればその形状や大きさ等は様々なものに変形可能である。

繊維強化樹脂層４０は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂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１０外周に巻回させることで形成される。こうした繊維強化樹脂層４０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。

続いて、上記した構成を備えるタンク容器に液体を充填する工程について説明する。図３（Ａ）は、図１に示す高圧タンクに液体を充填している途中の状態を説明するための図である。図３（Ｂ）は、図１に示す高圧タンクに液体を充填完了した状態を説明するための図である。なお、図３において、説明の便宜上、図１に示した口金２０以外の部材の図示を省略している。図４は、比較例の高圧タンクに液体を充填する様子を示す説明図であって、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に対応する図である。

まず、比較例の高圧タンクに液体を充填する工程を、図４を参照しながら説明する。最初に、口金９０に、液体供給用のホース５０をセットする（比較工程１）。次いで、口金９０に気体抜き用専用治具６０をセットする（比較工程２）。次いで、ホース５０からタンク容器内に液体を充填しつつ、タンク容器内に気体が残留しないように、図４（Ａ）に示すように、気体抜き用専用治具６０による気体吸引（気体抜き用専用治具６０内における、図４（Ａ）に示す矢印Ａ１の方向へ気体吸引）を行う（比較工程３）。気体抜き用専用治具６０により液体の吸引が確認できた場合には、タンク容器内に液体が充填完了したと推定する（比較工程４）。次いで、口金９０にセットした液体供給用のホース５０を取り外す（比較工程５）。次いで、口金９０にセットした気体抜き用専用治具６０を取り外す（比較工程６）。最後に、タンク容器内に液体が充填完了したか否か、言い換えればタンク容器内に気相部がないか否か、図４（Ｂ）に示す内視鏡７０にて確認する（比較工程７）。

以上、図４を参照しながら説明したように、比較例として示した気体抜き用専用治具を用いた液体充填工程（タンク容器内に液体充填開始後、液体充填完了して次工程へ移行するまで）では、７工程（上記比較工程１〜比較工程７）の工数を必要とする。

続いて、本実施形態における高圧タンクを用いた液体充填工程について、以下に説明する。

まず、口金２０に、液体供給用のホース５０をセットする（工程１）、ホース５０から図３（Ａ）の矢印Ｌ１に示すように、タンク容器内に液体の充填を開始する（工程２）。なお、図３（Ａ）は、口金２０における円筒部２２の軸方向内側端部２２ａまで液体がタンク容器内に充填された状態を示している。この充填途中の状態では、タンク容器内のうち円筒部２２周囲の領域であるタンク内開口周縁部Ｐまでは液体（図３に示す符号Ｌ）が充填されていなく、気体（図３に示す符号Ｇ）がタンク容器内に存在する。

図３（Ａ）に示す状態から更に液体を充填していくと、図３（Ｂ）に示すように、図３（Ａ）に示されるタンク内開口周縁部Ｐの気体Ｇが、口金２０の気体抜き穴Ｈから抜けるため（図３（Ａ）の矢印Ａ１方向へ気体が流出）、タンク容器内には気相部が生じることなく液体が充填される（工程３）。

次いで、口金２０にセットした液体供給用のホース５０を取り外す（工程４）。以上の工程（工程１〜工程４）を経て液体充填工程は完了し、次工程（膨張工程等を含む高圧タンク検査工程）へ移行できるので、図４を参照しながら説明した液体充填工程と比較して、工数を削減することができる。

以上、図３を参照しながら説明したように、本実施形態に係る高圧タンクを用いた液体充填工程では、液体充填開始から液体充填完了までに間において、口金２０に形成された気体抜き穴Ｈから気体が抜ける構成となっているため、タンク容器に気相部が生じない状態で液体を充填することができる。これにより、タンク容器内の気体抜き用専用治具６０（図４参照）を必要とすることなくタンク容器に液体を充填することができるので、治具の費用を削減でき且つ治具をセットする工数も削減することができる。また、気体抜き用専用治具（図４参照）を用いる場合、このような治具に不良が発生した場合にはタンクを傷つけてしまうことがあるが、本実施形態では、このような治具不良発生時のタンク損傷を防ぐことができる。また本実施形態では、タンク容器内に気相部が残留していないか、例えば内視鏡７０（図４参照）を用いて確認する必要もないので、このような気相部の確認工数をも削減することができる。更に、気体抜き穴Ｈにおける口金２０の接続口２１側は、口金２０に接続されるバルブ（図示略）のシール位置Ｓよりもタンク中心側（図２及び図３では下側）に開口しているので、口金２０に気体抜き穴Ｈを形成したとしても高圧タンク製品としての密閉性を確保することができる。

なお、口金２０のみに気体抜き穴Ｈを形成した例を説明したが、これに限定されず、口金２０及びライナ１０に、タンク容器内の気体をタンク容器外に放出するための気体抜き穴を形成してもよい。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…高圧タンク
１０…ライナ
１１…開口部
２０…口金
２１…接続口
２２…円筒部
２２ａ…軸方向内側端部
２２ｂ…軸方向外側端部
２３…フランジ部
４０…繊維強化樹脂層
５０…ホース
Ｈ…気体抜き穴
Ｐ…タンク内開口周縁部
Ｓ…シール位置

Claims (1)

1. 中空のタンク容器の開口部から流体を充填する高圧タンクであって、
   前記開口部に取付けられ、前記開口部周囲のタンク内壁よりもタンク中心側に突出して設けられた円筒部を備え、
   前記円筒部には、
   前記タンク容器内のうち前記円筒部周囲に形成されたタンク内開口周縁部と、前記円筒部の内部と、を連通する気体抜き穴が設けられ、
   前記気体抜き穴のうち前記円筒部の内周面に形成された開口は、前記円筒部に接続されるバルブのシール位置よりもタンク中心側に位置している高圧タンク。