JP2018192742A - 燃料タンク製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンク容器表面の樹脂の厚さを均一にでき、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる燃料タンク製造装置を提供する。【解決手段】燃料タンク製造装置１は、タンク容器１０を搬送する搬送装置３と、搬送途中でタンク容器１０を加熱する複数の加熱室２０と、複数の加熱室２０よりも搬送方向下流位置でタンク容器１０を冷却する冷却炉５と、複数の加熱室２０にガスを供給するガス供給機６と、複数の加熱室２０においてガス供給機６から供給されたガスをタンク容器１０の表面に噴射する複数のノズル２２と、ガス供給機６と複数のノズル２２との間でガスを加熱する複数のプラグヒータ２６３とを備えることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料タンク製造装置に関する。

燃料電池自動車や水素自動車等に搭載される水素タンクなどの燃料タンクには、高圧に耐えるために十分な強度を有すること、及び軽量であることが要求されている。このような燃料タンクの製造方法として、円筒状のライナーを回転させながら、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維を該ライナーの表面に繰り返し巻き付けてタンク容器を作製し、その後に熱硬化性樹脂を熱硬化させる方法（すなわち、フィラメントワインディング法）が知られている。

タンク容器は、熱硬化性樹脂の硬化時間が非常に長く、また、複雑な硬化反応を有しており、熱硬化性樹脂を確実に熱硬化させるためには、硬化時間に応じて加熱温度を変化させる温度管理を行う必要がある。タンク容器用の加熱炉として単体の炉体を連結した連続硬化炉を用いることでコスト及び装置の占有スペースを低減することができる。

特許文献１には、炉室の入口から出口にかけて連続して被加熱物を搬送する手段を持ち、炉室内上下部のヒータ温度設定を変えることで炉室内に温度プロファイル条件を有するトンネル炉の構成が開示されている。

特開２００５−４９０７２号公報

連続硬化炉の場合、炉室内の温度を精密に制御し、硬化時間に応じて加熱温度を変化させる温度管理を行う必要がある。特許文献１のトンネル炉を燃料タンクの製造に適用すると、近辺の加熱室の温度に影響を受けるため、各加熱室の温度を独立して精密に制御することは難しい。また、各加熱室の温度を管理するために、加熱室毎に熱風発生機が必要になると共に、各加熱室で温度を区分けするための開閉扉が必要になる。したがって、非常に高い設備投資と複雑な機構が必要である。また、開閉扉の開閉時の温度バラツキが生じると硬化品質が安定しないおそれがある。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、設備構成の簡略化、及び、硬化品質の安定化を図ることができる燃料タンク製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料タンク製造装置は、表面に熱硬化性樹脂を含浸した繊維が巻き付けられたタンク容器を加熱して前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる燃料タンク製造装置であって、タンク容器を搬送する搬送装置と、搬送途中で前記タンク容器を加熱する複数の加熱室と、該複数の加熱室よりも前記搬送装置の搬送方向下流位置で前記タンク容器を冷却する冷却室と、前記複数の加熱室にガスを供給するガス供給機と、前記複数の加熱室において前記ガス供給機から供給されたガスを前記タンク容器の表面に噴射する複数のノズルと、前記ガス供給機と前記複数のノズルとの間で前記ガスを加熱する複数のヒータと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ガス供給機から各ノズルに供給されるガスをそれぞれヒータで加熱して適切な温度に調整し、各加熱室においてノズルからタンク容器の表面にガスを噴射するので、タンク容器を適切な温度に直接加熱することができる。したがって、隣接する他の加熱室の温度による影響が少なく、加熱室内でタンク容器を適切な温度に加熱制御することができ、硬化品質の安定化を図ることができる。また、各加熱室の間を開閉する開閉扉を設ける必要がなく、設備構成の簡略化を図ることができる。

本発明に係る燃料タンク製造装置は、前記複数の加熱室が、前記搬送装置の搬送方向上流側から下流側に向かって順番に配置される第１昇温室と、第２昇温室と、均熱室を有しており、前記複数のヒータが、前記ノズルから噴射されるガスの温度を、第２昇温室、均熱室、第１昇温室の順番で低くする構成を有することが好ましい。

本発明に係る燃料タンク製造装置は、前記複数の加熱室が、前記ノズルに連通する吸気口の開口面積を変更して前記ノズルに供給されるガスの供給量を調整する吸気ダンパーと、前記加熱室に開口する排気口の開口面積を変更して前記加熱室から排出されるガスの排出量を調整する排気ダンパーと、前記加熱室の圧力を計測する圧力計測センサと、前記加熱室の圧力が所定値よりも正圧の場合には前記排気ダンパーを制御して前記排気口の開口面積を広げ、前記所定値よりも負圧の場合には前記吸気ダンパーを制御して前記吸気口の開口面積を広げる制御装置と、を有することが好ましい。

かかる構成によれば、加熱室の圧力の計測結果を用いて加熱室の圧力を調整するフィードバック制御を行うことができる。したがって、加熱室内の温度を安定化させることができ、硬化品質の安定化を図ることができる。

本発明に係る燃料タンク製造装置は、前記タンク容器が、円筒状の胴体部と該胴体部の両端に設けられたドーム部とを有し、前記複数の加熱室には、前記タンク容器を該タンク容器の中心軸回りに回転させる回転部が設けられており、前記複数のノズルは、前記胴体部の表面にガスを噴射する第１噴射口と、前記ドーム部の接線方向から該ドーム部の表面にガスを噴射する第２噴射口とを有することが好ましい。

本発明によれば、加熱室内において、タンク容器が回転部によって中心軸回りに回転され、第１噴射口から胴体部の表面にガスが噴射され、第２噴射口からドーム部の表面にガスが噴射されるので、タンク容器全体を加熱でき、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる。

本開示によれば、設備構成の簡略化、及び、硬化品質の安定化を図ることができる。

実施形態に係る燃料タンク製造装置を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 熱硬化炉の内部構造を示す正面図。 熱硬化炉の内部構造を示す側面図。 炉壁の要部を拡大して示す断面図。 ノズルの斜視図。 吸排気ボックスの底面を示す断面図。 熱硬化炉の温度プロファイルの一例を示すグラフ。 燃料タンクの製造工程を説明するフローチャート。

以下、図面を参照して本発明に係る燃料タンク製造装置の実施形態について説明する。

＜全体構成＞
燃料タンク製造装置１は、熱硬化性樹脂を含む繊維強化樹脂層を有するタンク容器１０を加熱し、繊維強化樹脂層を熱硬化させて燃料タンクを製造するのに用いられる装置である。燃料タンク製造装置１は、図１及び図２に示すように、略箱形の筐体２を有している。筐体２は、複数本のフレーム材を立体的に組み立てて側面及び上面を不図示のパネル部材で覆った構造を有している。筐体２の内部には、タンク容器１０を搬送する搬送装置３と、搬送途中でタンク容器１０を加熱する熱硬化炉４と、熱硬化炉４よりも搬送方向下流位置でタンク容器１０を冷却する冷却炉５が設けられている。

筐体２の正面には、熱硬化前のタンク容器１０を筐体２内に搬入し、また、熱硬化後のタンク容器１０を搬出するための開口部２ａが設けられている。そして、筐体２の側方には、熱硬化炉４にガスを供給する１台のガス供給機６と、熱硬化炉４内のガスを排出する１台のガス排出機７が配置されている。ガス供給機６と熱硬化炉４との間は吸気ダクト８によって接続されており、熱硬化炉４とガス排出機７との間は排気ダクト９で接続されている。

ガス供給機６は、例えば１００℃の高温ガスからなる熱風を発生させる熱風発生機である。１台のガス供給機６で発生された熱風は、吸気ダクト８を介して熱硬化炉４に供給される。吸気ダクト８には、プラグヒータ２６３が内蔵されており、ガス供給機６から熱硬化炉４に供給される高温ガスを加熱することができる。

筐体２は、図２に示すように、上段と下段の２階建て構造となっており、上段に熱硬化炉４が配置され、下段に冷却炉５が配置されている。タンク容器１０は、筐体２の開口部２ａから筐体２の上段に供給される。搬送装置３は、開口部２ａから筐体２内に供給されるタンク容器１０を上段に沿って筐体２の正面側の端部から背面側の端部まで搬送し、背面側の端部で上段から下段に移動させ、下段に沿って筐体２の背面側の端部から正面側の端部まで搬送し、正面側の端部で下段から上段に移動させる構成を有する。

熱硬化炉４は、連続する複数の加熱室２０を炉内に有している。複数の加熱室２０は、筐体２の上段で搬送装置３の搬送方向に所定間隔をおいて並べられて配置されており、本実施形態では、第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃの３つを有している。タンク容器１０は、搬送装置３によって第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃの順番に送り移動され、各加熱室２０においてそれぞれ所定温度に加熱される。第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃには、吸排気ボックス２６の吸気路２６１から供給される高温のガスを噴射してタンク容器１０に直接吹き付けるノズル２２がそれぞれ設けられており、タンク容器１０は、各加熱室２０においてノズル２２によって熱風を吹き付けられることによって加熱される。

第１昇温室２０Ａの搬送方向上流側の端部と均熱室２０Ｃの下流側の端部には、開閉扉２５Ａ、２５Ｂが設けられている。開閉扉２５Ａ、２５Ｂは、熱硬化炉４への入口４ａと出口４ｂを開閉するものであり、アクチュエータによって上下に移動され、加熱時は下方に配置されて入口４ａと出口４ｂを閉塞し、タンク容器１０を熱硬化炉４に搬入する際、及び熱硬化炉４から搬出する際に上方に移動して入口４ａ及び出口４ｂを開放する。したがって、加熱時に熱硬化炉４を密閉して炉内温度を安定化させることができる。

第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃの上部には、吸排気ボックス２６がそれぞれ取り付けられており、熱硬化炉４と一体化されている。これら複数の吸排気ボックス２６は、吸気ダクト８と第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃとの間を連通する吸気路２６１と、第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃと排気ダクト９との間を連通する排気路２６２を有している。各吸排気ボックス２６には、それぞれプラグヒータ２６３が内蔵されており、吸気ダクト８から第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃに供給されるガスをそれぞれ別個独立して加熱し、予め設定された加熱温度に調整できるようになっている。

冷却炉５は、比較的遅い速度でタンク容器１０の温度を低下させる徐冷室３１と、比較的速い速度でタンク容器１０の温度を低下させる急冷室３２とを有している。徐冷室３１と急冷室３２は、搬送方向に所定間隔をおいて順番に並べられて配置されている。徐冷室３１には、熱風または常温の風をタンク容器１０に吹き付けるノズル１５が設けられており、急冷室３２には、冷媒をタンク容器１０に吹き付けるノズル１６が設けられている。

燃料タンク製造装置１には、各部を制御するための制御装置が設けられている。制御装置は、電子回路あるいはコンピュータにより構成されており、タンク容器１０の搬送制御や、各加熱室２０の温度及び圧力のフィードバック制御等を行う。

＜加熱室の構成＞
ここで、まず、タンク容器１０の構造を説明する。図３に示すように、タンク容器１０は、半径が略均一である円筒状の胴体部１１と、胴体部１１の両端に設けられた凸曲面形状のドーム部１２とを有する中空の容器である。タンク容器１０の中心軸Ｌ方向の両端部（図３では左右両端部）には、軸支シャフト１３がそれぞれ着脱可能に取り付けられている。タンク容器１０は、両端部の軸支シャフト１３が搬送装置３によって支持されて、中心軸Ｌに直交する方向に移動するように搬送される。そして、熱硬化炉４内及び冷却炉５内において、軸支シャフト１３を介して後述の回転装置２１の軸受部材２１０に回転可能に支持されながら、回転モータ２１１の回転駆動でその中心軸Ｌ回りに回転される。

また、図示しないが、タンク容器１０は、内部に燃料を貯留するための貯留空間を有するライナーと、ライナーの外壁と密着する繊維強化樹脂層とからなる。ライナーは、例えば樹脂性材料やアルミニウム等の軽金属材料によって形成されている。一方、繊維強化樹脂層は、ライナーの外表面を覆う補強層であり、ライナーの外表面に巻き付けられる炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）等の強化繊維と、その強化繊維に含浸されたエポキシ等の熱硬化性樹脂とで構成されている。

熱硬化炉４の加熱室２０は、図３及び図４に示すように、内部にタンク容器１０を収容する空間が設けられ、全体略箱状を呈する。なお、図３では、内部構造をより理解し易くするために、前後の炉壁２４を省略して示す。

加熱室２０は、例えば金属製の枠体に断熱性及び保温性を有する炉壁２４を取り付けることにより形成されている。加熱室２０の前後の炉壁２４には、搬送装置３によって搬送されるタンク容器１０を通過させるための開口部が設けられている。加熱室２０は、隣接する他の加熱室２０との間で開口部同士が連通して接続されている。そして、第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃのうち、第１昇温室２０Ａの搬送方向上流側の端部に開口する開口部が、熱硬化炉４の入口を構成し、均熱室２０Ｃの下流側の端部に開口する開口部が、熱硬化炉４の出口を構成する。

熱硬化炉４の各加熱室２０には、タンク容器１０をその中心軸回りに回転させるための回転装置２１がそれぞれ配置されている。回転装置２１は、図３に示すように、熱硬化炉２の炉壁２４の外側に固定されるとともに上述の軸支シャフト１３を軸支する一対の軸受部材２１０と、一対の軸受部材２１０の片側に配置された回転モータ２１１とを有するように構成されている。回転装置２１が加熱室２０の外部に配置されているので、熱硬化炉４の内部空間を小さくすることができ、加熱室２０全体のコンパクト化を図ることが可能になる。また、回転装置２１を熱硬化炉４の内部に配置する場合と比べて、回転装置２１に吸収される熱がなくなるので、省エネの効果も奏する。

＜炉壁の構成＞
熱硬化炉４は、炉内が高温化されるため、炉壁には高い断熱性が要求される。炉壁は、その厚さを厚くするほど断熱性が高くなるが、厚さの増大に応じて設備が大型化するという課題を有する。熱硬化炉４の炉壁２４は、厚さが薄くかつ断熱性能が高い構造を有している。具体的には、図５に要部を拡大して断面で示すように、炉内壁２４１と炉外壁２４２との間に薄肉で高効率断熱性の断熱材２４３を介在させて、炉外壁２４２と断熱材２４３との間に、空気層を形成するための隙間を設けた構造を有している。そして、炉内壁２４１を断熱材２４３に締結固定する締結部品を介して炉内壁２４１から炉外壁２４２への熱伝導を封止するため、炉外壁２４２と断熱材２４３との間を断熱性の締結部品で固定する構造を有している。

炉壁２４は、例えばＳＵＳ板により構成される炉内壁２４１と、ポリカーボネート板により構成される炉外壁２４２と、これらの間に配置された高効率断熱性の断熱材２４３とを有している。断熱材２４３には、貫通孔２４３ａが設けられており、貫通孔２４３ａの内部にナット２４４が装着されている。炉内壁２４１と炉外壁２４２には、それぞれナット２４４に対応する位置にボルト挿通穴２４１ａ、２４２ａが設けられており、ナット２４４の軸方向両側からそれぞれボルト２４５、２４６が挿通されてナット２４４に螺合され、締結されている。

炉外壁２４２と断熱材２４３との間には、空気層を設けるための隙間が設けられている。隙間は、炉外壁２４２と断熱材２４３との間に、例えば断熱性の樹脂製材料からなる断熱スペーサ２４７を介在させることによって形成されている。断熱スペーサ２４７及び空気層は、断熱材２４３から炉外壁２４２への熱伝導を抑制し、炉壁２４の断熱性を向上させることができる。また、炉外壁２４２には、エア循環用のスリット２４２ｂが設けられている。図５に矢印で示すように、炉外壁２４２と断熱材２４３との間の隙間には、煙突効果によって、スリット２４２ｂから空気が取り込まれ、炉外壁２４２の端部から排出される空気の流れ（図中細矢印で示す）が形成される。したがって、断熱材２４３から炉外壁２４２への熱伝導をさらに抑制し、炉壁２４の断熱性を飛躍的に向上させることができる。

また、炉外壁２４２をナット２４４に締結するボルト２４６は、ナット２４４との間に断熱カラー２４８が介在され、さらに、ボルト２４６のボルトヘッドと炉外壁２４２との間に断熱ワッシャ２４９が介在されている。断熱カラー２４８と断熱ワッシャ２４９は、例えば断熱性の高い樹脂製材料により構成されており、ボルト２４５とナット２４４を介して炉内から伝達される熱エネルギ（図中太矢印で示す）を遮断して、炉外壁２４２に伝達されるのを防ぐことができる。このように本実施形態の炉壁２４は、断熱性能の高い構造を有しているので、断熱材２４３の厚さを従来よりも薄くすることができる。したがって、設備構成の小型化及び簡略化が可能となる。

＜ノズルの構成＞
ノズル２２は、図３に示すように、加熱室２０の天井に設けられている。ノズル２２は、整流室２２１と、整流室２２１の下方に設けられて胴体部１１の表面に熱風を噴射する一体の噴射口２２２とを有する。整流室２２１は、タンク容器１０の中心軸Ｌの方向に沿って延びる扁平箱状の第１整流室２２１Ａと、第１整流室２２１Ａの両端部で折曲されて対をなして互いに平行に延びる扁平箱状の第２整流室２２１Ｂを有している。

そして、図６に示すように、第１整流室２２１Ａと第２整流室２２１Ｂの上面には、加熱室２０の天井に取り付けた状態で炉壁２４の貫通孔２４ａ、２４ｂを介して吸排気ボックス２６の吸気路２６１と連通する連通孔２２３Ａ、２２３Ｂが複数設けられている。第１整流室２２１Ａと第２整流室２２１Ｂは、連通孔２２３Ａ、２２３Ｂから流入する熱風を整流して噴射口２２２に供給する。

噴射口２２２は、第１整流室２２１Ａの下方に設けられて第１整流室２２１Ａで整流された熱風を胴体部１１の表面に噴射する第１噴射口２２２Ａと、第２整流室２２１Ｂの下方に設けられて第２整流室２２１Ｂで整流された熱風をドーム部１２の表面に噴射する第２噴射口２２２Ｂを有している。

第１噴射口２２２Ａと第２噴射口２２２Ｂは、スリット形状を呈している。第１噴射口２２２Ａは、第１整流室２２１Ａの長手方向に沿って延設され、第２噴射口２２２Ｂは、第２整流室２２１Ｂの長手方向に沿って延設されている。第１噴射口２２２Ａは、タンク容器１０の胴体部１１に対応するように該胴体部１１の形状に沿って配置されており、胴体部１１の表面に熱風を噴射する。第２噴射口２２２Ｂは、タンク容器１０のドーム部１２に対応するように該ドーム部１２の形状に沿って配置されており、ドーム部１２の接線方向からドーム部１２の表面に熱風を噴射する。第１噴射口２２２Ａ、第２噴射口２２２Ｂを用いることによって、胴体部１１の表面とドーム部１２の表面をそれぞれムラなく加熱することができる。

第１噴射口２２２Ａ及び第２噴射口２２２Ｂは、タンク容器１０に対して上下方向（すなわち、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向）、左右方向（すなわち、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向）及び前後方向に移動可能に構成されることが好ましく、更に噴射角度が変更可能に構成されることがより好ましい。かかる構成によれば、タンク容器１０の形状変化に柔軟に対応することができる。

本実施形態において、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向から見たとき、第１噴射口２２２Ａは、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対してずれた位置に配置されている。具体的には、図４に示すように、第１噴射口２２２Ａは、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されている。換言すれば、第１噴射口２２２Ａは、タンク容器１０の中心より左側に偏心する。ここで、第１噴射口２２２Ａは、タンク容器１０の胴体部１１の接線方向から熱風を噴射するように、中心軸Ｌの鉛直方向に対して胴体部１１の半径と同じ距離で左側にずれた位置に配置されても良い。

また、本実施形態において、回転装置２１は、第１噴射口２２２Ａからの熱風の噴射方向と逆向きにタンク容器１０を回転させるように設定されている。具体的には、図４に示すように、第１噴射口２２２Ａがタンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されるので、第１噴射口２２２Ａから噴射される熱風は、タンク容器１０の表面に沿って反時計回り（矢印Ｆ１参照）に流れる。これに対し、タンク容器１０は回転装置２１によって時計回り（白塗り矢印Ｆ２参照）に回転される。

＜吸排気ボックスの構成＞
吸排気ボックス２６は、第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃに対応してそれぞれ設けられている。そして、各吸排気ボックス２６は、吸気路２６１と排気路２６２が一体化された構造を有している。例えば従来は、温風を循環させるために熱硬化炉に吸気ダクト及び排気ダクトを別々に接続していたが、そのような構造は、大きなスペースを占有し、ダクト長が長くなるため、吸排気抵抗が大きくなり、また、放熱によるエネルギーロスにもつながっていた。これに対して、吸排気ボックス２６は、吸気路２６１と排気路２６２が一体化された構造を有しているので、省スペース化と部品の簡素化ができると共に、ダクト長が短くなるため、吸排気抵抗が小さくなり、かつ、放熱によるエネルギーロスも小さくなる。

各吸排気ボックス２６には、プラグヒータ２６３（図１を参照）がそれぞれ内蔵されており、吸気路２６１を通過して第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃに供給されるガスをそれぞれ加熱して加熱室２０毎に予め設定された温度に調整する。第１昇温室２０Ａ、第２昇温室２０Ｂ、均熱室２０Ｃの各ノズル２２には、噴射される熱風の温度を検出する温度センサが設けられており、温度センサの検出信号に基づいて、各プラグヒータ２６３の加熱量を制御するフィードバック制御が行われる。

吸排気ボックス２６は、図７に示すように、底面２６ａに吸気口２６４ａ、２６４ｂと排気口２６４ｃが設けられている。吸気口２６４ａは、加熱室２０の天井を貫通する貫通孔２４ａ及び第１整流室２２１Ａの連通孔２２３Ａを介して吸排気ボックス２６の吸気路２６１とノズル２２の整流室２２１との間を連通する位置に開口し、吸気口２６４ｂは、加熱室２０の天井を貫通する貫通孔２４ｂ（図３を参照）及び第２整流室２２１Ｂの連通孔２２３Ｂを介して吸排気ボックス２６の吸気路２６１と加熱室２０との間を連通する位置に開口している。そして、排気口２６４ｃは、加熱室２０の天井を貫通する貫通孔２４ｃを介して吸排気ボックス２６の排気路２６２と熱硬化炉４の炉内との間を連通する位置に開口している。したがって、吸気口２６４を通過して吸排気ボックス２６の吸気路２６１からノズル２２の整流室２２１に熱風を供給することができ、また、排気口２６４ｃを通過して加熱室２０内のガスを吸排気ボックス２６の排気路２６２に排出させることができる。

吸排気ボックス２６内には、風量調整用ダンパー２６６が設けられている。風量調整用ダンパー２６６は、整流室２２１に連通する吸気口２６４ａの開口面積を変更してノズル２２に供給されるガスの供給量を調整する開閉式の第１吸気ダンパー２６６ａと、加熱室２０に連通する吸気口２６４ｂの開口面積を変更して加熱室２０に直接供給されるガスの供給量を調整する開閉式の第２吸気ダンパー２６６ｂと、熱硬化炉４の炉内に連通する排気口２６４ｃの開口面積を変更して熱硬化炉４の加熱室２０から排出されるガスの排出量を調整する開閉式の排気ダンパー２６６ｃを有する。

風量調整用ダンパー２６６は、例えば吸排気ボックス２６の底面２６ａに沿ってシャッターがスライド移動して吸気口２６４ａ、２６４ｂ、排気口２６４ｃをそれぞれ独立して開閉するシャッター構造を有しており、制御装置によって開閉制御される。制御装置は、熱硬化炉４の炉内圧力を計測する圧力計測センサからの信号に基づいて炉内圧力のフィードバック制御を行う。制御装置は、熱硬化炉４の炉内圧力が所定値よりも正圧の場合には排気ダンパー２６６ｃを制御して排気口２６４ｃの開口面積を広げ、所定値よりも負圧の場合には吸気ダンパー２６６ａ、２６６ｂを制御して吸気口２６４ａ、２６４ｂの開口面積を広げる制御を行う。したがって、熱風の吸排気バランスを調整して、炉内温度を安定化させ、タンク容器１０の硬化品質の安定化を図ることができる。

＜冷却炉の構成＞
冷却炉５の徐冷室３１と急冷室３２には、熱硬化炉４の加熱室２０と同様の回転装置がそれぞれ配置されており、搬送装置３によって搬送されるタンク容器１０をその中心軸回りに回転させるようになっている。ノズル１５は、徐冷室３１で回転装置によって回転されるタンク容器１０の表面に高温ガスの熱風又は常温の風を吹き付ける。ノズル１５から噴射される熱風は、例えばガス供給機６で発生された基準ガス温度を有する高温ガスの熱風であって、熱硬化炉４においてノズル２２から噴射される高温ガスの温度よりも低い温度を有する。したがって、徐冷室３１において、熱硬化炉４から搬送されてきたタンク容器１０の温度を徐々に低下させることができる。ノズル１５は、熱風の代わりに常温の風を吹き付けてもよい。常温の風も、熱硬化炉４においてノズル２２から噴射される高温ガスの温度よりも低い温度を有するので、徐冷室３１において、熱硬化炉４から搬送されてきたタンク容器１０の温度を徐々に低下させることができる。

急冷室３２のノズル１６は、急冷室３２で回転装置によって回転されるタンク容器１０の表面に低温の冷媒を吹き付ける。ノズル１６から噴射される冷媒は、例えば常温の空気や液体であり、徐冷室３１でノズル１５から噴射される高温ガスの温度よりも低い温度を有する。したがって、急冷室３２において、徐冷室３１から搬送されてきたタンク容器１０の温度を急激に低下させることができる。

＜燃料タンクの製造工程＞
次に、上記構成の燃料タンク製造装置１を用いた燃料タンクの製造工程について説明する。図８は、熱硬化炉の温度プロファイルの一例を示すグラフ、図９は、燃料タンクの製造工程を説明するフローチャートである。なお、以下に示す燃料タンク製造装置１の動作は、図示していない制御装置の制御によって実行される。

燃料タンク製造装置１を用いた燃料タンクの製造工程では、タンク容器１０に対して熱硬化性樹脂の複雑な硬化反応に対応した温度及びタイミングで加熱及び冷却が行われる。燃料タンクの製造工程は、図８に示すように、加熱工程と冷却工程とを有している。加熱工程は、筐体２の上段の熱硬化炉４で行われ、冷却工程は、筐体２の下段の冷却炉５で行われる。

加熱工程は、所定速度で温度を上昇させる昇温工程と、所定時間一定温度に保つ均熱工程を含み、冷却工程は、所定速度で温度を低下させる徐冷工程と、徐冷工程よりも速い速度で温度を低下させる急冷工程を含む。本実施形態では、昇温工程においてステップ状に温度を上昇させている。例えば生産性を向上させるために、昇温工程において急激に加熱温度を上昇させると、熱硬化性樹脂が脆くなり、燃料タンクとして所期の性能を発揮することが困難になる場合がある。したがって、熱硬化性樹脂の硬化反応に対応した加熱条件に適合するように、本実施形態では、昇温工程においてステップ状に温度を上昇させて、熱硬化性樹脂が脆くなるのを防ぎ、所期の性能を発揮させることができるようにしている。

燃料タンクの製造工程は、図９に示すように、まず、硬化前品である熱硬化性樹脂が未硬化状態のタンク容器１０を筐体２の開口部２ａから筐体２の内部に搬入する（Ｓ１０１）。そして、ガス供給機６で基準ガス温度の熱風を発生させ、熱硬化炉４に供給し、熱硬化炉４の炉内温度を基準ガス温度まで昇温させる（Ｓ１０２）。そして、タンク容器１０を熱硬化炉４内の第１昇温室２０Ａに搬送する（Ｓ１０３）。開閉扉２５Ａは、タンク容器１０を熱硬化炉４内に搬送するタイミングで開かれ、タンク容器１０が第１昇温室２０Ａに配置されたタイミングで閉じられる。したがって、熱硬化炉４内の炉内温度の低下を抑制して炉内温度を安定させることができる。

タンク容器１０は、第１昇温室２０Ａに搬送されると、第１昇温室２０Ａで回転装置２１によって中心軸回りに回転される。そして、第１昇温室２０Ａに取り付けられている吸排気ボックス２６内のプラグヒータ２６３によって、吸排気ボックス２６内の吸気路２６１を通過する高温ガスが加熱されて、基準ガス温度よりも高温の第１ガス温度まで昇温されたガスが、第１昇温室２０Ａのノズル２２からタンク容器１０の表面に向かって噴射される（Ｓ１０４）。タンク容器１０は、回転装置２１によって中心軸回りに回転されているので、第１昇温室２０Ａのノズル２２からタンク容器１０の表面全体に第１ガス温度のガスの熱風が吹き付けられ、タンク容器１０は、全体が均一に加熱される。

タンク容器１０は、第１昇温室２０Ａのノズル２２から噴射される熱風によって所定速度で昇温され、第１のワーク温度まで加熱されると、そのまま所定時間の間、その第１のワーク温度に保持される（図８を参照）。そして、第１のワーク温度からステップ状に昇温させるべく、第１昇温室２０Ａから第２昇温室２０Ｂに搬送される（Ｓ１０５）。

タンク容器１０は、第２昇温室２０Ｂで回転装置２１によって中心軸回りに回転される。そして、第２昇温室２０Ｂに取り付けられている吸排気ボックス２６内のプラグヒータ２６３によって、吸排気ボックス２６内の吸気路２６１を通過する高温ガスが加熱されて、第１ガス温度よりも高温の第２ガス温度まで昇温されたガスが、第２昇温室２０Ｂのノズル２２からタンク容器１０の表面に向かって噴射される（Ｓ１０６）。タンク容器１０は、回転装置２１によって中心軸回りに回転されているので、第２昇温室２０Ｂのノズル２２からタンク容器１０の表面全体に第２ガス温度のガスの熱風が吹き付けられ、タンク容器１０は、全体が均一に加熱される。

タンク容器１０は、第２昇温室２０Ｂのノズル２２から噴射される熱風によって所定速度で昇温され、第２のワーク温度まで加熱される。したがって、タンク容器１０は、第１のワーク温度から第２のワーク温度まで２段階に分けてステップ状に昇温される（図８の昇温工程を参照）。

タンク容器１０は、第２のワーク温度まで加熱されると、第２昇温室２０Ｂから均熱室２０Ｃに搬送され（Ｓ１０７）、均熱室２０Ｃで回転装置２１によって中心軸回りに回転される。そして、均熱室２０Ｃに取り付けられている吸排気ボックス２６内のプラグヒータ２６３によって、吸排気ボックス２６内の吸気路２６１を通過する高温ガスが加熱されて、第１ガス温度と第２ガス温度の間の温度である第３ガス温度まで昇温されたガスが、均熱室２０Ｃのノズル２２からタンク容器１０の表面に向かって噴射される（Ｓ１０８）。タンク容器１０は、回転装置２１によって中心軸回りに回転されているので、均熱室２０Ｃのノズル２２からタンク容器１０の表面全体に熱風が吹き付けられ、タンク容器１０は、全体が均一に加熱される。タンク容器１０は、均熱室２０Ｃのノズル２２から噴射される熱風によって第３のワーク温度に保持される（均熱工程）。第３のワーク温度及び保持時間は、熱硬化性樹脂の硬化反応に対応した加熱条件に適合するように、熱硬化性樹脂の熱硬化特性に応じて設定される。

そして、所定時間経過後に、均熱室２０Ｃから冷却炉５の徐冷室３１に搬送され（Ｓ１０９）、徐冷室３１で回転装置２１によって中心軸回りに回転される。開閉扉２５Ｂは、タンク容器１０を熱硬化炉４から冷却炉５に搬送するタイミングで開かれ、タンク容器１０が徐冷室３１に配置されたタイミングで閉じられるので、熱硬化炉４内の炉内温度の低下を抑制できる。

タンク容器１０が徐冷室３１に配置されると、ガス供給機６からノズル１５に基準ガス温度の熱風又は常温の風が供給され、ノズル１５からタンク容器１０の表面に噴射される。タンク容器１０は、回転装置２１によって中心軸回りに回転されているので、徐冷室３１のノズル１５からタンク容器１０の表面全体に基準ガス温度の熱風が吹き付けられ、全体が均一に徐冷される。タンク容器１０は、徐冷室３１のノズル１５から噴射される基準ガス温度の熱風又は常温の風によって所定速度で温度が低下する（徐冷工程）。そして、第４のワーク温度まで低下されると、徐冷室３１から急冷室３２に搬送され（Ｓ１１０）、急冷室３２で回転装置２１によって中心軸回りに回転される。

タンク容器１０が急冷室３２に配置されると、急冷室３２のノズル１６からタンク容器１０の表面に基準ガス温度よりも低温の冷媒が噴射される。タンク容器１０は、回転装置２１によって中心軸回りに回転されているので、急冷室３２のノズル１６からタンク容器１０の表面全体に低温の冷媒が吹き付けられ、全体が均一に冷却される。タンク容器１０は、急冷室３２のノズル１６から噴射される低温の冷媒によって所定速度で冷却される（急冷工程）。冷却工程におけるタンク容器１０の温度の低下速度は、熱硬化性樹脂の硬化反応に対応した条件に適合するように、熱硬化性樹脂の熱硬化特性に応じて設定される。急冷工程の方が徐冷工程よりも速くなるように設定されている。そして、所定温度まで低下されると、冷却炉５から炉外に搬送され、筐体２の開口部２ａから搬出される（Ｓ１１１）。
燃料タンク製造装置１では、以上の工程が繰り返されて、複数のタンク容器１０が連続して硬化される。

＜作用効果＞
燃料タンク製造装置１は、熱硬化性樹脂の複雑な硬化反応に対応した連続硬化炉にするために、各加熱室２０に、タンク容器１０の近傍でタンク容器１０を直接加熱できるタンク形状に沿ったノズル２２を設置し、各加熱室２０において熱風をタンク容器１０に直接吹き付ける構造を有する。そして、各吸排気ボックス２６にプラグヒータ２６３をそれぞれ内蔵して、各加熱室２０毎にノズル２２から噴射されるガスの温度のフィードバック制御を行う。

したがって、隣接する加熱室２０の温度の影響が小さく、各加熱室２０においてタンク容器１０を加熱する温度を正確に制御できる。そして、１台のガス供給機６で各加熱室毎にノズルから噴射されるガスの温度を容易に異なった温度に制御できる。したがって、各加熱室毎に温度を区分けするために各加熱室の間を開閉する開閉扉を省略することができ、燃料タンク製造装置１の製造コストを低減し、かつ、構造を簡略化でき、設備集約でき、また、開閉扉の開閉による温度バラツキがなく、硬化品質の安定化が図られる。

また、炉壁２４に薄肉で高効率断熱性の断熱材２４３を使用すると共に、炉外壁２４２と断熱材２４３との間を断熱性の締結部品で固定し、さらに、炉外壁２４２と断熱材２４３との間に空気層を設け、空気層に連続するエア循環用のスリット２４２ｂを炉外壁２４２に設けている。したがって、断熱性能を低下させることなく、炉壁２４の厚さを極めて薄くすることができ、設備のサイズをよりコンパクト化することができる。

燃料タンク製造装置１は、吸気路２６１と排気路２６２を有する吸排気ボックス２６を熱硬化炉４の各加熱室２０と一体化すると共に、その内部に風量調整用ダンパーを設けている。したがって、省スペースと部品の簡素化ができると共に、熱風の吸排気バランスを調整することが可能となり、炉内温度を安定化させ、タンク容器１０の硬化品質の安定化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１ 燃料タンク製造装置
２ 筐体
３ 搬送装置
４ 熱硬化炉
５ 冷却炉
６ ガス供給機
７ ガス排出機
８ 吸気ダクト
９ 排気ダクト
１０ タンク容器
１１ 胴体部
１２ ドーム部
１３ 軸支シャフト
２０ 加熱室
２０Ａ 第１昇温室
２０Ｂ 第２昇温室
２０Ｃ 均熱室
２１ 回転装置
２１０ 軸受部材
２１１ 回転モータ
２２ ノズル
２２１ 整流室
２２２ 噴射口
２４ 炉壁
２５Ａ、２５Ｂ 開閉扉
２６ 吸排気ボックス
２６１ 吸気路
２６２ 排気路
２６４ａ、２６４ｂ 吸気口
２６４ｃ 排気口
３１ 徐冷室
３２ 急冷室
Ｌ 中心軸

Claims (4)

1. 表面に熱硬化性樹脂を含浸した繊維が巻き付けられたタンク容器を加熱して前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる燃料タンク製造装置であって、
   タンク容器を搬送する搬送装置と、
   搬送途中で前記タンク容器を加熱する複数の加熱室と、
   該複数の加熱室よりも前記搬送装置の搬送方向下流位置で前記タンク容器を冷却する冷却室と、
   前記複数の加熱室にガスを供給するガス供給機と、
   前記複数の加熱室において前記ガス供給機から供給されたガスを前記タンク容器の表面に噴射する複数のノズルと、
   前記ガス供給機と前記複数のノズルとの間で前記ガスを加熱する複数のヒータと、
   を備えることを特徴とする燃料タンク製造装置。
2. 前記複数の加熱室は、前記搬送装置の搬送方向上流側から下流側に向かって順番に配置される第１昇温室と、第２昇温室と、均熱室を有しており、
   前記複数のヒータは、前記ノズルから噴射されるガスの温度を第２昇温室、均熱室、第１昇温室の順番で低くすることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク製造装置。
3. 前記複数の加熱室は、
   前記ノズルに連通する吸気口の開口面積を変更して前記ノズルに供給されるガスの供給量を調整する吸気ダンパーと、
   前記加熱室に開口する排気口の開口面積を変更して前記加熱室から排出されるガスの排出量を調整する排気ダンパーと、
   前記加熱室の圧力を計測する圧力計測センサと、
   前記加熱室の圧力が所定値よりも正圧の場合には前記排気ダンパーを制御して前記排気口の開口面積を広げ、前記所定値よりも負圧の場合には前記吸気ダンパーを制御して前記吸気口の開口面積を広げる制御装置と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料タンク製造装置。
4. 前記タンク容器は、円筒状の胴体部と該胴体部の両端に設けられたドーム部とを有し、
   前記複数の加熱室には、前記タンク容器を該タンク容器の中心軸回りに回転させる回転部が設けられており、
   前記複数のノズルは、前記胴体部の表面にガスを噴射する第１噴射口と、前記ドーム部の接線方向から該ドーム部の表面にガスを噴射する第２噴射口とを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料タンク製造装置。

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