JP2020118288A - 水素タンク - Google Patents

Abstract

【課題】ライナ部の外周部に繊維強化樹脂で補強層を形成した水素タンクにおいて、繊維強化樹脂層と熱硬化樹脂層の間に侵入した水素による異音の発生を防止する。【解決手段】水素タンク１０は、容器本体を構成し、内部に水素を貯槽可能なライナ部１２を備えている。ライナ部１２の外周側には、強化繊維と熱硬化性樹脂によって構成された繊維強化樹脂層２４が配置され、更にその外周側に、熱硬化性樹脂によって構成された樹脂層２６が配置されている。ここで、樹脂層２６の表面には、繊維強化樹脂層２４まで達する複数の貫通孔２８が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、水素タンクに関する。

下記特許文献１には、圧縮水素を貯蔵するライナ部の外周部に繊維強化樹脂で補強層を形成した水素タンク（圧力容器）が開示されている。この先行技術では、補強層の母材となる樹脂を熱硬化させる過程によって、ライナ部の外周側に強化繊維と熱硬化性樹脂によって構成される繊維強化樹脂層が形成され、更にその外周側に、熱硬化性樹脂のみで構成された樹脂層が形成されている。

特開２０１０−０３８２１６号公報

ところで、タンク内の水素がライナ部を経て透繊維強化樹脂層を透過すると、繊維強化樹脂層に比べてガスバリア性の高い樹脂層の内側に溜まり、やがて、樹脂層を破裂させて異音を発生させることがある。

本発明は上記事実を考慮し、ライナ部の外周部に繊維強化樹脂で補強層を形成した水素タンクにおいて、繊維強化樹脂層と熱硬化樹脂層の間に侵入した水素による異音の発生を防止することを目的とする。

請求項１に記載の本発明に係る水素タンクは、容器本体を構成し、内部に水素を貯槽可能なライナ部と、前記ライナ部の外周側に配置され、強化繊維と熱硬化性樹脂によって構成された繊維強化樹脂層と、前記繊維強化樹脂層の外周側に配置され、表面に前記繊維強化樹脂層まで達する複数の貫通孔が形成されると共に、熱硬化性樹脂によって構成された樹脂層と、を備えている。

請求項１に記載の本発明に係る水素タンクによれば、繊維強化樹脂層を透過した水素が、樹脂層に形成された貫通孔を通って大気中に放出されるため、繊維強化樹脂層と樹脂層の間に水素が溜まらない。これにより、樹脂層の破裂による異音の発生が防止される。

以上説明したように、請求項１に係る水素タンクによれば、繊維強化樹脂層と熱硬化樹脂層の間に侵入した水素による異音の発生を防止することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る水素タンクの構造を模式的に示す部分断面図である。 図１に示す水素タンクの断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。

以下、図１〜図２に基づいて本実施形態に係る水素タンク１０について説明する。なお、図１には、本実施形態に係る水素タンク１０の構造が模式的な部分断面図で示されている。なお、図１における矢印Ｘは、水素タンク１０の中心軸ＣＬの軸方向で、水素タンク１０（ライナ部１２）の中心Ｏから離れる側を示しており、その離れる側を「軸方向端部側」とする。また、それとは逆に水素タンク１０（ライナ部１２）の中心Ｏへ近づく側を「軸方向中央部側」とする。また、本実施形態に係る水素タンク１０は、その内部に、例えば燃料としての水素ガスが充填されるようになっており、燃料電池自動車（ＦＣＶ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、図示省略）等に搭載されるようになっている。

（ライナ部１２）
図１に示されるように、水素タンク１０は、容器本体を構成するライナ部１２を有している。ライナ部１２は、一例として、ガスバリア性に優れ、かつ寸法安定性に優れる液晶樹脂材でブロー成形されており、円筒状の直胴部１４と、直胴部１４の両端に一体に形成された略半球状の半球部１６Ａを含むドーム部１６と、を有している。

また、ドーム部１６は、その軸心部にライナ部１２における中心軸ＣＬの軸方向中央部側へ突出する円筒部１６Ｂを含んでいる。直胴部１４の内径よりも小径の開口部とされており、一例として、一方の円筒部１６Ｂには封止プラグ１８が嵌合され、他方の円筒部１６Ｂには金属製の口金プラグ２０が嵌合されるようになっている。また、口金プラグ２０には、バルブ（図示省略）が装着されるようになっている。

（繊維強化樹脂層２４及び樹脂層２６）
図１に示されるように、ライナ部１２の外周面側には、ライナ部１２を補強する補強部２２が形成されている。補強部２２は、ライナ部１２の外周側に配置され、強化繊維と熱硬化性樹脂によって構成された繊維強化樹脂層２４と、繊維強化樹脂層２４の外周側に配置され、熱硬化性樹脂によって構成された樹脂層２６と、を有している。このような２層構造からなる補強部２２は、後述する補強部２２の製造工程によって形成される。

補強部２２は、公知のＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形法によって形成されている。具体的には、 強化繊維（不図示）をライナ部１２に巻き付けて、雌、雄一対の成形型（不図示）に設置する。その後、樹脂注入口より熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維に含浸させた後、樹脂を熱硬化させることにより形成されている。本実施形態では、強化繊維が炭素繊維を含むＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製とされ、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂とされている。

成形型の内部では、ライナ部１２の外周部の近傍では、炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸して、炭素繊維とエポキシ樹脂によって構成される繊維強化樹脂層２４が形成される。更にその外周側では、炭素繊維に含浸されなかったエポキシ樹脂のみで構成される樹脂層２６が形成されている。

（貫通孔２８）
図２には、水素タンクの断面の一部が模式的な拡大断面図で示されている。また、図２では、なお、図２では、ライナ部１２の内部に貯蔵された水素ガスを符号「４０」で概念的に示し、ライナ部１２を透過して繊維強化樹脂層２４と樹脂層２６の間に侵入した水素ガスを符号「５０」で概念的に示している。

この図に示されるように、樹脂層２６の表面には、複数の貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８は、長尺なピン孔状に形成され、樹脂層２６の表面からその厚み方向に延びて繊維強化樹脂層２４まで達している。このため、ライナ部１２の内部に貯蔵された水素ガス４０の一部がライナ部１２を透過して繊維強化樹脂層２４と樹脂層２６の間に侵入すると、侵入した水素ガス５０は、貫通孔２８を通って大気中に放出される。

この貫通孔２８は、上述したＲＴＭ成形法によって補強部２２を熱硬化する工程で形成されている。具体的には、雄、雌一対の成形型の内周面に、ピン状の突起を複数設けて、熱硬化処理後の水素タンク１０を成形型から外すことにより、補強部２２の表面に複数のピン孔の貫通孔２８が形成される。

本実施形態では、貫通孔２８の内径は０・５ｍｍ程度とされ、貫通孔２８の深さ（ライナ部１２の径方向に沿った貫通孔２８の幅寸法）が１．０ｍｍ程度とされる。また、貫通孔は、樹脂層２６の表面の全領域に、１０ｍｍピッチ程度の間隔で複数形成されている。

（作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

本実施形態に係る水素タンク１０によれば、繊維強化樹脂層２４と樹脂層２６の間に侵入した水素ガス５０が、樹脂層２６に形成された貫通孔２８を通って大気中に放出される。このため、

ところで、樹脂層２６に上述した貫通孔２８が形成されない構成の場合、繊維強化樹脂層２４を透過した水素ガス５０は、繊維強化樹脂層２４に比べてガスバリア性が高く、かつ、強度の低いエポキシ樹脂で構成された樹脂層２６の内側に溜まる。やがて、水素ガス５０が所定の量を超えると、樹脂層２６を破裂させて異音を発生させる。

これに対して、本実施形態では、水素ガス５０が貫通孔２８を通って大気中に放出されるため、繊維強化樹脂層２４と樹脂層２６の間に水素ガス５０が溜まらない。これにより、樹脂層２６の破裂による異音の発生を防止することができる。
[補足説明]

上記実施形態では、強化繊維が炭素繊維を含むＦＲＰとしたが、本発明はこれに限らず、ガラス繊維、又はアラミド繊維等を含むＦＲＰ製でもよい。

また、上記実施形態では、熱硬化性樹脂をエポキシ樹脂としたが、本発明はこれに限らずビニルエステル樹脂等の変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂でもよい。

また、上記実施形態の複数の貫通孔２８は、補強部２２を構成する樹脂層２６の表面の全領域に形成してもよく、一部の領域に形成してもよい。

また、上記実施形態の複数の貫通孔２８は、樹脂層２６の表面に一定のピッチで形成される構成としたが、これに限らず、所定の領域において、ピッチを広げたり、狭めたりすることも可能である。

１２ ライナ部
２４ 繊維強化樹脂層
２６ 樹脂層
２８ 貫通孔

Claims (1)

1. 容器本体を構成し、内部に水素を貯槽可能なライナ部と、
   前記ライナ部の外周側に配置され、強化繊維と熱硬化性樹脂によって構成された繊維強化樹脂層と、
   前記繊維強化樹脂層の外周側に配置され、表面に前記繊維強化樹脂層まで達する複数の貫通孔が形成されると共に、熱硬化性樹脂によって構成された樹脂層と、
   を備える水素タンク。