JP4314037B2 - 高圧タンク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製で中空状のライナとライナの外周面を覆う繊維強化プラスチックとを備え、ライナの内部を高圧にしてガスを貯蔵する高圧タンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化を抑制する意識が高まってきており、特に車両から排出される二酸化炭素の低減を目的として燃料電池電気自動車や水素自動車等の開発が盛んである。これら自動車では水素と酸素とを電気化学的に反応させて電力を起こし、その電気をモータに供給して駆動力を発生させている。この種の水素供給源としては水素タンクが用いられ、水素タンクには高い圧力で水素が充填されている。
【０００３】
図１１は、特許文献１に開示された水素タンクの断面図である。水素タンク５１は中空状（樽状）をなすライナ５２を有し、ライナ５２は気密性を確保可能な材質（例えば高密度ポリエチレン等）からなる。ライナ５２の前端及び後端には熱伝導が良好なアルミニウム等を材質としたトップボス５３とエンドボス５４とが各々固着されている。トップボス５３及びエンドボス５４は一部分が外部に露出した状態で組み付けられ、タンク内部の発熱及び吸熱をタンク外部に導く働きをする。
【０００４】
ライナ５２の外周面全域にはシェル５５が被覆され、シェル５５は耐圧性を確保可能な材質（例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics ））からなる。ライナ５２の内部には複数のフィン５６とフィン５６を支持する軸材５７とからなるフィンアセンブリ５８が収容され、軸材５７の各端部がトップボス５３及びエンドボス５４に各々固着されている。フィンアセンブリ５８は熱伝導が良好なアルミニウム等を材質とし、タンク内部の発熱及び吸熱をトップボス５３及びエンドボス５４を介してタンク外部に放出している。
【０００５】
ところで、フィンアセンブリ５８等の内容物を収容したライナを一体型のライナで製造する場合、この種のライナはフィンアセンブリ５８との接合部分を真空ろう付けしてスピニング加工することによって製造される。しかし、スピニング加工により製造するとライナに熱が加わるので、強度が下がり割れ易くなることから、例えば５００度程度でライナを再熱処理する必要がある。しかし、再熱処理を行うと、ろう付け部分が剥がれたり、局所的に配置されたシールの材質がもたない問題が生じるので、内容物を組み込む場合にはライナを分割式せざるをえない現状がある。
【０００６】
図１２（ａ），（ｂ）は分割式のライナ５２を用いた水素タンク５１の一部を模式的に示す部分拡大断面図である。ライナ５２は本体部分に対して先端部分が分割式となっており、略筒状の本体部５９と本体部５９の開口部を覆う蓋部６０とを備えている。図１２（ａ）に示すシール構造は本体部５９と蓋部６０との接合面のうちライナ５２の径方向に延びるシール面６１にＯリング６２が配置された面シールである。一方、図１２（ｂ）に示すシール構造はライナ５２の軸方向に延びるシール面６３にＯリング６２が配置された軸シールである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８１２９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内部が高圧の水素タンク５１ではガス圧によりライナ５２が外側に膨らむ作用が生じる。このため、図１２（ａ）に示す面シールの場合、内部のガス圧によって蓋部６０が軸方向外側に押し出された状態（二点鎖線で示す状態）となり、Ｏリング６２のシール代がなくなってガスリークが発生する問題があった。一方、図１２（ｂ）に示す軸シールの場合、内部のガス圧によって本体部５９が径方向外側に膨らんだ状態（二点鎖線で示す状態）となり、Ｏリング６２のシール代がなくなってガスリークが発生する問題があった。
【０００９】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ライナを分割式とした場合に、分割部分の接合面のシール性を確保できる高圧タンクを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１〜３に記載の発明では、金属製で中空状のライナと、前記ライナの外周面を覆う繊維強化プラスチックとを備え、前記ライナの内部を高圧にしてガスを貯蔵する高圧タンクにおいて、少なくとも前記ライナの片側が分割式であり、ライナ本体と分割体との接合面には開口端の全周に亘ってシール部材が介装され、前記ライナ本体及び分割体のうち一方には前記シール部材に当接するシール面に向かって変形する変形部が形成されている。
【００１１】
この発明によれば、ライナの内部が高圧になったとき、ライナ本体又は分割体が外側に向かって膨張（又は移動）する。このとき、ライナの膨張と同時に変形部がシール面に向かって変形するので、シール部材によるシール部がライナの膨張に追従する。従って、ライナを分割したときにその接合部分のシール代が確保され、高圧タンクのシール性が確保される。
ここで、請求項１に記載の発明では、前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの径方向に延びる面シールであり、前記変形部を構成する伸び変形可能な薄肉部が前記シール面よりも前記ライナ本体の中央側に位置する面シールである。この発明によれば、シール部材によるシール構造が面シールであるので、高圧タンクの軸方向の小型化が図れる。ここで「面シール」とはライナの軸方向に対して直交する直交面にシール部が配置されたシール構造をいい、そのシール面がライナの径方向に対して多少（例えば±３０度の範囲内で）ずれるものも含む。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの軸方向に延びる軸シールであり、前記変形部は、曲がり変形可能な可曲部を備え、前記可曲部は、前記分割体の内面に対して、前記ライナの軸方向に向って溝部を形成することにより、前記溝部に対する前記ライナの径方向外側に形成される。
また、請求項３に記載の発明では、前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの軸方向に延びる軸シールであり、前記変形部は、曲がり変形可能な可曲部と、該可曲部よりも前記ライナの径方向内側に位置し、伸び変形可能な薄肉部とを備え、前記薄肉部は、前記分割体の内面に溝部を設けることによって形成されている。
これらの発明によれば、シール部材によるシール構造が軸シールであるので、高圧タンクの径方向の小型化が図れる。ここで「軸シール」とは例えばライナの軸方向に延びる円柱部の外周面全域に亘ってシール部が配置されたシール構造をいい、そのシール面が軸方向に対して多少（例えば±３０度の範囲内で）ずれるものも含む。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記変形部は前記ライナ本体の内面に溝部を設けることによって形成されている。この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、変形部はライナ本体又は分割体の内面に溝部を設けることで形成されるので、簡単な加工作業で変形部が形成可能であり、溝部であれば肉抜き部分が少なく済んでライナの強度が著しく低下することもない。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記ライナは両側が分割式であり、前記変形部は前記ライナの両側に各々形成されている。この発明によれば、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、ライナの両側が分割式であるので、例えばライナ本体の内部に加工を施す場合に、両側から加工作業が行えることになり作業性が増す。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、前記ライナ本体の内面には、該ライナ本体の両側のうち少なくとも片側に突起が形成されている。この発明によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、ライナ本体の内面にはライナ本体の両側のうち少なくとも片側に突起が形成されているので、ライナの内部に内容物を収容する場合に突起により支持するようにすれば、収容室内で内容物が振動や位置ずれし難くなる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の発明において、前記ライナの内部には内容物が収容されている。この発明によれば、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、ライナの内部に内容物を収容する構成であっても、ライナが分割式であるので、例えばスピニング加工によって製造する場合と比較して、簡単な構成で内容物をライナ内部に収容可能となる。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、請求項７に発明において、前記内容物はガス吸蔵用ユニットである。この発明によれば、請求項７に記載の発明の作用に加え、内容物がガス吸蔵部用ユニットである場合にはライナの内部を非常に高圧にして使用する場合もあるが、本例のシール構造は充分にシール性が確保されるので、この種のガス吸蔵用ユニットをライナの内部に収容してもシール性が確保できない等の不具合が生じ難い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の高圧タンクを水素タンクに具体化した第１実施形態を図１〜図４に従って説明する。
【００２０】
図１は、水素タンク１の模式断面図である。高圧タンクとしての水素タンク１は細長い中空状をなし、その内部の収容室２に高圧状態で水素が充填されている。収容室２を高圧にするのは水素の充填量を多くとるためであり、例えば収容室２の圧力を２５Ｍｐａとした場合には大気中と比較して約２５０倍の水素が充填可能となる。水素タンク１は両端部のうち水素が出入りする側が先端（図１では右側端部）、その反対側が基端（図１では左側端部）となっている。
【００２１】
水素タンク１はタンク外形をなす中空状のライナ３と、ライナ３の外周面の略全域を覆う繊維強化プラスチックとしての高強度ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）４とを備えている。高強度ＣＦＲＰ４は樹脂（例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等）が含浸された炭素繊維を、ヘリカル巻層とフープ巻層を有するようにライナ３に巻き付け、樹脂を熱硬化することによって形成された炭素繊維強化プラスチックである。高強度ＣＦＲＰ４は水素タンク１の耐圧性（機械的強度）を確保している。
【００２２】
ライナ３は例えばアルミニウム合金を材質とし、水素タンク１の気密性を確保している。ライナ３は両側が分割式となっており、略筒状のライナ本体としての本体部５と、本体部５の基端側の開口部６を覆う分割体としての基端側蓋部７と、本体部５の先端側の開口部８を覆う分割体としての先端側蓋部９とを備えている。先端側蓋部９には収容室２と外部とを連通する通気路９ａの先にバルブ１０が取り付けられ、このバルブ１０のポート切り換えによって水素タンク１の使用状態が水素放出状態と水素再充填状態との間で切り換えられる。
【００２３】
ライナ３の収容室２には内容物（ガス吸蔵用ユニット）としての水素吸蔵用ユニット１１が収容されている。水素吸蔵用ユニット１１の内部には水素タンクの軸方向Ｌに延び、先端側で折り返されたパイプからなる熱媒管１２が収容されている。基端側蓋部７にはタンク外部と熱媒管１２の各端部とを連通する２つの通路管７ａ，７ｂが形成されている。熱媒管１２には水（冷水又は加熱水）が流れ、本例では通路管７ａが上流側、通路管７ｂが下流側となっている。
【００２４】
熱媒管１２には略円盤状のフィン１３が軸方向Ｌに等間隔に複数固着されている。フィン１３の間には粉末状の水素吸蔵合金（ＭＨ粉末）がフィン１３と接触する状態で収容されている。水素吸蔵合金は水素タンク１内の水素の充填量を多くする機能があり、大気中に比べて数百〜１０００倍の水素充填を可能にする。フィン１３の径方向端部には全てのフィン１３を覆う状態で水素を透過可能なフィルタ１４（破線で図示）が取り付けられている。
【００２５】
ところで、水素吸蔵合金は水素を吸蔵するときに発熱し、水素を放出するときに吸熱するが、水素吸蔵時には通路管７ａ，７ｂ及び熱媒管１２には冷水が流れ、この冷水によって熱媒管１２及びフィン１３を介して水素吸蔵合金の温度上昇が抑制される。一方、水素放出時には通路管７ａ，７ｂ及び熱媒管１２に温水が流れ、この温水によって熱媒管１２及びフィン１３を介して水素吸蔵合金の温度降下が抑制される。
【００２６】
基端側蓋部７の内面には収容室２に開口した状態で穴部７ｃが形成されている。また、本体部５の内面のうち軸方向Ｌの先端側には周方向全域に突起としての突部１５が形成されている。水素吸蔵用ユニット１１は基端側が穴部７ｃに嵌合され、先端側外周面が突部１５によって支持されることで収容室２に収容されている。
【００２７】
図２は、本体部５と基端側蓋部７との接合部位の部分拡大断面図である。基端側蓋部７の外周面には周方向全域にフランジ部１６が形成され、基端側蓋部７の内面には本体部５側（フランジ部１６に対し略垂直方向）に突出する略円柱状の突出部１７が形成されている。突出部１７の外径はフランジ部１６を含む基端側蓋部７の外径に比べて小さく設定されている。水素吸蔵用ユニット１１の基端を嵌合する穴部７ｃは突出部１７に形成されている。
【００２８】
また、フランジ部１６にはボルト１８を挿通するための挿通孔１９が周方向に複数形成され、本体部５の基端部２０には挿通孔１９と対応する位置に雌ねじ部２１が複数形成されている。基端側蓋部７はボルト１８をフランジ部１６の挿通孔１９に挿通した状態で、ボルト１８の軸部１８ａを雌ねじ部２１に螺着することによって本体部５に取付固定されている。
【００２９】
基端側蓋部７の内面には周方向全域に亘って溝部２２が形成されている。溝部２２は突出部１７の径方向Ｒの外側端部付近に位置しており、その深さは溝底の肉厚が他の部位に比べて薄くなる付近まで延びている。溝部２２を形成することによって溝部２２の溝底には薄肉部２３が、溝部２２と本体部５との間には可曲部２４が形成されている。薄肉部２３はタンク内の高圧時に変形可能な厚さＷ１に設定され、本例では変形として延びが可能となっている。なお、薄肉部２３と可曲部２４が変形部を構成する。
【００３０】
また、可曲部２４には開口部６との当接面（即ち、後述するシール面２９）に周方向全域に亘って収容溝２５が形成され、収容溝２５は可曲部２４の突出長さＫ１の中間点よりも先端側に位置している。収容溝２５にはシール部材としてのＯリング２６が取り付けられ、Ｏリング２６はそのシール部２７によって本体部５と基端側蓋部７との間のシール性（気密性）を確保している。可曲部２４はタンク内の高圧時に変形可能な厚さＷ２に設定され、本例では変形として曲がりが可能となっている。また、収容溝２５の溝底の厚さＷ３は厚さＷ２よりも薄く設定され、この根元部分で一層曲がり易くなっている。
【００３１】
基端側蓋部７は本体部５との取付状態において、可曲部２４が本体部５の基端側の開口部６に嵌合し、フランジ部１６が本体部５の基端部２０に位置決め状態で接触している。このため、開口部６及び可曲部２４が当接する部分と、基端部２０及びフランジ部１６が当接する部分とが接合面２８となっている。また、これら接合面２８のうち開口部６及び可曲部２４の当接する部分がシール面２９であり、基端側蓋部７のシール構造はシール面２９がライナ３の軸方向Ｌに沿って延びる軸シールとなっている。この軸シールでは薄肉部２３がシール面２９よりも径方向Ｒの内側に位置している。
【００３２】
図３は、本体部５と先端側蓋部９との接合部位の部分拡大断面図である。先端側蓋部９は略椀状であり、先端側蓋部９の外周面には周方向全域にフランジ部３２が形成され、フランジ部３２の根元部分には本体部５側（フランジ部３２に対し略垂直方向）に突出する可曲部２４が形成されている。ここで、可曲部２４は先端側蓋部９の内面においてＯリング２６が位置する部位付近のみを残して、それ以外の一体を刳り抜くことによって形状される。また、先端側蓋部９の本体部５への取付構造（形状、寸法等）は基端側蓋部７と同様となっている。
【００３３】
先端側蓋部９の内面には、可曲部２４の根元部位に周方向全域に亘って溝部３３が形成されている。溝部３３はその深さが基端側蓋部７の溝部２２よりも浅い形状となっている。先端側蓋部９には溝部３３を形成することによって基端側蓋部７と同様に薄肉部２３が形成され、その厚さはタンク内が高圧になったときに伸びが可能な厚さＷ１に設定されている。
【００３４】
また、可曲部２４の本体部５と当接する面には基端側蓋部７と同様に周方向全域に亘って収容溝２５が形成され、収容溝２５にはＯリング２６が取り付けられている。Ｏリング２６はそのシール部３４によって本体部５と先端側蓋部９との間のシール性（気密性）を確保し、基端側蓋部７と同じ部品が使用されている。可曲部２４はタンク内の高圧時に曲がりが可能な厚さＷ２に設定され、収容溝２５の溝底の厚さＷ３は曲がりを増長するように厚さＷ２よりも薄く設定されている。
【００３５】
本体部５と先端側蓋部９とは、先端側の開口部８及び可曲部２４が当接する部分と、本体部５の先端部３５及びフランジ部３２が当接する部位とが接合面３６となっている。ここで、これら接合面３６のうち軸方向Ｌと略平行である開口部８及び可曲部２４の当接する部分がシール面３７となっている。このため、先端側蓋部９のシール構造は基端側蓋部７のシール面２９と同様に、シール面３７が軸方向Ｌに沿って延びる軸シールとなっている。
【００３６】
次に、前記のように構成された水素タンク１の作用を説明する。
例えば、水素タンク１に水素を充填或いは再充填した場合には、収容室２の内部が高圧状態になってライナ３の内面に圧力が付与される。このため、本体部５の内面には径方向外側（図４に示す矢印Ａ方向）に向かう圧力が作用して、図４の二点鎖線で示すように本体部５が矢印Ａ方向に沿って外側に膨らんだ状態となる。この高圧状態では、本体部５の内面の他に可曲部２４の内面にも矢印Ｂ方向の圧力が付与される。
【００３７】
このため、本体部５が膨らむと同時に薄肉部２３が矢印Ｃ方向に伸び、可曲部２４が矢印Ｄ方向に曲った図４の二点鎖線に示す状態となる。特に、可曲部２４は収容溝２５の溝底の根元部位で大きく曲った状態となる。従って、Ｏリング２６によるシール部２７が本体部５の膨らみに追従することになり、水素タンク１の内部が高圧状態になったとしてもシール代が確保される。また、先端側蓋部９でも同様に薄肉部２３の伸びと可曲部２４の曲がりとによってシール部３４が本体部５の膨らみに追従するので、先端側でもシール代が確保されて収容室２の気密性が確保される。
【００３８】
特に、水素タンク１は収容室２の圧力が非常に高圧となるので、必要耐圧やその構造から従来では水素吸蔵用ユニット１１を収容する圧力容器（ハウジング）として鉄やステンレス等の金属を用いていたが、この種の材質を用いると水素タンク１の重量が重くなる現状がある。このため、軽量化を図るために高強度ＣＦＲＰ４を用いた水素タンク１としても、本例のシール構造を用いれば充分なシール性が確保されるので、シール性確保と軽量化との両立が図れる。
【００３９】
第１実施形態では以下のような効果を得ることができる。
（１）基端側蓋部７に溝部２２を形成することによって薄肉部２３と可曲部２４とを設け、先端側蓋部９に溝部３３を形成することによって薄肉部２３を設けた。従って、水素タンク１の内部圧力によって本体部５が外側に膨らんだとき、薄肉部２３の伸び作用や可曲部２４の曲がり作用によって、シール部２７，３４が本体部５の膨らみに追従するので、水素タンク１を分割式としてもシール性を確保することができる。
【００４０】
（２）水素タンク１は高強度ＣＦＲＰ４を用いた軽量高圧タンクであるが、本例のシール構造を用いればこの種の軽量高圧タンクを分割式としてもシール性が充分に確保される。従って、シール性確保と軽量化との両立を図った水素タンク１を提供することができる。
【００４１】
（３）基端側蓋部７及び先端側蓋部９の本体部５とのシール構造は軸シールであるので、水素タンク１を径方向に小型化することができる。また、基端側蓋部７及び先端側蓋部９を本体部５に対しボルト１８によって取り付ける場合、そのボルト１８は螺着状態においてライナ３の軸方向と平行に配置される。従って、開口部６はボルト１８の軸部１８ａの長さ分だけ必然的に肉厚が存在することになり、この部分をシール面２９，３７として用いるので，シール面を設けるための肉厚を確保する必要がなく効果的である。
【００４２】
（４）薄肉部２３や可曲部２４は基端側蓋部７或いは先端側蓋部９に溝部２２，３３を設けることで形成されるので、簡単な加工作業で済む。また、溝部２２，３３であれば基端側蓋部７や先端側蓋部９の肉抜き部分が少なく済み、ライナ３の強度が著しく低下することを抑制できる。
【００４３】
（５）ライナ３は両側が分割式であるので、本体部５の両方からその内部の加工作業が行い易くなり、例えば本体部５の内面の先端側に形成された突部１５の加工作業が行い易い。
【００４４】
（６）本体部５の内面の先端側には突部１５が形成されている。従って、水素吸蔵用ユニット１１は基端側が基端側蓋部７の穴部７ｃに嵌合され、先端側が突部１５によって係止された状態で支持されるので、軸方向Ｌに複数箇所で支持されることになり、収容室２内で振動や位置ずれし難くなる。
【００４５】
（７）ライナ３は分割式であるので、水素吸蔵用ユニット１１を収容したライナ３を製造する場合に、スピニング加工を用いる場合と比較して簡単に製造することができる。
【００４６】
（８）高圧時に基端側蓋部７及び先端側蓋部９にかかる圧力は薄肉部２３と可曲部２４との両方に加わるので、本体部５に追従して変形するときにかかる応力がこの２箇所で分散され、薄肉部及び可曲部２４の耐久性を確保できる。
【００４７】
（９）ライナ３の収容室２内に水素吸蔵用ユニット１１を内蔵しているので、収容室２が同じ容積及び圧力において、より多くの水素を水素タンク１内に充填できる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５及び図６に従って説明する。本例では第１実施形態と比較してシール構造が異なっており、他の部分については同じ構成である。よって、同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図５は、本体部５と基端側蓋部７との接合部位の部分拡大断面図である。本体部５の開口部６には周方向全域に亘って溝部４０が形成されている。溝部４０は開口部６の軸方向Ｌの外側端部付近に位置しており、その深さは溝底部分の肉厚が薄くなる付近まで延びている。溝部４０を形成することによって溝底には薄肉部２３が、溝部４０とフランジ部１６との間には可曲部２４が形成されている。薄肉部２３はタンク内の高圧時に変形可能な厚さＷ１に設定され、本例では変形として延びが可能となっている。
【００５０】
また、フランジ部１６の内面には可曲部２４と対応する位置に周方向全域に亘って収容溝２５が形成されている。収容溝２５はボルト１８の挿通孔１９よりも径方向Ｒの内側に位置している。収容溝２５にはＯリング２６が取り付けられ、Ｏリング２６はそのシール部２７によって本体部５と基端側蓋部７との間のシール性（気密性）を確保している。
【００５１】
本体部５と基端側蓋部７とは、基端側の開口部６及び突出部１７が当接する部分と、本体部５の基端部２０（可曲部２４を含む）及びフランジ部１６が当接する部位が接合面２８となっている。ここで、これら接合面２８のうち径方向Ｒと略平行である基端部２０及びフランジ部１６の当接する部分がシール面２９となっている。このため、基端側蓋部７のシール構造はシール面２９がライナ３の径方向Ｒに延びる面シールとなっている。この面シールでは薄肉部２３がシール面２９よりも径方向Ｒの内側（本体部５の中央側）に位置している。なお、図示しないが本体部５と先端側蓋部９との接合構造（形状、寸法、シール構造等）も基端側蓋部７と同一構造が採用されている。
【００５２】
ここで、例えば水素タンク１に水素を充填或いは再充填した場合には、収容室２が高圧状態になってライナ３の内面に圧力が付与される。このため、基端側蓋部７の内面には軸方向外側（図６に示す矢印Ｅ方向）に向かう圧力が作用して、図６の二点鎖線で示すように基端側蓋部７が外側に膨らんだ状態となる。この高圧状態では、基端側蓋部７の突出部１７と本体部５の開口部６との間の隙間を通って可曲部２４の内面にも矢印Ｆ方向の圧力が付与される。
【００５３】
このとき、基端側蓋部７が外側に移動すると同時に、ボルト１８の軸部１８ａの伸びとともに薄肉部２３が軸方向Ｌと平行な矢印Ｃ方向に伸びる。従って、Ｏリング２６によるシール部２７が基端側蓋部７の移動に追従することになり、水素タンク１の内部が高圧状態になったとしてもシール代が確保される。また、先端側蓋部９でも同様に薄肉部２３の延び作用によってシール部３４が先端側蓋部９の移動に追従するので、先端側でもシール代が確保されて収容室２の気密性が確保される。
【００５４】
第２実施形態においても第１実施形態の（２），（４）〜（９）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（１０）水素タンク１の内部が高圧になって基端側蓋部７（先端側蓋部９）が軸方向Ｌに移動しても、薄肉部２３の伸びによってシール部２７が基端側蓋部７（先端側蓋部９）に追従するので、水素タンク１を分割式としてもシール性を確保することができる。
【００５５】
（１１）基端側蓋部７及び先端側蓋部９の本体部５とのシール構造は面シールであるので、水素タンク１を軸方向に小型化することができる。
なお、実施形態は前記に限定されず、例えば次の態様に変更してもよい。
【００５６】
○ 第１及び第２実施形態において、ライナ３は両側が分割式であることに限定されない。例えば、図７に示すようにライナ３の先端側を一体型とし、基端側のみを分割式としてもよい。この場合、ライナ３を組み立てるときにボルト１８を螺着する組付行程が少なくなり、組付作業が楽になる。
【００５７】
○ 第１及び第２実施形態において、ライナ３の内面の先端側に水素吸蔵用ユニット１１を支持する突部１５を必ずしも設ける必要はなく、図８に示すように突部１５を省略してもよい。
【００５８】
○ 第１及び第２実施形態において、水素吸蔵用ユニット１１の基端側の支持方法は突出部１７に設けた穴部７ｃに嵌合する方法に限定されない。例えば図９に示すように略椀状の基端側蓋部７を用い、本体部５の内面の基端側に突部４５を設けて、水素吸蔵用ユニット１１を２箇所の突部１５，４５で支持する構成としてもよい。
【００５９】
○ 第１及び第２実施形態において、図１０に示すように本体部５の側部から径方向Ｒにボルト１８を基端側蓋部７（先端側蓋部９）に螺着してライナ３を組み立てる構成とする。そして、Ｏリング２６によるシール面２９、３７に面シールを採用して、本体部５の内面に溝部２２を形成して薄肉部２３と可曲部２４を形成してもよい。また、この構成においてシール面２９，３７に軸シールを採用してもよい。
【００６０】
○ 第１及び第２実施形態において、水素吸蔵用ユニット１１と突部１５との間にゴム材を介装してもよい。この場合、収容室２の内部で位置決めされた水素吸蔵用ユニット１１を位置ずれし難くできる。
【００６１】
○ 第１及び第２実施形態において、Ｏリング２６は例えばニトリルゴム、スチロールゴム、シリコンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等を用いてもよく、その材質は特に限定されない。また、シール部材はゴム製のＯリング２６に限らず、シール性を確保できるものであれば、金属シール等の他の部材を使用してもよい。
【００６２】
○ 第１及び第２実施形態において、本体部５と基端側蓋部７（先端側蓋部９）との間に介装されるＯリング２６の個数は１つに限らず、複数個でもよい。
○ 第１及び第２実施形態において、薄肉部２３の厚さＷ１、可曲部２４の厚さＷ２，Ｗ３等は適宜設定変更してもよい。また、先端側と基端側で厚さＷ１〜Ｗ３を異なる値としてもよい。
【００６３】
○ 第１及び第２実施形態において、Ｏリングの収容溝２５は基端側蓋部７（先端側蓋部９）に位置することに限らず、これに代えて本体部５に形成してもよい。
【００６４】
○ 第１及び第２実施形態において、薄肉部２３及び可曲部２４は溝部２２，３３を設けることで形成されることに限定されない。即ち、薄肉部２３及び可曲部２４はライナ３を肉抜きすることで形成されればよく、例えば基端側蓋部７の突出部１７においてＯリング２６が位置する部位付近のみを残して、それ以外の一体を刳り抜くことによって形状されてもよい。
【００６５】
○ 第１及び第２実施形態において、基端側蓋部７及び先端側蓋部９と本体部５とのシール構造は軸シールや面シールに限らず、この接合面２８、３６をシール可能なものであれば、その構造は特に限定されない。
【００６６】
○ 第１及び第２実施形態において、水素タンク１は水素吸蔵用ユニット１１を内蔵する構成に限らず、この種の内容物を内蔵しない構成でもよい。また、高圧タンクは水素を供給する水素タンク１に限らず、例えば窒素等の他のガスを供給するタンクでもよい。
【００６７】
○ 第１及び第２実施形態において、ライナ３の材質はアルミニウム合金に限らず、気密性を確保可能なものであれば他の金属を用いてもよい。また、繊維強化プラスチックの材質は炭素繊維を用いたものに限らず、例えばガラス繊維やアラミド繊維を用いたものでもよい。
【００６８】
○ 第１及び第２実施形態において、本体部５の内面に形成される突起は、水素吸蔵用ユニット１１を支持する突部１５に限らず、他の機能を持つ突部でもよい。また、本体部５の内面の加工は突部１５を設ける加工に限らず、凹部を設ける等の加工でもよい。
【００６９】
○ 第１及び第２実施形態において、水素タンク１の収容室２に内蔵される内容物は水素吸蔵用ユニット１１に限らず、例えば熱交換器として機能するフィンアセンブリ等としてもよい。
【００７０】
○ 第１及び第２実施形態において、水素タンク１の搭載対象は燃料電池電気自動車や水素自動車に限らず、例えば家庭用電源の燃料電池に使用される水素タンク等でもよく、搭載対象は特に限定されない。
【００７１】
前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（１）前記変形部は前記変形部を構成する曲がり変形可能な可曲部を備え、前記可曲部のシール面側にはシール部材を取り付けるための収容溝が形成されている。
【００７２】
（２）前記変形部は前記ライナ本体及び分割体のうち一方の内面を肉抜きすることによって形成されている。
（３）前記変形部は伸び変形可能な薄肉部と、曲がり変形可能な可曲部とを備えている。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ライナ本体及び分割体のうち一方の内面にシール面に向かって変形する変形部を形成したので、変形部の変形によりシール代が確保されることになり、ライナを分割式としても分割部分の接合面のシール性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の水素タンクの模式断面図。
【図２】 基端側蓋部の接合部位の部分拡大断面図。
【図３】 先端側蓋部との接合部位の部分拡大断面図。
【図４】 水素タンクの作用を説明する説明図。
【図５】 第２実施形態の基端側蓋部の接合部位の部分拡大断面図。
【図６】 水素タンクの作用を説明するときの説明図。
【図７】 別例における水素タンクの模式断面図。
【図８】 他の別例に示す水素タンクの模式断面図。
【図９】 他の別例に示す水素タンクの模式断面図。
【図１０】 他の別例に示す基端側蓋部の接合部位の部分拡大断面図。
【図１１】 従来の水素タンクの模式断面図。
【図１２】 （ａ）は面シールとしたときの蓋部の接合部分の拡大断面図、（ｂ）は軸シールとしたときの蓋部の接合部分の拡大断面図。
【符号の説明】
１…高圧タンクとしての水素タンク、３…ライナ、４…繊維強化プラスチックとしての高強度ＣＦＲＰ、５…ライナ本体としての本体部、７…分割体としての基端側蓋部、９…分割体としての先端側蓋部、１１…内容物（ガス吸蔵用ユニット）としての水素吸蔵用ユニット、１５，４５…突起としての突部、２２，３３，４０…溝部、２６…シール部材としてのＯリング、２３…変形部を構成する薄肉部、２４…変形部を構成する可曲部、２８，３６…接合面、２９，３７…シール面、Ｌ…軸方向、Ｒ…径方向。
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製で中空状のライナとライナの外周面を覆う繊維強化プラスチックとを備え、ライナの内部を高圧にしてガスを貯蔵する高圧タンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化を抑制する意識が高まってきており、特に車両から排出される二酸化炭素の低減を目的として燃料電池電気自動車や水素自動車等の開発が盛んである。これら自動車では水素と酸素とを電気化学的に反応させて電力を起こし、その電気をモータに供給して駆動力を発生させている。この種の水素供給源としては水素タンクが用いられ、水素タンクには高い圧力で水素が充填されている。
【０００３】
図１１は、特許文献１に開示された水素タンクの断面図である。水素タンク５１は中空状（樽状）をなすライナ５２を有し、ライナ５２は気密性を確保可能な材質（例えば高密度ポリエチレン等）からなる。ライナ５２の前端及び後端には熱伝導が良好なアルミニウム等を材質としたトップボス５３とエンドボス５４とが各々固着されている。トップボス５３及びエンドボス５４は一部分が外部に露出した状態で組み付けられ、タンク内部の発熱及び吸熱をタンク外部に導く働きをする。
【０００４】
ライナ５２の外周面全域にはシェル５５が被覆され、シェル５５は耐圧性を確保可能な材質（例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics ））からなる。ライナ５２の内部には複数のフィン５６とフィン５６を支持する軸材５７とからなるフィンアセンブリ５８が収容され、軸材５７の各端部がトップボス５３及びエンドボス５４に各々固着されている。フィンアセンブリ５８は熱伝導が良好なアルミニウム等を材質とし、タンク内部の発熱及び吸熱をトップボス５３及びエンドボス５４を介してタンク外部に放出している。
【０００５】
ところで、フィンアセンブリ５８等の内容物を収容したライナを一体型のライナで製造する場合、この種のライナはフィンアセンブリ５８との接合部分を真空ろう付けしてスピニング加工することによって製造される。しかし、スピニング加工により製造するとライナに熱が加わるので、強度が下がり割れ易くなることから、例えば５００度程度でライナを再熱処理する必要がある。しかし、再熱処理を行うと、ろう付け部分が剥がれたり、局所的に配置されたシールの材質がもたない問題が生じるので、内容物を組み込む場合にはライナを分割式せざるをえない現状がある。
【０００６】
図１２（ａ），（ｂ）は分割式のライナ５２を用いた水素タンク５１の一部を模式的に示す部分拡大断面図である。ライナ５２は本体部分に対して先端部分が分割式となっており、略筒状の本体部５９と本体部５９の開口部を覆う蓋部６０とを備えている。図１２（ａ）に示すシール構造は本体部５９と蓋部６０との接合面のうちライナ５２の径方向に延びるシール面６１にＯリング６２が配置された面シールである。一方、図１２（ｂ）に示すシール構造はライナ５２の軸方向に延びるシール面６３にＯリング６２が配置された軸シールである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８１２９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内部が高圧の水素タンク５１ではガス圧によりライナ５２が外側に膨らむ作用が生じる。このため、図１２（ａ）に示す面シールの場合、内部のガス圧によって蓋部６０が軸方向外側に押し出された状態（二点鎖線で示す状態）となり、Ｏリング６２のシール代がなくなってガスリークが発生する問題があった。一方、図１２（ｂ）に示す軸シールの場合、内部のガス圧によって本体部５９が径方向外側に膨らんだ状態（二点鎖線で示す状態）となり、Ｏリング６２のシール代がなくなってガスリークが発生する問題があった。
【０００９】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ライナを分割式とした場合に、分割部分の接合面のシール性を確保できる高圧タンクを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１〜３に記載の発明では、金属製で中空状のライナと、前記ライナの外周面を覆う繊維強化プラスチックとを備え、前記ライナの内部を高圧にしてガスを貯蔵する高圧タンクにおいて、少なくとも前記ライナの片側が分割式であり、ライナ本体と分割体との接合面には開口端の全周に亘ってシール部材が介装され、前記ライナ本体及び分割体のうち一方には前記シール部材に当接するシール面に向かって変形する変形部が形成されている。
【００１１】
この発明によれば、ライナの内部が高圧になったとき、ライナ本体又は分割体が外側に向かって膨張（又は移動）する。このとき、ライナの膨張と同時に変形部がシール面に向かって変形するので、シール部材によるシール部がライナの膨張に追従する。従って、ライナを分割したときにその接合部分のシール代が確保され、高圧タンクのシール性が確保される。
ここで、請求項１に記載の発明では、前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの径方向に延びる面シールであり、前記変形部を構成する伸び変形可能な薄肉部が前記シール面よりも前記ライナ本体の中央側に位置する面シールである。この発明によれば、シール部材によるシール構造が面シールであるので、高圧タンクの軸方向の小型化が図れる。ここで「面シール」とはライナの軸方向に対して直交する直交面にシール部が配置されたシール構造をいい、そのシール面がライナの径方向に対して多少（例えば±３０度の範囲内で）ずれるものも含む。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明では、前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの軸方向に延びる軸シールであり、前記変形部は、曲がり変形可能な可曲部を備え、前記可曲部は、前記分割体の内面に対して、前記ライナの軸方向に向って溝部を形成することにより、前記溝部に対する前記ライナの径方向外側に形成される。
また、請求項３に記載の発明では、前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの軸方向に延びる軸シールであり、前記変形部は、曲がり変形可能な可曲部と、該可曲部よりも前記ライナの径方向内側に位置し、伸び変形可能な薄肉部とを備え、前記薄肉部は、前記分割体の内面に溝部を設けることによって形成されている。
これらの発明によれば、シール部材によるシール構造が軸シールであるので、高圧タンクの径方向の小型化が図れる。ここで「軸シール」とは例えばライナの軸方向に延びる円柱部の外周面全域に亘ってシール部が配置されたシール構造をいい、そのシール面が軸方向に対して多少（例えば±３０度の範囲内で）ずれるものも含む。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記変形部は前記ライナ本体の内面に溝部を設けることによって形成されている。この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、変形部はライナ本体又は分割体の内面に溝部を設けることで形成されるので、簡単な加工作業で変形部が形成可能であり、溝部であれば肉抜き部分が少なく済んでライナの強度が著しく低下することもない。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記ライナは両側が分割式であり、前記変形部は前記ライナの両側に各々形成されている。この発明によれば、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、ライナの両側が分割式であるので、例えばライナ本体の内部に加工を施す場合に、両側から加工作業が行えることになり作業性が増す。
【００１６】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、前記ライナ本体の内面には、該ライナ本体の両側のうち少なくとも片側に突起が形成されている。この発明によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、ライナ本体の内面にはライナ本体の両側のうち少なくとも片側に突起が形成されているので、ライナの内部に内容物を収容する場合に突起により支持するようにすれば、収容室内で内容物が振動や位置ずれし難くなる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の発明において、前記ライナの内部には内容物が収容されている。この発明によれば、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、ライナの内部に内容物を収容する構成であっても、ライナが分割式であるので、例えばスピニング加工によって製造する場合と比較して、簡単な構成で内容物をライナ内部に収容可能となる。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、請求項７に発明において、前記内容物はガス吸蔵用ユニットである。この発明によれば、請求項７に記載の発明の作用に加え、内容物がガス吸蔵部用ユニットである場合にはライナの内部を非常に高圧にして使用する場合もあるが、本例のシール構造は充分にシール性が確保されるので、この種のガス吸蔵用ユニットをライナの内部に収容してもシール性が確保できない等の不具合が生じ難い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の高圧タンクを水素タンクに具体化した第１実施形態を図１〜図４に従って説明する。
【００２０】
図１は、水素タンク１の模式断面図である。高圧タンクとしての水素タンク１は細長い中空状をなし、その内部の収容室２に高圧状態で水素が充填されている。収容室２を高圧にするのは水素の充填量を多くとるためであり、例えば収容室２の圧力を２５Ｍｐａとした場合には大気中と比較して約２５０倍の水素が充填可能となる。水素タンク１は両端部のうち水素が出入りする側が先端（図１では右側端部）、その反対側が基端（図１では左側端部）となっている。
【００２１】
水素タンク１はタンク外形をなす中空状のライナ３と、ライナ３の外周面の略全域を覆う繊維強化プラスチックとしての高強度ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）４とを備えている。高強度ＣＦＲＰ４は樹脂（例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等）が含浸された炭素繊維を、ヘリカル巻層とフープ巻層を有するようにライナ３に巻き付け、樹脂を熱硬化することによって形成された炭素繊維強化プラスチックである。高強度ＣＦＲＰ４は水素タンク１の耐圧性（機械的強度）を確保している。
【００２２】
ライナ３は例えばアルミニウム合金を材質とし、水素タンク１の気密性を確保している。ライナ３は両側が分割式となっており、略筒状のライナ本体としての本体部５と、本体部５の基端側の開口部６を覆う分割体としての基端側蓋部７と、本体部５の先端側の開口部８を覆う分割体としての先端側蓋部９とを備えている。先端側蓋部９には収容室２と外部とを連通する通気路９ａの先にバルブ１０が取り付けられ、このバルブ１０のポート切り換えによって水素タンク１の使用状態が水素放出状態と水素再充填状態との間で切り換えられる。
【００２３】
ライナ３の収容室２には内容物（ガス吸蔵用ユニット）としての水素吸蔵用ユニット１１が収容されている。水素吸蔵用ユニット１１の内部には水素タンクの軸方向Ｌに延び、先端側で折り返されたパイプからなる熱媒管１２が収容されている。基端側蓋部７にはタンク外部と熱媒管１２の各端部とを連通する２つの通路管７ａ，７ｂが形成されている。熱媒管１２には水（冷水又は加熱水）が流れ、本例では通路管７ａが上流側、通路管７ｂが下流側となっている。
【００２４】
熱媒管１２には略円盤状のフィン１３が軸方向Ｌに等間隔に複数固着されている。フィン１３の間には粉末状の水素吸蔵合金（ＭＨ粉末）がフィン１３と接触する状態で収容されている。水素吸蔵合金は水素タンク１内の水素の充填量を多くする機能があり、大気中に比べて数百〜１０００倍の水素充填を可能にする。フィン１３の径方向端部には全てのフィン１３を覆う状態で水素を透過可能なフィルタ１４（破線で図示）が取り付けられている。
【００２５】
ところで、水素吸蔵合金は水素を吸蔵するときに発熱し、水素を放出するときに吸熱するが、水素吸蔵時には通路管７ａ，７ｂ及び熱媒管１２には冷水が流れ、この冷水によって熱媒管１２及びフィン１３を介して水素吸蔵合金の温度上昇が抑制される。一方、水素放出時には通路管７ａ，７ｂ及び熱媒管１２に温水が流れ、この温水によって熱媒管１２及びフィン１３を介して水素吸蔵合金の温度降下が抑制される。
【００２６】
基端側蓋部７の内面には収容室２に開口した状態で穴部７ｃが形成されている。また、本体部５の内面のうち軸方向Ｌの先端側には周方向全域に突起としての突部１５が形成されている。水素吸蔵用ユニット１１は基端側が穴部７ｃに嵌合され、先端側外周面が突部１５によって支持されることで収容室２に収容されている。
【００２７】
図２は、本体部５と基端側蓋部７との接合部位の部分拡大断面図である。基端側蓋部７の外周面には周方向全域にフランジ部１６が形成され、基端側蓋部７の内面には本体部５側（フランジ部１６に対し略垂直方向）に突出する略円柱状の突出部１７が形成されている。突出部１７の外径はフランジ部１６を含む基端側蓋部７の外径に比べて小さく設定されている。水素吸蔵用ユニット１１の基端を嵌合する穴部７ｃは突出部１７に形成されている。
【００２８】
また、フランジ部１６にはボルト１８を挿通するための挿通孔１９が周方向に複数形成され、本体部５の基端部２０には挿通孔１９と対応する位置に雌ねじ部２１が複数形成されている。基端側蓋部７はボルト１８をフランジ部１６の挿通孔１９に挿通した状態で、ボルト１８の軸部１８ａを雌ねじ部２１に螺着することによって本体部５に取付固定されている。
【００２９】
基端側蓋部７の内面には周方向全域に亘って溝部２２が形成されている。溝部２２は突出部１７の径方向Ｒの外側端部付近に位置しており、その深さは溝底の肉厚が他の部位に比べて薄くなる付近まで延びている。溝部２２を形成することによって溝部２２の溝底には薄肉部２３が、溝部２２と本体部５との間には可曲部２４が形成されている。薄肉部２３はタンク内の高圧時に変形可能な厚さＷ１に設定され、本例では変形として延びが可能となっている。なお、薄肉部２３と可曲部２４が変形部を構成する。
【００３０】
また、可曲部２４には開口部６との当接面（即ち、後述するシール面２９）に周方向全域に亘って収容溝２５が形成され、収容溝２５は可曲部２４の突出長さＫ１の中間点よりも先端側に位置している。収容溝２５にはシール部材としてのＯリング２６が取り付けられ、Ｏリング２６はそのシール部２７によって本体部５と基端側蓋部７との間のシール性（気密性）を確保している。可曲部２４はタンク内の高圧時に変形可能な厚さＷ２に設定され、本例では変形として曲がりが可能となっている。また、収容溝２５の溝底の厚さＷ３は厚さＷ２よりも薄く設定され、この根元部分で一層曲がり易くなっている。
【００３１】
基端側蓋部７は本体部５との取付状態において、可曲部２４が本体部５の基端側の開口部６に嵌合し、フランジ部１６が本体部５の基端部２０に位置決め状態で接触している。このため、開口部６及び可曲部２４が当接する部分と、基端部２０及びフランジ部１６が当接する部分とが接合面２８となっている。また、これら接合面２８のうち開口部６及び可曲部２４の当接する部分がシール面２９であり、基端側蓋部７のシール構造はシール面２９がライナ３の軸方向Ｌに沿って延びる軸シールとなっている。この軸シールでは薄肉部２３がシール面２９よりも径方向Ｒの内側に位置している。
【００３２】
図３は、本体部５と先端側蓋部９との接合部位の部分拡大断面図である。先端側蓋部９は略椀状であり、先端側蓋部９の外周面には周方向全域にフランジ部３２が形成され、フランジ部３２の根元部分には本体部５側（フランジ部３２に対し略垂直方向）に突出する可曲部２４が形成されている。ここで、可曲部２４は先端側蓋部９の内面においてＯリング２６が位置する部位付近のみを残して、それ以外の一体を刳り抜くことによって形状される。また、先端側蓋部９の本体部５への取付構造（形状、寸法等）は基端側蓋部７と同様となっている。
【００３３】
先端側蓋部９の内面には、可曲部２４の根元部位に周方向全域に亘って溝部３３が形成されている。溝部３３はその深さが基端側蓋部７の溝部２２よりも浅い形状となっている。先端側蓋部９には溝部３３を形成することによって基端側蓋部７と同様に薄肉部２３が形成され、その厚さはタンク内が高圧になったときに伸びが可能な厚さＷ１に設定されている。
【００３４】
また、可曲部２４の本体部５と当接する面には基端側蓋部７と同様に周方向全域に亘って収容溝２５が形成され、収容溝２５にはＯリング２６が取り付けられている。Ｏリング２６はそのシール部３４によって本体部５と先端側蓋部９との間のシール性（気密性）を確保し、基端側蓋部７と同じ部品が使用されている。可曲部２４はタンク内の高圧時に曲がりが可能な厚さＷ２に設定され、収容溝２５の溝底の厚さＷ３は曲がりを増長するように厚さＷ２よりも薄く設定されている。
【００３５】
本体部５と先端側蓋部９とは、先端側の開口部８及び可曲部２４が当接する部分と、本体部５の先端部３５及びフランジ部３２が当接する部位とが接合面３６となっている。ここで、これら接合面３６のうち軸方向Ｌと略平行である開口部８及び可曲部２４の当接する部分がシール面３７となっている。このため、先端側蓋部９のシール構造は基端側蓋部７のシール面２９と同様に、シール面３７が軸方向Ｌに沿って延びる軸シールとなっている。
【００３６】
次に、前記のように構成された水素タンク１の作用を説明する。
例えば、水素タンク１に水素を充填或いは再充填した場合には、収容室２の内部が高圧状態になってライナ３の内面に圧力が付与される。このため、本体部５の内面には径方向外側（図４に示す矢印Ａ方向）に向かう圧力が作用して、図４の二点鎖線で示すように本体部５が矢印Ａ方向に沿って外側に膨らんだ状態となる。この高圧状態では、本体部５の内面の他に可曲部２４の内面にも矢印Ｂ方向の圧力が付与される。
【００３７】
このため、本体部５が膨らむと同時に薄肉部２３が矢印Ｃ方向に伸び、可曲部２４が矢印Ｄ方向に曲った図４の二点鎖線に示す状態となる。特に、可曲部２４は収容溝２５の溝底の根元部位で大きく曲った状態となる。従って、Ｏリング２６によるシール部２７が本体部５の膨らみに追従することになり、水素タンク１の内部が高圧状態になったとしてもシール代が確保される。また、先端側蓋部９でも同様に薄肉部２３の伸びと可曲部２４の曲がりとによってシール部３４が本体部５の膨らみに追従するので、先端側でもシール代が確保されて収容室２の気密性が確保される。
【００３８】
特に、水素タンク１は収容室２の圧力が非常に高圧となるので、必要耐圧やその構造から従来では水素吸蔵用ユニット１１を収容する圧力容器（ハウジング）として鉄やステンレス等の金属を用いていたが、この種の材質を用いると水素タンク１の重量が重くなる現状がある。このため、軽量化を図るために高強度ＣＦＲＰ４を用いた水素タンク１としても、本例のシール構造を用いれば充分なシール性が確保されるので、シール性確保と軽量化との両立が図れる。
【００３９】
第１実施形態では以下のような効果を得ることができる。
（１）基端側蓋部７に溝部２２を形成することによって薄肉部２３と可曲部２４とを設け、先端側蓋部９に溝部３３を形成することによって薄肉部２３を設けた。従って、水素タンク１の内部圧力によって本体部５が外側に膨らんだとき、薄肉部２３の伸び作用や可曲部２４の曲がり作用によって、シール部２７，３４が本体部５の膨らみに追従するので、水素タンク１を分割式としてもシール性を確保することができる。
【００４０】
（２）水素タンク１は高強度ＣＦＲＰ４を用いた軽量高圧タンクであるが、本例のシール構造を用いればこの種の軽量高圧タンクを分割式としてもシール性が充分に確保される。従って、シール性確保と軽量化との両立を図った水素タンク１を提供することができる。
【００４１】
（３）基端側蓋部７及び先端側蓋部９の本体部５とのシール構造は軸シールであるので、水素タンク１を径方向に小型化することができる。また、基端側蓋部７及び先端側蓋部９を本体部５に対しボルト１８によって取り付ける場合、そのボルト１８は螺着状態においてライナ３の軸方向と平行に配置される。従って、開口部６はボルト１８の軸部１８ａの長さ分だけ必然的に肉厚が存在することになり、この部分をシール面２９，３７として用いるので，シール面を設けるための肉厚を確保する必要がなく効果的である。
【００４２】
（４）薄肉部２３や可曲部２４は基端側蓋部７或いは先端側蓋部９に溝部２２，３３を設けることで形成されるので、簡単な加工作業で済む。また、溝部２２，３３であれば基端側蓋部７や先端側蓋部９の肉抜き部分が少なく済み、ライナ３の強度が著しく低下することを抑制できる。
【００４３】
（５）ライナ３は両側が分割式であるので、本体部５の両方からその内部の加工作業が行い易くなり、例えば本体部５の内面の先端側に形成された突部１５の加工作業が行い易い。
【００４４】
（６）本体部５の内面の先端側には突部１５が形成されている。従って、水素吸蔵用ユニット１１は基端側が基端側蓋部７の穴部７ｃに嵌合され、先端側が突部１５によって係止された状態で支持されるので、軸方向Ｌに複数箇所で支持されることになり、収容室２内で振動や位置ずれし難くなる。
【００４５】
（７）ライナ３は分割式であるので、水素吸蔵用ユニット１１を収容したライナ３を製造する場合に、スピニング加工を用いる場合と比較して簡単に製造することができる。
【００４６】
（８）高圧時に基端側蓋部７及び先端側蓋部９にかかる圧力は薄肉部２３と可曲部２４との両方に加わるので、本体部５に追従して変形するときにかかる応力がこの２箇所で分散され、薄肉部及び可曲部２４の耐久性を確保できる。
【００４７】
（９）ライナ３の収容室２内に水素吸蔵用ユニット１１を内蔵しているので、収容室２が同じ容積及び圧力において、より多くの水素を水素タンク１内に充填できる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図５及び図６に従って説明する。本例では第１実施形態と比較してシール構造が異なっており、他の部分については同じ構成である。よって、同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図５は、本体部５と基端側蓋部７との接合部位の部分拡大断面図である。本体部５の開口部６には周方向全域に亘って溝部４０が形成されている。溝部４０は開口部６の軸方向Ｌの外側端部付近に位置しており、その深さは溝底部分の肉厚が薄くなる付近まで延びている。溝部４０を形成することによって溝底には薄肉部２３が、溝部４０とフランジ部１６との間には可曲部２４が形成されている。薄肉部２３はタンク内の高圧時に変形可能な厚さＷ１に設定され、本例では変形として延びが可能となっている。
【００５０】
また、フランジ部１６の内面には可曲部２４と対応する位置に周方向全域に亘って収容溝２５が形成されている。収容溝２５はボルト１８の挿通孔１９よりも径方向Ｒの内側に位置している。収容溝２５にはＯリング２６が取り付けられ、Ｏリング２６はそのシール部２７によって本体部５と基端側蓋部７との間のシール性（気密性）を確保している。
【００５１】
本体部５と基端側蓋部７とは、基端側の開口部６及び突出部１７が当接する部分と、本体部５の基端部２０（可曲部２４を含む）及びフランジ部１６が当接する部位が接合面２８となっている。ここで、これら接合面２８のうち径方向Ｒと略平行である基端部２０及びフランジ部１６の当接する部分がシール面２９となっている。このため、基端側蓋部７のシール構造はシール面２９がライナ３の径方向Ｒに延びる面シールとなっている。この面シールでは薄肉部２３がシール面２９よりも径方向Ｒの内側（本体部５の中央側）に位置している。なお、図示しないが本体部５と先端側蓋部９との接合構造（形状、寸法、シール構造等）も基端側蓋部７と同一構造が採用されている。
【００５２】
ここで、例えば水素タンク１に水素を充填或いは再充填した場合には、収容室２が高圧状態になってライナ３の内面に圧力が付与される。このため、基端側蓋部７の内面には軸方向外側（図６に示す矢印Ｅ方向）に向かう圧力が作用して、図６の二点鎖線で示すように基端側蓋部７が外側に膨らんだ状態となる。この高圧状態では、基端側蓋部７の突出部１７と本体部５の開口部６との間の隙間を通って可曲部２４の内面にも矢印Ｆ方向の圧力が付与される。
【００５３】
このとき、基端側蓋部７が外側に移動すると同時に、ボルト１８の軸部１８ａの伸びとともに薄肉部２３が軸方向Ｌと平行な矢印Ｃ方向に伸びる。従って、Ｏリング２６によるシール部２７が基端側蓋部７の移動に追従することになり、水素タンク１の内部が高圧状態になったとしてもシール代が確保される。また、先端側蓋部９でも同様に薄肉部２３の延び作用によってシール部３４が先端側蓋部９の移動に追従するので、先端側でもシール代が確保されて収容室２の気密性が確保される。
【００５４】
第２実施形態においても第１実施形態の（２），（４）〜（９）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（１０）水素タンク１の内部が高圧になって基端側蓋部７（先端側蓋部９）が軸方向Ｌに移動しても、薄肉部２３の伸びによってシール部２７が基端側蓋部７（先端側蓋部９）に追従するので、水素タンク１を分割式としてもシール性を確保することができる。
【００５５】
（１１）基端側蓋部７及び先端側蓋部９の本体部５とのシール構造は面シールであるので、水素タンク１を軸方向に小型化することができる。
なお、実施形態は前記に限定されず、例えば次の態様に変更してもよい。
【００５６】
○ 第１及び第２実施形態において、ライナ３は両側が分割式であることに限定されない。例えば、図７に示すようにライナ３の先端側を一体型とし、基端側のみを分割式としてもよい。この場合、ライナ３を組み立てるときにボルト１８を螺着する組付行程が少なくなり、組付作業が楽になる。
【００５７】
○ 第１及び第２実施形態において、ライナ３の内面の先端側に水素吸蔵用ユニット１１を支持する突部１５を必ずしも設ける必要はなく、図８に示すように突部１５を省略してもよい。
【００５８】
○ 第１及び第２実施形態において、水素吸蔵用ユニット１１の基端側の支持方法は突出部１７に設けた穴部７ｃに嵌合する方法に限定されない。例えば図９に示すように略椀状の基端側蓋部７を用い、本体部５の内面の基端側に突部４５を設けて、水素吸蔵用ユニット１１を２箇所の突部１５，４５で支持する構成としてもよい。
【００５９】
○ 第１及び第２実施形態において、図１０に示すように本体部５の側部から径方向Ｒにボルト１８を基端側蓋部７（先端側蓋部９）に螺着してライナ３を組み立てる構成とする。そして、Ｏリング２６によるシール面２９、３７に面シールを採用して、本体部５の内面に溝部２２を形成して薄肉部２３と可曲部２４を形成してもよい。また、この構成においてシール面２９，３７に軸シールを採用してもよい。
【００６０】
○ 第１及び第２実施形態において、水素吸蔵用ユニット１１と突部１５との間にゴム材を介装してもよい。この場合、収容室２の内部で位置決めされた水素吸蔵用ユニット１１を位置ずれし難くできる。
【００６１】
○ 第１及び第２実施形態において、Ｏリング２６は例えばニトリルゴム、スチロールゴム、シリコンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム等を用いてもよく、その材質は特に限定されない。また、シール部材はゴム製のＯリング２６に限らず、シール性を確保できるものであれば、金属シール等の他の部材を使用してもよい。
【００６２】
○ 第１及び第２実施形態において、本体部５と基端側蓋部７（先端側蓋部９）との間に介装されるＯリング２６の個数は１つに限らず、複数個でもよい。
○ 第１及び第２実施形態において、薄肉部２３の厚さＷ１、可曲部２４の厚さＷ２，Ｗ３等は適宜設定変更してもよい。また、先端側と基端側で厚さＷ１〜Ｗ３を異なる値としてもよい。
【００６３】
○ 第１及び第２実施形態において、Ｏリングの収容溝２５は基端側蓋部７（先端側蓋部９）に位置することに限らず、これに代えて本体部５に形成してもよい。
【００６４】
○ 第１及び第２実施形態において、薄肉部２３及び可曲部２４は溝部２２，３３を設けることで形成されることに限定されない。即ち、薄肉部２３及び可曲部２４はライナ３を肉抜きすることで形成されればよく、例えば基端側蓋部７の突出部１７においてＯリング２６が位置する部位付近のみを残して、それ以外の一体を刳り抜くことによって形状されてもよい。
【００６５】
○ 第１及び第２実施形態において、基端側蓋部７及び先端側蓋部９と本体部５とのシール構造は軸シールや面シールに限らず、この接合面２８、３６をシール可能なものであれば、その構造は特に限定されない。
【００６６】
○ 第１及び第２実施形態において、水素タンク１は水素吸蔵用ユニット１１を内蔵する構成に限らず、この種の内容物を内蔵しない構成でもよい。また、高圧タンクは水素を供給する水素タンク１に限らず、例えば窒素等の他のガスを供給するタンクでもよい。
【００６７】
○ 第１及び第２実施形態において、ライナ３の材質はアルミニウム合金に限らず、気密性を確保可能なものであれば他の金属を用いてもよい。また、繊維強化プラスチックの材質は炭素繊維を用いたものに限らず、例えばガラス繊維やアラミド繊維を用いたものでもよい。
【００６８】
○ 第１及び第２実施形態において、本体部５の内面に形成される突起は、水素吸蔵用ユニット１１を支持する突部１５に限らず、他の機能を持つ突部でもよい。また、本体部５の内面の加工は突部１５を設ける加工に限らず、凹部を設ける等の加工でもよい。
【００６９】
○ 第１及び第２実施形態において、水素タンク１の収容室２に内蔵される内容物は水素吸蔵用ユニット１１に限らず、例えば熱交換器として機能するフィンアセンブリ等としてもよい。
【００７０】
○ 第１及び第２実施形態において、水素タンク１の搭載対象は燃料電池電気自動車や水素自動車に限らず、例えば家庭用電源の燃料電池に使用される水素タンク等でもよく、搭載対象は特に限定されない。
【００７１】
前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（１）前記変形部は前記変形部を構成する曲がり変形可能な可曲部を備え、前記可曲部のシール面側にはシール部材を取り付けるための収容溝が形成されている。
【００７２】
（２）前記変形部は前記ライナ本体及び分割体のうち一方の内面を肉抜きすることによって形成されている。
（３）前記変形部は伸び変形可能な薄肉部と、曲がり変形可能な可曲部とを備えている。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ライナ本体及び分割体のうち一方の内面にシール面に向かって変形する変形部を形成したので、変形部の変形によりシール代が確保されることになり、ライナを分割式としても分割部分の接合面のシール性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態の水素タンクの模式断面図。
【図２】 基端側蓋部の接合部位の部分拡大断面図。
【図３】 先端側蓋部との接合部位の部分拡大断面図。
【図４】 水素タンクの作用を説明する説明図。
【図５】 第２実施形態の基端側蓋部の接合部位の部分拡大断面図。
【図６】 水素タンクの作用を説明するときの説明図。
【図７】 別例における水素タンクの模式断面図。
【図８】 他の別例に示す水素タンクの模式断面図。
【図９】 他の別例に示す水素タンクの模式断面図。
【図１０】 他の別例に示す基端側蓋部の接合部位の部分拡大断面図。
【図１１】 従来の水素タンクの模式断面図。
【図１２】 （ａ）は面シールとしたときの蓋部の接合部分の拡大断面図、（ｂ）は軸シールとしたときの蓋部の接合部分の拡大断面図。
【符号の説明】
１…高圧タンクとしての水素タンク、３…ライナ、４…繊維強化プラスチックとしての高強度ＣＦＲＰ、５…ライナ本体としての本体部、７…分割体としての基端側蓋部、９…分割体としての先端側蓋部、１１…内容物（ガス吸蔵用ユニット）としての水素吸蔵用ユニット、１５，４５…突起としての突部、２２，３３，４０…溝部、２６…シール部材としてのＯリング、２３…変形部を構成する薄肉部、２４…変形部を構成する可曲部、２８，３６…接合面、２９，３７…シール面、Ｌ…軸方向、Ｒ…径方向。
Claims (8)
- 金属製で中空状のライナと、前記ライナの外周面を覆う繊維強化プラスチックとを備え、前記ライナの内部を高圧にしてガスを貯蔵する高圧タンクにおいて、
少なくとも前記ライナの片側が分割式であり、ライナ本体と分割体との接合面には開口端の全周に亘ってシール部材が介装され、前記ライナ本体には前記シール部材に当接するシール面に向かって変形する変形部が形成され、
前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの径方向に延びる面シールであり、前記変形部を構成する伸び変形可能な薄肉部が前記シール面よりも前記ライナ本体の中央側に位置する面シールである高圧タンク。 - 金属製で中空状のライナと、前記ライナの外周面を覆う繊維強化プラスチックとを備え、前記ライナの内部を高圧にしてガスを貯蔵する高圧タンクにおいて、
少なくとも前記ライナの片側が分割式であり、ライナ本体と分割体との接合面には開口端の全周に亘ってシール部材が介装され、前記分割体には前記シール部材に当接するシール面に向かって変形する変形部が形成され、
前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの軸方向に延びる軸シールであり、
前記変形部は、曲がり変形可能な可曲部を備え、
前記可曲部は、前記分割体の内面に対して、前記ライナの軸方向に向って溝部を形成することにより、前記溝部に対する前記ライナの径方向外側に形成される高圧タンク。 - 金属製で中空状のライナと、前記ライナの外周面を覆う繊維強化プラスチックとを備え、前記ライナの内部を高圧にしてガスを貯蔵する高圧タンクにおいて、
少なくとも前記ライナの片側が分割式であり、ライナ本体と分割体との接合面には開口端の全周に亘ってシール部材が介装され、前記分割体には前記シール部材に当接するシール面に向かって変形する変形部が形成され、
前記シール部材によるシール構造は、前記シール面が前記ライナの軸方向に延びる軸シールであり、
前記変形部は、曲がり変形可能な可曲部と、該可曲部よりも前記ライナの径方向内側に位置し、伸び変形可能な薄肉部とを備え、
前記薄肉部は、前記分割体の内面に溝部を設けることによって形成されている高圧タンク。 - 前記変形部は前記ライナ本体の内面に溝部を設けることによって形成されている請求項１に記載の高圧タンク。
- 前記ライナは両側が分割式であり、前記変形部は前記ライナの両側に各々形成されている請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の高圧タンク。
- 前記ライナ本体の内面には、該ライナ本体の両側のうち少なくとも片側に突起が形成されている請求項５に記載の高圧タンク。
- 前記ライナの内部には内容物が収容されている請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の高圧タンク。
- 前記内容物はガス吸蔵用ユニットである請求項７に記載の高圧タンク。
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