JP6160876B2 - ハニカムコアがパネル表面と平行に配置されているハニカム構造体、およびその製造方法 - Google Patents

ハニカムコアがパネル表面と平行に配置されているハニカム構造体、およびその製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、従来技術の外皮とコアの間の剥離問題を解決するために、ハニカムコアがパネルの表面に平行にアレンジされている繊維強化プラスチック(ＦＲＰ)ハニカムサンドイッチ構造、および、ＦＲＰで補強された多数の内部タンクがハニカム形状に集められるハニカムコア集合タンクに関する。
社会的背景として、化石燃料による地球温暖化問題とその枯渇問題が上げられる。これらの大きな問題への可能性のある１つの答えが燃料電池発電システムである。現代文明の最も高い技術が応用されても、地球リソースの遺産である石化燃料を再生することができないのを、誰もが知っている。我々が日々の生活で現代文明を楽しむとき、化石燃料を消費するのは、必然であって、不可逆である。
燃料電池は「水素(Ｈ2)」と「酸素(Ｏ2)」から電気を発生させ、そして排気は「水(Ｈ2Ｏ)」である。発電の過程で、燃料電池システムは地球温暖化の原因であるとされる二酸化炭素を排出しない。近代、燃料電池に使用される「水素(Ｈ2)」は化石燃料であるＬＮＧから精製される。
しかしながら、現代文明の先人達は、燃料電池の燃料である「水素(Ｈ2)」の再生理論を残している。現代文明の最高の技術でも、地球リソースである化石燃料は再生することができない。他方、燃料電池の発電システムは再生することが可能である。現在、それが単なる机上の理論であっても、近い将来、燃料電池システムには、我々の生活において理想的なエネルギー・システムである可能性がある。
燃料電池は、本当に、理想的なエネルギー・システムである。しかしながら、実用のために２つの大きい困難を克服することが必要とされる。ひとつは燃料電池の発電セルであり、そして、別のひとつが水素タンクである。燃料電池の発電セルは、現在、マーケティングによって改良された。しかしながら、水素タンクの開発はまだ困難である。
水素は常温で気体である、そして、地上気圧における液化温度は２００℃以下の極低温である。そのうえ、４％のガス水素が空気中の酸素に混ぜられ、そして、近辺にスパークが飛ぶと、それは爆発的に燃焼する。取り扱いは非常に難しい。その安全性は、水素タンクのデザインと特性が国際的な性能として規定されなければならない。車載用水素タンクは各自動車メーカーによって研究されてきた。そして構造的な強さは、現在、７５０気圧を実現している。しかしながら、タンク容量、形状、およびスペースに関して、いくつかの欠陥が存在している。
我々が実生活で燃料電池を使用するとき、難問は水素の輸送である。水素に関して、それが液化されないならば、分子の重さが非常に小さいので、輸送効率は液体ガソリンに比べて非常に劣る。しかしながら、２００℃以下の極低温に冷却されないならば、液体水素は入手できない。単なる輸送のために液体水素を輸送すると、多くの費用がかかる
さらに、難しいのは水素ステーションである。燃料電池自動車の普及には、ガソリンスタンドと同様の水素ステーションが必要である。現在、最先端自動車の水素タンクの内部圧力は７５０気圧である。従って、想定される水素ステーションに関して、冷凍保管装置がマイナス２００度以下で液体水素を保っている完全な地下タンクを備えることが必要であり、また、７５０気圧に水素ガスを加圧する加圧システムを備えることも必要となる。想定される水素ステーションは、設備費用だけではなく、維持費も巨大になると予測される。
さらに、もし万一、冷却機能が失われるとき、常温の地下タンクの中に液体水素を閉じ込めることは困難である。その結果、水素ステーションに貯蔵されている液体水素の大部分が空気中に放出されなければならい状況が考えられる。気体水素は爆発性ガスであるので、それは安全性に対する大きな問題である。
これらは、水素ガスの供給システムから要求される課題と現状である。燃料電池発電システムには、理想的と呼ぶことができるエネルギー・システムになる可能性がある。しかしながら、理想的なエネルギー・システムの達成は我々に多くの協力と辛抱の研究開発を要求する。
ハニカム構造には、軽量で高剛性という多くの利益がある。その結果、ハニカムサンドイッチパネルは建築分野と航空機分野に構造材料として広く採用されている。
しかしながら、従来技術では、多数のハニカムセルで構成された集合体としてのハニカムコアは、厚紙、プラスチック型材、および薄板アルミニウムから製造される。ハニカムコアの構造的な強さは、その側面で荷重を支持するためには不十分であるので、ハニカムサンドイッチパネルはパネル表面に平行にハニカムコアをアレンジすることができない。従来技術では、ハニカムコアの縦方向はパネルの表面に垂直な状態で配置され、その結果、外皮はハニカムコアの六角形の狭いエッジに接着される。従来技術における、ハニカムサンドイッチパネルはハニカムコアと外皮の間の剥離問題を避けることができない。剥離問題はハニカムサンドイッチパネルの致命的な欠陥である。
日本特許第４８６２９７５号に、ＦＲＰプリプレグから作るハニカムコアの製法が示されている。そして、それはハニカムコアがハニカムサンドイッチパネルの表面に平行に配置される製造プロセスを示す。
しかしながら、日本特許第４８６２９７５号の製造プロセスは、非常に複雑であり、生産性に劣っている。そして、その製造プロセスによる製造された製品は、六角のハニカムセル形状が歪になることが多い。
日本特許第４８６２９７５号
この発明は液体水素燃料システムの水素ガスなどの貯蔵における、ハニカムコア構造の適用と、そして/又は、揮発性の材料の輸送に向けられる。ハニカム構造を実社会に応用するため、ハニカムサンドイッチパネルのハニカムコアの方向を縦方向から横方向に変更し、従来技術の剥離問題を解決することにある。外皮とハニカムコアの剥離問題は、ハニカムコアの垂直な配置から引き起こされる。問題を解決するためにはハニカムサンドイッチパネルの表面に平行にハニカムコアを配置することが絶対的に必要とされる。
しかしながら、ハニカムコアがパネルの表面に平行に配置されるとき、パネル荷重は、ハニカムコアの側面に荷重されるようになる。従来技術におけるハニカムコアに関して、それがアルミ箔、プラスチック型材、および厚紙から製造されるのでハニカムコアの側面で荷重を支持するためには強度が不十分である。
横荷重によって潰されない、機械強度の強いハニカムコアを製造することが必要である。この発明では、ハニカムコアは二重耐力壁の未硬化のＦＲＰプリプレグ(強化繊維にプラスチック接着剤を含浸させたもの)から作られ、熱と圧力によって硬化する過程によって製造される。加圧圧力は、内部の熱発泡性加圧デバイスと、機械的にハニカムコアアセンブリのすべての表面を拘束する外部の枠組構造との反力から発生する。
また、発明の新プロセスは、あらゆるハニカムセルの中に多数の内部タンクを持っているハニカムコア集合タンクを製造する新しい用法をもたらす。この集合タンクは、この発明の二重壁ハニカムセル構造から得られる。内部の壁は内部タンクの圧力を維持し、二重壁面タンクの外側の壁は外部の衝撃荷重に耐える。
日本特許第４８６２９７５号はＦＲＰプリプレグから作られるハニカムコアの画期的な製法を示している。そしてまた、それはハニカムサンドイッチパネルの表面に平行なハニカムコアを配置する製造工程を示す。しかしながら、その製造プロセスは複雑であって、生産性に劣っている。そして、六角のハニカムセルの形状は容易にゆがんでしまう。日本特許第４８６２９７５号で示されるハニカムコアの材料と製造プロセスは以下の通りである。
図１７は日本特許第４８６２９７５号で示されるハニカムコア母材の製造方法を示している。ホッチキスで細長いバッグの連続した袋状の列を製造するよう、ホッチキス針が上側のＦＲＰプリプレグと下側のＦＲＰプリプレグの間で縫うように連続して動かされる。
図１８は多くの筒状の熱発泡性樹脂が連続して挿入されるハニカムコア母材を示す。また、気管を挿入することも可能である。
図１９はハニカムコアが水平にアレンジされるハニカム構造を示す。このハニカムコア構造は日本特許第４８６２９７５号の方法によって製造される。
日本特許第４８６２９７５号における製造方法を用いて図示のように製造することは、繰り返し多くの細長い袋状の列を製造することは複雑な作業となる。そのうえ、エアチューブと熱発泡性樹脂を細長いスペースに挿入することは生産的でない。熱発泡性樹脂の挿入はエアチューブより簡単である。ただしこの場合、熱発泡過程が処理された後に、熱発泡性樹脂はハニカムコアに残っている。したがって、エアチューブで加圧する方法と比べて、ハニカム構造の重さは、より重くなる。現在の発明は、これらの欠陥を解決することを意図している。
気体水素の貯蔵システムに要求される課題と現状に答えるため、新しい水素タンクの概念とその加工技術が以下に説明されている。
ハニカム構造自体に関して、解決されるべき最も重要な問題は従来技術における剥離問題である。この問題を解決するためには、ハニカムコアをハニカムサンドイッチパネルのパネルの表面に平行に配置することが必要である。ハニカムコアは多くのハニカムセルの集合体であるため、荷重によって潰されない多数のハニカムセルを製造することが必要となる。従来技術では、横方向の荷重に耐えることができるハニカムセルを製造することができない。特許第４８６２９７５号はＦＲＰプリプレグで多数のハニカムセルを製造する方法を示している。しかしながら、その製造プロセスは、複雑であり、生産性で劣っている。したがって、新しい製造プロセスを発明するのが必要である。
本発明は、従来技術におけるハニカムサンドイッチパネルの剥離問題を解決するために、ハニカムコアがパネル表面に平行に配置されるＦＲＰハニカム構造の製造プロセスである。剥離問題はハニカムコアの垂直配置から引き起こされる。ハニカムコアが垂直に配置されるとき、ハニカムサンドイッチパネルの外皮はハニカムコア六角形周縁の、ごく狭い面積で接着されるゆえである。
したがって、剥離問題を解決するためには、ハニカムサンドイッチパネルの表面に平行にハニカムコアを配置することが必要である。しかしながらハニカムコアがパネルの表面に平行に配置されるとき、パネル荷重はハニカムコアの側面に掛かるようになる。従来技術におけるハニカムコアに関して、それがアルミ箔、プラスチック型材、および厚紙から製造されるので、ハニカムコアの機械的強度はハニカムコアの側面で負荷を支持するためには不十分である。
従って、側面負荷によって潰されないハニカムコアを製造することが必要である。この発明では、ハニカムコアは、柔らかいＦＲＰプリプレグで二重耐力壁に成るよう作られていて、熱と圧力によって熱硬化するプロセスによって製造される。そして、その加圧圧力は内部加圧デバイスとハニカムコアのすべての表面を機械的に拘束する外部の枠組構造と熱発泡性樹脂の発泡圧力の反力から発生する。柔らかいＦＲＰプリプレグは、まだ熱硬化する前のＦＲＰプリプレグ材料のことを意味する。
ＦＲＰハニカム構造の製造プロセスは２つの製造プロセスで構成される。１番目は未硬化のＦＲＰプリプレグによって柔らかいＦＲＰハニカム構造体を製造するための過程である。そして２番目は、熱と圧力によって柔らかいＦＲＰハニカム構造体を堅牢なＦＲＰハニカム構造体に強化する過程である。
二重の耐力壁で総容積が充分大きい貯蔵タンクを製造するため、２番目の発明は多くの内部のタンクがハニカムコア構造に集められるハニカムコア集合タンクの製造プロセスを示す。この集合タンクはハニカムコアがパネル表面に平行に配置されるＦＲＰハニカム構造の製造プロセスから得られる。内部の壁が内部タンクの圧力を維持し、あらゆる二重壁面タンクが外部衝撃荷重に耐えている。
理論的に、六角セルのハニカムコア構造は無限に配置することができる、そしてその構造的な位置はただひとつに決められる。同様に、多くの内部タンクがハニカムコア状に集められる集合タンクは無限に配置することが可能あり、その結果、その総容積は任意に大きくすることができる。
一般的に、壁面の構造的強度には制限がある。内部タンクの直径は内部タンクの圧力に反比例して変化する。従って内部タンクの直径は低圧で大きくなり、高圧で小さくなる。本発明では、およそ１００ｍｍから１０００ｍｍまでのタンク直径が考えられる。
高圧タンクにおいて縦方向の負荷は、底面積と内部圧力の積である。従って、縦方向の負荷は高圧タンクの長さに関係ない。タンク直径が内部の圧力に耐えているならば、理論的には、内部のタンクの長さに制限はほとんど無い。
この発明では、ハニカムコア集合タンクは、未硬化のＦＲＰプリプレグから作られていて、熱と圧力に従って硬化する製造過程によって製造される。加圧圧力は内部の加圧デバイスとハニカムコア集合タンクのすべての表面を機械的に拘束する外型枠組構造によって、熱発泡性樹脂の膨張圧力の反力から発生する。未硬化のＦＲＰプリプレグは接着材料がまだ加熱硬化していないＦＲＰプリプレグのことである。
ハニカムコア集合タンクの製造プロセスは２つの製造プロセスで構成される。１番目は未硬化のＦＲＰプリプレグによって柔らかいハニカムコア集合タンクを製造する工程である。そして２番目は、高熱と圧力によって柔らかいハニカムコア集合タンクを堅牢なハニカムコア集合タンクにする加熱硬化の過程である。
従来技術では、加圧と熱硬化の過程で、オートクレープ(加熱と同時に加圧する装置)がＦＲＰ構造の製造に使用される。オートクレープは、空気圧によって一様にＦＲＰ構造の外部表面を加圧する。空気圧は、外部の供給システムから提供されるか、またはオートクレープ内部の水蒸気圧によって供給される。そして、その空気圧力は、オートクレープの内部全体を均一に加圧する。
オートクレープは比較的大きい直径で単体壁の高圧タンクを製造するのに適している。しかしながら、単体壁構造のタンクには、構造的な強度に制限がある。オートクレープで製造される高圧タンクの直径を無限に大きくすることは不可能である。さらに、オートクレープを使用して集合タンクを製造することも困難である。なぜなら多数の内部タンクが集合構造に集められるとき、オートクレープで製造される内部ＦＲＰ壁と外部ＦＲＰ壁の間には、応力の発生しない充填物が存在する。
従って、オートクレープによって製造される高圧タンクの容量には理論上の制限がある。また大規模で高圧のタンクは事故が発生した場合、安全性が劣ってしまう。例えば、日本の自動車メーカーによって製造される燃料電池車の７０メガパスカルの水素タンクは、単体壁で製造される繭形状のタンクであるが、直径はおよそ４００mmで、容量はおよそ１５０リットルである。単体壁のタンクは拡張性を欠く。
オートクレープを使って、二重の耐力壁を持つＦＲＰタンクを製造することは困難である。その理由は以下の通り：
ＦＲＰタンクがオートクレープによって製造されるとき、図１４で示されるように、タンクの外部表面はオートクレープによる空気圧によって加圧され、またタンクの内部表面は、タンクの中に入れられてある熱水蒸気の蒸気圧によって加圧される。
ＦＲＰタンクの外部表面は細長い帯状の未硬化のＦＲＰプリプレグによって製造される。タンクの壁面は内部の蒸気圧と外部空気圧の圧力によって強く押される。これらの圧力のどちらかが欠けているとき、タンク壁は規定の強度を得ることができない。したがって、オートクレープで製造されるタンク壁は単体の耐力壁面である。
二重の耐力壁をもつＦＲＰタンクがオートクレープによって製造されるとき、図１５を参照する場合、内部のタンク壁は内部タンクの熱水蒸気の蒸気圧のみで加圧され、そして、外部の壁はオートクレープにおける空気圧だけによって加圧される。内部のＦＲＰ壁と外部のＦＲＰ壁の間に、圧力が発生しない中間の詰め物が存在する。中間の詰め物は自発的に圧力を発生しない。従って、一様に内部のタンクＦＲＰ壁を加圧することは不可能である。また、このような方法でタンク壁面の強度を保証することも困難である。
この発明は一様にＦＲＰ構造の外部表面を加圧するオートクレープと根本的に異なっている。この発明は例えば、図１６で示されるような、以下の特徴がある新方式を採用する：
(１)ＦＲＰハニカムコアは、多数のハニカム形状のセルによって組立てられるひとつの集合体である。
(２)個々のハニカム形状を成型するハニカムセルの基本材料は、熱発泡性樹脂である。
(３)個々の六角形ハニカムセルは、熱発泡性樹脂製の基本材料を、未硬化のＦＲＰプリプレグを使って補強することによって、製造される。
(４)ＦＲＰハニカムコアの構造体は、多数の前記六角ハニカムセルを使って組立てられる。
(５)ハニカムコア構造体の全表面は、外部フレームで拘束される。
(６)外部フレームは、内部にハニカム構造体を入れた状態で、加熱炉に入れられる。そして、外部フレームとハニカムコアの構造体は加熱硬化させられる。外部フレームの外側には、どんな空気加圧装置も存在しない。
(７)熱発泡性樹脂は加熱で膨張する。
(８)ＦＲＰプリプレグは熱発泡性樹脂の膨張圧力と外部のフレームの反力によって強固に密着し硬化させられる。
この方法では、どんな中間部分も内部圧力が発生しないところはない。したがって、内部の壁と外部の壁の二重壁構造を製造することが可能となる。内部の壁は内部タンクの圧力を維持する。外部の壁は外部の衝撃荷重に耐える。タンク形状の空気式加圧装置アセンブリは耐熱プラスチック材料から製造される。それは内部の圧力と温度によって広げられる。内部のタンクの、加熱および加圧による変形は永久的に変形する。
そのうえ、外部の壁はそれ自身が強度を持っている接着剤である。個々の要素が六角の形であるならば、六角の要素がハニカムコア構造に接着することによって、理論上、無限の構造を製造することが可能となる。
図１６は発明のコンポーネントを示すために、以下の符号を使用する。(ＢＢ)：六角のハニカムセル、(ＢＣ)：五角のハニカムセル、(ＤＤ)：台形フィラー、(ＭＣＡ)：未硬化のＦＲＰプリプレグから製造されるハニカム構造のすべての表面を制限する外部フレーム、(ＰＩＳ)：未硬化のＦＲＰプリプレグから製造される内部のＦＲＰ壁、(ＰＯＳ)：未硬化のＦＲＰプリプレグから製造される外部のＦＲＰ壁、そして、(ＴＡＡ)：タンク形状の空気式加圧装置。
航空機、高速鉄道車両、および自動車などのような、軽量で高強度が要求される乗り物の構造材料にＦＲＰハニカム構造を使用することができる。グラスファイバーＦＲＰに関して、その原材料は限りなく存在し、製造施設は安価である。
海水に露出される場合でも、ＦＲＰの材料は錆びない。従って、それは大型船での使用か海岸近くの風力発電のための最も適する材料である。
タンク壁面には構造的な強さに制限がある。内部タンクの直径は低圧タンクで大きくなり、高圧タンクで小さくなる。高圧のタンクが多数の小口径タンクで構成される集合タンクになることは必然である。
また、効率的な高圧の集合タンクを製造するためには、蓄積率を改良することが必要になる。この発明では、ハニカムコア形状に組立てられる集合タンクを形成する内部タンクの数に制限がない。従って、本発明は理論上総容積が無制限である高圧の集合タンクの製造を許す。
さらに高圧のタンクでは、内部の圧力を維持することと同時に外部の衝撃荷重に備える必要がある。この発明では、内部のＦＲＰ壁は内部のタンクの圧力を維持する。そして、外部のＦＲＰ壁は外部の衝撃荷重に耐える。この発明の集合タンクに関して、すべての構造材の役割は明確である。そして、外部の衝撃荷重は集合タンクの中のすべて構造部材が負荷を受ける。
さらに、小口径タンクの集合体は個々の高圧タンクの内部エネルギーを小さく分割することが可能になる。従って小口径タンクの集合体は、大口径の単体タンクよりはるかに安全である。それは液化天然ガスや水素ガスなどの高圧タンクに適している。
この発明における製造プロセスで５００ｃｃの内部容積を持っている小口径の単体タンクを製造した。２０ＭＰａの水圧試験がこのタンクに行われた。タンクの接続部分は水圧試験で破壊されたが、単体タンクの本体壁は破壊されなかった。同様に、９００ｃｃの内部容量がある小口径単体タンクは、材料にグラスファイバーＦＲＰプリプレグを使用することで製造された。タンクの直線部分を強度試験用に切り出し、圧縮試験をおこなった。テスト負荷は圧縮試験装置の最大値に達したが、試験片は破壊されなかった。試験片の仕様は長さ１７５ｍｍ、底面が１０４ｍｍ×１０４ｍｍである。重量は０．８９Kｇである。底面の重量軽減穴の直径はφ７７ｍｍ、直軸圧縮試験の最大試験負荷は２９５．５ｋＮであった。
液体水素燃料システムなどにおける、爆発性であるか揮発性の材料の貯蔵、そして/又は、輸送に適用することができる。その場合には、常温で、およそ７５０気圧に気体水素を加圧することによって、マイナス２００℃以下に冷やされる液体水素とほとんど等しい密度を得ることができる。既に７５０気圧に耐えると評価された水素タンクの製造設備と技術は自動車産業に存在する。タンク壁面材料には構造的な強さに限界がある。理論的に、内部のタンクの直径は低圧で大きくなり、高圧で小さくなる。高圧タンクの直径は内部タンクの圧力に反比例して変化する。高圧タンクの直径は、およそ１００ｍｍから１０００ｍｍまでである。単体タンクの容量はタンク壁を構成する材料の強さによって制限される。
液体水素燃料システムに、多数の比較的小口径のタンクを結合することによって製造される集合タンクが使用される可能性は大きい。水素ステーションにおいてタンクローリーの輸送容器に常温で７５０気圧の水素ガスを保つ構造的強度があるならば、冷却システムは必要ない。理論上、内部の圧力が同じであるとき、高圧タンクの直径が倍増すると、タンク内壁の設計荷重は倍増する。従って大規模な高圧のタンクを製造するためは、高強度の材料、例えば、炭素繊維ＦＲＰが必要である。しかしながら、炭素繊維ＦＲＰは非常に高価である。
この発明によると、集合タンクは多数の内部タンクで組立てられる。この発明では、内部タンクの直径は自動車メーカーで開発される大直径タンクのものより小さい。それぞれの内部タンクは内部壁と外部壁で構成されている。組立てられた集合タンクの外形は６面の直方体となる。理論的に、内部の圧力が同じであるとき、高圧のタンクの直径が半分になると、タンク壁の設計荷重は半分になる。従って、高強度の材料は、小口径タンクを製造するのに必ずしも必要ではない。グラスファイバーＦＲＰで十分である。炭素繊維ＦＲＰと比べて、グラスファイバーＦＲＰの価格はおよそ１／１０である。タンク壁面の設計荷重は大口径高圧のタンクのものより小さいため、個々のタンク壁面の重量は軽くなる。しかし、集合タンクが多数の小口径タンクの集合体であるので、大口径タンクと比べて、全重量は同じか、少し重くなる。
本発明に従った集合タンクは、ハニカムコアの集合体として配置される多くの内部タンクで構成される。理論的に、六角のハニカムコアの集合体は無限に配置できる。したがって、集合タンクの理論上の総容積は無限大である。また何か不具合が起きたとき、大容量の爆発的エネルギーを小さなエネルギーの合計に分割することができるので、多数の小口径タンクの集合タンクは大口径タンクと比べて、安全性が増加する。
また、水素タンクを自動的に巻き付ける装置は完成している。約１０分でタンクの自動巻きをすることが可能である。水素タンクは炭素繊維ＦＲＰで作られた繭タイプのタンクである。それには、７５０気圧の耐圧がある。タンク１個の容量は約４０リットルである。内容量１５０リットルの大容量も完成している。水素タンクは液体水素の燃料電池発電システムを達成することにおける主要な技術の１つである。この発明はそのようなシステムを開発し、実行することに関連する問題のいくつかを解決することに適用される。
図１は、(１)筒状空気式加圧デバイスと、(２)熱蒸発性化合物を適用した筒状空気式加圧デバイスを示す。 図２は、（３）筒状空気式加圧デバイス、（４）筒状空気式加圧デバイスアセンブリと、(５)未硬化のＦＲＰプリプレグを使用した筒状空気式加圧デバイスアセンブリを示す。 図３は、(６)六角形を半分にカットした固形式加圧部品、(７)四角形を半分にカットした固形式加圧部品、(８)台形固形式加圧部品、(９)十分な長さ、および、(１０)半円形の中空スペースを使用した、固形式加圧デバイス示す。 図４は、（１１）空気式加圧デバイスアセンブリ、(１２)六角形を半分にカットした固形式加圧部品、(１３)六角形ハニカムセルアセンブリ、(１４)六角形固形式加圧デバイス、(１５)未硬化のＦＲＰプリプレグ、および、(１６)円筒形中空スペースを使用した、六角形ハニカムセルの組立図を示す。 図５は、(１７)空気式加圧デバイスアセンブリ、(１８)六角形を半分にカットした固形式加圧部品、(１９)四角形を半分にカットした固形式加圧部品、(２０)五角形ハニカムセルアセンブリ、(２１)五角形の固形式加圧デバイス、(２２)未硬化のＦＲＰプリプレグ、および、(２３)円筒形中空スペースを使用した、五角形ハニカムセルの組立図を示す。 図６は、(２４)台形固形式加圧部品、(２５)台形フィラーアセンブリ、および、(２６)未硬化のＦＲＰプリプレグを使用した、台形フィラーの組立図を示す。 図７Ａ-７Ｃは、(２７)六角形ハニカムセルアセンブリ、(２８)五角形ハニカムセルアセンブリ、(２９)台形フィラーアセンブリ、および、(３０)未硬化のハニカムコアアセンブリを使用した、ＦＲＰハニカムコアの組立手順の説明図を示す。 図８は、(３１)未硬化のＦＲＰ外皮、(３２)未硬化のＦＲＰハニカムコアアセンブリ、および、(３３)未硬化のＦＲＰハニカム構造体を使用した、ＦＲＰハニカム構造の組立手順説明図を示す。 図９は、(３４)外型枠、(３５)外型枠アセンブリ、および、(３６)未硬化のＦＲＰハニカム構造体を使用した、外型枠アセンブリと柔らかいＦＲＰハニカム構造を図示している。 図１０は、(３７)ＦＲＰ製の内部壁、(３８)ＦＲＰ製の外部壁、(３９硬化済みＦＲＰ製外皮、(４０)六角形の熱発泡性樹脂、(４１)台形の熱発泡性樹脂、および、(４２)硬化済みＦＲＰハニカム構造体を使用した、堅牢なＦＲＰハニカム構造を図示する。 図１１は、(４３)タンク形状の空気式加圧装置、(４４)熱蒸発性化合物、(４５)タンク形状の中空スペース、 (４６)未硬化のＦＲＰ製内部タンク壁面、(４７)タンク形状の空気式加圧装置アセンブリ、(４８)閉止弁、および、(４９)タンクの長さを使用した、タンク形状の空気式加圧装置とタンク形状の空気式加圧装置アセンブリを図示する。 図１２は、(５０)熱発泡済みプラスチック樹脂, (５１)集合タンクの硬化済みＦＲＰ製外皮、(５２)ＦＲＰ製の外部壁、(５３)ＦＲＰ製の内部壁、および、(５４)閉止弁を使用した、ハニカムコア集合タンクの例を示す。 図１３は、ＩＳＯ−２０Ｆコンテナの中に収納されたハニカムコア集合タンクを示す。 図１４は、ＦＲＰタンクが、オートクレープによって製造されるときの過程を図示する。 図１５は、二重壁面のＦＲＰタンクが、オートクレープによって製造されるときの過程を図示する。 図１６は、(ＢＢ)六角のハニカムセル、(ＢＣ)五角のハニカムセル、(ＤＤ)台形フィラー、(ＭＣＡ)未硬化のＦＲＰプリプレグから製造されるハニカム構造のすべての表面を制限する外部フレーム、(ＰＩＳ) 未硬化のＦＲＰプリプレグから製造される内部のＦＲＰ壁、(ＰＯＳ) 未硬化のＦＲＰプリプレグから製造される外部のＦＲＰ壁、そして、(ＴＡＡ)タンク形状の空気式加圧装置を使用した、本発明で使用されるプロセスを図示する。 図１７は、日本特許第４８６２９７５号で示される、ハニカムコア母材の製造を図示する。 図１８は、日本特許第４８６２９７５号による、多数の筒状の熱発泡性プラスチック樹脂が連続して挿入されるハニカムコア母材を示す。 図１９は、日本特許第４８６２９７５号の方法による、ハニカムコアが水平に配置されるハニカム構造を示す。 図２０Ａ−２０Ｄは、燃料電池自動車用車載タンクの具体例を示す。 図２１Ａ−２１Ｄは、輸送用水素タンクユニットを示す。 図２２Ａ−２２Ｂは、水素タンクユニット輸送貨物自動車を図示する。 図２３は、水素ステーションに関する例を示す。 図２４は、水素ステーションに関する例を示す。
以下、図面を参照して、二重壁のハニカムコアがハニカムサンドイッチパネルの表面に平行にアレンジされるＦＲＰハニカム構造の製造プロセスの具体的な実行方法を説明し、二重壁の内部タンクが数多く集合するハニカムコア集合タンク構造の製造方法を説明する。
図１は、筒状空気式加圧デバイスを示す。筒状空気式加圧デバイス(１)は、耐熱プラスチック・チューブもしくは耐熱ゴム管から作られる； それには、十分な長さがある、そして、熱蒸発性化合物(２)を内部に含んでいる。熱蒸発性化合物(２)は、熱発泡剤と気化液体である。気化液体は、水とアルコールである。筒状空気式加圧デバイス (１)の両端は密封されている。
耐熱プラスチック材料もしくは耐熱ゴムのチューブから、筒状空気式加圧デバイス(１)を作ることができる。従って、筒状空気式加圧デバイス(１)の長さは任意に長くできる。
図２は、筒状空気式加圧デバイスアセンブリを示す。筒状空気式加圧デバイスアセンブリ(４)は、筒状空気式加圧デバイス(３)の外部表面を、未硬化のＦＲＰプリプレグ(５)で複数回包装することによって製造される。未硬化のＦＲＰプリプレグ(５)は二重壁のハニカムコア内部のＦＲＰ壁になる。
常温で、未硬化のＦＲＰプリプレグ(５)は柔らかい布地である。従って、筒状空気式加圧デバイス(３)を、未硬化のＦＲＰプリプレグ(５)で包装するのは難しくない。プリプレグの接着剤は常温で劣化する。従って、製品を冷凍庫の中にマイナス５℃以下で保存することが望ましい。
図３は、固形式加圧デバイスを示す。固形式加圧デバイスは押出し金型によって熱発泡性樹脂から作られる。それは、十分な長さ(９)を持っていて、その内面は、半円形の中空スペース(１０)になっている。固形式加圧デバイスには、３つのタイプの熱発泡性樹脂型がある。１番目は六角形を半分にカットした固形式加圧部品(６)、２番目は四角形を半分にカットした固形式加圧部品(７)、そして、３番目は台形固形式加圧部品(８)である。
押出金型で製造された熱発泡性樹脂によって固形式加圧デバイスを作ることができるので、固形式加圧デバイスの長さは任意に長くできる。
図４は、六角形ハニカムセルの組立図である。六角形を半分にカットした固形式加圧部品(１２)の２つが結合されるとき、それは、内部に円筒形中空スペース(１６)をもつ、六角形固形式加圧デバイス(１４)になるように形成される。六角形固形式加圧デバイス(１４)は任意の長さで製造される細長い物体である。空気式加圧デバイスアセンブリ(１１)は、六角形固形式加圧デバイス(１４)の円筒形中空スペース(１６)に包含される。六角形ハニカムセルアセンブリ(１３)は、六角形固形式加圧デバイス(１４)を、未硬化のＦＲＰプリプレグ(１５)で２回以上包装することによって製造される。この場合、この未硬化のＦＲＰプリプレグ(１５)は、二重壁のハニカムセルの外部ＦＲＰ壁になる。この六角形ハニカムセルアセンブリ(１３)は、ハニカムコアの中央位置で使用される。
常温で、未硬化のＦＲＰプリプレグ(１５)は柔らかな布地である。従って、六角形固形式加圧デバイス(１４)を、未硬化のＦＲＰプリプレグ(１５)で包装することは難しくない。プリプレグの接着剤は常温で劣化する。従って、マイナス５℃以下で冷凍庫の中に製品を保存することが望ましい。
図５は、五角形ハニカムセルの組立図である。六角形を半分にカットした固形式加圧部品(１８)と、四角形を半分にカットした固形式加圧部品(１９)が結合されるとき、それは、内部に円筒形中空スペース(２３)を持つ、五角形の固形式加圧デバイス(２１)に形成される。五角形の固形式加圧デバイス(２１) は任意の長さがある細長い物体である。空気式加圧デバイスアセンブリ(１７)は、五角形の固形式加圧デバイス(２１)の円筒形中空スペース(２３)に包含される。五角形ハニカムセルアセンブリ(２０) は、五角形の固形式加圧デバイス(２１)を、未硬化のＦＲＰプリプレグ(２２)で２回以上包装することによって製造される。この場合、この未硬化のＦＲＰプリプレグ(２２)は二重壁ハニカムセルの外部ＦＲＰ壁となる。この五角形ハニカムセルアセンブリ(２０)はハニカムコアの左右の側面部分で使用される。
常温で、未硬化のＦＲＰプリプレグ(２２)は、柔らかな布地である。従って、五角形の固形式加圧デバイス(２１) を未硬化のＦＲＰプリプレグ(２２)で包装することは難しくない。一方、プリプレグの接着剤は常温で劣化する。従って、製品をマイナス５℃以下で冷凍庫の中に保存することが望ましい。
図６は、台形フィラーの組立図である。台形フィラーアセンブリ(２５)は、台形固形式加圧部品(２４)を、未硬化のＦＲＰプリプレグ(２６)で２回以上包装することによって製造される。台形フィラーアセンブリ(２５)は細長い物体である。その長さはハニカムセルアセンブリと同じある。常温で、未硬化のＦＲＰプリプレグ(２６)は、柔らかな布地である。従って、台形固形式加圧部品(２４)を未硬化のＦＲＰプリプレグ(２６)で包装することは難しくない。
一般に、ハニカムコアは数多くの六角形ハニカムセルの集合体である、そして、ハニカムコアの境界は台形の凹凸表面となる。台形フィラーアセンブリ(２５)は、上下の表面の凹凸を修正するのに使用される。この場合、この未硬化のＦＲＰプリプレグ(２６)はハニカム構造と外皮の補強部材となる。一方、プリプレグの接着剤は常温で劣化するので、マイナス５℃以下で冷凍庫の中に製品を保存することが望ましい。
図７Ａ−７ＣはＦＲＰハニカムコアの組立手順説明図を示す：
Ａ. 準備工程は以下の通りである：
(ａ) マイナス５℃以下で冷凍庫に保存されている、五角形ハニカムセルアセンブリ(２８)、台形フィラー アセンブリ(２９)、および、六角形ハニカムセルアセンブリ(２７)を冷凍庫から取りだす。
(ｂ) その温度では、ＦＲＰプリプレグの粘着性機能は失われている。従って、それらを組立てるのは難しくない。
Ｂ. 第１工程は以下の通りである：
(ａ) 五角形ハニカムセルアセンブリ(２８)は左隅の端点に置かれる。
(ｂ) 台形フィラーアセンブリ(２９)は次の右側に隣接して置かれる。
(ｃ) 前記（ｂ）に関して、未硬化のハニカムコアアセンブリ(３０)に要求された幅に従って、必要な回数が繰り返される。
(ｄ) 第１工程の終わりでは、五角形ハニカムセルアセンブリ(２８)が右隅の終点に置かれる。
Ｃ. 第２工程は以下の通りである：
(ａ) 五角形ハニカムセルアセンブリ(２８)は第２工程で、左隅の端点に置かれる
(ｂ) 続いて、六角形ハニカムセルアセンブリ(２７)が右側の次の位置に隣接して置かれる。
(ｃ) 前記（ｂ）に関して、未硬化のハニカムコアアセンブリ(３０)に要求された幅に従って、必要な回数が繰り返される。
(ｄ) 第２工程の最後では、五角形ハニカムセルアセンブリ(２８)が右隅の終点に置かれる。
Ｄ. 第３工程は以下の通りである：
(ａ) 未硬化のハニカムコアアセンブリ(３０)に要求された厚さに従って、第２工程と同じ作業が、再び最終作業への１工程前まで繰り返される。
Ｅ. 最終工程は以下の通りである：
(ａ) ハニカムコア境界の凹凸の表面は、台形フィラーアセンブリ(２９)を使用することによって、連続的に埋められる。
(ｂ) 未硬化のハニカムコアアセンブリ(３０)の境界表面が台形の凹凸表面から滑らかな表面に修正された後、未硬化のハニカムコアアセンブリ(３０)の製造工程は終了する。
理論的に、六角形のハニカム構造は無限に配置することができる、そして、その構造的な位置はユニークである。従って、同様の手順を繰り返すことによって、任意のサイズのハニカム構造を製造することができる。
実際には、個々の固形式加圧デバイスにサイズ誤差があるので、それを無限に配置するのは可能ではない。エポキシ系接着剤のＦＲＰプリプレグが熱硬化する温度に加熱されるとき、加熱に従って、空気式加圧デバイスと固形式加圧デバイスは熱膨張する。したがって、理想形状より小さい固形式加圧デバイスのサイズを設計することが望ましい
図８は、ＦＲＰハニカム構造の組立手順説明図である。未硬化のＦＲＰハニカム構造体(３３)は、柔らかいＦＲＰハニカムコアを使って、未硬化のＦＲＰ外皮(３１)を、未硬化のＦＲＰハニカムコアアセンブリ(３２)の上下の表面に接着することによって製造される。未硬化のＦＲＰ外皮(３１)は未硬化のＦＲＰプリプレグを２枚以上重ねて作られる。
既に、台形フィラーアセンブリが柔らかいＦＲＰハニカムコアの上下表面を滑らかな表面に修正しているので、柔らかいＦＲＰ外皮はハニカムコアアセンブリの広くて滑らかな表面に接着される。従って、従来技術におけるハニカムサンドイッチパネルの剥離問題は、この発明で解決される。
図９は、外型枠構造アセンブリと柔らかいＦＲＰのハニカム構造である。熱と圧力によって柔らかいＦＲＰハニカム構造から堅牢なＦＲＰハニカム構造に変化させる熱硬化の過程は以下の通りである：
Ａ．外型枠アセンブリ(３５)は、未硬化のＦＲＰハニカム構造体(３６)を、外型枠(３４)に格納することによって、製造される。外型枠(３４)は、枠組構造の部品から作られて、未硬化のＦＲＰハニカム構造体(３６)のすべての表面を拘束する。
Ｂ．外型枠アセンブリ(３５)は加熱炉に入れられる。外型枠アセンブリ(３５)は一定時間の間、加熱炉で１００℃から２００℃の範囲の適切な温度で加熱される。一般に、エポキシ系接着剤の硬化温度はおよそ１３０℃である。
Ｃ．すべての加圧デバイスアセンブリ、筒状空気式加圧デバイスアセンブリ(４)、五角形ハニカムセルアセンブリ(２０)、六角形ハニカムセルアセンブリ(１３)、および、台形フィラーアセンブリ(２５)は加熱で膨張する。
ところで、最初の工程によって、固形式加圧デバイスの周辺を包む全ての未硬化のＦＲＰプリプレグが、未硬化のＦＲＰプリプレグで作られる未硬化のＦＲＰハニカム構造、つまりハニカムコアになるように配置されている。未硬化のＦＲＰプリプレグは粘着性のプラスチック樹脂と強化繊維から製造される。未硬化のＦＲＰプリプレグの粘着性樹脂は、加熱で溶かされて、内部の圧力によって柔軟に変形する。
従って、全てのハニカムセルの周囲を包む未硬化のＦＲＰプリプレグは、永久に、かつ一体的に接着されて、熱と圧力によって強固に固められる。結果として、全ての未硬化のＦＲＰプリプレグ材料がハニカムコア集合体となる。
Ａ．ＦＲＰハニカム構造は、加圧デバイスの膨張圧力と外型枠（３４）の間の反力による加圧と同時に加熱されることによって未硬化のＦＲＰハニカム構造体（３６）から硬化済みＦＲＰハニカム構造体（４２）に熱硬化することによって製造される。
Ｂ．十分な冷却時間の後に、硬化済みＦＲＰハニカム構造体（４２）は、ＦＲＰハニカム構造体として、外型枠（３４）から取り出される。
図１０は、堅牢なＦＲＰハニカム構造を示す。硬化済みＦＲＰハニカム構造体（４２)は、ＦＲＰ製の内部壁（３７）、ＦＲＰ製の外部壁（３８）、六角形の熱発泡性樹脂（４０）、台形の熱発泡性樹脂（４１）、および、硬化済みＦＲＰ製外皮（３９）で構成される。
従って堅牢なＦＲＰハニカム構造は、二重の耐力壁によって特徴付けられる。堅牢なＦＲＰハニカム構造のコアアセンブリはハニカムサンドイッチパネルの表面に平行に配置される。堅牢なＦＲＰ外皮はハニカムコアアセンブリの滑らかで広い表面に接着される； したがって、この発明におけるＦＲＰハニカム構造は剥離問題を解決している。製造されたハニカム構造体の空気式加圧デバイスであるエアチューブの中には、アルコールと水などの熱蒸発化合物がハニカム構造の内部に留まっている。密封された端を切ることによって熱蒸発化合物を捨てることが望ましい。
二重壁で特徴付けられるハニカムコア集合タンクの製造方法はハニカムコアが表面に平行に配置されるＦＲＰハニカム構造の製造方法とほとんど同じである。ハニカムコア集合タンクを製造する過程は以下で説明される。
図１１は、タンク形状の空気式加圧装置（４３）とタンク形状の空気式加圧装置アセンブリ(４７)である。タンク形状の空気式加圧装置（４３）は耐熱プラスチック材料から作られていて、任意のタンクの長さ（４９）を有している。そしてそれは、熱蒸発性化合物（４４）を内部に包括している。熱蒸発性化合物（４４）は、熱発泡剤と気化液体である。気化液体は、水とアルコールである。内部の加圧圧力に関して、構造的な強さが受入れられるならば、可能な限り高圧にすることが望ましい。未硬化のＦＲＰ製内部タンク壁面（４６）は内部タンクの補強である。
タンク形状の空気式加圧装置アセンブリ（４７）は、タンク形状の空気式加圧装置（４３）を未硬化のＦＲＰプリプレグで補強する方法によって製造される。
１. 未硬化のＦＲＰプリプレグは細長く帯状に切られる。
２. 細長い帯状のプリプレグは、タンク形状の空気式加圧装置（４３）に巻きつけられる。
ハニカムコアのサイズは、内部のタンクのサイズに比例して変化する。しかしながら、この後の製造プロセスはＦＲＰハニカム構造の製造方法と同じである。異なる点は内部スペースの形状（固形式加圧デバイスアセンブリの内部の形状）が筒状のスペースからタンク形のスペースに変えられるということである。
二重壁で特徴付けられるハニカムコア集合タンクの製造方法はＦＲＰハニカム構造の製造方法とほとんど同じである。違いは以下の3ポイントである：
１．円筒形中空スペース(１６)、および(２３) → タンク形状の中空スペース(４５)
２. 筒状空気式加圧デバイス(３) → タンク形状の空気式加圧装置(４３)
３. 空気式加圧デバイスアセンブリ(４) → タンク形状の空気式加圧装置アセンブリ(４７)
図１２は、ハニカムコア集合タンクに関する例である。熱発泡済みプラスチック樹脂(５０)は、固形式加圧デバイスから加熱工程で作られる。ＦＲＰ製の内部壁(５３)は柔らかいＦＲＰ壁で包まれた内部タンクから作られる。ＦＲＰ製の外部壁(５２)は、固形式加圧デバイスの周囲を未硬化のＦＲＰプリプレグで包み込んで作られている。集合タンクの硬化済みＦＲＰ製外皮(５１)の堅牢なＦＲＰ外皮は、柔らかいＦＲＰ外皮から作られる。
内部壁は内部タンクの圧力を維持する。二重壁によって特徴付けられるタンクの外部壁は外部からの衝撃荷重に耐える。タンク形の空気式加圧デバイスアセンブリは耐熱プラスチック材料から製造される。耐熱プラスチックのタンクは内部の圧力と温度によって拡張される。内部のタンクの形状は内部圧力によって永久に変形する。
集合タンクが外型枠フレームから取り出されるとき、アルコールと水などの熱膨張性の蒸発化合物が集合タンクの内部タンクの中に残る。それぞれの内部タンクの閉止弁(５４)を開くことによってこの熱蒸発化合物を捨てることが望ましい。ハニカムコア集合タンクに関する例図の仕様は以下の通りである：
１. 集合タンクの総容積： ９０リットル
２. 内部タンク： (１) 直径：φ２００ｍｍ、(２) 長さ：９００ｍｍ、(３) 個数：５個
３. 集合タンクの大きさ：(１) 長さ：９７０ｍｍ、(２) 幅：７１６ｍｍ、(３) 高さ：５２５ｍｍ
図１３は、ＩＳＯ−２０Ｆコンテナの中に格納されたハニカムコア集合タンクである。六角のタンクによって構成されるハニカムコア構造が無限のサイズを持っているので、理論的に、無限の容量があるタンクを製造することが可能になる。集合タンクの容量効率は、六角のタンクの蓄積数を増加させることによって、高められる。理論的に、個々のタンクの長さにはどんな制限もない。ＩＳＯ−２０Ｆコンテナの中に格納されたハニカムコア集合タンクの概要図と大きさは図１３で示される。集合タンクの仕様は以下の通りである：
(１)ＩＳＯ−２０Ｆコンテナは２個のタンクユニット格納している。
(２)ユニットひとつの容量：３０００リットル、内部タンクの個数は、５０個
(３)内部タンクの直径：φ２００ｍｍ、内部タンクの長さは、１９００ｍｍ
(４)ＩＳＯ−２０Ｆコンテナの総容量： ６０００リットル
(５)内部タンクの総個数： １００個 （５０*２）
＜その他の実施例＞
内部タンクが強化繊維ＦＲＰによって強化されるとき、新たに開発された高圧タンクは、熱発泡性樹脂の加熱による膨張力と外部フレームの反力によって製造される。(それは、熱発泡性樹脂による内部加圧デバイスと外部フレームとの機械的な反力を使用する)。
このシステムの特徴である内部加圧の装置は、地上気圧における加熱オーブンで使用可能である。地上気圧における加熱オーブンの隔壁に、構造的強度は必要ない。従ってオートクレープと比べて、加熱オーブンは非常に安価である。また加熱オーブンの内部容量も、オートクレープの容積より大きくなる。従って、内部加圧の方法は大量生産に最も適している。さらに内部加圧装置の方法によれば、ＦＲＰで作られる外部壁は、ＦＲＰで作られる内部壁を保護する二重壁面のタンクを製造することが可能である。オートクレープで二重壁面タンクを製造することは困難である。さらに二重壁面タンクの内部壁は、高圧の水素ガスを保持し、そして、外部壁は外部からの衝撃荷重から高圧タンクを保護する。安全性は格段に増加する。
内部加圧法において、特殊強化繊維ＦＲＰを熱硬化させる圧力はタンク中の蒸気圧と熱発泡性樹脂の膨張圧力の両方で加圧される。このようにして作られた強度試験片は圧縮強度３０トンを完全にクリアした。(３０トンは、山梨県工業試験センターにおける圧縮試験機の最大値である)。その強さはコンクリートの材料に対応する。
発明の具体化では、ガラス繊維は炭素繊維に置換される可能性がある。ガラス繊維の価格は炭素繊維の価格のおよそ１／１０である。その価格は燃料電池自動車に使用される高圧水素タンクのコストダウンに貢献できる。
燃料電池自動車車載タンクの具体例は図２０Ａ−２０Ｄに示される。そのような車載タンクの基本仕様は以下の通りである：
１. 水素タンク耐圧： ７５０気圧
２. 内部タンク
(ａ) 単体タンクの容量：１８．５リットル
(ｂ) 単体タンクのサイズ：内部タンク直径φ１７０ｍｍ、全長８７０ｍｍ
(ｃ) 内部タンクの補強厚さ：１０ｍｍ
(ｄ) 外部壁の補強厚さ：１１．４ｍｍ
３. 集合タンク
(ａ) タンクの数： ５本
(ｂ) 集合タンクの総容量： ９２リットル
(ｃ) 集合タンクのサイズ： ５２８×７１６×９７０（ｍｍ）
(ｄ) 集合タンクの全長(予測)： １１３４ｍｍ
本発明に従って製造される高圧の集合タンクは、多くの筒状内部タンクが六角形のハニカムコアになるように配置される。利点は以下の通りである：
１．ハニカム形状集合タンクは、ひとつの製造プロセスによって製造することができる。(それは、ハニカムコア状に多数の単体タンクを配置することで製造される)。
(ａ) それは製造費を節約する。
(ｂ) タンク配置スペースの効率を高めることができる。
２．二重壁面タンクの集合体で高圧の水素タンクを製造することができる。従って、外部衝撃荷重への構造的な強さが補強される。
３．一般に高圧タンクは、半径方向ではなく、長さ方向に破壊される。タンク底部は外部からの衝撃荷重によってしばしば抜け落ちる。したがって、乗り物の高圧タンクは車体に横向きで置かれる。概念図の集合タンクは車のフロントボンネットに格納することができるサイズで設計されている。多数の小口径タンクで組立てられる集合タンクが半径方向に破壊されることはないので、その構造はドライバーにとって安全である。
４．集合タンクの外部形状は長方形の六面体になる。したがって、水素タンクを床に固定する方法は簡単である。
輸送用水素タンクユニットは図２１Ａ−２１Ｄで示される。タンクユニットの基本仕様は以下の通りである：
１．内部タンク耐圧： ７５０気圧
２．ひとつのセットのタンクユニット： １セットは２ユニットで構成される。
（ａ）ユニット容量： ３０００リットル (セット総容積： ６０００リットル)
（ｂ）ユニットのサイズ： ２６５２×２２３８×２５００(ｍｍ)
（ｃ）ＩＳＯ−２０Ｆコンテナのサイズ： ６０９６×２４３８×２５９１(ｍ
（ｄ）内部タンクの数： ５０本
（ｅ） 製造方法： 車載用水素タンクと同様
輸送用水素タンクユニットは、ＩＳＯ−２０Ｆコンテナのサイズに格納されるように設計される。概念図で示されるタンクユニットの容量は約３０００リットルである。１個のユニットは５０本の内部タンクで構成される。そして、ＩＳＯ−２０Ｆコンテナの中の１セットは２ユニットで構成される。総容積は６０００リットルである。利点は以下の通りである：
１．内部のタンクユニットは、７５０気圧に耐える。従って、常温での輸送が可能になる。
(ａ) 水素ガスが高圧によって液化されるので、輸送効率は液体ガソリンと同じである。
(ｂ) もし万が一冷却能供給が失われても、安全は保証される。それは安全と保守の費用を節約する。
２．ハニカムコア状に多数の単体タンクを配置するという、ひとつの製造工程でタンクユニットを組立てることが可能である。
(ａ) 内部タンクの数を増加させることによって、スペース効率が高められる。
(ｂ) その製造方法は、製造費用を節約する。
３．水素タンクユニットは多数の二重壁面タンクから製造される。従って、外部衝撃荷重への構造的な強さは補強される。
４．タンクユニットの形状は長方形の六面体となる。従って、水素タンクユニットを床に固定する方法は容易である。
５. 多数の小口径タンクのタンクユニットが、爆発エネルギーを小さなエネルギーの合計へ分割することができる。従って、安全性は増加する。また、どのような問題が発生しても、すべての小口径タンクが同時に爆発する状況を想定することは難しい
水素タンクユニット輸送貨物自動車は図２２Ａ−２２Ｂで例証される。基本の仕様は以下の通りである：
１．貨物自動車輸送
(ａ) 貨物自動車輸送： ４ユニット
(ｂ) 貨物自動車容量： １万２０００リットル
(ｃ) 貨物自動車サイズ： １４９９２×２８３８×３４８１(ｍｍ)
２．輸送温度： 常温
３．内部タンクの耐圧： ７５０気圧
貨物自動車は２個のＩＳＯ−２０ＦFコンテナ(水素タンクユニット４個)を輸送する。この構成の利点は以下の通りである：
１．水素ガスが高圧で液化される。従って、輸送効率は液体ガソリンと同じである。
２．運送費は節約される。液体水素のための冷凍装置は貨物自動車に不要である。もし万一冷却電源の供給が失われても、安全は保証される。
３. 外部衝撃荷重への構造的な強さは補強される。水素タンクユニットは、多数の二重壁面タンクによって製造されて、コンテナ容器の壁によって保護される。
水素ステーションに関する例は図２３−２４で示される。水素ステーションの仕様は以下の通りである：
１．サイトのサイズ： ３０×２０(ｍ)
２．タンクユニット： ８ユニット(２万４０００リットル)
３．特記： 冷凍電源は不要である。
水素ステーションの具体例は、常温で操作される状態で設計されることが好ましい。そのような具体化例の利点は以下の通りである：
１．水素ステーションのタンクユニットはタンクユニットが常温で７５０気圧を維持する構造的な強さを保証する。
(ａ) 液体水素に水素ガスを冷やす冷凍システムは、水素ステーションに必要ない
(ｂ) もし万一冷却機能が失われても、水素ガスを空気中に放出する必要はない。安全性は保証される。
２．１ユニットあたりの水素タンク容量は約３０００リットルである。
(ａ) 約３０００リットルの単位が水素ステーションで準備されるとき、それには、ガソリンスタンドと等しい供給能力がある。
(ｂ) 大規模な地下タンクは不要である。水素ステーションを安く建築することは現在のガソリンスタンドより可能と考えられる。そのうえ退去も簡単である。
(ｃ) 維持費は現在のガソリンスタンドと同等レベルであると予想される。
３．タンクローリーによって配達される液体ガソリンはガソリンスタンドの地下タンクに輸送される。それは多くの時間がかかる。液体水素は輸送ユニットで運ばれるので、地上の保管倉庫に運ばれる。輸送ユニットを降ろすことに、多大な時間は必要ない。
４．水素ユニットは、水素ステーションだけではなく、病院や地下鉄などの公共のユーティリティにおいて、緊急電源に使用することも可能である。
燃料電池自動車の命運は、設備費用と維持費をガソリンスタンドと同じくらいの費用できるかどうかに依っている。それに加えて、安全性は重要である。
現在の発明から、多くの変更点が出てくることは考えられる。例えば、加圧デバイスアセンブリを(この発明では熱発泡性樹脂から製造される)ＰＥＴボトル、もしくはプラスチック型材料から製造することができる。六角のＰＥＴボトル、五角のＰＥＴボトル、および台形角のＰＥＴボトルを作るのはそれほど難しくないと考えられる。そのような場合、そのようによって製造された構造は軽量であるが、単体壁面セルのハニカム構造になる。ＦＲＰの材料によって補強される単体壁面のハニカム構造は軽量である。そしてそれは、かなりの重さに耐えることができると予想される。
この発明の精神はハニカムコアを水平方向に配置することである。ハニカムコアは数多くの個々のセルからの組立てられた構造である。その目的のために、この発明は軽量化と高強度のハニカムコアの製造プロセスを開発した。従って、我々は我々の発明における、精神と範囲の中で為された追加された請求によるすべての変更をカバーするつもりであることが理解されるべきである。
この発明を纏めると以下のようになる。
第１の空洞のチューブを複数準備し、前記チューブの各々を予め繊維強化プラスチック（ＦＲＰプリプレグ）を含浸させたもので覆い、各チューブを覆ってあるＦＲＰプリプレグをチューブ長手方向に沿って六角断面形状となるよう成形し、六角面を持つ形状に成形されたチューブの複数を前記チューブが隣接して互いに平行となるように予め定められた形状に組立てられ、前記成形された六角面を持つチューブを組み立てたものを予め定められた形状にして断面視においてハニカム構造物となるよう加熱と加圧とを加える、ことを特徴とするハニカム構造物の製造方法。
また、この場合において、前記六角面を持つ形状に成形されたチューブの複数を予め定められた形状に組み立てる工程は、六面を持つ形状に成形されたチューブの複数により予め定められた円筒中空スペースを有する形状に配置されることを特徴とする。
更に、前記構成において、ＦＲＰプリプレグからなる複数の細長いフィラー素材を用意し、前記複数の細長いフィラーの各素材を、断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形に成型して、前記複数の成型された六角面のチューブと前記複数の細長いフィラーの素材を、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定した形状に組立て、そこでは前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定した形状の外形表面を形成するよう配置されることを特徴とする。
ＦＲＰプリプレグで形作られた複数の細長いフィラー素材を用意し、前記複数の細長いフィラー各素材を、断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形の外形になるよう成型して、前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の細長いフィラー素材を、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定した形状に組立て、そこでは前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定した外形表面と前記で定めた円筒中空スペースの内側の面を形成するよう配置される、ようにしてもよい。
前記第１の空洞のチューブのそれぞれの両端は密封されていることを特徴とするハニカム構造物の製造方法とすることができる。
前記第１の空洞のチューブのそれぞれは、水とアルコールの熱蒸発化合物で満たされていることを特徴としてもよい。
前記のあらかじめ設定した形状のハニカム構造に硬化させるために、前記複数の成型された六角面チューブに熱と圧力を加えた後に、前記第１の空洞チューブのそれぞれから前記熱蒸発化合物を取り除くことを特徴とするハニカム構造物の製造方法とすることができる。
前記複数の空洞チューブのそれぞれは、少なくとも耐熱プラスチック、または、耐熱ゴムから作られることを特徴とすることができる。
第２の空洞のチューブを複数準備し、前記チューブの各々を予め繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)を含浸させたもので覆い、各チューブを覆ってあるＦＲＰプリプレグを、チューブ長手方向に沿って五角断面形状になるよう成型し、前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の成型された五角面チューブを、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定した形状に組立て、前記複数の成型された五角面チューブは、あらかじめ設定した形状の角の部分か、もしくは、終わりの部分のどちらかを形成するよう配置させることを特徴とするハニカム構造物の製造方法を加えてもよい。
また、本発明は、隣接して互いに平行に密着させられ、断面視においてハニカム構造となるようあらかじめ設定した形状に配置されている複数の六角面チューブと、前記複数の成型された六角面チューブにより形成され、予め設定された円筒中空のスペースと、前記複数の六角面チューブのそれぞれは、空洞のチューブと、断面形状が六角形である空洞のチューブの長さ方向に沿って六角形の外形になるよう成型し繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)の外側の包装体とを備えた、ことを特徴とするハニカム構造の貯蔵装置とすることができる。
この構成に加えて、複数の細長いフィラー素材であって、各素材は断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形の外形になるよう成型されたＦＲＰプレグレグを含み、前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の細長いフィラー素材が、隣接し互いに平行に密着せられるような、あらかじめ設定した形状に配置されており、前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定した外形表面、もしくは、前記で定められた円筒形中空スペースの内側の面のどちらかを形成するように配置されている、ことを特徴とするハニカム構造の貯蔵装置としてもよい。
前記第１の空洞のチューブのそれぞれの両端は密封されていることを特徴とし、更に、前記第１の空洞チューブのそれぞれは、水とアルコールの熱蒸発化合物で満たされていればよく、また、記空洞のチューブのそれぞれは、少なくとも耐熱プラスチック、または耐熱ゴムのどちらかひとつから作られることを特徴とするようにしてもよい。
また、上記構成において、複数の成型された五角面チューブであり、各五角面チューブは空洞のチューブと、長さ方向に沿って五角形の外形になるよう成型された繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)の包装体とからなり、もって断面において五角形状とされ、前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の成型された五角面チューブを、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定された形状に配置され、前記複数の成型された五角面チューブは、あらかじめ設定された形状の少なくとも角の部分か、もしくは、終端部分を形成するように配置されることを特徴とすればよい。
また、複数のハニカム構造の貯蔵装置を備え、各貯蔵装置は、断面においてハニカム構造を構成するようチューブを隣接した状態で互いに平行に密着させられ、予め設定された形状に配置された複数の六角面チューブと、複数の成型された前記六角面チューブの内側に定められ、あらかじめ設定された円筒中空スペースと、
細長いフィラー素材とから構成され、複数の六角面チューブのそれぞれは、空洞チューブと、断面形状が六角形である空洞チューブの長さ方向に沿って六角形の外形になるよう成型された繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)からなる外側の包装体とからなり、複数の細長いフィラー素材は、断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形の外形になるよう成型されたＦＲＰプレグレグを含んでおり、前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の細長いフィラー素材は、隣接した状態で互いに平行に密着せられるような、あらかじめ設定された形状に配置されており、前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定された外形表面、もしくは、前記円筒形中空スペース内側の面の、少なくともどちらかひとつを形成するように配置されており、それぞれの前記複数の成型された六角面チューブの中で定められたあらかじめ設定された円筒状の中空スペースに配置された前記複数のハニカム構造貯蔵装置に収納されるか運搬される材料と、断面形状がハニカム構造として配置される前記複数のハニカム構造貯蔵装置は、互いに隣接し平行に密着させられている、爆発性または揮発性である材料を、貯蔵または輸送するためのハニカム構造の貯蔵システムとすることも可能である。
また、上記構成に加えて、複数の成型された五角面チューブを備えた前記複数のハニカム構造の貯蔵装置は、更に、前記複数の五角面チューブの各々を、空洞のチューブと、断面においてそのチューブの長手方向に沿って五角面になるように成形された繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)の外装体とから構成してなり、前記複数の成型された五角面のチューブを伴った記複数の成型された六角面チューブはそれらのチューブを互いに隣接し平行に密着させられ予め定められて形状に配置され、複数の五角面チューブは前記複数のハニカム構造の貯蔵装置の少なくとも角の部分か終端部分を形成するように配置されている、ことを特徴とするハニカム構造の貯蔵システムとしてもよい。

Claims (17)

  1. 第１の空洞のチューブを複数準備し、
    前記チューブの各々を予め繊維強化プラスチック（ＦＲＰプリプレグ）を含浸させたもので覆い、
    各チューブを覆ってあるＦＲＰプリプレグをチューブ長手方向に沿って六角断面形状となるよう成形し、
    六角面を持つ形状に成形されたチューブの複数を前記チューブが隣接して互いに平行となるように予め定められた形状に組立てられ、
    前記成形された六角面を持つチューブを組み立てたものを予め定められた形状にして断面視においてハニカム構造物となるよう加熱と加圧とを加える、
    ことを特徴とするハニカム構造物の製造方法。
  2. 前記六角面を持つ形状に成形されたチューブの複数を予め定められた形状に組み立てる工程は、六面を持つ形状に成形されたチューブの複数により予め定められた円筒中空スペースを有する形状に配置されることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造物の製造方法。
  3. ＦＲＰプリプレグからなる複数の細長いフィラー素材を用意し、
    前記複数の細長いフィラーの各素材を、断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形に成型して、
    前記複数の成型された六角面のチューブと前記複数の細長いフィラーの素材を、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定した形状に組立て、そこでは
    前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定した形状の外形表面を形成するよう配置される、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造物の製造方法。
  4. ＦＲＰプリプレグで形作られた複数の細長いフィラー素材を用意し、
    前記複数の細長いフィラー各素材を、断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形の外形になるよう成型して、
    前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の細長いフィラー素材を、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定した形状に組立て、そこでは
    前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定した外形表面と前記で定めた円筒中空スペースの内側の面を形成するよう配置される、
    ことを特徴とする請求項２に記載のハニカム構造物の製造方法。
  5. 前記第１の空洞のチューブのそれぞれの両端は密封されていることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造物の製造方法。
  6. 前記第１の空洞のチューブのそれぞれは、水とアルコールの熱蒸発化合物で満たされていることを特徴とする請求項５に記載のハニカム構造物の製造方法。
  7. 前記のあらかじめ設定した形状のハニカム構造に硬化させるために、前記複数の成型された六角面チューブに熱と圧力を加えた後に、前記第１の空洞チューブのそれぞれから前記熱蒸発化合物を取り除くことを特徴とする請求項６に記載のハニカム構造物の製造方法。
  8. 前記複数の空洞チューブのそれぞれは、少なくとも耐熱プラスチック、または、耐熱ゴムから作られることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造物の製造方法。
  9. 第２の空洞のチューブを複数準備し、
    前記チューブの各々を予め繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)を含浸させたもので覆い、
    各チューブを覆ってあるＦＲＰプリプレグを、チューブ長手方向に沿って五角断面形状になるよう成型し、
    前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の成型された五角面チューブを、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定した形状に組立て、
    前記複数の成型された五角面チューブは、あらかじめ設定した形状の角の部分か、もしくは、終わりの部分のどちらかを形成するよう配置させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造物の製造方法。
  10. 隣接して互いに平行に密着させられ、断面視においてハニカム構造となるようあらかじめ設定した形状に配置されている複数の六角面チューブと、
    前記複数の成型された六角面チューブにより形成され、予め設定された円筒中空のスペースと、
    前記複数の六角面チューブのそれぞれは、空洞のチューブと、断面形状が六角形である空洞のチューブの長さ方向に沿って六角形の外形になるよう成型し繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)の外側の包装体とを備えた、
    ことを特徴とするハニカム構造の貯蔵装置。
  11. 複数の細長いフィラー素材であって、
    各素材は断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形の外形になるよう成型されたＦＲＰプレグレグを含み、
    前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の細長いフィラー素材が、隣接し互いに平行に密着せられるような、あらかじめ設定した形状に配置されており、
    前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定した外形表面、もしくは、前記で定められた円筒形中空スペースの内側の面のどちらかを形成するように配置されている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のハニカム構造の貯蔵装置。
  12. 前記空洞のチューブのそれぞれの両端は密封されていることを特徴とする請求項１０に記載のハニカム構造の貯蔵装置。
  13. 前記空洞のチューブのそれぞれは、水とアルコールの熱蒸発化合物で満たされていることを特徴とする請求項１２に記載のハニカム構造の貯蔵装置。
  14. 前記空洞のチューブのそれぞれは、少なくとも耐熱プラスチック、または耐熱ゴムのどちらかひとつから作られることを特徴とする請求項１０に記載のハニカム構造の貯蔵装置。
  15. 複数の成型された五角面チューブであり、各五角面チューブは空洞のチューブと、長さ方向に沿って五角形の外形になるよう成型された繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)の包装体とからなり、もって断面において五角形状とされ、
    前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の成型された五角面チューブを、互いに平行になるよう隣接し密着せられるようあらかじめ設定された形状に配置され、前記複数の成型された五角面チューブは、あらかじめ設定された形状の少なくとも角の部分か、もしくは、終端部分を形成するように配置される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のハニカム構造の貯蔵装置。
  16. 複数のハニカム構造の貯蔵装置を備え、 各貯蔵装置は、断面においてハニカム構造を構成するようチューブを隣接した状態で互いに平行に密着させられ、予め設定された形状に配置された複数の六角面チューブと、複数の成型された前記六角面チューブの内側に定められ、あらかじめ設定された円筒中空スペースと、細長いフィラー素材とから構成され、
    複数の六角面チューブのそれぞれは、空洞チューブと、断面形状が六角形である空洞チューブの長さ方向に沿って六角形の外形になるよう成型された繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)からなる外側の包装体とからなり、
    複数の細長いフィラー素材は、断面形状が台形になるよう長さ方向に沿って四角形の外形になるよう成型されたＦＲＰプレグレグを含んでおり、
    前記複数の成型された六角面チューブと前記複数の細長いフィラー素材は、隣接した状態で互いに平行に密着せられるような、あらかじめ設定された形状に配置されており、
    前記複数の細長いフィラー素材は、前記のあらかじめ設定された外形表面、もしくは、前記円筒形中空スペース内側の面の、少なくともどちらかひとつを形成するように配置されており、
    それぞれの前記複数の成型された六角面チューブの中で定められたあらかじめ設定された円筒状の中空スペースに配置された前記複数のハニカム構造貯蔵装置に収納されるか運搬される材料と、
    断面形状がハニカム構造として配置される前記複数のハニカム構造貯蔵装置は、互いに隣接し平行に密着させられている、
    爆発性または揮発性である材料を、貯蔵または輸送するためのハニカム構造の貯蔵システム。
  17. 複数の成型された五角面チューブを備えた前記複数のハニカム構造の貯蔵装置は、更に、前記複数の五角面チューブの各々を、空洞のチューブと、断面においてそのチューブの長手方向に沿って五角面になるように成形された繊維強化プラスチック(ＦＲＰプリプレグ)の外装体とから構成してなり、
    前記複数の成型された五角面のチューブを伴った前記複数の成型された六角面チューブはそれらのチューブを互いに隣接し平行に密着させられ予め定められて形状に配置され、複数の五角面チューブは前記複数のハニカム構造の貯蔵装置の少なくとも角の部分か終端部分を形成するように配置されている、
    ことを特徴とする請求項１６に記載のハニカム構造の貯蔵システム。
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