JP6323254B2 - tank - Google Patents
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Description
本発明は、タンクに関する。 The present invention relates to a tank.
タンクに関し、特許文献1には、口金を有するライナーのドーム部上に繊維束をヘリカル巻で巻回する技術が開示されている。また、特許文献2には、曲面状のドーム部に開口部を有するタンクにおいて、開口部に口金を取付け、タンク表面上におけるタンクと口金との境界に樹脂系シール部材を塗布する技術が開示されている。 Regarding the tank, Patent Document 1 discloses a technique for winding a fiber bundle on a dome portion of a liner having a base by helical winding. Patent Document 2 discloses a technique in which a base having an opening in a curved dome is provided with a base attached to the opening, and a resin seal member is applied to the boundary between the tank and the base on the tank surface. ing.
しかしながら、特許文献1に開示された技術でも、特許文献2に開示された技術でも、タンクのドーム部に繊維束をヘリカル巻きする際に繊維束が滑ることが想定されていない。そのため、タンクのドーム部に繊維束をヘリカル巻きした場合に、ドーム部が曲面状のため、シール部材の厚みや形状によっては、繊維束がドーム部の径方向外側へずれるおそれがあった。 However, neither the technique disclosed in Patent Document 1 nor the technique disclosed in Patent Document 2 assumes that the fiber bundle slips when the fiber bundle is helically wound around the dome portion of the tank. For this reason, when the fiber bundle is helically wound around the dome portion of the tank, the dome portion has a curved surface. Therefore, depending on the thickness and shape of the seal member, the fiber bundle may be displaced radially outward of the dome portion.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
本発明の一形態によれば、タンクが提供される。このタンクは、端部に曲面状のドーム部を有するライナーと;前記ドーム部に配置された口金と;前記ドーム部の表面上における前記ドーム部と前記口金との境界を覆う環状のシール部材と;前記シール部材上および前記ライナー上にヘリカル巻きで巻回される繊維束と;を備え、前記シール部材は、前記シール部材の内周側から外周側へ向かって前記シール部材の厚みが漸増する傾斜部を有し、前記繊維束の幅方向の中心の少なくとも一部は、前記傾斜部の外周側端部よりも前記シール部材の内周側上に位置する。このような形態のタンクによれば、繊維束が受けるタンクの径方向外側へ向かう力を傾斜部によって低減させることができるため、繊維束がタンクの径方向外側へずれることをシール部材が平坦な場合に比べて抑制できる。 According to one aspect of the invention, a tank is provided. The tank includes a liner having a curved dome at an end; a base disposed in the dome; an annular sealing member that covers a boundary between the dome and the base on the surface of the dome A fiber bundle wound helically on the seal member and the liner, and the seal member gradually increases in thickness from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the seal member. It has an inclined part, and at least a part of the center in the width direction of the fiber bundle is located on the inner peripheral side of the seal member relative to the outer peripheral side end of the inclined part. According to the tank of such a form, since the force toward the radially outer side of the tank received by the fiber bundle can be reduced by the inclined portion, the sealing member is flat to prevent the fiber bundle from shifting radially outward of the tank. It can be suppressed compared to the case.
本発明は、上述したタンクとしての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、タンクの製造方法や繊維束の巻回方法等の形態で実現することができる。 The present invention is not limited to the form of the tank described above, and can be implemented in various forms. For example, it is realizable with forms, such as a manufacturing method of a tank, and a winding method of a fiber bundle.
A.第1実施形態
図1は、第1実施形態におけるタンクを模式的に示す図である。図2は、図1におけるX矢視図である。タンク1は、ライナー10と、繊維束20と、口金30と、シール部材40と、を備える。タンク1は、高圧(70MPa)の水素ガスを貯蔵する。タンク1は、一端に口金30を有し、両端が曲面状に形成された円筒形状をなす。タンク1は、例えば長尺のタンクであり、タンク1の長さは1mから2mであり、タンク1の長さLとタンク1の直径Dとの関係はL/D>2である。なお、図1では繊維束20についてはその一部を示している。
A. First Embodiment FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a tank according to a first embodiment. FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow X in FIG. The tank 1 includes a
ライナー10は、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂によって形成されている。ライナー10は、円筒形状であるストレート部11と、ストレート部11の両端に曲面状に形成された第1ドーム部12および第2ドーム部13と、を有する。第1ドーム部12は、口金30を挿入するための開口部14が形成されている。開口部14の内周は、口金30の外形形状と対応するように歯車状に形成されている。開口部14の内周が歯車状であると、繊維束20の巻回時において、口金30を把持してタンク1を回転させる際にライナー10が空転してしまうことが抑制される。
The
口金30は、例えば、アルミニウムやステンレススチール等の金属によって形成されている。口金30の外形形状は、漏斗状であり、径が最も大きい大径部分の外形は歯車状をなしている。口金30は、大径部分において第1ドーム部12の開口部14と嵌合している。口金30には、軸中心に孔が形成されており、タンク1内の高圧ガスを減圧して取り出すためのバルブが孔に挿入される。
The
シール部材40は、例えば、フッ素系、ニトリル系、シリコン系、ウレタン系等の樹脂によって形成されている。樹脂は、弾性を有することが好ましい。シール部材40の摩擦係数は、第1ドーム部12および口金30の摩擦係数よりも大きい。シール部材40は、第1ドーム部12の表面上における第1ドーム部12と口金30との境界50を覆うように境界50上に接着されており、境界50からガスが漏れ出ることを抑制している。図2に示すようにシール部材40は、環状であり、シール部材40の内周側端部は口金30上に位置し、シール部材40の外周側端部は第1ドーム部12上に位置する。
The
繊維束20は、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を10000〜40000本程度束ね、エポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させることによって形成されている。本実施形態では、繊維束20は、シール部材40およびライナー10上にヘリカル巻きで巻回される。具体的には、繊維束20は、タンク1の中心軸Oに対して0〜30度の巻回角度で第1ドーム部12および第2ドーム部13を含む範囲に低角度ヘリカル巻きによって巻回される。図2に示すように、繊維束20の幅方向の中心の少なくとも一部は、シール部材40および傾斜部42の外周側端部であるシール部材40の頂点41(詳細は後述)を横断するように巻回される。また、繊維束20は、タンク1の中心軸Oに対して80〜90度の巻回角度でストレート部11を周方向へ巻回するフープ巻きによって巻回される。なお、繊維束20は、複数の繊維に熱硬化性樹脂を予め含浸させて、半硬化もしくは乾燥させたプリプレグであってもよい。
The
図3は、図2における3−3断面を模式的に示す図である。図4は、図2における3−3断面付近を模式的に示す斜視図である。3−3断面は、タンク1の中心軸Oと、繊維束20がタンク1の中心軸Oに最近接する地点と、を通る断面である。なお、図3、図4は、タンク1の中心軸Oに最近接する繊維束20を1本のみ示している。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a 3-3 cross section in FIG. 2. FIG. 4 is a perspective view schematically showing the vicinity of the 3-3 cross section in FIG. The 3-3 cross section is a cross section passing through the central axis O of the tank 1 and the point where the
第1ドーム部12には、口金30が嵌合する部分に凹部15が形成されている。口金30は、第1ドーム部12の表面上における第1ドーム部12と口金30との境界50において段差がないように凹部15に嵌合している。
A
シール部材40は、シール部材40の内周側(図3における下方)の端部から外周側(図3における上方)へ向かって厚みが漸増し、その後増加割合が緩やかとなり、シール部材40の頂点41で厚みが最大となる傾斜部42を有している。シール部材40の厚みは、傾斜部42から外周側へ向かって緩やかに漸減し、その後減少割合が増加する。つまり、本実施形態のシール部材40の断面形状は、短辺が円弧状である略台形状となる。また、シール部材40の頂点41は、第1ドーム部12をタンク1の中心軸O方向から見たときに、第1ドーム部12と口金30との境界50付近に対応するように円形に配置されている(図2参照)。なお、シール部材40の最大厚みは数mm程度である。この場合において、繊維束20の幅方向の中心の少なくとも一部は、傾斜部42の外周側端部であるシール部材40の頂点41よりもシール部材40の内周側上に位置する。
The thickness of the sealing
次に、図5と図3を用いて本実施形態の利点を説明する。図5は、傾斜部がないタンクの断面を模式的に示した説明図である。繊維束20には、ヘリカル巻きの巻回張力T1が加えられている。巻回張力T1は、繊維束20と口金30との接触部においてタンク1の径方向外側へと滑る力T2と接触部に垂直な力T3とに分解できる。つまり、繊維束20はタンク1の径方向外側へと滑る力T2を受けている。そのため、繊維束20はタンク1の径方向外側へと滑るおそれがある。
Next, advantages of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a cross section of a tank without an inclined portion. A helical winding tension T <b> 1 is applied to the
一方、図3で示すように、本実施形態では、繊維束20はシール部材40の傾斜部42上に配置されている。そのため、傾斜部42がない場合と比べて、繊維束20の接触部において繊維束20が受けるタンク1の径方向外側へと滑る力T2が、傾斜部42によって低減されている。従って、本実施形態によれば、繊維束20がタンク1の径方向外側へずれることを抑制できる。なお、繊維束20の接触部における繊維束20が受ける力が接触部に対して垂直に近いほど、繊維束20がタンク1の径方向外側へずれることをより抑制することが可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the
図6は、シール部材の断面形状の他の例を示す図である。本実施形態では、シール部材40の断面形状は短辺に円弧を有する略台形状であったが、例えば、図6で示すように、シール部材の断面形状は円弧状であってもよい。
FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the cross-sectional shape of the seal member. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the
B.第2実施形態
図7は、第2実施形態におけるタンクの断面図を模式的に示す図である。図7は、タンク1の中心軸Oと、繊維束20がタンク1の中心軸Oに最近接する地点と、を通る断面を示す。図7において、第1実施形態の説明に用いたものと同じ符号により示される各構成要素については、第1実施形態における各構成要素と実質的に同一なものを示すものとする。第2実施形態においては、シール部材40aの断面形状が、円弧を有した略台形状ではなく、三角形である。具体的には、シール部材40aの厚みは、シール部材40aの内周側端部からシール部材40aの頂点41aまで漸増し、その後シール部材40aの外周側端部まで漸減する。繊維束20の幅方向の中心の少なくとも一部は、シール部材40aの内周側端部からシール部材40aの頂点41aまでの間に形成された傾斜部42a上に位置する。つまり、繊維束20の幅方向の中心の少なくとも一部は、傾斜部42aの外周側端部であるシール部材40aの頂点41aよりもシール部材40aの内周側上に位置する。また、シール部材40の頂点41はシール部材40の断面の中央より第1ドーム部12寄りに位置する。そのため、断面における傾斜部42aの表面部分の長さは、傾斜部42a以外の表面部分の長さより大きい。これらのことから、傾斜部42aは、第1実施形態の傾斜部42よりも平面となる表面部分の面積が広くなっている。これにより、繊維束20の幅が広い場合でも、繊維束20を傾斜部42上に安定して配置することができ、繊維束20がタンク1の径方向の外側へずれることを抑制できる。
B. Second Embodiment FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross-sectional view of a tank according to a second embodiment. FIG. 7 shows a cross section passing through the central axis O of the tank 1 and the point where the
C.変形例
<変形例1>
上記実施形態では、繊維束20は、第1ドーム部12およびシール部材40上に巻回される例を示したが、シール部材40が接着されていない口金30上の部分を含んで巻回されてもよい。
C. Modification <Modification 1>
In the above embodiment, the
<変形例2>
上記実施形態では、タンク1に充填されるガスは水素であったが、ガスは水素に限られず、メタン、CNG、窒素等を充填することも可能である。また、タンク1に充填されるものは液体水素等の液体であってもよい。また、上記実施形態では、タンク1に充填されるガスは高圧であったが、充填されるガスは低圧であってもよい。
<Modification 2>
In the above embodiment, the gas filled in the tank 1 is hydrogen. However, the gas is not limited to hydrogen, and methane, CNG, nitrogen, or the like can be filled. Moreover, what is filled in the tank 1 may be a liquid such as liquid hydrogen. Moreover, in the said embodiment, although the gas with which the tank 1 is filled was high voltage | pressure, the gas to be filled may be low pressure | voltage.
<変形例3>
上記実施形態では、繊維束20は、低角度ヘリカルで第1ドーム部12および第2ドーム部13に巻回される例を示したが、ヘリカル巻きの巻回角度はこれに限られない。繊維束20は、タンク1の中心軸Oに対して30〜70度の巻回角度で巻回する中角度ヘリカル巻きおよび70〜80度の巻回角度で巻回する高角度ヘリカル巻きで第1ドーム部12および第2ドーム部13に巻回されていてもよい。
<
In the said embodiment, although the
<変形例4>
上記実施形態では、シール部材40における傾斜部42は、シール部材40の内周側端部から形成されていたが、これに限られない。シール部材40の内周側端部から外周側へ一定の範囲はシール部材40の厚みが一定で、その後シール部材40の厚みが増加して傾斜部が形成されてもよい。
<Modification 4>
In the said embodiment, although the
<変形例5>
上記実施形態では、ライナー10の開口部14と嵌合する口金30の大径部分の外形は歯車状であったが、大径部分の外形はこれに限られない。大径部分の外形は、多角形や楕円、円形であってもよい。
<Modification 5>
In the above embodiment, the outer diameter of the large-diameter portion of the base 30 fitted to the
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態あるいは変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments or the modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
1…タンク
10…ライナー
11…ストレート部
12…第1ドーム部
13…第2ドーム部
14…開口部
15…凹部
20…繊維束
30…口金
40、40a…シール部材
41、41a…シール部材の頂点
42、42a…傾斜部
50…境界
O…タンクの中心軸
T1、T2、T3…張力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (1)
端部に曲面状のドーム部を有するライナーと、
前記ドーム部に配置された口金と、
前記ドーム部の表面上における前記ドーム部と前記口金との境界を覆う環状のシール部材と、
前記シール部材上および前記ライナー上にヘリカル巻きで巻回される繊維束と、
を備え、
前記シール部材は、前記シール部材の内周側から外周側へ向かって前記シール部材の厚みが漸増する傾斜部を有し、
前記繊維束の幅方向の中心の少なくとも一部は、前記傾斜部の外周側端部よりも前記シール部材の内周側上に位置する、タンク。 A tank,
A liner having a curved dome at the end;
A base disposed in the dome,
An annular seal member that covers the boundary between the dome and the base on the surface of the dome;
A fiber bundle wound helically on the seal member and the liner;
With
The seal member has an inclined portion where the thickness of the seal member gradually increases from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the seal member;
The tank, wherein at least a part of the center in the width direction of the fiber bundle is located on the inner peripheral side of the seal member with respect to the outer peripheral side end of the inclined portion.
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