JP6769908B2

JP6769908B2 - 燃料タンク製造装置

Info

Publication number: JP6769908B2
Application number: JP2017069889A
Authority: JP
Inventors: 健八田; 泰浩佐々木
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018171716A

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。

上述の製造方法に適する製造装置として、例えば下記特許文献１に記載のように、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と、タンク容器の全体を加熱する熱硬化炉と、局所加熱によりタンク容器の表面に生じる気泡を除去するノズルとを備えるものが挙げられる。このように構成された燃料タンク製造装置によれば、ノズルで熱風を噴射して気泡を除去することで、気泡によるタンクの寸法及び意匠性への影響を防止することができる。

特開２０１０−２６４７１８号公報

上述の燃料タンク製造装置では、噴射した熱風が装置の外部に漏れることを防ぐために、装置内を負圧にする必要がある。しかし、装置内を負圧にすると、外気が装置内に流入するため、装置内の温度にばらつきが生じ、燃料タンクの品質低下を招く可能性がある。

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、装置内を負圧にしても、装置内の温度のばらつきを抑制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、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を加熱し、前記繊維強化樹脂層を熱硬化させて燃料タンクを製造する燃料タンク製造装置であって、前記タンク容器を収容し、該タンク容器の表面にガスを噴射して該タンク容器を加熱するノズルが少なくとも１つ設けられた熱硬化室と、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と、を備え、前記熱硬化室の側壁には、外気を流入させる外気流入口が少なくとも一つ設けられており、前記回転部は、前記ノズルからのガスの噴射方向と逆向きに前記タンク容器を回転させるようにされており、前記タンク容器の中心軸方向から見たとき、前記ノズルは、前記タンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置されており、前記タンク容器の中心軸の鉛直上方には、前記ノズルから噴射されるガスの流れを規制する規制板が設けられていることを特徴としている。

本発明に係る燃料タンク製造装置では、タンク容器の中心軸方向から見たとき、ノズルはタンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置されており、タンク容器の中心軸の鉛直上方にノズルから噴射されるガスの流れを規制する規制板が設けられているため、ノズルから噴射されるガスをタンク外周に沿って一方向に流すことができ、熱効率を高めることができる。また、回転部はノズルからのガスの噴射方向と逆向きにタンク容器を回転させるようにされているため、ノズルから噴射されるガスをタンク容器の周囲に拡散させながら、タンク容器とガスとの接触時間を長くすることで、熱効率を一層高めることができる。更に、熱硬化室の側壁に外気を流入させる外気流入口が少なくとも一つ設けられているため、仮に装置内を負圧にした場合、該外気流入口経由で装置内に流入した外気は、ノズルから噴射されるガスよりも温度が低く、タンク容器の下方に流れてそこでノズルから噴射されるガスと混合するので、外気の流入による温度均一性への影響を防止できる。その結果、装置内を負圧にしても、装置内の温度のばらつきを抑制することができる。

本発明によれば、装置内を負圧にしても、装置内の温度のばらつきを抑制することができる。

燃料タンク製造装置を示す斜視図である。熱硬化炉の内部構造を示す正面模式図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

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。図１は燃料タンク製造装置を示す斜視図である。本実施形態の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。この燃料タンク製造装置１は、架台６に支持固定され、タンク容器１０を加熱するための熱硬化炉（熱硬化室）２と、熱硬化炉２の外部に設置され、熱風を発生するための熱風発生機３と、熱風発生機３で発生した熱風を熱硬化炉２に供給するための吸気ダクト４と、熱硬化炉２からの排気を熱風発生機３に戻すための排気ダクト５とを備えている。

図２は熱硬化炉の内部構造を示す正面模式図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２において、内部構造をより理解し易くするために、前側（すわなち、手前）の炉壁２４を省略する。

ここで、まず、タンク容器１０の構造を説明する。図２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２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、軸支シャフト１３を介して後述の回転部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回りに回転する。

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、その強化繊維同士を結着する熱硬化性樹脂とで構成されている。

図２に示すように、熱硬化炉２は、内部にタンク容器１０を収容する空間が設けられて全体略箱状を呈しており、例えば金属製枠体の四周に耐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。熱硬化炉２の左右両側の炉壁（側壁）２４には、炉壁２４を貫通する貫通孔２３がそれぞれ設けられている。そして、タンク容器１０の左右両端部に取り付けられた軸支シャフト１３の先端部は、それぞれ貫通孔２３に挿通されるとともに、回転部２１の軸受部材２１０に挿入固定されている。

熱硬化炉２の外部には、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部２１が配置されている。回転部２１は、熱硬化炉２の炉壁２４の外側に固定されるとともに上記軸支シャフト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。このように回転部２１を熱硬化炉２の外部に配置することで、熱硬化炉２の内部空間を小さくすることができるので、熱硬化炉２全体のコンパクト化を図ることが可能になる。また、回転部を熱硬化炉の内部に配置する場合と比べて、回転部によって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２４に貫通孔２３を設けることにより、熱硬化炉２内を負圧にした場合、外気が該貫通孔２３から熱硬化炉２の内部に流入する。すなわち、貫通孔２３は、特許請求の範囲に記載の「外気流入口」に相当するものでもある。図２の破線付き矢印Ｆ２に示すように、貫通孔２３から熱硬化炉２内部に流入した外気は、熱硬化炉２内の熱風より温度が低いため、タンク容器１０の下方に流れる。

本実施形態において、貫通孔２３経由で外部への放熱を阻止するために、貫通孔２３が設けられた炉壁２４の内側には、放熱遮断カーテン２５がそれぞれ取り付けられている。放熱遮断カーテン２５は、例えば熱に強い樹脂材料によって形成されている。図示しないが、放熱遮断カーテン２５の設置によるタンク容器１０回転への影響を抑制するために、放熱遮断カーテン２５の軸支シャフト１３に対応する位置には、軸支シャフト１３を挿通できる孔などが設けられている。

熱硬化炉２の天井には、熱吸排気ボックス２６が取り付けられている。熱吸排気ボックス２６の内部には、吸気ダクト４と後述の熱風吹付部２２とを連通する吸気路２６１と、排気ダクト５と熱硬化炉２内部と連通する排気路２６２とがそれぞれ設けられている（図３参照）。

熱吸排気ボックス２６の下方には、タンク容器１０の表面に熱風を吹き付ける熱風吹付部２２が吊設されている。熱風吹付部２２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熱風整流室２２０と、熱風整流室２２０の上方に設けられて該熱風整流室２２０と熱吸排気ボックス２６とを接続する２本の接続管２２１と、熱風整流室２２０の下方に設けられてタンク容器１０の表面に熱風を噴射する一体のノズル２２２とを有する。

２本の接続管２２１は、熱風整流室２２０の長手方向（すなわち、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向）に沿って等間隔で配置されている。一方、一体のノズル２２２は、スリット形状を呈しており、熱風整流室２２０の長手方向に沿って配置されている。このように一体のノズル２２２を用いることによって、タンク容器１０の表面をムラなく加熱することができる。なお、接続管２２１の数は、上述の説明及び図示に制限されず、必要に応じて適宜増減しても良い。また、ノズル２２２は、別体ノズルを等間隔で複数個を直線状に配置しても良い。

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、ノズル２２２は、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向（すなわち、上下方向）に対してずれた位置に配置されている。具体的には、図３に示すように、ノズル２２２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、ノズル２２２は、水平方向においてタンク容器１０の中心より左側に偏心する。

また、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直上方であって該タンク容器１０の上方には、ノズル２２２から噴射される熱風の流れを規制する規制板２７が設けられている。規制板２７は、その長手方向がタンク容器１０の中心軸Ｌ方向、幅方向が上下方向にそれぞれ沿うように、熱吸排気ボックス２６の底面に固定されている。図２に示すように、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向において、規制板２７はノズル２２２の配置範囲よりも長い。また、図３に示すように、上下方向において、規制板２７の底面はノズル２２２の先端の噴射口と同じ高さに位置している。なお、規制板２７の底面はノズル２２２の噴射口と必ずしも同じ高さに位置する必要がなく、ノズル２２２から噴射される熱風が右側への流れを阻止できれば、該規制板２７の底面をノズル２２２の噴射口よりも高い位置或いは低い位置にしても良い。

また、本実施形態において、回転部２１は、ノズル２２２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３に示すように、ノズル２２２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、ノズル２２２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（実線付き矢印Ｆ１参照）に流れる。これに対し、タンク容器１０は回転部２１によって時計回り（白塗り矢印Ｆ３参照）に回転される。

以上の構成を有する燃料タンク製造装置１では、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向から見たとき、ノズル２２２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、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直上方にノズル２２２から噴射される熱風の流れを規制する規制板２７が設けられているため、図３に示すようにノズル２２２から噴射される熱風は、規制板２７の規制で右側に流れずに、タンク容器１０の左側、下側、右側の順で一方向に流れる。すなわち、ノズル２２２から噴射される熱風は、タンク容器１０の外周に沿って反時計回りに流れる。このようにノズル２２２から噴射される熱風を一方向に流すことで、熱効率を高めることができる。

また、回転部２１はノズル２２２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るので、ノズル２２２から噴射される熱風をタンク容器１０の周囲に拡散させながら、タンク容器１０と熱風との接触時間を長くすることで、熱効率を一層高めることができる。

更に、熱硬化炉２内を負圧にした場合に、炉壁２４に設けられた貫通孔２３から炉内に流入した外気は、タンク容器１０の下方に流れてそこでノズル２２２から噴射される熱風と混合し、図３破線付き矢印Ｆ２に示すように、熱風とともにタンク容器１０の形状に沿って上昇する。上昇した混合気体は、規制板２７によってノズル２２２側への流れが制限されるので、熱吸排気ボックス２６の排気路２６２及び排気ダクト５を経由して熱風発生機３に排気される。

その結果、熱硬化炉２内を負圧にしても、外気の流入による温度均一性への影響を防止でき、熱硬化炉２内の温度のばらつきを抑制することができるので、タンク容器１０の硬化品質を安定させることが可能になる。

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。例えば、上述の実施形態では、タンク容器１０を回転させるための回転部２１が熱硬化炉２の外部に配置される例を挙げて説明したが、必要に応じて回転部２１を熱硬化炉２の内部に配置しても良い。

また、上述の実施形態では、熱硬化炉２の炉壁２４に設けられた貫通孔２３が外気流入口の機能を兼ねることを説明したが、貫通孔２３のほかに外気流入口を別途設けても良い。この場合、外気の流入による熱硬化炉２内温度への影響をより小さくするために、外気流入口の設置位置をタンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直下方にすることが好ましい。

更に、上述の実施形態において、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向から見たとき、ノズル２２２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例を説明したが、ノズル２２２がタンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して右側にずれた位置に配置されても良い。この場合、ノズル２２２から噴射される熱風がタンク容器１０の外周に沿って時計回りに流れるので、回転部２１は反時計回りにタンク容器１０を回転させるように設定される。

１燃料タンク製造装置
２熱硬化炉
３熱風発生機
４吸気ダクト
５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
２１回転部
２２熱風吹付部
２３貫通孔（外気流入口）
２４炉壁
２５放熱遮断カーテン
２６熱吸排気ボックス
２７規制板
２１０軸受部材
２１１回転モータ
２２０熱風整流室
２２１接続管
２２２ノズル
Ｌ中心軸

Claims

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を加熱し、前記繊維強化樹脂層を熱硬化させて燃料タンクを製造する燃料タンク製造装置であって、
前記タンク容器を収容し、該タンク容器の表面にガスを噴射して該タンク容器を加熱するノズルが少なくとも１つ設けられた熱硬化室と、
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と、
を備え、
前記熱硬化室の側壁には、外気を流入させる外気流入口が少なくとも一つ設けられており、
前記回転部は、前記ノズルからのガスの噴射方向と逆向きに前記タンク容器を回転させるようにされており、
前記タンク容器の中心軸方向から見たとき、前記ノズルは、前記タンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置されており、
前記タンク容器の中心軸の鉛直上方には、前記ノズルから噴射されるガスの流れを規制する規制板が設けられていることを特徴とする燃料タンク製造装置。