JP6881099B2 - 高圧タンク - Google Patents

Description

本発明は、高圧タンクに関するものである。

高圧の流体を貯蔵・密封するためのタンクとして、流体を貯蔵する空間を形成するライナと、ライナを覆うように設けられて、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）によって構成される補強層と、を備えるタンクが知られている。また、このようなタンクにおいて、上記補強層上に、さらにプロテクタを配置する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。補強層上にプロテクタを配置することにより、外力からタンクを保護することができる。

特開２０１３−１６７２８５号公報

しかしながら、プロテクタを設ける場合であっても、プロテクタの外側から加えられる衝撃が大きい場合には、補強層の内部に損傷が生じる場合がある。具体的には、ＦＲＰによって構成される補強層の内部で、層間剥離や繊維断裂等のダメージが発生し得る。このような補強層のダメージが大きくなると、タンク内圧に対するタンク強度が低下して、タンクの耐久性が低下するという問題が生じる。しかしながら、このように補強層内部に損傷が発生しても、プロテクタに保護された補強層の表面の損傷は比較的小さくなるため、タンクの外観からタンクの損傷状態を判断することは困難である。そのため、プロテクタによりタンクを保護する場合に、タンクに発生した損傷の可能性を、より適切に判断する技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題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。

本発明の一形態によれば、高圧タンクが提供される。この高圧タンクは；流体を密封するための内部空間が形成されたライナと；前記ライナの外表面を覆う補強層と；前記補強層の表面の少なくとも一部に対向して配置されるプロテクタと；を備え；前記プロテクタは、前記補強層に対向する面において、前記補強層に向かって突出する複数の凸部を備え；前記補強層は；前記ライナ上に積層して設けられて繊維強化プラスチックによって構成される内層と；該内層を覆う外層であって、前記プロテクタの外側から衝撃が加えられたときに、前記凸部に傷つけられることによって、前記衝撃に応じた痕跡が生じる外層と；を備える。
この形態の高圧タンクによれば、プロテクタにより高圧タンクを保護する場合に、タンクに発生した損傷の可能性を、より適切に判断することができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、高圧ガスタンクの製造方法、高圧ガスタンクの配置方法、および、高圧ガスタンクを搭載する移動体等の形態で実現することができる。

高圧タンクの外観の概略を表わす斜視図である。 高圧タンクの断面模式図である。 マーキング板をＹ軸方向から見た様子を表わす説明図である。 凸部の外観形状の一例を示す斜視図である。 凸部の外観形状の一例を示す斜視図である。 高圧タンクの断面模式図である。 高圧タンクの断面模式図である。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ−１）高圧タンクの全体構成：
図１は、本発明の第１実施形態の高圧タンク１０の外観の概略を表わす斜視図である。また、図２は、高圧タンク１０の断面の様子を表わす断面模式図である。

高圧タンク１０は、本実施形態では、流体として圧縮水素を貯蔵し、燃料電池車両に搭載される。高圧タンク１０は、タンク本体１１と、タンク固定部材１４と、プロテクタ２０と、を備える（図１参照）。

タンク本体１１は、図１に示すように，略円筒状に形成されており、図２は、このようなタンク本体１１の軸線方向に垂直な断面の様子を表わす。図１、図２、および後述する図３、図６、図７では、水平方向のうち、タンク本体１１の軸線方向に平行な方向はＸ軸方向として表わし、上記軸線方向に垂直な方向はＹ軸方向として表わしている。また、鉛直方向はＺ軸方向と表わしている。タンク本体１１は、図２に示すようにライナ５０および補強層５２を備えると共に、図１に示すようにバルブ１２を備える。

ライナ５０は、流体を密封するための空間を内部に形成する。ライナ５０は、例えば、ナイロン系樹脂（ポリアミド系樹脂）やポリエチレン系樹脂等の合成樹脂、あるいは、アルミニウム合金等の金属によって形成することができ、本実施形態ではナイロンによって形成している。また、ライナ５０は、軸線方向に延びる形状を有し、円筒状に形成された部位の両側に、端部に近づくほど縮径する部位を備えている。一方の端部には、図示しない口金が設けられており、この口金には、バルブ１２が取り付けられている。

補強層５２は、ライナ５０の外表面を覆うように形成されており、ライナ５０を補強して高圧タンク１０の強度（タンク内圧に対する強度）を向上させる。補強層５２は、ライナ５０の外表面全体を覆うように設けられており、ライナ５０側の内層５４と、内層５４の外側に設けられた外層５６とが、積層された構造となっている。

内層５４は、流体が充填されるタンク本体１１の内圧に対する強度を確保するための層であり、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）によって形成される層である。具体的には、樹脂を含浸させた長繊維をライナ５０の表面上で巻回した後に樹脂を硬化させた層である。

外層５６は、内層５４を保護すると共に、後述するように、高圧タンク１０の外部から衝撃が加えられたときに、衝撃に起因する瘢痕を付されることにより、加えられた衝撃の程度を認識可能にするための層である。本実施形態では、外層５６も、内層５４と同様にＦＲＰによって形成している。

ＦＲＰ層に用いる繊維としては、例えば、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維等の無機繊維、アラミド繊維等の合成有機繊維、又は、綿等の天然有機繊維の各種繊維が挙げられる。これらの繊維は、単独で用いてもよいし、２種類以上混合して用いてもよい。本実施形態では、内層５４および外層５６の各々を構成するＦＲＰに含まれる繊維の種類を異ならせている。内層５４および外層５６の各々を構成するＦＲＰの種類は、各々の層の既述した機能を果たす観点から、適宜選択すればよい。

本実施形態では、内層５４は、繊維としてカーボン繊維を含むカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成している。これにより、内層５４をより薄く形成しつつ、タンク内圧に対する十分な強度を確保することを容易にしている。また、本実施形態では、外層５６は、繊維としてガラス繊維を含むガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）によって形成している。ＣＦＲＰよりも柔らかいＧＦＲＰによって外層５６を構成することで、後述するように、タンク外部から加えられた衝撃に起因する瘢痕を外層５６に付すことが容易になる。

内層５４および外層５６の各々を構成するＦＲＰに含まれる樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いることができ、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等を用いることができる。本実施形態では、内層５４および外層５６の双方で、エポキシ樹脂を用いているが、内層５４と外層５６とでは用いる樹脂を異ならせてもよい。

ＦＲＰによって構成される内層５４および外層５６は、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）によって形成されている。フィラメントワインディング法とは、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をマンドレル（本実施例では、ライナ５０）に巻き付けて、熱硬化性樹脂を熱硬化させる方法である。樹脂の硬化は、例えば、加熱炉を用いた加熱や、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いた誘導加熱手法により行なうことができる。

バルブ１２は、金属（本実施形態ではアルミニウム）によって形成される部材であり、既述した口金の開口部に取り付けられて、この開口部を開閉する。具体的には、バルブ１２は、ライナ５０に対して水素を供給するための流路、および、ライナ５０から取り出した水素を導くための流路と、ライナ５０内と、を接続するための部材である。バルブ１２は、これらの流路とライナ５０内とを連通させるためのバルブ内流路と、バルブ内流路における連通状態を調節するための各種の弁と、を備えている。

タンク固定部材１４は、タンク本体１１を燃料電池車両の車体に固定するための部材である。図１に示すように、本実施形態では、タンク固定部材１４は帯状に形成されており、タンク本体１１の外周に沿うように湾曲されて、両端部が車体に固定された取り付け金具１６に締結されている。タンク固定部材１４は、タンク本体１１を固定するための十分な強度を有していればよく、例えば金属製とすることができる。本実施形態では、２本のタンク固定部材１４を用いているが、１または３以上のタンク固定部材１４を用いてもよい。また、タンク固定部材１４は、帯状以外の形状としてもよい。

プロテクタ２０は、タンク本体１１を保護するための部材である。図１に示すように、本実施形態では、プロテクタ２０は、薄板状部材によって構成され、タンク本体１１の補強層５２の表面の少なくとも一部に対向して配置される。プロテクタ２０は、補強層５２の表面を覆う領域では、タンク本体１１の表面形状に沿うように湾曲されている。本実施形態では、プロテクタ２０の取り付けは、タンク固定部材１４において行なわれる。具体的には、タンク固定部材１４には、タンク本体１１の径方向外側に向かって突出するように複数のボルト１５が設けられている。プロテクタ２０には、上記複数のボルト１５に対応する位置に複数の締結穴が設けられており、これらの締結穴を対応するボルト１５にはめ込んで、ナットにより締結されている。なお、プロテクタ２０は、タンク固定部材１４への締結以外の方法により、タンク本体１１に対して固定してもよい。本実施形態では、プロテクタ２０は、金属によって形成されている。具体的には、プロテクタ２０は、例えば、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属によって形成することができる。所望の強度を確保可能であれば、金属以外の材料によりプロテクタ２０を構成してもよい。

プロテクタ２０を配置する箇所（プロテクタ２０によって補強層５２の表面を覆う範囲）は、例えば、燃料電池車両における高圧タンク１０の配置箇所に応じて適宜定めればよい。例えば、高圧タンク１０を車両後方に配置する場合には、補強層５２における車両の後端に面する領域を覆うようにプロテクタを配置すればよい。これにより、車両後方から加えられる衝撃から高圧タンク１０を保護することができる。また、プロテクタ２０は、補強層５２（タンク本体１１の表面）の表面の一部に対向して設けるのではなく、タンク本体１１の表面全体に対向して、すなわち、タンク本体１１の表面全体を覆うように配置してもよい。また、プロテクタ２０は、タンク本体１１における比較的強度が低いと考えられる領域を覆う部分をより厚くして、強度を高めてもよい。

図２に示すように、プロテクタ２０は、基板部２５と、基板部２５上においてタンク本体１１側に積層されたマーキング板３０と、を備える。マーキング板３０は、補強層５２に対向する面において、補強層５２に向かって突出する複数の凸部３２を備える。基板部２５およびマーキング板３０を金属製とする場合には、両者は、例えば溶接により一体化することができる。

（Ａ−２）マーキング板の構成：
図３は、タンク本体１１上に配置されたプロテクタ２０が備えるマーキング板３０を、Ｙ軸方向から見た様子を表わす説明図である。マーキング板３０は、基板部２５と一体化されて、プロテクタ２０の裏面側（タンク本体１１に対向する側）に配置されているため、図３では、マーキング板３０およびマーキング板３０に設けられた複数の凸部３２は、破線で示している。

本実施形態のマーキング板３０は、図１および図３に示すように、タンク固定部材１４と重なる位置で分断されて、３つの部分に分かれている。各々のマーキング板３０は、既述したように、補強層５２に向かって突出する複数の凸部３２を備える。本実施形態では、複数の凸部３２は、Ｘ軸方向とＺ軸方向の各々において、隣り合う凸部３２間の間隔が特定の長さとなるように設けられており、規則的に配置されている。複数の凸部３２を規則的に配置することで、後述するように凸部３２が外層５６に形成する瘢痕によってタンク本体１１に加えられた衝撃の程度を判定する際に、より精度良い判定が可能になる。ただし、複数の凸部３２の配置は、不規則的な配置とすることも可能である。

凸部３２は、後述するように、高圧タンク１０に対してプロテクタ２０の外側から衝撃が加えられたときに、外層５６に衝突して外層５６を傷つけ、外層５６において上記衝撃の大きさに応じた瘢痕を生じさせるための構造である。凸部３２の形状は、上記のように外層５６に瘢痕を生じさせることができればよく、種々の形状を採用可能であり、特に限定されない。ただし、衝撃を受けた際に外層５６に刺さる（食い込む）ことによって瘢痕を生じさせることを容易にする観点から、凸部３２は、タンク本体１１に向かって突出する先端が尖っていること、あるいは、先端が開放端形状であることが望ましい。

図４および図５は、それぞれ、凸部３２の外観形状の一例を示す斜視図である。図４の凸部３２は、マーキング板３０にバツ印状の切れ込みを設け、切れ込みによって形成される４つの三角形状を立ち上げる曲げ加工（切り起こし）を施すことにより形成している。この場合、凸部３２の先端は、上記４つの三角形状の各々の頂点となる。このような形状の凸部３２を設けるならば、視認性に特に優れた瘢痕を外層５６に形成することが可能になる。図５の凸部３２は、マーキング板３０において、凸部３２を形成すべき位置に円形の穴を打ち抜き加工により形成し、その後、バーリング加工により略円筒状の凸部を形成することにより設けられている。この場合、凸部３２の先端は、略円形の開放端となる。高圧タンク１０に対して衝撃が加えられたときに、タンク本体１１の各領域に加えられた衝撃の大きさを瘢痕の状態（深さ）から判別可能にする観点から、複数の凸部３２の形状は、マーキング板３０全体で、同じ形状とすることが望ましい。

本実施形態のプロテクタ２０は、プロテクタ２０としての剛性を確保するための基板部２５と、凸部３２を有するマーキング板３０とを、別部材として備えている。そのため、プロテクタ２０において十分な剛性を確保するために、プロテクタ２０全体の厚みをより厚くする必要があっても、より薄いマーキング板３０を用いることにより、所望の形状の凸部３２を、プロテクタ２０全体で容易に形成することが可能になる。

プロテクタ２０において、基板部２５と、複数の凸部３２を設けるためのマーキング板３０とを別部材とする必要はなく、プロテクタ２０において複数の凸部３２が形成されていればよい。例えば、マーキング板３０を別途用いることなく、基板部２５に直接凸部３２を形成することとしてもよい。この場合には、例えば、先端が尖った形状（例えば円錐形状）の複数の部材を用意し、これらの部材を基板部２５の表面に埋め込むこととすればよい。ただし、生産効率を向上させる観点から、基板部２５とは別部材のマーキング板３０を加工することにより、複数の凸部３２を一括で形成することが望ましい。

（Ａ−３）衝突時の動作
以下に、車両の衝突時などに高圧タンク１０に衝撃が加えられて、マーキング板３０の凸部３２によって、外層５６に瘢痕が形成される際の動作について説明する。

図６は、高圧タンク１０に衝撃が加えられたときの高圧タンク１０の様子を表わす断面模式図であり、図２と同様に、高圧タンク１０の軸線方向に垂直な断面の様子を表わす。図２は高圧タンク１０に衝撃が加えられる前の状態を示し、図６は衝撃が加えられた後の状態を示す。

車両の衝突時などには、車体が変形し、これにより、例えば高圧タンク１０の周囲に配置された他の部材が、干渉物６０として高圧タンク１０に衝突する。図２では、干渉物６０が高圧タンク１０に向かって移動する様子を、白抜き矢印により表わしている。干渉物６０が高圧タンク１０に衝突すると、衝撃によりプロテクタ２０が変形し、衝撃がプロテクタ２０を介してタンク本体１１に伝えられる。このとき、プロテクタ２０の変形により、プロテクタ２０の内側に形成された凸部３２が外層５６に刺さる（図６参照）。

プロテクタ２０を介してタンク本体１１に加えられる衝撃の強さは、干渉物６０が衝突する箇所が最も強くなり、干渉物６０が衝突する箇所から周囲に向かって次第に弱くなる。衝撃の強さは、干渉物６０が衝突する箇所を中心として次第に変化するが、図３では、タンク本体１１の表面上であってマーキング板３０に覆われている部分を、衝撃の強さに応じて便宜的に３段階に分けて示している。具体的には、干渉物６０が衝突する箇所を含み、衝撃が最も強い領域を領域Ａとして示し、領域Ａの外側であって領域Ａよりも衝撃が弱い領域を領域Ｂとして示し、領域Ｂの外側であって衝撃が最も弱い領域を領域Ｃとして示している。そして、各領域、および各領域に形成された凸部３２において、受けた衝撃力が強いほど、濃いハッチングを付している。干渉物６０が高圧タンク１０に衝突する際には、衝撃が大きい領域ほど、凸部３２がタンク本体１１により深く刺さり、より深い瘢痕を外層５６に形成する。

本実施形態では、プロテクタ２０（凸部３２）を金属で形成し、タンク本体１１の外層５６をＧＦＲＰで形成し、内層５４をＣＦＲＰによって形成している。ＧＦＲＰ製の外層５６は、凸部３２が衝突する際には凸部３２が刺さることによって瘢痕が形成される。図４および図５では、マーキング板３０の表面から突出する凸部３２の高さを、高さｈとして示している。本実施形態では、凸部３２の高さｈと、外層５６の厚みとは、ほぼ同じとなっている。そのため、プロテクタ２０を介してタンク本体１１に対してある程度大きな衝撃が加わると、凸部３２の先端が内層５４に達する瘢痕が、外層５６に形成される。なお、より硬いＣＦＲＰ製の内層５４は、凸部３２が衝突してもほとんど傷が付かない。

車両の衝突があったときなど、高圧タンク１０に対して衝撃が加えられた後には、タンク本体１１からプロテクタ２０を取り外して外層５６に形成された瘢痕を調べることにより、タンク本体１１に加えられた衝撃の程度を判定することができる。本実施形態では、凸部３２がその高さ全体にわたって外層５６に食い込む衝撃が加えられたときには、タンク本体１１の外観上、凸部３２による瘢痕以外に特に大きな損傷が認められなくても、内層５４の内部において、層間剥離や繊維断裂等のダメージが生じている可能性が比較的高いと判断する。具体的には、内層５４であるＣＦＲＰ層は、炭素を含んで黒色であるため、例えば、タンク本体１１の外観上、黒色の瘢痕が認められれば、凸部３２による傷が内層５４に達していることが分かる。そのため、外層５６の表面において黒色の瘢痕が確認された場合には、高圧タンク１０（タンク本体１１）を交換すべきと判断する。これに対して、タンク本体１１の外観上、黒色の瘢痕が認められなければ、凸部３２による傷が内層５４に達しておらず、タンク本体１１に加えられた衝撃が比較的小さいと判定することができる。この場合には、内層５４が受けたダメージが許容範囲であると判断することができる。

なお、内層５４に達する瘢痕が一つでも認められればタンク本体１１を交換することとすれば、内層５４が損傷しているにもかかわらずタンク本体１１の使用を継続する可能性をより低くすることができる。これに対して、高圧タンク１０に加えられた衝撃の程度と、外層５６に形成される瘢痕の状態との相間を求める等により、タンク本体１１の交換のための異なる基準を設けてもよい。たとえば、内層５４に達する瘢痕が形成される範囲が、予め定めた基準の範囲を超える場合には、タンク本体１１を交換することとしてもよい。

以上のように構成された本実施形態の高圧タンク１０によれば、プロテクタ２０の内側の面に設けた凸部３２によって外層５６に形成される瘢痕の状態によって、タンク本体１１に加えられた衝撃の程度を判定することができる。そのため、タンク本体１１の外観上は大きな損傷が認められない場合であっても、内層５４の内部に生じた損傷の可能性を、より適切に判断することができる。その結果、タンク本体１１に対してある程度大きな衝撃が加えられた場合には、その事実を認識し、高圧タンク１０を交換すべきことを判断できる。また、タンク本体１１に加えられた衝撃が許容できる範囲であれば、タンク本体１１を継続使用可能と判断して、必要のないタンク交換を抑制することができる。このように、高圧タンク１０の継続使用の可否に係る判断を適切に行なうことが、より容易になる。

なお、本実施形態では、プロテクタ２０の裏面側において、複数の凸部３２を設けている。そのため、プロテクタ２０に複数の凸部３２を設けた範囲にわたって、外部から加えられた衝撃によってタンク本体１１に発生した損傷の可能性を判断することができる。さらに、複数の凸部３２によって外層５６に形成された複数の瘢痕に基づいて、タンク本体１１に加えられた衝撃の分布を判断することも可能になる。また、本実施形態では、プロテクタ２０の裏面側において、複数の凸部３２を規則的に設けている。そのため、プロテクタ２０において、比較的狭い範囲に衝撃が加えられる場合であっても、加えられた衝撃によってタンク本体１１に発生した損傷の可能性を、精度良く判定することができる。

また、本実施形態では、凸部３２の高さｈと外層５６の厚さとを、ほぼ同じとしている。そのため、タンク交換を要しない程度の比較的弱い衝撃が加えられて、凸部３２の一部のみが補強層５２に食い込む場合には、凸部３２の先端は内層５４に達しない。したがって、衝撃によって内層５４内部に生じるダメージ（層間剥離や繊維断裂）が許容範囲であり、タンクの使用を継続する場合に、凸部３２によって内層５４の表面が傷つけられることに起因してタンク強度（タンク内圧に対する強度）が低下することを抑えることができる。

タンク本体１１に加えられた衝撃の強さの判定は、外層５６の外側からの瘢痕の目視以外の方法により行なってもよい。例えば、外層５６における瘢痕が形成された領域を撮像し、得られた画像を解析することにより、黒色のＣＦＲＰ層に達する瘢痕が形成されているか否かを判定してもよい。あるいは、デプスゲージを用いて、形成された各瘢痕の深さを測定し、内層５４に達する瘢痕が形成されたか否かを判定してもよい。また、外層５６表面における瘢痕が形成された箇所に粘土等を押し当てて瘢痕形状を写し取り、瘢痕に対応する写し取られた凸部の高さを測定することにより、瘢痕の深さを測定してもよい。これらの方法を用いるならば、目視など外観により瘢痕が内層５４に達したか否かを判定できない場合、例えば、内層５４に明確な色が付されていない場合や、外層５６の厚みが凸部３２の高さよりも厚い場合であっても、瘢痕の深さに基づく適切な判断が可能になる。また、凸部３２の高さ全体が外層５６に食い込んでいない場合であっても、タンク本体１１の交換が必要であるとする判断基準を採用することが可能になる。

なお、凸部３２の高さおよび外層５６の厚さは、凸部３２が外層５６に刺さる深さによって衝撃の程度が判定できるように（例えば、衝撃が小さいときにはタンク本体１１の交換が不要であると判定できるように）、十分な大きさとすることが望ましい。例えば、外層５６が薄すぎる場合には、比較的小さな衝撃が加えられた場合であっても、外層５６を貫通する瘢痕が形成されて、タンク本体１１の交換の要否の判定を十分な精度で行なうことが困難になり得るためである。

また、外層５６の厚みは、タンク本体１１の交換が必要になる程度の衝撃が加えられるまでは、凸部３２が内層５４に達しないように、十分に厚く形成することが望ましい。すなわち、外層５６の厚みは、凸部３２の高さ以上とすることが望ましい。これにより、比較的小さい衝撃が加えられた場合には、内層５４が損傷することに起因するタンク強度（タンク内圧に対する強度）の低下を抑えることができる。

凸部３２の高さおよび外層５６の厚さは、例えば、法律等の種々の規則の規定により定められた、タンク表面の傷の深さとして許容された値に基づいて設定することとしてもよい。例えば、高圧ガス保安法に基づく容器保安規則に関連する「国際圧縮水素自動車燃料装置用容器の技術基準の解釈」において、繊維強化プラスチック複合容器における繊維強化プラスチック部分の許容傷深さは１．２５ｍｍ以下であることが規定されている。そのため、凸部３２の高さおよび外層５６の厚さは、例えば、１．２５ｍｍ以下とすることができる。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態の高圧タンク１１０の、軸線方向に垂直な断面の様子を表わす断面模式図である。図７は、図２と同様に、衝撃が加えられる前の状態を表わす。

第２実施形態の高圧タンク１１０は、プロテクタ２０のマーキング板３０と、タンク本体１１の外層５６との間に、スペーサ層４０を備える点において、第１実施形態の高圧タンク１０とは異なっている。スペーサ層４０は、外層５６よりも柔らかい層であって、弾性を有している。そのため、プロテクタ２０を介してタンク本体１１に衝撃が加えられる際には、スペーサ層４０は圧縮されて、凸部３２によって貫通され得る。このように、スペーサ層４０は、衝撃の大きさに応じた外層５６における瘢痕形成を妨げない層であればよい。スペーサ層４０は、例えば、ポリウレタンなどの樹脂やゴムによって形成することができる。

このような構成とすれば、スペーサ層４０の硬さ（凸部３２の貫通を妨げる硬さ）や厚さを適宜設定することにより、凸部３２が外層５６に瘢痕を形成する下限荷重を制御することができる。これにより、高圧タンク１１０に衝撃が加えられる際の荷重が、タンク交換を要しない軽荷重である場合に、外層５６における瘢痕形成を抑え、タンク本体１１を継続使用可能であると適切に判定し易くすることができる。

また、本実施形態によれば、高圧タンク１１０に衝撃が加えられたときに、スペーサ層４０によって衝撃を分散させることができる。そのため、限られた狭い面積に荷重が集中することにより内層５４が損傷されることを抑え、高圧タンク１１０の耐久性を向上させることができる。

さらに、第２実施形態の高圧タンク１１０によれば、スペーサ層４０によって、外層５６とマーキング板３０との隙間を塞ぐことができる。そのため、上記隙間への、車両走行時の飛び石等の異物の侵入を抑えることができる。飛び石等の異物が上記隙間に侵入する場合には、高圧タンク１１０に衝撃が加えられる際に、上記異物が存在する小さな面積において加重が伝達される。その結果、比較的小さな衝撃であっても、より大きな荷重が限られた面積に加えられ、内層５４において、より大きなダメージを発生させ易くなる。スペーサ層４０によって上記隙間を塞ぐことにより、このような不都合を抑えることができる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ−１）外層について：
第１および第２実施形態では、外層５６は、ＧＦＲＰなどのＦＲＰによって形成することとしたが、異なる構成としてもよい。外層５６をＦＲＰによって構成する場合であっても、長繊維を巻回したＦＲＰではなく、短繊維を含むＦＲＰによって外層５６を形成してもよい。また、ＦＲＰ以外の材料、例えば、樹脂やゴムによって外層５６を形成してもよい。衝撃が加えられたときに、プロテクタ２０に設けた凸部３２によって、衝撃の大きさに応じた瘢痕を形成可能であり、瘢痕の状態に基づいて、タンク本体１１の交換の要否を判定可能であればよい。

ただし、内層５４が露出することなく、内層５４上において所望の厚みの外層５６をより均一に形成する観点から、外層５６は、ＦＲＰにより形成することが望ましい。また、外層５６が、強化繊維を含まず樹脂やゴムによって形成される場合には、衝撃が加えられる際には、凸部３２の衝突箇所において、凸部３２の形状に対してより広い範囲で外層５６が剥がれる等、加えられた衝撃力に対して外層５６に生じる痕跡がより大きくなる可能性がある。この場合には、加えられた衝撃力が過大に評価される可能性がある。また、強化繊維を含まないことにより、外層５６に食い込んだ凸部３２が内層５４にまで到達し易くなる。その結果、凸部３２によって内層５４が損傷されて、タンク強度（タンク内圧に対する強度）が低下し、高圧タンクの耐久性が低下する可能性が高まる。このような不都合を抑える観点からも、外層はＦＲＰによって構成することが望ましい。

（Ｃ−２）内層について：
内層５４は、ＣＦＲＰ以外によって形成してもよく、長繊維を巻回して形成するＦＲＰ層であればよい。ＣＦＲＰ層は、衝撃が加えられる際に凸部３２が衝突してもほとんど傷が付かない硬さ（凸部３２の貫通を妨げる硬さ）を有しているが、カーボン繊維よりも柔らかい繊維を用いて、より柔らかい内層５４を形成してもよい。

このように、より柔らかいＦＲＰによって内層５４を形成する場合であっても、内層５４の内部におけるダメージ（層間剥離や繊維断裂）が許容範囲となる衝撃が加えられるときに、凸部３２による内層５４の損傷が抑えられていればよい。これにより、衝撃に起因する上記ダメージが許容範囲であるときに、凸部３２による損傷によって、内層５４の内圧に対する強度（タンク強度）が低下することを抑えることができる。凸部３２による内層５４の損傷を抑えるには、例えば、外層５６やスペーサ層４０の硬さ（凸部３２の貫通を妨げる硬さ）や厚さを調節すればよい。具体的には、例えば、外層５６の厚さを凸部３２の高さよりも厚くすれば、凸部３２全体が外層５６に食い込んで、衝撃の大きさが許容範囲を超えると判断される場合であっても、凸部３２による内層５４の損傷を抑えることができる。ただし、内層５４の厚みをより薄くして、高圧タンク全体を小型化する観点からは、引っ張り強度が極めて強いカーボン繊維を用いたＣＦＲＰ層によって内層５４を構成することが望ましい。

（Ｃ−３）高圧タンクの適用対象：
第１および第２実施形態では、高圧タンクは加圧水素の貯蔵に用いたが、水素以外の他の加圧流体の貯蔵に用いてもよい。

また、第１および第２実施形態では、高圧タンクを燃料電池車両に搭載し、燃料電池に供給する燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵するために用いたが、異なる構成としてもよい。例えば、燃料電池車両以外の移動体に搭載して、駆動燃料であるガスを貯蔵する燃料タンクにおいて、本願発明を適用する場合であっても、同様の効果が得られる。また、移動体以外の装置で用いるガスを貯蔵する高圧ガスタンクにおいて、本願発明を適用してもよい。高圧タンクにおいて外部から加えられると予想される衝撃に応じた箇所に、複数の凸部３２を備えるプロテクタ２０を配置することで、衝撃の大きさに応じた瘢痕が外層５６に形成され、高圧タンクの交換の要否を判定可能であればよい。

本発明は、上述の実施形態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。

１０，１１０…高圧タンク
１１…タンク本体
１２…バルブ
１４…タンク固定部材
１５…ボルト
１６…取り付け金具
２０…プロテクタ
２５…基板部
３０…マーキング板
３２…凸部
４０…スペーサ層
５０…ライナ
５２…補強層
５４…内層
５６…外層
６０…干渉物

Claims (1)

1. 高圧タンクであって、
   流体を密封するための内部空間が形成されたライナと、
   前記ライナの外表面を覆う補強層と、
   前記補強層の表面の少なくとも一部に対向して配置されるプロテクタと、
   を備え、
   前記プロテクタは、前記補強層に対向する面において、前記補強層に向かって突出する複数の凸部を備え、
   前記補強層は、
   前記ライナ上に積層して設けられて繊維強化プラスチックによって構成される内層と、
   該内層を覆う外層であって、前記プロテクタの外側から衝撃が加えられたときに、前記凸部に傷つけられることによって、前記衝撃の大きさに応じた痕跡が生じる外層と、
   を備える
   高圧タンク。

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