JP7167465B2 - 高圧容器 - Google Patents

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Description

本発明は、高圧容器に関する。
下記特許文献１には、高圧水素タンクが開示されている。この高圧水素タンクは、樽型に形成されたライナと、ライナに巻き付けられかつ繊維強化樹脂により構成された補強層とを含んで構成されている。この構成により、ライナの剛性が高められているため、内部に高圧の水素を収容可能とされている。
特開２００２－１８８７９４号公報
しかしながら、特許文献１に開示された高圧水素タンクは、樽型の大きなものであるため、この高圧水素タンクを車両へ搭載するためにキャビン空間やラゲッジ空間が減少する場合がある。つまり、車両スペースを効率的に利用できない可能性がある。この点を解決するため、車両の空いているスペースに配置できる程度の小径のタンクを複数並べて配置することが考えられる。しかしながら、タンクを複数設けると、それぞれのタンクに補強層が必要となり、この補強層分の空間を確保するためにキャビン空間やラゲッジ空間に制約が生じる可能性がある。したがって、車両スペースを効率的に利用するには改良の余地がある。
本発明は上記事実を考慮し、車両スペースを効率的に利用することができる高圧容器を得ることを目的とする。
第１の態様の発明に係る高圧容器は、円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口され、径方向に隣り合って複数配設された胴体部と、前記胴体部の軸方向と同一の軸を有する略円柱状に形成されると共に、複数の前記胴体部の前記開口を閉塞する口金と、前記胴体部の径寸法より幅が狭い帯状に形成されており、前記胴体部の軸方向を長手方向として前記口金の表面における中心部を通って前記胴体部の軸方向の前記一方側の端部と他方側の端部とに架け渡されると共に、前記口金及び前記胴体部における他の前記胴体部が隣り合う方向に対して直交する半径方向に対応した部位である最大径部以外の位置に架け渡された補強層と、を有している。
第１の態様の発明によれば、胴体部は、円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口されている。また、胴体部は、径方向に隣り合って複数配設されている。したがって、車両の空いているスペースに合わせた径の胴体部を複数設けることで、車両のキャビン空間やラゲッジ空間へ与える影響を最小限にしながら必要な胴体部内へ収容される流体の量を確保することができる。また、胴体部の開口は、口金によって閉塞されていると共に、口金の表面における中心部を通って胴体部の軸方向における一方側の端部と他方側の端部とに補強層が架け渡されている。したがって、胴体部の内部に高圧の流体を収容した際に口金が胴体部から離脱するのを制限することができる。
ここで、補強層は、胴体部の径寸法より幅が狭く（小さく）設定された帯状に形成されており、胴体部の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する。）を長手方向として口金の表面における中心部を通って胴体部の軸方向の一方側の端部と他方側の端部とに架け渡されている。また、補強層は、口金及び胴体部における他の胴体部が隣り合う方向に対して直交する半径方向に対応した部位である最大径部以外の位置に架け渡されている。つまり、円柱状の胴体部が径方向に隣り合う場合に生じる空間内に補強層を設けることができる。したがって、複数の胴体部を隣り合って配列した際に、隣り合う方向との直交方向の寸法（一例として水平面上に胴体部を径方向に配列した場合における高さ寸法）の補強層による増加を抑制してコンパクトにすることができる。
第２の態様の発明に係る高圧容器は、第１の態様の発明において、前記補強層は、前記胴体部の軸方向視にて前記最大径部以外の位置に架け渡された第１補強層と、前記胴体部の軸方向視にて前記最大径部以外の位置でかつ当該第１補強層と異なる位置に架け渡された第２補強層と、を含んで構成され、前記第１補強層と前記第２補強層とは、前記口金の表面における中心部にて交差されている。
第２の態様の発明によれば、補強層は、第１補強層と第２補強層とを含んで構成されている。第１補強層は、軸方向視にて最大径部以外の位置に架け渡されており、第２補強層は、軸方向視にて最大径部以外の位置でかつ第１補強層と異なる位置に架け渡されている。この第１補強層と第２補強層とは、口金の表面における中心部にて交差されている。つまり、異なる位置に架け渡された複数の補強層が口金の表面における中心部に架け渡されていることから、口金の胴体部への保持力を向上させることができる。このため、耐圧性を向上させることができる。
第３の態様の発明に係る高圧容器は、第１又は第２の態様の発明において、前記口金の表面における前記補強層の幅方向両側に、前記補強層の略面直方向に突出された一対のリブが形成されており、該リブの突出量が、前記中心部から径方向外側へ向かうに連れて小さくされている。
第３の態様の発明によれば、口金の表面における補強層の幅方向両側に、補強層の略面直方向に突出された一対のリブが形成されており、このリブの突出量が、中心部から径方向外側へ向かうに連れて小さくされている。したがって、補強層が、このリブによって口金から離脱しにくくなるため、口金の胴体部への保持力をより向上させることができる。このため、高圧容器の耐圧性を向上させることができる。
第４の態様の発明に係る高圧容器は、第３の態様の発明において、前記口金の表面における前記一対のリブの間に、前記補強層が巻き付けられる巻付部が形成されており、該巻付部の突出量が、前記中心部から径方向外側へ向かうに連れて大きくされている。
第４の態様の発明によれば、口金の表面における一対のリブの間に、補強層が巻き付けられる巻付部が形成されており、この巻付部の突出量が、中心部から径方向外側へ向かうに連れて大きくされている。したがって、生産性の向上を目的に補強層を予め環状に形成した場合でも、この補強層を巻付部におけるリブより大きく突出された部位から組み付けることで、補強層の巻付部ひいては口金への組み付けが容易となる。
第１の態様の本発明に係る高圧容器は、車両スペースを効率的に利用することができるという優れた効果を有する。
第２、第３の態様の本発明に係る高圧容器は、内部により高圧の流体を収容して貯蔵量を多くすることができるという優れた効果を有する。
第４の態様の本発明に係る高圧容器は、生産性を向上させることができるという優れた効果を有する。
一実施形態に係る高圧容器の一部を車両上方側から見た状態を示す概略斜視図である。 図１におけるＺ部を拡大して示す正面図である。 図１おけるＡ－Ａ線に沿って切断した状態を示す拡大断面図である。 図３おけるＢ－Ｂ線に沿って切断した状態を示す拡大断面図である。 一実施形態に係る高圧容器の口金を車両上方側から見た状態を示す概略斜視図である。
以下、図１～図５を用いて、本発明に係る高圧容器１０の一実施形態について説明する。なお、これらの図において示される矢印ＦＲは車両前後方向前側、矢印ＯＵＴは車幅方向外側、矢印ＵＰは車両上下方向上側をそれぞれ示す。
図１に示されるように、タンクモジュール１２は、複数の高圧容器１０を組み合わせることで構成されている。具体的には、高圧容器１０は、車両前後方向を軸方向（長手方向）とする略円柱状に形成されており、同様の構成の高圧容器１０が車両幅方向（高圧容器１０の径方向）に隣り合って複数配設されている。このタンクモジュール１２は、一例として、燃料電池車両のフロアパネル（不図示）の車両下方側に配置されており、外部から補給されることで内部に収容された流体としての水素を燃料電池スタック（不図示）へ供給可能な構成とされている。
それぞれの高圧容器１０は、図３に示されるように、胴体部２０と、被覆部材２２と、補強層２６と、を含んで構成されている。胴体部２０は、軸方向の両端部が開口された円筒状に形成されかつ一例としてアルミニウム合金により構成されている。なお、胴体部２０は、フロアパネルの車両下方側の空いているスペース内に収容可能な径寸法とされている。
被覆部材２２は、シート状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）を胴体部２０の外周面２０Ａに巻き付けることで構成されている。この被覆部材２２の内部には、図示しない炭素繊維が主に胴体部２０の周方向に沿って配列されている。換言すると、被覆部材２２の繊維方向は、胴体部２０の周方向とされている。
高圧容器１０の被覆部材２２が巻き付けられた胴体部２０は、図１に示されるように、車両幅方向に隣り合って複数配設されている。この複数の胴体部２０の軸方向における一方側（車両前方側）の端部と、軸方向における他方側（車両後方側）の端部との内部には、口金２８がそれぞれ挿入されている。
図３に示されるように、口金２８は、車両前後方向を軸方向としかつ胴体部２０の軸方向外方側に向かって凸となる略半円柱状に形成されている。この口金２８は、胴体部挿入部４６と、連通流路４８とを有している。胴体部挿入部４６は、高圧容器１０の胴体部２０内に配置されており、胴体部２０の軸方向内方側へ向かって突出された略円柱状に形成されている。胴体部挿入部４６の外周面４６Ａは、胴体部２０の内周面２０Ｂに当接されている。なお、口金２８は、胴体部２０に対して軸方向に摺動可能とされており、胴体部２０の内部に収容された流体の圧力に応じて口金２８が軸方向に移動可能とされている。これにより、胴体部２０の内部の流体から口金２８へ加わる応力を調整することができる。
胴体部挿入部４６の先端部には、外縁部を径方向内側へ切り欠くことで形成されたパッキン収容部５２が設けられており、このパッキン収容部５２の内部にＯリング５４が収められている。Ｏリング５４は、胴体部２０の径方向に沿って弾性的に変形されている。この胴体部挿入部４６によって、胴体部２０の軸方向における一方側（車前方側）の端部及び軸方向における他方側（車両後方側）の端部がそれぞれ閉塞されている。
連通流路４８は、口金２８の内部に形成されている。具体的には、連通流路４８は、胴体部挿入部４６の内部に胴体部２０の軸方向に沿ってかつ当該軸方向内方側に向かって開口された第１連通流路５６と、第１連通流路５６の軸方向外側端部と連結されかつ胴体部２０の径方向（車両幅方向）に延設された第２連通流路５８（図２参照）とを含んで構成されている。図５に示されるように、口金２８における第２連通流路５８に対応した部位には、流路連結部２８Ａ、２８Ｂがそれぞれ形成されている。この流路連結部２８Ａ、２８Ｂの内部には、ねじが形成されており、管状に形成された連結管３０が締結可能とされている。この連結管３０は、隣接する他の高圧容器１０の口金２８における流路連結部２８Ａ、２８Ｂ同士を連結している。これにより、複数の隣接する高圧容器１０の胴体部２０の内部同士が、第１連通流路５６及び第２連通流路５８を介して互いに連通されている。
図１に示されるように、補強層２６は、第１補強層２６Ａと、第２補強層２６Ｂとを有しており、胴体部２０の被覆部材２２における外側面及び一対の口金２８の外側面に亘ってそれぞれ設けられている。この補強層２６は、被覆部材２２と同様に帯状（シート状）のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）により構成されており、幅方向の寸法が胴体部２０の径寸法より狭く設定された環状に形成されている。そして、胴体部２０（被覆部材２２）と口金２８とにおける他の高圧容器１０の胴体部２０が隣り合う方向（車両幅方向）に対して直交する半径方向（車両上下方向）での部位である最大径部２２Ａ、２２Ｂ、２８Ｄ、２８Ｅ（図３参照）以外の位置にて軸方向に沿って架け渡されている。具体的には、第１補強層２６Ａは、図２に示されるように、それぞれの口金２８における最大径部２８Ｄと流路連結部２８Ａとの間から最大径部２８Ｅと流路連結部２８Ｂとの間に亘って架け渡されている。
一方、第２補強層２６Ｂは、それぞれの口金２８における最大径部２８Ｄと流路連結部２８Ｂとの間から最大径部２８Ｅと流路連結部２８Ａとの間に亘って架け渡されている。つまり、第１補強層２６Ａと第２補強層２６Ｂとは、それぞれ異なる位置にて架け渡されている。なお、第１補強層２６Ａ及び第２補強層２６Ｂとは、それぞれが最大径部２２Ａ、２２Ｂ、２８Ｄ、２８Ｅに対して径方向外側へ突出しない位置に配置されている。換言すると、口金２８の高さ方向の寸法及び胴体部２０の高さ方向の寸法が補強層２６によって増加しないように構成されている。
図５に示されるように、口金２８の表面における補強層２６が架け渡される部位には、巻付部２８Ｇ、２８Ｈが形成されている。具体的には、巻付部２８Ｇは、第１補強層２６Ａが架け渡される部位に形成されており、巻付部２８Ｈは、第２補強層２６Ｂが架け渡される部位に形成されている。また、巻付部２８Ｇと巻付部２８Ｈとがクロスする部位（軸方向視における口金２８の中心部Ｃ）は、巻付部２８Ｇの幅に合わせて巻付部２８Ｈが切欠かれている。また、巻付部２８Ｇと巻付部２８Ｈとがクロスする部位においては、巻付部２８Ｈに対して巻付部２８Ｇが第１補強層２６Ａの厚さ分軸方向内側に形成されている（図４参照）。
口金２８の表面における巻付部２８Ｇの幅方向両端側、すなわち、第１補強層２６Ａの幅方向両側には、一対のリブ２８Ｊが形成されている。このリブ２８Ｊは、巻付部２８Ｇに架け渡された第１補強層２６Ａの略面直方向、すなわち第１補強層２６Ａの板厚方向（表面に直交する方向）に突出されている。リブ２８Ｊは、口金２８の中心部Ｃから径方向外側へ向かうに連れて第１補強層２６Ａ（図１参照）の略面直方向への突出量が小さくなるように構成とされている。つまり、リブ２８Ｊは、中心部Ｃでは巻付部２８Ｇに対する突出量が最も大きく、径方向外側では突出量が最も小さくなる。なお、口金２８の径方向外側では、リブ２８Ｊよりも巻付部２８Ｇの突出量が大きくなるように形成されている。換言すると、巻付部２８Ｇは、リブ２８Ｊより大きく突出された部位を有している。
口金２８の表面における巻付部２８Ｈの幅方向両端側、すなわち、第２補強層２６Ｂの幅方向両側には、巻付部２８Ｇと同様に一対のリブ２８Ｋが形成されている。すなわち、このリブ２８Ｋは、巻付部２８Ｈに架け渡された第２補強層２６Ｂ（図１参照）の略面直方向に突出されている。リブ２８Ｋは、口金２８の中心部Ｃにて巻付部２８Ｈと同様に一部が切り欠かれていると共に、径方向外側へ向かうに連れて第２補強層２６Ｂの略面直方向への突出量が小さくなるように構成されている。つまり、リブ２８Ｋは、中心部Ｃにおける切り欠かれた部位の近傍では巻付部２８Ｈに対する突出量が最も大きく、径方向外側では突出量が最も小さくなる。なお、口金２８の径方向外側では、リブ２８Ｋよりも巻付部２８Ｈの突出量が大きくなるように形成されている。換言すると、巻付部２８Ｈは、リブ２８Ｋより大きく突出された部位を有している。
口金２８内の連通流路４８には、弁部材としての図示しないバルブが設けられており、これにより連通流路４８内を流れる流体の量をコントロール可能とされている。そして、連通流路４８は、それぞれ図示しない燃料電池スタックや供給パイプ等に接続されている。
（第１実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
本実施形態では、図１に示されるように、胴体部２０は、円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口されている。また、胴体部２０は、径方向に隣り合って複数配設されている。したがって、車両の空いているスペースに合わせた径の胴体部２０を複数設けることで、車両のキャビン空間やラゲッジ空間へ与える影響を最小限にしながら必要な胴体部２０内へ収容される流体の量を確保することができる。また、胴体部２０の開口は、口金２８によって閉塞されていると共に、口金２８を含む胴体部２０における一方側の端部と他方側の端部とに補強層２６が架け渡されている。したがって、胴体部２０の内部に高圧の流体を収容した際に口金２８が胴体部２０から離脱するのを制限することができる。
ここで、補強層２６は、胴体部２０の径寸法より狭い幅に設定された帯状に形成されており、軸方向を長手方向として口金２８を含む胴体部２０の軸方向の一方側の端部と他方側の端部とに架け渡されている。また、補強層２６は、口金２８及び胴体部２０における他の胴体部２０が隣り合う方向に対して直交する半径方向に対応した部位である最大径部２２Ａ、２２Ｂ、２８Ｄ、２８Ｅ以外の位置に架け渡されている。つまり、円柱状の胴体部２０が径方向に隣り合う場合に生じる空間Ｓ内に補強層２６を設けることができる。したがって、複数の胴体部２０を隣り合って配列した際に、隣り合う方向との直交方向の寸法の補強層２６による増加を抑制してコンパクトにすることができる。
また、補強層２６は、第１補強層２６Ａと第２補強層２６Ｂとを含んで構成されている。第１補強層２６Ａは、軸方向視にて最大径部２２Ａ、２２Ｂ、２８Ｄ、２８Ｅ以外の位置に架け渡されており、第２補強層２６Ｂは、軸方向視にて最大径部２２Ａ、２２Ｂ、２８Ｄ、２８Ｅ以外の位置でかつ第１補強層２６Ａと異なる位置に架け渡されている。この第１補強層２６Ａと第２補強層２６Ｂとは、口金２８にて交差されている。つまり、異なる位置に架け渡された複数の補強層２６が口金２８に架け渡されていることから、口金２８の胴体部２０への保持力を向上させることができる。このため、耐圧性を向上させることができる。
さらに、口金２８の表面には、補強層２６の幅方向両側に対向して一対設けられかつ補強層２６の略面直方向に突出されたリブ２８Ｊ、２８Ｋが形成されている。したがって、補強層２６がこのリブ２８Ｊ、２８Ｋによって口金２８から離脱しにくくなるため、口金２８の胴体部２０への保持力をより向上させることができる。このため、高圧容器１０の耐圧性を向上させることができる。これらにより、内部により高圧の流体を収容して貯蔵量を多くすることができる。
さらにまた、口金２８には、補強層２６が巻き付けられる巻付部２８Ｇ、２８Ｈが形成されており、この巻付部２８Ｇ、２８Ｈは、リブ２８Ｊ、２８Ｋと同一方向に突出されかつリブ２８Ｊ、２８Ｋより大きく突出された部位が形成されている。したがって、生産性の向上を目的に、口金２８と胴体部２０とに補強層２６を巻き付けるのではなく別工程にて補強層２６を予め環状に形成した場合でも、この環状の補強層２６を巻付部２８Ｇ、２８Ｈにおけるリブ２８Ｊ、２８Ｋの突出量より大きい部位から組み付けることで、補強層２６の巻付部２８Ｇ、２８Ｈひいては口金２８への組み付けが容易となる。これにより、生産性を向上させることができる。
なお、上述した実施形態では、胴体部２０は、アルミニウム合金により構成されているが、これに限らず、ナイロン樹脂等の内部の水素の透過を抑制する材料で構成されてもよい。さらに、高圧容器１０は、内部に水素が収容された構成とされているが、これに限らず、その他の気体やＬＰＧ等の液体等が収容されてもよい。
さらにまた、胴体部２０は、軸方向の両端部が開口されているが、これに限らず、軸方向の一方側の端部のみが開口された有底円筒状とされ、この軸方向の一方側の端部のみを口金２８が閉塞する構成としてもよい。
また、複数の高圧容器１０は、口金２８の連通流路４８等によってそれぞれの内部が並列に連通されているが、これに限らず、内部が直列（高圧容器１０のそれぞれの内部と口金２８との連通流路４８等とが車両平面視で蛇行した一本）に連通されていてもよい。
さらに、補強層２６は、第１補強層２６Ａと第２補強層２６Ｂとを有した構成とされているが、これに限らず、単体のみとされた構成でもよいし、３つ以上の別体の補強層を有する構成としてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
１０ 高圧容器
２０ 胴体部
２２Ａ 最大径部
２２Ｂ 最大径部
２６ 補強層
２６Ａ 第１補強層
２６Ｂ 第２補強層
２８ 口金
２８Ｄ 最大径部
２８Ｅ 最大径部
２８Ｇ 巻付部
２８Ｈ 巻付部
２８Ｊ リブ
２８Ｋ リブ

Claims (2)

  1. 円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口され、径方向に隣り合って複数配設された胴体部と、
    前記胴体部の軸方向と同一の軸を有する略円柱状に形成されると共に、複数の前記胴体部の前記開口を閉塞する口金と、
    前記胴体部の径寸法より幅が狭い帯状に形成されており、前記胴体部の軸方向を長手方向として前記口金の表面における中心部を通って前記胴体部の軸方向の前記一方側の端部と他方側の端部とに架け渡されると共に、前記口金及び前記胴体部における他の前記胴体部が隣り合う方向に対して直交する半径方向に対応した部位である最大径部以外の位置に架け渡された補強層と、
    を有し、
    前記口金の表面における前記補強層の幅方向両側に、前記補強層の略面直方向に突出された一対のリブが形成されるとともに、前記一対のリブの間に、前記補強層が巻き付けられる巻付部が形成され、
    前記リブの突出量が、前記中心部から径方向外側へ向かうに連れて小さくされるとともに、前記巻付部の突出量が、前記中心部から径方向外側へ向かうに連れて大きくされ、その径方向外側部分において、前記巻付部の突出量が、前記リブの突出量よりも大きくされている高圧容器。
  2. 前記補強層は、前記胴体部の軸方向視にて前記最大径部以外の位置に架け渡された第１補強層と、前記胴体部の軸方向視にて前記最大径部以外の位置でかつ当該第１補強層と異なる位置に架け渡された第２補強層と、を含んで構成され、
    前記第１補強層と前記第２補強層とは、前記口金の表面における中心部にて交差されている、
    請求項１に記載の高圧容器。
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