JP7472819B2 - 高圧タンク - Google Patents

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Description

本発明は、ガスを貯留する高圧タンクに関する。
従来、このような技術分野として、例えば特許文献１に記載されるものがある。特許文献１に記載の高圧タンクは、内部にガスを貯留する貯留空間と該貯留空間と連通する開口部とを有するライナーと、ライナーの外周面に形成された補強層と、ライナーの開口部に装着されて外周に雄ネジ部が形成された口金と、ライナーの開口部を閉塞するマニホールドとを備えている。マニホールドは、蓋状に形成されており、ライナーの開口部端面と当接する当接面と、開口部内に挿入される挿入部と、口金の雄ネジ部と螺合する雌ネジ部とを有する。そして、マニホールドは、その雌ネジ部と口金の雄ネジ部と螺合することにより該口金に装着され、ライナーの開口部を閉塞する。
特開２０２０－１１２１８９号公報
しかし、上述した高圧タンクでは、万が一、タンク内のガスが開口部とマニホールドの挿入部との隙間から漏れた場合、漏れたガスがマニホールドの当接面に溜まる。これによって、マニホールドにかかる荷重が大きくなる問題が発生する。このような問題に対し、例えばマニホールドの雌ネジ部及び口金の雄ネジ部を長くし、すなわち両者の螺合する螺合部分を長くすることで、螺合による締め付け力を高める方法が検討されるが、螺合部分を長くすることに起因してガスの貯留量が減少する問題が新たに生じてしまう。
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、仮にガスが開口部と蓋状部材の挿入部との隙間から漏れたとしても、蓋状部材にかかる荷重の増加を防止できる高圧タンクを提供することを目的とする。
本発明に係る高圧タンクは、ガスを貯留する高圧タンクであって、筒状の開口部を有するライナーと、前記ライナーを覆う補強層と、前記開口部を覆う前記補強層の外側に固定され、外周に雄ネジ部が形成された筒状部材と、前記開口部を閉塞するように前記開口部内に挿入される挿入部と、前記開口部の端面と当接する当接面と、内周に形成されて前記筒状部材の前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部とを有する蓋状部材と、前記蓋状部材の前記当接面と前記高圧タンクの外部とを連通する連通路と、を備えることを特徴としている。
本発明に係る高圧タンクは、蓋状部材の当接面と高圧タンクの外部とを連通する連通路を備えるため、仮にタンク内のガスが開口部と蓋状部材の挿入部との隙間から漏れて蓋状部材の当接面に流れたとしても、漏れたガスが連通路を経由して当接面から高圧タンクの外部に流出することができる。これによって、漏れたガスが蓋状部材の当接面に溜まることを抑制でき、蓋状部材にかかる荷重の増加を防止することができる。
本発明によれば、仮にガスが開口部と蓋状部材の挿入部との隙間から漏れたとしても、蓋状部材にかかる荷重の増加を防止することができる。
第１実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 漏れたガスの流れを示す断面図である。 第２実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図である。 図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 第３実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図である。 図６のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。 第４実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図である。
以下、図面を参照して本発明に係る高圧タンクの実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明を省略する。以下の説明において、高圧タンクが燃料電池車両に搭載されて内部に高圧の水素ガスが充填される例を挙げるが、高圧タンクに充填可能なガスは、水素ガスに限定されず、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス等であっても良い。
［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図である。本実施形態の高圧タンク１は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒形状の高圧ガス貯蔵容器であって、ガスバリア性を有するライナー１０と、ライナー１０の外周面を覆うように形成された補強層２０と、を備えている。
ライナー１０は、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂材料によって形成されており、円筒状の胴体部１１と胴体部１１の軸Ｌ方向の両端に設けられた一対のドーム部１２（図１においては片側のドーム部のみを示す）とを有する。胴体部１１の軸Ｌ方向は、すなわち高圧タンク１の軸Ｌ方向である。以下の説明では、この「高圧タンクの軸Ｌ方向」を「軸Ｌ方向」と省略する。
ドーム部１２は、半球状を呈している。そして、ドーム部１２における胴体部１１とは反対側の端部には、円筒状の開口部１３が設けられている。開口部１３は、ドーム部１２よりも小さい外径を有し、軸Ｌ方向に沿ってドーム部１２から突出するように配置されている。この開口部１３は、高圧タンク１内に水素ガスを充填するための充填口、あるいは、高圧タンク１内に貯留される水素ガスを排出するための排出口として機能する。
ライナー１０は、例えば、ポリエチレンやナイロン等の樹脂を用いて回転・ブロー成形法によって一体的に形成されている。また、ライナー１０は、樹脂に代えてアルミニウム等の軽金属によって形成されても良い。更に、ライナー１０は、回転・ブロー成形法のような一体成型の製造方法に代えて、射出・押出成形等により複数に分割された部材を接合することにより形成されても良い。
補強層２０は、繊維強化樹脂によって形成されている。本実施形態では、繊維強化樹脂として炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）が用いられている。そして、この炭素繊維強化樹脂は、開口部１３を含むライナー１０の全体を覆うことにより上記補強層２０を形成する。補強層２０の厚さは、ライナー１０の胴体部１１側からドーム部１２側へ向かうにつれて厚くなっている。補強層２０における開口部１３を覆う部分の厚さは、ほぼ同じである。
開口部１３を覆う補強層２０の外側には、口金３０が固定されている。口金３０は、特許請求の範囲に記載の「筒状部材」に相当するものであり、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料により円筒状に加工されたものである。この口金３０は、軸Ｌ方向に沿って延びる円筒状の口金本体部３１と、該口金本体部３１の一端部に連結されて径方向に突出する鍔部３２とを有する。
また、口金本体部３１の外周には、後述するマニホールド４０と螺合する雄ネジ部３３が形成されている。口金本体部３１の内周には、鋸状の係止爪部３４が形成されている。口金３０は、その係止爪部３４が補強層２０の外周部に食い込むことにより、補強層２０と固定されている。
鍔部３２は、口金３０の強度を高める機能と、マニホールド４０と螺合する際にマニホールド４０の螺合深さを規制する機能とを果たすものであり、口金本体部３１と一体的に形成されている。
図１に示すように、ライナー１０の開口部１３には、マニホールド４０が装着されている。マニホールド４０は、特許請求の範囲に記載の「蓋状部材」に相当するものであり、複数本の高圧タンク１を接続するための部材である。このマニホールド４０は、略円板状の本体部４１と、本体部４１の外周縁部と連結して軸Ｌ方向に延伸する側壁部４２と、本体部４１の中央に配置されて側壁部４２の延伸側と同じ側に突出する挿入部４３と、を有する。
挿入部４３は、開口部１３を閉塞するように開口部１３内に挿入される部分であり、略円柱状を呈している。挿入部４３の外径は、開口部１３の内径よりも僅かに小さく形成されている。挿入部４３の中央には、軸Ｌ方向に沿って延びるスリット４４が設けられている。このスリット４４は、挿入部４３を開口部１３に挿入する際に、挿入部４３を変形させて挿入し易くするための構造である。また、挿入部４３には、周溝４５が設けられている。周溝４５には、挿入部４３と開口部１３との間の密閉性を保つＯリング５０が嵌め込まれている。
本体部４１は、該マニホールド４０の天板に該当する部分である。本体部４１の内面は、開口部１３の端面１３ａと当接する当接面になるので、以下では、該内面をマニホールド４０の当接面４７と称する。なお、本実施形態では、当接面４７に対応する開口部１３の端面１３ａ、補強層２０の端面２０ａ、及び口金３０の端面３０ａは、面一となっている。また、側壁部４２の内周には、口金３０の雄ネジ部３３と螺合する雌ネジ部４６とが形成されている。
また、本実施形態の高圧タンク１は、マニホールド４０の当接面４７と高圧タンク１の外部とを連通する連通路６０を更に備えている。以下、図１及び図２を参照して連通路６０を詳細に説明する。
図２は図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。連通路６０は、マニホールド４０の当接面４７に設けられた凹溝４８を含む。凹溝４８は、マニホールド４０の径方向に沿って、マニホールド４０の中心側から雌ネジ部４６側まで延びるように形成されている。凹溝４８は、例えばマニホールド４０の周方向の３箇所において等間隔（１２０°ずつ）に配置されている。そして、該凹溝４８は、マニホールド４０の雌ネジ部４６と口金３０の雄ネジ部３３とを螺合する螺合部分と共に連通路６０を構成する。
このように構成された高圧タンク１では、図３の矢印に示すように、万が一Ｏリング５０の不具合等の原因でタンク内の水素ガスが開口部１３とマニホールド４０の挿入部４３との隙間から漏れてマニホールド４０の当接面４７に流れたとしても、漏れた水素ガスが当接面４７に設けられた凹溝４８、及びマニホールド４０の雌ネジ部４６と口金３０の雄ネジ部３３との螺合部分を経由し、高圧タンク１の外部に流出することができる。すなわち、凹溝４８、及びマニホールド４０の雌ネジ部４６と口金３０の雄ネジ部３３との螺合部分は、漏れた水素ガスの抜け道になる。これによって、漏れた水素ガスがマニホールド４０の当接面４７に溜まることを防止できるので、マニホールド４０にかかる荷重の増加を防止することができる。
［第２実施形態］
以下、図４及び図５を参照して高圧タンクの第２実施形態を説明する。本実施形態の高圧タンク１Ａは、連通路の構造において上述した第１実施形態と異なっているが、その他の構造は第１実施形態と同様である。以下では、その相違点のみを説明する。
図４は第２実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図であり、図５は図４のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。本実施形態の高圧タンク１Ａにおいて、連通路６１は、マニホールド４０の当接面４７から軸Ｌ方向に沿って該マニホールド４０を貫通する貫通孔４９によって構成されている。すなわち、貫通孔４９は、当接面４７からマニホールド４０の本体部４１を貫通するものである。このような貫通孔４９は、一つでも良く、複数でも良い。図５に示すように、本実施形態では、貫通孔４９は、４つであって、マニホールド４０の周方向に沿って等間隔（９０°ずつ）に配置されている。
このように構成された高圧タンク１Ａでは、万が一Ｏリング５０の不具合等の原因でタンク内の水素ガスが開口部１３とマニホールド４０の挿入部４３との隙間から漏れてマニホールド４０の当接面４７に流れたとしても、漏れた水素ガスが貫通孔４９を経由して高圧タンク１Ａの外部に流出することができる。これによって、漏れた水素ガスがマニホールド４０の当接面４７に溜まることを防止できるので、マニホールド４０にかかる荷重の増加を防止することができる。
［第３実施形態］
以下、図６及び図７を参照して高圧タンクの第３実施形態を説明する。本実施形態の高圧タンク１Ｂは、連通路の構造において上述した第１実施形態と異なっているが、その他の構造は第１実施形態と同様である。以下では、その相違点のみを説明する。
図６は第３実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図であり、図７は図６のＣ－Ｃ線に沿う断面図である。本実施形態の高圧タンク１Ｂでは、連通路６２は、マニホールド４０の当接面４７と対向する口金３０の端面３０ａに設けられた凹溝３５を含む。
図６及び図７に示すように、凹溝３５は、口金３０の径方向に沿って、補強層２０側から口金３０の雄ネジ部３３側まで延びるように形成されている。凹溝３５は、例えば口金３０の周方向の３箇所において等間隔（１２０°ずつ）に配置されている。そして、該凹溝３５は、マニホールド４０の雌ネジ部４６と口金３０の雄ネジ部３３とを螺合する螺合部分と共に、連通路６２を構成する。
このように構成された高圧タンク１Ｂでは、万が一Ｏリング５０の不具合等の原因でタンク内の水素ガスが開口部１３とマニホールド４０の挿入部４３との隙間から漏れてマニホールド４０の当接面４７に流れたとしても、漏れた水素ガスが口金３０の端面３０ａに設けられた凹溝３５、及びマニホールド４０の雌ネジ部４６と口金３０の雄ネジ部３３との螺合部分を経由し、高圧タンク１Ｂの外部に流出することができる。これによって、漏れた水素ガスがマニホールド４０の当接面４７に溜まることを防止できるので、マニホールド４０にかかる荷重の増加を防止することができる。
なお、この場合、マニホールド４０の当接面４７に対向する補強層２０の端面２０ａには、口金３０の端面３０ａに設けられた凹溝３５とつなぐ凹溝が更に形成されても良い。このようにすれば、当接面４７に流れた水素ガスをよりスムーズに高圧タンク１Ｂの外部に流出させることができる。
［第４実施形態］
以下、図８を参照して高圧タンクの第４実施形態を説明する。本実施形態の高圧タンク１Ｃは、連通路の構造において上述した第１実施形態と異なっているが、その他の構造は第１実施形態と同様である。以下では、その相違点のみを説明する。
図８は第４実施形態に係る高圧タンクの要部を示す部分断面図である。本実施形態の高圧タンク１Ｃでは、連通路６３は、補強層２０の内部に設けられて一端がマニホールド４０の当接面４７と連通し、他端が高圧タンク１Ｃの外部と連通する孔部２１である。具体的に、図８に示すように、孔部２１は、例えばＬ字状を呈しており、軸Ｌ方向に沿って延びる第１部分２１ａと、第１部分２１ａと連通して軸Ｌ方向と直交する径方向に延びる第２部分２１ｂとを有する。第１部分２１ａの一端は当接面４７と連通し、他端は口金３０の軸Ｌ方向の長さを超えている。このようにすることで、該他端に連結された第２部分２１ｂと、口金３０との干渉を防止できる。
なお、このような孔部２１は、一つでも良く、複数であっても良い。例えば、補強層２０の周方向の４箇所において等間隔（９０°ずつ）に設けられている。なお、孔部２１の断面形状は特に限定されず、円形でも良く、四角形等であっても良い。
このように構成された高圧タンク１Ｃでは、万が一Ｏリング５０の不具合等の原因でタンク内の水素ガスが開口部１３とマニホールド４０の挿入部４３との隙間から漏れてマニホールド４０の当接面４７に流れたとしても、漏れた水素ガスが孔部２１を経由し、高圧タンク１Ｃの外部に流出することができる。これによって、漏れた水素ガスがマニホールド４０の当接面４７に溜まることを防止できるので、マニホールド４０にかかる荷重の増加を防止することができる。
なお、ここでは、孔部２１の中に樹脂材料からなる管が更に埋め込まれても良い。すなわち、連通路は、補強層２０の内部に設けられて一端が当接面４７と連通し、他端が高圧タンク１Ｃの外部と連通する管により構成される。この場合、同様な作用効果を得られる。
上述の実施形態では、蓋状部材としてマニホールド４０の例を挙げて説明したが、蓋状部材はキャップ、バルブ部材などであっても良く、マニホールド４０を用いた場合と同様な作用効果を得られる。
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。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 高圧タンク
１０ ライナー
１２ ドーム部
１３ 開口部
１３ａ 端面
２０ 補強層
２１ 孔部
３０ 口金（筒状部材）
３３ 雄ネジ部
３５ 凹溝
４０ マニホールド（蓋状部材）
４３ 挿入部
４６ 雌ネジ部
４７ 当接面
４８ 凹溝
４９ 貫通孔
５０ Ｏリング
６０，６１，６２，６３ 連通路

Claims (1)

  1. ガスを貯留する高圧タンクであって、
    筒状の開口部を有するライナーと、
    前記ライナーを覆う補強層と、
    前記開口部を覆う前記補強層の外側に固定され、外周に雄ネジ部が形成された筒状部材と、
    前記開口部を閉塞するように前記開口部内に挿入される挿入部と、前記開口部の端面と当接する当接面と、内周に形成されて前記筒状部材の前記雄ネジ部と螺合する雌ネジ部とを有する蓋状部材と、
    前記蓋状部材の前記当接面と前記高圧タンクの外部とを連通する連通路と、
    を備え、
    前記連通路は、前記筒状部材の前記雄ネジ部と前記蓋状部材の前記雌ネジ部との螺合部分、及び、前記蓋状部材の前記当接面に設けられて該当接面と前記螺合部分とを連通する溝によって構成されていることを特徴とする高圧タンク。
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