JP7859331B2 - タンクモジュール - Google Patents

Description

本開示はタンク及びタンクを保持する手段を有するタンクモジュールに関する。

特許文献１にはタンクをフレームとバンドで保持するタンクの搭載構造が開示されている。

特開２０１９－９８８０２号公報

タンクは横置きであることが主流であるが、設置スペースの事情や単位床面積当たりの水素貯蔵量を効率よく増やす観点からタンクを縦置きにすることが考えられる。一方で、タンクを縦置きにすると、移動中や使用中におけるタンクへの振動等により、下方に配置された口金等のタンクの端部（下端部）に負担がかかりの耐久性が減少する虞がある。

本開示では上記問題を鑑み、タンクを縦置きにしてもタンクのへの負担を抑えて耐久性の減少を抑えることができるタンクモジュールを提供することを目的とする。

本願は、タンク及びタンクを保持する保持装置を備えるタンクモジュールであって、タンクは、その両端のそれぞれに口金が設けられており、一方の口金が下、他方の口金が上となるように配置され、保持装置は、フレーム及びフレームの下部に配置されタンクを支持する支持部材を備え、支持部材は、タンクの下となる口金が挿入される孔、孔の周囲においてタンクの本体の一部を支持する凹部を有しており、タンクは、支持部材の孔に配置された口金がフレームに接触することなく支持部材で支持されている、タンクモジュールを開示する。

タンクモジュールでは、支持部材の凹部が、タンクのドーム状である側端部に倣った曲面を有し、凹部が側端部を支持しているように構成してもよい。

タンクモジュールでは、支持部材の孔は、タンクが軸線周りに回転しないように口金に引っ掛かる形状を具備するように構成してもよい。

タンクモジュールでは、支持部材が弾性材料により構成されてもよい。

タンクモジュールでフレームは、支持部材に配置された口金に対向する部位に開口を有しているように構成してもよい。

本開示によれば、タンクを縦に配置する構造としたときであっても、タンクの口金にタンクの重量がかからないため口金に係る負荷を抑えることができ、耐久性を向上させることが可能となる。

図１はタンクモジュール１０の構成を表す図である。 図２はタンク２０の構成を表す図である。 図３はタンクモジュール１０の断面の一部を表した図である。 図４は支持部材１３を説明する図である。 図５は他の形態例のタンクモジュールを説明する図である。

図１には本開示のタンクモジュール１０の構成を表した。図１（ａ）はタンクモジュール１０の平面図、図１（ｂ）はタンクモジュールの正面図、図１（ｃ）はタンクモジュールの底面図である。タンクモジュール１０は図１（ｂ）の正面図において紙面上下が鉛直方向で紙面下方が地、紙面上方が天である。これら図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）からわかるように、タンクモジュール１０は、保持装置１１、及び、保持装置１１に配置される高圧タンク２０を有している。

１．高圧タンクの構造
図２には１つの形態にかかる高圧タンク２０の外観を模式的に表した。高圧タンクの形態は特に限定されることはなく公知のものを用いることができるが、本形態で高圧タンク２０はタンク本体２１、口金２２、及び、弁２３を有している。

１．１．タンク本体
タンク本体２１は貯蔵対象とする流体（貯蔵媒体、例えば水素）を貯蔵する領域を形成する部位であり、空洞を有する筒状（軸線Ｏ）である。この空洞の内側に貯蔵媒体を貯め置く。タンク本体２１は、その径が概ね一定である胴体部２１ａを有し、胴体部２１ａの両端の開口がドーム状の側端部２１ｂにより狭められ、狭められた開口に口金２２が配置されている。タンク本体２１は、その内側からライナ、補強層、保護層による積層構造となっている。

ライナは、タンク本体２１の内壁を構成して内部空間を区画する中空の部材である。ライナはその内部空間に貯蔵媒体を漏らすことなく保持することができる材料で構成されていればよく、材料は公知のものを用いることができるが、例えばナイロン樹脂、ポリエチレン系の樹脂や、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属等からなるものである。ライナの厚さは特に限定されることはないが、０．５ｍｍ～１．０ｍｍであることが好ましい。
その中でも本開示の効果をより顕著に発揮できる観点からライナは樹脂であることが好ましい。

補強層は、繊維が複数層に亘って積層されるとともに、その繊維に含浸され硬化した樹脂を有している。繊維による層は、ライナの外表面に繊維束が所定の厚さにまで何層にも亘って巻き付けられて構成されている。補強層の厚さは必要な強度により決められるため特に限定されることはないが、１０ｍｍ～３０ｍｍ程度である。
補強層の繊維束には炭素繊維が用いられており、繊維束は炭素繊維が束となって所定の断面形状（例えば長方形断面）を有する帯状である。具体的には特に限定されることはないが、断面形状が、幅６ｍｍ～１０ｍｍ、厚さが０．１ｍｍ～０．１５ｍｍ程度の長方形であることが挙げられる。繊維束に含まれる炭素繊維の量も特に限定されることはないが、例えば３６０００本程度の炭素繊維からなることが挙げられる。
補強層において繊維に含浸して硬化した樹脂は、これにより繊維の強度を高めることができるものであれば特に限定されることはない。例えば熱により硬化する熱硬化樹脂を挙げることができ、例えばアミン系又は無水物系の硬化促進剤、及び、ゴム系の強化剤を含むエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等がある。その他、エポキシ樹脂を主剤とし、これに硬化剤を混ぜることにより硬化する樹脂組成物も挙げることができる。これによれば、主剤と硬化剤とを混ぜてから硬化するまでの間にこの混合物である樹脂組成物を繊維層に到達及び浸透させることで、自動的に硬化する。
以上のような補強層により高圧タンク２０の強度を保ちつつ軽量化できる。

保護層は必要に応じて補強層の外周に配置される層であり、設けられた際には例えばガラス繊維が巻かれ、ここに樹脂が含浸されてなる。含浸される樹脂は補強層１２と同様に考えることができる。これにより高圧タンク２０に対して耐衝撃性を付与することができる。保護層の厚さは特に限定されることはないが、１．０ｍｍ～２．０ｍｍ程度とすることができる。

１．２．口金
口金２２は、筒状であるタンク本体２１の側端部２１ｂに形成された２つの開口端にそれぞれ取付けられている部材である。２つの口金２２の一方は、高圧タンク２０の内外を連通する開口として機能し、高圧タンク２０に配管や弁２３（バルブ）を取り付けるための取付部として機能する。他方の口金２２は、タンク本体２１と外部との連通が規制されるように封止されている。図２からわかるように口金２２はその一端がタンク本体２１から突出するように配置されている。
本形態で高圧タンク２０はタンク本体２１に設けられた２つの口金２２の中心軸を結ぶ方向とタンク本体２１の軸線Ｏとが一致する。

１．３．弁
弁２３は２つの口金２２のうちの一方に配置され、タンク本体２１に対する貯蔵媒体の出し入れの許容と規制とを切り替える。弁２３の具体的形態は特に限定されることはなく公知のものを用いることができる。

２．保持装置の構造
保持装置１１は、高圧タンク２０を保持する装置であり、フレーム１２、支持部材１３、補助部材１４を有して構成されている。

２．１．フレーム
フレーム１２は保持装置１１の外郭を形成する部材であり、複数の枠材１２ａが枠組みされることで直方体状の枠体が形成され、その枠体内に高圧タンク２０が配置される。従って、直方体の辺を構成する部位に枠材１２ａが配置され、直方体の面に相当する部位は開口している。枠材１２ａにより形成されたこのような直方体について本形態では、１つの面に相当する部位が地面に対向するように位置付けられ、その反対側となる面に相当する部位が天に対向するように位置付けられる。

さらに本形態でフレーム１２は、直方体の地面に対向するように位置付けられた面に相当する部位に面材１２ｂが配置されている。すなわち、当該部位において枠材１２ａで囲まれた枠内に面材１２ｂが配置されて底板とされている。

２．２．支持部材
支持部材１３はフレーム１２により形成された内側（上記直方体の内側）でその下部に配置された部材であり、後述するように高圧タンク２０の下部を下から支持する部材である。図３（ａ）には図１にＡ－Ａで示した線に沿って切断した保持装置１１のうち下部に注目した図である（この図では高圧タンク２０は断面としていない。）。図３（ｂ）には図３（ａ）と同じ視点であるが、わかりやすさのため保持装置１１と高圧タンク２０とを分離して表した。また、図４（ａ）には支持部材１３の平面図、図４（ｂ）には支持部材１３の底面図を表した。図３（ａ）、図３（ｂ）に表れる支持部材１３の端面は図４（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った切断面である。これら図からわかるように、支持部材１３はブロック状の部材である。

支持部材１３はその一方の表面に凹部１３ａが設けられている。この凹部１３ａは後述するように高圧タンク２０のうちタンク本体２１の側端部２１ｂが挿入されて支える。従って、限定されることはないが、タンク本体２１の側端部２１ｂが接触したときに隙間ができ難い形状であることが好ましく、平面視でタンク本体２１の形状に沿った形状（円形でその径もタンク本体２１の外径に対応した形状）を有し、深さ方向にはタンク本体２１の側端部２１ｂのドーム状に沿った曲面を具備することが好ましい。
凹部１３ａの深さは特に限定されることはなく、タンク本体２１ｂの側端部２１ｂの少なくとも一部を支持できる深さであればよいが、タンク本体２１の下側となる側端部２１ｂの全部に接触して支持できる深さであることが好ましい。

支持部材１３はさらに凹部１３ａの最深部に支持部材１３の反対側の面に貫通する孔１３ｂを有している。すなわち、孔１３ｂの周囲において凹部１３ａが形成されている。
孔１３ｂは後述するように高圧タンク２０のうち一方の（下側となる）口金２２が挿入される。孔１３ｂに挿入される口金２２は弁２３が配置されていない側であることが好ましい。
本形態の支持部材１３では孔１３ａの深さは、口金２２がタンク本体２１から突出する突出量よりも深くなるように構成されている。これによりタンク本体２１から突出した口金２２の全部を孔１３ａの内側に収めることができる。

孔１３ａの平面視形状は、図４（ａ）、図４（ｂ）に表れているように円形でない形状であることが好ましい。ただし、この円形でない形状とする理由は、高圧タンク２０が軸線Ｏ周りに回転することを規制するために口金２２に引っ掛かる形状とされることにあるため、孔１３ａの平面視形状は、この目的を達することができるように口金２２の形状に対応して適宜設定することができる。本形態では図４（ａ）、図４（ｂ）に表れているように、円形の一部が切り欠かれ、当該円形の中心を挟んで対向するように互いに平行な直線状の部位が形成されている形状である。
孔１３ａの平面視における大きさは、孔１３ａへの口金２２の挿入の容易性及び上記した口金２２の軸線Ｏ周りの回転の規制の観点から決めることができ特に限定されることはないが、口金２２の外形より若干大きく形成されていることが好ましい。

支持部材１３を構成する材料は特に限定されることはないが、支持部材１３により高圧タンク２０にかかる振動を吸収することができる観点から弾性体であることが好ましい。より具体的には弾性体として、例えば天然ゴム、ニトリルブタジエンゴム、及び、エチレンプロピレンゴム等を挙げることができる。

本形態では４つの高圧タンク２０を保持する形態のため、１つの支持部材１３に４つの凹部１３ａ、孔１３ｂが設けられているが、その数は設置される高圧タンク２０の数に合わせることができる。また、本形態では１つの支持部材１３に複数の凹部１３ａ及び孔１３ｂが設けられているが、これに限らず１つの支持部材に１つの凹部１３ａ及び孔１３ｂが設けられており、このような支持部材が１つの保持装置に複数配置されてもよい。

２．３．補助部材
補助部材１４は必要に応じて設けられる部材であり、フレーム１２に固定され高圧タンク２０の保持を補助する部材である。本形態の補助部材１４は配置される高圧タンク２０の軸線Ｏを遮るように配置された板状の部材で、高圧タンク２０のタンク本体２１のうち胴部２１ａが通される孔が設けられている。このように、本形態で補助部材１４はタンク本体２１の胴部２１ａを支えるように補助する。これにより高圧タンク２０の横揺れ等を抑制することができる。
補助部材１４は必要に応じて設けられればよく、支持部材１３のみで十分に高圧タンクを保持できれば必ずしも設けられる必要はない。特に限定されることはないが、例えば、高圧タンク２０の軸線方向の長さが高圧タンク２０の外径に比べてかなり大きいとき（例えば１０倍以上）に補助部材１４の効果が顕著に表れることがある。

３．高圧タンクの配置、効果等
上記したように保持装置１１に高圧タンク２０が保持される。本形態では４つの高圧タンク２０がその軸線Ｏが鉛直方向に対して略平行になるように、いわゆる高圧タンク２０が縦置きになるように、保持装置１１のフレーム１２の直方体の枠組みの内側に配置される。このとき、高圧タンク２０のうち弁２３が配置されていない側の口金２２が支持部材１３の孔１３ｂに挿入される。そして当該口金２２側の側端部２１ｂが凹部１３ａの内面に密着されて保持される。これにより、高圧タンク２０が支持部材１３に支えられ、振動も吸収される。
本形態では支持部材１３の孔１３ｂの深さが口金２２の突出量より深くされているため、口金２２が支持部材１３から突出することなく孔１３ｂに内包され、口金２２がフレーム１２の面材１２ｂに触れないように構成されている。従って、高圧タンク２０を縦置きに配置しても口金２２に重量がかからず、負荷を大きく低減することができ、口金に過剰な力がかかり難いことから耐久性を高めることが可能となる。

なお、本形態では口金２２が面材１２ｂに触れないように構成されているが、振動などにより触れたときのため、または、常時触れるように構成する際には、面材１２ｂと口金２２との間に弾性材による保護部材を配置してもよい。保護部材の材料は上記支持部材と同様に考えることができる。

また、保持装置１１に予め支持部材１３を配置しておくことで、高圧タンク２０下端部にプロテクターを配置する必要がなく、作業性やコストの観点から有利となる。

４．他の形態例
図５には他の形態例を説明する図を示した。図５は図３（ａ）と同じ視点による図である。当該他の形態例では、支持部材１３の孔１３ｂ’の深さが口金２２の突出量よりも小さいとともに、フレーム１２の面材１２ｂに開口１２ｃが具備されている。この開口１２ｃは口金２２が配置された部位に対応する位置に設けられている。
このような他の形態例では、図５によく現れているように口金２２が支持部材１３の下面から突出するように配置されるが、当該突出した部位が面材１２ｂの開口１２ｃに配置される。これにより口金２２がフレーム１２に触れることがないため、上記した形態と同様の効果を奏するものとなる。

１０…タンクモジュール、１１…保持装置、１２…フレーム、１３…支持部材、１４…補助部材、１４ａ…凹部、１４ｂ…孔、２０…高圧タンク、２１…タンク本体、２１ａ…胴体部、２１ｂ…側端部、２２…口金

Claims (4)

1. タンク及び前記タンクを保持する保持装置を備えるタンクモジュールであって、
   前記タンクは、筒状である本体と、前記本体のうち前記筒状である筒の軸線が延びる方向の両端のそれぞれに設けられた口金と、を有し、一方の前記口金が下、他方の前記口金が上となるように配置され、
   前記保持装置は、フレームと、前記フレームの下部に配置され前記タンクを支持する支持部材と、を備え、
   前記支持部材は、前記タンクの下となる前記口金が挿入される孔、前記孔の周囲において前記タンクの本体の一部を支持する凹部を有しており、
   前記タンクは、前記支持部材の孔に配置された前記口金が前記フレームに接触することなく前記支持部材で支持されており、
   前記フレームは、前記支持部材に配置された前記口金に対向する部位に開口を有している、
   タンクモジュール。
2. 前記支持部材の前記凹部は、前記タンクのドーム状の側端部に倣った曲面を有し、前記凹部が前記側端部を支持している、請求項１に記載のタンクモジュール。
3. 前記支持部材の前記孔は、前記タンクが前記軸線の軸線周りに回転しないように前記口金に引っ掛かる形状を具備する、請求項１又は２に記載のタンクモジュール。
4. 前記支持部材は弾性材料により構成されている、請求項１又は２に記載のタンクモジュール。