KR20230011242A - 고압 탱크 유닛 - Google Patents

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KR20230011242A
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liner
pressure tank
reinforcing layer
cylindrical body
tank unit
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KR1020220083858A
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유키 가이
오사무 사와이
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

제1 보강층과 제2 보강층의 접착력이 향상된 고압 탱크의 제조 방법을 제공한다.
고압 탱크(10)와, 고압 탱크(10)에 접속되는 접속 부재(30)를 구비한 탱크 유닛(1)이다. 접속 부재(30)는, 라이너(11)와 삽입부(31) 사이에 배치되고, 수용 공간 S를 밀봉하는 환 형상의 시일 부재(61, 62)를 구비하고 있다. 고압 탱크(10)는, 라이너(11)와 보강층(12) 사이에 있어서, 라이너(11)의 외주면(11a)을 주회하도록, 시일 부재(61, 62)에 대향한 위치에 배치되고, 네크부(15)의 내주면의 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한하는 통 형상체(40A)를 구비하고 있다. 통 형상체(40A)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 라이너(11)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률 및 보강층(12)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률보다도 높다.

Description

고압 탱크 유닛{HIGH-PRESSURE TANK UNIT}
본 발명은, 고압 탱크와, 이것에 접속되는 접속 부재를 구비한, 고압 탱크 유닛에 관한 것이다.
예를 들어, 천연가스 자동차 또는 연료 전지 자동차 등에는, 연료 가스를 저장하는 고압 탱크가 이용되고 있다. 이러한 종류의 고압 탱크는, 고압 가스인 유체를 수용하는 라이너와, 라이너의 외주면을 덮는 섬유 강화 수지로 이루어지는 보강층을 구비하고 있다.
고압 탱크는, 고압 가스를 수용하는 수용 공간이 형성된 동체부와, 동체부의 단부에 연속하여 형성된 네크부를 구비하고 있다. 네크부에는, 동체부의 수용 공간에 연통하는 개구부가 형성되고, 이 개구부는, 매니폴드, 브래킷 등의 접속 부재에 의해, 접속되어 있다. 접속 부재에는, 고압 탱크의 개구부로부터 라이너의 내주면을 따라서 삽입되는 삽입부가 형성되어 있고, 라이너와 삽입부 사이에는, 수용 공간을 밀봉하는 환 형상의 시일 부재가 마련되어 있다.
일본 특허 공개 제2020-112189호 공보
그러나, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 고압 탱크의 수용 공간에, 고압의 유체를 충전했을 때에, 그 유체의 내압에 의해, 동체부가 직경 방향으로 확대되려고 할 때에는, 네크부도 직경 방향으로 확대되려고 한다. 이 때문에, 네크부의 라이너에 대하여, 삽입부에 마련된 시일 부재의 면압이 저하되어 버려, 고압 탱크의 네크부의 시일성이 저하되는 경우가 있다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이고, 고압 탱크의 네크부에 있어서의 시일 부재의 시일성을 확보할 수 있는 고압 탱크 유닛을 제공한다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명에 관한 고압 탱크 유닛은, 유체를 수용하는 수용 공간이 형성되고, 적어도 일단측에 개구부가 형성된 라이너와, 상기 라이너의 외주면을 덮는 섬유 강화 수지로 이루어지는 보강층을 갖고, 상기 수용 공간을 포함하는 동체부와, 상기 동체부의 적어도 한쪽의 단부에 연속되고, 상기 개구부가 형성된 네크부를 구비한 고압 탱크와, 상기 네크부에 있어서, 상기 개구부로부터 상기 라이너의 내주면을 따라서 삽입되는 삽입부가 형성됨과 함께, 상기 개구부를 덮도록, 상기 고압 탱크에 접속되는 접속 부재를 구비한 탱크 유닛이며, 상기 접속 부재는, 상기 라이너와 상기 삽입부 사이에 배치되고, 상기 수용 공간을 밀봉하는 환 형상의 시일 부재를 구비하고 있고, 상기 고압 탱크는, 상기 라이너와 상기 보강층 사이에 있어서, 상기 라이너의 외주면을 주회하도록, 적어도 상기 시일 부재에 대향한 위치에 배치되고, 상기 네크부의 내주면의 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한하는 통 형상체를 구비하고, 상기 통 형상체의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 상기 라이너의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률 및 상기 보강층의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률보다도 높은 것을 특징으로 한다.
발명에 의하면, 고압 탱크의 네크부에는, 개구부로부터 접속 부재의 삽입부가 삽입되어 있고, 환 형상의 시일 부재가 네크부의 라이너에 접촉함으로써, 수용 공간을 밀봉하고 있다. 여기서, 고압 탱크의 수용 공간에, 고압의 유체를 충전했을 때에는, 그 유체의 내압에 의해, 동체부 및 네크부도 직경 방향으로 확대되려고 하지만, 본 발명에서는, 라이너와 보강층 사이에 있어서, 라이너의 외주면을 주회하도록, 통 형상체가, 시일 부재에 대향한 위치에 배치되고, 이 통 형상체는, 네크부의 내주면이 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한한다. 즉, 이 변형을 제한하는 구체적 구성으로서, 본 발명에 따르면, 통 형상체의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 라이너의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률 및 보강층의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률보다도 높다. 이에 의해, 통 형상체가 없는 경우에 비하여, 고압의 유체에 기인한 후프 응력에 의해, 라이너의 직경 방향의 확대를, 통 형상체로 억제할 수 있다. 이러한 결과, 고압 탱크의 네크부에 있어서의 시일 부재의 시일성을 확보할 수 있다.
더욱 바람직한 양태로서는, 상기 통 형상체 중, 상기 동체부측의 단부를 포함하는 부분은, 상기 동체부측의 단부로 진행함에 따라, 두께가 얇아지고 있다. 이 양태에 의하면, 상기 동체부측의 단부를 포함하는 부분은, 동체부측의 단부로 진행함에 따라 두께가 얇아지고 있으므로, 동체부측의 단부는 변형되기 쉽다. 이에 의해, 고압 탱크의 수용 공간에, 고압의 유체를 충전했을 때에, 통 형상체의 단부가, 직경 방향으로 팽창되도록, 라이너의 변형에 추종하기 때문에, 이 단부에 접촉한 라이너의 부분에 작용하는 응력을 저감할 수 있다.
더욱 바람직한 양태로서는, 상기 통 형상체의 양단부 중, 상기 동체부측의 적어도 단부는, 상기 통 형상체의 재료보다도 연질의 쿠션재로 덮여 있다. 이 양태에 의하면, 고압 탱크의 수용 공간에, 고압의 유체를 충전했을 때에, 통 형상체의 단부에 라이너가 직접 접촉하지 않고, 쿠션재를 통해 접촉하기 때문에, 쿠션재는, 라이너의 변형에 추종하여, 라이너에 작용하는 응력을 저감할 수 있다.
또한, 바람직한 양태로서는, 상기 라이너의 외주면에 대향하는 상기 통 형상체의 대향면 중, 상기 동체부측의 대향면은, 상기 라이너의 외주면으로부터 이격되도록, 상기 통 형상체의 직경 방향으로 확대되어 있다.
이 양태에 의하면, 동체부측의 대향면은, 라이너의 외주면으로부터 이격되도록, 통 형상체의 직경 방향으로 확대되어 있기 때문에, 통 형상체의 내연에 라이너가 접촉하는 것을 회피할 수 있어, 라이너의 손상을 회피할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고압 탱크의 네크부에 있어서의 시일 부재의 시일성을 확보할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 탱크 유닛의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 A-A선을 따른 탱크 유닛의 단면도이다.
도 3a는, 도 2에 도시하는 브래킷측의 탱크 유닛의 주요부 확대 단면도이다.
도 3b는, 도 2에 도시하는 매니폴드측의 탱크 유닛의 주요부 확대 단면도이다.
도 4는, 제2 실시 형태에 관한 도 3b에 대응하는 탱크 유닛의 주요부 확대 단면도이다.
도 5는, 제2 실시 형태의 변형예에 관한 도 3b에 대응하는 탱크 유닛의 주요부 확대 단면도이다.
이하에, 도 1 내지 도 5를 참조하면서 본 발명에 관한 탱크 유닛(1)의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 탱크 유닛(1)은, 고압 탱크(10)와, 고압 탱크(10)의 양단에 접속되는 한 쌍의 접속 부재(30, 30)를 구비하고 있다.
고압 탱크(10)는, 연료 전지 차량에 탑재되는 고압의 수소 가스가 충전되는 탱크이다. 고압 탱크(10)에 충전 가능한 가스로서는, 고압의 수소 가스에 한정되지 않고, CNG(압축 천연가스) 등의 각 압축 가스, LNG(액화 천연가스), LPG(액화 석유 가스) 등의 각종 액화 가스, 그 밖의 가스(유체)가 충전되어도 되고, 내압 시험용으로 일시적으로 액체 등의 유체가, 충전되어도 된다.
고압 탱크(10)는, 수소 가스를 수용하는 수용 공간 S가 형성되고, 양측에 개구부(13)가 형성된 라이너(11)와, 라이너(11)의 외주면(11a)을 덮도록, 라이너(11)에 적층된 보강층(12)을 구비하고 있다. 라이너(11)는, 가스 배리어성을 갖는 재료로 이루어지고, 보강층(12)은, 섬유 강화 수지로 이루어진다.
고압 탱크(10)는, 상술한 수용 공간 S를 포함하는 동체부(14)와, 동체부(14)의 단부에 연속되고, 개구부(13)가 형성된 한 쌍의 네크부(15, 15)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 고압 탱크(10)의 양측에 네크부(15, 15)가 형성되어 있지만, 고압 탱크(10)는, 일방측에만 네크부(15)가 형성된 보틀 형상의 구조여도 된다.
동체부(14) 및 네크부(15)는, 모두, 라이너(11)와 보강층(12)을 적층한 구조이고, 본 실시 형태에서는, 네크부(15)에는, 라이너(11)와 보강층(12) 사이에 중간층으로서, 후술하는 통 형상체(40A)가 배치되어 있다. 또한, 후술하는 통 형상체(40A)는, 네크부(15)를 형성하는 라이너(11)의 외주면(11d)의 전체를 덮어도 된다. 그러나, 후술하는 시일성을 확보할 수 있는 것이라면, 네크부(15)에 있어서, 라이너(11)의 외주면(11d)의 일부를 덮고, 나머지 표면(구체적으로는, 개구부(13)측의 외주면)을, 보강층(12)으로 덮어도 된다.
본 실시 형태에서는, 동체부(14)는, 통 형상의 일례로서 원통 형상의 본체부(14a)와, 본체부(14a)로부터 동체부(14)의 단부로 진행함에 따라, 내경 및 외경이 직경 축소된 견부(14b)를 구비하고 있다. 견부(14b)는, 원뿔대 형상의 통 형상 부분이고, 견부(14b)에 연속되도록 네크부(15)가 형성되어 있다.
네크부(15)에는, 보강층(12)의 외주면(12a)에, 환 형상의 구금(20)이 설치되어 있다. 구금(20)의 내주면(22)에는, 복수의 돌기가 형성되어 있고, 보강층(12)은, 내주면(22)에 파고들도록(구체적으로는 돌기끼리의 사이에 파고들도록) 형성되어 있다. 이에 의해, 구금(20)을, 보강층(12)에 걸림 지지할 수 있다. 구금(20)의 외주면(21)에는, 수나사가 형성되어 있고, 이 수나사를, 후술하는 접속 부재(30)에 형성된 내벽면(34)의 암나사에 나사 결합할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 라이너(11)를 구성하는 수지로서는, 가스 배리어성이 양호한 수지인 것이 바람직하다. 이러한 수지로서는, 폴리프로필렌계 수지, 나일론계 수지(예를 들어 6-나일론 수지 또는 6,6-나일론 수지), 폴리카르보네이트계 수지, 아크릴계 수지, ABS계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-비닐알코올 공중합 수지(EVOH) 또는 폴리에스테르계 수지 등의 열가소성 수지를 들 수 있다.
보강층(12)은, 강화 섬유에, 매트릭스 수지로서 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 함침된 것이다. 본 실시 형태에서는, 강화 섬유는 섬유 다발이다. 강화 섬유로서는, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 보론 섬유 및 탄소 섬유 등의 강화 섬유를 사용할 수 있고, 특히 경량성이나 기계적 강도 등의 관점에서 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 매트릭스 수지로서는, 열경화성 수지가 바람직하고, 열경화성 수지로서는, 페놀계 수지, 멜라민계 수지, 우레아계 수지 또는 에폭시계 수지이고, 기계적 강도 등의 관점에서 에폭시계 수지 전구체를 사용하는 것이 바람직하다. 에폭시계 수지는, 미경화 상태에서는 유동성이 있고, 열경화 후에는 강인한 가교 구조를 형성하는 에폭시계 수지가 된다.
보강층(12)은, 필라멘트 와인딩법 또는 시트 와인딩법에 의해, 라이너(11)의 외주면(11a)에, 매트릭스 수지가 함침된 섬유 다발을 권회한 것이다. 보강층(12)은, 고압 탱크(10)의 축선 CL에 대하여 섬유 다발이 경사지게 감긴 헬리컬 감기의 층이어도 되고, 예를 들어 고압 탱크(10)의 축선 CL에 대하여 섬유 다발이 경사지게 짜여진 층이어도 된다.
고압 탱크(10)의 네크부(15)에 접속되는 한 쌍의 접속 부재(30, 30)는, 알루미늄, 강 등의 금속제의 부재이고, 브래킷(30A)과, 매니폴드(30B)로 구성되어 있다. 브래킷(30A)은, 복수의 고압 탱크(10, 10)를, 일체적으로 구속하여, 차량에 설치하기 위한 부재이다.
매니폴드(30B)는, 고압 탱크(10)의 수용 공간 S에 수소 가스를 도입하고, 이 수용 공간 S로부터 수소 가스를 방출하는 가스 유로가 형성된 부재이다. 브래킷(30A) 및 매니폴드(30B)는, 도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 가스 유로의 형성의 유무가 주로 상이하기 때문에, 도 3b를 참조하여, 접속 부재(30)로서의, 매니폴드(30B)의 구조에 대하여 설명한다.
매니폴드(30B)는, 고압 탱크(10)의 축 방향 CL의 단부에 형성된 개구부(13)를 덮도록 형성되어 있고, 매니폴드(30B)는, 삽입부(31)와, 캡부(32)를 구비하고 있다. 캡부(32)는, 구금(20)에 나사 장착함과 함께, 고압 탱크(10)의 단부면을 덮는 부분이고, 캡부(32)의 중앙에, 삽입부(31)가 형성되어 있다.
삽입부(31)는, 고압 탱크(10)의 네크부(15)에 있어서, 개구부(13)로부터 라이너(11)의 내주면(11b)(구체적으로는, 네크부(15)의 내주면(15a))을 따라서 삽입되는 마개 형상 부분이다. 삽입부(31)의 외주면(31b)에는, 그 둘레 방향을 따라, 환 형상 홈(35)이 형성되어 있고, 환 형상 홈(35)에는, 수용 공간 S를 밀봉하는 환 형상의 시일 부재(61, 62)가 배치되어 있다. 시일 부재(61, 62)는, 가스 배리어성을 가진 수지 재료 또는 고무 재료 등의 탄성을 가진 재료로 이루어진다.
그런데, 고압 탱크(10)의 수용 공간 S에, 고압의 수소 가스를 충전했을 때에, 수소 가스의 내압에 의해, 고압 탱크(10)의 동체부(14)가 직경 방향으로 확대되려고 한다. 이때에는, 네크부(15)도 직경 방향으로 확대되려고 하기 때문에, 네크부(15)의 라이너(11)에 대하여, 삽입부(31)에 마련된 시일 부재(61, 52)의 면압이 저하되어 버려, 고압 탱크(10)의 네크부(15)의 시일성이 저하되는 경우가 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 고압 탱크(10)는, 라이너(11)와 보강층(12) 사이에 있어서, 라이너(11)의 외주면(11d)을 주회하도록, 시일 부재(61, 62)에 대향한 위치에, 통 형상체(40A)를 구비하고 있다. 통 형상체(40A)는, 네크부(15)의 내주면(15a)이 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한하는 부재이다.
여기서, 「네크부(15)의 내주면(15a)이 직경 방향으로 확대되는 변형」이란, 수소 가스의 압력에 의해, 네크부(15)에 후프 응력이 발생하여 직경 방향으로 확대되려고 하는 변형이며, 네크부(15)를 형성하는 라이너(11)(보다 구체적으로는 시일 부재(61, 62)에 맞닿는 라이너(11)의 부분)가, 직경 방향으로 확대되는 변형을 말한다.
또한, 통 형상체(40A)의 내주면(대향면)(41)은, 네크부(15)를 구성하는 라이너(11)의 외주면(11d)에 맞닿아 있다. 통 형상체(40A) 중, 동체부(14)측의 단부(43)를 포함하는 부분은, 동체부(14)측의 단부(43)로 진행함에 따라, 두께가 얇아지고 있다. 보다 구체적으로는, 두께가 얇아진 부분은, 삽입부(31)의 선단면보다도 동체부(14)측의 위치에 있고, 보다 바람직하게는, 동체부(14)의 견부(14b)의 표면에 접촉한 부분이다.
본 실시 형태에서는, 통 형상체(40A)는, 고압 탱크(10)의 단부면보다도 내측(동체부(14)측)으로부터, 동체부(14)의 견부(14b)의 일부까지 연장되고, 보강층(12)은, 통 형상체(40A)의 단부면 중, 고압 탱크(10)의 외측의 단부면을 덮고 있다. 이에 의해, 고압 탱크의 축 방향을 따른 통 형상체(40A)의 빠져나감을 방지 할 수 있다. 단, 시일 부재(61, 62)에 대향하는 위치에 배치되고, 시일 부재(61, 62)의 시일성을 확보할 수 있는 것이라면, 예를 들어 후술하는 제2 실시 형태와 같이, 통 형상체(40A)의 양단부는, 고압 탱크(10)의 단부면에 도달해도 된다.
통 형상체(40A)의 재료로서는, 스테인리스강, 알루미늄강 등의 금속 재료, 섬유 강화 수지 등을 들 수 있고, 네크부(15)의 내주면(15a)이, 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한할 수 있는 관계를 충족할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 여기서, 네크부(15)의 내주면(15a)이, 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한하는 구체적인 구성으로서는, 통 형상체(40A)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 라이너(11)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률 및 보강층(12)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률보다도 높다.
구체적으로는, 세로 탄성률은 영률을 말하며, 라이너(11)는, 열가소성 수지로 이루어지고, 열가소성 수지는, 기계적으로 등방성을 가진 재료이므로, 라이너(11)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 그 열가소성 수지 자체의 세로 탄성률이다. 마찬가지로, 통 형상체(40A)가, 스테인리스강 등의 금속 재료로 이루어지는 경우에는, 스테인리스강 등의 금속 재료는, 기계적으로 등방성을 가진 재료이므로, 통 형상체(40A)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 그 금속 재료 자체의 세로 탄성률이다.
단, 보강층(12)은, 섬유 강화 수지로 이루어지고, 본 실시 형태에서는, 섬유 다발이 소정의 방향으로 배향되어 있는 점에서, 이방성을 가진 재료로 이루어진다. 이 경우에는, 보강층(12)의 세로 탄성률은, 보강층(12)의 네크부(15)의 둘레 방향을 따른 세로 탄성률이다.
네크부(15)의 둘레 방향을 따른 세로 탄성률이란, 이들 각 부재와 동일한 재료로 이루어지는 인장 시험편이며, 그 둘레 방향의 재료 구성을, 인장 방향에 적합한 인장 시험편을 준비하고, 인장 시험편을 인장함으로써, 측정할 수 있다.
예를 들어, 보강층(12)을 구성하는 섬유 강화 수지의 섬유 다발이, 네크부(15)의 둘레 방향을 따라 배향되어 있는 경우에는, 인장 방향을 따라 강화 섬유가 배향된, 섬유 강화 수지의 인장 시험편의 세로 탄성률을 측정한다. 한편, 네크부(15)의 축심(즉, 고압 탱크(10)의 축선 CL)과 평행이 되도록, 섬유 다발이 배향 되어 있는 경우에는, 인장 방향과 직교하는 방향으로 강화 섬유가 배향된, 섬유 강화 수지의 인장 시험편의 세로 탄성률을 측정한다.
예를 들어, 라이너(11)가, 열가소성 수지로 이루어지고, 보강층(12)이, 섬유 강화 수지로 이루어지는 경우에는, 통 형상체(40A)는, 스테인리스강 등의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 보강층(12)이, 강화 섬유로서, 탄소 섬유로 이루어지는 섬유 다발을 포함하고, 이 섬유 다발이, 고압 탱크(10)의 축선 CL에 대하여 경사지도록 형성되어 있는 경우에는, 통 형상체(40A)는, 후프 감기된 섬유 강화 수지로 이루어져도 된다.
이러한 고압 탱크(10)의 제조 시에는, 용융된 열가소성 수지로부터 압출 성형에 의해, 라이너(11)를 제작하고, 그 후, 라이너(11)의 양단에 통 형상체(40A, 40A)를 끼워 맞춘다. 이어서, 통 형상체(40A, 40A)와 함께 라이너(11)에, 예를 들어 필라멘트 와인딩법에 의해, 보강층(12)을 형성한다. 보강층(12)의 매트릭스 수지가 열경화성 수지인 경우에는, 열경화시키기 전에, 양단의 각 네크부(15)에 구금(20)을 설치하여, 열경화성 수지를 열경화시킨다.
본 실시 형태에 따르면, 고압 탱크(10)의 네크부(15)에는, 개구부(13)로부터 접속 부재(30)의 삽입부(31)가 삽입되어 있고, 환 형상의 시일 부재(61, 62)가 네크부(15)의 내주면(15a)에 접촉함으로써, 수소 가스의 수용 공간 S를 밀봉할 수 있다.
여기서, 고압 탱크(10)의 수용 공간 S에, 고압의 유체를 충전했을 때에는, 그 유체의 내압에 의해, 동체부(14) 및 네크부(15)가, 고압 탱크(10)의 직경 방향으로 확대되려고 한다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 라이너(11)와 보강층(12) 사이에 있어서, 라이너(11)의 외주면(11d)을 주회하도록, 통 형상체(40A)가, 시일 부재(61, 62)에 대향한 위치에 배치되고, 이 통 형상체(40A)는, 네크부(15)의 내주면(15a)이 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한한다.
즉, 이 변형을 제한하는 구체적 구성으로서, 네크부(15)에 있어서, 통 형상체(40A)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 라이너(11) 및 보강층(12)의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률보다도 높다. 이에 의해, 통 형상체(40A)가 없는 경우에 비하여, 고압의 수소 가스에 기인한 후프 응력에 의해, 라이너(11)의 직경 방향의 확대를, 통 형상체(40A)로 억제할 수 있다. 이러한 결과, 고압 탱크(10)의 네크부(15)에 있어서의 시일 부재(61, 62)의 시일성을 확보할 수 있다.
이것에 더하여, 통 형상체(40A)는, 동체부(14)측의 단부를 포함하는 부분은, 동체부(14)측의 단부로 진행함에 따라 두께가 얇아지고 있으므로, 동체부(14)측의 단부는, 변형되기 쉽다. 이에 의해, 고압 탱크의 수용 공간에, 고압의 수소 가스를 충전했을 때에, 통 형상체(40A)의 단부(43)가, 직경 방향으로 팽창되도록, 라이너(11)의 변형에 추종한다. 이 때문에, 이 단부(43)에 접촉한 라이너(11)의 부분에 작용하는 응력을 저감하여, 라이너(11)의 파손을 방지할 수 있다.
이하에, 제2 실시 형태에 관한 탱크 유닛(1)을 설명한다. 도 4는, 제2 실시 형태에 관한 도 3b에 대응하는 탱크 유닛(1)의 주요부 단면도이다. 제2 실시 형태에 관한 탱크 유닛(1)이, 제1 실시 형태와 상이한 점은, 통 형상체(40B)의 형상과, 통 형상체(40B)의 단부(43)에, 환 형상의 캡(쿠션재)(55)을, 마련한 점이다.
본 실시 형태에서는, 통 형상체(40B)의 일방측의 단부는, 고압 탱크(40)에 대하여 노출되어 있고, 통 형상체(40B)의 타방측의 단부(43), 즉 동체부(14)측의 단부(43)는, 통 형상체(40B)의 재료보다도 연질의 캡(55)으로 덮여 있다. 캡(55)은, 동체부(14)측으로 진행함에 따라 끝이 가늘게 되어 있다.
구체적으로는, 여기에서 캡(55)의 재료로서는, 통 형상체(40B)의 재료가 금속인 경우에는, 이것보다도 탄성 변형되기 쉬운 수지 재료 또는 고무 재료로 이루어진다. 보다 바람직하게는, 캡(55)의 재료는, 라이너(11)의 재료보다도 연질의 재료여도 되지만, 예를 들어 라이너(11)와 동일한 재료여도 된다.
이 양태에 의하면, 고압 탱크(10)의 수용 공간 S에, 고압의 수소 가스를 충전했을 때에, 통 형상체(40B)의 단부(43)에 라이너(11)가 직접 접촉하지 않고, 캡(쿠션재)(55)을 통해 접촉한다. 이에 의해, 통 형상체(40B)가 라이너(11)에 접촉한 영역 중, 이 영역의 테두리부(11c)에 작용하는 응력을 저감할 수 있다.
이러한 점에서, 예를 들어 도 5의 변형예에 도시하는 바와 같이, 라이너(11)의 외주면(11a)에 대향하는 통 형상체(40B)의 대향면(41) 중, 동체부(14)측의 대향면(41a)이, 라이너(11)의 외주면(11a)으로부터 이격되도록, 통 형상체(40B)의 직경 방향으로 확대되어 있어도 된다. 이에 의해, 동체부(14)측의 대향면(41a)은, 라이너(11)의 외주면(11a)으로부터 이격되도록, 통 형상체(40B)의 직경 방향으로 확대되어 있기 때문에, 통 형상체(40B)의 내연에 라이너(11)가 접촉하는 것을 회피할 수 있어, 라이너(11)의 손상을 회피할 수 있다. 동체부(14)측의 대향면(41a)과, 라이너(11)의 외주면(11a) 사이에, 상술한 쿠션성을 가진 재료가 더 배치되어 있어도 된다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 설계 변경을 행할 수 있는 것이다.
1: 탱크 유닛
10: 고압 탱크
13: 개구부
14: 동체부
15: 네크부
30: 접속 부재
31: 삽입부
40A, 40B: 통 형상체
61, 62: 시일 부재
55: 캡(쿠션재)
S: 수용 공간

Claims (4)

  1. 유체를 수용하는 수용 공간이 형성되고, 적어도 일단측에 개구부가 형성된 라이너와, 상기 라이너의 외주면을 덮는 섬유 강화 수지로 이루어지는 보강층을 갖고, 상기 수용 공간을 포함하는 동체부와, 상기 동체부의 적어도 한쪽의 단부에 연속되고, 상기 개구부가 형성된 네크부를 구비한 고압 탱크와,
    상기 네크부에 있어서, 상기 개구부로부터 상기 라이너의 내주면을 따라서 삽입되는 삽입부가 형성됨과 함께, 상기 개구부를 덮도록, 상기 고압 탱크에 접속되는 접속 부재를 구비한 탱크 유닛이며,
    상기 접속 부재는, 상기 라이너와 상기 삽입부 사이에 배치되고, 상기 수용 공간을 밀봉하는 환 형상의 시일 부재를 구비하고 있고,
    상기 고압 탱크는, 상기 라이너와 상기 보강층 사이에 있어서, 상기 라이너의 외주면을 주회하도록, 적어도 상기 시일 부재에 대향한 위치에 배치되고, 상기 네크부의 내주면의 직경 방향으로 확대되는 변형을 제한하는 통 형상체를 구비하고,
    상기 통 형상체의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률은, 상기 라이너의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률 및 상기 보강층의 둘레 방향을 따른 재료의 세로 탄성률보다도 높은 것을 특징으로 하는 탱크 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통 형상체 중, 상기 동체부측의 단부를 포함하는 부분은, 상기 동체부측의 단부로 진행함에 따라 두께가 얇아지고 있는 것을 특징으로 하는 탱크 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 통 형상체의 양단부 중, 상기 동체부측의 적어도 단부는, 상기 통 형상체의 재료보다도 연질의 쿠션재로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 탱크 유닛.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라이너의 외주면에 대향하는 상기 통 형상체의 대향면 중, 상기 동체부측의 대향면은, 상기 라이너의 외주면으로부터 이격되도록, 상기 통 형상체의 직경 방향으로 확대되어 있는 것을 특징으로 하는 탱크 유닛.
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