JP2009243660A - 高圧タンクとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスの充填放出の際にライナが異常変形し難い構造とし、ライナの繰り返し変形による破損を回避してガスリークを抑止できるようにする。
【解決手段】口金部１１と、ライナ２０と、該ライナ２０の外周に設けられた補強層２１と、該補強層２１または当該補強層２１が口金部１１と隣接する領域に設けられて当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔７０と、を備える。連通孔７０は、連通孔形成手段により口金部１１と補強層２１との間に形成された孔である。連通孔形成手段は、例えばマイクロチューブ７１である。
【選択図】図６

Description

本発明は、高圧タンクとその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池システム等にて利用されている高圧タンクの構造の改良に関する。

水素等の貯蔵ないしは供給に用いられる高圧タンクとして、タンク開口部に設けられた口金部にバルブアッセンブリ（高圧バルブ等を内蔵した部品）を取り付ける構造のものが利用されている。

従来、このような高圧タンクとして、例えば樹脂を含浸させたライナ層（内壁層）の外周面をＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層（外壁層）で補強したタンク本体と、そのタンク本体の長手方向の開口端部に取り付けられた合金からなる口金部を有しているものが知られている。また、口金部と例えばライナ層（内壁層）との間からガスが漏れる構成とした高圧タンクも知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００７−５２８４７３号公報

しかしながら、このような高圧タンクにおいては、タンク内圧が高い状況下では、口金部と樹脂で含浸した繊維との間からガスが漏れにくい場合がある。この場合、ガスの充填放出の際にライナが異常変形し、当該ライナが繰り返し変形により破損してしまい、ひいてはガスリークが生じるおそれがある。

そこで、本発明は、ガスの充填放出の際にライナが異常変形し難い構造とし、ライナの繰り返し変形による破損を回避してガスリークを抑止できるようにした高圧タンクとその製造方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。従来、例えば樹脂ライナ製の容器に炭素繊維などをＦＷ（フィラメントワインディング）成形することによって高圧タンクが形成されている。ところが、樹脂ライナを透過したガスが当該樹脂ライナとその外側の補強層（例えばＣＦＲＰからなる層）との間に溜まるため、ガス放出時に樹脂ライナが内側に異常変形することがある。このようにガス放出時に異常変形した樹脂ライナは、ガス充填時には再度圧力に押されて元に戻るが、ガスが再放出されれば再び内側に変形してしまう。この現象が繰り返されるとやがて樹脂ライナは破損し、ガスリークに至る場合がある。高圧タンクにおけるこのような現象に着目して検討を重ねた本発明者はかかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

本発明にかかる高圧タンクはこのような知見に基づくものであり、口金部と、ライナと、該ライナの外周に設けられた補強層と、該補強層または当該補強層が口金部と隣接する領域に設けられて当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔と、を備えている。

さらに本発明は、口金部と、ライナと、該ライナの外周に設けられた補強層とを備える高圧タンクの製造方法において、補強層または当該補強層が口金部と隣接する領域に、タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔を連通孔形成手段により形成し、当該連通孔が形成されている状態にてＦＷ成形を行う、というものである。

上述の高圧タンクにおいては、ライナと補強層との間にいったん溜まったガスが、連通孔を介してタンク外部へと排出される。つまり、口金部と樹脂で含浸した繊維との間からガスが漏れにくいといったことが生じ難くなり、ライナと補強層との間にガスが滞留するのが抑制される。したがって、ガスの充填放出の際にライナが異常変形するのが抑えられ、ライナの繰り返し変形による破損の回避、ガスリークの抑止が可能となる。

この高圧タンクにおける連通孔は、連通孔形成手段により口金部と補強層との間に形成された孔である。連通孔形成手段は例えばマイクロチューブである。また、連通孔形成手段として、ライナおよび補強層よりもガス透過性の高い材料が用いられていてもよい。あるいは、連通孔形成手段として、口金部と補強層との接触部に塗布された離形剤が用いられていてもよい。または、連通孔形成手段は、口金部に設けられた溝であってもよい。

また、本発明にかかる高圧タンクにおいて、口金部は、外部へのガス供給路と当該高圧タンクの内部との間でガスの給排を制御するバルブアッセンブリ、あるいは該バルブアッセンブリの反対側に配置されるボスのいずれか一方が取り付けられるものである。

本発明によれば、高圧タンクにおいてガスの充填放出の際にライナが異常変形し難い構造とし、ライナの繰り返し変形による破損を回避してガスリークを抑止することができるようになる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図２１に本発明にかかる高圧タンクとその製造方法の実施形態を示す。高圧タンク１は、口金部１１と、樹脂ライナ（ライナ）２０と、該樹脂ライナ２０の外周に設けられたＣＦＲＰ層（補強層）２１と、該ＣＦＲＰ層２１または当該ＣＦＲＰ層２１が口金部１１と隣接する領域に設けられて当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔７０と、を備えるものである。以下では、本発明にかかる高圧タンク１を燃料電池システム１０における燃料供給源としての高圧の水素タンクに適用した場合について説明する。

以下、まず本実施形態における燃料電池システムの概略から説明する（図１参照）。この燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、酸化ガスとしての空気（酸素）を燃料電池２０に供給する酸化ガス配管系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給する燃料ガス配管系４０と、システム全体を統括制御する制御部７０と、を備えたシステムとして構成されている。

燃料電池２０は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備えている。燃料電池２０の単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池２０は電力を発生する。

酸化ガス配管系３０は、燃料電池２０に供給される酸化ガスが流れる供給路１７と、燃料電池２０から排出された酸化オフガスが流れる排出路１２と、を有している。供給路１７には、フィルタ１３を介して酸化ガスを取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられている。排出路１２を流れる酸化オフガスは、背圧調整弁１６を通って加湿器１５で水分交換に供された後、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。

燃料ガス配管系４０は、燃料供給源としての高圧の水素タンク（本明細書では高圧タンクという）１と、高圧タンク１から燃料電池２０に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２０から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送するポンプ２４と、循環路２３に分岐接続された排出路２５と、を有している。

高圧タンク１は、例えば燃料電池車の燃料ガス供給用タンクとして好適なものであり、特に図示はしないが例えば３つの高圧タンク１が車体のリア部に搭載される等して用いられる。高圧タンク１は、燃料電池システム１０の一部を構成し、燃料ガス配管系４０を通じて燃料電池２０に燃料ガスを供給する。高圧タンク１に貯留される燃料ガスは、例えば水素ガス、圧縮天然ガスといった可燃性の高圧ガスである。

本実施形態の高圧タンク１は、例えば３５ＭＰａといった圧力で水素ガスを貯留可能に構成されている。高圧タンク１の主止弁２６を開くと、供給路２２に水素ガスが流出する。その後、水素ガスは、インジェクタ２９により流量及び圧力を調整された後、さらに下流において機械式の調圧弁２７その他の減圧弁により、最終的に例えば２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池２０に供給される。主止弁２６及びインジェクタ２９は、図１において破線の枠線で示すバルブアッセンブリ５０に組み込まれ、バルブアッセンブリ５０が高圧タンク１に接続されている。

供給路２２の合流点Ａの上流側には、遮断弁２８が設けられている。水素ガスの循環系は、供給路２２の合流点Ａの下流側流路と、燃料電池２０のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環路２３とを順番に連通することで構成されている。排出路２５上のパージ弁３３が燃料電池システム１０の運転時に適宜開弁することで、水素オフガス中の不純物が水素オフガスと共に図示省略した水素希釈器に排出される。パージ弁３３の開弁により、循環路２３内の水素オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環供給される水素オフガス中の水素濃度が上がる。

制御部７０は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、インジェクタ２９の流量制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。制御部７０は、ガス系統（３０，４０）や図示省略の冷媒系統に用いられる各種の圧力センサや温度センサなどの検出信号を入力し、各構成要素に制御信号を出力する。

続いて、高圧タンク１の構造等について説明する。

図２は、高圧タンク１の要部を示す断面図である。高圧タンク１は、例えば略楕円体のタンク本体１０と、当該タンク本体１０の長手方向の一端部に取り付けられた口金部１１を有する。

タンク本体１０は、例えば二層構造の壁層を有し、内壁層であるライナ２０とその外側の外壁層である樹脂繊維層（補強層）としての例えばＣＦＲＰ層２１を有している。

ライナ２０は、タンク本体１０とほぼ同じ略楕円体形状を有する。ライナ２０は、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、またはその他の硬質樹脂などにより形成されている（以下、樹脂ライナ２０ともいう）。

樹脂ライナ２０の口金部１１のある先端側には、内側に屈曲した折返し部３０が形成されている。折返し部３０は、外側のＣＦＲＰ層２１から離間するようにタンク本体１０の内側に向けて折り返されている。折返し部３０は、例えば折り返しの先端に近づくにつれて次第に径が小さくなる縮径部３０ａと、当該縮径部３０ａの先端に接続され径が一定の円筒部３０ｂとを有している。この円筒部３０ｂにより樹脂ライナ２０の開口部が形成されている。

口金部１１は、略円筒形状を有し、樹脂ライナ２０の開口部に嵌入されている。口金部１１は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、例えばダイキャスト法等により所定の形状に製造されている。口金部１１は、例えばインサート成形により樹脂ライナ２０に取り付けられている。

口金部１１は、例えば先端側（高圧タンク１の軸方向の外側）に鍔部１１ａが形成され、例えばその鍔部１１ａの後方側（高圧タンク１の軸方向の内側）に、高圧タンク１の軸に対して環状の凹み部１１ｂが形成されている。凹み部１１ｂは、軸側に凸に湾曲しＲ形状になっている。この凹み部１１ｂには、同じくＲ形状のＣＦＲＰ層２１の先端部付近が気密に接触している。

例えばＣＦＲＰ層２１と接触する凹み部１１ｂの表面には、例えばフッ素系の樹脂などの固体潤滑コーティングＣが施されている。これにより、ＣＦＲＰ層２１と凹み部１１ｂとの間の摩擦係数が低減されている。

口金部１１の凹み部１１ｂのさらに後方側は、例えば樹脂ライナ２０の折返し部３０の形状に適合するように形成され、例えば凹み部１１ｂに連続して径の大きい突出部１１ｃが形成され、その突出部１１ｃから後方に一定径の口金部円筒部１１ｄが形成されている。上記樹脂ライナ２０の折返し部３０の縮径部３０ａは、突出部１１ｃの表面に密着し、円筒部３０ｂは、口金部円筒部１１ｄの表面に密着している。円筒部３０ｂと口金部円筒部１１ｄとの間には、シール部材４０、４１が介在されている。

口金部１１の内周面には、バルブアッセンブリ５０をねじ込み接続するためのねじ４２が形成されている。バルブアッセンブリ５０は、外部のガス供給ライン（供給路２２）と高圧タンク１の内部との間で燃料ガスの給排を制御するものである。バブルアッセンブリ５０の外周面と口金部１１の内周面との間には、シール部材６０、６１が介在されている。

ＣＦＲＰ層２１は、例えばＦＷ成形（フィラメントワインディング成形）により、樹脂ライナ２０の外周面と口金部１１の凹み部１１ｂに、樹脂の含浸した補強繊維を巻き付け、当該樹脂を硬化させることにより形成されている。ＣＦＲＰ層２１の樹脂には、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が用いられる。また、補強繊維としては、炭素繊維、金属繊維などが用いられる。

さらに、本実施形態の高圧タンク１は、上述のＣＦＲＰ層（補強層）２１または当該ＣＦＲＰ層２１が口金部１１と隣接する領域に、当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔７０を備えている。このような連通孔７０によれば、特に、水素ガスがＣＦＲＰ層２１と樹脂ライナ２０との間に溜まった場合における当該水素ガスをタンク外へと排出することが可能となる。すなわち、高圧タンク１においては、樹脂ライナ２０を透過した水素ガスが当該樹脂ライナ２０とその外側の補強層（本実施形態の場合、ＣＦＲＰ層２１）との間に溜まるため、水素ガス放出時に樹脂ライナ２０が内側に変形することがある（図２２〜図２４参照）。このように水素ガス放出時に変形した樹脂ライナ２０は、水素ガス充填時には再度圧力に押されて元に戻り、水素ガスが再放出されれば再び内側に変形してしまい、これを繰り返すうちにやがて破損に至る場合がある（図２４参照）。この点、本実施形態の高圧タンク１においては、樹脂ライナ２０を透過して隙間に溜まりそうになった水素ガスをリークパスともいうべき連通孔７０を通じてタンク外へと排出し、樹脂ライナ２０の繰り返し変形による破損を回避することが可能である。また、当該高圧タンク１に保護カバーを装着したとしても、口金部１１の首元から水素ガスをタンク外へと排出することができるから保護カバー内に水素ガスが溜まることも回避することができる。

なお、本明細書において、タンク外部とは当該高圧タンク１の最外周面よりも外側の領域で、タンク内部とは当該高圧タンク１の最外周面よりも内側の領域をいう。したがって、本実施形態の高圧タンク１において、樹脂ライナ２０の内側のガス貯蔵部のみならず、当該樹脂ライナ２０とＣＦＲＰ層２１の間も「タンク内部」に相当する。

このような連通孔７０を形成するための具体的な手段は特に限定されないが、例えば本実施形態では、樹脂ライナ２０とＣＦＲＰ層２１との間に設けたマイクロチューブ７１を利用している。マイクロチューブ７１は、生化学や分子生物学などの試験・実験によく用いられる例えばポリプロピレン製の小型試験管などであり、一般に本体は先の閉じた円柱形または円錐形などとなっている。また、一般にマイクロチューブ７１は機械的耐久性が高く、また多くの有機溶媒にも耐久性があることから、本実施形態におけるような連通孔形成手段としても好適であり、例えば高圧タンク１の内圧が高い状況下にて連通孔７０を確保することが可能である。

続いて、高圧タンク１の製造方法（成形工程）を第１〜第５の実施形態として以下に説明する。

＜第１の実施形態＞
口金部１１を有する樹脂ライナ２０に、マイクロチューブ７１を配置する（図３、図４参照）。ここで、本実施形態では、ＦＷ成形時にエポキシ等がマイクロチューブ７１の中空部に浸入して連通孔７０を塞いだ状態とならないよう、当該マイクロチューブ７１の中空部に芯材７１ａを挿入している（図５参照）。芯材７１ａは、マイクロチューブ７１の全長よりも長い一本材であり尚かつ可撓性を有するものが好ましい。芯材７１ａが挿入された状態のマイクロチューブ７１は、一端が口金部１１に沿ってタンク外側を向き、他端が樹脂ライナ２０に接した状態で、口金部１１および樹脂ライナ２０の表面に沿うように配置される（図４参照）。マイクロチューブ７１は、複数本が口金部１１の周囲に周方向等間隔に配置されていることが好ましい。

次にＦＷ成形を行い、上述のように配置したマイクロチューブ７１ごと巻き込むように口金部１１および樹脂ライナ２０の周囲に補強繊維を巻き付け、ＣＦＲＰ層（補強層）２１を形成する（図６参照）。樹脂が硬化したら、マイクロチューブ７１から芯材７１ａを引き抜く。これにより、ＣＦＲＰ層２１または当該ＣＦＲＰ層２１が口金部１１と隣接する領域に連通孔７０を形成し、タンク内部とタンク外部とを連通させた構造とすることができる。

以上の成形工程を経て製造された高圧タンク１は、口金部１１にバルブアッセンブリ５０が組み付けられて完成品となり、その後、水素ガスなどが充填された燃料タンク等として利用される。例えば水素ガスが高圧で充填された高圧タンク１においては、当該水素ガスが樹脂ライナ２０を透過してＣＦＲＰ層２１と樹脂ライナ２０との隙間に一時的に溜まることがあるが（図２２、図２３参照）、本実施形態によれば、タンク内圧が高い場合でもこの水素ガスをマイクロチューブ７１によって形成された連通孔７０を介してタンク外部へと排出することができる。また、当該高圧タンク１（のうち口金部１１を除く周囲の部分）に保護カバー（図示省略）を装着したとしても、口金部１１の首元から水素ガスをタンク外へと排出することができるから保護カバー内に水素ガスが溜まることも回避することができる。しかも、上述した製造方法によれば、口金部１１の周囲等に連通孔形成手段（本実施形態の場合、マイクロチューブ７１）を配置した状態で通常のＦＷ成形を行えば連通孔７０を確保することができるから手間が少なく簡便である。なお、ここまでの説明からも明らかなように、連通孔７０はＣＦＲＰ層２１と樹脂ライナ２０との隙間に溜まった水素ガスをタンク外へと排出させうるものであれば足り、常時連通した状態となっている必要はない。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、糸７２を用いて連通孔７０を形成する。まず、口金部１１を有する樹脂ライナ２０に、離型剤を塗布した糸７２を配置する（図７参照）。このとき、糸７２は、一端が口金部１１に沿ってタンク外側を向き、他端が樹脂ライナ２０に接した状態で、口金部１１および樹脂ライナ２０の表面に沿うように配置される。マイクロチューブ７１は、複数本が口金部１１の周囲に周方向等間隔に配置されていることが好ましい。

その後、ＦＷ成形を行い、上述のように配置した糸７２ごと巻き込むように口金部１１および樹脂ライナ２０の周囲に補強繊維を巻き付け、ＣＦＲＰ層（補強層）２１を形成する（図８参照）。樹脂が硬化したら糸７２を引き抜き、樹脂ライナ２０と口金部１１あるいはＣＦＲＰ層２１との間に連通孔７０を形成し、タンク内部とタンク外部とを連通させた構造とする。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、メッシュ７３を用いて連通孔７０を形成する。まず、口金部１１および樹脂ライナ２０の表面に、離型剤を塗布したメッシュ７３を配置する（図９、図１０参照）。メッシュ７３は、例えば口金部１１の周囲に被せられるよう、口金部１１および樹脂ライナ２０の表面に沿って周状ないしは筒状に形成されている。メッシュ７３の材質は例えば布、ナイロンなどが好ましい。

その後、ＦＷ成形を行い、メッシュ７３に被せるようにして口金部１１および樹脂ライナ２０の周囲に補強繊維を巻き付け、ＣＦＲＰ層（補強層）２１を形成する（図１１参照）。メッシュ７３が介在している部分は、ＣＦＲＰ層２１よりも水素ガスの透過性が高い。このため、この高圧タンク１においては、樹脂ライナ２０を透過した水素ガスはメッシュ７３が介在している層を透過してタンク外へと排出される。なお、このような構造の高圧タンク１の場合、メッシュ７３が介在することによって形成される無数の隙間が、水素ガスをタンク外へと導く連通孔７０として機能する。本明細書ではこのような孔を便宜的に（連通）孔と称しているにすぎず、要は、樹脂ライナ２０を透過した（水素）ガスをタンク外へと排出させうるものであればよい。

＜第４の実施形態＞
本実施形態では、固形の離型剤を用いて連通孔７０を形成する。まず、口金部１１および樹脂ライナ２０の表面に固形の離型剤を塗布する（図１２中の矢示部分参照）。その後、ＦＷ成形を行い、口金部１１および樹脂ライナ２０の周囲に補強繊維を巻き付けてＣＦＲＰ層（補強層）２１を形成する（図１３参照）。この場合、離型剤を塗布した部分が非接着層となり、口金部１１とＣＦＲＰ層２１とのシール性を弱める。このため、樹脂ライナ２０を透過した水素ガスは当該非接着層（離型剤を塗布した部分）から抜けやすくなる。離型剤にマイクロビーズなどを混入させておけば、口金部１１とＣＦＲＰ層２１のシール性をさらに弱めることもできる。

＜第５の実施形態＞
本実施形態では、テフロン（登録商標）を用いて連通孔７０を形成する。まず、口金部１１の表面にテフロン（登録商標）をコーティングしておく。その後、ＦＷ成形を行い、口金部１１および樹脂ライナ２０の周囲に補強繊維を巻き付けてＣＦＲＰ層（補強層）２１を形成する。この場合、テフロン（登録商標）をコーティングした部分が非接着層となり、口金部１１とＣＦＲＰ層２１とのシール性を弱めるから、樹脂ライナ２０を透過した水素ガスがこの部分から抜けやすくなる。なお、口金部１１とＣＦＲＰ層２１とのシール性をさらに弱めるべく、口金部１１の一部に例えば放射状に拡がる複数の溝７４を連通孔形成手段として設けてもよい（図１４参照）。また、テフロン（登録商標）の代わりにシリコンなどＣＦＲＰ層２１と接着しない材料でも同様の作用効果を得ることが可能である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した各実施形態ではＦＷ成形時に連通孔７０が形成される各形態を説明したがこれは好適な形態にすぎず、この他、ＦＷ成形後（タンク成形後）に連通孔を形成することとしてもよい。以下、ＣＦＲＰ層２１に小孔８０を設け、樹脂ライナ２０とＣＦＲＰ層２１との間に水素ガスが滞留しないようにした形態を他の例として説明する。

すなわち、上述したように、現状においては、樹脂ライナ２０を透過したガスが樹脂ライナ２０とＣＦＲＰ層２１との間に溜まり、タンクの内圧が減圧すると溜まったガスが膨張して樹脂ライナ２０を内側に凹ましてしまう場合がある。一般に、この場合の変形量は大きいことから、ガス充填と放出を繰り返すと樹脂ライナ２０が早期に疲労破断してしまい、内部のガスが漏れるようになってしまうおそれがある。この点、ＣＦＲＰ層２１に小孔８０を設ける本実施形態によれば、ＣＦＲＰ層２１と樹脂ライナ２０との間にガスが溜まるのを抑制してこのような事態を回避することが可能である。これによれば、高圧タンク１から水素ガスを放出する際に樹脂ライナ２０が内側へ異常変形するのを抑えることが可能となる。

ここで、小孔８０を設けるための具体的手段は特に限定されることはなく、例示すればドリル８１を用いることができる。すなわち、ＦＷ成形後の高圧タンク１に対し（図１５参照）、熱硬化によりＣＦＲＰ層２１が固化した後、ドリル８１を用いて当該タンクの側面に小孔８０を設ける。このようにドリル８１等で孔開けする際、ＣＦＲＰ層２１は貫通するが樹脂ライナ２０を貫通しない小孔８０を形成することが好ましい（図１６参照）。また、孔径（ないしはドリル径）も特に限定されることはないが、例示すれば０．５〜２ｍｍ程度の孔径（内径）とすることが好ましい。

以上のような小孔８０は、樹脂ライナ２０とＣＦＲＰ層２１との間の水素ガスをタンク外へ排出する連通孔として機能し、当該樹脂ライナ２０とＣＦＲＰ層２１の隙間にガスが滞留するのを抑制する。これによれば、樹脂ライナ２０の繰り返し変形による破損やこれに起因するガスリークを回避することができる。しかも、本実施形態のようにドリル８１等を用いれば当該高圧タンク１の成形後に小孔８０を設けることが可能であり、現状のＦＷ成形工程に変更を来すこともなく、簡便かつ低コストにて破損やガスリークの回避を図ることが可能である。

上述のようにドリル８１等を用いて小孔８０を設ける場合、当該タンク本体１０の大きさ等を考慮して当該小孔８０を複数設けることも可能である（図１７参照）。特に高圧タンク１が大型の場合、複数の小孔８０を設けることは、水素ガスをより排出しやすくして破損やガスリークを回避する観点から好適である。ただし、タンク本体１０の肩部（胴部とドーム部との境界付近）のように、ＣＦＲＰ層２１がその他よりも薄くなっている部分には小孔８０を設けないことが好ましい（図１７中の丸で囲んだ部分参照）。その一方で、口金部１１の周辺（あるいはタンク本体１０の両端付近）においてＣＦＲＰ層２１がその他の部分（例えば胴部）よりも厚く剛性が高くなっていれば、当該剛性が高い部分に小孔８０を設けることが好ましい（図１７参照）。一般に口金部１１の周辺におけるＣＦＲＰ層２１は他の部位よりも厚いため、当該厚い部分にのみ小孔８０を設けること、あるいはその他の箇所との組み合わせとすることは、孔開けによるタンク強度への影響の観点からすれば好適である。

また、このように小孔８０を複数設ける場合には、これら複数の小孔８０が軸方向に沿って直線上に並ぶ配置とすることも可能ではあるが（図１８参照）、これ以外の配置とすることが好ましい。複数の小孔８０を軸方向に直線的に配置すると、フープ応力の影響によってタンク本体１０に軸方向の亀裂が入るおそれがあるが、例えば螺旋状に配置することとすればこのような影響を抑えることが可能である（図１９参照）。

さらに、小孔（連通孔）８０を設けることによってタンク本体１０の破裂限度圧力や疲労耐久性能が低下する場合には、ＣＦＲＰ層２１に補強用の帯状部２１ａを設け、当該帯状部２１ａに小孔８０を設けることも好ましい（図２０参照）。小孔８０を複数設ける場合には、軸方向に並ぶように帯状部２１ａを複数設け、これら帯状部２１ａのそれぞれに小孔８０を設けることとしてもよい（図２１参照）。

なお、上述した各実施形態において例示した連通孔（小孔８０を含む）７０の配置は、樹脂ライナ２０とＣＦＲＰ層２１との間の水素ガスをタンク外へ排出するための孔として機能するものである限り特に限定されることはなく、任意に設定することが可能である。

また、上述の連通孔７０を通じてタンク外へと排出させる際の水素ガスの排気位置をさらに限定することとしてもよい。例えば、連通孔７０の開口部に排気管を接続するなどすれば、可燃性ガス（例えば水素ガス）をタンク外の限定された位置、あるいは装置の外部（例えば燃料電池システムの外部）の限定された位置に排気することができる。

また、ここまで、口金部１１を有する樹脂ライナ２０に連通孔形成手段（マイクロチューブ７１等）を配置して連通孔７０を形成する場合の各実施形態を説明したが、ここでいう口金部はバルブアッセンブリ５０が取り付けられるものに限らない。すなわち、高圧タンク１におけるバルブアッセンブリ５０の反対側に例えばボスが設けられる場合、当該ボスが取り付けられる口金部を利用して連通孔７０を形成することも可能である。この場合、上述した各連通孔形成手段（マイクロチューブ７１、糸７２など）を用い、上述した各実施形態におけるのと同様にして連通孔７０を形成することができる。なお、図１５〜図２１においては、ボスが取り付けられる口金部を符号１８で示している。

さらに、ここまでの実施形態では、高圧タンク１が燃料電池システム１０における燃料供給源としての水素タンクであり、水素ガスが充填されあるいは供給される場合を説明したが、これらも本発明の好適な形態例にすぎず、本発明にかかる高圧タンク１を水素ガス以外のガスに用いることは当然に可能である。

本発明の一実施形態における燃料電池システムの構成例を示す図である。 本発明にかかる高圧タンクの要部を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態を示す高圧タンクの部分断面図である。 口金部を有する樹脂ライナにマイクロチューブを配置した様子を示す図である。 マイクロチューブの全体を示す図である。 ＣＦＲＰ層を形成し、樹脂の硬化後、マイクロチューブから芯材を引き抜く様子を示す図である。 本発明の第２の実施形態において、口金部を有する樹脂ライナに、離型剤を塗布した糸を配置した様子を示す図である。 ＣＦＲＰ層を形成し、樹脂の硬化後、糸を引き抜く様子を示す図である。 本発明の第３の実施形態において、口金部を有する樹脂ライナに、離型剤を塗布したメッシュを配置した様子を示す図である。 図９の口金部、樹脂ライナ、メッシュを口金部の開口側からみた図である。 ＣＦＲＰ層を形成し、メッシュによって連通孔を形成した高圧タンクの一部を示す図である。 本発明の第４の実施形態において、口金部および樹脂ライナの表面に固形の離型剤を塗布した様子を示す図である。 ＣＦＲＰ層を形成し、固形の離型剤によって連通孔を形成した高圧タンクの一部を示す図である。 本発明の第５の実施形態において、放射状に拡がる複数の溝が設けられた口金部を開口側からみた様子を示す図である。 ＦＷ成形後の高圧タンクを示す図である。 ドリルを用いて高圧タンクの側面に小孔を設ける様子を示す図である。 高圧タンクに複数の小孔を設ける様子を示す図である。 高圧タンクに複数の小孔を軸方向に沿って直線上に並ぶ配置として設ける様子を示す図である。 高圧タンクに複数の小孔を螺旋状に配置する様子を示す図である。 高圧タンクのＣＦＲＰ層に補強用の帯状部を設け、当該帯状部に小孔を設ける様子を示す図である。 高圧タンクのＣＦＲＰ層に補強用の帯状部を複数設け、これら帯状部のそれぞれに小孔を設ける様子を示す図である。 樹脂ライナを透過した水素ガスが当該樹脂ライナとその外側の補強層（ＣＦＲＰ層）との間に溜まる様子を参考として示す図である。 （Ａ）高圧タンクの全体図、（Ｂ）樹脂ライナを透過した水素ガスが当該樹脂ライナとその外側の補強層（ＣＦＲＰ層）との間に溜まる様子を参考として示す部分拡大図である。 水素ガス放出時に樹脂ライナが内側に変形する様子を参考として示す図である。

符号の説明

１…高圧タンク、１１…口金部、１８…口金部、２０…樹脂ライナ（ライナ）、２１…ＣＦＲＰ層（補強層）、７０…連通孔、７１…マイクロチューブ（連通孔形成手段）、７２…離型剤を塗布した糸（連通孔形成手段）、７３…メッシュ（連通孔形成手段）、７４…溝（連通孔形成手段）、８０…小孔（連通孔）

Claims (8)

1. 口金部と、ライナと、該ライナの外周に設けられた補強層と、該補強層または当該補強層が前記口金部と隣接する領域に設けられて当該タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔と、を備える高圧タンク。
2. 前記連通孔は、連通孔形成手段により前記口金部と前記補強層との間に形成された孔である、請求項１に記載の高圧タンク。
3. 前記連通孔形成手段はマイクロチューブである請求項２に記載の高圧タンク。
4. 前記連通孔形成手段として、前記ライナおよび前記補強層よりもガス透過性の高い材料が用いられている請求項２または３に記載の高圧タンク。
5. 前記連通孔形成手段として、口金部と補強層との接触部に塗布された離形剤が用いられている請求項２から４のいずれか一項に記載の高圧タンク。
6. 前記連通孔形成手段は、前記口金部に設けられた溝である請求項２から５のいずれか一項に記載の高圧タンク。
7. 前記口金部は、外部へのガス供給路と当該高圧タンクの内部との間でガスの給排を制御するバルブアッセンブリ、あるいは該バルブアッセンブリの反対側に配置されるボスのいずれか一方が取り付けられるものである請求項１から６のいずれか一項に記載の高圧タンク。
8. 口金部と、ライナと、該ライナの外周に設けられた補強層とを備える高圧タンクの製造方法において、
   前記補強層または当該補強層が前記口金部と隣接する領域に、タンク内部とタンク外部とを連通させる連通孔を連通孔形成手段により形成し、当該連通孔が形成されている状態にてＦＷ成形を行う、高圧タンクの製造方法。

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