JP2018155335A - 高圧タンク - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、ライナの外面と補強層との間に流体が滞留することを抑制できるとともに、ライナの耐久性を効果的に向上させることが可能な高圧タンクを提供する。【解決手段】高圧タンク１０は、流体を内側に収容可能である樹脂製のライナ１４と、ライナ１４の外面を覆う補強層１２と、ライナ１４に対して流体を給排するための給排孔３２が形成された口金１６とを備える。口金１６には、一端にライナ１４の口金対向面２６に向かって開口する第１開口６０を有し、且つ他端に給排孔３２の内側及び補強層１２の外側の少なくとも何れか一方に向かって開口する第２開口６２を有するガス抜き路６４がさらに形成される。ガス抜き路６４の一端側の延在方向に直交する断面積及び第１開口６０の面積は、ガス抜き路６４の他の部分の延在方向に直交する断面積より小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、流体を内側に収容可能である樹脂製のライナと、ライナの外面を覆う補強層と、ライナの内部に流体を給排するための給排孔が形成された口金とを備える高圧タンクに関する。

高圧タンクは、気体や液体等の流体を収容する容器として広汎に用いられている。例えば、燃料電池車には、燃料電池システムに供給するための水素ガスを収容するものとして搭載される。

この種の高圧タンクとして、流体を内側に収容可能な樹脂製のライナと、該ライナの外面を覆う繊維強化プラスチック等からなる補強層と、該ライナの内部に流体を給排するための給排孔が形成された口金とを備えるものが知られている。この給排孔には、例えば、バルブ等が設けられ、該バルブを操作すること等によって、給排孔を介して、ライナの内部に流体を供給すること、及びライナの内部に収容された流体を排気することが可能になっている。

ところで、樹脂製のライナは、アルミニウム等からなる金属ライナに比して、流体が透過し易い傾向にある。このため、流体が充填され、ライナの内部が高圧になると、該内部の流体がライナを透過して、ライナの外面と補強層との間等（以下、被覆部ともいう）に滞留し易くなる。このように被覆部に流体が滞留した状態で、ライナの内部の流体を排気すると、該内部が被覆部よりも低圧になることがある。その結果、ライナに補強層から離間した部分が生じたり、このライナの補強層から離間した部分が、ライナの内部側に向かって膨出する、いわゆる、バックリングが生じたりして、ライナの耐久性が低下する懸念がある。

被覆部への流体の滞留を抑制して、ライナの耐久性を向上させるためには、口金に対して、被覆部と補強層の外部とを連通する排気流路を設けることが考えられる。つまり、口金のライナの外面に接する面（以下、接触面）に、排気流路の一端側の第１開口を設け、口金の補強層の外部に臨む面（以下、開放面）に、排気流路の他端側の第２開口を設ける。そして、被覆部内の流体を第１開口から排気流路内に導入し、該導入した流体を、第２開口を介して補強層の外部へと排出する。このため、排気流路の延在方向に直交する断面積（以下、単に断面積ともいう）や第１開口及び第２開口の面積は、流体を通過させるのに十分な大きさに設定される。

しかしながら、上記のようにして排気流路を設けると、ライナの内部が高圧になった際、該ライナには、第１開口の周縁角部に押圧されることによる応力集中が生じ、結局、ライナの耐久性を向上させることが困難になる懸念がある。

そこで、例えば、特許文献１には、排気流路の一端側の断面積及び第１開口の面積を、排気流路の他の部分よりも大きくし、この面積拡張部分に、流体を透過させることが可能な多孔性シートを設けることが提案されている。つまり、多孔性シートを介して排気流路に流体を導入可能とすることで、被覆部に流体が滞留することを抑制するとのことである。また、接触面の第１開口の周縁と面一になるように、拡張部分の内部に多孔性シートを配設し、接触面とともに多孔性シートを、ライナの外面に接触させることで、上記の応力集中が生じることを抑制するとのことである。

特開平１１−２１０９８８号公報

この種の高圧タンクでは、ライナの内部を、例えば、１００ＭＰａを超えるような高圧にすることがある。この場合、上記のように、ライナの外面と口金との間に介在する多孔性シートには、かなり大きな荷重が加えられることになる。多孔性シートを、その多孔性を維持したまま、上記の荷重に耐え得るように構成することは容易ではない。

また、ライナの内部に対する給気や排気に応じて流体が圧縮及び膨張すること等により、高圧タンクの温度は高温から低温まで広範囲に変化する。このため、多孔性シート及び口金を構成する材料の線膨張係数が互いに異なる場合、上記の温度変化によって生じる熱応力についても考慮することが必要になる。つまり、排気流路の面積拡張部分に多孔性シートを介在させる上記の構成によって、被覆部に流体が滞留すること及び上記の応力集中が生じることの両方を長期間にわたって抑制可能となるように高圧タンクを設計することは困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、簡単な構成で、ライナの外面と補強層との間に流体が滞留することを抑制できるとともに、ライナの耐久性を効果的に向上させることが可能な高圧タンクを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、流体を内側に収容可能である樹脂製のライナと、前記ライナの外面を覆う補強層と、前記ライナに対して前記流体を給排するための給排孔が形成された口金と、を備える高圧タンクであって、前記ライナの外面は、前記補強層に対向する補強層対向面と、前記口金に対向する口金対向面とを有し、前記口金には、一端に前記口金対向面に向かって開口する第１開口を有し、且つ他端に前記給排孔の内側及び前記補強層の外側の少なくとも何れか一方に向かって開口する第２開口を有するガス抜き路がさらに形成され、前記ガス抜き路の前記一端側の延在方向に直交する断面積及び前記第１開口の面積は、該ガス抜き路の他の部分の延在方向に直交する断面積より小さいことを特徴とする。

この高圧タンクでは、ガス抜き路の一端側の延在方向に直交する断面積（以下、単に断面積ともいう）及び第１開口の面積が、ガス抜き路の他の部分の断面積よりも小さい。このように、第１開口の面積等を小さくすることにより、ライナに対して第１開口に向かって押圧される方向に圧力が加えられた場合であっても、該ライナの第１開口に対向する対向部分に生じるせん断応力を小さくすることができる。その結果、ライナの前記対向部分及びその周辺に応力集中やクリープが生じることを抑制できる。

一方、ガス抜き路の他の部分については、ガス抜き路内を流体が良好に流通可能になるように、第１開口の面積等に比して、断面積を大きくしている。これによって、補強層と補強層対向面との間の流体を給排孔の内側又は補強層の外側へと効果的に導くことができるため、ライナにバックリング等が生じることを抑制できる。

以上から、この高圧タンクによれば、ガス抜き路の第１開口の面積等を、他の部分の断面積よりも小さくするという簡単な構成で、ライナに応力集中やクリープが生じることを抑制しつつ、ライナの外面と補強層との間に流体が滞留することを抑制できる。その結果、ライナの耐久性を効果的に向上させることが可能になる。

上記の高圧タンクにおいて、前記第１開口の面積は、前記ライナの前記第１開口に対向する対向部分に生じる最大せん断応力が、前記ライナを構成する樹脂材の耐力Ｓの１／２以下となるように設定されることが好ましい。ここでの樹脂材の耐力Ｓとは、樹脂材に塑性変形が発生する基準となる応力であり、基本的には、弾性限度を指すが、該弾性限度の測定が困難である場合等には０．２％耐力等であってもよい。

最大せん断応力説（トレスカの説）等から、ライナに生じる最大せん断応力が、該ライナを構成する樹脂材の強度（耐力Ｓ）に達したときに、クリープ等が生じ易くなるといえる。従って、ライナの対向部分に生じる最大せん断応力が、前記樹脂材の耐力Ｓの１／２以下となるように、第１開口の面積を設定することによって、ライナにクリープが生じることを一層効果的に抑制可能となる。

上記の高圧タンクにおいて、前記第１開口の形状が円形である場合、該第１開口の直径Ｄと、前記対向部分の厚さＴと、前記流体の最大充填圧力Ｐと、前記耐力Ｓとが、Ｄ＜Ｓ×Ｔ×２／Ｐの関係を満たすことが好ましい。前記対向部分に生じるせん断応力は、せん断荷重を該せん断荷重に平行な断面積で除すことによって求めることができる。つまり、第１開口の形状が円形である場合、前記対向部分に生じる最大せん断応力τＣは、次式のようにして求めることができる。
τＣ＝（Ｐ×π×Ｄ²／４）／π×Ｄ×Ｔ＝（Ｄ×Ｐ）／（４×Ｔ）

従って、Ｄ＜Ｓ×Ｔ×２／Ｐの関係が成り立つとき、最大せん断応力τＣを樹脂材の耐力Ｓの１／２以下（τＣ＜１／２Ｓ）とすることができる。これによって、上記の通り、ライナにクリープが生じることを一層効果的に抑制することができる。

上記の高圧タンクにおいて、前記口金対向面に向かって開口するように前記口金に形成された挿入孔に挿入されるプラグをさらに有し、前記プラグに貫通形成されたプラグ通路の少なくとも一部が、前記ガス抜き路の前記一端側を構成し、前記口金に形成された口金通路が、前記ガス抜き路の前記他端側を構成し、前記プラグの前記口金対向面に対向する一端側の端面に前記第１開口が形成されることとしてもよい。

ガス抜き路の一端側は、ガス抜き路の他の部分に比して断面積を小さくする必要がある分、形成し難くなる。このような、ガス抜き路の一端側であっても、プラグを用いることで、容易に形成することができる。すなわち、プラグは、口金とは別個に形成することができ、しかも、口金の挿入孔に挿入可能な形状であればよいため、容易に単純な形状とすることができる。このようなプラグに対しては、プラグ通路を容易に貫通形成することができるため、プラグ通路全体の断面積を小さくすることも、プラグ通路の一端側に断面積が小さい部分を設けることも容易である。そして、プラグ通路を形成した後のプラグを、口金通路と連通する挿入孔に挿入することによって、口金通路及びプラグ通路からなるガス抜き路を容易に形成することができる。

上記の高圧タンクにおいて、前記口金対向面に向かって開口するように前記口金に形成された挿入孔に挿入されるプラグをさらに有し、前記プラグの表面に形成された溝通路の少なくとも一部が、前記ガス抜き路の前記一端側を構成し、前記口金に形成された口金通路が、前記ガス抜き路の前記他端側を構成し、前記プラグの前記口金対向面に対向する一端側の端面に前記第１開口が形成されることとしてもよい。この場合も、プラグに対して容易に溝通路を設けることができるため、一端側の断面積が小さいガス抜き路を容易に形成することができる。

上記の高圧タンクにおいて、前記プラグは、前記口金と同じ材料から形成されることが好ましい。この場合、口金とプラグを同じ線膨張係数とすることができるため、互いの間に熱応力が生じることを抑制できる。すなわち、長期にわたって良好にライナの外面と補強層との間に流体が滞留することを抑制でき、高圧タンクの耐久性を一層効果的に向上させることができる。

本発明の高圧タンクによれば、ガス抜き路の第１開口の面積等を、他の部分の断面積よりも小さくするという簡単な構成で、ライナに応力集中やクリープが生じることを抑制しつつ、ライナの外面と補強層との間に流体が滞留することを抑制できる。その結果、ライナの耐久性を効果的に向上させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る高圧タンクの筒状部の軸方向に沿う概略断面図である。 図１の高圧タンクの口金側の拡大断面図である。 図１のプラグの斜視図である。 ライナの対向部分に生じるせん断応力を説明する説明図である。 変形例に係るプラグの斜視図である。 他の実施形態に係る高圧タンクの口金側の拡大断面図である。

以下、本発明に係る高圧タンクにつき好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る高圧タンクは、例えば、燃料電池車に搭載され、燃料電池システムに供給するための水素ガスを収容するものとして好適に用いることができる。そこで、本実施形態では、高圧タンクが、燃料電池システムに供給するための水素ガスを流体として収容する例について説明するが、特にこれに限定されるものではない。本発明に係る高圧タンクは、水素ガス以外の流体を収容することも可能である。

図１に示すように、本実施形態に係る高圧タンク１０は、補強層１２と、ライナ１４と、口金１６とを主に備える。補強層１２は、繊維強化プラスチック等からなり、ライナ１４の外面を覆う。

ライナ１４は、樹脂からなる中空体であり、その内部に水素ガスを収容可能である。具体的には、ライナ１４は、外面が補強層１２で覆われた本体部１８と、本体部１８の内部に向かって陥没した陥没部２０と、該陥没部２０から本体部１８の外部に向かって突出する筒状部２２とを有する。つまり、ライナ１４の外面のうち、本体部１８の外面が、補強層１２に対向する補強層対向面２４となり、陥没部２０及び筒状部２２の外面が、後述するように、口金１６に対向する口金対向面２６となる。

筒状部２２の突出端（先端）側には薄肉部２２ａが設けられ、筒状部２２の薄肉部２２ａよりも基端側には雄ねじ２２ｂが設けられる。薄肉部２２ａは他部位よりも厚さが小さい部位である。なお、薄肉部２２ａの厚さは、十分な剛性が得られるように１ｍｍ以上であることが好ましい。

図１に示すように、筒状部２２には、口金１６が外装される。口金１６は、例えば、金属製であり、筒状の突出部２８と、該突出部２８の基端から径方向外側に広がる肩部３０とを有し、突出部２８の軸方向に沿って、給排孔３２が貫通形成されている。

肩部３０は、突出部２８と反対側（図１の矢印方向Ｙ側）の端面３０ａが、ライナの陥没部２０の外面に接するように設けられる。また、肩部３０の突出部２８側（図１の矢印方向Ｘ側）の周面３０ｂは、ライナ１４とともに補強層１２で覆われている。つまり、口金１６は、肩部３０がライナ１４とともに補強層１２で覆われ、突出部２８が補強層１２の開口から露呈するように突出した形状となっている。

突出部２８の外径は略一定であり、一方、突出部２８の内径、すなわち、給排孔３２の径は部位によって相違する。具体的には、給排孔３２は、軸方向の突出部２８側に位置する中内径孔３４と、肩部３０側に位置する大内径孔３６と、これら中内径孔３４及び大内径孔３６の間に設けられた小内径孔３８とからなる。

大内径孔３６内に筒状部２２が挿入され、これによって、筒状部２２の外周面が大内径孔３６の内周面に沿って配設される。つまり、給排孔３２の中内径孔３４及び小内径孔３８から筒状部２２の内側を介して、ライナ１４の内部に水素ガスを供給することが可能である。また、ライナ１４の内部の水素ガスを、筒状部２２の内側及び給排孔３２の小内径孔３８及び中内径孔３４を介して、排気することが可能である。

従って、筒状部２２の先端側から基端側に向かう方向がライナ１４に対する水素ガスの給気方向（図１の矢印方向）となる。換言すると、筒状部２２の基端側から先端側に向かう方向がライナ１４に収容された水素ガスの排気方向となる。

大内径孔３６の内径は、筒状部２２の外径に応じた大きさに設定される。具体的には、大内径孔３６では、薄肉部２２ａに臨む部位の内径が、該薄肉部２２ａよりも基端側に臨む部位の内径よりも小さくなっている。また、大内径孔３６の内壁には、筒状部２２の薄肉部２２ａに臨む部位に、該大内径孔３６の周方向に沿う円環状のシール溝４０が形成され、筒状部２２の雄ねじ２２ｂに臨む部位に、該雄ねじ２２ｂと螺合する雌ねじ４２が形成されている。

シール溝４０の内部には、Ｏリングからなるシール部材４４が配設される。シール溝４０の内壁面と、薄肉部２２ａの外周面との距離（シールギャップ）は、互いの間でシール部材４４が圧縮された状態が維持されるように設定される。これによって、筒状部２２の外周面と口金１６の給排孔３２の内周面との間がシールされる。

シール溝４０よりも給気方向下流側には、雄ねじ２２ｂと雌ねじ４２とを螺合させることで、筒状部２２の外周面と大内径孔３６の内周面とを接合する接合部４６が形成される。

口金１６には、断面形状がそれぞれ円形である挿入孔５０及び口金通路５２がさらに形成されている。挿入孔５０は、肩部３０の端面３０ａから突出部２８側に向かって所定の長さ延在し、口金通路５２の一端側と連通する。また、挿入孔５０は、口金通路５２より大径であるため、挿入孔５０と口金通路５２との間には、互いの径差に基づく段差面５４が形成される。この挿入孔５０及び口金通路５２は、口金１６に対して、その周方向に一定の間隔をおいて複数設けられる。

この挿入孔５０にはプラグ５６が挿入されている。図３に示すように、プラグ５６は、口金１６と同じ材料から形成された円筒体であり、軸方向に沿ってプラグ通路５８が貫通形成されている。プラグ通路５８は、プラグ５６の軸方向一端側に形成された小径路５８ａと、小径路５８ａよりも他端側に形成された大径路５８ｂとからなる。小径路５８ａの一端側の第１開口６０は、プラグ５６の一端面５６ａに設けられる。このプラグ５６の一端面５６ａと、肩部３０の端面３０ａとが面一となるように、挿入孔５０にプラグ５６が挿入される。すなわち、小径路５８ａの第１開口６０は、ライナ１４の陥没部２０の外面（口金対向面２６）に対向する。

大径路５８ｂの他端側の開口はプラグ５６の他端面５６ｂに設けられる。また、プラグ５６の他端面５６ｂは前記段差面５４に当接する。

図２に示すように、口金通路５２は、プラグ通路５８の大径路５８ｂと略同じ径であり、その一端側が、挿入孔５０の底面に向かって開口する。また、口金通路５２は、口金１６の内部を、例えば、挿入孔５０から突出部２８に向かう第１方向に沿って直線的に延在した後、該第１方向に対して傾斜して中内径孔３４の内周面に向かう第２方向に沿って直線的に延在するように形成される。これによって、口金通路５２の他端側の第２開口６２は、中内径孔３４の内周面に設けられる。

従って、本実施形態では、一端が陥没部２０の外面に向かって開口し、且つ他端が給排孔３２の内側に向かって開口するガス抜き路６４が、プラグ通路５８と、口金通路５２とから形成される。また、ガス抜き路６４では、その一端側を構成する小径路５８ａの延在方向に直交する断面積（以下、単に断面積ともいう）及び第１開口６０の面積が、他の部分（大径路５８ｂ及び口金通路５２）より小さくなっている。なお、本実施形態では、小径路５８ａの断面積と第１開口６０の面積とは同じ大きさである。また、小径路５８ａ、大径路５８ｂ、口金通路５２のそれぞれは、その延在方向に沿って断面積が一定となっている。

具体的には、第１開口６０の面積は、後述する理由から、ライナ１４の第１開口６０に対向する対向部分１４ａ（図４参照）に生じる最大せん断応力τＣが、ライナ１４を構成する樹脂材の耐力Ｓの１／２以下となるように設定されることが好ましい。なお、耐力Ｓとは、前記樹脂材に塑性変形が発生する基準となる応力であり、基本的には、弾性限度を指すが、該弾性限度の測定が困難である場合等には０．２％耐力等であってもよい。

つまり、図４に示すように、第１開口６０の直径Ｄと、対向部分１４ａの厚さＴと、水素ガスの最大充填圧力Ｐと、前記耐力Ｓとが、Ｄ＜Ｓ×Ｔ×２／Ｐの関係を満たすように、第１開口６０の面積が設定されることが好ましい。

図２に示すように、大内径孔３６の内部には、筒状部２２を支持するべく、カラー７０がさらに配設されている。カラー７０は、例えば、金属製であり、円環状の頭部７２と、該頭部７２と一体に設けられる筒状の円筒部７４とを有する。また、カラー７０には、円筒部７４の軸方向に沿って、通過孔７６が貫通形成される。

頭部７２は、その周面が、給気方向上流側の一端面から、給気方向下流側の他端面に向かって拡径するテーパ状に形成されている。大内径孔３６内において、頭部７２の一端面は、小内径孔３８と大内径孔３６との間に形成される段差面に当接し、頭部７２の他端面は、筒状部２２の先端面に当接する。

円筒部７４は、筒状部２２の内側に挿入され、これによって、通過孔７６が、給排孔３２の中内径孔３４及び小内径孔３８とライナ１４の内部と連通する。また、円筒部７４の外周面は、筒状部２２を介して大内径孔３６の内周面に沿って周回するように配設される。つまり、筒状部２２は、円筒部７４の外周面と、大内径孔３６の内周面との間に挟持される。

なお、筒状部２２を一層良好に挟持する観点からは、円筒部７４が筒状部２２内に圧入されていることが好ましい。この場合、円筒部７４が筒状部２２を大内径孔３６の内周面側に向かって押圧することから、筒状部２２の外周面が大内径孔３６の内周面に押接するため、前記シールギャップを一定に維持し易くなる。

上記の通り、カラー７０は、頭部７２と円筒部７４のみからなる簡単な構成であるため、大内径孔３６及び筒状部２２に対して容易に取り付けることができる。

本実施形態に係る高圧タンク１０は、基本的には以上のように構成される。この高圧タンク１０では、上記の通り、口金１６の給排孔３２に電磁弁を介して高圧ホースを接続することで、給排孔３２及び通過孔７６を介して水素補給源（不図示）からライナ１４内に水素ガスが供給される。このようにして給気された水素ガスによって、高圧タンク１０の内部が高圧状態にあるとき、換言すると、水素ガスの充填圧力が大きくなるとき、内部の水素ガスがライナ１４を透過し易くなる。

この高圧タンク１０では、上記の通り、肩部３０の端面３０ａと、陥没部２０の外面（口金対向面２６）との間が、ガス抜き路６４を介して給排孔３２の内側に向かって開放されている。このため、ライナ１４を透過して、補強層対向面２４と補強層１２との間に水素ガスが進入すると、該水素ガスは、低圧側となる陥没部２０の外面と肩部３０の端面３０ａとの間に移動し易くなる。

そして、陥没部２０の外面と肩部３０の端面３０ａとの間の水素ガスは、第１開口６０からガス抜き路６４内に導入され、該ガス抜き路６４を他端側に向かって流通する。そして、第２開口６２を介して、給排孔３２の内側へと排出される。これによって、水素ガスがライナ１４を透過した場合であっても、補強層対向面２４と補強層１２との間に、該水素ガスが滞留することを抑制できる。

また、この高圧タンク１０では、上記の通り、ガス抜き路６４の一端側（小径路５８ａ）の断面積及び第１開口６０の面積が、ガス抜き路６４の他の部分（大径路５８ｂ及び口金通路５２）の断面積よりも小さく設定されている。これによって、水素ガスの充填圧力が大きくなった場合であっても、ライナ１４の対向部分１４ａに生じるせん断応力を小さくすることができる。その結果、ライナ１４の対向部分１４ａやその周辺に応力集中やクリープが生じることを抑制できる。

この際、第１開口６０の面積は、水素ガスの充填圧力を最大としたとき、すなわち、最大充填圧力Ｐとしたときに対向部分１４ａに生じる最大せん断応力τＣが、樹脂材の耐力Ｓの１／２以下となるように設定されることが好ましい。最大せん断応力説（トレスカの説）等から、最大せん断応力τＣが、ライナ１４を構成する樹脂材の強度（耐力Ｓ）に達したときに、クリープ等が生じ易くなるといえる。このため、上記のように、τＣ＜１／２Ｓとなるように、第１開口６０の面積を設定することによって、ライナ１４にクリープが生じることを一層効果的に抑制可能となる。

せん断応力は、せん断荷重を該せん断荷重に平行な断面積で除すことによって求めることができる。このため、対向部分１４ａに生じる最大せん断応力τＣは、次式のようにして求めることができる。
τＣ＝（Ｐ×π×Ｄ²／４）／π×Ｄ×Ｔ＝（Ｄ×Ｐ）／（４×Ｔ）

従って、Ｄ＜Ｓ×Ｔ×２／Ｐの関係が成り立つとき、τＣ＜１／２Ｓとすることができる。これによって、上記の通り、ライナ１４にクリープが生じることを一層効果的に抑制することができる。

さらに、この高圧タンク１０では、ガス抜き路６４の他の部分（大径路５８ｂ及び口金通路５２）については、ガス抜き路６４内を水素ガスが良好に流通可能になるように、第１開口６０の面積等に比して、断面積を大きくしている。これによって、補強層１２と補強層対向面２４との間の水素ガスを給排孔３２の内側へと効果的に導くことができる。すなわち、補強層１２と補強層対向面２４との間に水素ガスが滞留することを効果的に抑制することができる。

上記のようにして、ライナ１４内に収容された水素ガスは、中内径孔３４に取り付けられた開閉バルブを介して排出可能であり、燃料電池システムに接続された配管等（何れも不図示）に供給される。このようにして、水素ガスを排気することにより、高圧タンク１０の内部が減圧された場合であっても、上記の通り、水素ガスの滞留が抑制されているため、バックリングが生じることを抑制できる。

以上から、本実施形態に係る高圧タンク１０によれば、ガス抜き路６４の第１開口６０の面積等を、他の部分の断面積よりも小さくするという簡単な構成で、ライナ１４に応力集中やクリープが生じることを抑制しつつ、ライナ１４の外面と補強層１２との間に水素ガスが滞留することを抑制できる。その結果、ライナ１４の耐久性を効果的に向上させることが可能になる。

また、高圧タンク１０では、上記の通り、ガス抜き路６４が、プラグ通路５８と、口金通路５２とから形成されることとした。ガス抜き路６４の一端側は、ガス抜き路６４の他の部分に比して断面積を小さくする必要がある分、形成し難くなる。このような、ガス抜き路６４の一端側であっても、プラグ通路５８の小径路５８ａから構成することにより、容易に形成することができる。

すなわち、プラグ５６は、口金１６とは別個に形成することができ、しかも、口金１６の挿入孔５０に挿入可能な形状であればよいため、円筒状等の単純な形状とすることが容易である。このようなプラグ５６に対しては、プラグ通路５８を容易に貫通形成することができる。

従って、プラグ通路５８の一端側に断面積が小さい小径路５８ａを容易に設けることができる。そして、プラグ通路５８を形成した後のプラグ５６を、口金通路５２と連通する挿入孔５０に挿入することによって、口金通路５２及びプラグ通路５８からなるガス抜き路６４を容易に形成することができる。

さらに、プラグ５６を、口金１６と同じ材料から形成し、口金１６とプラグ５６を同じ線膨張係数とすることにより、互いの間に熱応力が生じることを抑制できる。すなわち、長期にわたって良好にライナ１４の外面と補強層１２との間に流体が滞留することを抑制でき、高圧タンク１０の耐久性を一層効果的に向上させることができる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

上記の実施形態に係る高圧タンク１０では、プラグ５６に対して、互いに径が異なる小径路５８ａ及び大径路５８ｂからなるプラグ通路５８を設けることとしたが、小径路５８ａのみからなるプラグ通路５８を設けてもよい。この場合、プラグ通路５８全体が、ガス抜き路６４の他の部分に比して断面積が小さいガス抜き路６４の一端側となる。

上記した実施形態に係る高圧タンク１０では、小径路５８ａ、大径路５８ｂ、口金通路５２のそれぞれは、その延在方向に沿って断面積が一定であることとしたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、小径路５８ａは、一端側に向かって縮径するテーパ状であってもよく、断面積が、第１開口６０の面積と異なる部分を有していてもよい。このような場合、少なくとも第１開口６０の面積について、対向部分１４ａに生じる最大せん断応力が、樹脂材の耐力Ｓの１／２以下となるように設定されることが好ましい。

上記した実施形態に係る高圧タンク１０は、前記プラグ５６に代えて、図５に示す変形例に係るプラグ８０を備えてもよい。図２及び図５に示すように、このプラグ８０は、前記プラグ通路５８に代えて、溝通路８２が表面に形成されていることを除き、前記プラグ５６と同様に構成され、挿入孔５０に挿入される。つまり、プラグ８０は、陥没部２０の外面に対向する一端面８０ａと、段差面５４に当接する他端面８０ｂと、挿入孔５０の内面に対向する側面８０ｃとを有する。

溝通路８２は、プラグ８０の軸方向に沿って延在するように側面８０ｃに設けられる一組の第１溝通路８２ａと、プラグ８０の径方向に沿って延在するように他端面８０ｂに設けられる第２溝通路８２ｂとからなる。

一組の第１溝通路８２ａは、プラグ８０の径方向両端側にそれぞれ配置され、断面形状が半円状となる。このため、第１溝通路８２ａの一端側の第１開口８６は、プラグ８０の一端面８０ａの径方向両端側に対してそれぞれ半円状に設けられる。また、第１開口８６の面積と第１溝通路８２ａの断面積は、口金通路５２の断面積よりも小さく設定されている。第２溝通路８２ｂは、一組の第１溝通路８２ａの他端側同士を連通するとともに、第１溝通路８２ａの他端側と口金通路５２とを連通する。

つまり、第１溝通路８２ａがガス抜き路６４の一端側を構成し、口金通路５２がガス抜き路６４の他端側を構成する。このガス抜き路６４では、２つの第１開口８６を介して、第１溝通路８２ａに導入された水素ガスを、第２溝通路８２ｂを介して口金通路５２へと導き、第２開口６２から給排孔３２内へと排出することができる。

プラグ５６にプラグ通路５８を容易に形成することが可能である理由と同様の理由から、プラグ８０に対しても、溝通路８２を容易に形成することができる。このため、一端側の断面積が小さいガス抜き路６４を容易に形成することができる。

また、上記の通り、溝通路８２と口金通路５２とからなるガス抜き路６４も、その一端側（溝通路８２）の断面積及び第１開口８６の面積が、他の部分（口金通路５２）の断面積よりも小さい。このため、高圧タンク１０では、溝通路８２と口金通路５２とからなるガス抜き路６４を備える場合も、プラグ通路５８と口金通路５２とから形成されるガス抜き路６４を備える場合と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、第１開口８６が半円状である場合も、その面積は、上記した理由から、ライナ１４の第１開口８６に対向する対向部分１４ａに生じる最大せん断応力が、樹脂材の耐力Ｓの１／２以下となるように設定されることが好ましい。また、第１開口８６が半円状の場合、その周長を、円形状の第１開口６０の円周と同じかそれより小さく設定することとしてもよい。

上記の実施形態に係る高圧タンク１０では、プラグ５６、８０を備え、該プラグ５６、８０によって、ガス抜き路６４の一端側が形成されることとしたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、高圧タンク１０は、プラグ５６、８０を備えず、口金１６に直接且つ一体的に形成されたガス抜き路９０を備えてもよい。すなわち、このガス抜き路９０では、その一端側９２の断面積及び第１開口６０の面積が、他の部分９４の断面積よりも小さくなっている。このため、高圧タンク１０では、ガス抜き路９０を備える場合も、ガス抜き路６４を備える場合と同様の作用効果を得ることができる。なお、図６に示す構成要素のうち、図２に示す構成要素と同一又は同様な機能及び効果を奏するものには同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

上記の実施形態に係る高圧タンク１０では、第２開口６２が、中内径孔３４の内周面に設けられることとしたが、特にこれに限定されるものではない。第２開口６２は、ライナ１４の補強層対向面２４と補強層１２との間の水素ガスを、補強層１２の外側に導くことが可能な箇所に設けられればよく、例えば、補強層１２の開口から露呈する、突出部２８の外周面や突出端面に設けられてもよい。また、給排孔３２の中内径孔３４以外の内周面に設けられてもよい。

また、上記の実施形態では、口金通路５２等のガス抜き路６４の他の部分が、１本の通路からなることとしたが、特にこれには限定されず、複数分岐するように設けられてもよい。この場合、ガス抜き路６４の他端側の第２開口６２も複数設けられることになる。また、プラグ通路５８のうち、小径路５８ａが複数本から構成されていてもよい。

さらに、上記の実施形態では、第１開口６０及び第２開口６２の形状や、プラグ通路５８、口金通路５２、ガス抜き路９０の断面形状をそれぞれ円形とし、第１開口８６の形状や、溝通路８２の断面形状をそれぞれ半円状としたが、特にこれらに限定されるものではなく、多角形や、楕円形等の種々の形状とすることが可能である。

１０…高圧タンク １２…補強層
１４…ライナ １４ａ…対向部分
１６…口金 １８…本体部
２０…陥没部 ２４…補強層対向面
２６…口金対向面 ３０…肩部
３０ａ…端面 ３２…給排孔
５０…挿入孔 ５２…口金通路
５６、８０…プラグ ５６ａ、８０ａ…一端面
５６ｂ、８０ｂ…他端面 ５８…プラグ通路
５８ａ…小径路 ５８ｂ…大径路
６０、８６…第１開口 ６２…第２開口
６４、９０…ガス抜き路 ８０ｃ…側面
８２…溝通路 ８２ａ…第１溝通路
８２ｂ…第２溝通路

Claims (6)

1. 流体を内側に収容可能である樹脂製のライナと、前記ライナの外面を覆う補強層と、前記ライナに対して前記流体を給排するための給排孔が形成された口金と、を備える高圧タンクであって、
   前記ライナの外面は、前記補強層に対向する補強層対向面と、前記口金に対向する口金対向面とを有し、
   前記口金には、一端に前記口金対向面に向かって開口する第１開口を有し、且つ他端に前記給排孔の内側及び前記補強層の外側の少なくとも何れか一方に向かって開口する第２開口を有するガス抜き路がさらに形成され、
   前記ガス抜き路の前記一端側の延在方向に直交する断面積及び前記第１開口の面積は、該ガス抜き路の他の部分の延在方向に直交する断面積より小さいことを特徴とする高圧タンク。
2. 請求項１記載の高圧タンクにおいて、
   前記第１開口の面積は、前記ライナの前記第１開口に対向する対向部分に生じる最大せん断応力が、前記ライナを構成する樹脂材の耐力Ｓの１／２以下となるように設定されることを特徴とする高圧タンク。
3. 請求項２記載の高圧タンクにおいて、
   前記第１開口の形状が円形である場合、該第１開口の直径Ｄと、前記対向部分の厚さＴと、前記流体の最大充填圧力Ｐと、前記耐力Ｓとが、Ｄ＜Ｓ×Ｔ×２／Ｐの関係を満たすことを特徴とする高圧タンク。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の高圧タンクにおいて、
   前記口金対向面に向かって開口するように前記口金に形成された挿入孔に挿入されるプラグをさらに有し、
   前記プラグに貫通形成されたプラグ通路の少なくとも一部が、前記ガス抜き路の前記一端側を構成し、前記口金に形成された口金通路が、前記ガス抜き路の前記他端側を構成し、
   前記プラグの前記口金対向面に対向する一端側の端面に前記第１開口が形成されることを特徴とする高圧タンク。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載の高圧タンクにおいて、
   前記口金対向面に向かって開口するように前記口金に形成された挿入孔に挿入されるプラグをさらに有し、
   前記プラグの表面に形成された溝通路の少なくとも一部が、前記ガス抜き路の前記一端側を構成し、前記口金に形成された口金通路が、前記ガス抜き路の前記他端側を構成し、
   前記プラグの前記口金対向面に対向する一端側の端面に前記第１開口が形成されることを特徴とする高圧タンク。
6. 請求項４又は５記載の高圧タンクにおいて、
   前記プラグは、前記口金と同じ材料から形成されることを特徴とする高圧タンク。

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