JP6614020B2

JP6614020B2 - タンク

Info

Publication number: JP6614020B2
Application number: JP2016093764A
Authority: JP
Inventors: 大五郎森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2036-05-09
Also published as: JP2017203466A

Description

本発明は、タンクに関する。

タンクは、一般的に、内部に収容された流体を外部に導出するためのバルブを備えている。特許文献１に記載されたタンクはこうしたバルブとして電磁弁を備えている。電磁弁は作動時に振動するため、タンクも電磁弁の動作に伴って振動する。

特許第５３８８８７８号公報

一般的に、電磁弁の振動を完全に抑制することは困難である。そこで、タンクにダイナミックダンパを設けることで、タンクの振動を抑制することが考えられる。しかし、タンクの膨張収縮に伴ってタンクの固有振動数は変化するため、従来のダイナミックダンパでは十分に振動を抑制できないおそれがある。また、ダイナミックダンパとタンクとの接触部分がタンクの膨張収縮に追従できず、ダイナミックダンパが外れてしまい、振動抑制効果が低減するおそれがある。そのため、タンクの振動をより効果的に抑制可能な技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、タンクが提供される。このタンクは、外周に補強層が形成された円筒部を有するタンク本体と；前記タンク本体の一端に設けられた電磁弁と；前記補強層の外周に配置され、前記タンク本体の振動を抑制するための円筒形状のダイナミックダンパと、を備え；前記ダイナミックダンパは、前記補強層に接する円筒形状のリング部材と、前記リング部材上に設けられた円筒形状の弾性部材と、前記弾性部材上に設けられた円筒形状の重りとを有し；前記リング部材は、円周方向に沿って、一端と、他端と、前記一端と前記他端との間の間隙と、を有し；前記タンク本体内の上限圧力及び下限圧力において変化する、前記タンク本体の固有振動数に合わせた前記ダイナミックダンパの固有振動数とするために、前記リング部材が変形して、前記弾性部材のばね定数を前記タンク本体内の上限圧力及び下限圧力において変形させる。この形態のタンクによれば、タンク本体が膨張収縮して固有振動数が変化した場合でも、リング部材が変形して弾性部材のばね定数が変化することによりダイナミックダンパの固有振動数も変化する。そのため、電磁弁の動作に伴うタンクの振動を効果的に抑制することができる。また、補強層に接するリング部材には間隙部が設けられているので、タンク本体の膨張収縮に伴って、リング部材が変形可能である。そのため、ダイナミックダンパの形状をタンク本体の膨張収縮に追従させることができ、タンク本体に発生する振動をより効果的に抑制することができる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンクの製造方法等の形態で実現することができる。

タンクの概略構造を示す概形図である。図１のＡ−Ａ断面を模式的に示す断面図である。タンク内の圧力上昇時における、図２のＢ部分の拡大図である。タンク内の圧力低下時における、図２のＢ部分の拡大図である。タンク本体とダイナミックダンパの固有振動数の変化を示したグラフである。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態におけるタンク１００の概略構造を示す概形図である。タンク１００は、例えば高圧水素を収容し、燃料電池車両に搭載される。タンク１００は、タンク本体１０と、バルブ２０と、ダイナミックダンパ３０と、を備える。タンク本体１０は、ライナー１１を有する。ライナー１１は、円筒部１２と円筒部１２の両端に設けられた二つのドーム部１３とを有する。ライナー１１は、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂によって形成されている。円筒部１２及びドーム部１３の外周には補強層１４が形成されている。補強層１４は、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を１００００〜４００００本程度束ね、エポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させることによって形成された繊維束を、ライナー１１の外周に巻き付けることによって形成されている。

バルブ２０は、タンク１００の一端、より具体的には一方のドーム部１３の頂部に設けられた口金１５に設けられている。バルブ２０は、タンク１００の内容物（例えば、高圧水素）をタンク１００外に放出する際に開く。本実施形態では、バルブ２０は、電磁弁によって構成されている。電磁弁の作動時にはパルス振動が発生する。パルス振動は、幅広い周波数を含むため、バルブ２０の作動時には、タンク１００がタンク１００の固有振動数で加振される。

ダイナミックダンパ３０は、補強層１４の円周方向に配置されている。ダイナミックダンパ３０は、タンク本体１０の振動を抑制するための装置である。ダイナミックダンパ３０は、タンク本体１０の固有振動数周辺での共振現象を制振（吸振）する。

図２は、図１のＡ−Ａ断面を模式的に示す断面図である。ダイナミックダンパ３０は、円筒形状であり、リング部材３１と、間隙部３２と、弾性部材３３と、重り３４とを備える。リング部材３１は、補強層１４に接している。リング部材３１は、鋼材から成り、円筒形状である。間隙部３２は、リング部材３１の円周方向の一部に設けられている。間隙部は単に間隙とも呼ぶ。リング部材３１は、間隙部３２を備えることにより、タンク本体１０の膨張による外形の変化を吸収するための膨張吸収機構として機能する。

弾性部材３３は、リング部材３１及び間隙部３２上に設けられている。弾性部材３３は、ゴムから成り、円筒形状である。本実施形態では、弾性部材３３と補強層１４の間に、間隙部３２を有するリング部材３１が備えられているので、リング部材３１が補強層１４上を滑ることにより、弾性部材３３を均一に伸ばすことができる。重り３４は、弾性部材３３上に設けられている。重り３４は、本実施形態ではスチールから成り、円筒形状である。重り３４は、予め定められた質量を有する。

図３は、タンク本体１０内の圧力上昇時における、図２のＢ部分の拡大図である。図３には、図２のダイナミックダンパ３０の部分のみを示している。タンク本体１０内の圧力が上昇した場合（例えば５０〜７０ＭＰａ）、タンク本体１０は、見かけ上、剛性が上昇し固有振動数が上昇する。また、タンク本体１０の内圧上昇に伴い、タンク本体１０が膨張する。リング部材３１は、タンク本体１０の膨張に伴って直径が大きくなり、間隙部３２が広くなる。そうすると、弾性部材３３が周方向に伸びる。弾性部材３３は、伸びると見かけ上堅くなるため、ばね定数が大きくなり、ダイナミックダンパ３０の固有振動数も大きくなる。

図４は、タンク本体１０内の圧力低下時における、図２のＢ部分の拡大図である。図４には、図２のダイナミックダンパ３０の部分のみを示している。タンク本体１０内の圧力が低下した場合（例えば１〜１０ＭＰａ）、タンク本体１０は、見かけ上、剛性が低下し固有振動数が低下する。また、タンク本体１０の内圧低下に伴い、タンク本体１０が収縮する。リング部材３１は、タンク本体１０の収縮に伴って直径が小さくなり、間隙部３２が狭くなる。そうすると、弾性部材３３は、周方向に縮むため、ばね定数が小さくなり、ダイナミックダンパ３０の固有振動数も小さくなる。

図５は、タンク本体１０とダイナミックダンパ３０の固有振動数の変化を示したグラフである。縦軸は固有振動数（Ｈｚ）を示しており、横軸はタンク本体１０の内圧（ＭＰａ）を示している。本実施形態では、弾性部材３３は、予め定めたタンク本体１０内の上限圧力及び下限圧力において、ダイナミックダンパ３０の固有振動数がタンク本体１０の固有振動数と同じとなるばね定数になるように形成されている。弾性部材３３がこのようなばね定数を有していれば、図５に示すように、弾性部材３３の固有振動数はタンク本体１０の内圧の変化に対して線形的に変化するため、予め定めた上限圧力と下限圧力との間の範囲全体にわたって、ダイナミックダンパ３０の固有振動数がタンク本体１０の固有振動数と一致する。

以上で説明した本実施形態のタンク１００によれば、タンク本体１０が膨張収縮して固有振動数が変化した場合でも、リング部材３１が変形することで弾性部材３３のばね定数が変化するため、ダイナミックダンパ３０の固有振動数も変化する。そのため、バルブ２０の動作に伴うタンク本体１０の振動を効果的に抑制することができる。また、補強層１４に接するリング部材３１には間隙部３２が設けられているので、タンク本体１０の膨張収縮に伴って、リング部材３１が変形可能である。そのため、ダイナミックダンパ３０の形状をタンク本体１０の膨張収縮に追従させることができ、タンク本体１０に発生する振動をより効果的に抑制することができる。

Ｂ．変形例：
上記実施形態において、ダイナミックダンパ３０と同様の構成を有するダイナミックダンパが、更にタンク１００の口金１５やバルブ２０、あるいはタンク１００を車体に固定するためのタンクバンドに取り付けられてもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した角形対中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。

１０…タンク本体
１１…ライナー
１２…円筒部
１３…ドーム部
１４…補強層
１５…口金
２０…バルブ
３０…ダイナミックダンパ
３１…リング部材
３２…間隙部
３３…弾性部材
３４…重り
１００…タンク

Claims

タンクであって、
外周に補強層が形成された円筒部を有するタンク本体と、
前記タンク本体の一端に設けられた電磁弁と、
前記補強層の外周に配置され、前記タンク本体の振動を抑制するための円筒形状のダイナミックダンパと、を備え、
前記ダイナミックダンパは、前記補強層に接する円筒形状のリング部材と、前記リング部材上に設けられた円筒形状の弾性部材と、前記弾性部材上に設けられた円筒形状の重りとを有し、
前記リング部材は、円周方向に沿って、一端と、他端と、前記一端と前記他端との間の間隙と、を有し、
前記タンク本体内の上限圧力及び下限圧力において変化する、前記タンク本体の固有振動数に合わせた前記ダイナミックダンパの固有振動数とするために、前記リング部材が変形して、前記弾性部材のばね定数を前記タンク本体内の上限圧力及び下限圧力において変形させる、タンク。