高圧ガス貯蔵容器
【課題】 容器内に充填され温度上昇した燃料ガスの熱が上昇したままにならないように放熱させることができ、それにより燃料ガスの充填効率の低下を防止できる高圧ガス貯蔵容器を提供する。
【解決手段】 ライナー２と、このライナー２の周面に帯状の補強部材３を巻き付けて形成した補強層４と、からなる高圧ガス貯蔵容器１において、強化繊維であるカーボン繊維６と、熱伝達性の高い熱伝達性繊維７との複合繊維とした補強部材３を使用する。熱伝達性繊維７を使用することで、容器内で上昇した燃料ガスの熱を、この熱伝達性繊維７を通して容器外へと放熱させることができる。
【解決手段】 ライナー２と、このライナー２の周面に帯状の補強部材３を巻き付けて形成した補強層４と、からなる高圧ガス貯蔵容器１において、強化繊維であるカーボン繊維６と、熱伝達性の高い熱伝達性繊維７との複合繊維とした補強部材３を使用する。熱伝達性繊維７を使用することで、容器内で上昇した燃料ガスの熱を、この熱伝達性繊維７を通して容器外へと放熱させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ガスを充填し貯蔵するための高圧ガス貯蔵容器に関し、詳細には、容器内の過度の熱を放熱させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵容器としては、タンク形状とされたライナーの周面に、容器の機械的強度（耐圧性）を高める目的で帯状のカーボン繊維を巻き付けてこれを補強層とした、圧力容器が提案されている（例えば、特許文献１、２など参照）。
【特許文献１】特開平５−３４６１９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２３１９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種のガス貯蔵容器では、容器内に燃料ガスを充填すると、容器内の燃料ガスの温度が上昇する。時間が経つに連れて温度上昇した燃料ガスの熱は、容器内部からライナーへと伝達された後、補強層を通過して容器外へと放熱される。
【０００４】
しかしながら、補強層を構成するカーボン繊維とそれらの配列を保持するためのエポキシ樹脂などの樹脂剤は、熱容量がそれ程大きくないため、補強層自体が一種の断熱層のように作用し、容器外への放熱を妨げる。
【０００５】
また、燃料ガスの容器内への充填速度を上げると、充填後に容器内の燃料ガス温度上昇代が上がることも確認されており、容器内に蓄積する温度がより高くなることも判っている。
【０００６】
容器内の燃料ガス温度が上昇したままであると、限られた容器の容積内に貯蔵できる燃料ガス量が少なくなり、充填効率が落ちるという問題が生じる。さらに、上昇した燃料ガスの熱によって、シール部のシール材（Ｏリングやその他のシール材）の熱負荷が高くなり、寿命が短くなるという問題も生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、容器内に充填され温度上昇した燃料ガスの熱が上昇したままにならないように放熱させることができ、それにより燃料ガスの充填効率の低下を防止でき、且つシール部材の寿命を延ばすことのできる高圧ガス貯蔵容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る高圧ガス貯蔵容器は、ライナーと、このライナーの周面に帯状の補強部材を巻き付けて形成した補強層とからなる。そして、この高圧ガス貯蔵容器では、補強部材を、強化繊維と、熱伝達性の高い繊維との複合繊維とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高圧ガス貯蔵容器によれば、補強部材として強化繊維に熱伝達性の高い繊維を織り混ぜた複合繊維としたので、容器内に充填された燃料ガスの温度が上昇しても、熱伝達性の高い繊維が、その上昇した熱を容器外へと放熱させる。
【００１０】
そのため、本発明によれば、容器内の燃料ガス温度上昇を最小限に留めることができ、容器内に貯蔵できる燃料ガス量をより多く貯蔵可能とする充填効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、シール部材の寿命も大幅に延ばすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線における要部拡大断面図、図３はライナーに帯状の補強部材を巻き付けて補強層を形成するためのワインディングパターンを示す図、図４は容器内に燃料ガスを急速充填したときの容器内温度変化を示す特性図、図５は本実施の形態の補強部材の一例を示す要部拡大断面図、図６は本実施の形態の補強部材の他の例を示す要部拡大断面図である。
【００１４】
本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器１は、図１から図３に示すように、円筒形状のライナー２と、このライナー２の周面に帯状の補強部材３を巻き付けて形成した補強層４とからなる。この高圧ガス貯蔵容器１には、例えば水素ガスなどの燃料ガスが充填貯蔵される。
【００１５】
ライナー２は、一端に口金５を有した有底の円筒形状からなる容器（タンク）として形成されている。かかるライナー２は、合成樹脂製であっても良いし、或いは金属製であってもよい。合成樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリアミド、ポリカーボネート、またはこれらに強化繊維を混合したものが使用できる。金属としては、アルミニウム合金などが使用される。
【００１６】
補強層４は、ライナー２の周面に帯状の補強部材３を所定数巻き付けることにより形成され、当該ライナー２の物理的強度（耐圧性）を確保する役目をする。ライナー２の長手方向両端を除く胴部１Ａには、補強部材３を円周方向に巻き付けるフープ巻きを行い、その両端の鏡部１Ｂには、補強部材３を容器長手方向であって対角線上に巻き付けるヘリカル巻きを行う。
【００１７】
このように構成された高圧ガス貯蔵容器１では、容器内に燃料ガスを充填すると、図４に示すように、容器内の燃料ガス温度及びタンク圧（容器内圧力）も上昇し、その温度が上昇したままになり易い。容器内の燃料ガス温度が上昇したままであると、容器内に貯蔵できる燃料ガス量が減少し、充填効率が落ちてしまう。
【００１８】
そこで本実施の形態では、補強部材３として、この種の容器で使用されている強化繊維に加えて、熱伝達性の高い繊維を混合させた（織り込んだ）複合繊維を用いる。すなわち、補強部材３には、例えば図５に示すように、強化繊維としてのカーボン繊維６と、熱伝達性の高い熱伝達性繊維７とを織り込んで形成した、繊維強化プラスチック素材であるＣＦＲＰ層（Fiber Reinforced Plastics）を帯状としたものを使用する。
【００１９】
そして、帯状とした補強部材３をライナー２に巻き付けるときに、繊維同士及び補強部材３同士の保持を目的としてエポキシ樹脂などの樹脂８を含浸させる。本実施の形態では、カーボン繊維６と熱伝達性繊維７を合計１２０００本の束とし、熱伝達性繊維７の数をカーボン繊維６の数よりも多くしてある。
【００２０】
熱伝達性繊維７としては、熱伝達性に優れた金属繊維が使用される。例えば、熱伝達性繊維７には、アルミニウム、ステンレス、チタン、ニッケルなどが好適である。
【００２１】
このように構成された補強部材３を使用して補強層４を形成すれば、容器内に充填された燃料ガスの温度が上昇しても、熱伝達性繊維７が、上昇した熱を容器外へと放熱させ、当該容器内の燃料ガス温度上昇を最小限に留めることができる。これにより、本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器１によれば、容器内に貯蔵できる燃料ガス量をより多く貯蔵可能とする充填効率を高めることができ、また、口金５に装着されるシール部材の寿命も大幅に延ばすことが可能となる。
【００２２】
図６には、カーボン繊維６と熱伝達性繊維７を予め半硬化させたプリプレグまたはトゥプレグとした例を示す。このように、カーボン繊維６と熱伝達性繊維７を予め半硬化させたプリプレグまたはトゥプレグとすれば、これらカーボン繊維６と熱伝達性繊維７の繊維同士を規則正しく、且つ、繊維同士間を最小となるように配列することができる。これにより、熱伝達性繊維７同士間距離が短くなることで、より熱伝達が容易に行えるようになる。
【００２３】
プリプレグまたはトゥプレグとすることで、繊維同士が整列されると共に繊維間距離が短くなることから、図５の補強部材３の厚みＨ１よりも図６の補強部材３の厚みＨ２を薄くすることが可能となる。
【００２４】
また、このように構成された補強部材３は、ライナー２の胴部１Ａ及び鏡部１Ｂの全ての部位に巻き付けても良いが、放熱させたい部位を限定して巻き、その他の部位はカーボン繊維６のみから形成される補強部材を巻き付けるようにしても良い。
【００２５】
例えば、胴部１Ａからの放熱をより多くしたい場合には、熱伝達性繊維７を胴部１Ａにフープ巻きで巻き、鏡部１Ｂには熱伝達性繊維７が含まれていないカーボン繊維６をヘリカル巻きで巻く。鏡部１Ｂからの放熱をより多くしたい場合には、熱伝達性繊維７を鏡部１Ｂにヘリカル巻きで巻き、胴部１Ａには熱伝達性繊維７が含まれていないカーボン繊維６をフープ巻きで巻く。
【００２６】
このように、熱伝達性繊維７として金属繊維などのように比重が大きい繊維を使用した場合、同等の耐圧強度を持つ容器とすると質量増となってしまうが、補強層４の全てに熱伝達性繊維７を適用するのではなく、より効率よく熱交換できる積層パターンとすることで、比重の大きい熱伝達性繊維７の使用量を限定できる。つまり、熱伝達性繊維７を織り交ぜた補強部材３を巻き付ける部位を限定すれば、通常の容器に比べて質量増加量を最小限に留めることが可能となる。
【００２７】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００２８】
例えば、繊維同士及び補強部材３同士の保持を目的として使用される樹脂８、または、プリプレグやトゥプレグに使用される樹脂８を、熱伝達性に優れた高熱伝達性樹脂とする。熱伝達性繊維７に加えて高熱伝達性樹脂を使用することで、より一層、容器内の上昇した燃料ガスの熱を放熱させることができる。
【００２９】
高熱伝達性樹脂としては、例えば熱硬化性の、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミンフェノール樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ジアリルフタレート樹脂などが使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における要部拡大断面図である。
【図３】ライナーに帯状の補強部材を巻き付けて補強層を形成するためのワインディングパターンを示す図である。
【図４】容器内に燃料ガスを急速充填したときの容器内温度変化を示す特性図である。
【図５】本実施の形態の補強部材の一例を示す要部拡大断面図である。
【図６】本実施の形態の補強部材の他の例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…高圧ガス貯蔵容器
２…ライナー
３…補強部材
４…補強層
５…口金
６…カーボン繊維
７…熱伝達性繊維
８…樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ガスを充填し貯蔵するための高圧ガス貯蔵容器に関し、詳細には、容器内の過度の熱を放熱させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスを貯蔵するためのガス貯蔵容器としては、タンク形状とされたライナーの周面に、容器の機械的強度（耐圧性）を高める目的で帯状のカーボン繊維を巻き付けてこれを補強層とした、圧力容器が提案されている（例えば、特許文献１、２など参照）。
【特許文献１】特開平５−３４６１９７号公報
【特許文献２】特開平１０−２３１９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種のガス貯蔵容器では、容器内に燃料ガスを充填すると、容器内の燃料ガスの温度が上昇する。時間が経つに連れて温度上昇した燃料ガスの熱は、容器内部からライナーへと伝達された後、補強層を通過して容器外へと放熱される。
【０００４】
しかしながら、補強層を構成するカーボン繊維とそれらの配列を保持するためのエポキシ樹脂などの樹脂剤は、熱容量がそれ程大きくないため、補強層自体が一種の断熱層のように作用し、容器外への放熱を妨げる。
【０００５】
また、燃料ガスの容器内への充填速度を上げると、充填後に容器内の燃料ガス温度上昇代が上がることも確認されており、容器内に蓄積する温度がより高くなることも判っている。
【０００６】
容器内の燃料ガス温度が上昇したままであると、限られた容器の容積内に貯蔵できる燃料ガス量が少なくなり、充填効率が落ちるという問題が生じる。さらに、上昇した燃料ガスの熱によって、シール部のシール材（Ｏリングやその他のシール材）の熱負荷が高くなり、寿命が短くなるという問題も生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、容器内に充填され温度上昇した燃料ガスの熱が上昇したままにならないように放熱させることができ、それにより燃料ガスの充填効率の低下を防止でき、且つシール部材の寿命を延ばすことのできる高圧ガス貯蔵容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る高圧ガス貯蔵容器は、ライナーと、このライナーの周面に帯状の補強部材を巻き付けて形成した補強層とからなる。そして、この高圧ガス貯蔵容器では、補強部材を、強化繊維と、熱伝達性の高い繊維との複合繊維とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高圧ガス貯蔵容器によれば、補強部材として強化繊維に熱伝達性の高い繊維を織り混ぜた複合繊維としたので、容器内に充填された燃料ガスの温度が上昇しても、熱伝達性の高い繊維が、その上昇した熱を容器外へと放熱させる。
【００１０】
そのため、本発明によれば、容器内の燃料ガス温度上昇を最小限に留めることができ、容器内に貯蔵できる燃料ガス量をより多く貯蔵可能とする充填効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、シール部材の寿命も大幅に延ばすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線における要部拡大断面図、図３はライナーに帯状の補強部材を巻き付けて補強層を形成するためのワインディングパターンを示す図、図４は容器内に燃料ガスを急速充填したときの容器内温度変化を示す特性図、図５は本実施の形態の補強部材の一例を示す要部拡大断面図、図６は本実施の形態の補強部材の他の例を示す要部拡大断面図である。
【００１４】
本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器１は、図１から図３に示すように、円筒形状のライナー２と、このライナー２の周面に帯状の補強部材３を巻き付けて形成した補強層４とからなる。この高圧ガス貯蔵容器１には、例えば水素ガスなどの燃料ガスが充填貯蔵される。
【００１５】
ライナー２は、一端に口金５を有した有底の円筒形状からなる容器（タンク）として形成されている。かかるライナー２は、合成樹脂製であっても良いし、或いは金属製であってもよい。合成樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ポリアミド、ポリカーボネート、またはこれらに強化繊維を混合したものが使用できる。金属としては、アルミニウム合金などが使用される。
【００１６】
補強層４は、ライナー２の周面に帯状の補強部材３を所定数巻き付けることにより形成され、当該ライナー２の物理的強度（耐圧性）を確保する役目をする。ライナー２の長手方向両端を除く胴部１Ａには、補強部材３を円周方向に巻き付けるフープ巻きを行い、その両端の鏡部１Ｂには、補強部材３を容器長手方向であって対角線上に巻き付けるヘリカル巻きを行う。
【００１７】
このように構成された高圧ガス貯蔵容器１では、容器内に燃料ガスを充填すると、図４に示すように、容器内の燃料ガス温度及びタンク圧（容器内圧力）も上昇し、その温度が上昇したままになり易い。容器内の燃料ガス温度が上昇したままであると、容器内に貯蔵できる燃料ガス量が減少し、充填効率が落ちてしまう。
【００１８】
そこで本実施の形態では、補強部材３として、この種の容器で使用されている強化繊維に加えて、熱伝達性の高い繊維を混合させた（織り込んだ）複合繊維を用いる。すなわち、補強部材３には、例えば図５に示すように、強化繊維としてのカーボン繊維６と、熱伝達性の高い熱伝達性繊維７とを織り込んで形成した、繊維強化プラスチック素材であるＣＦＲＰ層（Fiber Reinforced Plastics）を帯状としたものを使用する。
【００１９】
そして、帯状とした補強部材３をライナー２に巻き付けるときに、繊維同士及び補強部材３同士の保持を目的としてエポキシ樹脂などの樹脂８を含浸させる。本実施の形態では、カーボン繊維６と熱伝達性繊維７を合計１２０００本の束とし、熱伝達性繊維７の数をカーボン繊維６の数よりも多くしてある。
【００２０】
熱伝達性繊維７としては、熱伝達性に優れた金属繊維が使用される。例えば、熱伝達性繊維７には、アルミニウム、ステンレス、チタン、ニッケルなどが好適である。
【００２１】
このように構成された補強部材３を使用して補強層４を形成すれば、容器内に充填された燃料ガスの温度が上昇しても、熱伝達性繊維７が、上昇した熱を容器外へと放熱させ、当該容器内の燃料ガス温度上昇を最小限に留めることができる。これにより、本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器１によれば、容器内に貯蔵できる燃料ガス量をより多く貯蔵可能とする充填効率を高めることができ、また、口金５に装着されるシール部材の寿命も大幅に延ばすことが可能となる。
【００２２】
図６には、カーボン繊維６と熱伝達性繊維７を予め半硬化させたプリプレグまたはトゥプレグとした例を示す。このように、カーボン繊維６と熱伝達性繊維７を予め半硬化させたプリプレグまたはトゥプレグとすれば、これらカーボン繊維６と熱伝達性繊維７の繊維同士を規則正しく、且つ、繊維同士間を最小となるように配列することができる。これにより、熱伝達性繊維７同士間距離が短くなることで、より熱伝達が容易に行えるようになる。
【００２３】
プリプレグまたはトゥプレグとすることで、繊維同士が整列されると共に繊維間距離が短くなることから、図５の補強部材３の厚みＨ１よりも図６の補強部材３の厚みＨ２を薄くすることが可能となる。
【００２４】
また、このように構成された補強部材３は、ライナー２の胴部１Ａ及び鏡部１Ｂの全ての部位に巻き付けても良いが、放熱させたい部位を限定して巻き、その他の部位はカーボン繊維６のみから形成される補強部材を巻き付けるようにしても良い。
【００２５】
例えば、胴部１Ａからの放熱をより多くしたい場合には、熱伝達性繊維７を胴部１Ａにフープ巻きで巻き、鏡部１Ｂには熱伝達性繊維７が含まれていないカーボン繊維６をヘリカル巻きで巻く。鏡部１Ｂからの放熱をより多くしたい場合には、熱伝達性繊維７を鏡部１Ｂにヘリカル巻きで巻き、胴部１Ａには熱伝達性繊維７が含まれていないカーボン繊維６をフープ巻きで巻く。
【００２６】
このように、熱伝達性繊維７として金属繊維などのように比重が大きい繊維を使用した場合、同等の耐圧強度を持つ容器とすると質量増となってしまうが、補強層４の全てに熱伝達性繊維７を適用するのではなく、より効率よく熱交換できる積層パターンとすることで、比重の大きい熱伝達性繊維７の使用量を限定できる。つまり、熱伝達性繊維７を織り交ぜた補強部材３を巻き付ける部位を限定すれば、通常の容器に比べて質量増加量を最小限に留めることが可能となる。
【００２７】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
【００２８】
例えば、繊維同士及び補強部材３同士の保持を目的として使用される樹脂８、または、プリプレグやトゥプレグに使用される樹脂８を、熱伝達性に優れた高熱伝達性樹脂とする。熱伝達性繊維７に加えて高熱伝達性樹脂を使用することで、より一層、容器内の上昇した燃料ガスの熱を放熱させることができる。
【００２９】
高熱伝達性樹脂としては、例えば熱硬化性の、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミンフェノール樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ジアリルフタレート樹脂などが使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施の形態の高圧ガス貯蔵容器の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における要部拡大断面図である。
【図３】ライナーに帯状の補強部材を巻き付けて補強層を形成するためのワインディングパターンを示す図である。
【図４】容器内に燃料ガスを急速充填したときの容器内温度変化を示す特性図である。
【図５】本実施の形態の補強部材の一例を示す要部拡大断面図である。
【図６】本実施の形態の補強部材の他の例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…高圧ガス貯蔵容器
２…ライナー
３…補強部材
４…補強層
５…口金
６…カーボン繊維
７…熱伝達性繊維
８…樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナーと、このライナーの周面に帯状の補強部材を巻き付けて形成した補強層と、からなる高圧ガス貯蔵容器において、
前記補強部材は、強化繊維と、熱伝達性の高い繊維との複合繊維からなる
ことを特徴とする高圧ガス貯蔵容器。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧ガス貯蔵容器であって、
前記熱伝達性の高い繊維を予め半硬化させたプリプレグまたはトゥプレグとした
ことを特徴とする高圧ガス貯蔵容器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高圧ガス貯蔵容器であって、
前記熱伝達性の高い繊維を、放熱させたい部位のみに設ける
ことを特徴とする高圧ガス貯蔵容器。
【請求項１】
ライナーと、このライナーの周面に帯状の補強部材を巻き付けて形成した補強層と、からなる高圧ガス貯蔵容器において、
前記補強部材は、強化繊維と、熱伝達性の高い繊維との複合繊維からなる
ことを特徴とする高圧ガス貯蔵容器。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧ガス貯蔵容器であって、
前記熱伝達性の高い繊維を予め半硬化させたプリプレグまたはトゥプレグとした
ことを特徴とする高圧ガス貯蔵容器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高圧ガス貯蔵容器であって、
前記熱伝達性の高い繊維を、放熱させたい部位のみに設ける
ことを特徴とする高圧ガス貯蔵容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３００１３９（Ｐ２００６−３００１３９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１９９２０（Ｐ２００５−１１９９２０）
【出願日】平成１７年４月１８日（２００５．４．１８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１８日（２００５．４．１８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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