JP7484863B2 - タンクユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、複数の高圧タンクが連結されたタンクユニットの製造方法に関する。

特許文献１に、複数の高圧タンクが連結されたタンクユニットが開示されている。特許文献１のタンクユニットは、水素ガスを充電するタンクユニットであり、燃料電池車に搭載される。複数の高圧タンクは連結部材で連結されている。連結部材は、複数の高圧タンクのガスを外部に導く配管を兼ねている。複数の高圧タンクはケースに収容されている。

特許文献２にもタンクユニットが開示されている。高圧タンクは細長い円筒形であり、複数の高圧タンクは平行に配置されている。複数の高圧タンクは頭側と尻側がそれぞれ連結具で連結されている。

特許文献３には、高圧タンクの耐圧試験が開示されている。

特開２０１９－０３３６５７号公報 特開２０２１－１２４１７１号公報 特開２０１４－１１９２９２号公報

複数の高圧タンクが連結されたタンクユニットを効率よく製造する方法を提供する。

本明細書が開示する製造方法は、複数の高圧タンクを連結するのに先立って夫々の高圧タンクに対して耐圧検査を行う検査工程と、耐圧検査に合格した複数の高圧タンクにガス流路を連結する連結工程を備える。ガス流路は、液体を高圧タンクへ入れる注水装置の管よりも細い。それゆえ、高圧タンクにガス流路を取り付けてから注水して耐圧検査を行うと、ガス流路の損失が大きいので時間がかかる。ガス流路を組み付ける前に高圧タンクの耐圧検査を実施することで、効率よくタンクユニットを製造することができる。

夫々の高圧タンクの頭と尻に開口が設けられており、尻の開口をプラグで封止し、頭の開口から液体を注入して耐圧検査を行うようにしてもよい。その場合、プラグを外して夫々の高圧タンクの内側を乾燥させた後に尻の開口にエンドキャップを取り付け、複数の高圧タンクのエンドキャップを尻側連結具に嵌めて複数の高圧タンクを連結するようにしてもよい。

頭側の開口から入った乾燥空気は高圧タンクの内部を通り、尻側の開口から外へ出る。内部に乾燥空気を一方向に通すことができるので、高圧タンクの内部を迅速に乾かすことができる。

連結工程は、複数の高圧タンクの頭を頭側連結具で連結することを含んでおり、尻側連結具と頭側連結具を包含する最小直方体の中に全ての前記高圧タンクが含まれるようにしてもよい。頭側連結具と尻側連結具が全ての高圧タンクを保護することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のタンクユニットを搭載した燃料電池車の側面図である。 タンクユニットの斜視図である。 タンクユニットの分解斜視図である。 タンクユニットの平面図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿ってカットしたタンクユニットの断面図である。 高圧タンクをキャップに取り付ける途中の断面図である。 図４のVII－VII線に沿ってカットしたタンクユニットの断面図である。 図Ｘの矢印VIII方向から見た拡大図である。 タンクユニットの平面図である。 タンクユニットの側面図である。 タンクユニットを頭側からみた図である。 タンクユニットを尻側からみた図である。 タンクユニットが落下するときの姿勢の一例を示す図である。 変形例のタンクユニットの分解斜視図である。 図１４のXV－XV線に沿ってカットしたタンクユニットの断面図である。 タンクユニットの製造方法を説明する図である（１）。 タンクユニットの製造方法を説明する図である（２）。 タンクユニットの製造方法を説明する図である（３）。 タンクユニットの製造方法を説明する図である（４）。 タンクユニットの製造方法を説明する図である（５）。

図面を参照して実施例のタンクユニット１０を説明する。タンクユニット１０は、燃料電池車に搭載される。タンクユニット１０は、燃料電池車の燃料電池スタックに水素ガスを供給する。図１に、タンクユニット１０を搭載した燃料電池車２の側面図を示す。タンクユニット１０は、フロアパネル４の下に固定される。

図２に、タンクユニット１０を燃料電池車２のシャシ３から分離した斜視図を示す。タンクユニット１０は、複数の高圧タンク１００を含んでおり、複数の高圧タンク１００は、頭側連結具２００と尻側連結具３００によって連結されている。図２では、複数の高圧タンク１００のうち、一つの高圧タンクのみに符号１００を付し、他の高圧タンクには符号を省略した。

タンクユニット１０は、フロアパネル４の下面にボルト９９９で固定される。タンクユニット１０の下には、プロテクタ５が配置される。プロテクタ５は、走行中にはね上げられる石からタンクユニット１０を保護する。

図３にタンクユニット１０の分解斜視図を示す。図４にタンクユニット１０の平面図を示す。理解を助けるために、図３の直線Ｌ１の左右で座標系の向きが異なる点に留意されたい。

高圧タンク１００は、長尺の円筒形状である。説明の便宜上、高圧タンク１００の軸線方向の一端を「頭１００ａ」と称し、他端を「尻１００ｂ」と称する。高圧タンク１００は、頭１００ａに開口１０１を備える。タンクユニット１０は複数の高圧タンク１００を含んでおり、複数の高圧タンク１００は、複数の頭１００ａを揃え、複数の尻１００ｂを揃えて平行に配置されている。複数の高圧タンク１００の頭１００ａは頭側連結具２００で連結されており、尻１００ｂは尻側連結具３００で連結されている。

頭１００ａには、口金１１０が取り付けられている。高圧タンク１００の本体は炭素繊維強化プラスチックで作られており、口金１１０は金属で作られている。口金１１０は、高圧タンク１００を頭側連結具２００と連結するためのジョイントである。口金１１０は、高圧タンク１００の一部である。

頭側連結具２００はプロテクタ２５０とインテークマニホールド２１０を含んでいる。インテークマニホールド２１０は、ガス流路２４０と複数のキャップ２１１を備えており、複数のキャップ２１１のそれぞれが、複数の高圧タンク１００のそれぞれの口金１１０と連結される。キャップ２１１が高圧タンク１００の頭側の開口１０１を塞ぐ。また、複数のキャップ２１１の内側とガス流路２４０は連通している。すなわち、ガス流路２４０はそれぞれのキャップ２１１の内側に開口している。

ガス流路２４０の一端は、インテークマニホールド２１０から図中の座標系のＸ方向に延びている。ガス流路２４０の一端は、プロテクタ２５０に設けられた溝２５１を通過し、主止弁２９０に連結される。それぞれのキャップ２１１が高圧タンク１００の開口（口金１１０）に取り付けられると、高圧タンク１００の開口１０１とガス流路２４０が連通する。ガス流路２４０は高圧タンク１００のガスを外へ導く。

インテークマニホールド２１０はボルト９９９でプロテクタ２５０に連結される。プロテクタ２５０は、強度の高い鋼で作られており、複数の高圧タンク１００を連結するとともに、高圧タンク１００を保護する。

高圧タンク１００は尻１００ｂにも開口が設けられており、尻側の開口はエンドキャップ１５０で塞がれている。高圧タンク１００に取り付けられたエンドキャップ１５０は高圧タンク１００の尻から外側へ突出する。尻側連結具３００には複数の孔３０１が設けられており、それぞれの高圧タンク１００のエンドキャップ１５０がそれぞれの孔３０１に挿入される。複数の高圧タンク１００は尻側連結具３００によっても結束される。いくつかの高圧タンク１００がエンドキャップ１５０を介してボルト９９９で尻側連結具３００に固定される。いくつかの高圧タンク１００が尻側連結具３００に固定されることで、他の高圧タンク１００も尻側連結具３００から外れなくなる。

図４のＶ－Ｖ線に沿った断面を図５に示す。図５は、高圧タンク１００の開口１０１とキャップ２１１の連結構造の一例を示している。口金１１０は、高圧タンク１００の頭１００ａの外周に圧入されている。口金１１０の外周（すなわち高圧タンク１００の頭１００ａの外周）にはネジ山１１２が設けられており、キャップ２１１の内周面にはネジ溝２１２が設けられている。高圧タンク１００（口金１１０）はキャップ２１１にねじ込むことができ、口金１１０のネジ山１１２がキャップ２１１のネジ溝２１２に係合し、高圧タンク１００がキャップ２１１と連結される。

口金１１０の後端外周にはロック溝４０２が設けられている。ロック溝４０２は、口金１１０の後端外周を一巡している。一方、キャップ２１１の内側面には、口金１１０に対して進退するロックピン４０１が備えられている。ロックピン４０１は、口金１１０の側面に対して進退可能にキャップ２１１に取り付けられている。ロックピン４０１は、バネ４０３によって、口金１１０に向けて付勢されている。

ロックピン４０１の一方の側面（キャップ２１１の開口側の側面）は傾斜しており、反対側の側面はキャップ２１１の内面に対して垂直になっている。図６に、口金１１０（高圧タンク１００の頭１００ａ）をキャップ２１１にねじ込んでいく途中を示す。高圧タンク１００をキャップ２１１に挿入していくと、口金１１０に押されてロックピン４０１は後退する（図６）。口金１１０がキャップ２１１に入り込み、ロック溝４０２がロックピン４０１に対向すると、バネ４０３によりロックピン４０１はロック溝４０２に係合する（図５）。ロックピン４０１がロック溝４０２に係合すると、口金１１０（高圧タンク１００）はキャップ２１１から外れなくなる。ロックピン４０１、ロック溝４０２、バネ４０３は、高圧タンク１００がキャップ２１１から外れないようにロックするロック機構４００を構成する。

キャップ２１１の内側には、栓２３０が設けられている。栓２３０はインテークマニホールド２１０の一部である。栓２３０は高圧タンク１００の開口１０１の内側に入り込む。また、栓２３０の内側にもガス流路２４０が通じている。先に述べたように、キャップ２１１の内側（栓２３０）には、ガス流路２４０が開口しており、高圧タンク１００がキャップ２１１に連結されると、高圧タンク１００の内部と主止弁２９０がガス流路２４０を介して連通する。

ロック機構の別の構成例を説明する。図４のVII－VII線に沿った断面を図７に示す。図５、６に、ロック機構４００の一例を示した。図７は、ロック機構の別の例（ロック機構４１０）を示している。

図７では見えないが、ロック機構４１０の場合も、図５、図６と同様に、口金１１０の外周面にネジ山１１２が設けられており、キャップ２１１の内周面にネジ溝２１２が設けられている。高圧タンク１００のネジ山１１２がキャップ２１１のネジ溝２１２に係合し、高圧タンク１００がキャップ２１１に固定される。高圧タンク１００の口金１１０の根本には、歯車４１２が形成されている。キャップ２１１には、口金１１０に対して進退するロックピン４１１と、ロックピン４１１を口金１１０に向けて付勢するバネ４１３が備えられている。

ロックピン４１１、バネ４１３、歯車４１２は、矢印Ａ１の方向には高圧タンク１００の回転を許容し、逆回転（矢印Ａ２の方向）の回転は禁止するラチェット構造を構成する。図７に示されているように、歯車４１２を有する口金１１０（高圧タンク１００）は、矢印Ａ１の方向には回転可能であるが、歯車４１２、ロックピン４１１、バネ４１３により、矢印Ａ２の方向の回転（逆回転）は防止される。ラチェット構造を採用したロック機構４１０（図７の構造）も、高圧タンク１００がキャップ２１１から外れないようにロックする。

図５の矢印VIIIに沿ってみた平面図を図８に示す。図８は、キャップ２１１の開口縁２１１ａと高圧タンク１００（口金１１０）の境界付近の拡大図である。キャップ２１１（開口縁２１１ａ）と高圧タンク１００（口金１１０）の境界には割り印２２０（ｔａｌｌｙ－ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ／ｔａｌｌｙ－ｓｅａｌ）が付されている。割り印２２０は、高圧タンク１００をキャップ２１１に取り付けた後に付される。図６は高圧タンク１００をキャップ２１１に取り付けている途中の図であり、割り印２２０はまだ付されていない。

ロック機構４００／４１０を備えているので高圧タンク１００はキャップ２１１から容易には外れない。しかし、何等かのアクシデントによって高圧タンク１００がキャップ２１１から外れ、再び連結されたとしても、割り印２２０が破られることで過去に高圧タンク１００がキャップ２１１から外れたことが一目で判明する。割り印２２０は、ステッカーあるいは、スタンプでよい。

前述したように、タンクユニット１０は、複数の高圧タンク１００と、頭側連結具２００、尻側連結具３００を含んでいる。高圧タンク１００は、長尺であり、頭１００ａを揃え、尻１００ｂを揃えて平行に配置されている。頭側連結具２００は、複数の高圧タンク１００の頭１００ａを連結し、尻側連結具３００は、複数の高圧タンク１００の尻１００ｂを連結する。

図９に、タンクユニット１０の平面図を再び示す。破線矩形Ｂ１は、頭側連結具２００と尻側連結具３００を包含する最小矩形である。全ての高圧タンク１００は、破線矩形Ｂ１の内側に位置する。図１０に、タンクユニット１０の側面図を示す。図１０の破線矩形Ｂ２は、側面視でみたときの頭側連結具２００と尻側連結具３００を包含する最小矩形である。全ての高圧タンク１００は、破線矩形Ｂ２の内側に位置する。図１０、および、後述する図１１、１２では、主止弁２９０の図示は省略した。

図１１は、タンクユニット１０を高圧タンク１００の頭側からみた図である。全ての高圧タンク１００は、頭側からみて、頭側連結具２００の輪郭の内側に位置する。図１２は、タンクユニット１０を高圧タンク１００の尻側からみた図である。全ての高圧タンク１００は、尻側からみて、尻側連結具３００の輪郭の内側に位置する。

図９－図１２に示されているように、タンクユニット１０は、次の特徴を備えている。高圧タンク１００の頭１００ａと尻１００ｂを繋ぐタンク長手方向（図中Ｘ方向）からみて全ての高圧タンク１００が頭側連結具２００の輪郭の内側に配置されているとともに尻側連結具３００の輪郭の内側に配置されている（図１１、図１２）。複数の高圧タンク１００の並び方向（図中Ｙ方向）、および、タンク長手方向（Ｘ方向）と並び方向（Ｙ方向）に交差する平面視方向（Ｚ方向）からみて、全ての高圧タンク１００が頭側連結具２００と尻側連結具３００を包含する輪郭（破線矩形Ｂ１、Ｂ２）の内側に配置されている。さらに別言すれば、タンクユニット１０の一つの構造的特徴は次のように表現できる。全ての高圧タンク１００は、頭側連結具２００と尻側連結具３００を包含する最小直方体の中に位置する。

上記の特徴は、以下の利点を与える。すなわち、タンクユニット１０は、どのような姿勢で落下しても、必ず頭側連結具２００または尻側連結具３００が最初に地面に接触する。例えば図１３に示すように、タンクユニット１０が傾いて落下しても、尻側連結具３００の外側のコーナー３００ａが最初に地面Ｇに接触する。タンクユニット１０は、落下の際に頭側連結具２００または尻側連結具３００が地面に最初に接触するので、高圧タンク１００が保護される。

図１４に、変形例のタンクユニット１０ａの分解斜視図を示す。図１５に、図１４のXV－XV線に沿ってタンクユニット１０ａをカットした断面図を示す。タンクユニット１０ａは、第１実施例のタンクユニット１０と、タンクユニット１０を収容するハウジング５００を備える。タンクユニット１０は、下ハウジング５０２に収容される。下ハウジング５０２は、カバー５０１で塞がれる。複数の高圧タンク１００と下ハウジング５０２の内面との間には緩衝材５０３が配置されている。緩衝材５０３は、柔らかいシートであり、例えば、シリコンゴムで作られている。ハウジング５００が複数の高圧タンク１００を保護するとともに、緩衝材５０３は、複数の高圧タンク１００を振動から保護する。

（タンクユニットの製造方法）図１６から図２０を参照しつつタンクユニット１０の製造方法を説明する。タンクユニット１０の製造方法は、検査工程と連結工程を含む。検査工程は連結工程に先立って実施される。検査工程では、複数の高圧タンク１００の夫々に対して耐圧検査を実施する。連結工程では、耐圧検査に合格した複数の高圧タンクを連結する。

検査工程について説明する。図１６は、検査工程前の高圧タンクを示している。左端の高圧タンク１００のみ、断面で示してある。先に述べたように、高圧タンク１００は、頭１００ａに開口１０１を有しており、尻１００ｂに開口１０２を有している。尻側の開口１０２は、耐圧検査に先立ってプラグ１５１で塞がれる（図１６参照）。

尻側の開口１０２をプラグ１５１で塞いだ後、頭側の開口１０１に注水装置６００が取り付けられる。注水装置６００は、それぞれの高圧タンク１００に高圧で注水する。一方、それぞれの高圧タンク１００の表面各所に歪ゲージ６０１が取り付けられる。図１７では、一つの高圧タンク１００のみ、断面で示しているとともに歪ゲージ６０１を取り付けた状態を示している。他の高圧タンク１００にも歪ゲージが取り付けられる。

複数の歪ゲージ６０１は、検査装置６０２に電気的に接続されている。検査工程では、夫々の高圧タンク１００を満水にするとともに所定の水圧を加える。検査装置６０２は、満水の高圧タンク１００の表面歪が所定の許容範囲内であるか否かをチェックする。表面歪が許容範囲を超えている場合、その高圧タンクは十分な耐圧性能がないと判定し、耐圧検査不合格に指定される。耐圧検査は、連結前のそれぞれの高圧タンク１００に対して個別に実施される。

耐圧検査が終わると、プラグ１５１を開口１０２から外し、高圧タンク１００内の水を抜く（図１８）。次いで、頭側の開口１０１にブロア６０５が接続される。ブロア６０５から各高圧タンク１００へ乾燥した空気が送られ、高圧タンク１００の内部を乾燥させる（図１９）。頭側の開口１０１から入った乾燥空気は高圧タンク１００の内部を通り、尻側の開口１０２から外へ出る。高圧タンク１００は頭側と尻側に開口を有している。内部に乾燥空気を一方向に通すことができるので、高圧タンク１００の内部を迅速に乾かすことができる。

次に、連結工程に移る。連結工程では、耐圧検査に合格した高圧タンク１００が集められる。連結工程では、尻側の開口１０２にエンドキャップ１５０を取り付ける（図２０）。高圧タンク１００に取り付けられたエンドキャップ１５０は、尻１００ｂから外側へ突出する。複数の高圧タンク１００を並べ、エンドキャップ１５０の先端を尻側連結具３００に嵌める。いくつかのボルト９９９を尻側連結具３００に挿通し、エンドキャップ１５０に固定する（図２０）。複数の高圧タンク１００の頭１００ａには、頭側連結具２００がボルト９９９で固定される。並列に配置された複数の高圧タンク１００は、頭側連結具２００と尻側連結具３００によって連結される。

頭側連結具２００は、プロテクタ２５０とインテークマニホールド２１０を含んでいる。インテークマニホールド２１０は、高圧タンク１００の頭側の開口１０１を塞ぐキャップ２１１と高圧タンク１００のガスを外部へ導くガス流路２４０を備えている。ガス流路２４０は、液体を高圧タンク１００へ入れる注水装置６００の管よりも細い。それゆえ、高圧タンク１００にガス流路２４０を取り付けてから注水して耐圧検査を行うと、ガス流路２４０の損失が大きいので時間がかかる。ガス流路２４０を組み付ける前に高圧タンク１００の耐圧検査を実施することで、効率よくタンクユニットを製造することができる。

タンクユニット１０の製造方法の特徴のいくつかを以下に列挙する。夫々の高圧タンク１００の頭１００ａに開口１０１が設けられており、尻１００ｂに開口１０２が設けられている。尻１００ｂの開口１０２をプラグ１５１で封止し、頭１００ａの開口１０１から液体を注入して耐圧検査を行う。プラグ１５１を外して夫々の高圧タンクの内側を乾燥させた後、尻１００ｂの開口１０２にエンドキャップ１５０を取り付ける。頭側の開口１０１から空気を送り、尻側の開口１０２から空気を出すようにして乾燥させることで、高圧タンク１００の内部を迅速に乾燥させることができる。実施例の製造方法は、この点でも、効率よくタンクユニット１０を製造することができる。

複数の高圧タンク１００に取り付けられた複数のエンドキャップ１５０を尻側連結具３００に嵌めて複数の高圧タンク１００を連結する。連結工程は、複数の高圧タンク１００の頭を頭側連結具２００で連結することを含む。頭側連結具２００と尻側連結具３００を包含する最小直方体の中に全ての高圧タンク１００が含まれる。頭側連結具２００と尻側連結具３００が複数の高圧タンク１００を保護する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。一つのタンクユニットに含まれる高圧タンクの数は２以上であればいくつでもよい。

頭側連結具に、複数の高圧タンクのガスを外へ導くガス流路が備えられていてもよい。頭側連結具にガス流路を備えることで、複数の高圧タンクの物理的な連結と、流路の連結が同時に行える。

夫々の高圧タンクの尻に開口が設けられており、当該開口が高圧タンクの外まで延びるエンドキャップで塞がれており、尻側連結具に、夫々の高圧タンクのエンドキャップが差し込まれている構造でもよい。尻側連結具を複数の高圧タンクに容易に取り付けることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：燃料電池車 ３：シャシ ４：フロアパネル ５：プロテクタ １０、１０ａ：タンクユニット １００：高圧タンク １００ａ：頭 １００ｂ：尻 １０１、１０２：開口 １１０：口金 １１２：ネジ山 １５０：エンドキャップ １５１：プラグ ２００：頭側連結具 ２１０：インテークマニホールド ２１１：キャップ ２１１ａ：開口縁 ２１２：ネジ溝 ２２０：割り印 ２３０：栓 ２４０：ガス流路 ２５０：プロテクタ ２５１：溝 ２９０：主止弁 ３００：尻側連結具 ３０１：孔 ４００、４１０：ロック機構 ４０１、４１１：ロックピン ４０２：ロック溝 ４０３、４１３：バネ ４１２：歯車 ５００：ハウジング ５０１：カバー ５０２：下ハウジング ５０３：緩衝材 ６００：注水装置 ６０１：歪ゲージ ６０２：検査装置 ６０５：ブロア ９９９：ボルト

Claims (2)

1. 夫々の高圧タンクの頭と尻に開口が設けられている複数の高圧タンクが連結されたタンクユニットの製造方法であり、
   複数の高圧タンクを連結するのに先立って夫々の前記高圧タンクに対して前記尻の前記開口をプラグで封止し、前記頭の前記開口から液体を注入して耐圧検査を行う検査工程と、
   前記耐圧検査に合格した複数の前記高圧タンクにガス流路を連結する連結工程と、
   を備えており、
   前記連結工程では、
   前記プラグを外して夫々の前記高圧タンクの内側を乾燥させた後に前記尻の前記開口にエンドキャップを取り付け、
   複数の前記高圧タンクの前記エンドキャップを尻側連結具に嵌めて複数の前記高圧タンクを連結する、
   タンクユニットの製造方法。
2. 前記連結工程は、複数の前記高圧タンクの頭を頭側連結具で連結することを含んでおり、
   前記尻側連結具と前記頭側連結具を包含する最小直方体の中に全ての前記高圧タンクが含まれる、請求項１に記載の製造方法。

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