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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023103743
(43)【公開日】2023-07-27
(54)【発明の名称】極低温タンクとその製造方法
(51)【国際特許分類】
F17C 1/00 20060101AFI20230720BHJP
B64G 1/40 20060101ALI20230720BHJP
F17C 1/06 20060101ALI20230720BHJP
F17C 1/16 20060101ALI20230720BHJP
【ＦＩ】
F17C1/00 B
B64G1/40 200
F17C1/06
F17C1/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022004441
(22)【出願日】2022-01-14
(71)【出願人】
【識別番号】500302552
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩエアロスペース
(74)【代理人】
【識別番号】100097515
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 実
(74)【代理人】
【識別番号】100136700
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 俊博
(72)【発明者】
【氏名】重成 有
(72)【発明者】
【氏名】藤村 昌信
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 裕之
(72)【発明者】
【氏名】角 達也
【テーマコード（参考）】
3E172
【Ｆターム（参考）】
3E172AA03
3E172AA06
3E172AB12
3E172BA01
3E172BB03
3E172BB12
3E172BC01
3E172BC04
3E172BC05
3E172BD10
3E172CA14
3E172DA36
(57)【要約】 （修正有）
【課題】常温から極低温までの温度範囲、及び所定の圧力範囲において、極低温流体を内部に貯留することができ、かつ線膨張係数の差及び圧力による発生応力を許容値以下に抑えることができる極低温タンクとその製造方法を提供する。
【解決手段】内部に極低温流体Ｌを貯留するための中空のライナと、ライナに一体化され極低温流体を充填又は排出する流路を有する口金と、ライナの膨張を制限する外殻と、ライナの外面又は外殻の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材とを備える。ライナは、極低温流体を貯蔵時の圧力負荷状態において外殻と接するまでに破断しない樹脂からなる。口金は、極低温流体に対する耐食性およびライナ成形時の熱負荷に耐える樹脂、繊維強化プラスチック、又は金属からなる。外殻は、成形温度がライナの溶融開始温度より低い繊維強化プラスチックからなる。
【選択図】図１
【解決手段】内部に極低温流体Ｌを貯留するための中空のライナと、ライナに一体化され極低温流体を充填又は排出する流路を有する口金と、ライナの膨張を制限する外殻と、ライナの外面又は外殻の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材とを備える。ライナは、極低温流体を貯蔵時の圧力負荷状態において外殻と接するまでに破断しない樹脂からなる。口金は、極低温流体に対する耐食性およびライナ成形時の熱負荷に耐える樹脂、繊維強化プラスチック、又は金属からなる。外殻は、成形温度がライナの溶融開始温度より低い繊維強化プラスチックからなる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に極低温の極低温流体を貯留するための中空のライナと、
前記ライナに一体化され前記極低温流体を充填又は排出する流路を有する口金と、
前記ライナの膨張を制限する外殻と、
前記ライナの外面又は前記外殻の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材と、を備えた極低温タンク。
前記ライナに一体化され前記極低温流体を充填又は排出する流路を有する口金と、
前記ライナの膨張を制限する外殻と、
前記ライナの外面又は前記外殻の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材と、を備えた極低温タンク。
【請求項2】
前記外殻に固定され、外部に前記外殻を固定するための支持構造体と、
前記口金と外部配管とを繋ぐ伸縮可能な伸縮配管と、を有する、請求項１に記載の極低温タンク。
前記口金と外部配管とを繋ぐ伸縮可能な伸縮配管と、を有する、請求項１に記載の極低温タンク。
【請求項3】
前記極低温流体は、液体酸素、液体水素又は液体天然ガスであり、
前記ライナは、常温から前記極低温までの温度範囲において前記極低温流体に対する耐食性と液密性を有し、かつ前記極低温流体を貯蔵時の圧力負荷状態において前記外殻と接するまでに破断しない樹脂からなり、
前記外殻は、前記ライナの膨張時に生じる面内応力を超える引張強度を有し、かつ成形温度が前記ライナの溶融開始温度より低い繊維強化プラスチックからなる、請求項１に記載の極低温タンク。
前記ライナは、常温から前記極低温までの温度範囲において前記極低温流体に対する耐食性と液密性を有し、かつ前記極低温流体を貯蔵時の圧力負荷状態において前記外殻と接するまでに破断しない樹脂からなり、
前記外殻は、前記ライナの膨張時に生じる面内応力を超える引張強度を有し、かつ成形温度が前記ライナの溶融開始温度より低い繊維強化プラスチックからなる、請求項１に記載の極低温タンク。
【請求項4】
前記外殻は、軸心を中心とする中空回転体であり、
前記口金は、前記軸心を中心とする中空円板であり、
前記口金は、前記極低温流体に対する耐食性およびライナ成形時の熱負荷に耐える樹脂、繊維強化プラスチック、又は金属からなる、請求項１に記載の極低温タンク。
前記口金は、前記軸心を中心とする中空円板であり、
前記口金は、前記極低温流体に対する耐食性およびライナ成形時の熱負荷に耐える樹脂、繊維強化プラスチック、又は金属からなる、請求項１に記載の極低温タンク。
【請求項5】
請求項１に記載の極低温タンクの製造方法であって、
口金に一体化されたライナを製造し、
前記ライナの外面全体に前記離型処理材を貼付け、
前記口金の軸心を中心に前記ライナを回転させながら前記口金を除く前記ライナの外面に繊維強化プラスチックからなる前記外殻を成形する、極低温タンクの製造方法。
口金に一体化されたライナを製造し、
前記ライナの外面全体に前記離型処理材を貼付け、
前記口金の軸心を中心に前記ライナを回転させながら前記口金を除く前記ライナの外面に繊維強化プラスチックからなる前記外殻を成形する、極低温タンクの製造方法。
【請求項6】
前記外殻をフィラメントワインディングにより成形し、
前記フィラメントワインディングの際に、前記ライナの内側に加圧流体を封入する、請求項５に記載の極低温タンクの製造方法。
前記フィラメントワインディングの際に、前記ライナの内側に加圧流体を封入する、請求項５に記載の極低温タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、極低温の極低温流体を貯留するための極低温タンクとその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、航空宇宙分野において液体酸素等の極低温流体を貯留するタンク（極低温タンク）には、金属製タンクが使用されている。
しかし、かかる金属製タンクは、重量が大きいため、その軽量化が求められている。
しかし、かかる金属製タンクは、重量が大きいため、その軽量化が求められている。
【0003】
この要望を満たすために、例えば特許文献１が提案されている。
また、本発明に関連する難燃性材料が、特許文献２に提案されている。
また、本発明に関連する難燃性材料が、特許文献２に提案されている。
【0004】
特許文献１の極低温複合材圧力容器は、内殻及び外殻を有する耐圧層と、内殻の内面に形成された気密樹脂層と、を備える。気密樹脂層の融点以上の加熱に耐え得る繊維強化樹脂複合材で内殻を成形し、内殻の内面に熱可塑型気密性樹脂フィルムを融着することにより気密樹脂層を形成し、気密樹脂層の融点未満の温度で成形される繊維強化樹脂複合材で外殻を成形する。
【0005】
特許文献２の難燃性材料は、引張弾性率が７００ＧＰａ以上である炭素繊維と、ポリカーボネートなどの難燃性材料とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００６－６２３２０号公報
【特許文献2】国際公開第２０１９／０７４０８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述した特許文献１の極低温複合材圧力容器には、以下の問題点があった。
（１）内殻の内面に熱可塑型気密性樹脂フィルムを融着することにより気密樹脂層を形成しているため、樹脂フィルムは内殻に融着している。
そのため、常温で内殻に樹脂フィルムが融着した状態であり、極低温流体（例えば液体酸素）を充填すると、内殻と樹脂フィルムがそれぞれ極低温流体の温度（例えば液体酸素の場合、約－１８０℃）まで冷却される。
この際、内殻と樹脂フィルムの線膨張係数の差が大きいため、樹脂フィルムに引張応力が作用し、内殻から樹脂フィルムが剥離する可能性がある。
（１）内殻の内面に熱可塑型気密性樹脂フィルムを融着することにより気密樹脂層を形成しているため、樹脂フィルムは内殻に融着している。
そのため、常温で内殻に樹脂フィルムが融着した状態であり、極低温流体（例えば液体酸素）を充填すると、内殻と樹脂フィルムがそれぞれ極低温流体の温度（例えば液体酸素の場合、約－１８０℃）まで冷却される。
この際、内殻と樹脂フィルムの線膨張係数の差が大きいため、樹脂フィルムに引張応力が作用し、内殻から樹脂フィルムが剥離する可能性がある。
【0008】
（２）気密樹脂層の形成に用いられる特定形状フィルムは、広幅辺と、狭幅辺と、これらを結ぶ緩やかに湾曲した２つの長辺と、を有する長尺略台形状の平面形状を有している。
内殻の内面に熱可塑型気密性樹脂フィルムを融着する際に、特定形状フィルムを重ね合わせて特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることにより、上方殻部材の内面や下方殻部材の内面の形状に沿う膜体を形成している。
そのため、気密樹脂層は多数の特定形状フィルムを繋ぎ合わせたものであり、上述の温度変化により樹脂フィルムに引張応力が作用した際に、繋ぎ合わせ部において内殻から特定形状フィルムの一部が剥離する可能性がある。
内殻の内面に熱可塑型気密性樹脂フィルムを融着する際に、特定形状フィルムを重ね合わせて特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることにより、上方殻部材の内面や下方殻部材の内面の形状に沿う膜体を形成している。
そのため、気密樹脂層は多数の特定形状フィルムを繋ぎ合わせたものであり、上述の温度変化により樹脂フィルムに引張応力が作用した際に、繋ぎ合わせ部において内殻から特定形状フィルムの一部が剥離する可能性がある。
【0009】
（３）口金は、内殻を構成する上方殻部材の取付孔の周囲部分に接着剤で接着されている。
そのため、上述の温度変化により接着剤に強度以上の応力が発生し、口金の周辺で極低温流体が漏れる可能性がある。
そのため、上述の温度変化により接着剤に強度以上の応力が発生し、口金の周辺で極低温流体が漏れる可能性がある。
【0010】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、常温から極低温までの温度範囲、及び所定の圧力範囲において、極低温流体を内部に貯留することができ、かつ線膨張係数の差及び圧力による発生応力を許容値以下に抑えることができる極低温タンクとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明によれば、内部に極低温の極低温流体を貯留するための中空のライナと、
前記ライナに一体化され前記極低温流体を充填又は排出する流路を有する口金と、
前記ライナの膨張を制限する外殻と、
前記ライナの外面又は前記外殻の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材と、を備えた極低温タンクが提供される。
前記ライナに一体化され前記極低温流体を充填又は排出する流路を有する口金と、
前記ライナの膨張を制限する外殻と、
前記ライナの外面又は前記外殻の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材と、を備えた極低温タンクが提供される。
【0012】
また本発明によれば、上述した極低温タンクの製造方法であって、
口金に一体化されたライナを製造し、
前記ライナの外面全体に前記離型処理材を貼付け、
前記口金の軸心を中心に前記ライナを回転させながら前記口金を除く前記ライナの外面に繊維強化プラスチックからなる前記外殻を成形する、極低温タンクの製造方法が提供される
口金に一体化されたライナを製造し、
前記ライナの外面全体に前記離型処理材を貼付け、
前記口金の軸心を中心に前記ライナを回転させながら前記口金を除く前記ライナの外面に繊維強化プラスチックからなる前記外殻を成形する、極低温タンクの製造方法が提供される
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、ライナが中空であり、外殻が、中空のライナの膨張を制限するので、所定の圧力範囲において、極低温流体をライナの内部に貯留することができる。
【0014】
さらに、ライナの外面又は外殻の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材を備えるので、極低温流体によりライナと外殻が極低温まで冷却される際に、ライナと外殻がそれぞれの線膨張係数で独立に収縮する。従って、ライナと外殻の線膨張係数の差及び圧力による発生応力を許容値以下に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明による極低温タンクの全体断面図である。
【図3】ライナの内部が空の常温時（Ａ）と内部に極低温流体を充填した極低温時（Ｂ）の比較図である。
【図4】ライナの内部に極低温流体を充填した後、極低温流体の昇圧開始時（Ａ）、昇圧中（Ｂ）、昇圧完了時（Ｃ）の比較図である。
【図5】樹脂ブロックからの削り出しによる口金付きライナの製造方法の説明図である。
【図6】圧縮成形による口金付きライナの製造方法の説明図である。
【図7】極低温タンクの製造方法の第２工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【0017】
図１は、本発明による極低温タンク１００の全体断面図である。
この図において、極低温タンク１００は、中空のライナ１０、口金２０、及び外殻３０を備える。
この図において、極低温タンク１００は、中空のライナ１０、口金２０、及び外殻３０を備える。
【0018】
ライナ１０は、内部に極低温流体Ｌを貯留するための中空容器である。ライナ１０は、一体成形品であることが好ましいが、分割で製造され、その後に一体化されたものであってもよい。
極低温流体Ｌは、液体酸素（ＬＯＸ）、液体水素（ＬＨ２）又は液体天然ガス（ＬＮＧ）である。液体酸素の温度は約－１８０℃の極低温であり、液体水素の温度は約－２５３℃の極低温である。
ライナ１０は、常温から極低温までの温度範囲において極低温流体Ｌに対する耐食性と液密性を有する樹脂からなる。
また、ライナ１０は、極低温流体Ｌを貯蔵時の圧力負荷状態において外殻３０と接するまでに破断しない樹脂からなる。すなわち、この樹脂は常温から極低温流体Ｌの極低温までの熱収縮量よりも極低温における伸び量が大きい必要がある。
かかる樹脂は、好ましくはポリカーボネート（ＰＣ）であるが、これに限定されず、液体水素の場合、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）であってもよい。
極低温流体Ｌは、液体酸素（ＬＯＸ）、液体水素（ＬＨ２）又は液体天然ガス（ＬＮＧ）である。液体酸素の温度は約－１８０℃の極低温であり、液体水素の温度は約－２５３℃の極低温である。
ライナ１０は、常温から極低温までの温度範囲において極低温流体Ｌに対する耐食性と液密性を有する樹脂からなる。
また、ライナ１０は、極低温流体Ｌを貯蔵時の圧力負荷状態において外殻３０と接するまでに破断しない樹脂からなる。すなわち、この樹脂は常温から極低温流体Ｌの極低温までの熱収縮量よりも極低温における伸び量が大きい必要がある。
かかる樹脂は、好ましくはポリカーボネート（ＰＣ）であるが、これに限定されず、液体水素の場合、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）であってもよい。
【0019】
口金２０は、ライナ１０に一体化され極低温流体Ｌを充填又は排出する流路２２を有する。
口金２０は、極低温流体Ｌに対する耐食性およびライナ成形時（例えば、ブロー成形など）の熱負荷に耐える樹脂、繊維強化プラスチック、又は金属からなる。
樹脂は、ライナ１０に適用される樹脂であるのがよい。繊維強化プラスチックは外殻３０と同じであるのがよい。また、金属は、好ましくはチタン、チタン合金、又はステンレスである。
なお、口金２０がライナ１０と同じ樹脂の場合は、一体成形、又は、樹脂ブロックから一体に削り出すことが好ましい。
口金２０は、極低温流体Ｌに対する耐食性およびライナ成形時（例えば、ブロー成形など）の熱負荷に耐える樹脂、繊維強化プラスチック、又は金属からなる。
樹脂は、ライナ１０に適用される樹脂であるのがよい。繊維強化プラスチックは外殻３０と同じであるのがよい。また、金属は、好ましくはチタン、チタン合金、又はステンレスである。
なお、口金２０がライナ１０と同じ樹脂の場合は、一体成形、又は、樹脂ブロックから一体に削り出すことが好ましい。
【0020】
外殻３０は、ライナ１０の膨張を制限する。外殻３０は、好ましくは、ライナ１０の外面に沿って位置する。
外殻３０は、ライナ１０の膨張時に生じる面内応力を超える引張強度を有し、かつ成形温度がライナ１０の溶融開始温度より低い繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる。
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であることが好ましい。また、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、常温硬化型であることが好ましいが、熱硬化型でも熱可塑型でもよい。
なお、繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、等であってもよい。
この例で外殻３０は、軸心Ｚ－Ｚを中心とする中空回転体である。
外殻３０は、ライナ１０の膨張時に生じる面内応力を超える引張強度を有し、かつ成形温度がライナ１０の溶融開始温度より低い繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる。
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であることが好ましい。また、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、常温硬化型であることが好ましいが、熱硬化型でも熱可塑型でもよい。
なお、繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、等であってもよい。
この例で外殻３０は、軸心Ｚ－Ｚを中心とする中空回転体である。
【0021】
図１において、極低温タンク１００は、さらにライナ１０の外面又は外殻３０の内面に設けられ両者（ライナ１０と外殻３０）の接着を防ぐ離型処理材４０を有する。
離型処理材４０は、離型フィルムまたは液状離型処理液である。離型フィルム材としてはテフロン（登録商標）テープやポリイミドテープが好ましく、また液状離型処理液としてはフッ素系離型剤が好ましい。
離型処理材４０は、離型フィルムまたは液状離型処理液である。離型フィルム材としてはテフロン（登録商標）テープやポリイミドテープが好ましく、また液状離型処理液としてはフッ素系離型剤が好ましい。
【0022】
図１において、極低温タンク１００は、支持構造体５０、伸縮配管５２、及び固定配管５４を有する。
支持構造体５０は、外殻３０に固定され、外部（例えば、ロケットや衛星内の固定フレーム）に外殻３０を固定する。
伸縮配管５２は、一方（図で上部）の口金２０と外部配管（例えば、ロケットや衛星の推進装置）とを繋ぐ。伸縮配管５２は、この例では軸方向に伸縮可能なベローズ配管である。
固定配管５４は、他方（図で下部）の口金２０と外部配管（例えば、ロケットや衛星の推進装置）との間に固定され軸方向に伸縮しない配管である。
支持構造体５０は、外殻３０に固定され、外部（例えば、ロケットや衛星内の固定フレーム）に外殻３０を固定する。
伸縮配管５２は、一方（図で上部）の口金２０と外部配管（例えば、ロケットや衛星の推進装置）とを繋ぐ。伸縮配管５２は、この例では軸方向に伸縮可能なベローズ配管である。
固定配管５４は、他方（図で下部）の口金２０と外部配管（例えば、ロケットや衛星の推進装置）との間に固定され軸方向に伸縮しない配管である。
【0023】
なお、図１（及び後述する図２～図４）では、外殻３０とライナ１０との隙間が上だけとなっている。これは固定配管５４が軸方向に伸縮せず、かつ重力の影響でこのように描いたものである。
また、図１において、下側もベローズ配管（伸縮配管５２）を配置しても良い。
また、図１において、下側もベローズ配管（伸縮配管５２）を配置しても良い。
【0024】
【0025】
外面２０ａは、ライナ１０の軸方向外側（図で上側）に位置し、内面２０ｂは、ライナ１０の軸方向内側（図で下側）に位置する。
この例において、外面２０ａと内面２０ｂは、軸心Ｚ－Ｚに直交する平面であるが、これに限定されず、軸心Ｚ－Ｚに斜めに傾斜しても、曲面であってもよい。
この例において、外面２０ａと内面２０ｂは、軸心Ｚ－Ｚに直交する平面であるが、これに限定されず、軸心Ｚ－Ｚに斜めに傾斜しても、曲面であってもよい。
【0026】
内周面２０ｃは、流路２２を囲み、この例では円筒面であるが、接頭円錐面であってもよい。
外周面２０ｄは、内周面２０ｃより半径方向外側に位置し、軸方向に外面２０ａから内面２０ｂに向けて広がる。外周面２０ｄは、この例では外端部が接頭円錐面である。
外周面２０ｄは、内周面２０ｃより半径方向外側に位置し、軸方向に外面２０ａから内面２０ｂに向けて広がる。外周面２０ｄは、この例では外端部が接頭円錐面である。
【0027】
この図において、ライナ１０は、口金２０（中空円板）の外周面２０ｄと内面２０ｂを間に挟持する挟持部１２を有する。
挟持部１２は、外周面２０ｄと内面２０ｂに密着している。
挟持部１２は、外周面２０ｄと内面２０ｂに密着している。
【0028】
図３は、ライナ１０の内部が空の常温時（Ａ）と内部に極低温流体Ｌを充填した極低温時（Ｂ）の比較図である。
この図において、ＦＬ１は支持構造体５０の軸方向の固定位置、ＦＬ２は伸縮配管５２の軸方向の固定位置である。固定位置ＦＬ１，ＦＬ２は、（Ａ）（Ｂ）で同一である。
この図において、ＦＬ１は支持構造体５０の軸方向の固定位置、ＦＬ２は伸縮配管５２の軸方向の固定位置である。固定位置ＦＬ１，ＦＬ２は、（Ａ）（Ｂ）で同一である。
【0029】
図３（Ａ）において、ライナ１０の内部には、低圧ガス（例えば大気圧の空気）が充填されており、ライナ１０及び外殻３０の温度は、常温（例えば２０～３０℃）である。
この状態において、ライナ１０の外面と外殻３０の内面は、その間に離型処理材４０を挟持して密着している。また、ライナ１０及び外殻３０に生じる面内応力は無視できる程度（実質的に０）である。
また、伸縮配管５２は、その伸縮範囲の中間位置に位置している。なお図中のＡＬは、口金２０の外面２０ａの軸方向の変位位置である。
この状態において、ライナ１０の外面と外殻３０の内面は、その間に離型処理材４０を挟持して密着している。また、ライナ１０及び外殻３０に生じる面内応力は無視できる程度（実質的に０）である。
また、伸縮配管５２は、その伸縮範囲の中間位置に位置している。なお図中のＡＬは、口金２０の外面２０ａの軸方向の変位位置である。
【0030】
図３（Ｂ）において、ライナ１０の内部に極低温流体Ｌを充填すると、ライナ１０は極低温流体Ｌの温度（例えば、液体酸素の場合、約－１８０℃の極低温）で冷却され、外殻３０も極低温流体Ｌの温度近くまで冷却される。
この冷却により、ライナ１０の外面と外殻３０の内面は、その間に離型処理材４０を挟持しているので、ライナ１０と外殻３０はそれぞれの線膨張係数で収縮する。
線膨張係数は、ライナ１０を構成する樹脂（例えばポリカーボネート）の方が、外殻３０を構成する炭素繊維強化プラスチックよりも大きい。例えばポリカーボネートの線膨張係数は、約５．６×１０－５／Ｋ、ＣＦＲＰの線膨張係数は、約０．２～０．４×１０－５／Ｋである。
従って、この図に示すように、口金２０の外面２０ａの変位位置ＡＬは、常温時より軸方向内側（図で下側）に変位し、伸縮配管５２は、常温時よりも伸びた状態となる。
この場合、外殻３０も冷却により変位するが、ＣＦＲＰの線膨張係数が小さいので、外殻３０の変位量はライナ１０よりも小さく、ライナ１０は外殻３０から離れた位置となる。
この冷却により、ライナ１０の外面と外殻３０の内面は、その間に離型処理材４０を挟持しているので、ライナ１０と外殻３０はそれぞれの線膨張係数で収縮する。
線膨張係数は、ライナ１０を構成する樹脂（例えばポリカーボネート）の方が、外殻３０を構成する炭素繊維強化プラスチックよりも大きい。例えばポリカーボネートの線膨張係数は、約５．６×１０－５／Ｋ、ＣＦＲＰの線膨張係数は、約０．２～０．４×１０－５／Ｋである。
従って、この図に示すように、口金２０の外面２０ａの変位位置ＡＬは、常温時より軸方向内側（図で下側）に変位し、伸縮配管５２は、常温時よりも伸びた状態となる。
この場合、外殻３０も冷却により変位するが、ＣＦＲＰの線膨張係数が小さいので、外殻３０の変位量はライナ１０よりも小さく、ライナ１０は外殻３０から離れた位置となる。
【0031】
図４は、ライナ１０の内部に極低温流体Ｌを充填した後、極低温流体Ｌの昇圧開始時（Ａ）、昇圧中（Ｂ）、昇圧完了時（Ｃ）の比較図である。
この図において、固定位置ＦＬ１，ＦＬ２は、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）で同一である。
なお昇圧は、例えば、ヘリウムガスを配管５２から入れても良い。この際、ヘリウムガスが極低温流体Ｌとともにスラスタに供給されてもよい。
また、極低温流体Ｌを使用するに従い、隙間があいてくるので、内圧をモニタしながら昇圧（加圧）しても良い。
この図において、固定位置ＦＬ１，ＦＬ２は、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）で同一である。
なお昇圧は、例えば、ヘリウムガスを配管５２から入れても良い。この際、ヘリウムガスが極低温流体Ｌとともにスラスタに供給されてもよい。
また、極低温流体Ｌを使用するに従い、隙間があいてくるので、内圧をモニタしながら昇圧（加圧）しても良い。
【0032】
図４（Ａ）において、極低温流体Ｌの昇圧を開始すると、極低温流体Ｌの圧力がライナ１０に作用し、ライナ１０を構成する樹脂（例えばポリカーボネート）が伸びてライナ１０は半径方向及び軸方向に膨らむ。
これにより、ライナ１０の外面が離型処理材４０を介して外殻３０の内面に接触する状態（図４（Ｂ））となる。
図４（Ｂ）において、外殻３０は、ライナ１０の膨張を制限しているが、外殻３０に作用する内圧は小さく、外殻３０に生じる面内応力は、無視できる程度（実質的に０）である。
これにより、ライナ１０の外面が離型処理材４０を介して外殻３０の内面に接触する状態（図４（Ｂ））となる。
図４（Ｂ）において、外殻３０は、ライナ１０の膨張を制限しているが、外殻３０に作用する内圧は小さく、外殻３０に生じる面内応力は、無視できる程度（実質的に０）である。
【0033】
図４（Ｂ）において、極低温流体Ｌの圧力がさらに上昇すると、その圧力によりライナ１０が離型処理材４０を介して外殻３０に接触した状態のまま、ライナ１０と外殻３０が一体的に膨張する。
この際、極低温流体Ｌの圧力は外殻３０により支持され、外殻３０に大きな面内応力が生じるが、外殻３０を構成する炭素繊維強化プラスチックが面内応力を超える引張強度を有するので、外殻３０の損傷を防ぐことができる。
この際、極低温流体Ｌの圧力は外殻３０により支持され、外殻３０に大きな面内応力が生じるが、外殻３０を構成する炭素繊維強化プラスチックが面内応力を超える引張強度を有するので、外殻３０の損傷を防ぐことができる。
【0034】
例えばヤング率（引張弾性率）は、ポリカーボネートが約２～１８ＧＰａであり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、約６０～２５０ＧＰａである。
すなわち、ライナ１０を構成する樹脂（例えばポリカーボネート）は炭素繊維強化プラスチックよりもヤング率が１桁以上小さいので、圧力で膨張した外殻３０の内面に追従してライナ１０が膨張しても、ライナ１０の損傷を防ぐことができる。
すなわち、ライナ１０を構成する樹脂（例えばポリカーボネート）は炭素繊維強化プラスチックよりもヤング率が１桁以上小さいので、圧力で膨張した外殻３０の内面に追従してライナ１０が膨張しても、ライナ１０の損傷を防ぐことができる。
【0035】
図４（Ｃ）において、昇圧完了まで極低温流体Ｌを昇圧すると、ライナ１０と外殻３０は、図４（Ｂ）の状態からさらに一体的に膨張する。この場合、ライナ１０と外殻３０は一体となって半径方向及び軸方向に伸びている。しかし、図４（Ｂ）の状態と同様に、外殻３０を構成する炭素繊維強化プラスチックが面内応力を超える引張強度を有するので、外殻３０の損傷を防ぐことができ、かつライナ１０の損傷を防ぐことができる。
【0036】
本発明の極低温タンクの製造方法は、第１工程と第２工程からなる。
第１工程では、ライナ１０と口金２０が一体化された口金付きライナ１５を製造する。
第１工程では、ライナ１０と口金２０が一体化された口金付きライナ１５を製造する。
【0037】
図５は、樹脂ブロックからの削り出しによる口金付きライナ１５の製造方法の説明図であり、Ｓ１～Ｓ４の各ステップ（工程）からなる。
この方法では、ステップＳ１において樹脂ブロックを準備し、ステップＳ２において機械加工により、口金２０およびライナ１０のドーム部を一体にした口金付きドーム部１０ａを２個製造する。また、極低温タンク１００の長さに応じてリング形状に加工したライナ１０の胴部１０ｂを製作する。ステップＳ３において口金付きドーム部１０ａと胴部１０ｂを接着接合して口金付きライナ１５が完成する（Ｓ４）。
接着接合には、溶着接合、加熱溶着（溶接）、摩擦攪拌接合、接着剤接合などを適用することができる。
この方法では、ステップＳ１において樹脂ブロックを準備し、ステップＳ２において機械加工により、口金２０およびライナ１０のドーム部を一体にした口金付きドーム部１０ａを２個製造する。また、極低温タンク１００の長さに応じてリング形状に加工したライナ１０の胴部１０ｂを製作する。ステップＳ３において口金付きドーム部１０ａと胴部１０ｂを接着接合して口金付きライナ１５が完成する（Ｓ４）。
接着接合には、溶着接合、加熱溶着（溶接）、摩擦攪拌接合、接着剤接合などを適用することができる。
【0038】
図６は、圧縮成形による口金付きライナ１５の製造方法の説明図であり、Ｔ１～Ｔ７の各ステップ（工程）からなる。
この方法では、ステップＴ１において口金付きドーム部１０ａに合わせた金型１ａ，１ｂを準備し、ステップＴ２においてライナ１０のライナ材料２（樹脂）を金型１ａ，１ｂの間に投入する。次いで、ステップＴ３において下型１ｂに上型１ａを押し当て、金型１ａ，１ｂの間でライナ材料２を圧縮成形（加熱加圧）する。さらに、ステップＴ４において金型１ａ，１ｂを樹脂のガラス転位温度以下に冷却し、ステップＴ５において脱型して、口金付きライナ１５が完成する。
この方法では、ステップＴ１において口金付きドーム部１０ａに合わせた金型１ａ，１ｂを準備し、ステップＴ２においてライナ１０のライナ材料２（樹脂）を金型１ａ，１ｂの間に投入する。次いで、ステップＴ３において下型１ｂに上型１ａを押し当て、金型１ａ，１ｂの間でライナ材料２を圧縮成形（加熱加圧）する。さらに、ステップＴ４において金型１ａ，１ｂを樹脂のガラス転位温度以下に冷却し、ステップＴ５において脱型して、口金付きライナ１５が完成する。
【0039】
次いで、図５と同様に、ライナ１０の胴部１０ｂを製作し、ステップＴ６において口金付きドーム部１０ａと胴部１０ｂを接着接合して口金付きライナ１５が完成する（Ｔ７）。
【0040】
口金付きライナ１５は、その寸法、厚さ、耐圧性能、気密性能を試験する。
【0041】
図７は、極低温タンク１００の製造方法の第２工程の説明図である。
第２工程では、口金付きライナ１５のまわりに繊維強化プラスチックからなる外殻３０を成形する。
この図において、（Ａ）は離型処理工程、（Ｂ－１）（Ｂ－２）はフィラメントワインディング工程、（Ｃ）は試験工程である。
なお、第２工程は、フィラメントワインディングに限定されない。例えば、マトリックスに熱可塑性樹脂が適用される場合は、ＡＦＰ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ法：自動積層法）による成形であってもよい。
第２工程では、口金付きライナ１５のまわりに繊維強化プラスチックからなる外殻３０を成形する。
この図において、（Ａ）は離型処理工程、（Ｂ－１）（Ｂ－２）はフィラメントワインディング工程、（Ｃ）は試験工程である。
なお、第２工程は、フィラメントワインディングに限定されない。例えば、マトリックスに熱可塑性樹脂が適用される場合は、ＡＦＰ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ法：自動積層法）による成形であってもよい。
【0042】
図７（Ａ）において、ライナ１０の外面全体に離型処理材４０を貼付ける。離型処理材４０は、離型フィルム（テフロン（登録商標）テープやポリイミドテープ）であるのが好ましい。なお離型処理材４０に替えて液状離型処理液を塗布してもよい。
【0043】
図７の（Ｂ－１）と（Ｂ－２）において、口金２０の軸心Ｚ－Ｚを中心にライナ１０を回転させながら口金２０を除くライナ１０の外面にフィラメントワインディングにより繊維強化プラスチックからなる外殻３０を成形する。
なお、外殻３０に適用するマトリックス樹脂は、常温硬化樹脂に限定されず、熱硬化樹脂および熱可塑樹脂の両者を適用することができる。
図７の（Ｂ－１）は、常温硬化樹脂及び熱硬化樹脂を適用したＷｅｔ ＦＷ法の場合、（Ｂ－２）は熱硬化または熱可塑樹脂のプリプレグを適用する場合を示している。
なお、外殻３０に適用するマトリックス樹脂は、常温硬化樹脂に限定されず、熱硬化樹脂および熱可塑樹脂の両者を適用することができる。
図７の（Ｂ－１）は、常温硬化樹脂及び熱硬化樹脂を適用したＷｅｔ ＦＷ法の場合、（Ｂ－２）は熱硬化または熱可塑樹脂のプリプレグを適用する場合を示している。
【0044】
なお外殻３０をフィラメントワインディングにより成形する際に、ライナ１０の内側に加圧流体を封入してもよい。加圧流体は、気体又は液体である。加圧流体の圧力は、フィラメントワインディングの際にライナ１０が形状を保持できるように設定する。
【0045】
図７（Ｃ）において、成形後の極低温タンク１００の寸法、厚さ、耐圧性能、気密性能、低温耐圧性能を試験して、極低温タンク１００が完成する。
【0046】
上述した本発明の実施形態によれば、ライナ１０が中空であり、常温から極低温までの温度範囲において極低温流体Ｌに対する耐食性と液密性を有する樹脂からなるので、常温から極低温までの温度範囲において、極低温流体Ｌをライナ１０の内部に貯留することができる。
【0047】
また、外殻３０が、中空のライナ１０の膨張時に生じる面内応力を超える引張強度を有する繊維強化プラスチック（好ましくは炭素繊維強化プラスチック）からなり、ライナ１０の外面に沿って位置しライナ１０の膨張を制限する。これにより、所定の圧力範囲において、極低温流体Ｌをライナ１０の内部に貯留することができる。
【0048】
さらに、ライナ１０の外面又は外殻３０の内面に設けられ両者の接着を防ぐ離型処理材４０を備えるので、極低温流体Ｌによりライナ１０と外殻３０が極低温まで冷却される際に、ライナ１０と外殻３０がそれぞれの線膨張係数で独立に収縮する。従って、ライナ１０と外殻３０の線膨張係数の差及び圧力による発生応力を許容値以下に抑えることができる。
【0049】
なお本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【0050】
ＡＬ 変位位置、ＦＬ１，ＦＬ２ 固定位置、Ｌ 極低温流体、
Ｚ－Ｚ 軸心、１ａ，１ｂ 金型、２ ライナ材料、１０ ライナ、
１０ａ 口金付きドーム部、１０ｂ 胴部、１２ 挟持部、
１５ 口金付きライナ、２０ 口金、２０ａ 外面、２０ｂ 内面、
２０ｃ 内周面、２０ｄ 外周面、２２ 流路、３０ 外殻、
４０ 離型処理材（離型フィルム、液状離型処理液）、
５０ 支持構造体、５２ 伸縮配管、５４ 固定配管、１００ 極低温タンク
Ｚ－Ｚ 軸心、１ａ，１ｂ 金型、２ ライナ材料、１０ ライナ、
１０ａ 口金付きドーム部、１０ｂ 胴部、１２ 挟持部、
１５ 口金付きライナ、２０ 口金、２０ａ 外面、２０ｂ 内面、
２０ｃ 内周面、２０ｄ 外周面、２２ 流路、３０ 外殻、
４０ 離型処理材（離型フィルム、液状離型処理液）、
５０ 支持構造体、５２ 伸縮配管、５４ 固定配管、１００ 極低温タンク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】