JP2000266289A - 圧力容器及びその製造方法 - Google Patents

圧力容器及びその製造方法

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JP2000266289A
JP2000266289A JP11073586A JP7358699A JP2000266289A JP 2000266289 A JP2000266289 A JP 2000266289A JP 11073586 A JP11073586 A JP 11073586A JP 7358699 A JP7358699 A JP 7358699A JP 2000266289 A JP2000266289 A JP 2000266289A
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pressure vessel
fiber
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shell
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Shingo Shimojima
伸吾 下島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 割れや隙間の発生を防止し、気密シールの信
頼性を向上させるようにする。 【解決手段】 本発明の圧力容器1は、繊維14を熱硬
化性樹脂で含浸固定してなるFRP殻2を備えた圧力容
器であって、FRP殻2が、熱溶融性のコア6の外周に
該コア6より高い耐熱温度の繊維14を巻き付け、コア
6の溶融温度より低温で熱硬化する熱硬化性樹脂で前記
巻き付けた繊維14を含浸固定してなるものである。コ
ア6は、前記含浸固定後に溶融除去される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CNG(圧縮天然
ガス)等の各種圧縮ガス、LNG(液化天然ガス)、L
PG(液化石油ガス)等の各種液化ガス、その他の各種
加圧物質を充填するための圧力容器及びその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、CNG用の圧力容器50として、
図13に示すように、CNGを透過させないポリエチレ
ン製のライナー51と、所定の耐圧規格を満たすFRP
(繊維強化樹脂)製の補強層52とよりなる殻と、配管
接続用の口金53とからなるものが知られている。この
圧力容器50によれば、ライナー51が合成樹脂で形成
されているため、自動車の燃料タンク等として用いる場
合に、車両重量を軽量化できる利点がある。
【0003】圧力容器50の製造にあたっては、まず、
口金53を金型にセットし、回転成形法でライナー51
をポリエチレンにより成形する。そして、ライナー51
の外周に、繊維を巻き付けるとともに熱硬化性樹脂で含
浸固定してFRP(繊維強化樹脂)製の補強層52を形
成すると、圧力容器50が完成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の圧力
容器50によると、ライナー51とFRP製の補強層5
2との熱膨張率差によって殻に層間隙間54が発生しや
すい。この層間隙間54が生じていると、ガス充填時の
繰り返し応力に対し、ライナー51の伸びが追従せず、
応力が集中する口金53の付近等に破壊が生じるおそれ
がある。特に低温時は、応力に対するライナー51の追
従性が低下するため、図14に示すように口金53の付
近にライナー51の割れ55等の破壊が生じやすくな
る。
【0005】また、ポリエチレン製のライナー51と金
属製の口金53とが一体成形されているため、ライナー
51の口金53付近が成形残留応力で割れたり、ライナ
ー51の口金53に対する締付応力が緩和したりしてガ
ス漏れが生ずるおそれがある。
【0006】本発明の目的は、割れや隙間の発生を防止
し、気密シールの信頼性を向上させることができる圧力
容器及びその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の圧力容器は、繊維を熱硬化性樹脂で含浸固
定してなるFRP殻を備えた圧力容器であって、前記F
RP殻が、熱溶融性のコアの外周に該コアより高い耐熱
温度の前記繊維を巻き付け、前記コアの溶融温度より低
温で熱硬化する前記熱硬化性樹脂で前記巻き付けた繊維
を含浸固定してなるものであり、前記コアは、前記含浸
固定後に溶融除去又は溶融減厚されるものであることを
特徴としている。
【0008】また、本発明の圧力容器の製造方法は、熱
溶融性のコアの外周に該コアより高い耐熱温度の繊維を
巻き付ける工程と、前記コアの溶融温度より低温で熱硬
化する熱硬化性樹脂で前記巻き付けた繊維を含浸固定し
てFRP殻を形成する工程と、前記コアを溶融除去又は
溶融減厚する工程とを含むことを特徴としている。
【0009】前記コアの材料としては、例えば、ワック
ス、低融点合金、ポリエチレン又はポリプロピレンの独
立高発泡体等を使用できる。前記繊維の材料としては、
ガラス、カーボン、ポリ−p−フェニレンテレフタルア
ミド、ナイロン、ポリエチレン、ポリエステル等を例示
できる。また、同繊維の含浸固定用の熱硬化性樹脂とし
ては、エポキシ、ビニルエステル、不飽和ポリエステル
等を例示できる。
【0010】前記繊維を含浸固定する工程は、特に限定
されないが、真空中又は減圧下で行うことが好ましい。
こうすると、熱硬化性樹脂の中にある空気が脱泡され、
FRP殻が緻密になるからである。
【0011】前記圧力容器の製造方法は、前記FRP殻
の内側に気密保持層を形成する工程を含んでいることが
好ましい。この気密保持層を形成する方法については、
特に限定されないが、ガス不透過材料(例えば、ガス透
過性の少ないエポキシ樹脂、セラミック、エチレンビニ
ルアルコール、塩化ビニリデン等)を使用した次の方法
を例示できる。 (1)ガス不透過材料を前記コアの表面にあらかじめ塗
布しておき、前記繊維を含浸固定する工程において、前
記FRP殻の内面に転写することにより気密保持層を形
成する方法。なお、前記繊維を含浸固定する工程を真空
中又は減圧下で行うときは、(a)ガス不透過材料の中
にある空気が脱泡され、気密保持層が緻密になる、
(b)FRP殻と気密保持層との密着性が向上するとい
う効果を得ることができる。 (2)コアを溶融させた後で、前記ガス不透過材料を前
記FRP殻の内面にコーティング又はライニングするこ
とにより気密保持層を形成する方法。
【0012】また、前記圧力容器の製造方法は、前記繊
維を巻き付ける工程の前又は途中に、前記繊維が外周面
に巻き付けられるフランジ部を備えた口金を前記コアの
端部に取り付ける工程を含むようにすることができる。
前記口金は、その外壁に加硫接着されたゴム皮膜を備え
た態様を例示できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明をCNG用の圧力容
器に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示す圧力容器1は、繊維14を熱硬化性樹脂で含
浸固定してなるFRP殻2と、FRP殻2の内面に形成
された気密保持層3と、FRP殻2の両端部に設けられ
た口金4,5とから構成されている。
【0014】FRP殻2は、熱溶融性のコア6の外周に
該コア6より高い耐熱温度の繊維14を巻き付け、コア
6の溶融温度より低温で熱硬化する熱硬化性樹脂で繊維
14を含浸固定してなるものである。繊維14は、熱硬
化性樹脂が含浸されたもので、コア6の外周に内外2層
に巻き付けられている。コア6は、熱溶融性材料を用い
て図2に示すように一体成形されるか、或いは、図3に
示すように分割成形されたもので、繊維14を含浸固定
後に溶融除去されている。
【0015】口金4,5はボス部4a,5aとフランジ
部4b,5bとを備え、アルミニウム等の金属材料で形
成されている。図において、右側の口金4のボス部4a
は配管用ジョイント(図示略)に接続され、左側の口金
5のボス部5aは栓部材7によって密閉されている。左
右の口金4,5のフランジ部4b,5bはFRP殻2の
内層部2aと外層部2bとの間に挟み込まれるように設
けられている。ボス部4a,5a及びフランジ部4b,
5bはNBR等の耐熱性及び接着性の優れたゴム皮膜8
で覆われている。そして、FRP殻2の加熱硬化時に、
繊維14中に含浸された熱硬化性樹脂によりフランジ部
4b,5bのゴム皮膜8がFRP殻2に固定されている
(図1の太線9は固定部を示す)。
【0016】気密保持層3は、ガス不透過材料をコア6
の外周にあらかじめ塗布しておき、繊維14を含浸固定
するときに、FRP殻の内面に転写することにより形成
されている。
【0017】次に、以上のように構成された圧力容器1
の製造方法を工程順に説明する。
【0018】[コア成形工程] 図2に示すように、金
型11と穴明きシャフト12とを用い、コア6を熱溶融
性材料でシャフト12上に一体成形する。或いは、図3
に示すように、コア6を2分割して成形した後にシャフ
ト12上で合体させる。次いで、図4に示すように、ガ
ス不透過材料13をコア6の外周面に塗布する。
【0019】[繊維巻き付け工程及び口金取り付け工
程] 図5に示すように、繊維14をコア6の外周に巻
き付け、内層部2aを形成する。次いで、繊維14の巻
き付けを一旦止め、図6に示すように、左右の口金4
(左側の口金5は図示略)をシャフト12に挿通し、フ
ランジ部4bを内層部2aの端面に当て付ける。次い
で、図7に示すように、繊維14の巻き付けを再開し、
繊維14を内層部2a及びフランジ部4bの外周に巻き
付け、外層部2bを形成する。こうして、内層部2aと
外層部2bとの間に挟み込まれるようにフランジ部4b
を設ける。
【0020】[FRP殻形成工程] 図8に示すよう
に、巻き付けた繊維14を約80〜90℃の温度で2〜
3時間程度加熱することにより、繊維14に含浸された
熱硬化性樹脂で巻き付けた繊維14を含浸固定すること
によりFRP殻2を形成する。このとき、コア6の外周
面に塗布されたガス不透過材料13がFRP殻2に転写
され、FRP殻2の内面に気密保持層3が形成される。
また、口金4の周囲において、FRP殻2に含浸された
熱硬化性樹脂によりフランジ部4bのゴム皮膜8がFR
P殻2に固定される。なお、予めゴム皮膜8の表面を粗
面加工しておくと、FRP殻2により強く固定されるよ
うになる。
【0021】本工程は、特に限定されないが、真空中又
は減圧下で行うことが好ましい。こうすると、次の効果
が得られる。 (1)熱硬化性樹脂やガス不透過材料13の中にある空
気が脱泡され、FRP殻2や気密保持層3が緻密にな
る。 (2)FRP殻2と気密保持層3との密着性が向上す
る。
【0022】[コア溶融除去又は溶融減厚工程] 図9
に示すように、加熱温度を約120〜150℃まで高
め、コア6を溶融させる。ここで、コア6の材料にワッ
クスや低融点合金等を用いた場合は、図10に示すよう
に、液状の溶融物15をFRP殻2からシャフト12の
穴12aを通して外部に排出することにより溶融除去す
る。その後、シャフト12を引き抜き、FRP殻2を冷
却すれば、図1に示すような圧力容器1が完成する。
【0023】なお、コア6の材料としてポリエチレンや
ポリプロピレン等の高発泡体を用いた場合は加熱温度を
約140〜160℃まで高めることにより、溶融減厚し
て体積を極少化する。軟化した溶融物15は、図11に
示すように、気密保持層3に付着させるか、シャフト1
2と同時に取り出す。
【0024】このように本実施形態によれば、圧力容器
1の殻が実質的にFRP殻2のみで構成されており、従
来とは異なり、ポリエチレン製のライナー51が無いの
で、FRPとポリエチレンとの熱膨張率差によって殻の
割れ等の原因となる層間隙間が発生するという問題は一
切生じない。
【0025】また、FRP殻2の内面は気密保持層3に
よって被覆されているので、FRP殻2におけるガス漏
れの心配もない。
【0026】また、前記口金の外壁と前記ゴム皮膜とは
加硫接着されており、前記ゴム皮膜とFRP殻2とは熱
硬化性樹脂で固定されているので、FRP殻2と口金
4,5との接合部の気密シールの信頼性を向上すること
ができる。しかも、FRP殻2の内層部2aと外層部2
bとの間に口金4,5のフランジ部4b、5bが装着さ
れることにより、口金4,5のフランジ部4b、5bと
FRP殻2とが広い面積で接合しているので、この接合
部がより強固に固定されるとともに、この接合部の気密
シールの信頼性をより向上することができる。
【0027】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸
脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
【0028】(1)繊維巻き付け工程の前に、口金取り
付け工程を行うことにより、図12に示すように内層部
2aを省くこと。
【0029】(2)コア溶融除去又は溶融減厚工程の後
で、ガス不透過材料をFRP殻2の内面にコーティング
又はライニングすることにより気密保持層を形成するこ
と。
【0030】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の圧力容器及
びその製造方法によれば、割れや隙間の発生を防止し、
気密シールの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る圧力容器の断面図で
ある。
【図2】圧力容器の製造に用いる一体形コアの正面図で
ある。
【図3】分割形コアの正面図である。
【図4】同圧力容器の製造方法のコア成形工程を示す正
面図である。
【図5】同製造方法の繊維巻き付け工程を示す断面図で
ある。
【図6】同製造方法の口金取り付け工程を示す断面図で
ある。
【図7】同製造方法の繊維巻き付け工程の別の段階を示
す断面図である。
【図8】同製造方法のFRP殻形成工程を示す断面図で
ある。
【図9】同製造方法のコア溶融除去工程を示す断面図で
ある。
【図10】同製造方法のコア溶融除去工程の別の段階を
示す断面図である。
【図11】同製造方法の溶融減厚工程を示す断面図であ
る。
【図12】同圧力容器の変更例を示す断面図である。
【図13】従来の圧力容器の断面図である。
【図14】図13のA−A線断面図である。
【符号の説明】
1 圧力容器 2 FRP殻 2a 内層部 2b 外層部 3 気密保持層 4 口金 4b フランジ部 5 口金 5b フランジ部 6 コア 8 ゴム皮膜 14 繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B29L 22:00 Fターム(参考) 3E072 AA10 BA04 CA01 4F202 AJ03 CA03 CB01 CB12 CB22 CK09 CK90 CL50 CM27 CN01 CN22 CN30 4F205 AJ03 GA06 GB01 GB12 GB22 GC01 GF05 GF24 GW06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維を熱硬化性樹脂で含浸固定してなる
    FRP殻を備えた圧力容器であって、 前記FRP殻が、熱溶融性のコアの外周に該コアより高
    い耐熱温度の前記繊維を巻き付け、前記コアの溶融温度
    より低温で熱硬化する前記熱硬化性樹脂で前記巻き付け
    た繊維を含浸固定してなるものであり、前記コアは、前
    記含浸固定後に溶融除去又は溶融減厚されるものである
    ことを特徴とする圧力容器。
  2. 【請求項2】 熱溶融性のコアの外周に該コアより高い
    耐熱温度の繊維を巻き付ける工程と、前記コアの溶融温
    度より低温で熱硬化する樹脂で前記巻き付けた繊維を含
    浸固定してFRP殻を形成する工程と、前記コアを溶融
    除去又は溶融減厚する工程とを含むことを特徴とする圧
    力容器の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記FRP殻の内側に気密保持層を形成
    する工程を含む請求項2記載の圧力容器の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記繊維を巻き付ける工程の前又は途中
    に、前記繊維が外周面に巻き付けられるフランジ部を備
    えた口金を前記コアの端部に取り付ける工程を含む請求
    項2又は3記載の圧力容器の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記口金は、その外壁に加硫接着された
    ゴム皮膜を備えた請求項4記載の圧力容器の製造方法。
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