JP2001524653A - プラスチック製ライナーを有する、気体媒体を加圧下に貯蔵するためのコンポジット圧力容器 - Google Patents

プラスチック製ライナーを有する、気体媒体を加圧下に貯蔵するためのコンポジット圧力容器

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Abstract

(57)【要約】 気体媒体を加圧下に貯蔵するためのコンポジット圧力容器であって、プラスチック製ライナーと首部領域に配置される２つの口金とライナーを補強する繊維複合材料の巻層とを有するものにおいて、本発明によれば、バルブを受容する口金（４）内に、この口金にねじ込可能な締付リング（１０）が設けられており、この締付リングが外被面にねじ部分（３７）を有し、このねじ部分に、円錐台形非ねじ部分（２１）が続き、口金（４）の雌ねじ部分（１８）の間に配置された、シールリング（２３）を受容するための環状溝（２６）が半径方向で口金（４）内に延びており、フランジ（６）に続く領域で各口金（４）の外面に、半径方向外側で全周にわたって延びる突条（２５）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の前文に記載されたプラスチック製ライナーを有する、気
体媒体を加圧下に貯蔵するためのコンポジット圧力容器に関する。
【０００２】 欧州公開特許第ＥＰ０７５３７００Ａ１号公報により、類概念に係るコンポジ
ット圧力容器が公知である。この圧力容器は、首部領域に配置される２つの口金
とライナーを補強する繊維複合材料の巻層とを備えたプラスチック製ライナーか
らなる。少なくとも一方の口金は、円筒ねじ又はテーパねじを有するねじ込可能
なバルブをそれが受容し得るように構成されている。両方の口金は、圧力容器に
向き合う末端領域に、平坦に延びる円錐台形フランジを備えており、このフラン
ジは内側をライナーによって取り囲まれ、外側を補強巻層によって取り囲まれて
いる。両方の口金はライナーに向き合う領域に雌ねじ部分を有し、この雌ねじ部
分は、首部として構成されるライナー領域に配置される雄ねじ部分と協動する。
バルブを受容する口金は、内側で雌ねじ部分に続く非ねじ領域に、密封要素を受
容するための環状溝を有する。バルブを受容するための他の雌ねじ部分がこれに
続いている。回転を確保するために、バルブを受容する口金は外面にレンチ用突
起を備えている。
【０００３】 この構造は、充填圧力３００バール以下の圧力容器に要求される特別の条件を
満たすのに部分的に適しているにすぎない。これは特に首部領域の密封とこの領
域の衝撃荷重とにあてはまる。
【０００４】 本発明の課題は、例えば４５０バール以下の試験圧力において衝撃荷重後でも
漏れに関する認可条件を満たす、プラスチック製ライナーを有する、気体媒体を
加圧下に貯蔵する類概念に係るコンポジット圧力容器を提供することである。
【０００５】 この課題は、請求項１の前文から出発して特徴部分の特徴と合わせて解決され
る。有利な諸構成は従属請求項の構成要素である。
【０００６】 本発明の核心は、危険な首部領域で密封を適切に向上することである。口金内
に突出するライナー末端領域とその円錐台形部分が協動するねじ込可能な締付リ
ングの配置がこれに属する。このライナー末端領域は、締付リングの円錐台形部
分に対応して好ましくは傾斜を有する。必要ならこの部分は円筒形としておくこ
ともできる。この部分全体は、バルブを受容するプラスチックライナーの首部を
穿孔することによって製造される。納入状態のときこの首部は一般に小さな通気
孔を有するだけであり、この通気孔はライナーの製造時に開放される。３〜５°
範囲内の角度を選択することによって、ねじ込力をごく僅かな軸方向成分とその
代わりに大きい半径方向成分とに分配することが達成される。その結果、螺着さ
れた口金のねじ輪郭にライナーの末端領域が押し付けられることになる。有利な
ことに、内部圧力が高い場合だけではなく充填圧力が低い場合にも、危険なライ
ナー末端領域は応力下に当接する。予圧の大きさは、締付リングを多かれ少なか
れ深くねじ込むことによって調整可能である。こうして生成される予圧は、口金
に関してライナーの熱膨張若しくは収縮に対抗して働く。締付リングを簡単に回
すことができるようにするために締付リングが六角穴を有し、こうして限定的ト
ルクを加えることができ、締付リングの所要の側面押圧力は計算で把握すること
ができる。
【０００７】 気体充填方式に応じて、特に充填サイクル方式に応じて、修整締付リングの配
置が有利であることが判明した。天然ガス駆動装置を有する市内バスの場合に一
般に行われているように、天然ガスの日常的タンク補給のとき、タンク補給過程
を短くするために、大量の充填量が短時間で容器に圧入される。そのことから、
圧縮エネルギー故に注入通路が加熱されることになる。敏感なプラスチック製ラ
イナーをこの加熱から保護するために締付リングの円錐台形部分に円筒部分が続
いており、この円筒部分が容器空間内にまで延びている。暖められた気体が狭い
注入通路内でライナーに直接接触することはこうして防止され、口金に結合され
たプラスチックライナーが熱の作用から保護される。このようなタンク補給過程
のとき、必要ならば、バルブ接続部を外部から冷やすことができる。
【０００８】 例えば吸入空気用に設けられるようなセラミックフィルタカートリッジを前部
に装着したバルブ用に締付リングは少なくとも６ｍｍの内径を有する。時には湾
曲したフィルタカートリッジを困難なくねじ込むことができるように、普通、８
〜１０ｍｍの内径が必要である。
【０００９】 別の観点は、首部領域内の密封要素の配置に関する。先行技術から公知の実施
では、ライナー末端領域の正面に密封要素が配置されている。しかし数多くの実
験調査は、ライナー首部領域と口金との間の公差整合が危険であると見做すこと
ができることを示した。ライナーの製造は方法に起因して大きな公差でのみ可能
であり、最も不都合な場合ライナーと口金との間の隙間は橋絡しなければならな
い。ねじ込可能な締付リングは或る程度の調整をもたらすのではあるが、しかし
他方で、さもないとライナーの首部領域が破壊されるであろうから、ねじ込力に
は限界がある。この理由から、ライナー首部領域の非ねじ部分にシールリングを
配置し、半径方向で口金内に延びる溝内でこのシールリングを係止することが提
案される。特別危険な事例に対しては、口金のフランジの下面に付加的に他のシ
ールリングが配置されると好ましいことが判明した。そのことの利点として、熱
応力と機械的応力、特に軸方向の衝撃荷重、とが重なる場合にライナーとフラン
ジ領域内の口金との間の接合の弛みによって可能となる漏れにシールリングによ
って対抗することができる。口金とプラスチックライナーとの間の結合を更に向
上するために、更に、口金のフランジの下面とこれに接触するライナー領域との
間に接着剤配置を設けることが提案される。
【００１０】 衝撃荷重を考慮して、フランジに続く領域に外部突条を配置するのが有利であ
ることが判明した。この突条によって、口金に加わる衝撃荷重の大部分が巻層に
導入され、残りだけがフランジを介してライナー領域に加わることになる。さも
ないと、衝撃を加える口金によってライナー領域が強い荷重を受けて局所的に裂
けることがある。圧力容器の両方のポーラーキャップに衝撃吸収層を配置するこ
とも同様に作用する。好ましくは、迅速に硬化するポリウレタンフォームがこの
ために利用される。これは、補助手段なしに容器を垂直に立てることができるよ
うにバルブとは反対側のポーラーキャップ内に据置面を形成するのに利用するこ
ともできる。この据置面は平円板又は台輪として構成しておくことができる。
【００１１】 用途に応じて、標準テーパねじを有するバルブをねじ込むことが必要となるこ
とがある。更に締付リングをねじ込むことができるようにするために上側雌ねじ
部分は２つの部分に区画される。第１部分は締付リングを受容するための円筒形
細目ねじであり、バルブを受容するための標準テーパねじが段差を有してこれに
続いている。
【００１２】 提案された措置によって、全体として、改良されたこの圧力容器は４５０バー
ルまでの試験圧力で認可条件を満足し、吸入空気にしろ天然ガス、水素等にせよ
、さまざまな気体において選択的に充填のために利用することができるようにな
った。
【００１３】 本発明により構成されたコンポジット圧力容器を図面において１実施例に基づ
いて詳しく説明する。
【００１４】 本発明により構成されたコンポジット圧力容器１が図１に縦断面図で示してあ
る。この圧力容器はブロー成形又は回転成形法又は熱成形法を介して製造される
プラスチックライナー２からなり、このライナーは外部から巻付けられる繊維巻
層３によって補強される。例えばこの補強巻付体は、例えば炭素繊維、アラミド
繊維、ガラス繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維又はそれらの混合物（ハイブリッ
ド糸）等の繊維補強材からなり、これらはドュロマー、例えばエポキシ樹脂又は
フェノール樹脂等、からなるマトリックス中に、又は例えばナイロン１２、ナイ
ロン６、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂中に埋封されている。上記繊維と高分
子とからなる繊維複合材料は容器の軸方向でも接線方向でも被着される。即ち、
繊維補強体（ＦＶＫ）は、若しくは繊維長手軸の整列は、容器円筒部に軸方向で
巻付ける場合容器長手軸に対して小さな角度（０〜７０°）を有するにすぎない
。軸方向巻付体を利用してプラスチックライナー２のポーラーキャップも均一に
巻付けられる。このポーラーキャップ巻付に先行して又はそれと交互して又はそ
の後、専ら容器円筒部の接線方向で若しくはその周方向で繊維補強体の付着が行
われる。接線方向巻付体と軸方向巻付体との壁厚割合はプラスチックライナー２
の外径、繊維補強体の強度、巻付角等に依存している。コンポジット圧力容器１
が首部領域に開口部を有し、これらの開口部はそれぞれ口金４、５によって閉鎖
及び／又は密封されている。口金４、５の詳細は図５〜図７で詳しく説明される
。両方の口金４、５は周知の如くに、円錐台形に構成されるフランジ６、６’を
有し、フランジの下面７、７’にライナー２が当接する。コンポジット圧力容器
１の両方のポーラーキャップが本発明によれば衝撃吸収層８、９、９’で覆われ
ている。この層８、９、９’は好ましくはポリウレタンフォームからなる。バル
ブ領域とは反対側のポーラーキャップは有利には、この場合図の右下に認めるこ
とができるように据置面９’として構成しておくことができる。この据置面９’
は、ここに示したように平円板又は台輪として構成しておくことができる。
【００１５】 首部領域内で密封を向上するために、（ここには図示しない）バルブを受容す
る口金４に締付リング１０がねじ込まれている。その点の詳細は図４に示してあ
る。
【００１６】 図２と図３が部分縦断面図でプラスチックライナー２を示す。ライナーの寸法
は厚さ１１と外径１２とによって実質的に決定されている。周知の如くにライナ
ー２は末端領域で首部１３、１４として構成されている。口金４、５を螺着する
ためにライナー２の各首部１３、１４がねじ部分１５、１６を備えている。好ま
しくはねじ１５、１６は鋸歯ねじ、例えばＤＩＮ６０６３第１分冊、第２分冊に
定められたピッチ４のＫＳ２５、として構成されている。なお触れておくなら、
バルブを受容する首部１３が穴１７を備えているのに対して、反対側の首部１４
は閉じており、従って密封問題を生じない。
【００１７】 図４は拡大した縮尺でコンポジット圧力容器１のバルブ側首部領域を示す。こ
の図に接続部の詳細を一層良好に認めることができる。バルブを受容する口金４
が内面に２つのねじ部分１８、１９を備えており、そのうち上側にあるねじ部分
１８はこの実施例の場合、締付リング１０を受容し且つここには図示しないバル
ブを受容するために円筒ねじとして構成されている。その下にあるねじ部分１９
はライナー２の首部１３の雄ねじ１５に対する相手部材である。六角穴２０を利
用して締付リング１０をねじ込むことによって（図８若しくは図９参照）、円錐
台形に構成された部分２１を介してライナー２の首部１３は口金４の相手輪郭１
９に圧入される。他の密封措置として首部１３の非ねじ部分２２（図２）にシー
ルリング２３が配置されている。必要ならば、付加的にフランジ６の下面７にも
他のシールリング２４を配置することができる。衝撃荷重時の耐荷力を向上する
ために口金４の外面に周方向突条２５の配置が設けられている。
【００１８】 図５、図６は片側縦断面図と片側側面図で両方の口金４、５を示す。既に説明
した図４で述べられた両方のシールリング２３、２４を受容するために口金４に
適切な溝２６、２７が設けられている。最初に指摘した溝２６は両方の雌ねじ部
分１８、１９の間に配置されており、第２に指摘した溝２７はフランジ６の下面
７に配置されている。バルブとは反対側の口金５は匹敵し得るように構成されて
いる。この口金は、ライナー２の首部１４に螺着するためにやはり雌ねじ部分２
５’を有する（図３）。この雌ねじ部分は好ましくはやはり鋸歯ねじとして構成
されている。衝撃荷重を減衰するために口金５の外面にやはり周方向突条２５’
が設けられている。
【００１９】 納入状態のとき、下側にある口金５は雄ねじ２９を備えた栓２８をなお有する
。この栓２８は、繊維複合材料をライナー２に被着するとき保持装置の受容部と
して役立つ。図１が示すように、この栓２８は繊維巻層の被着後、衝撃吸収層９
、９’が被着される前に、切り取られる。
【００２０】 バルブを受容する口金３０の変形態様が図７に示してある。図５に示した口金
４とは異なり、上側にある雌ねじ部分は２つの部分に区画されている。第１部分
３１は、図５の部分１８と同様に、締付リング１０を受容するための円筒ねじを
備えている。標準テーパねじ部分３３が段差３２を有してこれに続いている。気
体充填と納入業者とに応じて、テーパねじ込ねじを有するバルブも指示されてい
ることがあるので、この変形態様は必要である。他の違いはフランジ３４の構成
に関するものである。図５、図６の構成とは異なり、口金３０のフランジ３４は
斜め上に向けられている。ライナー２の底形状若しくは肩部形状に応じて、この
傾斜によって部材中に一層好ましい応力条件が達成される。この傾斜の角度は好
ましくは５〜１０°の範囲内である。
【００２１】 図８は縦断面図で締付リング１０の第１実施態様を示す。この締付リングは、
各口金４、３０にねじ込むための雄ねじ３７を備えた円筒部分３６を有する。円
錐台形に構成された部分２１が丸み部３８を有してこれに続いている。角度４０
は３〜５°の範囲内である。締付リング１０の内径４１も大切である。例えばフ
ィルタカートリッジを前部に装着した、吸入空気用に指定されたバルブがねじ込
可能となるように、この内径は過度に小さく選定されてはならない。湾曲したフ
ィルタカートリッジも問題なくねじ込むことができるようにするために、寸法は
６ｍｍを下まわってはならず、望ましくは８ｍｍである。
【００２２】 図９は締付リングの構成の変形態様４２を示しており、同じ部品には同じ符号
が選択されている。既に触れた円錐台形に構成された部分２１に円筒部分４３が
続いており、この円筒部分は望ましくは管として構成されている。この部分４３
の長さ４４は、ねじ込み後に締付リング４２の前側領域が容器空間内に突出する
ように選定されている。充填が強い加熱と結び付いており、ライナー２がそれか
ら保護されねばならないとき、これは有利に作用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により構成されたコンポジット圧力容器を示す縦断面図である。
【図２】 ライナー（バルブ領域）を示す部分縦断面図である。
【図３】 ライナー（底領域）を示す部分縦断面図である。
【図４】 巻付け状態のバルブ領域を示す拡大縦断面図である。
【図５】 バルブ・口金を一部縦断面にして示す側面図である。
【図６】 底・口金を一部縦断面にして示す側面図である。
【図７】 バルブ・口金の変形態様の片側を示す縦断面図である。
【図８】 締付リングの実施態様を示す縦断面図である。
【図９】 締付リングの変形態様を示す図８に対応する図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3E072 AA01 BA04 CA01

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気体媒体を加圧下に貯蔵するためのコンポジット圧力容器で
    あって、プラスチック製ライナーと首部領域に配置される２つの口金とライナー
    を補強する繊維複合材料の巻層とを有し、そのうち少なくとも一方の口金が、ね
    じを有してねじ込可能なバルブを受容するように構成されており、両方の口金が
    、圧力容器に向き合う末端領域に、平坦に延びる円錐台形フランジを備えており
    、このフランジが内側をライナーによって取り囲まれ、外側を補強巻層によって
    取り囲まれており、ライナーに向き合う領域に口金が雌ねじ部分を有し、この雌
    ねじ部分が、首部として構成されるライナー領域に配置される雄ねじ部分と協動
    し、バルブを受容する口金が、内側で雌ねじ部分に続く非ねじ領域に、密封要素
    を受容するための環状溝を有し、そのなかでバルブを受容するための他の雌ねじ
    部分が続いており、回転を確保するために、バルブを受容する口金が外側にレン
    チ用突起を備えているものにおいて、 バルブを受容する口金（４、３０）内に、この口金にねじ込可能な締付リング（
    １０、４２）が設けられており、この締付リングが外被面にねじ部分（３７）を
    有し、このねじ部分に、円錐台形非ねじ部分（２１）が続き、口金（４、３０）
    の雌ねじ部分（１８、１９、３１）の間に配置された、シールリング（２３）を
    受容するための環状溝（２６）が半径方向で口金（４、３０）内に延びており、
    フランジ（６、６’、３４）に続く領域で各口金（４、５、３０）の外面に、半
    径方向外側で全周にわたって延びる突条（２５、２５’）が設けられていること
    を特徴とするコンポジット圧力容器。
  2. 【請求項２】 圧力容器（１）のポーラーキャップが衝撃吸収層（８、９、
    ９’）を備えていることを特徴とする、請求項１記載のコンポジット圧力容器。
  3. 【請求項３】 バルブとは反対側のポーラーキャップが据置面（９’）とし
    て構成されていることを特徴とする、請求項１、２記載のコンポジット圧力容器
    。
  4. 【請求項４】 衝撃吸収層（８、９、９’）がポリウレタンフォームからな
    ることを特徴とする、請求項２、３記載のコンポジット圧力容器。
  5. 【請求項５】 締付リング（１０、４２）の円錐台形部分（２１）がライナ
    ー（２）の首部（１３）と協動し、この首部が、ライナー（２）の内面に配置さ
    れる対応する傾斜を有することを特徴とする、請求項１〜４記載のコンポジット
    圧力容器。
  6. 【請求項６】 締付リング（１０、４２）が六角穴（２０）を有し、ねじ（
    ３７）が細目ねじとして構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいず
    れか１項記載のコンポジット圧力容器。
  7. 【請求項７】 容器空間内に延びる円筒部分（４３）が締付リング（４２）
    の円錐台形部分（２１）に続いていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれ
    か１項記載のコンポジット圧力容器。
  8. 【請求項８】 フィルタカートリッジを前部に装着したバルブの配置用に締
    付リング（１０）が少なくとも６ｍｍの内径（４１）を有することを特徴とする
    、請求項１〜７のいずれか１項記載のコンポジット圧力容器。
  9. 【請求項９】 締付リング（１０、４２）の円錐台形部分（２１）が３〜５
    °範囲の角度を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載のコ
    ンポジット圧力容器。
  10. 【請求項１０】 バルブを受容する口金（４、３０）が、フランジ（６、３
    ４）の下面に、シールリング（２４）を受容するための環状溝（２７）を備えて
    いることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載のコンポジット圧力容
    器。
  11. 【請求項１１】 フランジ（３４）の縁領域が斜め上向きであることを特徴
    とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載のコンポジット圧力容器。
  12. 【請求項１２】 傾斜の角度（３９）が５〜１０°範囲内であることを特徴
    とする、請求項１１記載のコンポジット圧力容器。
  13. 【請求項１３】 ライナー（２）の首部（１３、１４）の雄ねじ（１５、１
    ６）と、これと協動する口金（４、３０）の雌ねじ（１９）が、鋸歯ねじとして
    構成されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項記載のコンポ
    ジット圧力容器。
  14. 【請求項１４】 バルブを受容する口金（３０）の雌ねじ部分が、円筒形細
    目ねじを有する、締付リング（１０、４２）を受容するための部分（３１）と、
    それから引き下げられてテーパねじを有する、バルブを受容するための部分（３
    ３）とに区画されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項記載
    のコンポジット圧力容器。
  15. 【請求項１５】 口金（４、５、３０）のフランジ（６、６’）の下面（７
    ）とこれに接触するライナー（２）領域との間に接着剤配置が設けられているこ
    とを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項記載のコンポジット圧力容器。
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