JP2005133847A - Pressure vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧力容器に係り、詳しくはガスバリア性を有するライナ(内殻)が耐圧性の繊維強化樹脂(FRP)製の外殻で覆われ、かつ減圧弁等の弁機構を備えた圧力容器に関する。 The present invention relates to a pressure vessel, and more particularly, to a pressure vessel having a gas barrier liner (inner shell) covered with an outer shell made of pressure resistant fiber reinforced resin (FRP) and having a valve mechanism such as a pressure reducing valve. .
圧縮天然ガス(CNG)、液化天然ガス(LNG)等を収容する圧力容器は、一般にスチールやアルミニウム合金等の金属製のため重量が重い。近年、天然ガスを燃料とする自動車が低公害車として注目されており、より低公害のものとして、燃料電池を動力源とする自動車も注目されている。燃料電池の燃料として水素ガスを燃料タンクに収容する自動車もあるが、燃料タンクとなる圧力容器の重量が重く燃費が悪くなる。この不都合を解消するため、ガスバリア性を有するライナ(内殻)を耐圧性の繊維強化樹脂(FRP)製の外殻で覆った圧力容器が提案されている。 A pressure vessel containing compressed natural gas (CNG), liquefied natural gas (LNG), or the like is generally heavy because it is made of metal such as steel or aluminum alloy. In recent years, automobiles using natural gas as fuel have attracted attention as low-emission vehicles, and automobiles using fuel cells as a power source have attracted attention as low-emission vehicles. Some automobiles store hydrogen gas in the fuel tank as the fuel for the fuel cell, but the pressure vessel serving as the fuel tank is heavy and the fuel consumption is deteriorated. In order to eliminate this inconvenience, a pressure vessel in which a gas barrier liner (inner shell) is covered with an outer shell made of pressure resistant fiber reinforced resin (FRP) has been proposed.
圧力容器内に高圧で充填されたガスを低圧で使用するには、減圧弁で減圧して供給する必要がある。減圧弁を含む弁機構(バルブアッセンブリ)を圧力容器の外側に取り付けた場合は、運搬時や設置時等に弁機構が周りのものに当たって損傷し易く、その損傷によって高圧ガスが圧力容器から吹き出す虞がある。特に、自動車等、収容空間が限られている場合、弁機構が周りのものに当たり易い。 In order to use the gas filled in the pressure vessel at a high pressure at a low pressure, it is necessary to reduce the pressure with a pressure reducing valve and supply the gas. If a valve mechanism (valve assembly) including a pressure reducing valve is attached to the outside of the pressure vessel, the valve mechanism may easily hit the surrounding objects during transportation or installation, and high pressure gas may blow out of the pressure vessel due to the damage. There is. In particular, when the accommodation space is limited, such as an automobile, the valve mechanism tends to hit the surroundings.
この問題を解消するため、圧力容器内に充填された高圧のガスを使用に適した低圧に減圧する減圧弁を備えた弁機構がガス取出口内に設けられた高圧タンク装置(圧力容器)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve this problem, there is provided a high-pressure tank device (pressure vessel) in which a valve mechanism having a pressure reducing valve for reducing the high pressure gas filled in the pressure vessel to a low pressure suitable for use is provided in the gas outlet. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
図5に示すように、特許文献1に記載の高圧タンク装置は、高圧の気体が充填される高圧タンク41と、高圧タンク41のガス取出口42に高圧タンク41内に位置するように設けられた弁機構43とを備えている。高圧タンク41は、ライナ44と、ライナ44の外面を補強する被覆材45とを備えている。弁機構43は開閉により高圧タンク41内外を連通又は連通遮断する開閉弁と、開閉弁に直列に接続されて高圧タンク41内の高圧気体を減圧する減圧弁(いずれも図示せず)とを備えている。そして、弁機構43は有底円筒状で外周面に雄ねじ部が形成されたカプセル46内に収容され、カプセル46は高圧タンク41のガス取出口42の内周面に形成された雌ねじ部42aに螺合された状態で気密状に固定されている。カプセル46はフランジ46aを有し、フランジ46aがガス取出口42の端面に当接する状態で高圧タンク41の外側から雌ねじ部42aに螺合されている。
As shown in FIG. 5, the high-pressure tank device described in Patent Document 1 is provided so as to be located in the high-
また、圧力容器として、金属製の周壁部と端部壁とを含む2つのカップが周壁部同士において接続構造により接合されてなるライナを使用したものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。図6に示すように、特許文献2に記載の圧力容器のライナ51は、金属製の筒状の周壁部52aと、球面状の端壁部52bとを含む2つのカップ52が、接続構造53により接続されている。一方の端壁部52bの中心部には、外側へ突出する細筒状のネック部54が形成され、ネック部54にはライナ51と同材料よりなる口金55が内側から挿入され、ネック部54の開口縁との溶接部56によって固定されている。
特許文献1に記載された高圧タンク装置は、弁機構がガス取出口内に設けられているため、運搬時や設置時等に弁機構が周りのものに当たって損傷するのを防止できる。しかし、弁機構43は高圧タンク41の製造後に高圧タンク41に取り付けられるため、弁機構43を収容するカプセル46の径以上の雌ねじ部42aの径が必要となる。
Since the valve mechanism is provided in the gas outlet, the high-pressure tank apparatus described in Patent Document 1 can prevent the valve mechanism from hitting and damaging the surroundings during transportation or installation. However, since the
ライナの外側に繊維強化複合材製の外殻を有し、円筒部の両端にドーム部を有する形状の高圧タンクの場合、圧力タンクの主応力方向は軸方向及び周方向で、繊維強化複合材においては繊維を主応力方向に配列するのが最適な繊維配列である。しかし、ライナのガス取出口に設けられた雌ねじ部の径が大きくなると、ガス取出口の外径も大きくなり、軸方向を強化する繊維をライナの表面に十分巻くことが難しくなり、高圧タンク全体の強度が低下する。なぜならば、軸方向を強化する繊維はライナの端部中心から突出するガス取出口及びその反対側に位置する突出部に接して折り返すように巻き付けられるが、ガス取出口や突出部の外径が大きくなると、その繊維の配列方向と軸方向との成す角度が大きくなる。そのため、高圧タンクの軸方向に作用する力を有効に担うことができなくなる。従って、必要強度を確保するには、ライナの肉厚を厚くしてその強度を高める必要があり、その分ライナが重くなり、高圧タンクの軽量化が難しくなる。 In the case of a high pressure tank having a fiber reinforced composite outer shell on the outside of the liner and a dome portion at both ends of the cylindrical portion, the principal stress direction of the pressure tank is the axial direction and the circumferential direction, and the fiber reinforced composite material Is the optimal fiber arrangement in which the fibers are arranged in the principal stress direction. However, when the diameter of the female thread provided at the gas outlet of the liner increases, the outer diameter of the gas outlet also increases, making it difficult to sufficiently wind the fiber that reinforces the axial direction around the surface of the liner. The strength of is reduced. This is because the fiber that reinforces the axial direction is wound so as to fold back in contact with the gas outlet that protrudes from the center of the end of the liner and the protruding portion that is located on the opposite side. When it becomes larger, the angle formed by the arrangement direction of the fibers and the axial direction becomes larger. Therefore, it becomes impossible to effectively bear the force acting in the axial direction of the high-pressure tank. Therefore, in order to ensure the required strength, it is necessary to increase the thickness of the liner to increase its strength, and the liner becomes heavier accordingly, making it difficult to reduce the weight of the high-pressure tank.
特許文献2には口金55をライナ51の内側からネック部54に挿入して溶接部56によって固定することが開示されている。特許文献2は、薄板の深絞り加工でライナを形成することにより、軽量な圧力容器を安価に製造することを目的としており、特許文献1と異なり、弁機構を圧力容器内に収容することに関しては何ら考えられていない。口金55には配管接続用の雌ねじ孔55aが形成されているため、もし、弁機構を圧力容器内に収容する場合は、特許文献1と同様に口金55を大径に形成するとともに、雌ねじ孔55aを弁機構が使用されたハウジングの外径に合わせた大きさにすることになる。従って、特許文献1の不具合を解消することはできない。
Patent Document 2 discloses that the
本発明は前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ガスバリア性を有するライナと、FRP製の外殻とを有する圧力容器にインタンクバルブを設けても、外郭を構成するFRPの強化繊維の軸方向の配向を十分に取ることができ、従来のものに比較して同じ重量で強度低下を抑制することができる圧力容器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to form an outer shell even if an in-tank valve is provided in a pressure vessel having a liner having a gas barrier property and an outer shell made of FRP. An object of the present invention is to provide a pressure vessel that can sufficiently align the axial direction of FRP reinforcing fibers and can suppress a decrease in strength with the same weight as that of a conventional one.
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、円筒部の両端にドーム部を有する形状に形成され、ガスバリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有し、かつインタンクバルブを備えた圧力容器である。前記インタンクバルブは、前記ライナのバルブ取付け部に、バルブ本体が前記ライナの内側に配置される状態で取り付けられている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is formed in a shape having a dome portion at both ends of a cylindrical portion and has a gas barrier property, and an outer shell made of a fiber reinforced composite material covering the outside thereof. And a pressure vessel provided with an in-tank valve. The in-tank valve is attached to the valve attachment portion of the liner in a state where the valve main body is disposed inside the liner.
この発明では、従来技術と異なりバルブ本体は、ライナの内側に配置される状態でライナのバルブ取付け部に取り付けられる。そのため、バルブ取付け部に形成されてライナの内側と外部とを連通させる孔の径は、圧力容器内に充填あるいは圧力容器内から外部に供給されるガスの通路と、弁を駆動する電源や信号線の通過部とを確保するために必要な大きさでよく、弁を収容する空間を確保する場合に比較して小径となる。従って、ライナの外側を覆う繊維強化複合材製の外殻を構成する強化繊維を軸方向への強度を増す状態に配向された状態でライナに巻き付けることができ、従来のものに比較して同じ重量で圧力容器の強度低下を抑制することができる。 In the present invention, unlike the prior art, the valve body is attached to the liner valve mounting portion in a state of being arranged inside the liner. Therefore, the diameter of the hole that is formed in the valve mounting portion and connects the inside and the outside of the liner is determined by the gas passage filled in the pressure vessel or supplied from the inside of the pressure vessel to the outside, and the power source and signal for driving the valve. The size may be as large as necessary to secure the passage portion of the wire, and the diameter is smaller than when securing a space for accommodating the valve. Accordingly, the reinforcing fibers constituting the outer shell of the fiber reinforced composite material covering the outside of the liner can be wound around the liner in a state oriented to increase the strength in the axial direction. The weight reduction of the pressure vessel can be suppressed by weight.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記ライナは少なくとも前記バルブ取付け部が設けられた側で分割されたものが密閉状態で接合又は嵌合シールされたものである。従って、この発明では、バルブ本体がライナの内側に位置するようにインタンクバルブを組み付ける作業が、ライナが反対側のみで分割された場合に比較して容易になる。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the liner is divided or sealed in a sealed state at least on the side where the valve mounting portion is provided. . Therefore, in the present invention, the operation of assembling the in-tank valve so that the valve main body is located inside the liner is easier than when the liner is divided only on the opposite side.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記ライナは全体がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。従って、この発明では、バルブ取付け部と他の部分とを別の材質で形成したものに比較して、製造が容易になる。 The invention described in claim 3 is the invention described in claim 1 or 2, wherein the liner is entirely made of aluminum or an aluminum alloy. Therefore, in this invention, manufacture becomes easy compared with what formed the valve attachment part and the other part with another material.
請求項4に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記ライナは口金部又は前記バルブ取付け部がステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、残りの部分が樹脂製で、かつ分割されたものが接合されたものである。この発明では、全体を金属製にしたものに比較して軽量化が容易となる。また、全体をアルミニウム製とした物に比較して疲労に強い。 The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the liner has a base portion or the valve mounting portion formed of stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy, and the remaining portion is made of resin. And what was divided | segmented is what was joined. In the present invention, the weight can be easily reduced as compared with a case where the whole is made of metal. Moreover, it is more resistant to fatigue than a product made entirely of aluminum.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記インタンクバルブは、前記バルブ取付け部に形成されたねじ孔に、前記バルブ本体以外の部分において螺合された状態で前記バルブ取付け部に固定されている。この発明では、インタンクバルブは、バルブ取付け部に形成されたねじ孔に螺合されることでライナに固定されるため、溶接に比較して作業が簡単になるとともに、シール性の確保が容易となり、溶接時の熱がバルブに悪影響を与える虞がない。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the in-tank valve has a screw hole formed in the valve mounting portion other than the valve main body. It is fixed to the valve mounting portion in a state where it is screwed at the portion. In this invention, since the in-tank valve is fixed to the liner by being screwed into a screw hole formed in the valve mounting portion, the work is simpler than welding, and it is easy to ensure sealing performance. Thus, there is no possibility that the heat during welding adversely affects the valve.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記インタンクバルブは、前記バルブ取付け部に形成された孔を貫通可能で先端に雄ねじ部が形成された挿通部を備え、前記雄ねじ部が前記孔から突出する状態で前記挿通部が前記孔に挿通されるとともに、前記雄ねじ部に螺合されるナットで前記バルブ取付け部に固定されている。この発明では、インタンクバルブは、ねじによりライナに締め付け固定されるため、請求項5に記載の発明と同様に、溶接に比較して作業が簡単になるとともに、シール性の確保が容易となり、溶接時の熱がバルブに悪影響を与える虞がない。また、ライナにはねじ孔に代えて孔を形成すればよく、製造が簡単になる。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the in-tank valve is capable of penetrating a hole formed in the valve mounting portion and has a male screw portion at the tip. The insertion portion is inserted into the hole with the male screw portion protruding from the hole, and is fixed to the valve mounting portion with a nut screwed into the male screw portion. Yes. In this invention, since the in-tank valve is fastened and fixed to the liner by screws, as in the invention according to claim 5, the work is simplified as compared to welding, and the sealing performance is easily secured. There is no risk that heat during welding will adversely affect the valve. Further, the liner may be formed with a hole instead of the screw hole, and the manufacturing is simplified.
本発明によれば、ガスバリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有する圧力容器に、インタンクバルブを設けても、外郭を構成する繊維強化複合材の強化繊維の軸方向の配向を十分に取ることができ、従来のものに比較して同じ重量で強度低下を抑制することができる。 According to the present invention, even if an in-tank valve is provided in a pressure vessel having a liner having a gas barrier property and an outer shell made of a fiber-reinforced composite material covering the outside thereof, the reinforcement of the fiber-reinforced composite material constituting the outer shell is provided. The fiber can be sufficiently oriented in the axial direction, and a decrease in strength can be suppressed with the same weight as compared with the conventional one.
(第1の実施形態)
以下、本発明を圧力容器としての水素貯蔵タンク(以下、単に水素タンクと称す)に具体化した第1の実施形態を図1及び図2に従って説明する。図1は、水素タンクの模式断面図、図2はレーベル巻を示す模式図である。
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is embodied in a hydrogen storage tank (hereinafter simply referred to as a hydrogen tank) as a pressure vessel will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic sectional view of a hydrogen tank, and FIG. 2 is a schematic diagram showing label winding.
図1に示すように、水素タンク11は円筒部の両端にドーム部を有する形状に形成され、細長い中空状のライナ12と、ライナ12の外側を覆う繊維強化複合材製の外殻としての繊維強化樹脂層13とを有し、かつインタンクバルブ14を備えている。
As shown in FIG. 1, the
繊維強化樹脂層13は、この実施形態では炭素繊維を強化繊維としたCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics )で構成され、水素タンク11の耐圧性(機械的強度)を確保している。繊維強化樹脂層13は、樹脂(例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等)が含浸された炭素繊維束を、ヘリカル巻層、フープ巻層及びレーベル巻層を有するようにライナ12に巻き付け、樹脂を熱硬化することによって形成されている。なお、レーベル巻とは、図2に示すように、ライナ12の中心軸12aとほぼ平行に近くなるように繊維Fをたすき掛けに巻き付ける巻付け方を意味する。
In this embodiment, the fiber reinforced
ライナ12は、樹脂製の筒状部15と、筒状部15の一端側に固着された口金部16とで構成された2個のライナユニット17a,17bを、筒状部15の他端側で接合されて形成されている。両ライナユニット17a,17bは同じに形成されている。一方のライナユニット17aの口金部16がバルブ取付け部を構成する。口金部16はステンレスで形成され、筒状部15は例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)あるいはポリアミド(ナイロン)で形成されている。
The
口金部16はドーム部の一部を形成する形状に形成されるとともに、中心部に外側に突出するボス部16aを有し、ボス部16aにはその中心を貫通するように、ライナ12の内側と外部とを連通させる孔としてのねじ孔16bが形成されている。ねじ孔16bの径は、水素タンク11内に充填あるいは水素タンク11内から外部に供給されるガスの通路と、インタンクバルブ14を駆動する電源線や信号線の通過部とを確保するために必要な大きさに形成されており、従来のインタンクバルブが螺合される場合の1/2以下に形成されている。
The
インタンクバルブ14は、いずれも図示しないオン/オフ電磁弁、圧力調整弁(減圧弁)、安全弁、逆止め弁等の機能を有するバルブ本体14aと、バルブ本体14aより小径の挿通部14bとを有し、挿通部14bにはねじ孔16bに螺合する雄ねじ部が形成されている。そして、雄ねじ部がねじ孔16bにライナ12の内側から螺合されることにより、インタンクバルブ14はライナ12のバルブ取付け部に、バルブ本体14aがライナ12の内側に配置される状態で取り付けられている。口金部16にはねじ孔16bのライナ12の内側と対応する箇所に環状凹部が形成され、環状凹部にはシールリングとしてのO−リング18が配設され、バルブ本体14aとライナ12との間の気密性を確保している。
The in-
なお、バルブ取付け部としての口金部16と反対側に設けられた口金部16のねじ孔16bには、埋栓19が螺合されている。埋栓19と口金部16との間にもシールリング(図示せず)が介装されている。
A
次に前記のように構成された水素タンク11の製造方法を説明する。水素タンク11を製造する際は、先ず口金部16が加工される。次に口金部16が射出成形用の金型内に配置された状態でインサート成形が行われ、ライナユニット17a,17bがそれぞれ別々に形成される。次に一方のライナユニット17aの口金部16に、インタンクバルブ14を内側から組み付ける。即ち、インタンクバルブ14の挿通部14bをねじ孔16bに螺合して固定する。
Next, a method for manufacturing the
次に両ライナユニット17a,17bの筒状部15を当接させた状態で熱溶着で樹脂製の筒状部15同士を接合する。次に接合されたライナ12をフィラメントワインディング装置にセットして、フィラメントワインディングを行い、ライナ12の外面に樹脂含浸炭素繊維束をヘリカル巻層、レーベル巻層及びフープ巻層が所定層数形成されるまで巻き付ける。フープ巻層は主にライナ12の円筒部に形成される。次に、樹脂含浸繊維束が巻き付けられたライナ12をフィラメントワインディング装置から取り外し、加熱炉に入れて、樹脂を加熱硬化させる。次にバリ等の除去を行った後、耐圧及び気密試験を行い、合格品はライナユニット17b側の口金部16に埋栓19を取り付けて水素タンク11の製造が完了する。
Next, the
次に、前記のように構成された水素タンク11の作用を説明する。
水素タンク11は、例えば燃料電池自動車の燃料電池の水素源として使用される。水素タンク11は図示しない配管がインタンクバルブ14の挿通部14bに連結された状態で使用され、水素ガスの充填時には充填用の配管から水素ガスが水素タンク11に充填される。水素タンク11内には例えば数十MPaの圧力になるように水素ガスが充填される。
Next, the operation of the
The
充填が完了した水素タンク11は供給用の配管に接続される。そして、図示しない制御装置からの制御信号によりバルブ本体14aに内蔵されたオン/オフ電磁弁及び圧力調整弁(減圧弁)が駆動されて、水素ガスが所定の圧力に減圧されて燃料電池の燃料極(水素極)へ供給される。
The
水素タンク11に水素ガスが充填されると水素タンク11内の圧力が高くなり、インタンクバルブ14はバルブ本体14aが口金部16に押圧される。バルブ本体14aと口金部16との間にはO−リング18が介在されているため、バルブ本体14aが口金部16に押圧されることにより、バルブ本体14aと口金部16との間のシール性が向上する。
When the
水素タンク11内が高圧となり、口金部16には水素タンク11の軸方向への力が大きく作用する。この実施形態では、口金部16のボス部16aには従来技術と異なり弁機構(バルブアッセンブリ)が収容されないため、ボス部16aの外径が小さくなる。従って、レーベル巻層を構成する繊維と、ライナ12の軸方向との成す角度が従来のものより小さくなるとともに、レーベル巻層の層数を増加させることができる。即ち、水素タンク11の軸方向を強化する繊維を十分に巻くことができる。
The inside of the
この実施形態では以下の効果を有する。
(1) ガスバリア性を有するライナ12と、その外側を覆う繊維強化樹脂層13とを有し、かつインタンクバルブ14を備えた圧力容器において、インタンクバルブ14は、ライナ12のバルブ取付け部(口金部16)に、バルブ本体14aがライナ12の内側に配置される状態で取り付けられている。従って、ライナ12の外側を覆う繊維強化樹脂層13を構成する強化繊維を軸方向への強度を増す状態に配向された状態でライナ12に巻き付けることができ、従来のものに比較して同じ重量で圧力容器の強度低下を抑制することができる。従って、耐圧が同じであれば、軽量にできる。
This embodiment has the following effects.
(1) In a pressure vessel having a
(2) ライナ12は少なくともバルブ取付け部(口金部16)が設けられた側で分割されたものが密閉状態で接合されている。従って、バルブ本体14aがライナ12の内側に位置するようにインタンクバルブ14を組み付ける作業が、ライナ12が反対側のみで分割された場合に比較して容易になる。
(2) The
(3) ライナ12は口金部16(バルブ取付け部)がステンレスで形成され、残りの部分が樹脂製で、かつ分割されたものが接合された構成である。従って、全体を金属製にしたものに比較して軽量化が容易となる。また、全体をアルミニウム製としたものに比較して疲労に強い。
(3) The
(4) ライナ12は口金部16と樹脂製の筒状部15とがインサート成形で一体に形成されたライナユニット17a,17bを、筒状部15の端部を接合することで形成されている。従って、口金部16と筒状部15との間の気密性を確保した状態でライナ12を形成するのが、インサート成形ではなく、別部材の筒状部15と口金部16とを組み付ける構成に比較して容易になる。
(4) The
(5) インタンクバルブ14は、バルブ取付け部としての口金部16に形成されたねじ孔16bに、バルブ本体14以外の部分において螺合された状態で前記バルブ取付け部に固定されている。従って、インタンクバルブ14は、バルブ取付け部に形成されたねじ孔16bに螺合されることでライナ12に固定されるため、溶接に比較して作業が簡単になるとともに、シール性の確保が容易となり、溶接時の熱がバルブに悪影響を与える虞がない。
(5) The in-
(6) インタンクバルブ14の挿通部14bは、ガスの通路と、インタンクバルブ14を駆動する電源線や信号線の通過部とを確保するために必要な大きさを備えていればよく、弁機構を内蔵する従来のものに比較して径を1/2以下にすることができる。
(6) The
(7) インタンクバルブがねじ孔内に収容された従来構成では、インタンクバルブに作用するタンク内の圧力の全てをねじ部で担う必要がある。しかし、この実施形態ではインタンクバルブ14に作用するタンク内の圧力の一部は口金部16の内面で担われる。従って、インタンクバルブに作用するタンク内の圧力の全てをねじ部で担う必要がある従来構成と異なり、口金部16に設けられたねじ部の強度を向上させる必要がない。
(7) In the conventional configuration in which the in-tank valve is accommodated in the screw hole, it is necessary to bear all of the pressure in the tank acting on the in-tank valve with the screw portion. However, in this embodiment, a part of the pressure in the tank acting on the in-
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態を図3に従って説明する。この実施形態は、ライナ12全体が金属製である点と、インタンクバルブ14のライナ12に対する固定にナットが使用されている点とが前記第1の実施形態と異なっている。前記第1の実施形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the
ライナ12はアルミニウム合金製の筒状部20の両端にアルミニウム合金製の口金部21,22が嵌合されるとともに、図示しないボルトにより締め付け固定されている。口金部21,22は筒状部20の両端に形成された開口部20aに嵌合される環状凸部21a,22aと、環状凸部21a,22aより大径のフランジ部21b,22bとを備えている。環状凸部21a,22aの周面と、開口部20aの周面との間に、ライナ12の分割部分のシール性(気密性)を確保するためのシールリング23が介装されている。即ち、ライナ12は筒状部20と口金部21とがシールリング23を使用した嵌め合いで嵌合シールされている。
The
インタンクバルブ14が組み付けられた口金部21は、ボス部21cにねじ孔ではなく孔21dが形成されている。インタンクバルブ14の挿通部14bには全体に雄ねじ部が形成されるのではなく、ボス部21cの孔21dから突出する部分に雄ねじ部14cが形成されている。そして、インタンクバルブ14は雄ねじ部14cに螺合されるナット24でバルブ取付け部としての口金部21に固定されている。
In the
前記のように構成された水素タンク11を製造する際は、先ず口金部21の内側にインタンクバルブ14を組み付ける。次に筒状部20の一端に口金部21を、他端に口金部22をそれぞれ嵌合させるとともに、図示しないボルトにより組み付けて、内部にインタンクバルブ14が組み付けられたライナ12を準備する。このライナ12をフィラメントワインディング装置にセットして、フィラメントワインディングを行い、ライナ12の外面に樹脂含浸繊維束をヘリカル巻層、レーベル巻層及びフープ巻層が所定層数形成されるまで巻き付ける。フープ巻層は主にライナ12の胴部に形成される。次に、樹脂含浸繊維束が巻き付けられたライナ12をフィラメントワインディング装置から取り外し、加熱炉に入れて、樹脂を加熱硬化させる。次にバリ等の除去を行った後、口金部22のボス部22cに形成されたねじ孔22dに埋栓19が螺合されて水素タンク11の製造が完了する。
When manufacturing the
この実施形態では第1の実施形態の(1),(2),(6)と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
(8) ライナ12は全体がアルミニウム合金で形成されている。従って、バルブ取付け部(口金部21)と他の部分(筒状部20)とを別の材質で形成したものに比較して、製造が容易になる。
This embodiment has the following effects in addition to the same effects as (1), (2), and (6) of the first embodiment.
(8) The
(9) インタンクバルブ14は、バルブ取付け部(口金部21)に形成された孔21dを貫通可能で先端に雄ねじ部14cが形成された挿通部14bを備えている。そして、前記雄ねじ部14cが孔21dから突出する状態で挿通部14bが孔21dに挿通されるとともに、前記雄ねじ部14cに螺合されるナット24で口金部21に固定されている。従って、インタンクバルブ14は、ねじによりライナ12に締め付け固定されるため、溶接に比較して作業が簡単になるとともに、シール性の確保が容易となり、溶接時の熱がバルブに悪影響を与える虞がない。また、ライナ12にはねじ孔16bに代えて孔21dを形成すればよく、製造が簡単になる。
(9) The in-
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○ インタンクバルブ14の形状は、バルブ本体14aとして、オン/オフ電磁弁、圧力調整弁(減圧弁)、安全弁、逆止め弁等が全て一つのハウジングに収容された形状に限らず、例えば、図4に示すように、複数の弁25(バルブ)がそれぞれ独立して支持された形状であってもよい。バルブ本体14aが口金部16の内側に配置されるため、バルブ本体14aは必ずしもコンパクトにまとめる必要はない。この場合、各弁25を一つのハウジング内に収容する構成に比較して弁の配置の自由度が高くなる。
The embodiment is not limited to the above, and may be configured as follows, for example.
The shape of the in-
○ インタンクバルブ14と口金部16との間のシールを行うO−リング18(シールリング)を収容する環状凹部16cの断面形状は四角形に限らず、図4に示すように三角形であってもよい。
The cross-sectional shape of the
○ 第1の実施形態において、口金部16の材質はステンレスに限らず、他の金属、例えば、アルミニウム合金やアルミニウムを用いてもよい。
○ インタンクバルブ14は、オン/オフ電磁弁、圧力調整弁(減圧弁)、安全弁、逆止め弁等を全て備えている必要はない。しかし、少なくとも減圧弁を備えているのが好ましい。例えば埋栓19に代えて逆止め弁を固定し、ガスの充填はインタンクバルブ14の配置された側と反対側から行うようにしてもよい。
In the first embodiment, the material of the
The in-
○ 第2の実施形態において、ライナ12全体をアルミニウム合金製とする代わりにアルミニウム製としたり、口金部16の材質と筒状部20の材質とを異なる金属で形成したりしてもよい。
In the second embodiment, the
○ ライナ12は両端部で分割されて、各端部に口金部16,21,22を備える構成に限らず、片側のみ分割された構成としてもよい。しかし、片側のみを分割した場合は、分割されない側の端部をスピニング加工(口絞り加工)で形成する必要があり、加工に手間が掛かるため、両側で分割するのが好ましい。
The
○ 水素タンク11は燃料電池搭載電気自動車の水素源として搭載されて使用するものに限らず、例えば、水素エンジンの水素源やヒートポンプ等に適用してもよい。また、家庭用電源の燃料電池の水素源として使用してもよい。
The
○ 圧力容器として水素を貯蔵する水素タンクに限らず、例えば窒素、圧縮天然ガス等の他のガスを貯蔵す圧力容器に適用してもよい。
○ 繊維強化樹脂の強化繊維は炭素繊維に限らず、ガラス繊維や炭化ケイ素系セラミック繊維やアラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるその他の繊維を強化繊維として使用してもよい。
O It may apply not only to the hydrogen tank which stores hydrogen as a pressure vessel but to a pressure vessel which stores other gas, such as nitrogen and compressed natural gas, for example.
○ Reinforcing fiber of fiber reinforced resin is not limited to carbon fiber, but other fibers generally called high elasticity and high strength such as glass fiber, silicon carbide ceramic fiber, aramid fiber, ultra high molecular weight polyethylene fiber, etc. are used as reinforcing fiber. May be.
以下の技術的思想(発明)は前記実施の形態から把握できる。
(1) 請求項4に記載の発明において、前記口金部又はバルブ取付け部と、樹脂製の残りの部分とがインサート成形により一体に形成されている。
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) In invention of Claim 4, the said nozzle | cap | die part or a valve | bulb attachment part, and the resin-made remaining part are integrally formed by insert molding.
11…圧力容器としての水素タンク、12…ライナ、13…外殻としての繊維強化樹脂層、14…インタンクバルブ、14a…バルブ本体、14b…挿通部、14c…雄ねじ部、16,21…バルブ取付け部としての口金部、16b,22d…ねじ孔、22…口金部、21d…孔、24…ナット。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記インタンクバルブは、前記ライナのバルブ取付け部に、バルブ本体が前記ライナの内側に配置される状態で取り付けられている圧力容器。 A pressure vessel formed in a shape having a dome portion at both ends of a cylindrical portion and having a gas barrier property and an outer shell made of a fiber reinforced composite material covering the outside thereof, and having an in-tank valve ,
The in-tank valve is a pressure vessel attached to a valve attachment portion of the liner in a state where a valve main body is disposed inside the liner.
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