JP2005291415A - 圧力容器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ライナーの薄肉化と疲労強度の向上を両方同時に達成する。
【解決手段】 圧力容器１は、アルミニウム合金製の周壁部材１１とアルミニウム合金製の端部部材１２，１２とが接合されてなるライナー１０と、ライナー１０の外周に設けられた補強層２０と、を備え、周壁部材１１の内周面には周壁部材１１の軸線方向に対して傾斜して延びる突条の補強リブ１３が形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、圧力容器とその製造方法に関するものである。

ＣＮＧ（圧縮天然ガス）や水素ガス等の各種高圧ガスを充填するための圧力容器には、金属製のライナーの外周に繊維強化樹脂（ＦＲＰ）等の補強層を設けてなるものがある。このように構成された圧力容器においては、ライナーが充填ガスの透過を阻止する機能（気密機能）を担い、補強層が充填ガスの圧力に耐える耐圧機能を担っている。

したがって、気密機能の観点からするとライナーは肉厚が薄くても十分にその機能を果たすのであるが、肉厚を余り薄くすると、ガスの充填・放出に伴う変形によりライナーが低サイクルで疲労破壊を起こす虞がある。一方、ライナーの肉厚を厚くすればライナーの低サイクル疲労破壊を抑制することはできるが、そうするとライナーの重量が大きくなって、圧力容器の重量が大きくなってしまう。
そこで、金属製のライナーの内周面に補強リブを設けることにより、ライナーの機械的強度を大きくし、且つ、ライナーの薄肉化を図ることが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−４２５９５号公報

しかしながら、従来の補強リブ付きの圧力容器では、補強リブの長手方向をライナーの軸線方向と平行にしているので、長手方向に対しては補強されるが、周方向に対する補強にはならず、十分な補強とは言えなかった。
そこで、この発明は、補強リブに等方性を持たせ、ライナーの薄肉化と疲労強度の向上を両方同時に達成可能な圧力容器とその製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、金属製の周壁部材（例えば、後述する実施例における周壁部材１１）と金属製の端部部材（例えば、後述する実施例における端部部材１２，１２）とが接合されてなるライナー（例えば、後述する実施例におけるライナー１０）と、該ライナーの外周に設けられた補強層（例えば、後述する実施例における補強層２０）と、を備え、前記周壁部材の内周面には周壁部材の軸線方向に対して傾斜して延びる突条の補強リブ（例えば、後述する実施例における補強リブ１３，１７ａ，１７ｂ）が形成されていることを特徴とする圧力容器である。
このように構成することにより、ライナーを軸線方向および周方向に補強することができ、等方性を持った補強が可能になる。

請求項２に係る発明は、表面に突条の補強リブ（例えば、後述する実施例における補強リブ１３，１７ａ，１７ｂ）を有する金属製の板材（例えば、後述する実施例における板材１６，１８）をプレスまたは押し出し加工により成形し、前記板材を四角形に裁断する際に補強リブの延びる方向と裁断後の板材の各辺の延びる方向が互いに傾斜するように裁断し、裁断された板材を、前記補強リブを有する面を内側にして円筒状に曲げ加工し接合して筒状の周壁部材（例えば、後述する実施例における周壁部材１１）を形成し、この周壁部材の軸線方向両端部に端部部材（例えば、後述する実施例における端部部材１２，１２）を接合することを特徴とする圧力容器（例えば、後述する実施例における圧力容器１）の製造方法である。
このように構成することにより、軸線方向および周方向に補強された圧力容器を容易に製造することが可能になる。

請求項３に係る発明は、内周面（例えば、後述する実施例における内周面２２）に突条の補強リブ（例えば、後述する実施例における補強リブ２３）が軸線方向に対して傾斜して延びる金属製の筒体（例えば、後述する実施例における筒体２１）からなる周壁部材を押し出し加工により成形し、この周壁部材の軸線方向両端部に端部部材を接合することを特徴とする圧力容器の製造方法である。
このように構成することにより、軸線方向および周方向に補強された圧力容器を容易に製造することが可能になる。

請求項１に係る発明によれば、ライナーを軸線方向および周方向に補強することができ、等方性を持った補強ができるので、ライナーの薄肉化および軽量化が可能になる。
請求項２あるいは請求項３に係る発明によれば、軸線方向および周方向に補強された圧力容器を容易に製造することが可能になる。

以下、この発明に係る圧力容器とその製造方法の実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。なお、この実施例における圧力容器は、高圧の水素ガス充填用の圧力容器としての態様である。
図１に示すように、圧力容器１はアルミニウム合金製のライナー１０と、ライナー１０の外周に設けられたＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）製の補強層２０とから構成されている。

ライナー１０は、円筒状の周壁部材１１と、周壁部材１１の両端に溶接等の手段により接合された所定曲面形状を有するキャップ状の端部部材１２，１２とを備えている。周壁部材１１の内周面には、周壁部材１１の軸線方向に対して斜めに傾斜して延びる突条の補強リブ１３が、周方向所定間隔おきに周壁部材１１の全長に亘って設けられている。一方の端部部材１２の中央には筒状の口金１４が貫通しており、溶接等の手段により固定されている。この口金１４はガスを充填あるいは放出するためのものであり、その内周面にはバルブ等配管部材取付用のねじ孔１４ａが形成されている。
ライナー１０は次のようにして製造する。まず、アルミニウム合金を素材として、図３に示すように断面略半円形の突条１５を幅方向所定間隔に有する板材１６を押し出し成形により製造する。押し出し成形後の板材１６の状態では、突条１５は板材１６の幅方向に所定間隔おきに配置され、互いに平行をなし、押し出し方向に沿って一直線に連続して延びている。
この後、図２に示すように、板材１６を押し出し方向に対して所定角度傾斜した状態で、加工すべき周壁部材１１の展開寸法に対応する四角形に裁断する。つまり、突条１５の延びる方向と裁断後の板材の各辺の延びる方向が互いに傾斜するように裁断する。

そして、裁断した板材１６を、突条１５を有する面を内側にして円筒状に曲げ加工し、突き合わせた両端を溶接等の適宜手段により接合して周壁部材１１を形成する。これにより、突条１５は周壁部材１１の軸線方向に対して斜めに傾斜して延びる補強リブ１３となり、補強リブ１３を備えた周壁部材１１が製造される。
この後、周壁部材１１の軸線方向両端部に端部部材１２，１２を接合してライナー１０を形成し、さらにライナー１０の外周に補強層２０を形成して圧力容器１が完成する。なお、補強層２０の形成方法は従来からある一般的な方法と同じであるので説明を省略する。

このように構成された圧力容器１においては、周壁部材１１の内周面に設けられた補強リブ１３が周壁部材１１の軸線方向に対して斜めに傾斜して延びているので、ライナー１０を軸線方向および周方向に補強することができ、等方性を持った補強ができる。したがって、圧力容器１へのガス充填時の内圧変化に対してライナー１０の軸線方向および周方向の変形を抑制することができ、ライナー１０の薄肉化と疲労強度の向上を両方同時に達成することができる。その結果、ライナー１０の軽量化が可能になり、ひいては圧力容器１の軽量化が可能になる。

なお、補強リブ１３の断面形状および寸法、補強リブ１３のピッチ、周壁部材１１の軸線方向に対する補強リブ１３の傾斜角度は、圧力容器１の容量、寸法、最大内圧等の条件に応じて適宜設定することができる。また、板材１６はプレス成形により形成することも可能である。

さらに、ライナー１０の周壁部材１１における補強リブを格子状に設けることも可能である。この場合には、図４に示すように、周壁部材１１の軸線方向に対する傾斜方向を異にし互いに交差して延びる突条の補強リブ１７ａ，１７ｂを有する板材１８をプレス成形により加工し、この板材１８を、補強リブ１７ａ，１７ｂを有する面を内側にして円筒状に曲げ加工し接合して周壁部材１１を形成する。この後の製造工程は前述と同じであるので説明を省略する。
このように周壁部材１１の内周面に格子状をなすように補強リブ１７ａ，１７ｂを設けると、ライナー１０をより強固に補強することができるので、ライナー１０の軽量化、圧力容器１の軽量化をさらに促進することができる。
なお、この場合も、補強リブ１７ａ，１７ｂの断面形状および寸法、補強リブ１７ａ，１７ｂのピッチ、周壁部材１１の軸線方向に対する補強リブ１７ａ，１７ｂの傾斜角度は、圧力容器１の容量、寸法、最大内圧等の条件に応じて適宜設定することができる。

前述した実施例では、板材を円筒状に曲げ加工し突き合わせ溶接することにより、ライナー１０の周壁部材１１を製造したが、金属製の筒体を押し出し加工する際に、この筒体の内周面に軸線方向に対して傾斜して延びる突条の補強リブを同時に成形して周壁部材を製造することも可能である。
例えば、図５に示すように、金属製の筒体２１を押し出し加工する際に、ダイスを用いて筒体２１の内周面２２に軸線方向に沿って延びる突条の補強リブ２３を成形し、この筒体２１の押し出し加工直後に筒体２１を捻ることによって、内周面２２に形成された補強リブ２３を筒体２１の軸線方向に対して傾斜させる。このような方法によっても、図１に示される周壁部材１１と同様の周壁部材を製造することができる。
あるいは、ダイスを用いて内周面に突条の補強リブを軸線方向に沿って成形しながら金属製の筒体を押し出し加工する際に、前記ダイスを筒体に対して所定の回転速度で回転させながら筒体の押し出し加工を行うと、内周面に軸線方向に対して傾斜して延びる突条の補強リブを有する筒体を成形することができる。このような方法によっても、図１に示される周壁部材１１と同様の周壁部材を製造することができる。
そして、これら方法によって製造された周壁部材の軸線方向両端部に端部部材を接合することによりライナー１０を製造することができる。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、ライナーはアルミニウム合金製に限るものではなく、充填物質の透過を阻止し、且つ、充填物質に対する耐食性を有していれば、他の金属で形成することも可能である。充填物質は水素ガスに限定されるものではなく、ＣＮＧ他、種々のものが可能である。
また、補強層としては、ライナーの外周に繊維を巻き付けるとともに樹脂で含浸固定してなる繊維強化樹脂が好ましいが、繊維は炭素繊維に限定されるものではなく、ガラス繊維や化学繊維なども採用可能である。

この発明に係る圧力容器の一実施例における断面図である。 前記実施例の圧力容器におけるライナーの周壁部材加工前の板材の平面図である。 図２のIII−III拡大断面図である。 他の実施例におけるライナーの周壁部材加工前の板材の平面図である。 他の実施例におけるライナーの周壁部材製造方法を説明する図である。

符号の説明

１ 圧力容器
１０ ライナー
１１ 周壁部材
１２ 端部部材
１３ 補強リブ
１６，１８ 板材
１７ａ，１７ｂ 補強リブ
２０ 補強層
２１ 筒体
２２ 内周面
２３ 補強リブ

Claims (3)

1. 金属製の周壁部材と金属製の端部部材とが接合されてなるライナーと、該ライナーの外周に設けられた補強層と、を備え、前記周壁部材の内周面には周壁部材の軸線方向に対して傾斜して延びる突条の補強リブが形成されていることを特徴とする圧力容器。
2. 表面に突条の補強リブを有する金属製の板材をプレスまたは押し出し加工により成形し、前記板材を四角形に裁断する際に補強リブの延びる方向と裁断後の板材の各辺の延びる方向が互いに傾斜するように裁断し、裁断された板材を、前記補強リブを有する面を内側にして円筒状に曲げ加工し接合して筒状の周壁部材を形成し、この周壁部材の軸線方向両端部に端部部材を接合することを特徴とする圧力容器の製造方法。
3. 内周面に突条の補強リブが軸線方向に対して傾斜して延びる金属製の筒体からなる周壁部材を押し出し加工により成形し、この周壁部材の軸線方向両端部に端部部材を接合することを特徴とする圧力容器の製造方法。
   

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