JP2006010036A - 極低温流体用タンク - Google Patents

Abstract

【課題】金属製の内殻と複合材製の外殻を備えた極低温流体用タンクでは、極低温流体を注入すると、内殻と外殻の線膨張係数の相違により、開口部において内殻と外殻が相反する方向に変形し、双方の接合端部に過大な応力が発生して剥離が生じる恐れがあった。
【解決手段】少なくとも開口部Ｈの周囲部分が金属製である内殻１と複合材製の外殻２を備え、開口部Ｈの周囲部分に、内殻１と外殻２を互いに拘束する固定手段としてボルト４を備えた極低温流体用タンクＡとし、開口部Ｈにおいて内殻１と外殻２とが相反する方向に変形しようとしても、双方の接合端部で発生する応力を低減して剥離を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体水素や液体酸素などの極低温流体を蓄えるのに用いる極低温流体用タンクに関するものである。

極低温流体用タンクは、かつては主に金属製であったが、近年ではさらなる高強度化や軽量化が要求されており、これに応じて、極低温流体に対してバリア性を有する金属製の内殻（ライナ）と、主として強度を維持するための複合材製の外殻を備えたものが開発されている。このタンクは、内殻と外殻を接着により一体化することにより、加圧時の強度保持及び除圧時の構造安定性を保つものである。また、このような二層構造のタンクとしては、極低温流体用以外のものとして、バリア性を受け持つプラスチック製のライナと強度を受け持つ複合材製のシェルから成るものがあった。
特開２０００−３５１９６号公報

ところが、上記したような従来のタンクにおいて、とくに、金属製の内殻と複合材製の外殻を備えた極低温流体用タンクにあっては、例えば−１５０℃以下の極低温流体を注入していくと、内殻と外殻の線膨張係数が異なることから、開口部において、金属製の内殻が内側に変形するとともに複合材製の外殻が外側に変形し、これにより内殻と外殻の接合端部に過大な応力が発生し、双方の間で剥離が生じてタンクとしての機能を損なう恐れがあるという問題点があった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、少なくとも開口部の周囲部分が金属製である内殻と複合材製の外殻を備えた極低温流体用タンクにおいて、開口部における内殻と外殻の剥離を防止することができる極低温流体用タンクを提供することを目的としている。

本発明は、請求項１として、開口部を有する極低温流体用タンクであって、少なくとも開口部の周囲部分が金属製である内殻と複合材製の外殻を備え、開口部の周囲部分に、内殻と外殻を互いに拘束する固定手段を備えた構成とし、請求項２として、固定手段が、外殻を内殻に固定するボルトを備えている構成とし、請求項３として、固定手段が、開口部の周囲部分を外側から覆うクランプディスクと、クランプディスクを内殻に固定するボルトを備えている構成とし、請求項４として、内殻の開口部周縁に、同開口部の中心方向に突出する止着部を備えると共に、固定手段が、止着部を含む開口部の周囲部分を外側から覆うクランプディスクと、クランプディスクを止着部に固定するボルト及びナットを備えている構成とし、請求項５として、クランプディスクが、複合材製である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項１に係わる極低温流体用タンクによれば、少なくとも開口部の周囲部分が金属製である内殻と複合材製の外殻を備えた極低温流体用タンクにおいて、開口部の周囲部分に内殻と外殻を互いに拘束する固定手段を備えていることから、極低温流体を充填した際、開口部において内殻と外殻とが相反する方向に変形しようとしても、内殻と外殻の接合端部で発生する応力を低減して双方の剥離を防止することができ、当該タンクの機能を良好に維持し得る。

本発明の請求項２に係わる極低温流体用タンクによれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、固定手段としてのボルトを採用したことから、構造の簡略化や低コスト化などを実現することができる。

本発明の請求項３に係わる極低温流体用タンクによれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、固定手段としてクランプディスクとボルトを採用したことから、とくにクランプディスクにより、開口部の周囲部分に対してより充分な範囲で内殻及び外殻の変形を抑制することができ、内殻と外殻の接合端部で発生する応力をさらに低減して内殻と外殻の剥離防止をより確実にし得るものとなる。

本発明の請求項４に係わる極低温流体用タンクによれば、内殻の開口部周縁に止着部を設けると共に、固定手段としてクランプディスクとボルト及びナットを採用したことから、請求項３と同様に、開口部の周囲部分に対してより充分な範囲で内殻及び外殻の変形を抑制することができ、とくに内殻の止着部と外殻の接合端部で発生する応力を低減して内殻と外殻の剥離防止をより確実にし得るものとなる。

本発明の請求項５に係わる極低温流体用タンクによれば、請求項３及び４と同様の効果を得ることができるうえに、クランプディスクを複合材製としたことから、複合材製の外殻との密着性を高めることが可能となり、又は外殻と一体的に成形することが可能となり、内殻及び外殻の変形抑制機能や内殻と外殻の剥離防止機能のさらなる向上を実現することができる。また、複合材製のクランプディスクを採用することで、クランプディスクからタンク本体部分に至るタンク表面がより滑らかになり、外部からの超音波探傷等における欠陥検出能力を向上し得るという利点がある。

図１は、本発明の極低温流体用タンクの一実施例を説明する図である。図１（ａ）に示す極低温流体用タンクＡは、液体水素や液体酸素等の極低温流体を蓄えるのに用いるものであって、円筒部Ｂの両側にドーム（鏡板）Ｃ，Ｃを備えると共に、少なくとも片側のドームＣの中央に円形の開口部Ｈを有している。

この極低温流体用タンクＡは、図１（ｂ）に示すように、極低温流体に対してバリア性を有する金属製の内殻（ライナ）１と、主に強度を維持するための複合材製の外殻２を備た二重構造になっており、内殻１と外殻２を一体化することで、加圧時の強度保持及び除圧時の構造安定性を保つものとなっている。

内殻１には、例えばアルミニウム合金を用い、一方、外殻２には、例えばガラス繊維や炭素繊維を強化材とした繊維強化プラスチックを用いる。外殻２は、その成形方法がとくに限定されることはないが、例えばフィラメントワインディング法に基づいて、マトリックス樹脂を含浸した連続繊維を内殻１の外側に巻付けてプリフォームを形成し、このプリフォームを加圧及び加熱して硬化させることで、内殻１と一体化したものとなる。

内殻１は、開口部Ｈの周囲部分が厚肉に形成してあり、この厚肉部分を口金として使用する。このため、内殻１の厚肉部分には、開口部Ｈの周方向に沿って適数のめねじ孔３が形成してあり、これらのめねじ孔３を用いてクロージャや流体用のアダプタといった図示しない部材を気密的に接続する。

また、極低温流体用タンクＡは、開口部Ｈの周囲部分に、内殻１と外殻２を互いに拘束する固定手段を備えており、この実施例では、固定手段として、外殻２を内殻１に固定するボルト４を用いている。このボルト４は、外殻２の取付け孔５を通して内殻１のめねじ孔６に螺着してあると共に、開口部Ｈの周方向に沿って所定間隔で設けてある。

上記の構成を備えた極低温流体用タンクＡは、例えば−１５０℃以下の極低温流体を注入していくと、金属製の内殻１と複合材製の外殻２の線膨張係数が異なることから、とくに開口部Ｈにおいて、内殻１と外殻２が相反する方向に変形しようとするが、開口部Ｈの周囲部分において、ボルト４により内殻１と外殻２を互いに機械的に拘束しているので、内殻１と外殻２の接合端部で発生する応力を低減して双方の剥離を防止し、タンクとしての機能を良好に維持し得るものとなる。

図２は、本発明の極低温流体用タンクの他の実施例を説明する図である。図２（ａ）に示す極低温流体用タンクＡは、先の実施例と同様に、円筒部Ｂの両側にドーム（鏡板）Ｃ，Ｃを備えると共に、少なくとも片側のドームＣの中央に円形の開口部Ｈを有しており、金属製の内殻１と複合材製の外殻２を備えた二重構造になっている。

極低温流体用タンクＡは、図２（ｂ）に示すように、開口部Ｈの周囲部分に、内殻１と外殻２を互いに拘束する固定手段を備えており、この実施例では、固定手段として、開口部Ｈの周囲部分を外側から覆うクランプディスク７と、クランプディスク７を内殻１に固定するボルト８を備えている。

クランプディスク７は、環状を成すと共に、内殻１の厚肉部分から外殻２にかけてその外側を覆う大きさを有している。また、クランプディスク７は、各種材料を用いることが可能であるが、とくに好ましい例として複合材を用いることができ、この場合、予め成形したものを外殻２の成形後に取付けたり、先述した外殻２のプリフォームとともに硬化成形したりすることができる。このようにクランプディスク７を複合材製とすることで、同じく複合材製の外殻２との密着性がより一層高められ、クランプディスク７からタンク本体部分に至るタンク表面をより滑らかにし得ることとなる。

また、ボルト８は、クランプディスク７の取付け孔９を通して内殻１のめねじ孔１０に螺着してあると共に、開口部Ｈの周方向に沿って所定間隔で設けてある。

上記の構成を備えた極低温流体用タンクＡは、先の実施例と同様に、極低温流体を注入していくと、開口部Ｈにおいて内殻１と外殻２が相反する方向に変形しようとするが、開口部Ｈの周囲部分において、クランプディスク７及びボルト８により内殻１と外殻２を互いに機械的に拘束しているので、開口部Ｈの周囲部分に対してより充分な範囲で内殻１及び外殻２の変形を抑制することができ、内殻１と外殻２の接合端部で発生する応力をさらに低減して、内殻１と外殻２の剥離防止をより確実にし得るものとなる。また、複合材製のクランプディスク７を採用すれば、上記の如くタンク表面が滑らかになるので、後に行う外部からの超音波探傷等において欠陥検出性能を向上し得る。

図３は、本発明の極低温流体用タンクのさらに他の実施例を説明する図である。図３（ａ）に示す極低温流体用タンクＡは、先の実施例と同様に、円筒部Ｂの両側にドーム（鏡板）Ｃ，Ｃを備えると共に、少なくとも片側のドームＣの中央に円形の開口部Ｈを有しており、金属製の内殻１と複合材製の外殻２を備えた二重構造になっている。

極低温流体用タンクＡは、図３（ｂ）に示すように、内殻１の開口部Ｈの内側に沿って環状溝１１を形成することで、内殻１の開口部Ｈの周縁に、同開口部Ｈの中心方向に突出する止着部１２が形成してあると共に、開口部Ｈの周囲部分に、内殻１と外殻２を互いに拘束する固定手段を備えており、この実施例では、固定手段として、止着部１２を含む開口部Ｈの周囲部分を外側から覆うクランプディスク１３と、クランプディスク１３を止着部１２に固定するボルト１４及びナット１５を備えている。

クランプディスク１３は、先の実施例と同様に環状を成すと共に、止着部１２から外殻２にかけてその外側を覆う大きさを有しており、各種材料を用いることが可能であるが、先の実施例で説明したように複合材製とすることで、同じく複合材製の外殻２との密着性がより一層高められるなどの利点がある。

また、ボルト１４は、クランプディスク１３の取付け孔１６及び止着部１２の取付け孔１７に挿通され、環状溝１１内に設けたナット１５に螺着してある。このボルト１４及びナット１５は、開口部Ｈの周方向に沿って所定間隔で設けてある。なお、クランプディスク１３及び止着部１２におけるボルト１４の挿通部分は、上記の如く取付け孔１６，１７とするほか、開口部Ｈ側に開放されたＵ形の切欠きにしても良い。

上記の構成を備えた極低温流体用タンクＡは、先の実施例と同様に、極低温流体を注入していくと、開口部Ｈにおいて内殻１と外殻２が相反する方向に変形しようとするが、開口部Ｈの周囲部分において、クランプディスク１３とボルト１４及びナット１５により内殻１の止着部１２と外殻２を互いに機械的に拘束しているので、開口部Ｈの周囲部分に対してより充分な範囲で内殻１及び外殻２の変形を抑制することができ、とくに内殻１の止着部１２と外殻２の接合端部で発生する応力をさらに低減して、内殻１と外殻２の剥離防止をより確実にし得るものとなる。

なお、本発明に係わる極低温流体用タンクは、その詳細な構成が上記各実施例のみに限定されるものではなく、各構成の数や形態を適宜変更することができる。また、上記各実施例では、いずれも金属製の内殻１を備えた極低温流体用タンクを例示したが、本発明に係わる極低温流体用タンクは、少なくとも開口部の周囲部分が金属製である内殻を備えたものに適用可能であって、例えば、開口部を形成する金属製の口金と、極低温流体に対してバリア性を有するプラスチック製の本体部分とから成る内殻を備えた極低温流体用タンクにおいても、上記各実施例と同様の効果を得ることができる。

本発明の極低温流体用タンクの一実施例を示すタンク全体の概略説明図（ａ）及び開口部付近の拡大断面図（ｂ）である。 本発明の極低温流体用タンクの他の実施例を示すタンク全体の概略説明図（ａ）及び開口部付近の拡大断面図（ｂ）である。 本発明の極低温流体用タンクのさらに他の実施例を示すタンク全体の概略説明図（ａ）及び開口部付近の拡大断面図（ｂ）である。

符号の説明

Ａ 極低温流体用タンク
Ｈ 開口部
１ 内殻
２ 外殻
４ ボルト（固定手段）
７ クランプディスク（固定手段）
８ ボルト（固定手段）
１２ 止着部
１３ クランプディスク（固定手段）
１４ ボルト（固定手段）
１５ ナット（固定手段）

Claims (5)

1. 開口部を有する極低温流体用タンクであって、少なくとも開口部の周囲部分が金属製である内殻と複合材製の外殻を備え、開口部の周囲部分に、内殻と外殻を互いに拘束する固定手段を備えたことを特徴とする極低温流体用タンク。
2. 固定手段が、外殻を内殻に固定するボルトを備えていることを特徴とする請求項１に記載の極低温流体用タンク。
3. 固定手段が、開口部の周囲部分を外側から覆うクランプディスクと、クランプディスクを内殻に固定するボルトを備えていることを特徴とする請求項１に記載の極低温流体用タンク。
4. 内殻の開口部周縁に、同開口部の中心方向に突出する止着部を備えると共に、固定手段が、止着部を含む開口部の周囲部分を外側から覆うクランプディスクと、クランプディスクを止着部に固定するボルト及びナットを備えていることを特徴とする請求項３に記載の極低温流体用タンク。
5. クランプディスクが、複合材製であることを特徴とする請求項３又は４に記載の極低温流体用タンク。
   

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