JP2006090450A - 圧力容器への配管部材固定構造、及び圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動等による口金部の緩みを防止でき、これにより、口金部とそれに取り付けられる配管部材との接続部位における耐圧強度をも高め得る圧力容器を提供する。
【解決手段】高圧タンク１０は、胴部の一方端に、燃料ガスの供給部３０が設けられたものである。供給部３０は、胴部２０の内部ライナー２１に埋設された略筒状を成す口金４に、略筒状を成すバルブアッセンブリ５が螺合接続されたものである。バルブアッセンブリ５の内部には、減圧バルブ５１及び遮断バルブ５２が連設されている。また、バルブアッセンブリ５において口金４から突出した部位の周囲には、止め輪６が設置されており、その内歯６２がバルブアッセンブリ５の凹部５３に係合し、且つ、外歯６３が口金４の切欠部４３に係止されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスを貯蔵する圧力容器、及びそれに配管部材を固定するための構造に関する。

一般に、常圧に比して圧力が高められたガスが貯蔵される圧力容器には、口金構造等が設けられ、そこからガスが供給・排出される。このような圧力容器として、特許文献１には、外側口金具の小径部の雄ネジが内側口金具の雌ネジに螺合されて成る口金構造を有するＦＲＰ製高圧容器が記載されている。この高圧容器は、口金具を着脱可能に構成し、Ｏリング等のシール材の交換を容易ならしめると共に気密性を高めることを企図したものである。
特開平９−２２２１９８号公報

ところで、燃料電池自動車や天然ガス自動車には、燃料ガスとしての水素ガスや天然ガスが高圧充填される圧力容器（ガスボンベ、ガスタンク）が燃料ガス容器として搭載される。この燃料ガス容器に上記従来の口金構造を有する圧力容器を用いると、車両走行時の路面からの周期振動や衝撃によって螺合部が緩むおそれがある。これによる過度の緩みを防止するには、上記従来の圧力容器の例では、内側口金具と外側口金具との増し締め回数を増やす必要があり、点検回数、及び整備保守時の作業工数が増大してしまう。なお、このような口金具の緩みは、車両に搭載される燃料ガス容器だけではなく、圧力容器を移送する際にも生じ得る問題であり、対策が望まれる。

また、燃料電池自動車用途では、水素ガスの充填圧として将来的に内圧７０ＭＰａの規格が適用される傾向にあるところ、このような高圧下では、例えば螺合構造であればネジ部の強度をこれまで以上に高める必要がある。そのためには、ネジ歯の元厚を厚くすることが有効と考えられるが、この場合、ネジのピッチも大きくなり、こうなると緩み幅も大きくなるため、振動によってネジが一層緩み易くなってしまう。よって、単にネジの歯厚を増大させることは困難である。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、振動等による口金部の緩みを防止でき、これにより、口金部とそれに取り付けられる配管部材との接続部位における耐圧強度をも高め得る圧力容器への配管部材接続構造、及びその圧力容器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による圧力容器への配管部材接続構造は、圧力容器の胴部に設けられた略筒状を成す口金部と、略筒状を成し且つ該口金部の内壁に螺着又は嵌着される配管部材とを接続するための構造であって、口金部の配管部材に対する延在軸周りの動き、及び／又は延在軸方向に沿った動きといった口金部及び配管部材の相対的な動きを制限するように口金部及び配管部材に接続された固定部材を備える。

このように構成された圧力容器への配管部材接続構造においては、胴部に設けられた口金部の内壁に配管部材が接続されることにより、圧力容器へのガスの供給口及び／又は排出口が形成される。口金部と配管部材は、互いに筒状を成しており口金部の内壁に配管部材が螺着又は嵌着することにより、同軸状に所定の強度で接合される。さらに、口金部と配管部材とに接続された固定部材によって、口金部及び配管部材の相対的な動き、具体的には、延在軸周りの動き（回動）、及び／又は延在軸方向に沿った動き等が制限される。よって、口金部と配管部材との接合部に振動等による外力が印加されても、緩みが生じることが防止される。

具体的には、配管部材は、周壁に凹部が形成されており、固定部材は、凹部に係合又は嵌入する突起部を有するものであると好ましい。このような構成においては、配管部材の周壁に形成された凹部に、口金部に接続された固定部材の突起部が嵌入することにより、口金部の配管部材に対する延在軸周りの動き、及び延在軸方向に沿った動き等が有効に抑止される。

また、ガス供給口にはいわゆるバルブアッセンブリ等の弁部が設けられ又は接続される必要があるが、配管部材が、弁部を有するものであると、弁部の構成部材を圧力容器の外部に設けることが不要となる。よって、このようにすれば、部材や機材の配置空間の制約が大きい燃料電池自動車や天然ガス自動車等の車両に搭載される燃料ガス容器に対して特に有用である。

さらに、弁部が複数の弁（例えば、遮断弁及び減圧弁の二つの弁）を有しており、凹部がこれらの弁間の周壁に形成されたものであるとより好ましい。こうすれば、凹部が弁構造（弁体、弁座等）と干渉することがないので、弁構造の設計に影響を与えることなく配管部材の接続構造を適用することが可能となる。

また、本発明による圧力容器は、本発明の配管部材接続構造を用いて有効に構成されるものであり、すなわち、中空状の胴部と、胴部に設けられた略筒状を成す口金部と、略筒状を成し且つ口金部に螺着又は嵌着によって接続された配管部材と、口金部の配管部材に対する延在軸周りの動き、及び／又は延在軸方向に沿った動きといった口金部及び配管部材の相対的な動きを制限するように口金部及び配管部材とに接合された固定部材とを備える。

本発明の圧力容器への配管部材接続構造及び圧力容器によれば、圧力容器の胴部に設けられた略筒状を成す口金部の内壁に、略筒状を成す配管部材が螺着又は嵌着されて同軸状に接合され、さらに、固定部材によって口金部及び配管部材の相対的な動きが制限されるので、振動等による口金部の緩みを抑止でき、これにより、口金部とそれに取り付けられる配管部材との接続部位における耐圧強度をも高めることが可能となる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。

図１は、本発明による配管部材接続構造を備える圧力容器の好適な第一実施形態を模式的に示す側面図である。高圧タンク１０（圧力容器）は、例えば水素ガス等の燃料ガスを貯蔵して車両等に搭載される圧力容器であって、中空且つ略円筒状を成し長軸方向の両端部が縮径している胴部２０の一方端に、燃料ガスの供給部３０が設けられ、他方端に燃料ガスの排出部４０が設けられたものである。

ここで、図２は、図１における供給部３０の周辺部を一部破断面で示す模式断面図であり、図３は、図２におけるIII−III線に沿う断面図である。胴部２０は、例えば燃料ガスを遮断するための内部ライナー２１の外周に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の外被２２が巻回されたものである。また、供給部３０は、内部ライナー２１に埋設された略筒状を成す口金４（口金部）に、略筒状を成すバルブアッセンブリ５（配管部材）が同軸状に接続されたものである。

口金４の端部内壁には雌ネジ部４ａが形成されており、バルブアッセンブリ５に形成された雄ネジ部５ａがその雌ネジ部４ａに螺合することにより、両者が所定の強度で接続固定されている。また、バルブアッセンブリ５の内部には、減圧バルブ５１及び遮断バルブ５２（共に弁部）が連設されており、内部空間が胴部２０内の空間Ｓと連通している。さらに、バルブアッセンブリ５の図示下端部が当接する口金４の内壁には、Ｏリング等の封止部材Ｒが嵌着された環状溝４１が形成されており、これにより口金４とバルブアッセンブリ５が封止されている。

またさらに、バルブアッセンブリ５が口金４から突出した部位の周囲には、口金４及びバルブアッセンブリ５の双方に接続するように、平板状の止め輪６（固定部材）が設置されている。止め輪６は、バルブアッセンブリ５の外径と略同じ内径を有する環状部６１から、その内方に向かって複数（図示においては４個；図３参照）の内歯６２（突起部）が突設されており、また、その外方に向かって複数（図示においては１６個；図３参照）の外歯６３が放射状に言わば鋸歯のように突設されたものである。

口金４には、図示上端の外周縁に断面矩形状の切欠部４３が複数形成されていると共に、バルブアッセンブリ５には、雄ネジ部５ａの近傍で且つ口金４から突出した部位の外壁に凹部５３が複数設けられている。口金４の切欠部４３には、止め輪６の複数の外歯６３の一部６３ａが屈曲されて係合しており、バルブアッセンブリ５の凹部５３には、止め輪６の内歯６２が嵌入設置されている。これらにより、止め輪６が口金４及びバルブアッセンブリ５の両方に係止されている。

このように構成された配管部材接続構造を備える高圧タンク１０によれば、バルブアッセンブリ５がその長軸（延在軸）周りに回動しようとしても、凹部５３に内歯６２が嵌入された止め輪６の外歯６３が、口金４の切欠部４３の内壁と干渉するので、止め輪６ひいてはバルブアッセンブリ５の口金４に対する相対的な動作が制限される。よって、高圧タンク１０に外部から振動や衝撃が印加されても、止め輪６によってバルブアッセンブリ５の回動動作が抑止されるので、口金４とバルブアッセンブリ５との螺合の緩みを防止できる。

したがって、耐圧強度を高めるべくバルブアッセンブリ５の雄ネジ部５ａのネジ歯元厚を増大させると、上述の如く、その背反としてネジピッチが大きくなって緩みが生じ易くなる傾向にあるが、高圧タンク１０では、たとえそうなったとしても、バルブアッセンブリ５の緩みを生じ難することができる。その結果、ネジ歯元厚を増大させて、高圧タンク１０の口金４とバルブアッセンブリ５との螺合部における耐圧強度を十分に高めることが可能となる。

また、切欠部４３及び凹部５３が複数設けられ、それぞれに複数の外歯６３及び内歯６２が係合するように構成されているので、外部からの振動等への耐性を一層向上させることができる。さらに、バルブアッセンブリ５の内部に減圧バルブ５１及び遮断バルブ５２といった弁機構が設けられているので、これらの弁を外部に設ける場合に比して、機材の設置スペースを狭小化できる。よって、高圧タンク１０は、部材や機材の配置空間の制約が大きい車両に搭載される燃料ガス容器等の圧力容器に対して特に有用である。またさらに、バルブアッセンブリ５において内歯６２が嵌入・係合する凹部５３が、減圧バルブ５１と遮断バルブ５２との間の周壁に形成されているので、止め輪６とこれらバルブ５１，５２が干渉することがない。よって、これらの弁構造の設計に影響を与えることがなく、十分な設計裕度を確保することができる。

図４は、本発明による配管部材接続構造を備えた圧力容器の好適な第二実施形態の要部を模式的に示す側面図である。高圧タンク１１は、供給部３０が口金４の代わりに口金７（口金部）を有すること、止め輪６の代わりにピンＰ（固定部材）を有すること、及びバルブアッセンブリ５に凹部５３の代わりに凹部５４が形成されていること以外は、図１及び２に示す高圧タンク１０と同様に構成されたものである。口金７は、略筒状の埋込部７１の図示上壁にバルブアッセンブリ５の外径と略同じ内径を有する環状凸部７２が突設されたものであり、その環状凸部７２の周壁には貫通孔７３が複数設けられている。また、凹部５４は、これらの貫通孔７３と連通する位置に設けられており、ピンＰの端部が凹部５４の内壁に達するように貫通孔７３の外方から貫通設置されている。このようにピンＰの端部が固定部材の突起部として機能する。

このように構成された高圧タンク１１においても、バルブアッセンブリ５がその長軸周りに回動しようとしても、ピンＰが貫通孔７３及び凹部５４の内壁と干渉するので、バルブアッセンブリ５の口金７に対する相対的な動作が制限される。よって、高圧タンク１１に外部から振動等が印加されても、ピンＰによってバルブアッセンブリ５の回動動作が抑止されるので、口金７とバルブアッセンブリ５との螺合の緩みを防止できる。

また、バルブアッセンブリ５がその長軸方向に移動（例えば、バルブアッセンブリ５が高圧タンク１１の外方に引き抜かれる方向への移動）しようとしても、ピンＰが貫通孔７３及び凹部５４の内壁と干渉することにより、そのような動きも制限される。よって、口金７及びバルブアッセンブリ５に、それぞれ雌ネジ部４ａ及び雄ネジ部５ａを設けなくてもよい。こうすれば、バルブアッセンブリ５を口金７に嵌着させるだけでよいので、加工の手間を軽減でき、且つ、バルブアッセンブリ５の装着性を高めることができる。

なお、高圧タンク１１においても、高圧タンク１０で奏されるのと同様な他の作用効果が奏されるが、重複した説明を避けるため、ここでの詳述は省略する。

図５は、本発明による圧力容器の好適な第三実施形態の要部を模式的に示す側面図である。高圧タンク１２は、供給部３０が口金４の代わりに口金８（口金部）を有すること、ピンＰの代わりにネジＮ（固定部材）を有すること、及びバルブアッセンブリ５に凹部５４の代わりに雌ネジ孔５５（凹部）が形成されていること以外は、図４に示す高圧タンク１１と同様に構成されたものである。また、口金８は、環状凸部７２に貫通孔８３が設けられたこと以外は、口金７と同様の構成を有している。

このように構成された高圧タンク１２では、ネジＮの先端部に雄ネジ部が形成されており、ネジＮが貫通孔８３の外方から挿入され、その雄ネジ部を雌ネジ孔５５に螺合させることによりして、口金４とバルブアッセンブリ５とが固定されている。このようにネジＮの雄ネジ部が固定部材の突起部として機能する。

この高圧タンク１２においても、ネジＮによって口金８とバルブアッセンブリ５との相対的な動きが制限されるので、振動等による口金８とバルブアッセンブリ５との接合部における緩みの発生を十分に防止できる。また、ネジＮがバルブアッセンブリ５に螺合しているので、口金８とバルブアッセンブリ５との接続がより強固なものとなり、ネジＮを複数設けなくとも、十分な接合強度が得られ得る。なお、高圧タンク１２においても、高圧タンク１０で奏されるのと同様な他の作用効果が奏されるが、重複した説明を避けるため、ここでの詳述は省略する。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、止め輪６に設けられた外歯６３は切欠部４３に応じた部位のものだけ設けてもよく、また、内歯６２及び外歯６３はそれぞれ単一でもよい。同様に、ピンＰも単一でもよく、ネジＮを複数設けても構わない。さらに、止め輪６、ピンＰ、及びネジＮをそれぞれ複数組み合わせて設けてもよい。またさらに、供給部３０と同様の構造を排出部４０に設けてももちろんよい。さらにまた、胴部２０は、内部ライナー２１と外被２２とを有する構造に限られず、他の部材構成を有する圧力容器であっても構わない。

本発明による配管部材接続構造及びそれを備える圧力容器は、口金部と配管部材の接続部位に固定部材を備えることにより、口金部と配管部材の相対的な動きを制限するようにしたので、振動等が印加されても両者の固定が緩んでしまうことを抑止でき、これにより、口金部と配管部材との接続部位における耐圧強度をも高め得る。よって、圧力容器及びそれを取り扱う技術分野、例えば、燃料ガスタンクを備える燃料電池自動車、天然ガス自動車等の機器、動機、設備等に広く利用することができる。

本発明による配管部材接続構造を備える圧力容器の好適な第一実施形態を模式的に示す側面図である。 図１における供給部３０の周辺部を一部破断面で示す模式断面図である。 図２におけるIII−III線に沿う断面図である。 本発明による配管部材接続構造を備える圧力容器の好適な第二実施形態の要部を模式的に示す側面図である。 本発明による配管部材接続構造を備える圧力容器の好適な第三実施形態の要部を模式的に示す側面図である。

符号の説明

４，７，８…口金（口金部）、４ａ…雌ネジ部、５…バルブアッセンブリ、５ａ…雄ネジ部、６…止め輪（固定部材）、１０，１１，１２…高圧タンク（圧力容器）、２０…胴部、２１…内部ライナー、２２…外被、３０…供給部、４０…排出部、４１…管状溝、４３…切欠、５１…減圧バルブ（弁）、５２…遮断バルブ（弁）、５３，５４…凹部、５５…雌ネジ孔（凹部）、６１…環状部、６２…内歯（突起部）、６３，６３ａ…外歯、７１…埋込部、７２…環状凸部、７３，８３…貫通孔、Ｎ…ネジ（固定部材）、Ｐ…ピン（固定部材）、Ｒ…封止部材、Ｓ…空間。

Claims (5)

1. 圧力容器の胴部に設けられた略筒状を成す口金部と、略筒状を成し且つ該口金部の内壁に螺着又は嵌着される配管部材とを接続するための構造であって、
   前記口金部及び前記配管部材の相対的な動きを制限するように該口金部及び該配管部材に接続された固定部材を備える、
   圧力容器への配管部材接続構造。
2. 前記配管部材は、周壁に凹部が形成されており、
   前記固定部材は、前記凹部に係合又は嵌入する突起部を有するものである、
   請求項１記載の圧力容器への配管部材接続構造。
3. 前記配管部材は、弁部を有するものである、
   請求項１又は２に記載の圧力容器への配管部材接続構造。
4. 前記弁部が複数の弁を有しており、前記凹部がこれらの弁間の周壁に形成されたものである、
   請求項３記載の圧力容器への配管部材接続構造。
5. 中空状の胴部と、
   前記胴部に設けられた略筒状を成す口金部と、
   略筒状を成し且つ前記口金部に螺着又は嵌着によって接続された配管部材と、
   前記口金部及び前記配管部材の相対的な動きを制限するように該口金部及び該配管部材に接合された固定部材と、
   を備える圧力容器。
   
   
   
   

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