JP2009108971A

JP2009108971A - 圧力容器の保護構造

Info

Publication number: JP2009108971A
Application number: JP2007283788A
Authority: JP
Inventors: Koji Uchida; 浩司内田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】落下姿勢にかかわらず、圧力容器を確実に保護可能な構造を提供する。
【解決手段】ガスバリア性のあるライナ１０１と、そのライナ１０１の外側を覆う繊維強化複合材製の外殻１０２と、を含み、胴部１１の両端にドーム部１２を有する形状に形成された圧力容器１０の保護構造であって、圧力容器のドーム部１２及び胴部の端縁領域１１ａに設けられる衝撃吸収部２１，２２と、衝撃吸収部２１，２２に支持され、圧力容器１０に対して所定の間隙を有し、ドーム部１２から胴部の端縁領域１１ａにかけて設けられる保護カバー３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車などに搭載される圧力容器の保護構造に関する。

圧力容器は、ライナの外側を外殻が覆う構成である。外殻は、繊維強化複合材製、たとえば炭素繊維強化プラスチック(carbon fiber reinforced plastic;CFRP)製である。圧力容器は、胴部の両端にドーム部を有する形状である。胴部にはＣＦＲＰがフープ巻きされ、ドーム部にはＣＦＲＰがヘリカル巻きされる。このような構成では、ＣＦＲＰはすべて圧力容器のドーム部に設けられた口金に接して折り返し、口金近傍のＣＦＲＰ層が厚く、肩部(ドーム部の胴部との境界付近の湾曲部)のＣＦＲＰ層が薄くなる。この傾向は胴部径と口金径との比が大きくなるほど顕著になる。自動車に搭載される圧力容器に対しては、種々の性能試験があり、そのうちのひとつに落下後の耐久試験がある。上述の構造では、落下時の衝撃が薄層部分に集中しやすく耐久強度が低下する可能性がある。

そこで従来は、たとえば、外殻の肩部と胴部の一部とに跨って衝撃緩衝層を設ける構造が提案されている(特許文献１参照)。
特開２００１−２１０９９号公報

しかしながら上述した従来の構造では、衝撃緩衝層から落下すれば効果が得られるものの、衝撃緩衝層が設けられていないドーム部から落下した場合には、所望の効果が得られない。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、落下姿勢にかかわらず、圧力容器を確実に保護可能な構造を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、ガスバリア性のあるライナ(１０１)と、そのライナ(１０１)の外側を覆う繊維強化複合材製の外殻(１０２)と、を含み、胴部(１１)の両端にドーム部(１２)を有する形状に形成された圧力容器(１０)の保護構造であって、前記圧力容器のドーム部(１２)及び胴部の端縁領域(１１ａ)に設けられる衝撃吸収部(２１，２２)と、前記衝撃吸収部(２１，２２)に支持され、前記圧力容器(１０)に対して所定の間隙を有し、前記ドーム部(１２)から前記胴部の端縁領域(１１ａ)にかけて設けられる保護カバー(３０)と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、圧力容器のドーム部及び胴部の端縁領域に設けられる衝撃吸収部に支持され、圧力容器に対して所定の間隙を有し、ドーム部から胴部の端縁領域にかけて設けられる保護カバーを備えるので、落下姿勢にかかわらず、保護カバーに加わる落下衝撃を圧力容器のドーム部及び胴部の端縁領域で受けることができる。このため圧力容器の変形等を確実に防止でき圧力容器を保護できる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による圧力容器の保護構造の第１実施形態を示す図であり、図１(Ａ)は平面図、図１(Ｂ)は正面図である。なお発明の理解を容易にするために保護カバーについては断面図とした。

圧力容器の保護構造１は、圧力容器１０と、衝撃吸収部２０と、保護カバー３０と、を含む。

圧力容器１０は、ライナ１０１と、外殻１０２と、を含む(図２参照)。ライナ１０１は、ガスバリア性があり、たとえばアルミニウム製である。外殻１０２は、ライナ１０１の外側を覆う。外殻１０２は、繊維強化複合材製、たとえば炭素繊維強化プラスチック(carbon fiber reinforced plastic;CFRP)製である。

圧力容器１０は、胴部１１の両端にドーム部１２を有する形状である。胴部１１には、ＣＦＲＰがフープ巻きされる。ドーム部１２には、ＣＦＲＰがヘリカル巻きされる。

衝撃吸収部２０は、第１衝撃吸収材２１と、第２衝撃吸収材２２と、を含む。第１衝撃吸収材２１及び第２衝撃吸収材２２は、たとえばゴム製である。

第１衝撃吸収材２１は、圧力容器１０の胴部１１の端縁領域１１ａに設けられる。上述のように、胴部１１にはＣＦＲＰがフープ巻きされ、ドーム部１２にはＣＦＲＰがヘリカル巻きされている。このため胴部１１の端縁領域１１ａは、胴部１１に巻装されるフープ層の末端領域になる。

第２衝撃吸収材２２は、ドーム部１２に設けられた口金１２ａの近傍領域１２ｂに設けられる。第２衝撃吸収材２２は、リング状である。第２衝撃吸収材２２は、第１衝撃吸収材２１よりも弾性率が低く変形しやすい。

保護カバー３０は、衝撃吸収部(第１衝撃吸収材２１及び第２衝撃吸収材２２)に支持される。保護カバー３０は、圧力容器１０に対して所定の間隙を有し、圧力容器１０のドーム部１２から胴部１１の端縁領域１１ａの周りに形成されるドーム形である。保護カバー３０は、たとえば金属製である。

図２は圧力容器の断面図であり、特に口金近傍を示す。

圧力容器１０のドーム部１２に設けられた口金１２ａには、バルブ７０が取り付けられる。このときの強度を十分なものにするために、口金１２ａの近傍ではライナ１０１が肉厚である。また上述のように、ドーム部１２にはＣＦＲＰがヘリカル巻きされている。このような構造では、ＣＦＲＰはすべて圧力容器１０のドーム部１２に設けられた口金１２ａに接して折り返す。そのため、口金１２ａの近傍のＣＦＲＰ層が厚く、肩部(ドーム部１２の胴部１１との境界付近の湾曲部)のＣＦＲＰ層が薄い構造となる。この傾向は胴部径と口金径との比が大きくなるほど顕著になる。このように口金１２ａの近傍ではライナ１０１が肉厚であり、さらにＣＦＲＰ層も厚いことから、口金１２ａの近傍の強度が非常に高くなっている。

続いて本実施形態の効果について説明する。

第２衝撃吸収材２２は、第１衝撃吸収材２１よりも弾性率が低く変形しやすいので、圧力容器１０が落下して衝撃力が保護カバー３０から入ると、第２衝撃吸収材２２が大きく変形し、大きな衝撃力が口金１２ａの近傍に入る。上述のように口金１２ａの近傍は、強度が非常に高くなっているので、落下衝撃が加わっても変形などが生じない。

また胴部１１にはＣＦＲＰがフープ巻きされており、ＣＦＲＰ層は略一様の厚さである。このＣＦＰＲ層は略一様の強度でありドーム部１２の肩部(ＣＦＲＰ層が薄層の部分)よりも強度が高い。特に胴部１１に巻装されるフープ層の末端領域１１ａは強度が高い。また胴部１１は、ドーム部１２のどの部分よりも径が大きいので、第１衝撃吸収材２１の胴部１１に対する接触面積が大きい。落下衝撃が保護カバー３０から第１衝撃吸収材２１を介して胴部１１に加わっても、接触面積が大きいので面圧が小さく、胴部１１に作用する衝撃が小さい。したがって圧力容器１０が落下して衝撃力が加わっても胴部１１が変形することがない。

このように本実施形態では、保護カバー３０に加わる落下衝撃を、特に強度の高いドーム部１２の口金１２ａの近傍、及び胴部１１のフープ層の末端領域１１ａで受けるようにした。したがって圧力容器１０の変形等を防止でき圧力容器１０を保護できるのである。またこのように圧力容器１０を保護できるので、従来、落下時の衝撃からＣＦＲＰの薄層部分を保護するために、できるだけＣＦＲＰ層を厚く形成していたが、このような過剰なＣＦＲＰを低減できる。

（第２実施形態）
図３は、本発明による圧力容器の保護構造の第２実施形態を示す図であり、図２(Ａ)は平面図、図２(Ｂ)は正面図である。

なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

上記第１実施形態の第２衝撃吸収材２２は、リング状であった。本実施形態の第２衝撃吸収材２２は、略矩形であり、口金１２ａの周囲に等間隔で４つ配置されている。

このようにしても上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図４は、本発明による圧力容器の保護構造の第３実施形態を示す図である。

上記第１実施形態の第２衝撃吸収材２２は、ドーム部１２に設けられた口金１２ａの近傍領域１２ｂに設けられていた。本実施形態の第２衝撃吸収材２２は、ドーム部１２の周りに設けられ、そのドーム部１２及び保護カバー３０の両方に接着されている。第２衝撃吸収材２２は、第１衝撃吸収材２１よりも弾性率が低く変形しやすい。

本実施形態のように構成すれば、圧力容器１０が落下して衝撃力が保護カバー３０から入ると、その衝撃力が第２衝撃吸収材２２で分散され、ドーム部１２へは伝わりにくい。特に第２衝撃吸収材２２は、ドーム部１２及び保護カバー３０の両方に接着されているので、衝撃力によって第２衝撃吸収材２２が縮むとともに、反対側の第２衝撃吸収材２２は伸び、両方で衝撃時のエネルギーが吸収される。したがって、圧力容器１０が落下して衝撃力が加わっても圧力容器１０の変形等を防止でき圧力容器１０を保護できるのである。

（第４実施形態）
図５は、本発明による圧力容器の保護構造の第４実施形態を示す図である。

上記第３実施形態の第２衝撃吸収材２２は、ドーム部１２の周りに設けられ、そのドーム部１２及び保護カバー３０の両方に接着されていた。本実施形態ではさらにドーム部１２の口金近傍に第３衝撃吸収材２３を設けた。この第３衝撃吸収材２３は、第１実施形態の第２衝撃吸収材２２と同様である。すなわち本実施形態は、第１実施形態と第３実施形態との組み合わせに相当する。

そして、第３衝撃吸収材２３は、第１衝撃吸収材２１よりも弾性率が低く変形しやすくし、第２衝撃吸収材２２は、第３衝撃吸収材２３よりもさらに弾性率が低く変形しやすくした。

このようにすることで、落下衝撃が保護カバー３０から入ると、その衝撃力によって第３衝撃吸収材２３が大きく変形して衝撃力が吸収されるとともに、衝撃力が第２衝撃吸収材２２で分散される。そのため衝撃力はドーム部１２へほとんど伝わらず、衝撃力が加わっても圧力容器１０の変形等を防止でき圧力容器１０を保護できるのである。

（第５実施形態）
図６は、本発明による圧力容器の保護構造の第５実施形態を示す図であり、図６(Ａ)は平面図、図６(Ｂ)は正面図である。

上記第３実施形態の第２衝撃吸収材２２は軟弱ゴムなどであったが、本実施形態の第２衝撃吸収材２２は流体(気体又は液体)を封入するバッグである。このバッグ２２にはノズル２２ａが設けられる。このノズル２２ａには流体の圧力が所定圧を超えたときに開口するバルブ２２ｂが設けられる。

このように構成しても、落下衝撃が保護カバー３０から入っても、圧力容器１０の変形等を防止でき圧力容器１０を保護できる。バルブ２２ｂの作用によって、流体封入バッグの内圧が一定以上になると、ノズル２２ａから流体が噴出することで、衝撃力が低減される。さらに、流体封入バッグ２２の内部から流体が抜けきり、保護カバー３０がさらに移動しても、第１衝撃吸収材２１及び第３衝撃吸収材２３が潰れて、衝撃力が低減される。

なお封入流体が空気であり、封入圧力が大気圧であるときは、バルブ２２ｂを設けなくても同様の効果を得ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、第３実施形態においては、第２衝撃吸収材２２を、第１衝撃吸収材２１とは別の部材で構成したが、第２衝撃吸収材２２を第１衝撃吸収材２１と同材料で一体形成してもよい。このようにすれば部品数が少なく製造工数を低減可能である。

本発明による圧力容器の保護構造の第１実施形態を示す図である。圧力容器の断面図である。本発明による圧力容器の保護構造の第２実施形態を示す図である。本発明による圧力容器の保護構造の第３実施形態を示す図である。本発明による圧力容器の保護構造の第４実施形態を示す図である。本発明による圧力容器の保護構造の第５実施形態を示す図である。

符号の説明

１０圧力容器
１０１ライナ
１０２外殻
１１胴部
１１ａ端縁領域
１２ドーム部
１２ａ口金
１２ｂ近傍領域
２０衝撃吸収部
２１第１衝撃吸収材
２２第２衝撃吸収材
２３第３衝撃吸収材
３０保護カバー

Claims

ガスバリア性のあるライナと、そのライナの外側を覆う繊維強化複合材製の外殻と、を含み、胴部の両端にドーム部を有する形状に形成された圧力容器の保護構造であって、
前記圧力容器のドーム部及び胴部の端縁領域に設けられる衝撃吸収部と、
前記衝撃吸収部に支持され、前記圧力容器に対して所定の間隙を有し、前記ドーム部から前記胴部の端縁領域にかけて設けられる保護カバーと、
を備えることを特徴とする圧力容器の保護構造。
前記衝撃吸収部は、
前記胴部の端縁領域に設けられる第１衝撃吸収材と、
前記ドーム部に設けられる第２衝撃吸収材と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力容器の保護構造。
前記胴部の端縁領域は、胴部に巻装されるフープ層の末端領域であり、
前記第１衝撃吸収材は、前記胴部のフープ層末端に設けられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の圧力容器の保護構造。
前記第２衝撃吸収材は、前記ドーム部の口金近傍に設けられる、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧力容器の保護構造。
前記第２衝撃吸収材は、前記ドーム部の周りに設けられ、そのドーム部及び保護カバーの両方に接着される、
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧力容器の保護構造。
前記第２衝撃吸収材は、前記第１衝撃吸収材よりも弾性率が低く変形しやすい、
ことを特徴とする請求項２から請求項５までのいずれか１項に記載の圧力容器の保護構造。
前記衝撃吸収部は、前記ドーム部の口金近傍に設けられる第３衝撃吸収材をさらに含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力容器の保護構造。
前記第３衝撃吸収材は、前記第１衝撃吸収材よりも弾性率が低く変形しやすく、
前記第２衝撃吸収材は、前記第３衝撃吸収材よりもさらに弾性率が低く変形しやすい、
ことを特徴とする請求項７に記載の圧力容器の保護構造。
前記第２衝撃吸収材は、流体を封入するバッグである、
ことを特徴とする請求項２から請求項８までのいずれか１項に記載の圧力容器の保護構造。
前記バッグは、前記流体の圧力が所定圧を超えたときに開口するバルブを備える、
ことを特徴とする請求項９に記載の圧力容器の保護構造。