JP2012246962A - 圧力容器 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力容器のさらなる耐圧性能の向上を目的とする。
【解決手段】筒状の胴部3と胴部3の両端に形成されるドーム部4とを有するライナ2の表面にフィラメントワインディングによる補強層11が形成された圧力容器1において、補強層11は、圧力容器1の軸心Oに対し65°〜75°の範囲の配向角度θ1で少なくとも胴部3に形成される高角ヘリカル巻き層12と、軸心Oに対し各ドーム部4の頂上の口金座5、支持部6間に掛け回し可能な最小角度以上で15°以下の範囲の配向角度θ2で両端のドーム部4間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層13と、胴部3に形成されるフープ巻き層14と、を有して構成される。
【選択図】図1
【解決手段】筒状の胴部3と胴部3の両端に形成されるドーム部4とを有するライナ2の表面にフィラメントワインディングによる補強層11が形成された圧力容器1において、補強層11は、圧力容器1の軸心Oに対し65°〜75°の範囲の配向角度θ1で少なくとも胴部3に形成される高角ヘリカル巻き層12と、軸心Oに対し各ドーム部4の頂上の口金座5、支持部6間に掛け回し可能な最小角度以上で15°以下の範囲の配向角度θ2で両端のドーム部4間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層13と、胴部3に形成されるフープ巻き層14と、を有して構成される。
【選択図】図1
Description
本発明は、ライナの表面にフィラメントワインディングによる補強層が形成された圧力容器に関する。
前記圧力容器の従来例として特許文献1に記載のものが挙げられる。同文献には、ライナのドーム部の形状を等張力曲面としたうえで、胴部においては55°の配向角度で、ドーム部においては所定の関係式で得られる配向角度で1本の繊維によるヘリカル巻きを施し、さらに、胴部とドーム部との角度変更域に円周巻き(フープ巻き)を施して補強層を形成する技術が記載されている。
しかしながら、胴部とドーム部とをそのまま1本の繊維で一続きにヘリカル巻きとする特許文献1の技術では、ドーム部において繊維を口金周りの一部に沿って周回させて折り返す構造となることから、口金周りの補強層の厚みが厚くなりやすい。
また、特許文献2には、厚みの薄くなりやすいドーム部の胴部寄りの領域の補強層の表面に高角のヘリカル巻きからなる保護層を形成して圧力容器の耐衝撃性を高める技術が記載されている。
本発明は、圧力容器のさらなる耐圧性能の向上を目的とする。
本発明は、筒状の胴部と当該胴部の両端に形成されるドーム部とを有するライナの表面にフィラメントワインディングによる補強層が形成された圧力容器において、前記補強層は、圧力容器の軸心に対し65°〜75°の範囲の配向角度で少なくとも前記胴部に形成される高角ヘリカル巻き層と、圧力容器の軸心に対し各ドーム部の頂上の突起体に掛け回し可能な最小角度以上で15°以下の範囲の配向角度で前記両端のドーム部間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層と、前記胴部に形成されるフープ巻き層と、を有して構成されることを特徴とする。
本発明によれば、高角ヘリカル巻きの配向角度を65°〜75°の範囲とし、低角ヘリカル巻きの配向角度を、圧力容器の軸心に対し各ドーム部の頂上の突起体に掛け回し可能な最小角度以上で15°以下の範囲としたことにより、圧力容器の耐圧性能の向上を図ることができる。
また、本発明は、前記高角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が70°以下であり、前記低角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が11°以下であることを特徴とする。
本発明によれば、高角ヘリカル巻きの配向角度の範囲を70°以下、低角ヘリカル巻きの配向角度の範囲を11°以下にさらに限定したことにより、圧力容器の耐圧性能をより向上させることができる。
また、本発明は、前記高角ヘリカル巻き層が前記ドーム部の肩部にも形成されることを特徴とする。
圧力容器の破壊はドーム部の肩部で起きやすいところ、ドーム部の肩部にも高角ヘリカル巻き層を形成することにより、圧力容器の耐圧性能を向上させることができる。
また、本発明は、前記補強層は、前記ライナの表面側から前記高角ヘリカル巻き層、前記低角ヘリカル巻き層、前記フープ巻き層の順で形成されることを特徴とする。
本発明によれば、圧力容器の耐圧性能をより一層向上させることができる。
本発明によれば、圧力容器の耐圧性能の向上を図ることができる。
本発明の圧力容器はLPG等の低圧ガスを貯留する容器として好適であるが、水素ガス等の高圧ガスを貯留する容器としても適用できる。図2に示すように、本発明の圧力容器1は、ライナ2と、ライナ2の表面にフィラメントワインディングにより形成される補強層11とを有する。
ライナ2は、略定断面の円筒状の胴部3と、胴部3の両端に形成されるドーム部4とを有する。各ドーム部4の頂上にはそれぞれ突起体が形成されている。すなわち、圧力容器1の軸心Oと同軸となるように、一方のドーム部4には前記突起体としての口金座5が突設され、他方のドーム部4には前記突起体としての支持部6が突設されている。口金座5の内周には金属製の口金7が一体成形される。ライナ2は例えばポリエチレン等の合成樹脂材から構成され、ブロー成形等により形成される。
本実施形態のドーム部4は、胴部3の端部から曲面状に縮径する肩部4Aと、肩部4Aの先端側に形成され軸心Oとの略直交面をなす平面部4Bとを有した形状からなる。場合により、平面部4Bを形成することなく、胴部3の端部から口金座5または支持部6にかけて全て曲面状に縮径形成してもよい。
補強層11は、図示しない回転装置にライナ2の口金座5および支持部6を支持させ、ライナ2を軸心O回りに回転させてストランドの束からなるロービングをライナ2の表面に巻き付けるフィラメントワインディング法により形成される。ロービングは例えばガラスロービングである。
補強層11は、図1(a)に示すように、軸心Oに対し65°〜75°の範囲の配向角度θ1で少なくとも胴部3に形成される高角ヘリカル巻き層12と、図1(b)に示すように、軸心Oに対し各ドーム部4の頂上の突起体(口金座5、支持部6)に掛け回し可能な最小角度以上で15°以下の範囲の配向角度θ2で両端のドーム部4間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層13と、図1(c)に示すように、胴部3に形成されるフープ巻き層14とを有して構成される。
高角ヘリカル巻き層12の形成範囲としては、図1(a)に示すように両側の肩部4Aまで含む範囲とすることが好ましい。
低角ヘリカル巻き層13の配向角度θ2における「各ドーム部4の頂上の突起体(口金座5、支持部6)に掛け回し可能な最小角度」とは、ロービングが軸心Oと交差するように口金座5と支持部6とに掛け回し可能となる最小角度であり、図1(b)は配向角度θ2がこの最小角度に設定された場合を示している。
フープ巻き層14は、ロービングが軸心Oと略直交する方向に巻き付けられることにより形成される層であり、胴部3の略全長にわたり形成されている。
低角ヘリカル巻き層13の配向角度θ2における「各ドーム部4の頂上の突起体(口金座5、支持部6)に掛け回し可能な最小角度」とは、ロービングが軸心Oと交差するように口金座5と支持部6とに掛け回し可能となる最小角度であり、図1(b)は配向角度θ2がこの最小角度に設定された場合を示している。
フープ巻き層14は、ロービングが軸心Oと略直交する方向に巻き付けられることにより形成される層であり、胴部3の略全長にわたり形成されている。
補強層11は、例えばライナ2の表面側から高角ヘリカル巻き層12、低角ヘリカル巻き層13、フープ巻き層14の順で形成されるものであり、このように形成された補強層11の断面構成は概ね図2のとおりとなる。
「実施例」
本発明者は、LPG用容器として圧力容器1を以下の通り作製して破壊試験を行った。図3は、高角ヘリカル巻き層12に関しては配向角度θ1と肩部4Aの巻き付けの有無、低角ヘリカル巻き層13に関しては配向角度θ2と層数、フープ巻き層14に関しては層数の条件を変えて作製した計13個(No1〜13にて示す)の圧力容器1の各質量および破壊圧力の試験結果を示す表である。軸心Oに対するフープ巻きの配向角度は全て88°としている。
本発明者は、LPG用容器として圧力容器1を以下の通り作製して破壊試験を行った。図3は、高角ヘリカル巻き層12に関しては配向角度θ1と肩部4Aの巻き付けの有無、低角ヘリカル巻き層13に関しては配向角度θ2と層数、フープ巻き層14に関しては層数の条件を変えて作製した計13個(No1〜13にて示す)の圧力容器1の各質量および破壊圧力の試験結果を示す表である。軸心Oに対するフープ巻きの配向角度は全て88°としている。
破壊試験は、LPG圧力容器を対象とする欧州の「EN14427規格 No.5」に準拠して行った。圧力容器1の容積は27リットルとしている。EN14427規格では容器の合格判定基準として破壊圧力が6.75MPa以上であることと規定されている。図3から判るように、試験したNo1〜13の圧力容器1の破壊圧力は全てこの6.75MPaを上回る結果となった。また、No1〜13の圧力容器1の破壊箇所はいずれも肩部4Aであった。
図4は、各圧力容器1の破壊圧力をグラフ化したものであり、図3で示した圧力容器番号(No1〜13)を横軸、破壊圧力を縦軸としている。先ず、フープ巻き層14の層数に着目すると、2層巻きであるNo1〜3群と2.5層巻きであるNo4〜6群と3層巻きであるNo7〜9群とは、いずれも破壊圧力が概ね11〜14MPaの範囲にあり、層数と破壊圧力の相関関係はさほど無いことが判った。これは、前記したように圧力容器1の破壊箇所が肩部4Aであることから、胴部3に形成されるフープ巻き層14の層数を増やしたとしても肩部4Aの補強機能としてはさほど作用しないためと考えられる。したがって、圧力容器1の破壊が肩部4Aで起こる限り、圧力容器1の質量が低減される分、フープ巻き層14の層数は少ない方が良い。
次に、肩部4Aの巻き付けの有無に着目して、他の因子は全て同じであるNo5とNo10とを比較すると、肩部4Aの巻き付け有りのNo5の破壊圧力が12.0MPaであるのに対し、肩部4Aの巻き付け無しのNo10の破壊圧力は8.8MPaであった。これにより、圧力容器1の破壊圧力を向上させる手段として、胴部3に加えて肩部4Aにも高角ヘリカル巻きを施すことが有効であることが判った。
なお、高角ヘリカル巻きの有無に着目して、No2、5、8とNo11〜13群とを比較すると、高角ヘリカル巻き有りのNo2、5、8の破壊圧力よりも高角ヘリカル巻き無しのNo11〜13群の破壊圧力が低下する傾向が見られた。これも、胴部3における高角ヘリカル巻き無しの影響というよりも肩部4Aにおける高角ヘリカル巻き無しの影響の方が大きいことによると考えられる。
図5は、No1〜9の各圧力容器1の低角ヘリカル巻きの配向角度θ2と破壊圧力との関係をグラフ化したものであり、配向角度θ2を横軸、破壊圧力を縦軸としている。このグラフから、高角ヘリカル巻きの配向角度θ1が65°または70°である場合には、低角ヘリカル巻きの配向角度θ2が鋭角に設定されるほど圧力容器1の破壊圧力が上がる傾向となることが判った。ただし、高角ヘリカル巻きの配向角度θ1が75°である場合には、この傾向は確認できなかった。
以上の試験結果から判るように、補強層11として、軸心Oに対し65°〜75°の範囲の配向角度θ1で少なくとも胴部3に形成される高角ヘリカル巻き層12と、軸心Oに対し各ドーム部4の頂上の突起体(口金座5、支持部6)に掛け回し可能な最小角度以上で15°以下の範囲の配向角度θ2で両端のドーム部4間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層13と、胴部3に形成されるフープ巻き層14とを有する構成にすれば、圧力容器1の耐圧性能が向上することになり、EN14427規格に規定された合格基準値(6.75MP)aを充分に上回る破壊圧力が得られる。
さらに、配向角度θ1の範囲を70°以下とし、配向角度θ2の範囲を11°以下とすれば、すなわち、配向角度θ1の範囲を65°〜70°とし、配向角度θ2の範囲を、軸心Oに対し各ドーム部4の頂上の突起体(口金座5、支持部6)に掛け回し可能な最小角度以上で11°以下とすれば、圧力容器1の耐圧性能がより向上する。
また、圧力容器1の破壊はドーム部4の肩部4Aで起きやすいところ、この肩部4Aにも高角ヘリカル巻き層12を形成することにより、圧力容器1の耐圧性能を向上させることができる。
また、補強層11として、ライナ2の表面側から高角ヘリカル巻き層12、低角ヘリカル巻き層13、フープ巻き層14の順で形成すれば、圧力容器1の耐圧性能がより一層向上する。
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。本発明は図面に記載したものに限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。
1 圧力容器
2 ライナ
3 胴部
4 ドーム部
4A 肩部
4B 平面部
5 口金座
6 支持部
7 口金
11 補強層
12 高角ヘリカル巻き層
13 低角ヘリカル巻き層
14 フープ巻き層
O 軸心
θ1 (高角ヘリカル巻きの)配向角度
θ2 (低角ヘリカル巻きの)配向角度
2 ライナ
3 胴部
4 ドーム部
4A 肩部
4B 平面部
5 口金座
6 支持部
7 口金
11 補強層
12 高角ヘリカル巻き層
13 低角ヘリカル巻き層
14 フープ巻き層
O 軸心
θ1 (高角ヘリカル巻きの)配向角度
θ2 (低角ヘリカル巻きの)配向角度
Claims (4)
- 筒状の胴部と当該胴部の両端に形成されるドーム部とを有するライナの表面にフィラメントワインディングによる補強層が形成された圧力容器において、
前記補強層は、
圧力容器の軸心に対し65°〜75°の範囲の配向角度で少なくとも前記胴部に形成される高角ヘリカル巻き層と、
圧力容器の軸心に対し各ドーム部の頂上の突起体に掛け回し可能な最小角度以上で15°以下の範囲の配向角度で前記両端のドーム部間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層と、
前記胴部に形成されるフープ巻き層と、
を有して構成されることを特徴とする圧力容器。 - 前記高角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が70°以下であり、
前記低角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が11°以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧力容器。 - 前記高角ヘリカル巻き層が前記ドーム部の肩部にも形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧力容器。
- 前記補強層は、前記ライナの表面側から前記高角ヘリカル巻き層、前記低角ヘリカル巻き層、前記フープ巻き層の順で形成されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の圧力容器。
Priority Applications (2)
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