JP2014228105A - 高圧ガス容器および高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】螺合部への異物侵入を防ぐとともに螺合部の過度な圧力上昇を防ぐことが可能な高圧ガス容器および高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法を提供する。【解決手段】螺合部Ｑを挟んで、容器本体１１の内部側に配置される第一シール部２１と、大気側に配置される第二シール部２２と、を備え、第二シール部２２は、互いに向き合う口金部１２Ａの端面１２ｅと栓体部１３Ａの端面１３ｅとに挟まれるＯリング２４と、端面１２ｅに形成されて内部側から大気側に向けて所定深さを有するシール溝１２ｃと、を備え、Ｏリング２４が螺合部Ｑからの圧力によって大気側に向けて弾性変形することで螺合部Ｑ内のガスを放出するように構成にした。【選択図】図２

Description

本発明は、高圧ガスを貯蔵可能な高圧ガス容器および高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法に関する。

高圧ガスを貯蔵可能な高圧ガス容器において、容器の口金部にバルブボディを螺合し、螺合部を挟んで容器の内側（高圧ガス側）と大気側にそれぞれシール部材を設けることが行われている。このようなシール部材は、螺合部に異物が侵入することを防ぐためのものであるが、容器内の高圧ガスがシール部材を透過して螺合部に入ってきた場合には、螺合部の圧力が上昇することがある。螺合部の圧力が上昇し過ぎると、シール部材の座面の浮きや螺合部のねじの緩みが発生するおそれがある。

そこで、螺合部の圧力上昇を防止するため、特許文献１では、容器の口金部に螺合されるバルブボディに、外部空間と連通するリーク通路を形成することによって、螺合部に入った高圧ガスをリークする技術が提案されている。

特開２００８−２６５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、リーク通路が外部空間に開放したままであるため、リーク通路から螺合部へ異物が侵入するおそれがある。

本発明の課題は、螺合部への異物侵入を防ぐとともに螺合部の過度な圧力上昇を防ぐことが可能な高圧ガス容器、および高圧ガス容器の第一シール部のガス漏れを判定する高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法である。

本発明の高圧ガス容器は、開口した口金部を有する容器本体と、前記口金部に螺合される栓体部と、前記口金部と前記栓体部とが螺合する螺合部を含んで前記容器本体の内部から大気に連通する通路をシールする２つのシール部材と、を備え、前記２つのシール部材は、前記螺合部を挟んで、前記容器本体の内部側に配置される第一シール部と、前記大気側に配置される第二シール部と、を備え、前記第二シール部は、互いに向き合う前記口金部の端面と前記栓体部の端面とに挟まれる環状のシール体と、いずれかの前記端面にて前記内部から前記大気側に向けて形成され、所定深さを有するシール溝と、を備え、前記シール体が前記螺合部の圧力によって弾性変形することで前記螺合部のガスを前記大気側に向けて放出するように構成したことを特徴とする。

これによれば、第一シール部をガスが透過して螺合部の圧力が上昇したときには、第二シール部のシール体が大気側に伸長して弾性変形するにより、シール体と端面との界面におけるシール効果が低下することで、螺合部内のガスが大気側に排出される。そして、螺合部のガスが排出され、螺合部の圧力が低下することで、シール体が弾性復帰し、シール体と端面との界面におけるシール効果が回復する。このようにして、螺合部の圧力が上昇した場合には、螺合部の圧力を大気側（外部）に開放できるので、シール体が当接する端面（座面）が浮いたり、また螺合部のねじの緩みを防止することができる。

また、前記シール体は、Ｏリングであって、前記所定深さは、前記Ｏリングの線径の二分の一以上であることを特徴とする。

これによれば、Ｏリングがシール溝から内部側に乗り上がるのを防止することができる。

また、前記シール溝に向き合う他方の前記端面の前記Ｏリングが接する面は、前記容器本体の内部から前記大気側に向けて前記シール溝から離れる方向にテーパ状に形成されていることを特徴とする。

これによれば、螺合部における圧力上昇時には、Ｏリングの弾性変形により大気側に変位することで、Ｏリングと端面とのシール効果が低下する。このとき、シール溝に対向する端面が大気側に向けてシール溝から離れる方向にテーパ状に形成されていることで、Ｏリングが変位する際にはＯリングと端面との摩擦抵抗が減少し、Ｏリングの変位が容易になり、シール体と端面との界面でのシール効果を低下させることが容易になる。

また、前記シール溝に向き合う他方の前記端面の前記Ｏリングが接する面は、前記Ｏリングに向けて凸状且つＲ状に形成されていることを特徴とする。

これによれば、螺合部における圧力上昇時には、Ｏリングの弾性変形による大気側への変位を容易にでき、シール体と端面との界面でのシール効果を低下させることが容易になる。

また、前記Ｏリングは、前記第二シール部に圧力検査用治具を挿入することで前記第二シール部のシール状態を一時的に解除可能となるように構成されていることを特徴とする。

ここで、第一シール部においてガス漏れが発生している場合には、第二シール部のシール効果により、螺合部の圧力がある程度以上にならないとガス漏れを確認できない。そこで、圧力検査用治具をシール体（Ｏリング）と端面との間から挿入して、第二シール部のシール状態を一時的に解除（キャンセル）することで、第一シール部の圧力検査を迅速に行うことが可能になる。

本発明の高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法は、容器本体の内部から大気に連通する通路の口金部と栓体部とが螺合する螺合部を挟んで、前記容器本体の内部側に第一シール部が配置され、大気側に環状のシール体が弾性変形することで前記螺合部内のガスを前記大気側に放出するように構成した第二シール部が配置された高圧ガス容器における前記第一シール部のガス漏れ判定方法であって、前記高圧ガス容器を圧力検査用収容器に収容した状態において、この圧力検査用収容器の外部から前記栓体部に設けられた圧力検査用ガス導入路を介して前記容器本体の内部に圧力検査用ガスを導入する工程と、前記圧力検査用ガスの導入から所定時間経過後の前記第二シール部から放出されるガス流量と、正常時におけるガス流量とを比較して前記第一シール部のガス漏れの有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。

これによれば、高圧ガス容器の第一シール部におけるガス漏れを容易かつ低コストで判定することができる。

また、前記圧力検査用ガス導入路から前記容器本体の内部に前記圧力検査用ガスを導入する前に、前記第二シール部に対し圧力検査用治具を挿入してシール状態を解除することを特徴とする。

これによれば、第二シール部のシール状態を一時的に解除（キャンセル）することで、第一シール部の圧力検査を迅速に行うことが可能になる。

本発明によれば、螺合部への異物侵入を防ぐとともに螺合部の過度な圧力上昇を防ぐことが可能な高圧ガス容器および高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法を提供できる。

本実施形態に係る高圧ガス容器が適用される燃料電池車を模式的に示す側面図である。 第１実施形態に係る高圧ガス容器の一部を模式的に示す断面図である。 図２の要部拡大図を示し、（ａ）はＯリング変位前の状態、（ｂ）はＯリング変位後の状態である。 第２実施形態に係る高圧ガス容器の要部を模式的に示す断面図であり、（ａ）Ｏリング変位前の状態、（ｂ）はＯリング変位後の状態である。 第３実施形態に係る高圧ガス容器の要部を模式的に示す断面図であり、（ａ）Ｏリング変位前の状態、（ｂ）はＯリング変位後の状態である。 本実施形態に係る高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法が適用される装置を模式的に示す断面図である。 ガス漏れ判定方法を示すフローチャートである。 正常時およびガス漏れ時における時間と検知量との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法が適用される別の装置を模式的に示す断面図である。 正常時およびガス漏れ時における時間と検知量との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について、高圧ガス容器を燃料電池車において水素ガスを貯蔵する燃料タンクに適用した自動車用高圧ガス供給システムの場合を例に挙げて説明する。なお、高圧ガス容器は、燃料電池車１００だけでなく、船舶、航空機等の移動体の他、さらには定置式の設備にも適用可能である。

図１は、本実施形態に係る高圧ガス容器が適用される燃料電池車を模式的に示す側面図である。
図１に示すように、本発明の高圧ガス容器１０が適用される燃料電池車１００（車両、移動体）は、例えば、燃料電池スタック１１０（燃料電池）と、高圧ガス容器１０（水素タンク）と、減圧弁１２１と、コンプレッサ１３１と、希釈器１３２と、を備えている。なお、燃料電池車１００の具体的種類には、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車等がある。

燃料電池スタック１１０は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）であり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）をセパレータ（図示しない）で挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。ＭＥＡは、電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟持するカソード及びアノードとを備えている。各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路１１１（燃料ガス流路）及びカソード流路１１２（酸化剤ガス流路）が形成されている。

高圧ガス容器１０は、アノード流路１１１に供給される水素（燃料ガス、流体）が非常に高い圧力（例えば、７０ＭＰａ）で充填されるタンクである。そして、高圧ガス容器１０は、配管１２１ａ、減圧弁１２１（レギュレータ）、配管１２１ｂを介して、アノード流路１１１の入口に接続されており、高圧ガス容器１０の水素が、配管１２１ａ等を通って、アノード流路１１１に供給されるようになっている。

すなわち、配管１２１ａと配管１２１ｂとで水素供給流路（燃料ガス供給流路）が構成されており、この水素供給流路に減圧弁１２１が設けられている。また、水素供給流路には、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）によって開閉制御される常閉型の遮断弁も設けられている。なお、減圧弁１２１及び遮断弁は、例えば、下流に向かって、一次遮断弁、一次減圧弁、二次遮断弁、二次減圧弁のように複数で設けられる。

減圧弁１２１は、例えば、本願出願人による特開２００４−１８５８３１号公報に記載されるように、配管１２１ｃから入力されるパイロット圧に基づいて、アノード流路１１１における水素の圧力と、カソード流路１１２における空気の圧力とがバランスするように、水素の圧力を下げる一次減圧弁である。なお、配管１２１ｃの上流端は、カソード流路１１２に向かう空気が通流する配管１３１ａに接続されている。

アノード流路１１１の出口は、配管１２１ｄを介して、希釈器１３２に接続されている。そして、アノード流路１１１から排出されたアノードオフガスは、配管１２１ｄを通って、希釈器１３２に排出されるようになっている。

コンプレッサ１３１は、配管１３１ａを介して、カソード流路１１２の入口に接続されており、ＥＣＵからの指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込んで圧縮し、これをカソード流路１１２に圧送するようになっている。なお、コンプレッサ１３１は、燃料電池スタック１１０や高圧バッテリ（図示しない）を電源としている。

カソード流路１１２の出口は、配管１３２ａを介して、希釈器１３２に接続されている。そして、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガスは、配管１３２ａを通って希釈器１３２に排出されるようになっている。なお、配管１３２ａには、ＥＣＵによって開度が制御される常開型の背圧弁（図示しない）が設けられている。すなわち、ＥＣＵは、アクセル開度に基づいて、発電要求量、目標空気圧力、目標水素圧力を算出し、目標空気圧力となるように、背圧弁の開度及びコンプレッサ１３１の回転速度を制御するようになっている。

希釈器１３２は、配管１２１ｄからのアノードオフガス中の水素を、配管１３２ａからのカソードオフガスで希釈し、水素濃度を低減させるものであり、その内部に希釈空間を有している。そして、希釈後のガスは、配管１３２ｂを通って車外に排出されるようになっている。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係る高圧ガス容器の一部を模式的に示す断面図である。
図２に示すように、高圧ガス容器１０Ａは、前記した水素タンクの一例であって、容器本体１１と、口金部１２Ａと、栓体部１３Ａと、第一シール部２１と、第二シール部２２と、を含んで構成されている。なお、図２では、高圧ガス容器１０Ａにおける水素ガスの充填口及び放出口の図示、容器本体１１の全体の図示を省略している。これは第２実施形態以降の高圧ガス容器１０Ｂ，１０Ｃにおいても同様である。

容器本体１１は、高圧ガス（例えば、水素ガス）を貯蔵可能な略筒状の中空容器であり、軸方向の一端に開口部１１ａを備えている。この開口部１１ａには、その接合箇所が気密となるようにして口金部１２Ａが設けられている。例えば、容器本体１１は、アルミニウム合金製のライナと、このライナの外表面に設けられてライナを補強するＣＦＲＰ層（Carbon Fiber Reinforced Plastic層、炭素繊維強化プラスチック層）と、を備え、ライナの内部が、高圧ガスが充填されるタンク室となっている。

口金部１２Ａは、開口部１１ａに取り付けられる略筒状部材であり、内周面に雌ネジ部１２ａが形成されている。

栓体部１３Ａは、口金部１２Ａに螺合される栓部材であり、口金部１２Ａ内に収容される軸部１３ａを有している。軸部１３ａは、その外周面に形成されて雌ネジ部１２ａに螺合される雄ネジ部１３ｂと、軸部１３ａの先端側に設けられて口金部１２Ａから露出する頭部１３ｃと、を備えている。

口金部１２Ａに栓体部１３Ａが螺合することにより、容器本体１１の内部空間と外部空間（大気）とが連通する通路Ｒが形成される。この通路Ｒは、雌ネジ部１２ａと雄ネジ部１３ｂとで構成される螺合部Ｑと、螺合部Ｑを挟んで内部空間側（高圧ガス側）において対向する口金部１２Ａの内周面１２ｄと栓体部１３Ａの外周面１３ｄとで構成される環状路と、螺合部Ｑを挟んで外部空間側（大気側）において対向する口金部１２Ａ側の端面１２ｅと栓体部１３Ａ側の端面１３ｅとで構成される環状路とで構成されている。

第一シール部２１は、容器本体１１の内部空間側（高圧ガス側）に設けられ、内周面１２ｄに形成される環状溝部１２ｂと、環状溝部１２ｂに配置される弾性変形可能なＯリング２３とで構成されている。Ｏリング２３は、高圧ガス側すなわち螺合部Ｑよりも容器本体１１の内部空間側において、口金部１２Ａの内周面１２ｄと栓体部１３Ａの外周面１３ｄとの間をシールし、容器本体１１内の水素ガスが螺合部Ｑに入ることを防いでいる。

第二シール部２２は、第一シール部２１のある容器本体１１の内部空間から螺合部Ｑを挟んだ外部空間側（大気側）に設けられ、端面１２ｅに形成される環状のシール溝１２ｃと、このシール溝１２ｃに配置される弾性変形可能なＯリング２４（シール体）とで構成されている。

シール溝１２ｃは、このシール溝１２ｃよりも大気側に、Ｏリング２４が移動可能（変位可能）となるように、Ｏリング２４の線径（太さ）よりも広く形成されている。なお、Ｏリング２４が移動可能な空間であれば、図２に示すように、シール溝１２ｃが開口Ｍまで切り欠かれた形状である必要はなく、断面視凹形状のシール溝１２ｃであってもよい。

Ｏリング２４は、ゴムなどの弾性変形可能な材料で形成され、大気側すなわち螺合部Ｑよりも外部空間側において、口金部１２Ａの端面１２ｅと栓体部１３Ａの端面１３ｅとの間をシールし、大気中の異物（例えば、水分等の腐食性物質）が螺合部Ｑに入ることを防いでいる。

また、Ｏリング２４は、第一シール部２１を透過する透過ガスによって螺合部Ｑの圧力が上昇したときに、透過ガスの圧力によって、Ｏリング２４が径方向外側に伸長し、弾性変形することで、第二シール部２２のシール効果を低下できる弾性材料によって構成されている。なお、透過ガスとは、Ｏリング２４の材料の透過係数などに依存するものであり、Ｏリング２４の内部を透過するガスを意味している。つまり、第一シール部２１の正常時には、透過ガスのみによって、螺合部Ｑの圧力が上昇することになる。

また、図２に示すように、高圧ガス容器１０Ａでは、口金部１２Ａに形成されたシール溝１２ｃの最内径をφＡとし、Ｏリング２４の内径をφＢ（不図示）としたときに、φＢ＜φＡとなるように設定されている。このように設定されることにより、その弾性力を用いてＯリング２４を口金部１２Ａに装着維持し易くしている。

図３は、図２の要部拡大図を示し、（ａ）はＯリング変位前の状態、（ｂ）はＯリング変位後の状態である。なお、図３（ｂ）では、説明を分かり易くするため、Ｏリング２４の弾性変形の状態を誇張して図示している（図４（ｂ）、図５（ｂ）についても同様）。
図３（ａ）に示すように、高圧ガス容器１０Ａでは、Ｏリング２４の線径（直径）をＤとし、シール溝１２ｃの深さをＣとしたときに、Ｃ＞（Ｄ／２）に設定することが好ましい。これにより、栓体部１３Ａを口金部１２Ａにねじ込む際、Ｏリング２４が、シール溝１２ｃの肩部（内部側）に乗り上がるのを防止して、Ｏリング２４が段差部（肩部）１２ｆの角部で損傷するのを防止することができる。

また、図３（ａ）に示すように、高圧ガス容器１０Ａでは、シール溝１２ｃに対向する端面１３ｅの中心から段差部１３ｆまでの直径をφＣとしたときに、φＣ＜φＡとなるように構成されている。これにより、栓体部１３Ａを口金部１２Ａにねじ込む際、Ｏリング２４が、段差部１３ｆの角部に当たって損傷し、シール不良となるのを防止することができる。なお、第１実施形態では、シール溝１２ｃに対向する端面１３ｅに段差部１３ｆを形成した場合を例に挙げて説明したが、端面１３ｅに段差部１３ｆを設けずに、端面１３ｅが大気側の開口Ｍ（図２参照）に向けて平坦に形成される構成であってもよい。

ところで、高圧ガスタンク１０Ａを水素タンクに適用した場合、水素の分子量が非常に小さく、水素ガスが非常に高い圧力で充填されることから、容器本体１１内の水素ガスが、第一シール部２１のＯリング２３を螺合部Ｑ側に透過して、螺合部Ｑの空間（隙間）の圧力が上昇することがある。螺合部Ｑの空間圧力が上昇することにより、Ｏリング２４が接している座面（端面１３ｅ）の浮きが発生したり、螺合部Ｑのねじの緩みが発生する。

そこで、第１実施形態では、前記した構成の高圧ガス容器１０Ａを採用することにより、図３（ｂ）において、矢印（１）で示すように、透過ガスにより螺合部Ｑ（図２参照）の圧力が上昇すると、Ｏリング２４を径方向外側に付勢する力が作用する。そして、矢印（２）で示すように、Ｏリング２４が径方向外側に移動（摺動、変位）すること、つまり輪切り断面視において、Ｏリング２４が径方向に伸長することで、矢印（３）で示すように、Ｏリング２４が弾性変形（断面形状が変形）してＯリング２４と端面１３ｅとの界面がわずかに開放し、第二シール部２２のシール効果が低下することにより、螺合部Ｑの透過ガスが大気側（開口Ｍ側）に排出されることになる。そして、透過ガスが排出されて螺合部Ｑの圧力が低下すると、Ｏリング２４の弾性復帰力により、矢印（４）で示す方向にＯリング２４が移動（変位、摺動）し、図３（ａ）に示す位置（初期位置）に復帰し、第二シール部２２のシール状態が回復する。

以上説明したように、第１実施形態に係る高圧ガス容器１０Ａは、螺合部Ｑを挟んで、容器本体１１の内部側に第一シール部２１、大気側にＯリング２４とシール溝１２ｃとで構成される第二シール部２２をそれぞれ配置して、螺合部Ｑからの圧力によってＯリング２４が大気側に向けて弾性変形することで第二シール部２２のシール効果を低下させ、螺合部Ｑ内のガスを放出するように構成にしたものである。このような構成によれば、第二シール部２２によって、簡単かつ低コストで螺合部Ｑへの異物侵入を防ぐとともに、螺合部Ｑの圧力が過度に上昇するのを防止できるので、座面の浮きや螺合部Ｑのねじの緩みを防止することができる。

また、第１実施形態では、シール溝１２ｃの深さを、Ｏリング２４の線径（直径）Ｄの二分の一以上にすることで、口金部１２Ａに栓体部１３Ａを螺合する際に、Ｏリング２４がシール溝１２ｃの肩部（段差部１２ｆ）に乗り上がるのを防止することができ、肩部（段差部１２ｆ）の角部でＯリング２４が損傷するのを防止できる。

なお、第１実施形態では、口金部１２Ａの端面１２ｅにシール溝１２ｃを形成した場合を例に挙げて説明したが、栓体部１３Ａの端面１３ｅにシール溝を形成する構成であってもよい。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る高圧ガス容器の要部を模式的に示す断面図であり、（ａ）Ｏリング変位前の状態、（ｂ）はＯリング変位後の状態である。第２実施形態に係る高圧ガス容器１０Ｂは、第１実施形態に係る高圧ガス容器１０Ａの栓体部１３Ａに代えて栓体部１３Ｂを備えている。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する（第３実施形態についても同様）。

図４（ａ）に示すように、栓体部１３Ｂは、口金部１２Ａのシール溝１２ｃに対向する端面１３ｅに、螺合部Ｑ側から大気側（開口Ｍ側）に向けて、シール溝１２ｃから離れる方向に延びるテーパ面１３ｇを有している。なお、テーパ面１３ｇの傾斜角度θは、大気側からの異物侵入を防止することができ、かつ、螺合部Ｑの圧力上昇時に、Ｏリング２４とテーパ面１３ｇとのシール効果を低下させることができる角度であればよい。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、図４（ｂ）の矢印（１）〜（４）に示すように、透過ガスによる螺合部Ｑの圧力上昇時に、Ｏリング２４が径方向外側に伸長して弾性変形することで、Ｏリング２４とテーパ面１３ｇとの界面におけるシール効果が低下することにより、螺合部Ｑ内の透過ガスが大気側に排出され、透過ガスの排出後、Ｏリング２４が弾性復帰することで、Ｏリング２４とテーパ面１３ｇとのシール効果が回復する。

第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、螺合部Ｑの圧力上昇によってＯリング２４が弾性変形することでＯリング２４とテーパ面１３ｇとの変位時の抵抗が減少するので、Ｏリング２４の大気側（開口Ｍ側）への変位を容易にでき、Ｏリング２４とテーパ面１３ｇ（端面１３ｅ）との界面でのシール効果を低下させることが容易になる。その結果、螺合部Ｑ内の透過ガスを大気側に確実に排出することができる。

なお、第２実施形態では、口金部１２Ａの端面にシール溝１２ｃを形成し、栓体部１３Ｂの端面１３ｅにテーパ面１３ｇを形成した場合を例に挙げて説明したが、栓体部１３Ｂの端面１３ｅにシール溝を形成し、口金部１２Ａの端面１２ｅにテーパ面を形成する構成であってもよい。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る高圧ガス容器の要部を模式的に示す断面図であり、（ａ）Ｏリング変位前の状態、（ｂ）はＯリング変位後の状態である。第３実施形態に係る高圧ガス容器１０Ｃは、第１実施形態に係る高圧ガス容器１０Ａの栓体部１３Ａに代えて栓体部１３Ｃを備えている。

図５（ａ）に示すように、栓体部１３Ｃは、口金部１２Ａのシール溝１２ｃに対向する端面１３ｅに、螺合部Ｑ側から大気側（開口Ｍ側）に向けて、Ｏリング２４に向けて凸形状で、かつ、Ｒ状に形成された曲面１３ｈを有している。なお、曲面１３ｈは、螺合部Ｑ側から大気側（開口Ｍ側）に向けて、シール溝１２ｃから離れる方向に形成されていればよい。

第３実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態と同様に、図５（ｂ）の矢印（１）〜（４）に示すように、透過ガスによる螺合部Ｑの圧力上昇時に、Ｏリング２４が径方向外側に伸長して弾性変形することで、Ｏリング２４と曲面１３ｈとの界面におけるシール効果が低下し、螺合部Ｑ内の透過ガスが大気側に排出され、透過ガスの排出後、Ｏリング２４が弾性復帰することで、Ｏリング２４と曲面１３ｈとのシール効果が回復する。

第３実施形態によれば、第２実施形態と同様に、Ｏリング２４が弾性変形することでＯリング２４と曲面１３ｈとの変位時の抵抗が減少するので、Ｏリング２４の大気側（開口Ｍ側）への変位を容易にでき、Ｏリング２４と曲面１３ｈ（端面１３ｅ）との界面でのシール効果を低下させることが容易になる。その結果、螺合部Ｑ内の透過ガスを大気側に確実に排出することができる。

なお、第３実施形態では、口金部１２Ａの端面にシール溝１２ｃを形成し、栓体部１３Ｃの端面１３ｅに曲面１３ｈを形成した場合を例に挙げて説明したが、栓体部１３Ｃの端面１３ｅにシール溝を形成し、口金部１２Ａの端面１２ｅに曲面を形成する構成であってもよい。

ところで、燃料電池システムに搭載される燃料系のデバイスでは、製品品質を確保するため、燃料電池システムの組立段階において圧検（圧力検査）によるリークテストを行なうことは必須の検査事項になっている。また、このようなリークテスト時の印加圧は、対象デバイスの常用圧（最大使用圧力）以上で実施する必要がある。

次に、本実施形態の高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法（リークテスト）として、高圧ガス容器１０Ａの第一シール部２１におけるガス漏れ判定方法について、図６ないし図８を参照して説明する。図６は本実施形態に係る高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法が適用される装置を模式的に示す断面図、図７はガス漏れ判定方法を示すフローチャート、図８は正常時およびガス漏れ時における時間と検知量との関係を示すグラフである。なお、図６では、説明の便宜上、発明の要部を誇張して記載している。

図６に示すように、高圧ガス容器１０Ａが収容器３０に収容され、高圧ガス容器１０Ａの栓体部１３Ａには、容器本体１１の内外を連通させるガス導入路１３Ｓ（圧力検査用ガス導入路）が形成されている。このガス導入路１３Ｓは、例えば、燃料電池車１００として使用される際の水素ガスを充填する流路を利用することができるが、圧力検査専用の流路を栓体部１３Ａに形成してもよい。

また、収容器３０には、シール材４１を介して導入管４０が挿通されるとともに、導入管４０の先端がガス導入路１３Ｓの入口ポート４２に接続されている。これにより、収容器３０の外部から導入された水素ガス（圧力検査用ガス）が、高圧ガス容器１０Ａ（容器本体１１）の内部に導入される。なお、収容器３０は、圧力検査用ガスに対して不透過性を有する材料（金属など）で構成されている。

また、収容器３０には、高圧ガス容器１０Ａ（容器本体１１）の外部と収容器３０の外部とを連通させる検出管５０が接続され、この検出管５０に高圧ガス容器１０Ａから放出された水素ガスの流量（体積流量）を検出する流量計５１が設けられている。この流量計５１によって計測された計測値（検知量）は、制御装置６０に伝達される。また、制御装置６０には、タイマ５２が計測した計測値（時間）が伝達される。

図７に示すように、制御装置６０は、ステップＳ１１において、容器本体１１内が空の状態において、圧力検査用ガス（例えば、水素ガス）を高圧ガス容器１０Ａ内に導入し、タイマ５２をオンにする。これにより、水素ガスが導入管４０および栓体部１３Ａのガス導入路１３Ｓを通って容器本体１１内に導入され、容器本体１１内の圧力が上昇する。

容器本体１１内の圧力が規定値（Ｏリング２３を透過可能な圧力）を超えると、水素ガスが第一シール部２１を通過し、螺合部Ｑの圧力が上昇する。そして、螺合部Ｑの圧力が座面の浮きや螺合部Ｑのねじの緩みを発生させない圧力の範囲内において、第二シール部２２のＯリング２４が径方向外側に移動（変位）して第二シール部２２のシール効果が低下することで、第二シール部２２から水素ガスが大気側に放出される。

ステップＳ１２において、制御装置６０は、第二シール部２２から放出され、検出管５０を通る水素ガスのガス流量（単位時間あたりの体積、検知量）を流量計５１によって計測する。このタイミングでの計測で、流量計５１の誤作動を事前に確認することが可能である。

ステップＳ１３において、制御装置６０は、所定時間Ｔ１（例えば、３０分）が経過したか否かを判定する。なお、所定時間Ｔ１は、例えば、螺合部Ｑの圧力が所定値まで上昇しないと第二シール部２２から水素ガスを放出しないため、その遅れ時間を考慮して設定されるものである。ステップＳ１３において、制御装置６０は、所定時間Ｔ１が経過していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻り、検出管５０から放出される水素ガスの流量の検出を継続し、また所定時間Ｔ１が経過したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、制御装置６０は、ガス流量（検知量）が所定量Ｑ１を超えているか否かを判定する。なお、所定量Ｑ１とは、第一シール部２１の正常時における放出量の最大値よりも高い値に設定される。正常時における放出量とは、第一シール部２１においてガス漏れが発生していない場合の第二シール部２２から放出される量、すなわち第一シール部２１のＯリング２３を透過した透過ガスのみである場合の第二シール部２２から放出される量である。なお、第一シール部２１の透過ガス量は、Ｏリング２３の透過係数と、ガスの種類、温度、圧力などによって適宜変更される。

ステップＳ１４において、制御装置６０は、放出量が所定量Ｑ１を超えていると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１５に進み、第一シール部２１においてガス漏れが発生していると判定し、また放出量が所定量Ｑ１以下であると判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１６に進み、第一シール部２１は正常であると判定する。なお、ガス漏れが発生する場合とは、例えば、Ｏリング２３のひび割れおよびクラック発生の場合である。

図８に示すように、第一シール部２１においてガス漏れが発生している場合には（破線参照）、第一シール部２１が正常である場合（実線参照）よりも、検知量の上昇率が大きくなる。なお、ガス漏れ発生時および正常時において検知量が階段状に上昇するのは、内圧（螺合部Ｑの圧力）が所定値まで上昇することで第二シール部２２から水素ガスが放出され、放出後にＯリング２４が弾性復帰することによって第二シール部２２からの水素ガスの放出が停止するようにして、水素ガスの放出と放出停止が繰り返されるからである。なお、図８に示す正常時の検知量ΔＱは、圧力検査を行う際の試験温度などにより変動する（図１０のΔＱも同様）。

このようにして、高圧ガス容器１０Ａにおける第一シール部２１のガス漏れ判定を実行することで、第一シール部２１におけるガス漏れを容易かつ低コストで判定することができる。なお、図７のフローチャートでは、所定時間Ｔ１経過後のガス流量を検出して、第一シール部２１のガス漏れを判定したが、これに限定されるものではなく、所定時間Ｔ１経過前に、検知量が所定量Ｑ１を超えたか否かを判定して、ガス漏れの有無を判定してもよい。これにより、ガス漏れの判定の迅速に行うことができる。

図９は本実施形態に係る高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法が適用される別の装置を模式的に示す断面図、図１０は正常時およびガス漏れ時における時間と検知量との関係を示すグラフである。なお、図９の別の装置では、図６に示す装置の構成と異なる部分についてのみ説明する。また、図９では、高圧ガス容器１０Ｂを例に挙げて説明するが、高圧ガス容器１０Ａ，１０Ｃなど他の構成の高圧ガス容器に適用してもよい。

図９に示すように、収容器３０には、圧力検査用の治具５５を収容器３０内に挿入するためのベローズ状のシール部材５４が設けられている。治具５５は、第二シール部２２のシール状態を局所的または全体的に解除（キャンセル）するものであり、例えば、Ｏリング２４とテーパ面１３ｇとの間に差し込んで、Ｏリング２４を径方向外側に強制的に移動（変位）させることができる形状のものである。なお、治具５５は、Ｏリング２４やテーパ面１３ｇ（端面１３ｅ）やシール溝１２ｃ（端面１２ｅ）に傷を付けない程度に軟質な材料で構成されていることが好ましい。

高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定を実行する場合には、図７に示す処理を実行する前に、治具５５をシール部材５４から挿入し、治具５５によって第二シール部２２のシール状態を解除（キャンセル）する。

図１０に示すように、第一シール部２１においてガス漏れが発生している場合には（破線参照）、第一シール部２１が正常である場合（実線参照）よりも、検知量の上昇率が大きくなる。なお、図９に示すガス漏れ判定方法では、第二シール部２２のシール状態が治具５５によって解除されているので、第一シール部２１を通過した水素ガスは、螺合部Ｑの圧力を高めることなく第二シール部２２から放出される。よって、第一シール部２１においてガス漏れが発生している場合および正常時のいずれにおいても、時間の経過とともに検知量がリニアに変化する。

このようにして、高圧ガス容器１０Ｂにおける第一シール部２１のガス漏れ判定を実行することで、第一シール部２１におけるガス漏れを容易に判定することができる。なお、別の装置によるガス漏れ判定においては、図７のフローチャートを適用してガス漏れ判定を実行できるが、所定時間Ｔ１経過前に、検知量が所定量Ｑ１を超えたか否かを判定して、ガス漏れの有無を判定してもよい。これにより、ガス漏れの判定の迅速に行うことができる。

また、流量計５１の替わりに、ガス濃度測定器を用いてもよい。さらに、図６および図９では、収容器３０が高圧ガス容器１０Ａ全体を覆うものとしたが、容器本体１１が大きい場合には、収容器３０が口金部１２Ａおよび栓体部１３Ａを合わせて覆うものとすることが望ましい。さらに、シール体の例として、Ｏリング２４を示したが、これに限定されるものではなく、断面（輪切り断面）が非円形の弾性ガスケットをシール体として用いることも可能である。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 高圧ガス容器
１１ 容器本体
１２Ａ 口金部
１２ａ 雌ネジ部（螺合部）
１２ｃ シール溝
１２ｅ 端面
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 栓体部
１３ｂ 雄ネジ部（螺合部）
１３ｄ 連通路
１３ｅ 端面
１３ｇ テーパ面
１３ｈ 曲面
１３Ｓ ガス導入路（圧力検査用ガス導入路）
２１ 第一シール部
２２ 第二シール部
２４ Ｏリング（環状のシール体）
３０ 収容器（圧力検査用収容器）
５５ 治具（圧力検査用治具）
Ｑ 螺合部
Ｒ 通路

Claims (7)

1. 開口した口金部を有する容器本体と、
   前記口金部に螺合される栓体部と、
   前記口金部と前記栓体部とが螺合する螺合部を含んで前記容器本体の内部から大気に連通する通路をシールする２つのシール部材と、を備え、
   前記２つのシール部材は、前記螺合部を挟んで、前記容器本体の内部側に配置される第一シール部と、前記大気側に配置される第二シール部と、を備え、
   前記第二シール部は、互いに向き合う前記口金部の端面と前記栓体部の端面とに挟まれる環状のシール体と、いずれかの前記端面にて前記内部から前記大気側に向けて形成され、所定深さを有するシール溝と、を備え、前記シール体が前記螺合部の圧力によって弾性変形することで前記螺合部のガスを前記大気側に向けて放出するように構成したことを特徴とする高圧ガス容器。
2. 前記シール体は、Ｏリングであって、
   前記所定深さは、前記Ｏリングの線径の二分の一以上であることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス容器。
3. 前記シール溝に向き合う他方の前記端面の前記Ｏリングが接する面は、前記容器本体の内部から前記大気側に向けて前記シール溝から離れる方向にテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の高圧ガス容器。
4. 前記シール溝に向き合う他方の前記端面の前記Ｏリングが接する面は、前記Ｏリングに向けて凸状且つＲ状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の高圧ガス容器。
5. 前記Ｏリングは、前記第二シール部に圧力検査用治具を挿入することで前記第二シール部のシール状態を一時的に解除可能となるように構成されていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の高圧ガス容器。
6. 容器本体の内部から大気に連通する通路の口金部と栓体部とが螺合する螺合部を挟んで、前記容器本体の内部側に第一シール部が配置され、大気側に環状のシール体が弾性変形することで前記螺合部内のガスを前記大気側に放出するように構成した第二シール部が配置された高圧ガス容器における前記第一シール部のガス漏れ判定方法であって、
   前記高圧ガス容器を圧力検査用収容器に収容した状態において、この圧力検査用収容器の外部から前記栓体部に設けられた圧力検査用ガス導入路を介して前記容器本体の内部に圧力検査用ガスを導入する工程と、
   前記圧力検査用ガスの導入から所定時間経過後の前記第二シール部から放出されるガス流量と、正常時におけるガス流量とを比較して前記第一シール部のガス漏れの有無を判定する工程と、
   を含むことを特徴とする高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法。
7. 前記圧力検査用ガス導入路から前記容器本体の内部に前記圧力検査用ガスを導入する前に、前記第二シール部に対し圧力検査用治具を挿入してシール状態を解除することを特徴とする請求項６に記載の高圧ガス容器シール部のガス漏れ判定方法。

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