JP2015155736A - 高圧容器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で外部へのガスの漏洩を確実に防止することができる高圧容器を提供すること。【解決手段】高圧容器１は、内部に通じる開口を有するボス部１１が形成された樹脂から成るライナー１０と、ライナー１０の外側を被覆する繊維強化樹脂２０と、一面３０Ａ側からボス部１１が挿入される貫通孔３１を有し、側面において繊維強化樹脂２０により固定された口金３０とを備える。口金３０は、ライナー１０に接触する一面３０Ａ側から他面３０Ｂ側まで延びる口金側通気孔３２を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、樹脂からなるライナーを用いた高圧容器に関するものである。

ＣＯ_２排出問題を解決すると共に、エネルギー問題を解決可能な燃料電池自動車は、今後の新たな自動車として期待されている。この燃料電池自動車に搭載される水素を蓄えるための高圧容器については、高い強度と軽さの双方の条件を満たしつつ、水素が漏れることを防止する必要がある。この車載用の高圧容器として、金属（アルミニウム）からなるライナーを繊維強化樹脂で被覆した高圧容器（タイプ３）と、樹脂からなるライナーを繊維強化樹脂で被覆した高圧容器（タイプ４）とが知られている。これらの高圧容器と附属品（容器元弁、安全弁、栓等）がねじ結合される部位（口金部）は、ライナーが金属からなる場合（タイプ３）、口金部をライナーと一体的に成形することができるのに対し、ライナーが樹脂からなる場合には、金属製の口金が樹脂製のライナーに取り付けられた構造を有している。

樹脂からなるライナーを用いた高圧容器（タイプ４）の場合、水素が容器から漏れる主な経路としては、樹脂からなるライナーから水素が透過する経路と、金属製の口金とライナーとの接続部分から水素が漏れる経路がある。従来からこれら水素の漏れへの対策として種々の手法が提案されている（例えば特許文献１−４参照）。

特許文献１には、外周に突設したフランジ部を有する口金と樹脂ライナーとが接合する構造で一体成形されたものであって、口金のフランジ部に設けられた環状溝に樹脂ライナーが嵌め込まれた構造を有し、容器内の圧力により樹脂ライナーと口金との接合部からの漏れを防ぐ圧力容器が開示されている。特許文献２、３には、樹脂ライナーが突出部分を有するとともに、この突出部分及び附属品（容器元弁、安全弁、栓等）が口金の貫通孔に挿入され取り付けられた構造を有し、樹脂ライナーと附属品（容器元弁、安全弁、栓等）との間又は口金と樹脂ライナーとの間にＯ−リングからなるシール部材が配置された高圧容器が開示されている。特許文献４には、口金とバルブとの間に連通するガス抜き孔をバルブ側に形成した高圧タンクが開示されている。

特許第３５２３８０２号公報 特許第４５９９３８０号公報 特許第５１７９４５８号公報 特許第５１６８６７７号公報

しかしながら、特許文献１のように、口金と樹脂ライナーとを一体成形する場合、容器内の圧力が下がった場合に口金分のシール性が低くなってしまうという問題がある。また、特許文献２、３のように、樹脂ライナーを透過したガスを樹脂ライナーと繊維強化樹脂との間に封じ込めてしまう構造の場合、透過したガスが樹脂ライナーと繊維強化樹脂との間の漏洩ガスが膨張収縮を繰り返して樹脂ライナーが変形もしくは破損してしまう可能性がある。さらに、特許文献４のように、バルブ側にガス抜き孔を設けた場合、樹脂ライナーを透過し、樹脂ライナーと繊維強化樹脂との間に発生する漏れたガスへの対策が不十分であるという問題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解消するためのものであり、高圧容器から漏れたガスが外部へ漏洩するのを確実に防止することができる高圧容器を提供することを目的とする。

本発明の高圧容器は、ガスもしくは液体を収容するものであって、内部に通じる開口が形成されたボス部を有する樹脂製のライナーと、ライナーの外側を被覆する繊維強化樹脂と、ボス部が挿入される貫通孔を有し、外側面において繊維強化樹脂に固定された口金とを備え、口金は、一面側がボス部に挿入された状態においてライナーに対向し、側面が繊維強化樹脂に固定され、他面側が外部に露出するように取り付けられたものであって、一面側から他面側まで延びる口金側通気孔を有するものである。

なお、高圧容器は、口金の他面側から貫通孔及びボス部の内側に挿入された附属品と、口金の他面側に附属品と口金との隙間を塞ぐシール部材とをさらに備えたものであってもよい。このとき、附属品は、口金の他面側に対向する面に口金側通気孔に通じる附属品側通気孔を有するようにしてもよい。また、附属品側通気孔には、ガスもしくは液体の漏洩を検出する漏洩検出センサが接続されていてもよい。

さらに、口金側通気孔は、貫通孔の内壁面に通じた横穴を有するものであってもよい。また、バルブとボス部との間にはシール部材が設けられていてもよい。さらに、ライナーは、樹脂からなるものであってもよいし、金属からなるものであってもよい。

本発明の高圧容器によれば、口金がライナーと対向する一面側から他面側に通じる口金側通気孔を有していることにより、ライナーと繊維強化樹脂との間に漏れたガスが停滞することなく口金側通気孔から排出されるため、ガスが高圧容器から漏洩することを確実に防止することができる。

なお、口金の他面側から貫通孔及びボス部の内側に挿入された附属品と、口金の他面側に附属品と口金との隙間を塞ぐシール部材とをさらに備え、附属品は、口金の他面側に対向する面に口金側通気孔に通じる附属品側通気孔を有する場合、ライナーと繊維強化樹脂との間に漏れたガスが口金側通気孔を通り附属品側通気孔へ排出されるため、ガスが高圧容器から漏洩することを確実に防止することができる。

さらに、附属品側通気孔には、ガスもしくは液体の漏洩を検出する漏洩検出センサが接続されているとき、口金側通気孔から附属品側通気孔を介して漏洩したガスを容易に確認することができる。

さらに、口金側通気孔は、貫通孔の内壁面に通じた横穴を有するものである場合、ライナーのボス部とバルブとの境界に生じる潜在的なガスが横穴を介して通気孔に流れるため、ガスが高圧容器の外部へ漏洩することをより確実に防止することができる。

また、バルブとボス部との間にシール部材が設けられていれば、バルブとボス部との境界においてガスの漏洩を最小限に抑えることができる。

さらに、ライナーは、ブロー成形により一体成形されたものであって、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂の両面にポリエチレン樹脂を積層した構造を有する場合、シール性を高くしながら剛性を確保したライナーを継ぎ目なく一体成形することができる。

本発明の高圧容器の好ましい実施形態を示す切欠斜視図である。 図１の高圧容器の断面図である。 ブロー成形装置の一例を示す模式図である。 図１及び図２の高圧容器における口金周辺部位を示す断面図である。

以下に、本発明の高圧容器の好ましい実施形態を図面を参照して詳しく説明する。尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。図１は、本発明の高圧容器の好ましい実施形態を示す切欠斜視図、図２は図１の高圧容器の断面図である。図１の高圧容器１は、例えば燃料自動車等に搭載されて水素が充填されるものであって、ライナー１０、繊維強化樹脂２０、口金３０、附属品４０、シール部材５０を有している。

ライナー１０は、円筒状に形成された胴部１０ａと、胴部１０ａの両端に設けられた肩部１０ｂを有し、内部に水素ガス等を収容する内部空間Ｓ１が形成されている。ライナー１０の一方の肩部１０ｂには内部に通じる開口を有するボス部１１が形成されており、例えばボス部１１の外周面にはネジ山が形成されている。そして、口金３０がボス部１１に挿入されネジ山により固定されている。

ライナー１０は、例えば樹脂からなるものであって、特に、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂(ＥＶＯＨ)の両面にポリエチレン樹脂を積層した構造を有している。具体的には、エチレン―ビニルアルコール共重合樹脂(ＥＶＯＨ)層の外面側に接着層を介してポリエチレン（ＰＥ）が積層されており、ＥＶＯＨ層の内面側に接着層を介してポリエチレン（ＰＥ）が積層された構造を有している。このように、ＥＶＯＨ等によりライナー１０のガスバリア性を高くし、ライナー１０から水素ガスが漏洩するのを最小限に抑えることができる。さらに、ＥＶＯＨ層の外側及び内側にポリエチレン層を設けることにより剛性を確保することができる。なお、ライナー１０の材料、層構造及び成形方法は、これに限られず、種々の公知の構造を用いることができる。

上述した多層構造を有するライナー１０はブロー成形装置により一体成形されている。図３はブロー成形装置の一例を示す模式図である。図３のブロー成形装置１００は、押出機１０１、多層ヘッド１０２、成形機１０３、金型１０４、ブロー機１０５を備えている。押出機１０１は上述した複数の種類のペレット状の樹脂原料を溶かして多層ヘッド１０２に供給するものである。多層ヘッド１０２は、押出機１０１から供給される上述した複数種類の樹脂材料を所定の層構造を有するパリソンＰとして押し出すものである。成形機１０３は、多層ヘッド１０２から押し出されたパリソンＰを挟むように２つ配置されており、成形機１０３にはライナー１０の外形をかたどった金型１０４が取り付けられている。ブロー機１０５は、パリソンＰが金型１０４で挟み込まれている状態でパリソンＰ内に空気を吹き込むものである。

そして、押出機１０１から多層ヘッド１０２へ供給された複数の樹脂は多層ヘッド１０２において上述した層構造を有するパリソンＰとして押し出される。そして、パリソンＰは金型１０４に挟み込まれ、この状態でブロー機１０５によりライナー１０がブロー成形される。このように、ボス部１１に口金３０が固定される構成を採用しているため、ボス部１１を有する継ぎ目のないライナー１０がブロー成形により一体成形することができる。

図１及び図２の繊維強化樹脂２０は、ライナー１０の外周面の全域を覆うように積層されており、高圧容器１の所要の耐圧性（機械的強度）を確保するものである。繊維強化樹脂２０は、強化材に炭素繊維を用い、これに樹脂を含浸させて強度を向上させた複合材料であり、ＣＦＲＰ（ｃａｒｂｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）と呼ばれている。例えば繊維強化樹脂２０は、ライナー１０の胴部１０ａ及び肩部１０ｂの全体にヘリカル巻により巻線された層と、胴部１０ａにおいてフープ巻により巻線された層とが１層もしくは交互に積層された積層構造を有している。また、ライナー１０の肩部１０ｂにおいて、繊維強化樹脂２０の上部には衝撃保護層２１が設けられている。

口金３０は、金属からなるものであって、ライナー１０のボス部１１及び附属品４０を挿入するための貫通孔３１を有している。具体的には、口金３０の一面３０Ａ側からボス部１１が挿入され、他面３０Ｂ側から附属品４０が挿入される。なお、口金３０は、ボス部１１に固定されているとともに、側面において繊維強化樹脂２０及び衝撃保護層２１により固定されている。

このように、口金３０をライナー１０のボス部１１に取り付ける構造を採用することにより、上述したブロー成形による一体的な多層構造を有するライナー１０の成形が可能になる。すなわち、ライナー１０と口金３０が複雑な取付構造を有する場合、ライナー１０の口金取付部分は射出成形もしくはインサート成形等で成形するとともに、他の部分を別途成形し、２つの部材を接合する必要がある。このため、接合部での信頼性の問題が生じるとともに、多層構造にするのが困難であるという問題がある。一方、口金３０がライナー１０のボス部１１に挿入して固定する構造にした場合、上述したブロー成形装置１００により接合部分のない一体的な多層構造のライナー１０を用いることができる。

附属品４０は、ライナー１０内に収容された水素の供給・放出を行う容器元弁、安全弁等の弁（バルブ）であって、口金３０の他面３０Ｂ側から貫通孔３１に挿入され固定されている。そして、水素ステーションに設置された高圧容器１から水素が附属品４０を介してライナー１０内に充填されるとともに、ライナー１０内に収容された水素は附属品４０を介して燃料自動車の動力源に供給されるようになっている。なお、附属品４０がバルブである場合について例示しているが、附属品４０とは高圧ガス保安法第４９条の２第１項（容器保安規則第１３条各号）に挙げられているバルブ又は安全弁（容器元弁又は安全弁）、もしくは貫通孔３１を塞ぐ栓を意味する。

シール部材５０は、口金３０の他面３０Ｂ側において口金３０と附属品４０との隙間を塞ぐものであって、例えばＯ−リング等からなっている。具体的には、口金３０の他面３０Ｂ上には凹部が形成されており、この凹部にＯ−リングが配置されている。そして、シール部材５０は、口金３０と附属品４０との隙間から外部へ水素ガスが漏洩するのを防止している。

ここで、ライナー１０が樹脂から形成されている場合、水素ガスがライナー１０を透過し、ライナー１０と繊維強化樹脂２０との境界に蓄積される。ライナー１０と繊維強化樹脂２０との境界にあるガスは徐々に口金３０側に移動していく。そして、ライナー１０と口金３０との境界面に移動し外部へ漏洩する恐れがある。ここで、高圧容器１においては、附属品４０側に附属品側通気孔４１を設け、漏れたガスを積極的に通気するリークパスが設けられている。

図４は、図１及び図２の高圧容器における口金の周辺部位を示す断面図である。図４に示すように、口金３０は、ライナー１０に接触する一面３０Ａ側から他面３０Ｂ側まで延びる口金側通気孔３２を有している。一方、附属品４０は、口金３０の他面３０Ｂ側に対向する面に口金側通気孔３２に通じる附属品側通気孔４１を有している。なお、上述した通り、附属品側通気孔４１と口金側通気孔３２とはシール部材５０により外部から遮断された状態で通じている。さらに、口金側通気孔３２には、貫通孔３１の内壁面に通じる横穴３３を備えている。この横穴３３は、貫通孔３１内であればいずれの場所に設けても良いが、ボス部１１と口金３０との接合面よりも上部に設けられていることが好ましい。また、ボス部１１と附属品４０との間にはシール部材５１が設けられている。

そして、ライナー１０と繊維強化樹脂２０との境界に発生した漏れたガスが、口金３０まで移動してきた際、ガスは口金側通気孔３２を通って他面３０Ｂ側へ移動する。そして、他面３０Ｂ側において口金側通気孔３２を通ったガスは、附属品側通気孔４１を通って回収される。この際、口金側通気孔３２と附属品側通気孔４１との接続部分において、シール部材５０によりガスの外部への漏洩が防止される。また、ライナー１０と附属品４０との間において潜在的に漏洩する漏れたガスは、横穴３３を介して口金側通気孔３２内へ流れ、附属品側通気孔４１を通って回収される。

このように、水素ガスがライナー１０の壁面を透過して漏れたガスは口金側通気孔３２を介して附属品側通気孔４１から回収することができるため、漏れたガスに起因してライナー１０に変形が生じるのを確実に防止することができる。すなわち、従来のように漏れたガスが外部に漏洩するためにリークパスを遮断した場合、ライナー１０と繊維強化樹脂２０との間において漏れたガスが抜けずに蓄積されていき、樹脂製のライナー１０が座屈変形し、ライナー１０に亀裂が生じる可能性がある。

そこで、口金３０に水素ガスのリークパスである口金側通気孔３２を設け、口金側通気孔３２から漏れたガスを回収することができるため、漏れたガスに起因してライナー１０に変形が生じるのを確実に防止することができる。特に、図１〜図４に示すように、ライナー１０のボス部１１が口金３０の貫通孔３１内に挿入されている場合、従来のように附属品４０側にガス抜き孔を設けるよりも、口金３０側に設けることにより、漏れたガスを確実に回収することができる。

さらに、附属品側通気孔４１には、ガスの漏洩を検出する漏洩検出センサ６０が接続されている。この漏洩検出センサ６０は、例えば半導体式センサ、接触燃焼式センサ、もしくは気体熱伝導式センサ等の水素センサからなっており、口金側通気孔３２から附属品側通気孔４１を介してガス漏れの有無又はガスの漏洩量を検出する。これにより、高圧容器１から漏れたガスを容易に確認することができる。なお、附属品側通気孔４１はガスを回収する図示しない回収容器に接続されており、漏洩検出センサ６０は、附属品側通気孔４１と回収容器との間に設置されるようにしてもよい。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態において肩部に衝撃保護層２１が設けられている場合について例示しているが、必ずしも衝撃保護層２１を設けなくてもよい。また、口金３０において、口金側通気孔３２が１つだけ設けられていても良いし、複数設けられていても良い。また、上記実施形態において、附属品４０が弁である場合に附属品側通気孔４１が設けられている場合について例示しているが、附属品４０が栓である場合であっても附属品側通気孔４１が設けられることは勿論である。

１ 高圧容器、１０ ライナー、１０ａ 胴部、１０ｂ 肩部、１１ ボス部、２０ 繊維強化樹脂、２１ 衝撃保護層、３０ 口金、３０Ａ 一面、３０Ｂ 他面、３１ 貫通孔、３２ 口金側通気孔、３３ 横穴、４０ 附属品、４１ 附属品側通気孔、５０、５１ シール部材、６０ 漏洩検出センサ、１００ ブロー成形装置、１０１ 押出機、１０２ 多層ヘッド、１０３ 成形機、１０４ 金型、１０５ ブロー機、Ｐ パリソン、Ｓ１ 内部空間。

Claims (5)

1. ガスもしくは液体を収容するものであって、内部に通じる開口が形成されたボス部を有する樹脂製のライナーと、
   前記ライナーの外側を被覆する繊維強化樹脂と、
   前記ボス部が挿入される貫通孔を有し、外側面において前記繊維強化樹脂に固定された口金と
   を備え、
   前記口金は、
   一面側が前記ボス部に挿入された状態において前記ライナーに対向し、側面が前記繊維強化樹脂に固定され、他面側が外部に露出するように取り付けられたものであって、前記一面側から前記他面側まで延びる口金側通気孔を有する
   ことを特徴とする高圧容器。
2. 前記口金の他面側から前記貫通孔及び前記ボス部の内側に挿入された附属品と、
   前記口金の他面側に前記附属品と前記口金との隙間を塞ぐシール部材と
   をさらに備え、
   前記附属品は、前記口金の他面側に対向する面に前記口金側通気孔に通じる附属品側通気孔を有することを特徴とする請求項１に記載の高圧容器。
3. 前記附属品側通気孔には、ガスもしくは液体の漏洩を検出する漏洩検出センサが接続されていることを特徴とする請求項２に記載の高圧容器。
4. 前記附属品と前記ボス部との間にはシール部材が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の高圧容器。
5. 前記口金側通気孔は、前記貫通孔の内壁面に通じた横穴を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧容器。

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