JP2015155736A - 高圧容器 - Google Patents
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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。
CO2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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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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