JP2016160981A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく、ライナーのヘタリに起因するシール性能の低下を防止する。【解決手段】圧力容器Ａは、胴部１１の端部にドーム部１２が連なるように成形されたライナー１０と、ドーム部１２の頂部１７に外向きに突出するように形成された筒状突出部１８と、筒状突出部１８に外嵌された筒状の口金２３と、口金２３内に取り付けられて筒状突出部１８に内嵌されたバルブ３０と、筒状突出部１８の周面に密着するように設けたシール部材３６とを備え、筒状突出部１８は、ドーム部１２に連なって外向きに突出した第１筒部１９と、第１筒部１９の突出端縁から内周側へ折り返すように延出してバルブ３０に外嵌された第２筒部２２とを有する二重壁構造である。【選択図】図２

Description

本発明は、圧力容器に関するものである。

特許文献１には、胴部の両端に一対のドーム部が連なるように成形されたライナーと、ドーム部の頂部に形成した筒状突出部に外嵌される筒状の口金と、口金内に取り付けられるバルブとを備えた圧力容器が開示されている。バルブは筒状突出部に内嵌されるが、バルブの外周と筒状突出部の内周との界面は、圧力容器内の流体のリーク経路となり得る。そこで、筒状突出部の外周と口金の内周との間に第１シール部材を設けるともとに、口金とバルブとの間に第２シール部材を設けている。

合成樹脂製のライナーは、圧力容器の内圧を受けてへたる虞がある。筒状突出部がへたりを生じると、筒状突出部の外周と口金の内周との隙間が拡がって、第１シール部材によるシール性能の低下が懸念される。そこで、ライナーのヘタリに起因するシール性能の低下を回避する手段として、筒状突出部にはリング状の補強部材が取り付けられている。

特開２０１３−１３７０９２号公報

上記従来の圧力容器は、ライナーのヘタリに起因するシール性能の低下を回避する手段として、ライナーとは別体の補強部材が用いられているので、部品点数が多くなるという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、部品点数を増やすことなく、ライナーのヘタリに起因するシール性能の低下を防止することを目的とする。

本発明の圧力容器は、
胴部の端部にドーム部が連なるように成形されたライナーと、
前記ドーム部の頂部に外向きに突出するように形成された筒状突出部と、
前記筒状突出部に外嵌された筒状の口金と、
前記口金内に取り付けられて、前記筒状突出部に内嵌されたバルブと、
前記筒状突出部の周面に密着するように設けたシール部材とを備え、
前記筒状突出部は、前記ドーム部に連なって外向きに突出した第１筒部と、前記第１筒部の突出端縁から内周側へ折り返すように延出して前記バルブに外嵌された第２筒部とを有する二重壁構造であるところに特徴を有する。

第１筒部の内周と第２筒部の外周にはライナー内の圧力が作用する。これにより、筒状突出部にへたりが生じても、筒状突出部の外周が口金の内周側へ押圧されるとともに、筒状突出部の内周がバルブの外周側へ押圧される。したがって、部品点数を増やさなくても、筒状突出部の周面に設けたシール部材によるシール性能が低下する虞はない。

実施例１の圧力容器の断面図 図１の部分拡大断面図 実施例２の圧力容器の部分拡大断面図 実施例３の圧力容器の部分拡大断面図

（ａ）本発明の圧力容器は、前記シール部材が、前記第２筒部の内周と前記バルブの外周との間に配されていてもよい。この構成によれば、第１筒部（筒状突出部）の外周と口金の内周との間、及び口金とバルブとの間にシール手段を設けずに済む。

（ｂ）本発明の圧力容器は、前記第１筒部の内周と前記第２筒部の外周との間に筒状の補強部材が設けられていてもよい。この構成によれば、第２筒部を第１筒部の内周側へ折り返す際に、補強部材が第１筒部の内周側への不正な変形を防止する。

（ｃ）本発明の圧力容器は、（ｂ）において、前記補強部材が金属製であってもよい。この構成によれば、温度上昇によって筒状突出部の剛性が低下したときには、圧力容器の内圧だけでなく、金属製の補強部材の熱膨張によっても、筒状突出部の外周が口金の内周側へ押圧されるとともに、筒状突出部の内周がバルブの外周側へ押圧される。

（ｄ）本発明の圧力容器は、前記ライナーが複数の樹脂層を積層した多層構造であり、前記樹脂層間の界面が前記第２筒部の延出端面に臨んでおり、前記第２筒部の延出端面が接着層で覆われていてもよい。この構成によれば、樹脂層間の界面に圧力容器の内圧が作用することを防止できる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図２を参照して説明する。本実施例１の圧力容器Ａは、合成樹脂製のライナー１０と、口金２３と、繊維強化樹脂層２８と、バルブ３０とを備えて構成されている。圧力容器Ａは、燃料電池自動車や天然ガス自動車に搭載され、高圧の水素ガスや天然ガスの充填容器として用いられるものであるから、流体の漏出を防止するためのシール機能には、高い信頼性が求められる。

＜ライナー１０＞
ライナー１０は、径寸法が全長に亘ってほぼ一定の円筒状をなす胴部１１と、胴部１１の軸線方向両端縁に連なる一対のドーム部１２とを備えた単一部品である。ライナー１０の内部は、流体（水素ガスや天然ガス等）を貯留するための貯留空間１３となっている。ライナー１０は、ブロー成形によって所定形状に成形されている。ライナー１０は、その外周側面と内周面との間において外層１４（請求項に記載の樹脂層）とバリア層１５（請求項に記載の樹脂層）と内層１６（請求項に記載の樹脂層）を積層した３層構造をなしている。バリア層１５は、圧力容器Ａ（貯留空間１３）内の流体（ガス）が圧力容器Ａの外部へ透過することを阻止する。

一方のドーム部１２の頂部１７には、胴部１１の軸線と同軸の円形をなす筒状突出部１８が一体に、且つドーム部１２の外方へ突出した形態で形成されている。筒状突出部１８の内部空間は、その突出端がライナー１０の外部へ開放されている。筒状突出部１８は、第１筒部１９と第２筒部２２とを有する二重壁構造となっている。

第１筒部１９は基端側領域２０と突出端側領域２１とによって構成されている。基端側領域２０は、直接ドーム部１２に連なっていて、略四半円弧状に湾曲したテーパ状をなし、ドーム部１２の外方へ突出している。突出端側領域２１は、基端側領域２０の突出端縁に滑らかに連なっていて、基端側領域２０よりも更に外方へ突出している。つまり、第１筒部１９は、その全体がドーム部１２から外方へ突出した形態である。突出端側領域２１は、胴部１１及びドーム部１２と同軸状であって、径寸法が軸方向全領域に亘って一定の円筒状をなしている。

第２筒部２２は、第１筒部１９の突出端縁から内周側へ折り返されるように延出した形態である。第２筒部２２は、第１筒部１９の突出端側領域２１と同様、径寸法が軸方向全領域に亘って一定の円筒状をなしている。第２筒部２２の外周面は、第１筒部１９の突出端側領域２１の内周面に対し、ほぼ密着するように重なっているが、接着はされていない。第２筒部２２の延出端は、突出端側領域２１の範囲内に位置し、基端側領域２０とは非対応となるように位置している。第２筒部２２の延出端は貯留空間１３内に臨んでいる。そして、第２筒部２２と突出端側領域２１とが密着している界面Ｓａも、貯留空間１３に臨んでいる。

＜口金２３＞
筒状突出部１８には、口金２３が外嵌されている。口金２３は、口金本体部２４と、治具受け部２５と、大径部２６とを一体に形成したものである。口金本体部２４は、筒状突出部１８と同軸状の円筒形をなしている。口金本体部２４の内周には、雌ネジ部２７が形成されている。治具受け部２５は、口金本体部２４の軸線方向両端部のうちライナー１０（圧力容器Ａ）の外面側の端部から、径方向外側へフランジ状に張り出した形態であり、外周形状は非円形である。

大径部２６は、口金本体部２４の他方（貯留空間１３に臨む側）の端部から径方向外側へフランジ状に張り出した形態である。大径部２６は、筒状突出部１８と同軸状の円形をなす。大径部２６の外周面は口金本体部２４の外周面と滑らかに連なっている。大径部２６の内面には第１筒部１９の外面が密着しており、大径部２６の軸線と交差する端面は、ドーム部１２の外面に密着している。

＜繊維強化樹脂層２８＞
繊維強化樹脂層２８は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスッチック等からなる。繊維強化樹脂層２８は、胴部１１の軸線を中心として回転するライナー１０の外面に、図示しない繊維束（炭素繊維、ガラス繊維、ケプラ繊維等からなる糸状の繊維を束ねたもの）に液状の熱硬化性樹脂を含浸させたもの、又は繊維束に含浸した熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたもの（プリプレグ繊維）を巻き付けるフィラメントワインディング法によって形成されている。

繊維強化樹脂層２８は、胴部１１の外周面の全領域と、ドーム部１２の外周面のうち口金２３で覆われていない領域と、口金２３の口金本体部２４の外周面と、口金２３の大径部２６の外面とを覆い隠すように形成されている。口金２３は、大径部２６がドーム部１２（ライナー１０）と繊維強化樹脂層２８との間で挟み付けられることにより、ライナー１０及び繊維強化樹脂層２８と一体化されている。これにより、ライナー１０の筒状突出部１８の第１筒部１９が口金２３の内面に密着した状態に保たれる。

＜バルブ３０＞
バルブ３０は、圧力容器Ａ（貯留空間１３）の内部と外部との間における流体（高圧ガス等）の流動と遮断とを切り替えるものである。バルブ３０は、口金２３及び筒状突出部１８と同軸状のエアシリンダ略円柱形なすバルブ本体部３１と、治具嵌合部３２と、シール機能部３３とを有する単一部品である。バルブ本体部３１の外周には、雄ネジ部３４が形成されている。治具嵌合部３２は、バルブ本体部３１の軸線方向両端部のうちライナー１０（圧力容器Ａ）の外面側の端部に連なり、バルブ本体部３１よりもフランジ状に拡径した形態であり、外周形状は非円形である。

シール機能部３３は、バルブ本体部３１と同軸状でバルブ本体部３１よりも小径の円柱形をなしている。シール機能部３３は、バルブ本体部３１の他方（貯留空間１３に臨む側）の端部から、更に貯留空間１３側へ突出した形態である。シール機能部３３の外周には、周方向のシール溝３５が形成されている。シール溝３５には、リング状のシール部材３６が取り付けられている。

バルブ３０は、ライナー１０に口金２３と繊維強化樹脂層２８を一体化させた後に、圧力容器Ａの外側から口金２３に取り付けられている。取付けの際には、シール機能部３３を先に向けてバルブ３０を口金本体部２４内に挿入し、手作業で雄ネジ部３４を雌ネジ部２７にねじ込んでいく。そして、最後に、口金２３の治具受け部２５とバルブ３０の治具嵌合部３２に治具（図示省略）を嵌合してバルブ３０を締め付ける。

バルブ３０を口金２３に取り付けた状態では、シール機能部３３が筒状突出部１８内に嵌合し、シール部材３６が第２筒部２２の内周面に密着する。これにより、筒状突出部１８（第２筒部２２）の内周面とバルブ３０（シール機能部３３）の外周面との隙間が気密状対にシールされる。また、シール部材３６は、筒状突出部１８の軸線方向において第１筒部１９の内面と第２筒部２２の外面との界面Ｓａと対応する位置に配されている。

＜実施例１の作用及び効果＞
圧力容器Ａ（貯留空間１３）内の圧力が高くなると、筒状突出部１８とバルブ３０との隙間を通る経路での流体のリークが懸念される。しかし、本実施例１の圧力容器Ａは、筒状突出部１８が第１筒部１９と第２筒部２２とによる二重壁構造をなしていて、第１筒部１９の内周と第２筒部２２の外周との界面Ｓａが貯留空間１３に臨んでいるので、貯留空間１３の内圧が高まると、この界面Ｓａ（つまり、第１筒部１９の内周面と第２筒部２２の外周面）に流体圧が作用する。このとき、第２筒部２２の内周面とバルブ３０のシール機能部３３の外周面との隙間Ｓｂにも同じ内圧が作用する。

しかし、第２筒部２２の内周面の受圧面積よりも第２筒部２２の外周面の受圧面積の方が大きいので、受圧面積の相違に起因する差圧により、第２筒部２２は径方向内側へ押圧される。これにより、第２筒部２２の内周面がシール部材３６に対し強く密着してセルフシール機能が発揮されるので、界面Ｓａにおける流体のリークが確実に防止される。

また、リーク経路のうち第２筒部２２の内周とバルブ３０の外周との隙間Ｓｂよりも下流側では、経路が二手に分岐する。一方の分岐経路は、第１筒部１９の外周と口金２３の内周との間の界面Ｓｃと、口金２３とドーム部１２の外面との間の界面Ｓｄと、口金２３の外面と繊維強化樹脂層２８との界面Ｓｅとを順に通る経路である。他方の分岐経路は、口金２３の内周面とバルブ３０の外周面との隙間Ｓｆを通る経路である。

しかし、本実施例１では、第２筒状部材２２の内周面（筒状突出部１８の周面）に密着するようにシール部材３６を設け、このシール部材３６により、第２筒部２２の内周とバルブ３０の外周の隙間Ｓｂのリークを遮断している。したがって、シール部材３６よりも下流側の分岐経路（即ち、第１筒部１９の外周と口金２３の内周との界面Ｓｃ、及び口金２３とバルブ３０との隙間Ｓｆにはシール手段を設ける必要がない。

上述のように本実施例１の圧力容器Ａは、胴部１１の端部にドーム部１２が連なるように成形されたライナー１０と、ドーム部１２の頂部１７に外向きに突出するように形成された筒状突出部１８と、筒状突出部１８に外嵌された筒状の口金２３と、口金２３内に取り付けられて筒状突出部１８に内嵌されたバルブ３０と、筒状突出部１８の周面に密着するように設けたシール部材３６とを備えている。筒状突出部１８は、ドーム部１２に連なって外向きに突出した第１筒部１９と、第１筒部１９の突出端縁から内周側へ折り返すように延出してバルブ３０に外嵌された第２筒部２２とを有する二重壁構造である。

第１筒部１９の基端部内周（基端側領域２０）の内周と第２筒部２２の外周との界面Ｓａは、ライナー１０の内部（貯留空間１３）に臨んでいるので、この界面Ｓａにはライナー１０内の圧力が作用する。これにより、筒状突出部１８にへたりが生じても、筒状突出部１８の第１筒部１９の外周が口金２３の内周側へ押圧されるとともに、筒状突出部１８の第２筒部２２の内周がバルブ３０の外周側へ押圧されてシール部材３６に強く密着し、セルフシール機能が発揮される。このセルフシール機能は、貯留空間１３の内圧が高ければ高いほどシール性能が高まるので、貯留空間１３の内圧上昇に対応するための専用部品を設ける必要がない。したがって、部品点数を増やさなくても、筒状突出部１８の周面に設けたシール部材３６によるシール性能が低下する虞はない。

＜実施例２＞
次に、本発明を具体化した実施例２を図３を参照して説明する。本実施例２の圧力容器Ｂは、ライナー４０の筒状突出部４１を上記実施例１の筒状突出部１８とは異なる構成としたものである。その他の構成については上記実施例１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施例２の圧力容器Ｂは、金属製の補強部材４２を有している。補強部材４２は、筒状突出部４１と同軸の円筒状をなし、第１筒部１９の内周と第２筒部２２の外周との間に挟まれるように配されている。補強部材４２は、第２筒部２２を折り返し成形する前に、第１筒部１９の突出端側領域２１の内周面に接着や溶着等によって固着（一体化）されている。補強部材４２を第１筒部１９に固着したことにより、第２筒部２２を第１筒部１９の内周側へ折り返す際に第１筒部１９が内周側へ不正に変形することが、補強部材４２によって防止されている。

また、補強部材４２には、その軸線方向における貯留空間１３側の端縁部から径方向内側へ同心円状に突出した形態の覆い部４３が形成されている。覆い部４３は、第２筒部２２の延出端面を覆うように配されている。

貯留空間１３の内圧が高まった場合には、第２筒部２２の延出端面と覆い部４３との隙間Ｓｇ、補強部材４２の内周面と第２筒部２２の外周面との隙間Ｓｈに流体圧が作用する。ここで、補強部材４２は金属製であって第２筒部２２よりも剛性が高いので、流体圧により第２筒部２２が径方向内側へ押圧され、シール部材３６に強く密着する。

また、補強部材４２は、金属製であることによって次のような効果を発揮する。圧力容器Ｂの温度が上昇して合成樹脂製の筒状突出部１８の剛性が低下したときには、圧力容器Ｂ（貯留空間１３）の内圧だけでなく、金属製の補強部材４２の熱膨張によっても、第１筒部１９の外周が口金２３の内周側へ押圧されるとともに、第２筒部２２の内周がバルブ３０の外周側へ押圧されてシール部材３６に強く密着する。このように、金属製の補強部材４２は、シール性能の向上に寄与する。

＜実施例３＞
次に、本発明を具体化した実施例３を図４を参照して説明する。本実施例３の圧力容器Ｃは、ライナー５０の筒状突出部５１を上記実施例２の筒状突出部４１とは異なる構成としたものである。その他の構成については上記実施例２と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

本実施例３の圧力容器Ｃは、金属製の補強部材５２と、接着層５４とを有している。補強部材５２は、筒状突出部５１と同軸の円筒状をなし、第１筒部１９の内周と第２筒部２２の外周との間に挟まれるように配されている。補強部材５２は、第２筒部２２を折り返し加工する前に、第１筒部１９の突出端側領域２０の内周面を覆うように位置決めされて保持されている。補強部材５２を第１筒部１９に沿うように固定したことにより、第２筒部２２を第１筒部１９の内周側へ折り返す際に第１筒部１９が内周側へ不正に変形することが、補強部材５２によって防止されている。また、補強部材５２には、その軸線方向における貯留空間１３側の端縁部から径方向内側へ同心円状に突出した形態の覆い部５３が形成されている。

ライナー５０は、外層１４とバリア層１５と内層１６とを積層した多層構造であり、外層１４とバリア層１５との界面Ｓｉ、及びバリア層１５と内層１６との界面Ｓｊが、第２筒部２２の延出端面に臨んでいる。そのため、もし第２筒部２２の延出端面が、直接、貯留空間１３内に臨んでいると、貯留空間１３の内圧により上記界面Ｓｉ，Ｓｊに流体が浸入する虞がある。そこで、本実施例３の圧力容器Ｃは、第２筒部２２の延出端面を接着層５４によって気密状に覆っている。これにより、上記の界面Ｓｉ，Ｓｊに圧力容器Ｃ（貯留空間１３）の内圧が作用することが防止されている。また、接着層５４の外面には、補強部材５２の覆い部５３が接着されている。これにより、覆い部５３と第２筒部２２の延出端面との間が、気密状態にシールされている。

貯留空間１３の内圧が高まった場合には、第１筒部１９の内周面と補強部材５２の外周面との隙間Ｓｋと、この隙間Ｓｋを介して補強部材５２の内周面と第２筒部２２の外周面との隙間Ｓｍに流体圧が作用する。ここで、補強部材５２は金属製であって第２筒部２２よりも剛性が高いので、流体圧により第２筒部２２が径方向内側へ押圧され、シール部材３６に強く密着する。また、補強部材５２は金属製であるから、実施例２と同様、圧力容器Ｃの温度が上昇して合成樹脂製の筒状突出部５１の剛性が低下したときには、シール性能の向上に寄与する。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例１〜３では、シール部材を第２筒部の内周とバルブの外周との間に設けたが、第２筒部の内周とバルブの外周との間にはシール手段を設けず、第１筒部の外周と口金の内周との間にシール部材を配し、口金とバルブとの間に別のシール部材を設けてもよい。
（２）上記実施例１〜３では、ライナーが複数の樹脂層を積層した多層構造であるが、これに限らず、ライナーは単層構造であってもよい。
（３）上記実施例２では、補強部材に、第２筒部の延出端面を覆う覆い部を形成したが、補強部材は、第２筒部の延出端面を覆う覆い部が形成されていないものであってもよい。
（４）上記実施例３では、接着層に覆い部が重なる形態としたが、接着層に覆い部が重ならない形態としてもよい。
（５）上記実施例３では、接着層を覆う覆い部が補強部材に一体形成されているが、覆い部は、補強部材とは別体の部品であってもよい。
（６）上記実施例３では、補強部材を設け、この補強部材に覆い部を形成したが、補強部材を設けず、覆い部を単独の部品として設けてもよい。
（７）上記実施例２，３では、補強部材を金属製としたが、補強部材は合成樹脂製であってもよい。

Ａ，Ｂ，Ｃ…圧力容器
Ｓｉ…外層とバリア層の界面
Ｓｊ…バリア層と内層の界面
１０，４０，５０…ライナー
１１…胴部
１２…ドーム部
１４…外層（樹脂層）
１５…バリア層（樹脂層）
１６…内層（樹脂層）
１７…頂部
１８，４１，５１…筒状突出部
１９…第１筒部
２２…第２筒部
２３…口金
３０…バルブ
３６…シール部材
４２，５２…補強部材
５４…接着層

Claims (5)

1. 胴部の端部にドーム部が連なるように成形されたライナーと、
   前記ドーム部の頂部に外向きに突出するように形成された筒状突出部と、
   前記筒状突出部に外嵌された筒状の口金と、
   前記口金内に取り付けられて前記筒状突出部に内嵌されたバルブと、
   前記筒状突出部の周面に密着するように設けたシール部材とを備え、
   前記筒状突出部は、前記ドーム部に連なって外向きに突出した第１筒部と、前記第１筒部の突出端縁から内周側へ折り返すように延出して前記バルブに外嵌された第２筒部とを有する二重壁構造であることを特徴とする圧力容器。
2. 前記シール部材が、前記第２筒部の内周と前記バルブの外周との間に配されていることを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
3. 前記第１筒部の内周と前記第２筒部の外周との間に筒状の補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧力容器。
4. 前記補強部材が金属製であることを特徴とする請求項３記載の圧力容器。
5. 前記ライナーが複数の樹脂層を積層した多層構造であり、
   前記樹脂層間の界面が前記第２筒部の延出端面に臨んでおり、
   前記第２筒部の延出端面が接着層で覆われていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧力容器。

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