JP2016183687A - 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、ガスもしくは液体を収容するものであって、外方に突出したボス部１１を有する樹脂製のライナー１０と、ボス部１１が挿入される挿入穴３０ａを備えた口金３０と、ライナー１０の外側及び口金３０の外側面を被覆する繊維強化樹脂とを備え、口金３０は、挿入穴３０ａにボス部１１が圧入されることによりライナー１０に固定されており、ボス部１１の内周には、ガスもしくは液体の内圧によりボス部１１を口金３０側へ押し付ける加圧空間ＰＳが形成されているものである。【選択図】図２

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。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。車載用の高圧容器として、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）が知られている。ライナーが樹脂からなる場合、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、２には、ライナーは開口の周縁が内部に陥没した形状を有し、陥没した開口に口金が挿入され取り付けられた圧力容器が開示されている。特許文献３には、口金がライナーのボスに嵌め込まれているとともに、ライナーのボスを内側から口金側に付勢するバネを有するタンクシール構造が開示されている。特許文献４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。

特開２０１４−２２４６０２号公報 特開２０１４−１４２０１７号公報 米国特許第７８３７０５４号明細書 特許第４５９９３８０号公報

ここで、上述した特許文献１〜４において、高圧容器は使用に応じて高圧状態から低圧状態へ変化するものである。また、ライナーは樹脂製であるため使用していくにつれて変形が生じる。従って、ライナーが変形してもシール性が確保されつつ、高圧状態若しくは低圧状態のいずれの場合であってもシール性が確保されることが望まれている。特許文献１、２のようなシール構造である場合、高圧容器内が低圧状態になった際にライナーの陥没した部位が、一方、特許文献３のように、バネを用いてシール性を確保することが考えられるが、構造が複雑になってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解消するためのものであり、簡単な構造により低圧状態及び高圧状態によらず口金部分のシール性を確保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、外方に突出したボス部を有する樹脂製のライナーと、ボス部が挿入される挿入穴を備えた口金と、ライナーの外側及び口金の外側面を被覆する繊維強化樹脂とを備え、口金は、挿入穴にボス部が圧入されることによりライナーに固定されており、ボス部の内周には、ガスもしくは液体の内圧によりボス部を口金側へ押し付ける加圧空間が形成されているものである。

このとき、口金におけるボス部の外周面と接触する部位には、メッキ処理が施されていることが好ましい。

また、口金は、ボス部と接触する部位から外部へ通じる口金側通気孔を有していてもよい。

さらに、口金のボス部と接触する部位には、シール部材が設けられていてもよい。

また、口金に挿入される附属品をさらに備え、ボス部は、口金と附属品との間に挟まれた状態で挿入穴に挿入されたものであり、ボス部の内周面と附属品との間に加圧空間になる隙間が形成されてもよい。

もしくは、口金の挿入穴は、ボス部の内周面と外周面とを挟むように挿入される環状溝であり、挿入穴におけるボス部の内周面と対向する面には、加圧空間になる溝が円周に沿って複数設けられていてもよい。

本発明の高圧容器によれば、ガスもしくは液体の内圧によりボス部を口金側へ押し付ける加圧空間が形成されていることにより、ライナーに変形が生じた場合にあっても、ボス部は内圧により口金に付勢された状態になる。また、ボス部は口金に圧入されながら内圧により口金に押し付けられた状態になっている。このため、新たな部材を用いることなく簡単な構造で、シール性を確保することができる。

なお、口金におけるボス部の外周面と接触する部位には、メッキ処理が施されている場合、口金とボス部とのシール性をさらに向上させることができる。

また、口金は、ボス部と接触する部位から外部へ通じる口金側通気孔を有する場合、ライナーとボスとの間において潜在的に漏洩する漏れたガスを口金側通気孔から回収することができる。

さらに、口金のボス部と接触する部位には、シール部材が設けられている場合、口金とボス部とのシール性を確保することができる。

また、口金に挿入される附属品をさらに備え、ボス部は、口金と附属品との間に挟まれた状態で挿入穴に挿入されたものであり、ボス部の内周面と附属品との間に加圧空間になる隙間が形成されたとき、リングバネのような新たな部材を追加することなく、内圧を利用した簡単な構造でシール性を確保することができる。

さらに、口金の挿入穴は、ボス部の内周面と外周面とを挟むように挿入される環状溝であり、挿入穴におけるボス部の内周面と対向する面には、加圧空間になる溝が円周に沿って複数設けられた場合、内圧を利用した簡単な構造でシール性を確保することができるとともに、圧入によりボス部が縮径した際に、余分な樹脂を溝が吸収してボス部の変形によるシール性の劣化を防止することができる。

本発明の高圧容器の好ましい実施形態１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。 図１の高圧容器の変形例を示す断面図である。 図４は本発明の高圧容器の実施形態２を示す断面図である。 図４のボス部の一例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。

実施形態１．
図１は、本発明の高圧容器の好ましい実施形態１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５１、５２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は筒状に形成されている。そして、口金３０が圧入により固定される。

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。

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及びバルブ等の附属品４０を挿入するための貫通した挿入穴３０ａを有する円筒部３１と、円筒部３１の一端から径方向に広がるフランジ部３２とを備える。口金３０は、ボス部１１に圧入され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。さらに、口金３０は、挿入穴３０ａの一方側からボス部１１が圧入されることによりライナー１０に固定されている。また、挿入穴３０ａの他方側の内周にはネジ山３４が形成されており、ネジ山３４に附属品４０がネジ止めされる。

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の他方側から挿入穴３０ａ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）、もしくは挿入穴３０ａを塞ぐ栓を意味する。

ここで、口金３０は、ライナー１０に接触する一方側から他方側まで延び外部へ通じる口金側通気孔３３を有している。一方、附属品４０は、口金３０の他方側に対向する面に口金側通気孔３３に通じる附属品側通気孔４１を有している。なお、附属品側通気孔４１と口金側通気孔３３とはシール部材により外部から遮断された状態で通じている。

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３３を通って他方側へ移動する。そして、他方側において口金側通気孔３３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３３と附属品側通気孔４１との接続部分において、シール部材によりガスの外部への漏洩が防止される。

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３３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３３を設け、口金側通気孔３３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。

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３３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。

シール部材５１は、口金３０の他面側において口金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。口金３０の他面上には凹部が形成されており、この凹部にＯ−リングからなるシール部材５１が配置される。そして、シール部材５１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。また、シール部材５２は、ライナー１０の肩部と口金３０のフランジ部３２との間に設けられており、例えばＯ−リング等からなっている。シール部材５２は、ライナー１０と口金３０との隙間を塞ぎ、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。そこで、高圧容器１は、タンク内に充填された液体もしくはガスの内圧を利用したシール構造を有している。

上述のように、口金３０は、挿入穴３０ａにボス部１１が圧入されることによりライナー１０に固定されている。口金３０の挿入穴３０ａの内壁には、ボス部１１の外径よりも小さい圧入溝３５が形成されており、圧入溝３５にボス部１１が圧入され固定される。圧入溝３５の壁面はメッキ加工が施されており、メッキ加工された圧入溝３５の壁面とボス部１１の外周面とが密着してシールされた状態になっている。

また、圧入溝３５は、ボス部１１の厚さＤ１よりも大きい深さＤｐを有している。したがって、圧入溝３５にボス部１１が圧入された際、ボス部１１の内周面と附属品４０との間には隙間が生じるようになっている。この隙間はライナー１０の内部空間に通じており、ボス部１１の内周には、ガスもしくは液体の内圧によりボス部１１を口金３０側へ押し付ける加圧空間ＰＳが形成された状態になる。

上記実施形態１によれば、ガスもしくは液体の内圧によりボス部１１を口金３０側へ押し付ける加圧空間ＰＳが形成されていることにより、ライナー１０に変形が生じた場合にあっても、ボス部１１は内圧により口金３０に押し付けられた状態になる。同時に、ボス部は口金に圧入されながら内圧により口金に押し付けられた状態になっている。このため、新たな部材を用いることなく簡単な構造でボス部１１と口金３０との接触面を確実にシールすることができ、ボス部１１と口金３０とのガス漏れを防止することができる。

この際、ボス部１１は、口金３０と附属品４０との間に挟まれた状態で挿入穴３０ａに挿入されたものであり、ボス部１１の内周面と附属品４０との間に加圧空間ＰＳになる隙間が形成されている。よって、口金３０に圧入溝３５を設ける等の口金３０の構造を複雑化することなく、シール性を確保することができる。

また、口金３０がボス部１１と接触する部位に通じる口金側通気孔３３を有する場合、ライナー１０とボス部１１との間において潜在的に漏洩する漏れたガスを口金側通気孔３３から回収することができる。

なお、図２においては２つのシール部材５１、５２が設けられている場合について例示しているが、この場合に限られず適宜シール部材を追加してもよい。図３は、図１の高圧容器の変形例を示す断面図である。図３において、ボス部１１と口金３０との間にシール部材５３が設けられている。これにより、口金３０とボス部１１とのシール性が確保され、シール部材５３によりガスの外部への漏洩が防止される。

実施形態２．
図４は本発明の高圧容器の実施形態２を示す断面図、図５は図４のボス部の一例を示す断面図であり、図４及び図５を参照して高圧容器１００について説明する。なお、図４及び図５の高圧容器１００において図２の高圧容器１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図４及び図５の高圧容器１００が図２の高圧容器１と異なる点は、口金１３０に加圧空間ＰＳが形成された構造である。

図４及び図５の口金１３０は、附属品４０を挿入する貫通孔１３０ａの外周側にボス部１１を圧入するための挿入穴１３１が形成されている。挿入穴１３１は、ボス部１１の内周面と外周面とを挟むように挿入される環状溝からなり、挿入穴１３１にボス部１１が圧入され固定される。また、挿入穴１３１におけるボス部１１の内周面と対向する対向面１３１ａには、加圧空間ＰＳになる溝が円周に沿って複数設けられている。複数の溝は、それぞれ例えば断面略円弧形状を有しており、ボス部１１の挿入方向に沿って形成されている。複数の溝は、それぞれライナー１０の内部空間に通じており、ボス部１１の内周面を口金３０側に押し付ける加圧空間ＰＳになっている。

上記実施形態２によれば、実施形態１と同様、ボス部の内周に、ガスもしくは液体の内圧によりボス部１１を口金３０側へ押し付ける加圧空間ＰＳが形成されていることにより、ボス部１１と口金３０との接触面を確実にシールすることができ、ボス部１１と口金３０とのガス漏れを防止することができる。さらに、樹脂製のボス部１１が金属製の口金３０に圧入される際、ボス部１１の外周面が口金３０から力を受けて、ボス部１１の径が減縮する。この際、減縮により生じるボス部１１の余分な樹脂は、加圧空間ＰＳになっている複数の溝において吸収させることができる。よって、圧入によるボス部１１の変形に起因するシール性の劣化を確実に防止することができる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。例えば図２において、口金３０に圧入溝３５が設けられている場合について例示しているが、圧入溝３５が設けられていない状態であってもボス部１１と附属品４０との間に加圧空間ＰＳになる隙間が形成されるものであれば、圧入溝を設けなくてもよい。さらに、図５における溝の数は、必要に応じて適宜設定することができる。

また、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３３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、１００ 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、１３０ 口金、３０ａ 挿入穴、３１ 円筒部、３２ フランジ部、３３ 口金側通気孔、３４ ネジ山、３５ 圧入溝、４０ 附属品、４１ 附属品側通気孔、５１、５２、５３ シール部材、６０ 漏洩検出センサ、１３０ａ 貫通孔、１３１ 挿入穴、１３１ａ 対向面、ＰＳ 加圧空間、Ｓ１ 内部空間。

Claims (6)

1. ガスもしくは液体を収容するものであって、外方に突出したボス部を有する樹脂製のライナーと、
   前記ボス部が挿入される挿入穴を備えた口金と、
   前記ライナーの外側及び前記口金の外側面を被覆する繊維強化樹脂と
   を備え、
   前記口金は、前記挿入穴に前記ボス部が圧入されることにより前記ライナーに固定されており、
   前記ボス部の内周には、前記ガスもしくは液体の内圧により前記ボス部を口金側へ押し付ける加圧空間が形成されていることを特徴とする高圧容器。
2. 前記口金における前記ボス部の外周面と接触する部位には、メッキ処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧容器。
3. 前記口金は、前記ボス部と接触する部位から外部に通じる口金側通気孔を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧容器。
4. 前記口金の前記ボス部と接触する部位には、シール部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧容器。
5. 前記口金に挿入される附属品をさらに備え、
   前記ボス部は、前記口金と前記附属品との間に挟まれた状態で前記挿入穴に挿入されたものであり、
   前記ボス部の内周面と前記附属品との間に加圧空間になる隙間が形成され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。
6. 前記口金の前記挿入穴は、前記ボス部の内周面と外周面とを挟むように挿入される環状溝であり、
   前記挿入穴における前記ボス部の内周面と対向する面には、加圧空間になる溝が円周に沿って複数設けられてい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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