JP2019056395A

JP2019056395A - 高圧容器

Info

Publication number: JP2019056395A
Application number: JP2017180237A
Authority: JP
Inventors: 雄基甲斐; yuki Kai; 統澤井; Osamu Sawai; 辰佳山下; Tatsuyoshi Yamashita; 祐介加門; Yusuke Kamon
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: JP6923403B2

Abstract

【課題】高圧容器の性能を維持しながら製造コストを抑制する。【解決手段】円筒状に形成された胴体部１４の軸方向の少なくとも一方側の開口された端部には、この開口を閉塞すると共に軸方向に沿って変位可能とされた口金２２が設けられている。したがって、胴体部１４の内部に収容された流体の圧力が増加した際に、口金２２を軸方向外側へ変位させて圧力を吸収できる。この口金２２と胴体部１４との間には、環状のシール部材３２が設けられており、シール部材３２によって胴体部１４と胴体部１４に対して変位する口金２２との間は密閉されているため、胴体部１４と口金２２との間からの流体の漏れを抑制することができる。これによって、胴体部１４を筒状にすることができるので、胴体部１４を押し出し成形により製造することで製造工数を抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、高圧容器に関する。

下記特許文献１には、高圧水素タンクが開示されている。この高圧水素タンクは、樽型に形成されたライナと、ライナに巻き付けられかつ繊維強化樹脂により構成された補強層とを含んで構成されている。この構成により、ライナの剛性が高められているため、内部に高圧の水素を収容可能とされている。

特開２００２−１８８７９４号公報

ところで、特許文献１に開示された樽型の高圧水素タンクは、ライナの軸方向両端部に口金が嵌め込み可能に形成されている。したがって、ライナ自体の製造工数が増加するため、製造コストが増大する可能性がある。したがって、上記先行技術はこの点で改良の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、性能を維持しながら製造コストを抑制することができる高圧容器を得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る高圧容器は、円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口された胴体部と、前記胴体部の前記開口を閉塞すると共に、前記胴体部の軸方向に沿って変位可能とされた口金と、前記胴体部と前記口金との間に設けられると共に環状に形成され、外側面が前記胴体部の内壁に当接する第１当接壁部と、当該第１当接壁部に対向しかつ内側面が前記口金の側壁に当接する第２当接壁部とで周方向に直交する断面形状が前記胴体部の軸方向内側に向けて開口されたシール部材と、前記シール部材の前記第１当接壁部と前記第２当接壁部との間に圧入されたＯリングと、を有している。

請求項１に記載の発明によれば、円筒状に形成された胴体部の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する。）の少なくとも一方側の開口された端部には、この開口を閉塞すると共に軸方向に沿って変位可能とされた口金が設けられている。したがって、胴体部の内部に収容された流体の圧力が増加した際に、口金を軸方向外側へ変位させて圧力を吸収できる。この口金と胴体部との間には、環状のシール部材が設けられており、シール部材の第１当接壁部の外側面は胴体部の内壁に当接されていると共に、シール部材の第２当接壁部の内側面は口金の側壁に当接されている。つまり、シール部材によって胴体部と胴体部に対して変位する口金との間は密閉されているため、胴体部と口金との間からの流体の漏れを抑制することができる。これによって、胴体部を筒状にすることができるので、胴体部を押し出し成形により製造することで製造工数を抑制することができる。

一方、シール部材の第１当接壁部と第２当接壁部との間には、Ｏリングが圧入されていることから、第１当接壁部及び第２当接壁部は胴体部側及び口金側へそれぞれ付勢されている。したがって、胴体部の内部の流体の圧力の変化により胴体部が径方向に変形した場合でも、シール部材は胴体部の変形に追従するため、胴体部と口金との間から流体が漏れるのを抑制することができる。また、シール部材は、周方向に直交する断面形状が軸方向内側に向かって開口しているため、胴体部の内部の流体の圧力が増加すると、流体はシール部材の開口を経てシール部材の第１当接壁部及び第２当接壁部を胴体部側及び口金側へそれぞれ押し付けるように作用する。これによって、胴体部内の流体の圧力が高くなって口金が軸方向外側に変位した場合でも、胴体部と口金との間から流体が漏れるのを抑制することができる。ところで、軸方向に変位する口金に追従してシール部材が変位する場合、胴体部及び口金とシール部材との間の摩擦力によって第１当接壁部及び第２当接壁部には軸方向に沿った剪断力が発生する。しかしながら、第１当接壁部及び第２当接壁部には、圧入されたＯリングとの摩擦力が上述の剪断力をキャンセルする方向に作用するため、第１当接壁部及び第２当接壁部が剪断力によって引き伸ばされるのを抑制することができる。つまり、第１当接壁部及び第２当接壁部が引き伸ばされて損傷するのを抑制することができる。

請求項１記載の本発明に係る高圧容器は、製造コストを抑制することができるという優れた効果を有する。

一実施形態に係る高圧容器を示す側面図である。図１におけるＡ−Ａ線に沿って切断した状態を示す断面図である。図２におけるＺ部を示す拡大図である。図３におけるＹ部を示す拡大図である。

以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る高圧容器の一実施形態について説明する。

図示しない車両に設けられたタンクモジュールは、図１に示される高圧容器としての高圧タンク１０を複数組み合わせることで構成されており、一例として、燃料電池車両のフロアパネル（不図示）の車両下方側に複数並べた高圧タンク１０同士を連結させた構成とされている。

高圧タンク１０は、一例として車両前後方向を軸方向（長手方向）とする略円柱状に形成されている。この高圧タンク１０は、図２に示されるように、胴体部１４と、第１繊維強化樹脂部材１６と、第２繊維強化樹脂部材１８と、を含んで構成されている。胴体部１４は、軸方向の両端部が開口された円筒状に形成されかつ一例としてアルミニウム合金により構成されている。なお、胴体部１４は、フロアパネルの車両下方側の空いているスペース内に収容可能な径寸法とされている。

第１繊維強化樹脂部材１６は、シート状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）を胴体部１４の外周面２０（図３参照）に巻き付けることで構成されている。この第１繊維強化樹脂部材１６の内部には、図示しない炭素繊維が胴体部１４の周方向に沿って配列されている。換言すると、第１繊維強化樹脂部材１６の繊維方向は、胴体部１４の周方向とされている。

胴体部１４の軸方向一方側の端部の内部には、口金２２が挿入されている。この口金２２は、胴体部１４に対して軸方向に沿って相対移動可能とされている。なお、高圧タンク１０の胴体部１４における軸方向他方側の端部は、胴体部１４における軸方向一方側の端部と同様に、内部に口金２２が軸方向に沿って相対移動可能に挿入されている。

口金２２は、軸方向外方側に向かって凸となりかつ車両前後方向を軸方向とする略半球状に形成されている。この口金２２は、胴体挿入部２４と、連通流路２６とを有している。胴体挿入部２４は、軸方向内方側へ向かって突出された略円柱状に形成されている。

図３に示されるように、胴体挿入部２４の側壁２８は、胴体部１４の内壁４２に対向して配置されている。また、胴体挿入部２４の先端部には、外縁部を切り欠くことで形成されたパッキン収容部３０が設けられており、このパッキン収容部３０の内部にシール部材３２が収められている。

シール部材３２は、胴体部１４の中心軸Ｃを中心としたゴム製の環状に形成されており、第１当接壁部３４と、第２当接壁部３６と、を含んで構成されている。第１当接壁部３４は、略軸方向に沿って延設されている。また、第２当接壁部３６は、第１当接壁部３４と対向しかつ第１当接壁部３４に対して胴体部１４の径方向内側に配置されると共に、軸方向に沿って延設されている。そして、第１当接壁部３４の軸方向外側部と第２当接壁部３６の軸方向外側部とは、胴体部１４の径方向に連結されている。これにより、シール部材３２は、周方向に直交する断面形状が軸方向内側に向けて開口された略Ｃ字状とされている。なお、図４に示されるように、第１当接壁部３４における胴体部１４の径方向の外側面４０は、胴体部１４の内壁４２に当接されており、第２当接壁部３６における胴体部１４の径方向の内側面４４は、口金２２のパッキン収容部３０における側壁４６に当接されている。また、本実施形態ではシール部材３２は、ゴム製とされているが、これに限らず、樹脂等その他の材料により構成されていてもよい。さらに、シール部材３２は、周方向に直交する断面形状が略Ｃ字状とされているが、これに限らず、軸方向内側に向けて開口されたコの字状やＵ字状等とされていてもよい。

シール部材３２の第１当接壁部３４と第２当接壁部３６との間には、Ｏリング３５が圧入されている。このＯリング３５は、一例としてゴム製とされており、第１当接壁部３４の内側面４１から第２当接壁部３６の内側面４５に亘って当接されている。なお、第１当接壁部３４及び第２当接壁部３６の先端部は、Ｏリング３５と当接しないよう構成されている。

図３に示されるように、胴体挿入部２４の端面２５には、複数（本実施形態では一例として４つ）の締結孔５０が形成されている。また、端面２５には、円盤状に形成された保持板５２が当接されており、この保持板５２は、軸方向視にて中心部に口金２２の凹部５４と連続する連通孔５６が形成されている。さらに、保持板５２には、端面２５の締結孔５０に対応した位置に板厚方向に貫通された貫通孔５８が形成されており、この貫通孔５８と端面２５の締結孔５０とにボルト６０をそれぞれ挿通させて締結することで、端面２５に保持板５２が取り付けられている。なお、保持板５２の径は、胴体挿入部２４の一般部（パッキン収容部３０以外の部位）と略同一に設定されている。つまり、保持板５２の外周面６２は、胴体部１４の内壁４２と対向されている。以上の口金２２における胴体挿入部２４によって、胴体部１４の軸方向一方側の端部と他方側の端部とがそれぞれ閉塞されている。

第２繊維強化樹脂部材１８は、第１繊維強化樹脂部材１６及び口金２２の外側面に設けられている。具体的には、第２繊維強化樹脂部材１８は、第１繊維強化樹脂部材１６と同様にシート状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）とされており、第１繊維強化樹脂部材１６及び口金２２の外側面に、この第２繊維強化樹脂部材１８が軸方向に沿って一体的に巻き付けられている。第２繊維強化樹脂部材１８の内部には、図示しない炭素繊維が軸方向に沿って配列されている。換言すると、第２繊維強化樹脂部材１８の繊維方向は、胴体部１４の軸方向とされている。なお、第２繊維強化樹脂部材１８の繊維量は、第１繊維強化樹脂部材１６の繊維量の半分とされている。また、第２繊維強化樹脂部材１８は、軸方向に沿って弾性的に多少の伸縮が可能とされている。

口金２２内の連通流路２６には、図示しないバルブが接続可能とされており、これにより連通流路２６内を流れる流体の量をコントロール可能とされている。そして、連通流路２６は、図示しない燃料電池スタックや供給パイプ等に接続されている。

（作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

本実施形態では、図２に示されるように、円筒状に形成された胴体部１４の軸方向の少なくとも一方側の開口された端部には、この開口を閉塞すると共に軸方向に沿って変位可能とされた口金２２が設けられている。したがって、胴体部１４の内部に収容された流体の圧力が増加した際に、口金２２を軸方向外側へ変位させて圧力を吸収できる。この口金２２と胴体部１４との間には、環状のシール部材３２が設けられており、図４に示されるように、シール部材３２の第１当接壁部３４の外側面４０は胴体部１４の内壁４２に当接されていると共に、シール部材３２の第２当接壁部３６の内側面４４は口金２２のパッキン収容部３０における側壁４６に当接されている。つまり、シール部材３２によって胴体部１４と胴体部１４に対して変位する口金２２との間は密閉されているため、胴体部１４と口金２２との間からの流体の漏れを抑制することができる。これによって、胴体部１４を筒状にすることができるので、胴体部１４を押し出し成形により製造することで製造工数を抑制することができる。

一方、シール部材３２の第１当接壁部３４と第２当接壁部３６との間には、Ｏリング３５が圧入されていることから、第１当接壁部３４及び第２当接壁部３６は胴体部１４側及び口金２２側へそれぞれ付勢されている。したがって、胴体部１４の内部の流体の圧力の変化により胴体部１４が径方向に変形した場合でも、シール部材３２は胴体部１４の変形に追従するため、胴体部１４と口金２２との間から流体が漏れるのを抑制することができる。また、シール部材３２は、周方向に直交する断面形状が軸方向内側に向かって開口しているため、胴体部１４の内部の流体の圧力が増加すると、流体はシール部材３２の開口を経てシール部材３２の第１当接壁部３４及び第２当接壁部３６を胴体部１４側及び口金２２側へそれぞれ押し付けるように作用することから、胴体部１４内の流体の圧力が高くなって口金２２が軸方向外側に変位した場合でも、胴体部１４と口金２２との間から流体が漏れるのを抑制することができる。ところで、軸方向に変位する口金２２に追従してシール部材３２が変位する場合、胴体部１４及び口金２２とシール部材３２との間の摩擦力によって第１当接壁部３４及び第２当接壁部３６には軸方向に沿った剪断力が発生する。しかしながら、第１当接壁部３４及び第２当接壁部３６には、圧入されたＯリング３５との摩擦力が上述の剪断力をキャンセルする方向に作用するため、第１当接壁部３４及び第２当接壁部３６が剪断力によって引き伸ばされるのを抑制することができる。つまり、第１当接壁部３４及び第２当接壁部３６が引き伸ばされて損傷するのを抑制することができる。これにより、性能を維持しながら製造コストを抑制することができる。

なお、本実施形態ではＯリング３５は、ゴム製とされているが、これに限らず、シール部材３２との間に摩擦力が発生する素材であれば樹脂等その他の材料により構成されていてもよい。

また、口金２２は、胴体部１４における軸方向一方側の端部と他方側の端部との内部にそれぞれ挿入された構成とされているが、これに限らず、胴体部１４における軸方向の少なくとも一方の端部にのみ口金２２が設けられた構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０高圧タンク（高圧容器）
１４胴体部
２２口金
３２シール部材
３４第１当接壁部
３５Ｏリング
３６第２当接壁部
４０外側面
４２内壁
４４内側面
４６側壁

Claims

円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口された胴体部と、
前記胴体部の前記開口を閉塞すると共に、前記胴体部の軸方向に沿って変位可能とされた口金と、
前記胴体部と前記口金との間に設けられると共に環状に形成され、外側面が前記胴体部の内壁に当接する第１当接壁部と、当該第１当接壁部に対向しかつ内側面が前記口金の側壁に当接する第２当接壁部とで周方向に直交する断面形状が前記胴体部の軸方向内側に向けて開口されたシール部材と、
前記シール部材の前記第１当接壁部と前記第２当接壁部との間に圧入されたＯリングと、
を有する高圧容器。