JP2019074138A - ガスタンクの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスタンクの気密試験に用いられる検査ガスを再利用して気密試験に要する費用を低減することのできる繊維強化熱硬化樹脂からなるガスタンクの製造装置を提供すること。【解決手段】ガスタンクの製造装置1は、ライナーの外周に巻き付けられた繊維強化熱硬化樹脂層を加熱して樹脂を硬化させる加熱硬化炉121と、製造後のガスタンクの漏れを検査するガスタンク検査部200を付設している。ガスタンク検査部200は、漏れ検査後にガスタンク300内に充填されている検査ガスを排気する排気経路P12,P13を備えており、排気経路P13の下流部は加熱硬化炉121に接続している。排気経路P12,P13からの低温の検査ガスは、加熱硬化炉121内において、熱硬化後の繊維強化熱硬化樹脂層の冷却に供される。【選択図】図1
Description
本発明は、ガスタンクの製造装置、特に、繊維強化熱硬化樹脂からなるガスタンクの製造装置に関する。
特許文献1に記載のように、ガラスクロスや炭素繊維のような繊維束にエポキシなどの熱硬化性樹脂を含浸させ半硬化状態にした繊維強化熱硬化樹脂を用いて、高圧用のガスタンクを製造することが行われる。繊維強化熱硬化樹脂はフィラメントワインディング法やテープワインディング法などによってライナーの外周面に巻き付けられた後、加熱硬化炉で樹脂の熱硬化処理が行われ、樹脂硬化後に、適宜の冷却機によって、加熱した硬化樹脂に対する冷却処理が施される。
製造後のガスタンクの気密性を検査することも行われる。通常、ガスタンクの気密試験は、検査対象のガスタンク内に検知ガス(例えばヘリウムガス)と不活性ガス(例えば窒素ガス)の混合ガスを充填し、ガスタンクから漏れ出す検知ガス量を測定することで行われる。特許文献2にはその一例が記載されており、そこでは、気密試験後、これらのガスは大気中に排気される。
繊維強化熱硬化樹脂からなるガスタンクの製造装置において、熱硬化後の樹脂を冷却するために、通常、加熱硬化炉に対応した数の冷却機を設けるようにしており、多額の設備投資が必要となっており、冷却に要する費用の低減が一つの課題となっている。一方、ガスタンクの気密試験に用いられる高圧窒素ガス等は、これまでは、気密試験終了後にそのまま大気中に排出されており、その量も大量であることから、再利用してコストの低減を図ることが、課題となっている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ガスタンクの製造装置において必要とされている冷却機に要する費用を低減すること、およびガスタンクの気密試験に用いられる検査ガスを再利用して気密試験に要する費用を低減すること、の双方を同時に満足することのできる、繊維強化熱硬化樹脂からなるガスタンクの製造装置を提供することを課題とする。
本発明によるガスタンクの製造装置は、ライナーの外周に繊維強化熱硬化樹脂層を備えるガスタンクの製造装置であって、前記ガスタンクの製造装置は、ライナーの外周に巻き付けられた繊維強化熱硬化樹脂層を加熱して樹脂を硬化させる加熱硬化炉を備えており、さらに、前記ガスタンクの製造装置は、製造後のガスタンクの漏れを検査するガスタンク検査部を付設しており、前記ガスタンク検査部は、漏れ検査後にガスタンク内に充填されている検査ガスを排気する排気経路を備えており、前記排気経路の下流部は前記加熱硬化炉に接続していて該排気経路からの検査ガスは熱硬化後の前記繊維強化熱硬化樹脂層の冷却に供されることを特徴とする。
本発明に係るガスタンクの製造装置では、付設するガスタンク検査部で使用した検査ガスを、ライナーの外周に巻き付けた加熱硬化後の高温の繊維強化熱硬化樹脂層を冷却するのに再利用することができる。それにより、ガスタンクの気密試験に要する費用を低減することができることに加え、冷却用媒体として、前記検査ガスを用いることで、冷却に要する費用も低減することができる。
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、実施の形態にかかるガスタンクの製造装置の概略図である。図1に示すように、ガスタンクの製造装置1は、ガスタンク製造部100と、ガスタンク検査部200とを備える。
ガスタンク製造部100は、ライナーの外周へ繊維強化熱硬化樹脂を巻き付けて強化繊維層を形成する強化繊維巻き付け部110と、強化繊維巻き付け部110でライナーに巻き付けられた強化繊維に熱を加えて硬化させるための加熱硬化部120とで構成される。強化繊維巻き付け部110は、例えば前記特許文献1に記載されるような従来知られたものであってよい。加熱硬化部120も同様に従来知られたものであってよい。ここでは、加熱硬化部120は複数個の加熱硬化炉121により構成されており、各加熱硬化炉121には、後記するように、ガスタンク検査部200から排気される検査ガスがそれぞれ供給されるようになっている。
ガスタンク検査部200は、検査対象である製造後のガスタンク300にガス漏れがあるかどうかを検査するためのものである。なお、ここで製造後のガスタンク300とは、ガスタンク製造部100の加熱硬化部120において、加熱硬化処理が終了し、製品として実使用に供される直前のガスタンクを言っている。
図示の例において、ガスタンク検査部200は、検査ガス供給部20と、ガス漏れ検査部30とを備えている。検査ガス供給部20によって、検査ガス(不活性ガスおよび検知ガス)が検査対象のガスタンク300へ送給され充填される。その後、ガス漏れ検査部30によってガスタンク300の気密試験が行われ、ガスタンク300のガス漏れの有無が検査される。検査後に、検査に用いられた検査ガスは、配管を介して前記したガスタンク製造部100へ送られ、加熱硬化炉121で加熱硬化処理された繊維強化熱硬化樹脂層の冷却に供される。なお、本実施の形態では、窒素ガスを検査用の不活性ガスとして、ヘリウムガスを検知ガスとして用いているが、不活性ガスおよび検知ガスとして使用できる気体であればどのようなガスを用いてもよい。
検査ガス供給部20について、その一例を説明する。検査ガス供給部20は、ガスタンク300に検査ガスを供給する。この例では、検査ガス供給部20は、液体窒素タンク21と、液ポンプ23と、熱交換器24と、ヘリウムタンク25と、予混合器27と、流量制御弁V1、V2、V3、V4、V7と、停止弁V5と、減圧弁V6と、配管P1〜P9とを備える。
液体窒素タンク21には窒素22が貯蔵されている。窒素22は、少なくとも一部が液相となるように低温状態で収容されている。なお、本明細書では液体状の窒素22を液体窒素22、気体状の窒素を窒素ガス22、とも記載する。検査で用いられる窒素22は、液体窒素タンク21から供給される。液ポンプ23は、窒素22を低圧から高圧へ加圧できるポンプであり、液体窒素タンク21から供給された窒素22を圧送するための装置である。また、液ポンプ23は、窒素22の供給量を任意に決定することができる。熱交換器24は、低温状態で供給される窒素22を常温程度まで温めるための装置である。
ヘリウムタンク25には、検知ガスであるヘリウムガス26が充填されている。予混合器27は、窒素ガス22およびヘリウムガス26をガスタンク300へ充填する前に、窒素ガス22およびヘリウムガス26を事前に混合するための装置である。図1に示すように、それぞれの装置は、配管P1〜P9で接続されており、配管には上述の弁V1〜V7が設けられている。
ガス漏れ検査部30について、その一例を説明する。ガス漏れ検査部30は、ガスタンク300のガス漏れを気密試験によって検査するための装置である。ガス漏れ検査部30は、ガスタンク300と、チャンパー31と、ガス分析器32と、真空ポンプ33と、流量制御弁V8、V9、V10と、減圧弁V11と、配管P10、P11、P12とを備える。ガスタンク300はチャンバー31に収容されており、検査ガスを流入するための入口配管P10と検査ガスを排気するための出口配管P11とを備える。ガス分析器32および真空ポンプ33はチャンパー31と接続されており、気密試験において、真空ポンプ33によりチャンバー31内を真空にし、ガスタンク300からチャンパー31内へと漏れ出た検知ガスをガス分析器32を用いて測定する。なお、本実施の形態においては、検査ガス供給部20およびガス漏れ検査部30を以上のような構成としたが、高圧ガスを用いた気密試験を行うための装置の構成であれば、どのような構成であってもよい。
前記加熱硬化部120は、出口配管P11と流量制御弁V9、V10および減圧弁V11を介して接続する配管P12により、ガス漏れ検査部30と接続している。配管P12は切替弁V12を介して配管P13に接続しており、該配管P13の下流側が減圧弁P13を介して、加熱硬化部120における各加熱硬化炉121に繋がっている。また、配管P13には、切替弁V12と減圧弁V13との間で、流量制御弁V14を備えた外気導入用の配管P14が接続している。配管P14は常温である圧縮空気源に接続しており、配管P13を流れる検査ガスの温度に応じて、切替弁V14を制御して適量の空気(外気)を配管P13に導入する。
次に、図1を用いて、ガスタンクの製造装置1において、検査ガス(窒素ガス22およびヘリウムガス26)が検査ガス供給部20からガス漏れ検査部30へ送られ、ガスタンク300の気密試験に使用された後、ガスタンク製造部100へと送られて再利用されるまでの一連の流れについて、以下に説明する。
液体窒素タンク21に充填されている窒素22は、配管P1を通り、液ポンプ23へ送られる。液ポンプ23へ送られた窒素22は液ポンプ23により加圧され、配管P2へ送られる。配管P2へ送られた窒素22は、常温の配管P3および低温の配管P5に分岐されて下流へ送られた後、配管P6で合流する。
常温の配管P3には熱交換器24が設置されており、窒素(窒素ガス)22の温度を常温程度まで上げることができる。また、常温の窒素ガス22および低温の窒素ガス22の混合割合は、流量制御弁V1〜V4の調節により所望の割合に設定できる。常温の窒素ガス22と低温の窒素ガス22の混合割合を変化させることで、気密試験で用いられる窒素ガス22の温度を所望する温度に任意に調整することが可能である。温度が調整された後の窒素ガス22は、配管P6,P7および配管P9を経由し、予混合器27へ送られる。
ヘリウムタンク25に充填されているヘリウムガス26は、減圧弁V6で減圧された後、流量制御弁V7,配管P8およびP9を経由し、予混合器27へ送られる。予混合器27において、窒素ガス22とヘリウムガス26とが混合される。窒素ガス22とヘリウムガス26との混合割合は、窒素ガス系統の流量制御弁V1〜V4とヘリウムガス系統の流量制御弁V7とを調整することで任意に設定することができる。
その後、予混合器27で混合された窒素ガス22およびヘリウムガス26を用いてガスタンク300の気密試験を行う。図2は、本実施の形態にかかるガスタンク検査部200を用いたガスタンク気密試験における、ガスタンク300の圧力変化と温度変化の結果を示したグラフである。横軸に時間を示し、縦軸にタンク圧力(MPa)および温度(℃)を示す。
ガスタンク300の気密試験を行う際は、まず、予混合器27において混合された検査ガス(窒素ガス22およびヘリウムガス26)をガスタンク300に充填する。具体的には、図1の弁V5、および流量制御弁V7、V9、V10を閉じた状態で、流量制御弁V8を開く。これにより、予混合器27において混合された検査ガスが、配管P9、流量制御弁V8、配管P10を経由し、ガスタンク300へ充填される。このとき、図2の期間t1に示すように、ガスタンク300の圧力が上昇する。また、ガスタンク300の内での混合ガスの断熱圧縮により温度も上昇していく。
その後、検査ガスが充填されたガスタング300に、窒素ガス22を更に充填する。具体的には、図1の流量制御弁V1〜V4、V8、停止弁V5を開状態、流量制御弁V7、V9、V10を閉状態にする。これにより、液体窒素タンク21より送られた窒素ガス22がガスタンク300に充填される。ガスタンク300に窒素ガス22を充填した後、図1の流量制御弁V8、V9を閉状態にする。このような動作により、図2の期間t2に示すように、ガスタンク300の圧力がさらに上昇する。また、ガスタンク300の内での混合ガスの温度もさらに上昇していく。例えば、このときのガスタンク300の最高到達圧力は87.5MPa、窒素ガス22とヘリウムガス26の混合割合は、窒素:ヘリウム=99%:1%である。
次に、ガスタンク300が収容されているチャンバー31内を真空にする。具体的には、チャンパー31に接続されている真空ポンプ33を用いて真空引きし、チャンバー31内を真空にする。チャンバー31内が真空になると、チャンパー31内の圧力とガスタン300内の圧力との差が大きくなる。よって、ガスタンク300にリーク箇所がある場合は、ガスタンク300に充填されている検査ガスがリーク箇所からリークする。ガスタンク300からチャンバー31内に検査ガスがリークすると、図2の期間t3に示すように、ガスタンク300内の圧力が減少する。また、それに応じて検査ガスの温度もわずかに低下する。
次に、図2の期間t4において、ガスタンク300のガス漏れの有無を検知する。具体的には、チャンバー31に接続されているガス分析器32を用いて、検査ガスに含まれるヘリウムガス26の濃度を検査する。つまり、ガスタンク300にリーク箇所がある場合は、このリーク箇所から検査ガスがリークする。検査ガスにはヘリウムガス26が含まれているので、このヘリウムガス26の濃度を、ガス分析器32を用いて分析することで、ガスタンク300のガス漏れの有無やガス漏れの程度を検知することができる。
上記のようにしてガスタンク300のガス漏れの有無を検知した後、ガスタンク300に充填されている検査ガスを排気する。具体的には、ガスタンク300の気密試験後、図1の流量制御弁V9、V10、減圧弁V11を開状態にする。また、切替弁V12を用いて、配管P12と配管P13とを接続する。これにより、ガスタンク300に充填されている検査ガス(窒素ガス22とヘリウムガス26)が、配管P11、流量制御弁V9、V10、減圧弁V11を経由することで徐々に脱圧し、さらに、配管P12、P13を経由し、減圧弁V13によって所定の圧力に減圧された後、加熱硬化部120に流入して、各加熱硬化炉121内に供給される。このとき、図2の期間t5に示すように、ガスタンク300に充填されている検査ガスが加熱硬化炉121内に移動することで、ガスタンク300内の圧力が徐々に低下するとともに、加圧状態にあった検査ガスの圧力が開放されることで、検査ガスの温度も脱圧と平行して降下していく。検査用の不活性ガスとして液体窒素を用いた場合には、通常、−60℃〜−40℃程度にまで温度降下した検査ガス(主に窒素ガス22)が、前記したように、各加熱硬化炉121内に入り込み、そこで熱硬化後のタンクの冷却に再利用される。
加熱硬化部120で必要とする冷却用ガス以上の量の検査ガスがガスタンク300から排気されるときには、切替弁V12を切り替えて、ガスタンク300から排気された検査ガスの一部を大気開放する。また、配管P14は常温である圧縮空気源に接続しており、配管P13を流れる検査ガスの温度変化に応じて、切替弁V14を制御して空気導入量を調整して、検査ガスの温度を適温に維持することもできる。
図3は、加熱硬化炉121内での、熱硬化性樹脂を熱硬化するときの時間と樹脂温度の関係の一例を示すグラフであり、加熱により樹脂温度は時間と共に上昇し、150℃程度に一定時間維持されることで、硬化処理が終了し、以後、冷却期間となる。この冷却に、前記のように−60℃〜−40℃である低温の検査ガスを再利用することで、従来から使用されている冷却機の使用頻度を低減することができ、トータルとしてのガスタンクの製造コストの低減が可能となる。
前記したように、従来の技術では、ガスタンクの気密試験で用いられる高圧ガス(窒素ガス)は、気密試験終了後、再利用されることなく大気中に排気されていた。しかしながら、気密試験に用いられる窒素ガスの量は膨大(例えば、30m3/本)であるため、気密試験に用いられた窒素ガスを再利用することなく排気すると、大量の窒素ガスが無駄になるという問題があった。
そこで本実施の形態では、ガス漏れ検査部30から排出される通常−60℃〜−40℃の低温となる検査ガス(窒素ガス)をガスタンク製造部100における加熱硬化炉121に送り込むことで、その冷熱としてのエネルギーを、加熱硬化炉121での加熱により高温となったガスタンクの繊維強化熱硬化樹脂層の冷却に効果的に利用することが可能となる。
1…ガスタンクの製造装置、
100…ガスタンク製造部、
110…強化繊維巻き付け部、
120…加熱硬化部、
121…加熱硬化炉、
200…ガスタンク検査部、
20…検査ガス供給部、
21…液体窒素タンク、
22…窒素(液体窒素、窒素ガス)、
23…液ポンプ、
24…熱交換器、
25…ヘリウムタンク、
26…ヘリウムガス、
27…予混合器、
30…ガス漏れ検査部、
31…チャンパー、
32…ガス分析器、
33…真空ポンプ、
300…検査対象である製造後のガスタンク、
V1〜V14…弁、
P1〜P14…配管。
100…ガスタンク製造部、
110…強化繊維巻き付け部、
120…加熱硬化部、
121…加熱硬化炉、
200…ガスタンク検査部、
20…検査ガス供給部、
21…液体窒素タンク、
22…窒素(液体窒素、窒素ガス)、
23…液ポンプ、
24…熱交換器、
25…ヘリウムタンク、
26…ヘリウムガス、
27…予混合器、
30…ガス漏れ検査部、
31…チャンパー、
32…ガス分析器、
33…真空ポンプ、
300…検査対象である製造後のガスタンク、
V1〜V14…弁、
P1〜P14…配管。
Claims (1)
- ライナーの外周に繊維強化熱硬化樹脂層を備えるガスタンクの製造装置であって、
前記ガスタンクの製造装置は、ライナーの外周に巻き付けられた繊維強化熱硬化樹脂層を加熱して樹脂を硬化させる加熱硬化炉を備えており、さらに、
前記ガスタンクの製造装置は、製造後のガスタンクの漏れを検査するガスタンク検査部を付設しており、
前記ガスタンク検査部は、漏れ検査後にガスタンク内に充填されている検査ガスを排気する排気経路を備えており、
前記排気経路の下流部は前記加熱硬化炉に接続していて該排気経路からの検査ガスは熱硬化後の前記繊維強化熱硬化樹脂層の冷却に供されることを特徴とするガスタンクの製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017200502A JP2019074138A (ja) | 2017-10-16 | 2017-10-16 | ガスタンクの製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017200502A JP2019074138A (ja) | 2017-10-16 | 2017-10-16 | ガスタンクの製造装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019074138A true JP2019074138A (ja) | 2019-05-16 |
Family
ID=66543077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017200502A Pending JP2019074138A (ja) | 2017-10-16 | 2017-10-16 | ガスタンクの製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019074138A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118090086A (zh) * | 2024-04-26 | 2024-05-28 | 江苏宝祥气体有限公司 | 一种附带环境模拟功能的储气罐用气密性检测设备 |
-
2017
- 2017-10-16 JP JP2017200502A patent/JP2019074138A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN118090086A (zh) * | 2024-04-26 | 2024-05-28 | 江苏宝祥气体有限公司 | 一种附带环境模拟功能的储气罐用气密性检测设备 |
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