JP2019158005A - 高圧容器 - Google Patents

Abstract

【課題】気密性を維持できる高圧容器を得る。【解決手段】シール部材３２には、金属により構成された補強部材３２Ｂの少なくとも一部が内部に設けられている。したがって、口金２２が変位することでシール部材３２に負荷が加わった際に、補強部材３２Ｂによってシール部材３２の大きな変形を抑制してシール部材３２の変形を抑制することができる。また、シール部材３２は、シール部材３２の周方向の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字状に形成されている。したがって、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を軸方向外側へと押圧するように作用するが、この際に軸方向内側に向けて開口された略Ｃ字状の補強部材３２Ｂは、シール部材３２の第１当接壁部３２ＢＣ及び基端部３２ＡＡ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弾性変形する。これにより、気密性を維持できる。【選択図】図４

Description

本発明は、高圧容器に関する。

下記特許文献１には、高圧容器である高圧ガスタンクが開示されている。この高圧ガスタンクは、樹脂製のライナと、ライナの開口部に挿入される口金とを有している。ライナと口金との間には、シール部材が設けられており、ライナと口金との間の気密性を維持している。

特開２０１２−３６９５２号公報

ところで、特許文献１に開示された高圧ガスタンクでは、シール部材はゴム製のＯリングとされている。一般的に、高圧の流体を内部に収容しまた放出する高圧ガスタンクでは、樹脂製のライナが膨張と収縮とを繰り返す。このため、ライナの膨張時には、Ｏリングとライナとが離間して気密性を十分に維持できない可能性がある。一方、ライナの収縮時には、Ｏリングに負荷が加わることでＯリングが損傷し、ライナの膨張時と同様に気密性を十分に維持できない可能性がある。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、気密性を維持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略Ｃ字状とされていると共に、金属により構成された補強部材の少なくとも一部が内部に設けられているシール部材と、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。

ここで、シール部材には、金属により構成された補強部材の少なくとも一部が内部に設けられている。したがって、口金が変位することでシール部材に負荷が加わった際に、補強部材によってシール部材の大きな変形を抑制してシール部材の変形を抑制することができる。また、シール部材は、シール部材の周方向の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字状に形成されている。したがって、胴体部内部の流体の圧力が増加すると、流体はシール部材を軸方向外側へと押圧するように作用するが、この際に軸方向内側に向けて開口された略Ｃ字状の補強部材は、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弾性変形する。これによって、胴体部内の流体の圧力が高くなって胴体部が膨張した場合でも、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。

請求項１記載の本発明に係る高圧容器は、気密性を維持できるという優れた効果を有する。

第１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Ｘ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。 第２実施形態に係る高圧容器を示す図４に対応した拡大図である。

（第１実施形態）
以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る高圧容器の第１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の外壁１４Ａ（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。つまり、口金２２は、軸方向に一対設けられている。

口金２２は、軸方向外方側に向かって凸状となると共に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１４Ｂ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を中心とした環状に形成されており、図４に示されるように、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の樹脂により構成されたシール本体部３２Ａと、金属により構成された補強部材３２Ｂとを有している。シール本体部３２Ａは、口金２２の胴体挿入部２４に当接する第２当接壁部としての基端部３２ＡＡと、基端部３２ＡＡの軸方向外側から胴体部１４の径方向（以下、単に「径方向」と称する。）外側へと突出された突出部３２ＡＢとで周方向の直交する断面が略Ｌ字状に形成されている。突出部３２ＡＢの先端部は、胴体部１４の内壁１４Ｂに当接されている。

補強部材３２Ｂは、基端部３２ＢＡと、連結部３２ＢＢと、第１当接壁部３２ＢＣとで周方向に直交する断面が略Ｃ字状に形成されている。基端部３２ＢＡは、径方向を板厚方向とする略板状に形成されており、シール部材３２の基端部３２ＡＡの内部に設けられている。

第１当接壁部３２ＢＣは、基端部３２ＢＡと対向しかつ基端部３２ＢＡに対して径方向外側に配置されている。また、第１当接壁部３２ＢＣは、径方向を板厚方向とする略板状に形成されていると共に、軸方向における略中央部が径方向外側へと屈曲されている。この屈曲された部位が、胴体部１４の内壁１４Ｂに当接されている。

連結部３２ＢＢは、基端部３２ＢＡの軸方向外側の端部と、第１当接壁部３２ＢＣの軸方向外側の端部とを径方向に連結している。なお、連結部３２ＢＢ及び第１当接壁部３２ＢＣにおける軸方向外側の一部は、シール部材３２の突出部３２ＡＢの内部に設けられている。換言すると、補強部材３２Ｂは、第１当接壁部３２ＢＣの一部を露出させた状態でシール部材３２にインサートされている。これによって、シール部材３２は、シール本体部３２Ａと、補強部材３２Ｂとで軸方向内側へ向けて開口された略Ｃ字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の外径は、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１４Ｂ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が略軸方向に沿って一体的に巻き付けられている（図１参照）。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の略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。

（第１実施形態の作用・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における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の第１当接壁部３２ＢＣの外側面（径方向外側の外周面）は胴体部１４の内壁に当接されていると共に、シール部材３２の基端部３２ＡＡの内側面（径方向内側の内周面）は口金２２の側壁２８に当接されている（図４参照）。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。

ここで、図４に示されるように、シール部材３２には、金属により構成された補強部材３２Ｂの少なくとも一部が内部に設けられている。したがって、口金２２が変位することでシール部材３２に負荷が加わった際に、補強部材３２Ｂによってシール部材３２の大きな変形を抑制してシール部材３２の変形を抑制することができる。また、シール部材３２は、シール部材３２の周方向の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字状に形成されている。したがって、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を軸方向外側へと押圧するように作用するが、この際に軸方向内側に向けて開口された略Ｃ字状の補強部材３２Ｂは、シール部材３２の第１当接壁部３２ＢＣ及び基端部３２ＡＡ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弾性変形する。これによって、胴体部１４内の流体の圧力が高くなることで口金２２が軸方向外側に変位した場合や、胴体部１４が径方向にて膨張する場合でも、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。これにより、気密性を維持できる。

また、第１当接壁部３２ＢＣは、補強部材３２Ｂの一部とされていることから、金属により構成されている。したがって、第１当接壁部３２ＢＣが弾性部材で構成されている場合と比較して胴体部１４の内壁１４Ｂと当接する部位の摩擦力を低減することができる。したがって、胴体部１４内部における流体の圧力の増加及び減少に伴う口金２２の変位が容易となる。また、シール部材３２が口金２２の変位により損傷するのを抑制することができる。これにより、高圧タンク１０内部の流体の高圧時及び低圧時いずれにおいても気密性を維持することができる。

（第２実施形態）
次に、図５を用いて、本発明の第２実施形態に係る高圧容器について説明する。なお、前述した第１実施形態等と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

この第２実施形態に係る高圧容器としての高圧タンク７０は、基本的な構成は第１実施形態と同様とされ、シール部材７２の補強部材７２Ａ全体がシール本体部７２Ｂの内部に設けられている点に特徴がある。

すなわち、図５に示されるように、シール部材７２は、胴体部１４の中心軸Ｃ（図３参照）を中心とした環状に形成されており、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の樹脂により構成されたシール本体部７２Ｂと、金属により構成された補強部材７２Ａとを有している。シール本体部７２Ｂは、胴体部１４の内壁１４Ｂに当接する第１当接壁部７２ＢＡと、口金２２の胴体挿入部２４に当接する第２当接壁部７２ＢＢと、第１当接壁部７２ＢＡと第２当接壁部７２ＢＢとを連結する連結部７２ＢＣとを有している。第１当接壁部７２ＢＡ及び第２当接壁部７２ＢＢは、略軸方向に延出されている。そして、第１当接壁部７２ＢＡの軸方向外側の端部と第２当接壁部７２ＢＢの軸方向外側の端部とを連結部７２ＢＣが径方向に連結している。つまり、シール部材７２は、周方向に直交する断面が軸方向内側へ向けて開口された開口部７２Ｃを有する略Ｃ字状に形成されている。

補強部材７２Ａは、第１延設部７２ＡＡと、第２延設部７２ＡＢと、連結部７２ＡＣとで周方向に直交する断面が略Ｃ字状に形成されている。第１延設部７２ＡＡは、径方向を板厚方向とする略板状に形成されており、シール部材７２の第１当接壁部７２ＢＡの内部に設けられている。

第２延設部７２ＡＢは、第１当接壁部７２ＢＡと対向しかつ第１当接壁部７２ＢＡに対して径方向内側に配置されている。また、第２延設部７２ＡＢは、第１延設部７２ＡＡと同様に、径方向を板厚方向とする略板状に形成されており、シール部材７２の第２当接壁部７２ＢＢの内部に設けられている。

連結部７２ＡＣは、第１延設部７２ＡＡの軸方向外側の端部と、第２当接壁部７２ＢＢの軸方向外側の端部とを略径方向に連結している。なお、連結部７２ＡＣは、シール部材３２の開口部７２Ｃに沿うように軸方向外側へ向けて凸状に湾曲されている。また、補強部材７２Ａは、全体がシール部材７２の内部に設けられている。換言すると、補強部材７２Ａは、シール部材７２にインサートされている。

（第２実施形態の作用・効果）
次に、第２実施形態の作用並びに効果を説明する。

上記構成によっても、シール部材７２の補強部材７２Ａ全体がシール本体部７２Ｂの内部に設けられている点以外は第１実施形態の高圧タンク１０と同様に構成されているので、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、補強部材７２Ａ全体がシール本体部７２Ｂの内部に設けられていることから、補強部材７２Ａに水素脆化を防ぐ処理が不要となり、コストを低減することができる。

なお、上述した第１、第２実施形態では、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
１４Ｂ 内壁
２２ 口金
３２ シール部材
３２ＡＡ 基端部（第２当接壁部）
３２Ｂ 補強部材
３２ＢＣ 第１当接壁部
７０ 高圧タンク（高圧容器）
７２ シール部材
７２Ａ 補強部材
７２ＢＡ 第１当接壁部
７２ＢＢ 第２当接壁部

Claims (1)

1. 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略Ｃ字状とされていると共に、金属により構成された補強部材の少なくとも一部が内部に設けられているシール部材と、
   を有する高圧容器。