JP2019158641A - タンクへの水充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タンク内の気体の残存を抑制できる、タンクへの水充填方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかるタンク１０への水充填方法は、タンク１０内部に突出する口金１１を有するタンク１０への水充填方法であって、タンク１０内部に水Ｗを注水する注水管１２と、先端に浮き型吸引ノズル１５を有する可撓性管体１４が連結された排出管１３と、を口金１１に対し取り付ける工程と、タンク１０を鉛直方向に対して傾斜させつつ、注水管１２を介してタンク１０に水Ｗを注水すると共に、排出管１３を介してタンク１０内部の気体Ａを排出する工程と、を備え、タンク１０内部の気体Ａを排出する工程では、突出する口金１１の鉛直方向上側に残存する気体Ａを、浮き型吸引ノズル１５を水に浮かせた状態で吸引し排出する。【選択図】図１

Description

本発明は、タンクへの水充填方法に関する。

高圧タンクの検査の一つとして、水を加圧充填して行う膨張試験がある。膨張試験では、タンクの内部に空気などの気体（気相）の残存がないように水を充填することが求められる。一般に、タンクの内部に突出する口金を有する高圧タンクでは、水を注入すると口金の周囲やタンク内部の鉛直方向上側に気体が残存することが知られているため、残存した気体を排出する必要がある。特許文献１には、タンクに水を加圧充填する際にタンクを傾斜させ、タンク内に残存した空気を片側へ寄せることによって、空気の排出を容易にする技術が開示されている。

特開２０１６−２１２０５８号公報

背景技術で述べたように、膨張試験においてタンクへ水を充填する際、タンク内に残存した空気を片側に寄せることによって、空気の排出を容易にしている。しかしながら、一部空気は排出しきれず、タンク内に気体が残存するという問題があった。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、タンク内の気体の残存を抑制可能な、タンクへの水充填方法を提供するものである。

本発明にかかるタンクへの水充填方法は、タンク内部に突出する口金を有するタンクへの水充填方法であって、前記タンク内部に水を注水する注水管と、先端に浮き型吸引ノズルを有する可撓性管体が連結された排出管と、を前記口金に対し取り付ける工程と、前記タンクを鉛直方向に対して傾斜させつつ、前記注水管を介して前記タンクに水を注水すると共に、前記排出管を介して前記タンク内部の気体を排出する工程と、を備え、前記タンク内部の気体を排出する工程では、前記突出する口金の鉛直方向上側に残存する気体を、前記浮き型吸引ノズルを水に浮かせた状態で吸引し排出する。

本発明にかかるタンクへの水充填方法では、タンク内部の気体を排出する工程において、タンク内部に突出する口金の鉛直方向上側に残存する気体を、浮き型吸引ノズルを水に浮かせた状態で吸引し排出する。したがって、タンク内の気体の残存を抑制することができる。

本発明により、タンク内の気体の残存を抑制することができる。

実施の形態にかかるタンクへの水充填方法に用いるタンクの口金に、注水管と、先端に浮き型吸引ノズルを有する可撓性管体を連結した排出管と、を取り付けた状態を示す模式的断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う浮き型吸引ノズルの断面図である。 実施の形態にかかるタンクへの水充填方法の一連の流れを示す模式的断面図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、当然のことながら、図１〜図３に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。

＜実施の形態＞
以下、図１を参照して、本実施の形態にかかるタンクへの水充填方法に用いるタンク及び検査器具について説明する。
図１は、実施の形態にかかるタンクへの水充填方法に用いるタンクの口金に、注水管と、先端に浮き型吸引ノズルを有する可撓性管体を連結した排出管と、を取り付けた状態を示す模式的断面図である。図１に示すように、タンク１０は、口金１１を備える。ここで、注水管１２、排出管１３、可撓性管体１４及び浮き型吸引ノズル１５は、タンク１０の膨張試験に用いる水Ｗを充填するために用いる器具であり、本実施の形態では口金１１に着脱可能な状態で取り付けられている。すなわち、注水管１２、排出管１３、可撓性管体１４及び浮き型吸引ノズル１５と、タンク１０とは別体である。

タンク１０は、水素ガスなどの各種ガスを高圧で収容する高圧タンクとして用いられる。図１は、製造したタンク１０を検査するために、水Ｗを加圧充填して行う膨張試験を行う途中の状態を示している。図１に示すように、タンク１０は二重構造となっている。本実施の形態では、タンク１０は合成樹脂製である。例えば、内側面にナイロン等、外側面にカーボンファイバー強化合成樹脂（Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP）等を用いることができる。

図１に示すように、口金１１は、タンク１０の長手方向の一端に、タンク１０の内部へ突出するように配設されている。換言すると、口金１１の下面（ｚ軸負側面）に対し、タンク１０の内部上面が上側（ｚ軸正側）に位置する。口金１１は、後述する注水管１２及び排出管１３を支持する。口金１１は、例えば円筒形状であるが、注水管１２及び排出管１３を支持できる形状であればよく、これに限定されない。口金１１は、比較的柔らかい金属等の材料から構成される。例えば、アルミニウム等を用いることができる。

図１に示すように、注水管１２及び排出管１３は、タンク１０の検査のために口金１１の内径側に着脱可能な状態で取り付けられる。図１に示すように、注水管１２及び排出管１３は、併設した状態で取り付けられる。本実施の形態では、注水管１２及び排出管１３の下面を、口金１１の下面からタンクの内部に突出させて取り付けているが、注水管１２及び排出管１３の下面と口金１１の下面とを同一平面となるように取り付けてもよい。

本実施の形態では、注水管１２及び排出管１３の形状は、口金１１と同様に円筒形状であるが、これに限定されない。タンク１０の膨張試験のために注水管１２を介してタンク１０へ水Ｗを注水することができ、排出管１３を介して気体や異物等を排出することができる中空状の形状であればよく、例えば、中空柱形状などである。

図１に示すように、注水管１２は、タンク１０に水Ｗを注水するための管である。図１では、水Ｗの充填が進み、水面がタンク１０の内部上面近くまで上昇（ｚ軸正方向）しており、空気などの気体Ａが残存している状態である。

図１に示すように、排出管１３は、気体Ａ及び異物等を排出するための管であり、一端が可撓性管体１４と、他端がタンク１０の外に配設されている吸引ポンプ（不図示）と接続されている。吸引ポンプは、気体Ａ及び異物等の排出のための吸引を行う機器である。

排出管１３は、可撓性管体１４及び浮き型吸引ノズル１５を備える。可撓性管体１４は、一端が排出管１３に連結され、他端が浮き型吸引ノズル１５に連結されている。可撓性管体１４は、浮き型吸引ノズル１５の浮力および排出管１３との連結部によって支持されている。可撓性管体１４を排出管１３に挿着することによって、可撓性管体１４を固定する。換言すると、可撓性管体１４の外径と、排出管１３の内径とが接するように、可撓性管体１４を排出管１３に挿着する。

図１に示すように、可撓性管体１４は、可撓性を有する管状のチューブである。可撓性管体１４を構成する樹脂として、例えば天然樹脂、合成樹脂、シリコーン、天然ゴム及び合成ゴム等を用いることができる。

図１に示すように、浮き型吸引ノズル１５は、浮きの形状、すなわち球体状や楕円体状の吸引ノズルである。なお、浮き型吸引ノズル１５の形状は、浮き型吸引ノズル１５が安定して水に浮かび、タンク内部に残存する気体を吸引できる形状であればよい。浮き型吸引ノズル１５の比重は１より軽く設定し、水に浮くようにする。浮き型吸引ノズル１５は水に浮かんだ状態でタンク内部の鉛直方向上側に残存する気体Ａを吸引し、排出する。

本実施の形態の浮き型吸引ノズル１５を構成する材料は、例えば合成ゴム等である。より具体的には発泡ゴム等であり、一例として、ニトリルブタジエンゴム（nitrile butadiene rubber, NBR）製のものを用いることができる。ただし、浮き型吸引ノズル１５は、可撓性管体１４を支持する浮力を有する物質から構成されればよく、これに限定されない。

図１に示すように、浮き型吸引ノズル１５は、上半球側の表面から、浮き型吸引ノズル１５と可撓性管体１４との接続部分、すなわち浮き型吸引ノズル１５の下半球側の内部中央に向かって、貫通孔１５ａを有する。ここで、浮き型吸引ノズル１５の上半球側とは、水Ｗの充填中に、浮き型吸引ノズル１５を水面に浮かべた状態において、水面より鉛直方向上側（ｚ軸正側）に位置する半球のことを示す。貫通孔１５ａの数は、一例として、４〜９個程度である。なお、浮き型吸引ノズル１５の貫通孔１５ａの数は、所望の吸引力などに応じて適宜変更可能である。

図１に示すように、浮き型吸引ノズル１５の貫通孔１５ａは、タンク１０に残存する気体Ａを吸引する。また、浮き型吸引ノズル１５の貫通孔１５ａは、タンク１０の製造工程においてタンク１０の内部表面に付着し、水Ｗの充填によってはがれ落ちた、水面に浮遊する異物等も吸引することができる。換言すると、浮き型吸引ノズル１５は、気体の他に、水Ｗなどの液体や異物などの固体も吸引することができる。浮き型吸引ノズル１５が吸引した気体Ａや異物等は可撓性管体１４を通過し、排出管１３を介して排出される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う浮き型吸引ノズルの断面図である。図２は、浮き型吸引ノズル１５に貫通孔１５ａを５個設けた場合の例示である。例えば、浮き型吸引ノズル１５の中央に１個の貫通孔１５ａを設け、中央の貫通孔１５ａの周囲に４個の貫通孔１５ａを設けることができる。図２では、一例として貫通孔１５ａの径を等しく設けているが、適宜変更可能である。例えば、周囲の貫通孔１５ａの径は変えずに、中央の貫通孔１５ａの径を拡大することもできる。

以下、図３を参照して、本実施の形態にかかるタンクへの水充填方法の一連の流れを説明する。
図３は、実施の形態にかかるタンクへの水充填方法の一連の流れを示す模式的断面図である。まず、タンク１０の口金１１に対し、注水管１２と、先端に浮き型吸引ノズル１５を有する可撓性管体１４を連結した排出管１３とを取り付ける（図３ａ）。次に、タンク１０を鉛直方向（ｚ軸方向）に対し傾斜させつつ、注水管１２から水Ｗを注水すると共に、排出管１３を介してタンク１０の内部から気体Ａを排出する（図３ｂ、図３ｃ）。タンク１０の内部から気体Ａを排出して、水Ｗの充填が完了する（図３ｄ）。

以下、上記の一連の流れについて、図３を参照しつつ説明する。
＜図３ａ：注水管と排出管の取り付け＞
図３ａは、水Ｗをタンク１０へと充填する前の状態を示す。図３ａに示すように、まず、タンク１０の口金１１に、注水管１２と、先端に浮き型吸引ノズル１５を有する可撓性管体１４を連結した排出管１３と、を取り付ける。本実施の形態では、可撓性管体１４の先端に配設された浮き型吸引ノズル１５をタンク１０の底面方向、すなわち鉛直下方向（ｚ軸負方向）に向かい下降させ、タンク１０の内部底面に降ろす。ただし、可撓性管体１４の長さは、水Ｗの充填中に、タンク内部の気体Ａに浮き型吸引ノズル１５が届く長さであればよく、適宜調整可能である。換言すると、口金１１の底面からタンクの底面までの距離に対して可撓性管体１４が短い場合は、浮き型吸引ノズル１５がタンク１０の内部底面に届かなくてもよい。

＜図３ｂ、図３ｃ：水の注水と気体の排出＞
図３ｂは、タンク１０へ水Ｗの充填を開始した状態を示す。図３ｂに示すように、水Ｗの充填開始に伴い、タンク１０を鉛直方向に対し傾斜させる。傾斜角度はタンク１０の内部構造によるが、タンク１０の内部空間の上方（ｚ軸正方向）まで水Ｗを充填した際に、気体Ａが片側に寄るような角度に設定することが好ましい。

図３ｂに示すように、注水管１２を介した水Ｗの注水に伴い、浮き型吸引ノズル１５が浮力により水面へと浮かび上がる。注水管１２を介した水Ｗの注水を行うと共に、水Ｗの水面に浮かんだ浮き型吸引ノズル１５によってタンク内部の気体Ａを吸引し、可撓性管体１４及び排出管１３を介して気体Ａを排出する。また、浮き型吸引ノズル１５は、タンク１０の製造工程においてタンク１０の内部表面に付着し、水Ｗの充填によってはがれ落ちた、水面に浮遊する異物（不図示）についても吸引し、可撓性管体１４及び排出管１３を介して排出することができる。

図３ｃは、図３ｂからさらに水Ｗのタンク１０への充填が進んだ状態を示す。図ｂで、水Ｗの充填開始に伴いタンク１０を鉛直方向に対し傾斜させることにより、図３ｃに示すように、気体Ａは片側に寄った状態となる。図３ｂと同様、浮き型吸引ノズルが気体Ａを吸引し、可撓性管体１４及び排出管１３を介して気体Ａを排出する。また、上述の異物も吸引し、排出することができる。

＜図３ｄ：水の充填完了＞
図３ｄは、水Ｗのタンク１０への充填が完了した状態を示す。図３ｄに示すように、本実施の形態では、水Ｗがタンク１０に充填されるまで、タンク１０の上面近くに浮かんだ浮き型吸引ノズル１５が、タンク１０内に残存した気体Ａを吸引する。浮き型吸引ノズル１５が吸引した気体Ａは、可撓性管体１４及び排出管１３を介して排出される。さらに水Ｗの充填が進むと、浮き型吸引ノズル１５の貫通孔１５ａの周囲も水Ｗに囲まれる。このとき水面近くには、タンク１０の製造工程においてタンク１０の内部表面に付着し、水Ｗの充填によってはがれ落ちた、異物等が浮遊している。浮き型吸引ノズル１５は当該異物等も吸引することができるため、吸引された異物等は可撓性管体１４及び排出管１３を介して排出される。

従来、タンクへ水を充填する際、タンク内に残存した空気を片側に寄せることによって、空気の排出を容易にしていた。しかしながら、一部は排出しきれずに、タンク内に気体が残存するという問題があった。

本実施の形態では、タンク内部に突出する口金の鉛直方向上側に残存する気体を、浮き型吸引ノズルを水に浮かせた状態で吸引し排出する。したがって、タンク内の気体の残存を抑制することができる。

さらに、浮き型吸引ノズルはタンクの製造工程においてタンクの内部表面に付着し、水の充填によってはがれ落ちた、水面に浮遊する異物も排出することができる。よって、膨張試験後にエアパージなどを行って異物を取り除く工程を減らすことができる。また、水を高圧充填させる膨張試験を行った後、高圧タンクとして口金には例えば高圧バルブを取り付ける。膨張試験のための水充填の際にタンク内の異物の残存を抑制できることによって、異物が高圧バルブの配管内を閉塞することを抑制することができる。

また、本実施の形態では、可撓性管体としてシリコーンや天然ゴムなどの柔らかい素材を用いており、可撓性管体の先端には浮き型吸引ノズルが連結されている。タンクへの水の充填に伴い、浮き型吸引ノズルが水面上に安定して浮かぶため、浮き型吸引ノズルはタンク内部に残存する気体の位置へと、自由にかつ容易に移動することができる。さらに、本実施の形態では、タンクの内部や口金よりも硬い素材であるステンレス等の金属を可撓性管体に用いていないため、タンクや口金への傷が生じにくい。

次に、本発明の実施例について説明する。
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例および比較例では、タンク１０へ水Ｗを充填する際の、気体Ａの排出可否および異物排出可否について、可撓性管体の材質と、内径及び外径とを変更して確認した。なお、実施例および比較例では、浮き型吸引ノズル１５として、貫通孔１５ａを５個有するニトリルブタジエンゴム製のものを使用した。また、実施例および比較例ともに、気体Ａ及び異物の排出にはＳＭＣ社製（ＰＡＰ３シリーズ）の吸引ポンプを用いた。吸引の強さは２００ｋＰａで行った。

＜実施例１＞
実施例１では、可撓性管体１４として硬度３５、内径が６ｍｍ、外径が８ｍｍのシリコーンチューブ（silicone tube）を用いて、気体排出可否および異物排出可否を確認した。

＜比較例１＞
比較例１では、可撓性管体１４として硬度３５、内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍのシリコーンチューブを用いて、気体排出可否および異物排出可否を確認した。

＜実施例２＞
実施例２では、可撓性管体１４として硬度５０、内径が６ｍｍ、外径が８ｍｍの天然ゴムチューブを用いて、気体排出可否および異物排出可否を確認した。

＜比較例２＞
比較例２では、可撓性管体１４として硬度５０、内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍの天然ゴムチューブを用いて、気体排出可否および異物排出可否を確認した。

以下の表１に、実施例および比較例における気体排出可否および異物排出可否の結果を示した。

表１に示すように、実施例１及び比較例１では、可撓性管体１４の材質はシリコーンでありかつ硬度が３５と共通しているが、内径及び外径が異なるものを用いた。可撓性管体１４の内径が６ｍｍ、外径が８ｍｍの実施例１では、気体排出および異物排出はともに可能であったが、可撓性管体１４の内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍの比較例１では、気体排出および異物排出ともに不可であった。具体的には、比較例１では、気体排出および異物排出の際に可撓性管体１４自体に折れが生じ、吸引した気体や異物が可撓性管体１４の内部に留まり、排出されないという結果であった。

表１に示すように、実施例２及び比較例２では、可撓性管体１４の材質は天然ゴムでありかつ硬度が５０と共通しているが、内径及び外径が異なるものであった。可撓性管体１４の内径が６ｍｍ、外径が８ｍｍの実施例２では、気体排出および異物排出はともに可能であったが、可撓性管体１４の内径が４ｍｍ、外径が６ｍｍの比較例２では、気体排出および異物排出ともに不可であった。具体的には、比較例２では、気体排出および異物排出の際に可撓性管体１４自体に折れが生じ、吸引した気体や異物が可撓性管体１４の内部に留まり、排出されないという結果であった。

以上の結果から、可撓性管体１４の内径及び外径が、気体排出可否および異物排出可否に影響するものと考えられる。実施例１及び実施例２では、可撓性管体の内径を６ｍｍ、外径を８ｍｍとすることによって、気体排出および異物排出を行うことができ、タンク内の気体および異物の残存を抑制することができた。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ タンク
１１ 口金
１２ 注水管
１３ 排出管
１４ 可撓性管体
１５ 浮き型吸引ノズル
１５ａ 貫通孔
Ａ 気体
Ｗ 水

Claims (1)

1. タンク内部に突出する口金を有するタンクへの水充填方法であって、
   前記タンク内部に水を注水する注水管と、先端に浮き型吸引ノズルを有する可撓性管体が連結された排出管と、を前記口金に対し取り付ける工程と、
   前記タンクを鉛直方向に対して傾斜させつつ、前記注水管を介して前記タンクに水を注水すると共に、前記排出管を介して前記タンク内部の気体を排出する工程と、を備え、
   前記タンク内部の気体を排出する工程では、前記突出する口金の鉛直方向上側に残存する気体を、前記浮き型吸引ノズルを水に浮かせた状態で吸引し排出する、
   タンクへの水充填方法。

Images