JP2023056411A - 高圧ガス容器 - Google Patents
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Abstract
【課題】内圧の上昇と下降とが繰り返された際のガス漏れを抑制可能な高圧ガス容器を提供する。【解決手段】高圧ガス容器は、内部にガスを充填する中空部が形成された樹脂製ライナー１２と、樹脂製ライナー１２に設けられ、内部にガスを充填させるための口金１４と、樹脂製ライナー１２を覆う繊維強化補強層２０と、口金１４に設けられ、樹脂製ライナー１２と接触して樹脂製ライナー１２との間をシールするシールリング２８と、を備え、樹脂製ライナーは１２、中空部に面する部分が第１の樹脂材料１３で形成され、シールリング２８が接触する部位が、第１の樹脂材料１３よりも圧縮変形し難い第２の樹脂材料１５で形成されている。【選択図】図３
Description
本発明は、高圧ガス容器に関する。
高圧ガス容器として、補強層の内側に樹脂製のライナーを備えた構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
樹脂製のライナーには、ガス充填用のボスが設けられている。
樹脂製のライナーには、ガス充填用のボスが設けられている。
高圧ガス容器に対して特に高圧のガスが充填されると、容器内のガスが、ボスと樹脂との界面を通過して容器外へ漏れ出る場合がある。
また、一例として１００ＭＰａ等の非常に高い圧力がライナーの樹脂材料に作用すると、該樹脂材料の体積が減少する場合がある。樹脂材料としては一例としてポリエチレンが使用されている。
高圧ガス容器として、ボスと樹脂材料との間に、ガス漏れ防止用のシールリングを設ける場合があるが、樹脂製のライナーを備えた高圧ガス容器において、ガスの充填による内圧の上昇、及びガスの使用による内圧の低下が繰り返されると、シールリングが接触する部分の樹脂材料にヘタリが生じて、樹脂材料の形状が元に戻らなくなる場合がある。
樹脂材料の形状が元に戻らなくなると、シールリングと樹脂材料との間のシール性が低下してシールリングと樹脂との間をガスが通過してしまう場合がある。
樹脂材料の形状が元に戻らなくなると、シールリングと樹脂材料との間のシール性が低下してシールリングと樹脂との間をガスが通過してしまう場合がある。
ボスは、樹脂材料と一体成型されて相互に密着してはいるが、接着されているわけではない。このため、シールリングと樹脂材料との間の隙間をガスが通過してしまうと、高圧のガスが、ボスと樹脂材料との間を通過して容器外へ漏れ出る場合がある。また、補強層はガスバリア性を考慮していないため、シールリングと樹脂材料との間の隙間を通過したガスが補強層を透過して容器外へ漏れ出る場合もある。
本発明は上記事実を考慮し、内圧の上昇と下降とが繰り返された際のガス漏れを抑制可能な高圧ガス容器を提供することを目的とする。
請求項１に記載の高圧ガス容器は、内部にガスを充填する中空部が形成された樹脂製ライナーと、前記樹脂製ライナーに設けられ、内部にガスを充填させるためのボスと、前記樹脂製ライナーを覆う補強層と、前記ボスに設けられ、前記樹脂製ライナーと接触して前記樹脂製ライナーとの間をシールするシールリングと、を備え、前記樹脂製ライナーは、前記中空部に面する部分が第１の樹脂材料で形成され、前記シールリングが接触する部位が、前記第１の樹脂材料よりも圧縮変形し難い第２の樹脂材料で形成されている。
請求項１に記載の高圧ガス容器では、ボスから樹脂製ライナーの内部にガスを充填することができる。
シールリングは、樹脂製ライナーと接触して樹脂製ライナーとボスとの間をシールし、充填したガスの漏れを抑制する機能を有している。
シールリングは、樹脂製ライナーと接触して樹脂製ライナーとボスとの間をシールし、充填したガスの漏れを抑制する機能を有している。
ガスの充填により内圧が上昇すると第１の樹脂材料が圧縮され、ガスの使用による内圧が低下すると第１の樹脂材料が元の形状に戻ろうとするが、内圧の上昇と内圧の低下とが繰り返されると、第１の樹脂材料にヘタリを生ずる場合がある。
第１の樹脂材料は、ガスが充填される中空部に面して設けられているため、ヘタリを生じた場合であっても材料自体のガスバリア性が低下するわけではないので、中空部に面した部分からのガス漏れは十分に抑制される。
樹脂製ライナーと接触して樹脂製ライナーとの間をシールするシールリングは、第１の樹脂材料よりも圧縮変形し難い第２の樹脂材料で形成されているので、ガスの圧力が作用したときの第２の樹脂材料は、第１の樹脂材料よりも変形は少ない。したがって、内圧の上昇と内圧の低下とが繰り返されたとしても、第２の樹脂材料は、第１の樹脂材料に比較してヘタリ難くかつヘタリ量も抑制されることとなり、シールリングとの間のシール性の低下を抑制することができ、シール性の低下によるガス漏れを抑制することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高圧ガス容器において、前記第１の樹脂材料はＬＬＤＰＥであり、前記第２の樹脂材料はポリアミド樹脂である。
ポリアミド樹脂は、ＬＬＤＰＥよりも硬いので、圧力が作用した際の圧縮変形量がＬＬＤＰＥよりも少なくなる。
以上説明したように本発明の高圧ガス容器によれば、内圧の上昇と下降とが繰り返された際のガス漏れを抑制することができる。
［実施形態］
図１～図３を用いて、本発明の一実施形態に係る高圧ガス容器１０について説明する。
図１～図３を用いて、本発明の一実施形態に係る高圧ガス容器１０について説明する。
図１に示すように、本実施形態の高圧ガス容器１０は、円筒状の胴部１２Ａと、胴部１２Ａの軸方向両側に連続するドーム状の鏡部１２Ｂとを有する中空構造の樹脂製ライナー１２を備えている。樹脂製ライナー１２は、ガスバリア性を有する樹脂材料で形成されている。
樹脂製ライナー１２は、中空部に面する部分が第１の樹脂材料１３で形成されている。なお、樹脂製ライナー１２は、一部分が第２の樹脂材料１５で形成されている（詳しくは後述する。）。
樹脂製ライナー１２は、中空部に面する部分が第１の樹脂材料１３で形成されている。なお、樹脂製ライナー１２は、一部分が第２の樹脂材料１５で形成されている（詳しくは後述する。）。
鏡部１２Ｂの軸芯部には、容器外側へ向けて突出する口金１４が設けられている。なお、口金は、ボスとも呼ばれる。図１、及び図２に示すように、本実施形態の口金１４は、第１口金部材１６、及び第２口金部材１８とから構成されている。
第１口金部材１６は、樹脂製ライナー１２を成型する際に、インサート成形されている。また、第２口金部材１８は、樹脂製ライナー１２を成型した後に取り付けられている。
なお、本実施形態の口金１４（第１口金部材１６、及び第２口金部材１８）は、ステンレススチール等の金属材料を用いて形成されているが、セラミックなどの非金属材料で形成してもよい。
なお、本実施形態の口金１４（第１口金部材１６、及び第２口金部材１８）は、ステンレススチール等の金属材料を用いて形成されているが、セラミックなどの非金属材料で形成してもよい。
樹脂製ライナー１２は、一例として、樹脂を含浸させた炭素繊維等の強化繊維を巻き付けて形成された強化繊維補強層２０で覆われている。
図２に示すように、第１口金部材１６は、円盤状のフランジ部１８Ａと、フランジ部１８Ａの軸心部に一体的に形成された円筒部１８Ｂとを備えている。
フランジ部１８Ａは、第１の樹脂材料１３中に埋設されている。
一方、円筒部１８Ｂは、大部分が鏡部１２Ｂから容器外側へ突出しており、かつ強化繊維補強層２０を貫通している。
フランジ部１８Ａは、第１の樹脂材料１３中に埋設されている。
一方、円筒部１８Ｂは、大部分が鏡部１２Ｂから容器外側へ突出しており、かつ強化繊維補強層２０を貫通している。
円筒部１８Ｂの中心部には、容器外側から容器内側へ向けて、大径孔部２２Ａ、雌螺子２２Ｂ、小径孔部２２Ｃ、中径孔部２２Ｄが形成されている。
第２口金部材１８は、容器外側から容器内側へ向けて、大径部１６Ａ、中径部１６Ｂ、雄螺子１６Ｃ、小径部１６Ｄが形成されている。
第２口金部材１８の大径孔部２２Ａには、第１口金部材１６の中径部１６Ｂがガタつかないように挿入され、第２口金部材１８の雌螺子２２Ｂには、第１口金部材１６の雄螺子１６Ｃが捩じ込まれている。また、第２口金部材１８の小径孔部２２Ｃには、第２口金部材１８の小径部１６Ｄがガタつかないように挿入されている。
図３に示すように、第１口金部材１６の中径孔部２２Ｄと第２口金部材１８の小径部１６Ｄとの間には、樹脂製ライナー１２から円筒形状に延びた円筒部２４が進入している。
円筒部２４の先端側には、樹脂製ライナー１２を構成する第１の樹脂材料１３よりも硬い樹脂である第２の樹脂材料１５からなる円筒状の硬質部２４Ａが一体的に形成されている。なお、円筒部２４は、樹脂製ライナー１２に第１口金部材１６をインサート成形する際に形成されている。
硬質部２４Ａを形成する第２の樹脂材料１５は、同じ圧力が作用した際に、樹脂製ライナー１２を構成する第１の樹脂材料１３よりも圧縮変形量が小さいものが使用される。一例として、硬質部２４Ａは、樹脂製ライナー１２を構成する第１の樹脂材料１３よりも硬い樹脂材料を使用することができる。
樹脂製ライナー１２を構成する第１の樹脂材料１３として、ガスバリア性を有する、例えばポリエチレン（一例としてHDPE（High Density Polyethylene）、LLDPE（Linear Low Density Polyethylene））を使用することができる。なお、ガスバリア性を有していれば、ポリエチレン以外の合成樹脂を樹脂製ライナー１２に用いてもよい。
本実施形態では、樹脂製ライナー１２を構成する第１の樹脂材料１３としてLLDPEが用いられており、内部空間に面する部分がLLDPEの単層で形成されている。
本実施形態では、LLDPEの一例として、株式会社プライムポリマー製のＳＰ４０３０（Ｓ）が使用されている。ちなみに、ＳＰ４０３０（Ｓ）の密度は、９３７ｋｇ／ｍ３ である。
一方、硬質部２４Ａを形成する第２の樹脂材料１５として、本実施形態では、一例としてポリアミド樹脂（一例として、ナイロン６、ナイロン６６等）が用いられている。なお、硬質部２４Ａを形成する第２の樹脂材料１５としては、ポリアミド樹脂以外の他の合成樹脂（一例として、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネイト樹脂など）を用いることもできる。また、硬質部２４Ａを形成する第２の樹脂材料１５としては、樹脂製ライナー１２を構成する第１の樹脂材料１３と同様に、ガスバリア性を有するものが選択されて使用される。
硬質部２４Ａは、一例として、第１口金部材１６を樹脂製ライナー１２をインサート成形する際に同時に成型し、硬質部２４Ａを構成する第２の樹脂材料１５と第１の樹脂材料１３とを互いに融合させて一体化させることができる。このため、硬質部２４Ａを構成する第２の樹脂材料１５と第１の樹脂材料１３との接合部分（界面）からガスが漏れ出ることが抑制されている。
第２口金部材１８の小径部１６Ｄには、雌螺子側に環状溝２６が形成されている。この環状溝２６は、一定径の部分と、一定径の部分の雄螺子１６Ｃ側に径が徐々に小さくなるテーパー部分とを有し、一定径の部分にはＯリング等のシールリング２８が嵌め込まれており、テーパー部分には容器外側に向けて径が縮小するバックアップリング３０が嵌め込まれている。
なお、シールリング２８が円筒部２４の硬質部２４Ａの内周面に接触し、バックアップリング３０が第２口金１４の小径孔部２２Ｃに接触するように、環状溝２６の位置、及び硬質部２４Ａの位置が決められている。
図２、及び図３に示すように、第２口金部材１８の軸心部には、ガスを出入りさせるためのガス通路３２が形成されており、ガス通路３２の容器外側端部には、図示しない配管、ホース等に設けられた口金（図示せず）が螺合する雌螺子３４が形成されている。
（作用、効果）
次に、本実施形態の高圧ガス容器１０の作用を、図４に示す比較例と対比して説明する。
なお、比較例に係る高圧ガス容器において、本実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図４に示すように、比較例に係る高圧ガス容器では、円筒部２４の全ての部分が第１の樹脂材料（LLDPE）１３で形成されており、シールリング２８が第１の樹脂材料１３に接触している。
次に、本実施形態の高圧ガス容器１０の作用を、図４に示す比較例と対比して説明する。
なお、比較例に係る高圧ガス容器において、本実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図４に示すように、比較例に係る高圧ガス容器では、円筒部２４の全ての部分が第１の樹脂材料（LLDPE）１３で形成されており、シールリング２８が第１の樹脂材料１３に接触している。
本実施形態の高圧ガス容器１０、及び比較例に係る高圧ガス容器では、一例として、一方の口金１４をガス充填用として用い、他方の口金１４をガス放出用として用いることができる。
高圧ガス容器１０にガス（一例として水素ガス、ヘリウムガス等）を充填して使用した場合、容器内のガスは、第２口金部材１８の小径部１６Ｄと円筒部２４との間の隙間を介して環状溝２６に達するが、環状溝２６にはシールリング２８が設けられているので、ガスは、環状溝２６を超えて容器外側へ漏れることが抑制される。
ところで、図４に示す比較例に係る高圧ガス容器１０において、ガスの充填による内圧の上昇、及びガスの使用による内圧の低下が繰り返されると、シールリング２８が接触する円筒部２４の第１の樹脂材料１３にヘタリが生じて、円筒部２４の形状が元に戻らなくなる場合がある。
円筒部２４の形状が元に戻らなくなると、シールリング２８と円筒部２４との間のシール性が低下してシールリング２８と円筒部２４との間をガスが通過し、通過したガスが、円筒部２４と第１口金部材１６との間を通過して容器外へ漏れ出たり（矢印Ａ参照）、または第１口金部材１６と第２口金部材１８との間を通過して容器外へ漏れ出たり（矢印Ｂ参照）する。
一方、本実施形態の高圧ガス容器１０では、シールリング２８の接触する部分が樹脂製ライナー１２を構成する第１の樹脂材料１３よりも圧縮され難いポリアミド合成樹脂からなる硬質部２４Ａとされている。
ポリアミド合成樹脂からなる硬質部２４Ａは、高圧が作用したときに変形し難いため、ガスの充填による内圧の上昇、及びガスの使用による内圧の低下が繰り返された際のヘタリ量を少なくすることができ、シールリング２８によるシール性の低下を抑制することができる。
したがって、本実施形態の構造を有する高圧ガス容器１０は、一例として１００ＭＰａを超える高い圧力のガスを充填するような用途に好適に用いることができる。
なお、本実施形態において、「高圧ガス」とは、日本における高圧ガス保安法で規定される圧力以外の圧力を有するガスであってもよい。本実施形態の高圧ガス容器１０では、一例として、１０５ＭＰａの圧力を有するガスを充填することができる。
［試験例１］
実施形態の構造を有した容積３０Ｌの高圧ガス容器について、高圧ガス保安協会の圧縮水素蓄圧器用複合圧力容器に関する基準（ＫＨＫＳ ０２２５（２０１９））に記載の漏れ試験を実施した結果、漏れ量は、技術基準の１／１０以下であった。
なお、試験を行った高圧ガス容器の仕様は以下の通りである。
容積：３０Ｌ
樹脂製ライナーの外径：３００ｍｍ
樹脂製ライナーの厚み：１０ｍｍ
実施形態の構造を有した容積３０Ｌの高圧ガス容器について、高圧ガス保安協会の圧縮水素蓄圧器用複合圧力容器に関する基準（ＫＨＫＳ ０２２５（２０１９））に記載の漏れ試験を実施した結果、漏れ量は、技術基準の１／１０以下であった。
なお、試験を行った高圧ガス容器の仕様は以下の通りである。
容積：３０Ｌ
樹脂製ライナーの外径：３００ｍｍ
樹脂製ライナーの厚み：１０ｍｍ
［試験例２］
図１～３に示す本実施形態の構造の高圧ガス容器（シールリングが接触する部位をナイロンで形成して硬質部２４Ａとした）と、図４に示す比較例に係る高圧ガス容器（硬質部２４Ａ無しで、シールリングがポリエチレンに接触）とを用意し、圧縮水素蓄圧器用複合圧力容器に関する基準の「疲労強度等の確認試験」に準じたサイクル寿命試験を行った。
試験例２で用いた高圧ガス容器の仕様は試験例１と同様である。
本試験例２は、高圧ガス保安協会の「疲労強度等の確認試験」とは異なり、口金部分から漏れが生じるまでサイクル試験を続け、漏れが生じるまでのサイクル数の比較を行った。
試験の結果、実施形態の構造の高圧ガス容器は、樹脂製ライナーにおけるシールリングが接触する部位をナイロンとしたので、シールリングがポリエチレンに接触する比較例に係る高圧ガス容器に比較して、漏れが生じるまでのサイクル数が大幅に延び、サイクル寿命が延びたことが確認できた。
図１～３に示す本実施形態の構造の高圧ガス容器（シールリングが接触する部位をナイロンで形成して硬質部２４Ａとした）と、図４に示す比較例に係る高圧ガス容器（硬質部２４Ａ無しで、シールリングがポリエチレンに接触）とを用意し、圧縮水素蓄圧器用複合圧力容器に関する基準の「疲労強度等の確認試験」に準じたサイクル寿命試験を行った。
試験例２で用いた高圧ガス容器の仕様は試験例１と同様である。
本試験例２は、高圧ガス保安協会の「疲労強度等の確認試験」とは異なり、口金部分から漏れが生じるまでサイクル試験を続け、漏れが生じるまでのサイクル数の比較を行った。
試験の結果、実施形態の構造の高圧ガス容器は、樹脂製ライナーにおけるシールリングが接触する部位をナイロンとしたので、シールリングがポリエチレンに接触する比較例に係る高圧ガス容器に比較して、漏れが生じるまでのサイクル数が大幅に延び、サイクル寿命が延びたことが確認できた。
［その他の実施形態］
以上、本発明の一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、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
以上、本発明の一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、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
１０ 高圧ガス容器
１２ 樹脂製ライナー
１３ 第１の樹脂材料
１４ 口金（ボス）
１５ 第２の樹脂材料
２０ 強化繊維補強層
２８ シールリング
１２ 樹脂製ライナー
１３ 第１の樹脂材料
１４ 口金（ボス）
１５ 第２の樹脂材料
２０ 強化繊維補強層
２８ シールリング
Claims (2)
- 内部にガスを充填する中空部が形成された樹脂製ライナーと、
前記樹脂製ライナーに設けられ、内部にガスを充填させるためのボスと、
前記樹脂製ライナーを覆う補強層と、
前記ボスに設けられ、前記樹脂製ライナーと接触して前記樹脂製ライナーとの間をシールするシールリングと、
を備え、
前記樹脂製ライナーは、前記中空部に面する部分が第１の樹脂材料で形成され、前記シールリングが接触する部位が、前記第１の樹脂材料よりも圧縮変形し難い第２の樹脂材料で形成されている、
高圧ガス容器。 - 前記第１の樹脂材料はＬＬＤＰＥであり、
前記第２の樹脂材料はポリアミド樹脂である、
請求項１に記載の高圧ガス容器。
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2021165766A JP2023056411A (ja) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | 高圧ガス容器 |
Publications (1)
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|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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-
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Also Published As
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| KR20240058953A (ko) | 2024-05-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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