JP2023157279A - 圧力容器のライナ - Google Patents

Abstract

【課題】ドーム部と胴体部との接合部におけるライナの剥離を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する圧力容器のライナは、円筒状の胴体部と、胴体部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部と、を有する圧力容器において具現化される。圧力容器のライナは、胴体部に位置する第１のライナと、ドーム部に位置するとともに、第１のライナよりも大きな厚みを有する第２のライナと、を備える。第１のライナの端部は、胴体部の中心軸に向かって内側へ変位している。第２のライナの端面は、第１のライナの内側へ変位する端部の外面に、軸方向から当接して接合されている。【選択図】図６

Description

本明細書に開示の技術は、円筒状の胴体部と、胴体部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部と、を有する圧力容器のライナに関する。

特許文献１の圧力容器のライナでは、ドーム部に位置する第２のライナが、胴体部に位置する第１のライナの内側に挿入されている。すなわち、圧力容器のライナでは、第２のライナが、第１のライナと、胴体部の径方向に重なっている。

特開２０２０－１１２２５６号公報

低温時、圧力容器のライナは収縮する。ドーム部に位置する第２のライナの厚みは、胴体部に位置する第１のライナの厚みよりも大きい。このため、低温時において、第２のライナが収縮する量と、第１のライナが収縮する量とが異なる。その結果、特許文献１の圧力容器のライナでは、低温時に、厚みが大きい第２のライナが、第１のライナを、径方向内側に変形させることがある。この状態において、ライナの内部に高圧ガスを充填すると、第１のライナと第２のライナとの接合部において、各ライナが互いに剥離するおそれがある。本明細書では、第１のライナと第２のライナとの接合部におけるライナの剥離を抑制する技術を提供する。

本明細書が開示する圧力容器のライナは、円筒状の胴体部と、前記胴体部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部と、を有する圧力容器において具現化される。圧力容器のライナは、前記胴体部に位置する第１のライナと、前記ドーム部に位置するとともに、前記第１のライナよりも大きな厚みを有する第２のライナと、を備える。前記第１のライナの端部は、前記胴体部の中心軸に向かって内側へ変位している。前記第２のライナの端面は、前記第１のライナの内側へ変位する前記端部の外面に、前記軸方向から当接して接合されている。

上述した圧力容器では、第１のライナ端部は、胴体部の中心軸に向かって内側へ変位しており、その端部の外面に、第２のライナが、軸方向から当接して接合されている。これにより、中心軸に向かって内側へ変位する第１のライナの端部の外面に対して、第１のライナの厚みよりも大きな第２のライナの端面を、広い面積で強固に固定することができる。また、このような構成によると、第１のライナと第２のライナとが、径方向に重ならない。このため、このため、低温時に、異なる厚みを有する第１のライナと第２のライナとの収縮による影響を抑制することができる。その結果、低温時にガスが充填されても、第１のライナと第２のライナと互いに剥離しにくい。本明細書が開示する圧力容器のライナによれば、第１のライナと第２のライナとの接合部におけるライナの剥離を抑制することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のライナ４が構成する圧力容器２の斜視図を示す。 ライナ４の分解図を示す。 図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿った断面図を示す。 第１のライナ１０の端部１２を形成する工程における断面図を示す。 第１のライナ１０と第２のライナ１４ｅとを接合する工程における断面図を示す。 図５の工程に続く工程における断面図を示す。

（実施例）
図１は、実施例のライナ４を備える圧力容器２の斜視図を示す。圧力容器２は、例えば、燃料電池車両（図示省略）に搭載される。圧力容器２は、燃料電池車両が発電をするために用いられる高圧の水素ガスを貯留する。圧力容器２は、円筒状の胴体部２ｃと、胴体部２ｃの両端に設けられる一対のドーム部２ｄと、を有する。一対のドーム部２ｄは、それぞれ、胴体部２ｃの端から内側に球状（すなわち、ドーム状）に湾曲している。圧力容器２は、ライナ４に加え、補強層６と、口金８ｖと、エンドボス８ｅと、を備える。以下では、胴体部２ｃの中心軸ＣＬに平行な方向（すなわち、図中座標軸におけるＸ軸の正方向及び負方向）を軸方向と称する。

ライナ４は、樹脂で構成されており、水素ガスを密封するための空間を形成する。補強層６は、ライナ４の外面を覆うことでライナ４を補強する層である。本実施例では、補強層６は、ライナ４の外面にフィラメントワインディング法によって巻き付けられる。変形例では、補強層６は、他の方法によってライナ４の外面に巻き付けられてもよい。

口金８ｖは、金属で構成されており、ライナ４の軸方向の一端（すなわち、図１の右側の端）に設けられている。口金８ｖは、ライナ４の内部と外部とを連通する貫通孔を有する。口金８ｖの貫通孔を介して、圧力容器２内の水素ガスが外部に放出され、また、外部から圧力容器２内に水素ガスが供給される。エンドボス８ｅは、金属で構成されており、ライナ４の軸方向の他端（すなわち、図１の左側の端）に設けられている。エンドボス８ｅは、口金８ｖとは異なり、貫通孔を有さない。

図２を参照して、ライナ４の詳細構造について説明する。図２は、ライナ４の分解図を示す。ライナ４は、第１のライナ１０と、一対の第２のライナ１４ｖ、１４ｅと、を備える。第１のライナ１０は、円筒形状を有し、軸方向に延びている。第１のライナ１０は、圧力容器２の胴体部２ｃ（図１参照）を構成する。一対の第２のライナ１４ｖ、１４ｅには、それぞれ、口金８ｖ、エンドボス８ｅが接合されている。一対の第２のライナ１４ｖ、１４ｅは、それぞれ、口金８ｖ、エンドボス８ｅに向かってドーム状に湾曲している。第１のライナ１０の端部１２に対して、一対の第２のライナ１４ｖ、１４ｅが軸方向に接合される。これにより、水素ガスを内部に密封するライナ４が完成する。

図３～図６を参照して、ライナ４の製造方法について説明する。本明細書では、特に、第１のライナ１０と、第２のライナ１４ｅとの接合方法について説明する。図３は、図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿った断面図であり、第１のライナ１０の端部１２と、第２のライナ１４ｅの端面１８と、の関係を示す拡大図である。なお、以下では、第１のライナ１０と、一方の第２のライナ１４ｅとを接合する方法について説明するが、第１のライナ１０と、他方の第２のライナ１４ｖとについても、同様の方法で接合される。

図３に示されるように、第１のライナ１０の端部１２は、中心軸ＣＬに向かって湾曲している。すなわち、第１のライナ１０の端部１２は、中心軸ＣＬに向かって内側に変位している。その結果、端部１２の外面１６は、第２のライナ１４ｅと対向する。第１のライナ１０は、第１の樹脂層１０ａと第２の樹脂層１０ｂとによって構成される。第１のライナ１０は、第１の樹脂層１０ａ、第２の樹脂層１０ｂ、第１の樹脂層１０ａの順に積層された３層が、多層ダイから同時に押し出されることで形成される。第１のライナ１０は、いわゆる多層共押出成形で形成される。３層が積層された第１のライナ１０は、第１の厚みＴ１を有する。第１の樹脂層１０ａと、第２の樹脂層１０ｂとは、それぞれ、異なる樹脂によって構成される。第１のライナ１０は、複数の樹脂層１０ａ、１０ｂを積層することによって、比較的に小さな第１の厚みＴ１であっても、比較的高い剛性を確保することができる。

一方、第２のライナ１４ｅは、単一の樹脂で構成される。第２のライナ１４ｅは、ドーム状に湾曲する比較的に複雑な形状を有する。第２のライナ１４ｅは、射出成型によって形成される。第２のライナ１４ｅは、第２の厚みＴ２を有する。図３に示されるように、第２の厚みＴ２は、第１の厚みＴ１よりも大きい。単一の樹脂で構成される第２のライナ１４ｅは、第１の厚みＴ１よりも大きな第２の厚みＴ２によって、高い剛性を確保する。第２のライナ１４ｅは、第１の樹脂層１０ａと同様の樹脂により構成される。第２のライナ１４ｅの端面１８は、第１のライナ１０の端部１２の外面１６と対向する。

ここで、図４を参照して、第１のライナ１０の端部１２を形成する工程について説明する。多層共押出成形で形成された第１のライナ１０の端部１２が、金型２０に押し付けられる。さらに、端部１２を金型２０に押し付けた状態で、金型２０が加熱され、その後に冷却される。その結果、第１のライナ１０の端部１２は、中心軸ＣＬに向かって内側に湾曲する。第１のライナ１０は、比較的単純な円筒状であるため、多層共押出成形で形成することによって、第１のライナ１０の生産効率を向上させることができる。さらに、端部１２を内側に湾曲させることによって、第１のライナ１０の端部１２の剛性を向上させることができる。

図５及び図６を参照して、第１のライナ１０と、第２のライナ１４ｅとを接合する工程について説明する。図５に示されるように、第２のライナ１４ｅは、第１のライナ１０の端部１２の外面１６に対して、軸方向に当接する。先に述べたように、第１のライナ１０の端部１２は、内側に変位する。このため、第１のライナ１０の端部１２の外面１６の長さは、第２のライナ１４ｅの端面１８の厚み（すなわち、第２の厚みＴ２）と略同一となる。

その結果、第２の厚みＴ２を有する第２のライナ１４ｅの端面１８が、第１のライナ１０の端部１２の外面１６に対して、広い面積で当接する。これにより、第２のライナ１４ｅの端面１８が、第１のライナ１０の端部１２の外面１６に対して強固に接合される。

その後、図６に示されるように、第１のライナ１０と、第２のライナ１４ｅとの接合部が加熱される。その結果、第２のライナ１４ｅの端面１８と第１のライナ１０の端部１２とがともに溶解する。その後、冷却されることによって、各ライナ１０、１４ｅが互いに接合する。先に述べたように、第１のライナ１０の外面１６を形成する第１の樹脂層１０ａと、第２のライナ１４ｅとは同じ樹脂により構成される。このため、異なる樹脂を接合する構成に比して、比較的容易に第２のライナ１４ｅの端面１８と第１のライナ１０の外面１６と接合することができる。

先に述べたように、各ライナ１０、１４ｅは、ともに樹脂で構成されているため、圧力容器２（図１参照）の周辺温度が変化すると、各ライナ１０、１４ｅは、大きく変形する。例えば、低温時に、互いに異なる厚みを有するライナ１０、１４ｅは、それぞれ、異なる量だけ収縮する。図５及び図６に示されるように、本実施例のライナ４では、第２のライナ１４ｅの端面１８が、第１のライナ１０の外面１６に、軸方向から当接して接合される。このため、第１のライナ１０と第２のライナ１４ｅとが、径方向（すなわち、図６の紙面上下方向）に重ならない。このため、例えば、低温時に、互いに異なる厚みを有する各ライナ１０、１４ｅが、それぞれ異なる量だけ収縮した場合であっても、各ライナ１０、１４ｅの接合部が径方向に変形しにくい。そのため、低温時にライナ４内に水素ガスを充填しても、各ライナ１０、１４ｅの接合部に対して径方向の荷重が加わりにくい。その結果、低温時の水素ガス充填時において、各ライナ１０、１４ｅが、径方向に剥離することを抑制することができる。

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施例の変形例を以下に列挙する。

（変形例１）第１のライナ１０は、３層構成でなくてもよい。例えば、第１のライナ１０は、第１の樹脂層１０ａの単層構成であってもよい。また、第１のライナ１０の端部１２は、図４の方法によって形成されなくてもよく、例えば、第１のライナ１０は、射出成型によって形成されてもよい。

（変形例２）第１のライナ１０の端部１２の外面１６の径方向の長さは、第２の厚みＴ２と略同等でなくてもよい。外面１６の径方向の長さは、第２の厚みＴ２よりも長くてもよいし、短くてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：圧力容器
２ｃ ：胴体部
２ｄ ：ドーム部
４ ：ライナ
６ ：補強層
８ｅ ：エンドボス
８ｖ ：口金
１０ ：第１のライナ
１０ａ ：第１の樹脂層
１０ｂ ：第２の樹脂層
１２ ：端部
１４ｅ、１４ｖ ：第２のライナ
１６ ：外面
１８ ：端面
２０ ：金型
ＣＬ ：中心軸
Ｔ１ ：第１の厚み
Ｔ２ ：第２の厚み

Claims (1)

1. 円筒状の胴体部と、前記胴体部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部と、を有する圧力容器のライナであって、
   前記胴体部に位置する第１のライナと、
   前記ドーム部に位置するとともに、前記第１のライナよりも大きな厚みを有する第２のライナと、を備え、
   前記第１のライナの端部は、前記胴体部の中心軸に向かって内側へ変位しており、
   前記第２のライナの端面は、前記第１のライナの内側へ変位する前記端部の外面に、前記軸方向から当接して接合されている、圧力容器のライナ。
   

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