JP5400125B2 - 内圧容器 - Google Patents
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Description
本発明は、内圧容器に関するものである。
逆浸透膜法による海水の淡水化プラント設備においては、海水等を中空糸膜やスパイラル膜を装填した圧力容器（内圧容器）に導入して圧力をかけ、淡水と濃縮水（濃海水）とに分離する方法を用いるのが一般的である。
この逆浸透膜法においては圧力容器の内部に、８００〜１２００ＰＳＩ（５．５〜８．３ＭＰａ）という、通常のコンプレッサーで発生させる圧搾空気１ＭＰａの５．５〜８．３倍の内圧が常時かかっている。このため、圧力容器には極めて高い耐圧力性が求められる。また、海水や濃海水に接液するため、圧力容器には、耐腐食性及び耐圧力性を備えた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が用いられるのが一般的である。
このＦＲＰの成形方法としては、耐圧力性を高く設計できるフィラメントワインディング（ＦＷ）法が採用されている。
一般的に、ＦＲＰは、その繊維の配向が機械的特性に大きく影響を及ぼすことが広く知られている。例えば、ＦＲＰの繊維の長さ方向（Ｘ方向）に引張り荷重を加えれば大きな耐力が得られるが、繊維の幅方向（Ｙ方向）に引張り荷重を加えると大きな耐力は得られない。これを異方性といい、ＦＲＰが金属などの等方性材料とは大きく異なる特性である。
この異方性を生かして、ＦＷ法によるＦＲＰで内圧を保持するために、そのフィラメント（ガラス繊維）をマンドレルにワインディング（巻回）する際の角度をマンドレルの軸心方向に対して５５度（計算方法によっては５０度から６０度）にして管体を作ることが望ましいとされている。この軸心方向に対して繊維の巻回角度が斜めになっている繊維層をＦＷ法ではヘリカル層と呼んでいる（図１参照。図１はヘリカル角度が５５度の場合を例示している。）。
このヘリカル層を形成する繊維の巻回角度は、周方向だけに耐力があっても長さ方向に耐力がない（例えば、圧力がそのＦＲＰ圧力容器にかかったときに周方向の変化はないが、長さ方向に伸びてしまう。例えば、繊維の巻回角度が９０度に近い場合。図２参照。）、若しくは、長さ方向だけに耐力があっても周方向に耐力がない（例えば、圧力がそのＦＲＰ圧力容器にかかったときに長さ方向の変化はないが、周方向に内径が伸びてしまう。例えば、繊維の巻回角度が０度に近い場合。図３参照。）ということを避けるため、圧力に対して圧力容器の周方向の耐力と長さ方向（軸心方向）の耐力とがバランスした角度である。
単純なＦＷによる圧力容器では、この５５度の角度の繊維層（ヘリカル層）を巻回積層して管体を作製するものである。この管体に内圧力がかかると、圧力容器両端に備えられた管体両端の閉塞蓋２に大きな荷重（内圧によって閉塞蓋を管体の外に押し出そうとする力）が働く。
圧力容器に内圧力がかかると、管体51の両端にある閉塞蓋52と管体51を係止しているリテイナーリング53にその力が伝わる（図４参照）。この力のベクトルは管体の軸心方向と平行に働くため、リテイナーリング53により管体51のリテイナーリング前面のＦＲＰ層を軸心と平行に管体外部へ押し出そうとする力が働く。この力は５５度の巻回積層のＦＲＰ層及び９０度の巻回積層のＦＲＰ層のいずれの層においても周方向それぞれの層に層間せん断力として作用し、リテイナーリング前面のＦＲＰ層を破壊してしまう（図５参照）。
このような構造の圧力容器の場合、８００〜１２００ＰＳＩ（５．５〜８．３ＭＰａ）という高い圧力を保持するために、巻回積層の層を厚くするか（高剛性化するか）、若しくはリテイナーリングから管体端部までの距離を長くしてせん断距離を大きくするか（高せん断力化するか）、いずれかの方法が取られるが、いずれも圧力容器の重量が重くなってしまう。
また、圧力容器では管体51の胴体部は堅固であり、その内圧の耐力は多くの場合、このリテイナーリング周囲のＦＲＰ層の耐力に依存することになる。
業界における技術基準であるＡＳＭＥ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｘ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ セクション Ｘ）では、内圧による破壊圧力（安全率）を運転圧力の６倍以上と規定しており、ＦＲＰ圧力容器においては、この部の繊維配向の設計（異方性の設計）は、圧力容器としての良否に大きく影響を及ぼす。
圧力容器に圧力がかかると、閉塞蓋52の周囲は周方向の変形がともなうため、このリテイナーリング周囲のみに軸心に対して９０度の繊維巻回層（フープ層）を設け、この部分の管体の厚さを厚くすることが多い。このため、多くの海水淡水化用ＦＲＰ圧力容器はダンベルのように、その両端の直径が大きくなっている。
特に、前述のＡＳＭＥ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｘの安全率の要求を満たすため、ＦＲＰ層の引張り破壊による力はＦＲＰ層のせん断破壊による力に比べてかなり大きな耐力を得られることから、例えば特許文献１に開示されるようなＦＷ法を用いた圧力容器が提案されている。特許文献１では、インナーリングの両側の領域にマンドレルの周方向に巻回するフープ層を設け、それ以外の領域にマンドレルの軸心方向に対して鋭角に巻回されるヘリカル層を設ける構成（特許文献１の図１）を開示している（なお、上記ヘリカル層の両端部に限り、さらにフープ層を設けている。）。
また、近年では、図４に図示したように、圧力容器両端の横断面の１２時と６時の位置に大きな開口を設け、この開口部分にサイドポートと呼ばれる管部材55を配設し、一端側のサイドポートから海水を圧力容器内に供給し、他端側のサイドポートから逆浸透による海水淡水化によって生じた濃海水を排出する、所謂マルチポート型圧力容器が多く利用されている。このマルチポート型圧力容器は、海水供給や濃海水排出の機能を圧力容器に持たせ、錆びやすい金属の配管を減らすことができるという効果により急速に普及している。
また、このマルチポート型圧力容器は、両端部の１２時と６時の位置の開口（サイドポート穴）を大きくすればするほど、海水、濃海水の通水量を大きくできる。最近では、通称８インチ圧力容器（管体の内径：２０２ｍｍ）、通称１１インチ圧力容器（管体の内径：２８０ｍｍ）において、その両端に４インチ（１０１．６ｍｍ）の開口を設けたものがある。
上述のように、ＦＲＰは異方性があり、繊維が繋がっていることで大きな耐力が得られ、さらにその断面の正円形状を維持しているが、サイドポート穴加工によってＦＲＰの繊維を切断してしまうと、その部分の形状維持力が損なわれる。さらに、そのサイドポート穴が管体の内径に対して大きくなればなるほど、その形状を維持することが難しくなる。具体的には、内径８インチの圧力容器に１２時と６時の位置に４インチのサイドポート穴加工をすると、その部位の横断面において、１２時−６時の位置を短径、３時−９時の位置を長径とする楕円に変形してしまう（図６参照）。なお、内径１１インチの圧力容器に２．５インチ（６３．５ｍｍ）のサイドポート穴加工を施しても同様な現象が起こる。
このようにサイドポート穴加工によって、管体の横断面が楕円形状に変形した場合、閉塞蓋に設けられた止水シール54（例えば、断面が円形状のＯリングや断面がＸ形状のクワッドリング）と管体内壁面との接触が十分ではなくなる。
具体的には、管体51の止水シール部位の横断面が楕円となり、閉塞蓋52の止水シール部位の横断面が正円となって正円に楕円が接触することになり、特に楕円の長径部分においては、正円と楕円との直径の差が生じ、この部分から水漏れ（圧力漏れ）が発生し、海水淡水化用の圧力容器としての機能を失ってしまう。
即ち、圧力容器の閉塞蓋近傍でのシール性及び耐内圧性は、逆浸透膜法による海水淡水化用圧力容器において重要な機能である。
なお、特許文献１は、内圧に対して大きな耐力を得られる構造、構成を開示しているが、この管体両端部の開口による楕円変形に対する配慮はなされていない。
また、圧力容器両端の閉塞蓋近傍のシール性及び耐内圧性だけでなく、圧力容器の胴体部分（概ね、一端の閉塞蓋52のシール54から他端の閉塞蓋52のシール54までの区間）についても同様に、シール性及び内圧への耐力が求められる。
即ち、上述の通り、圧力容器においては内圧を保持するためにヘリカル層の巻回角度を５５度にしているが、ガラス繊維とマトリックス樹脂（例えば、エポキシ系樹脂や不飽和エステル系樹脂）だけであると、圧力に対する耐性は得られるが、圧力容器内部にある液体（例えば、海水や濃海水若しくは逆浸透によって得られる生成水）が漏れないようにすることは極めて難しい。
ＦＲＰは繊維と樹脂から構成されているが、これらは微視的に見ると別々に存在していて、巨視的に見たときに均一となっている。この微視的にＦＲＰを見たときに、繊維と繊維の間には樹脂が埋まっている。しかしながら、繊維と繊維の間にわずかな空洞がある場合、この空洞を入り口として内容液体の漏れが発生することがある。事実、ＦＲＰの空洞率は概ね１〜２％程度あり、この空洞が圧力容器内表面にある場合、そこが内容液体の漏れの入り口になる可能性は十分にある。
圧力容器の胴体部分においては、前述のように、ヘリカル層の繊維角度を５５度にしたことによって、圧力を保持するという点（耐内圧性）では十分であるが、圧力容器内の流体を外部に漏らさないという点（シール性）では不十分なところがある。巻回角度５５度のヘリカル層の繊維は、当然ながらある繊維とこれに隣接する繊維とが５５度となっている。このため、圧力容器内表面に何らかの欠陥がある場合（例えば、繊維と繊維の間の空洞部分が容器内表面に位置する場合）、圧力容器内の流体(例えば、海水淡水化においては、海水や濃海水)がその欠陥に浸入し、さらに、その流体に印加された圧力も加わり、５５度に配された繊維と樹脂との界面を徐々に侵食していって（５５度の方向に侵食していって）、やがては「流体の漏れ」になる。
即ち、一度、漏れの入り口ができると、山に含まれた水のように、長い時間をかけて圧力容器表面に向かって、通水路が形成され、内容液体の漏れとなることがある。内容液体の漏れは圧力容器の圧力保持性能を損ねるばかりか、海水淡水化プラントに塩分を含んだ液体（海水や濃海水）を撒き散らすことになる（内圧力がかかっているので噴水のように撒き散らすことになる）ので、周辺機器への腐蝕といった大きな問題を引き起こす。事実、海水淡水化プラントにおいては、敷設当初において、水漏れはないものの、短いものでは３〜６ヵ月後に、長いものでは２〜３年後に水漏れが発生する圧力容器もある。
即ち、圧力容器の胴体部分でのシール性及び耐内圧性も同様に、逆浸透膜法による海水淡水化用圧力容器における重要な機能である。
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、圧力容器の閉塞蓋近傍部分及び胴体部分におけるシール性及び耐内圧性を向上させることができ、サイドポートの穴加工によっても楕円に変形せず正円形状を維持して８００〜１２００ＰＳＩという高い圧力を保持できる実用性に秀れた圧力容器を提供するものである。
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して形成される管体１から成り、逆浸透膜法による海水淡水化処理若しくは純水化処理に用いられる内圧容器であって、前記管体１の管体軸心方向両端部には該管体１を閉塞する閉塞蓋２が設けられ、この管体１の周面にして前記閉塞蓋２の管体軸心方向内方側には該管体１の周面から流体を導入若しくは導出する導入出部３が設けられ、この管体１は繊維をヘリカル巻きして形成されるヘリカル層４及び繊維をフープ巻きして形成されるフープ層と、最内層に設けられるシール層６とで構成され、また、前記管体１の管体軸心方向両端部にして前記ヘリカル層４には少なくとも前記閉塞蓋２の管体軸心方向外方側位置から前記導入出部３の管体軸心方向内方側位置にかけて前記シール層６から周方向外方側へ離反する離反部７が設けられ、前記フープ層は、前記ヘリカル層４の前記離反部７と前記シール層６との間に設けられる第一のフープ層８と、前記ヘリカル層４の外周にして前記閉塞蓋２の管体軸心方向外方側位置から前記導入出部３の管体軸心方向内方側位置にかけて設けられる第二のフープ層９とで構成されていることを特徴とする内圧容器に係るものである。
また、請求項１記載の内圧容器において、前記シール層６は、繊維配向が無作為な等方性を有する基材と、前記ヘリカル層４及び前記フープ層のマトリックス樹脂と同一のマトリックス樹脂とから成ることを特徴とする内圧容器に係るものである。
また、請求項２記載の内圧容器において、前記シール層６の樹脂含有率は前記ヘリカル層４及び前記フープ層の樹脂含有率より大きいことを特徴とする内圧容器に係るものである。
また、請求項３記載の内圧容器において、前記シール層６の樹脂含有率は４０〜８５重量％に設定され、前記ヘリカル層４及び前記フープ層の樹脂含有率は２０〜３０重量％に設定されていることを特徴とする内圧容器に係るものである。
また、請求項２〜４いずれか１項に記載の内圧容器において、前記シール層６にはガラス不織布と前記マトリックス樹脂とから成る層が含まれていることを特徴とする内圧容器に係るものである。
また、請求項２〜４いずれか１項に記載の内圧容器において、前記シール層６は、ガラス不織布と前記マトリックス樹脂とから成る第一のシール層10及びポリエステル不織布と前記マトリックス樹脂とから成る第二のシール層11で構成されていることを特徴とする内圧容器に係るものである。
また、請求項２〜６いずれか１項に記載の内圧容器において、前記シール層６はテープ状の基材をマンドレルに連続的に巻回することで形成されるものであることを特徴とする内圧容器に係るものである。
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の内圧容器において、前記ヘリカル層４の前記離反部７以外の部分は前記シール層６と接していることを特徴とする内圧容器に係るものである。
本発明は上述のように構成したから、サイドポートの穴加工によっても楕円に変形せず正円形状を維持して８００〜１２００ＰＳＩという高い圧力を保持できる実用性に秀れた圧力容器となる。
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
ヘリカル層４の離反部７の離反状態（うねり状態）が第一のフープ層８と第二のフープ層９とで保持されることで、各層間のせん断力だけでなく、ヘリカル層４の繊維を分断する力によっても強度が維持されることになり、管体１の大型化や重量化を招くことなく圧力容器の閉塞蓋近傍部分における耐圧力性を向上させることが可能となる。
また、管体１の正円形状を維持するために用いられるフープ層８・９にヘリカル層４が挟まれた構造となり、導入出部３の穴加工（サイドポート穴加工）によって繊維が切断されても、第一のフープ層８及び第二のフープ層９により管体１の正円形状を維持できる。また、ヘリカル層４の離反部７の存在によりヘリカル層４の両端部は、縦断面視においてアーチ形状となり、この点でも導入出部３の穴加工による楕円変形を阻止できる。よって、サイドポート穴加工により閉塞蓋２近傍のシール性が損なわれることを阻止できる。
また、シール層６として、繊維配向が無作為な等方性を有する基材と、ヘリカル層４及びフープ層のマトリックス樹脂と同一のマトリックス樹脂とから成る、例えば、ガラス不織布とエポキシ樹脂とから成る層を含む構成を採用することで、最内層により堅固な止水層を形成できる。よって、容器胴体部におけるシール性が良好となる。
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
本実施例は、フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して形成される管体１から成り、逆浸透膜法による海水淡水化処理若しくは純水化処理に用いられる圧力容器であって、前記管体１の管体軸心方向両端部には該管体１を閉塞する閉塞蓋２が設けられ、この管体１の周面にして前記閉塞蓋２の管体軸心方向内方側には該管体１の周面から流体を導入若しくは導出する導入出部３が設けられ、この管体１は繊維をヘリカル巻きして形成されるヘリカル層４及び繊維をフープ巻きして形成されるフープ層と、最内層に設けられるシール層６とで構成され、また、前記管体１の管体軸心方向両端部にして前記ヘリカル層４には少なくとも前記閉塞蓋２の管体軸心方向外方側位置から前記導入出部３の管体軸心方向内方側位置にかけて前記シール層６から周方向外方側へ離反する離反部７が設けられ、前記ヘリカル層４は前記離反部７の内外両側では前記シール層６に接するように設けられ、前記フープ層は前記管体１の両端部のみに設けられており、このフープ層は、前記ヘリカル層４の離反部７と前記シール層６との間に設けられる第一のフープ層８と、前記ヘリカル層４の外周にして前記閉塞蓋２の管体軸心方向外方側位置から前記導入出部３の管体軸心方向内方側位置にかけて設けられる第二のフープ層９とで構成されているものである。
具体的には本実施例の管体１は、公知のフィラメントワインディング法により、エポキシ樹脂とこれらの硬化剤を含む樹脂を含浸したガラス繊維を円筒状の（後述するシール層６となる層が形成された）マンドレルに該マンドレルの軸心方向（管体１の軸心方向）に対して所定の傾斜角度で連続的に必要量を巻回し、エポキシ樹脂を加熱硬化させ、続いて、マンドレルを脱型することで形成される円筒状のものであり、海水淡水化や（超）純水化処理に用いられる管体１である。
具体的には、マンドレルにして管体１の軸心方向の全域となる所定領域に、繊維配向が無作為な等方性を有するテープ状の基材を、端部が所定のラップ（１／４から３／４の範囲）で重なるようにマンドレルに連続的に巻回すると共にマトリックス樹脂を含浸せしめてシール層６となる樹脂含浸層を形成し、このシール層６となる樹脂含浸層上にヘリカル層４及びフープ層となる樹脂含浸層を設ける。
本実施例においては、ガラス不織布をマンドレルに連続的に巻回すると共にエポキシ樹脂を含浸させてなる第一のシール層10となる樹脂含浸層を設け、続いて、ポリエステル不織布をマンドレルに連続的に巻回すると共にエポキシ樹脂を含浸させてなる第二のシール層11となる樹脂含浸層を設ける。
また、上記は最内層がガラス不織布を用いたシール層とする例であるが、ポリエステル不織布を先に巻回し、ガラス不織布を後に巻回する構成としても良い（最内層にポリエステル不織布を用いたシール層としても良い。）。また、ポリエステル不織布の代わりに他の有機繊維製の不織布を採用しても良い。
なお、図１０に最内層のシール層構造の相違による止水性（シール性）試験の結果を示す。ポリエステル不織布を基材とした場合に比し、ガラス不織布を基材とした層を含む場合には止水性が良好となる。また、３／４ラップの方が１／４の場合より、このシール層の厚さが厚くできるために止水性が良好となる。従って、少なくともガラス不織布を基材とした層を含み、且つ、３／４ラップで端部が重なるように巻回して形成されたシール層は極めて止水性に秀れたものとなる。
一般的に、ガラス繊維は表面の処理技術が発達していて、繊維表面とエポキシ樹脂との接着が良好であり、ポリエステルなどの有機繊維は、その含水量など、エポキシ樹脂の硬化（架橋、重合反応）の阻害要因があるため、繊維表面とエポキシ樹脂の接着が難しいとされている。また、ポリエステル繊維はフリースに代表されるように、同一目付けにおいて嵩を大きくできる特徴があるので、樹脂を多く含有できる（嵩高くなった空隙部分に樹脂を含有できる性質がある。）。ガラス不職布とポリエステル不職布の組み合わせは、これらの材料のお互いの欠点を補完している。この組み合わせの構成（ガラス不職布とポリエステル不職布の組み合わせ構成）により、エポキシ樹脂とガラス繊維の接着が良好なガラス不職布層とガラス不職布より樹脂を多く含有できるポリエステル不職布とが組み合わされて、良好なシール層（水漏れに対する止水層）を得ることができる。
次に、閉塞蓋２（を設ける予定位置）の外方端部から導入出部３（を設ける予定位置）の内方端部から所定距離離れた位置までマンドレルの軸心方向に対して８５度〜８９度のフープ巻きにより第一のフープ層８となる樹脂含浸層を形成し、続いて、管体１の軸心方向の全域にわたって５０度〜６０度のヘリカル巻きによりヘリカル層４となる樹脂含浸層を形成し、続いて、管体１の管体軸心方向端部位置から第一のフープ層８の内方端部より内方側位置（離反していたヘリカル層４がシール層６に接した部位の内方側位置）まで８５度〜８９度のフープ巻きにより第二のフープ層９となる樹脂含浸層を形成する。その後、各樹脂含浸層を加熱硬化させ、マンドレルを脱芯（脱型）することで管体１を得る。
なお、エポキシ樹脂に限らず、ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂等、他の樹脂を用いても良いし、ガラス繊維に限らず、カーボン繊維等、他の繊維を用いても良い。また、シール層６のマトリックス樹脂は、ヘリカル層４及びフープ層のマトリックス樹脂と同一の樹脂を採用すると密着性がより向上するため、好ましい。また、第一のフープ層８は、その始点を閉塞蓋２の外方端部から所定距離離れた位置としても良いし、その終点を導入出部３の内方端部位置としても良い（導入出部３の穴加工時に穴周囲が変形しない位置に設定すれば良い。）。
また、本実施例においては、加熱硬化後のシール層６（第一のシール層10及び第二のシール層11）の樹脂含有率は４０〜８５重量％、ヘリカル層４及びフープ層（第一のフープ層８及び第二のフープ層９）の樹脂含有率は２０〜３０重量％となるように設定している。これにより、シール層６の止水性（シール性）が一層良好となる。
また、管体１の両端部は、管体１の内周面と略同径の繊維強化樹脂製（ＦＲＰ製）の閉塞蓋２を、図７，８に図示したように管体１の内周面に設けられた凹部に配設されるＦＲＰ製のリテイナーリング12にボルト13で接合することで閉塞されている。図中、符号14は閉塞蓋２と管体１の内周面との間を閉塞するＯリング、15は管体１の内部と外部とを連通する連通孔部である。
なお、リテイナーリング12が配設される管体１の内周面に設けた凹部は、単に管体１の内周面（第一のフープ層８）を切削して凹溝を形成することで設けても良いし、予め繊維を巻回する際にマンドレルにリング体等を被嵌せしめておき、このリング体により内周面にリテイナーリングが配設される凹部が形成されるようにしても良い。また、切削して凹溝を形成する場合、ヘリカル層４を切削しないように第一のフープ層８の形状を設定すると良い。
閉塞蓋２の管体１の軸心方向内方側には近接状態に導入出部３（サイドポート）が設けられている。具体的には、導入出部３は管体１の周面に穿設された導入出孔と該導入出孔に設けられ一端側に鍔部16を有する筒体17とから成り、この筒体17の鍔部16を、管体１の内周面に設けた段差部18に係止せしめている。図中、符号19は筒体17を管体１に係止するスナップリング、20はＯリングである。
従って、本実施例は、図８，９に図示したように、近接状態に設けられる閉塞蓋２と導入出部３の近傍においてヘリカル層４がシール層６から周方向外方側（放射方向外方側）に離反して（逃げて）アーチ状に屈曲した（うねった）形状を呈し、離反部７を除きシール層６（第二のシール層11）に接した状態となる。
また、ヘリカル層４の両端部は、第一のフープ層８及び第二のフープ層９により挟まれた状態（所謂サンドイッチ構造）となり、このヘリカル層４の離反部７のアーチ形状が保持されることになり、導入出部３の周囲に存する２つのフープ層による正円形状維持効果に加えてヘリカル層４自身も楕円変形しにくい構成となり、導入出部３の穴加工によっても正円形状が良好に維持される（第一のフープ層８と第二のフープ層９がサンドイッチ構造をなすためにフープ層の特徴である横断面の正円形状が維持される。）。よって、閉塞蓋２のＯリング14による止水効果が良好に発揮される。また、ヘリカル層４の離反部７の両端部の立ち上がり角度は９０度以下に設定する。
また、第一のフープ層８（離反部７）の内方端部は導入出部３から可及的に離れた位置に設定する方が好ましい。具体的には、管体１の内径が８、１０、１６インチの場合はこの内径とは無関係に、導入出部３の筒体17の内径Ｄ（ポート内径）に応じてポート中心から第一のフープ層８（離反部７）の内方端部までの距離Ｌを設定する。例えば、Ｄが１．５インチの場合にはＬは７０ｍｍ、Ｄが２インチの場合にはＬは１００ｍｍ、Ｄが３インチの場合にはＬは１５０ｍｍ、Ｄが４インチの場合にはＬは２００ｍｍ、Ｄが６インチの場合にはＬは３００ｍｍ、Ｄが８インチの場合にはＬは４００ｍｍに設定すると良い。従って、例えばＤ１インチあたりＬは５０ｍｍ以上に設定すると良い。
本実施例は上述のように構成したから、ヘリカル層４の離反部７の離反状態（うねり状態）が第一のフープ層８と第二のフープ層９とで保持されることで、各層間のせん断力だけでなく、ヘリカル層４の繊維を分断する力によっても強度が維持されることになり、管体１の大型化や重量化を招くことなく圧力容器の閉塞蓋近傍部分における耐圧力性を向上させることが可能となる。
また、管体１の正円形状を維持するために用いられるフープ層８・９にヘリカル層４が挟まれた構造となり、導入出部３（サイドポート）の穴加工によって繊維が切断されても、第一のフープ層８及び第二のフープ層９により管体１の正円形状を維持できる。また、ヘリカル層４の離反部７の存在によりヘリカル層４の両端部は、縦断面視においてアーチ形状となり、この点でも導入出部３の穴加工による楕円変形を阻止できるとともに、ヘリカル層４によって、リテイナーリングを握止している構造となり（両手で平皿をつかんでいるような構造）、管体の軸心方向内圧力を保持する力がはたらく。よって、サイドポート穴加工により閉塞蓋２近傍のシール性が損なわれることを阻止し、耐内圧性を確保できる。
即ち、本発明は、サイドポートの穴加工によって繊維が切断されても、フープ層（第一のフープ層８と第二のフープ層９に加え、この両者によるサンドイッチ構造）により、横断面の正円の形状が維持され、周方向の耐内圧性を確保し、さらに、ヘリカル層をうねらせることで、管体への圧力支持部であるリテイナーリングを握止する構造により長さ方向の耐内圧性を確保するものである。これにより、周方向だけに耐力があっても長さ方向に耐力がない、若しくは、長さ方向だけに耐力があっても周方向に耐力がない、例えば、圧力がそのＦＲＰ圧力容器にかかったときに長さ方向の変化はないが、周方向に内径が伸びてしまうというＦＲＰ製圧力容器の欠点を補うものである。
また、シール層６として、ガラス不織布とエポキシ樹脂とから成る層を含む構成を採用することで、最内層により堅固な止水層を形成でき、容器胴体部におけるシール性が良好となる。
よって、本実施例は、サイドポートの穴加工によっても楕円に変形せず正円形状を維持して８００〜１２００ＰＳＩという高い圧力を保持できる実用性に秀れたものとなる。
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
図１１〜１３は、夫々管体の内径が異なる上述した実施例と同様の構造の実験例１〜３と、上記特許文献１の図２に図示したような離反部のない従来構造の比較例１〜３の楕円変形量を夫々測定した結果を示すものである。なお、水漏れに対する楕円変形量の許容値は０．４ｍｍであり、楕円変形量は図６に図示したように、「絶対値（ａ−ｂ）」より求められる。
図１１〜１３より、本実施例の構造を有さない比較例全てで楕円変形量の許容値を超えたのに対し、実験例は全て許容値内に留まり、極めて楕円変形しにくく、止水性に秀れたものであることが確認できた。
１ 管体
２ 閉塞蓋
３ 導入出部
４ ヘリカル層
６ シール層
７ 離反部
８ 第一のフープ層
９ 第二のフープ層
10 第一のシール層
11 第二のシール層
２ 閉塞蓋
３ 導入出部
４ ヘリカル層
６ シール層
７ 離反部
８ 第一のフープ層
９ 第二のフープ層
10 第一のシール層
11 第二のシール層
Claims (8)
- フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して形成される管体から成り、逆浸透膜法による海水淡水化処理若しくは純水化処理に用いられる内圧容器であって、前記管体の管体軸心方向両端部には該管体を閉塞する閉塞蓋が設けられ、この管体の周面にして前記閉塞蓋の管体軸心方向内方側には該管体の周面から流体を導入若しくは導出する導入出部が設けられ、この管体は繊維をヘリカル巻きして形成されるヘリカル層及び繊維をフープ巻きして形成されるフープ層と、最内層に設けられるシール層とで構成され、また、前記管体の管体軸心方向両端部にして前記ヘリカル層には少なくとも前記閉塞蓋の管体軸心方向外方側位置から前記導入出部の管体軸心方向内方側位置にかけて前記シール層から周方向外方側へ離反する離反部が設けられ、前記フープ層は、前記ヘリカル層の前記離反部と前記シール層との間に設けられる第一のフープ層と、前記ヘリカル層の外周にして前記閉塞蓋の管体軸心方向外方側位置から前記導入出部の管体軸心方向内方側位置にかけて設けられる第二のフープ層とで構成されていることを特徴とする内圧容器。
- 請求項１記載の内圧容器において、前記シール層は、繊維配向が無作為な等方性を有する基材と、前記ヘリカル層及び前記フープ層のマトリックス樹脂と同一のマトリックス樹脂とから成ることを特徴とする内圧容器。
- 請求項２記載の内圧容器において、前記シール層の樹脂含有率は前記ヘリカル層及び前記フープ層の樹脂含有率より大きいことを特徴とする内圧容器。
- 請求項３記載の内圧容器において、前記シール層の樹脂含有率は４０〜８５重量％に設定され、前記ヘリカル層及び前記フープ層の樹脂含有率は２０〜３０重量％に設定されていることを特徴とする内圧容器。
- 請求項２〜４いずれか１項に記載の内圧容器において、前記シール層にはガラス不織布と前記マトリックス樹脂とから成る層が含まれていることを特徴とする内圧容器。
- 請求項２〜４いずれか１項に記載の内圧容器において、前記シール層は、ガラス不織布と前記マトリックス樹脂とから成る第一のシール層及びポリエステル不織布と前記マトリックス樹脂とから成る第二のシール層で構成されていることを特徴とする内圧容器。
- 請求項２〜６いずれか１項に記載の内圧容器において、前記シール層はテープ状の基材をマンドレルに連続的に巻回することで形成されるものであることを特徴とする内圧容器。
- 請求項１〜７いずれか１項に記載の内圧容器において、前記ヘリカル層の前記離反部以外の部分は前記シール層と接していることを特徴とする内圧容器。
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