JP5869362B2

JP5869362B2 - 圧力容器ユニット

Info

Publication number: JP5869362B2
Application number: JP2012030402A
Authority: JP
Inventors: 立美竹花; 庄司佐藤
Original assignee: High Pressure Gas Safety Institute of Japan; Yachiyo Industry Co Ltd
Current assignee: High Pressure Gas Safety Institute of Japan; Yachiyo Industry Co Ltd
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-02-15
Also published as: CN103256476B; JP2013167285A; CN103256476A

Description

本発明は、流体を貯留する圧力容器ユニット及び圧力容器の温度調節方法に関する。

液化した燃料ガスを貯留する金属製の圧力容器が知られている。また、近年では、軽量化を図り持ち運び性が向上した樹脂製の圧力容器（コンポジット容器）が知られている。コンポジット容器は、例えば、合成樹脂製の樹脂ライナー層と、この樹脂ライナー層を覆うＦＲＰ等で形成された補強層とで構成されている。また、コンポジット容器の外周を樹脂製のプロテクターでさらに覆うことで、外力に対して圧力容器を保護することが知られている。

圧力容器内で貯留されている液化ガスは、圧力容器内で気化され、必要量が圧力容器の外部へ取り出されて燃料として使用される。このときのガス発生量は、圧力容器内の液化ガスの潜熱と圧力容器の外部からの入熱との温度差による熱収支によって行われている。液化ガスが消費されると、液化ガスの潜熱が奪われるためガスの発生量が低下するが、圧力容器が例えば鋼製である場合には外部からの入熱が十分に得られるため液化ガスの温度低下を防ぎ、ガスの発生を補助することができる。これにより、圧力容器内の液化ガスを効率よく消費することができる。

しかし、コンポジット容器は熱伝導性が低い樹脂で構成されているため、外部からの入熱を十分に得ることができず、圧力容器内の液化ガスの利用効率が低下するという問題があった。そこで、圧力容器を支持する載置台の内部に作動液が流れるパイプを設置して、圧力容器を必要に応じて加熱する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の圧力容器は、地面等に固定されるバルク貯槽タイプであり、持ち運び性については考慮されていない。

特開２０１０−１５６３９４号公報

特許文献１に記載の圧力容器では、圧力容器内の温度に応じて、作動液の温度を調節しなければならないため、加熱機器等の付帯設備の構成が複雑になるとともに、温度管理が煩雑になるという問題があった。また、地面等に固定する圧力容器であれば載置台に配設されたパイプに作動液を流して温度管理をすることができるが、コンポジット容器等持ち運び性を備えている圧力容器に対して、特許文献１の技術を採用することは困難である。

本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、液化ガスの利用効率の向上及び持ち運び性の向上を図るとともに、温度管理を容易に行うことができる圧力容器ユニットを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、圧力容器と、前記圧力容器の外周を保護するプロテクターとを有する圧力容器ユニットであって、前記圧力容器は、流体を貯留する中空の樹脂ライナー層と、前記樹脂ライナー層の外周を覆う樹脂製の補強層と、前記樹脂ライナー層の一端側及び他端側に固定された口金部材と、一端側の前記口金部材に固定され前記流体の流路となる取付部材と、他端側の前記口金部材に固定された熱伝導部材と、を有し、前記熱伝導部材は、一端側が前記樹脂ライナー層の中空部に配置され、他端側が前記圧力容器の外部に配置されるとともに前記プロテクターの収納部に配置されており、前記熱伝導部材の他端側は、一端側から連続して形成されており螺旋状に巻回された渦巻き部を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、熱伝導部材の他端側が外気から得た熱を圧力容器の内部に伝達させることができるため、液化ガスの温度低下を抑制できる。これにより、液化ガスの残量が少ない場合であっても、液化ガスの利用効率を向上させることができる。また、熱伝導部材によれば、圧力容器の内部と外気との温度差を利用して受動的に熱を得ることができる。このため、従来のように、加熱機器等の付帯設備等が不要となり簡易な構成とすることができる。また、渦巻き部によれば、外気から熱を効率よく得ることができる。

また、熱伝導部材は、外気以上の温度にはならないため液化ガスを加熱しすぎることがない。そのため、圧力容器の温度管理が容易となる。また、樹脂ライナー層及び樹脂製の補強層で圧力容器を構成するため軽量化が図れ、持ち運び性を向上させることができる。また、熱伝導部材のうち、圧力容器の外部に配置される部位は、プロテクターの収納部に配置されるため、熱伝導部材を外力から保護することができる。

また、前記プロテクターは、前記圧力容器の他端側に形成されたスカート部と、前記スカート部に対して着脱自在に形成され前記圧力容器の側部を覆う側壁部とを有し、前記収納部は、前記スカート部に形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、収納部がスカート部に形成されるとともに、スカート部と側壁部とが着脱自在になっているため、熱伝導部材の交換やメンテナンスを容易に行うことができる。

また、前記圧力容器の他端側の前記口金部材には、前記熱伝導部材を保持する補助部材が取り付けられており、前記補助部材は、前記圧力容器の他端側の前記口金部材に螺合されていることが好ましい。

本発明に係る圧力容器ユニットによれば、液化ガスの利用効率の向上及び持ち運び性の向上を図るとともに、温度管理を容易に行うことができる。

本実施形態に係る圧力容器ユニットを示す側断面図である。本発明の変形例を示す要部側断面図であって、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例を示す。

本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る圧力容器ユニット１は、圧力容器２と、圧力容器２の外周を保護するプロテクター３とで構成されている。

圧力容器（コンポジット容器）２は、樹脂ライナー層４と、補強層５と、第一口金部材６と、取付部材７と、第二口金部材８と、熱伝導部材９とで主に構成されている。圧力容器２は、高い圧力を作用させることにより液化された燃料ガスを貯留する容器である。

樹脂ライナー層４は、樹脂製であって内部に中空部を備えている。樹脂ライナー層４の材料は特に制限されないが、貯留する流体の種類や用途に応じて、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリアミド、ポリケトン、ポリフェニレンサルフィド（ＰＰＳ）、ナイロン、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂などが用いられる。また、樹脂ライナー層４にエチレン―ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）等で構成されたバリヤ層を設けて多層構造としてもよい。樹脂ライナー層４を樹脂で形成することで、軽量化を図ることができる。

樹脂ライナー層４は、本実施形態では、筒状を呈する胴部４ａと、胴部４ａの両端部から延設された肩部４ｂ，４ｂと、肩部４ｂから中心軸Ｃ方向に延設された端部４ｃ，４ｃとで構成されている。樹脂ライナー層４の形状は、特に制限されるものではなく、例えば、球形であってもよい。

補強層５は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で形成されており、樹脂ライナー層４の外周を覆っている。補強層５は、例えば、ビニルエステル、エポキシ樹脂等の主剤と硬化剤とを混ぜて形成された熱硬化樹脂に、ガラス繊維又は炭素繊維等の補強繊維を含浸させて形成されている。補強層５は、本実施形態では、筒状を呈する胴部５ａと、胴部５ａの両端部から延設された肩部５ｂ，５ｂと、肩部５ｂから中心軸Ｃ方向に延設された端部５ｃ，５ｃとで構成されている。

第一口金部材６は、樹脂ライナー層４及び補強層５の上端の開口部分に固定された部材である。第一口金部材６は、金属製であって、環状の内部フランジ部１１と、内部フランジ部１１から突出した円筒部１２と、円筒部１２の上端に形成された環状の外部フランジ部１３と、連通孔１４とで構成されている。

円筒部１２の外周面には、樹脂ライナー層４の端部４ｃ及び補強層５の端部５ｃが当接している。連通孔１４は、上下方向に貫通しており、内部にネジ溝が形成されている。連通孔１４は、下に向かうにつれて縮径するテーパー状になっている。なお、第一口金部材６は、前記した形状に限定されるものではない。

取付部材７は、燃料ガスの流路となる部材である。取付部材７は、本実施形態ではバルブを用いている。取付部材７は、第一口金部材６に対して着脱自在になっている。取付部材７は、バルブや各種ジョイント部材等が用いられる。

第二口金部材８は、樹脂ライナー層４及び補強層５の下端の開口部分に固定された部材である。第二口金部材８は、金属製であって、環状の内部フランジ部２１と、内部フランジ部２１から突出した円筒部２２と、円筒部２２の下端に形成された環状の外部フランジ２３と、連通孔２４とで構成されている。

円筒部２２の外周面には、樹脂ライナー層４の端部４ｃ及び補強層５の端部５ｃが当接している。連通孔２４は、上下方向に貫通しており、内部にネジ溝（雌ネジ）が形成されている。連通孔２４は、上に向かうにつれて縮径するテーパー状になっている。第二口金部材８は、前記した形状に限定されるものではない。

熱伝導部材９は、金属製の棒状部材であって、外気から得た熱を圧力容器２の内部に伝達する部材である。熱伝導部材９は、その一端側（上端側）が樹脂ライナー層４の中空部に配置され、他端側（下端側）が圧力容器２の外部に配置されている。

熱伝導部材９は、本実施形態では、補助部材１０を介して第二口金部材８に固定されている。補助部材１０は、略円錐状を呈し、熱伝導部材９と一体的に形成されている。補助部材１０の外周にはネジ溝（雄ネジ）が形成されており、連通孔２４に螺合されている。熱伝導部材９のうち、樹脂ライナー層４側に露出する部分の長さや、外気に触れる部分の長さは圧力容器２の大きさや貯留する燃料ガスの種類によって適宜変更すればよい。

熱伝導部材９は、本実施形態では、ウィック式ヒートパイプを用いている。ヒートパイプは、銅製の中空密閉パイプと、この中空密閉パイプの内部に封入された作動液（水又は沸点の低い有機媒体）とで構成されている。ヒートパイプは、外気からの入熱によって一端部（加熱部）で作動液が蒸発し、その蒸気が他端部（低温部）に移動して凝縮する。そして、中空密閉パイプの側面から圧力容器２内に放熱されて液化ガスの気化を補助する。放熱後の作動液は、毛細管構造（ウィック）によって一端部（加熱部）に還流する。ヒートパイプは、熱伝導性及び熱応答性が高くかつ軽量であるため熱伝導部材９として適している。

なお、熱伝導部材９は、外気から得た熱を圧力容器２の内部に伝達可能であれば、どのような材料及び構造であってもよい。熱伝導部材９は、例えば、銅又は熱伝導率の高い他の金属からなる金属板であってもよい。また、熱伝導部材９は、本実施形態では補助部材１０を介して固定したが、第二口金部材８に直接溶接してもよいし、ネジ又はカシメによって直接固定してもよい。

次に、圧力容器の製造方法について説明する。まず、ブロー成形、回転成形もしくはインジェクション成形によって中空の樹脂ライナー層４を成形する。第一口金部材６及び第二口金部材８は成形時にインサート成形されるが、成形方法によっては後工程で樹脂ライナー層４に第一口金部材６及び第二口金部材８を接着剤等で固定してもよい。樹脂ライナー層４と第一口金部材６及び第二口金部材８は、必要に応じてＯリング等のシール部材等によってシールされる。

そして、樹脂ライナー層４、第一口金部材６及び第二口金部材８とで構成された複合構造物に対して、フィラメントワインディング法等により熱硬化樹脂を巻きつけた後、熱処理を施して補強層５を形成する。最後に、取付部材７及び熱伝導部材９を固定して圧力容器２が完成する。なお、圧力容器２の製造方法は、この製造方法に限定されるものではない。

プロテクター３は、樹脂製であって、圧力容器２の外周を保護する部材である。プロテクター３は、圧力容器２の下端に形成されたスカート部３１と、スカート部３１から上方に延設された側壁部３２とで構成されている。プロテクター３を設けることにより、外力から圧力容器２を保護することができるとともに、圧力容器２を起立させることができる。

スカート部３１は、リング状を呈する。スカート部３１の中心部には、円柱状の内部空間となる収納部３１ａが形成されている。収納部３１ａの内部に熱伝導部材９の他端側が露出している。また、本実施形態では、第二口金部材８の外部フランジ２３が、収納部３１ａに配置されている。収納部３１ａの長さは、熱伝導部材９のうち第二口金部材８から露出している部分よりも長くなっている。

スカート部３１の内部（収納部３１ａを除く部分）は中空でも、中実であってもよい。また、スカート部３１に錘等を設けて圧力容器ユニット１が傾倒しにくくなるようにしてもよい。また、スカート部３１の半径方向に収納部３１ａに連通する貫通孔を設けてもよい。

側壁部３２は、円筒状を呈し、補強層５の胴部５ａ、下側の肩部５ｂ及び端部５ｃに接触している。側壁部３２の上端側には、径方向に貫通する把持部３３，３３が形成されている。把持部３３に手や器具等を掛止することで容易に持ち運ぶことができる。側壁部３２とスカート部３１とは、一体的に形成されていてもよいが、本実施形態のように例えばネジ式によって着脱自在に形成されていることが好ましい。また、本実施形態では、プロテクター３の上方が開放されているため、プロテクター３に対する圧力容器２の設置又は取出しが容易になっている。

次に、圧力容器ユニット１の作用効果について説明する。圧力容器２の内部には、例えば液化したプロパン（沸点約−４２℃）が貯留されているものとする。圧力容器２内の液化ガスが気化すると、液化ガスの潜熱が奪われて液化ガスの温度が低下する。通常、液化ガスの温度が低下して−３０〜−２０℃程度になると圧力容器２内の圧力も低下するため、必要な量のガスの供給をすることが困難になる場合がある。しかし、本実施形態では、熱伝導部材９の他端側が外気から得た熱を圧力容器２の内部に伝達させることができるため、液化ガスの温度低下を抑制できる。これにより、液化ガスの残量が少ない場合であっても、液化ガスの利用効率を向上させることができる。

また、熱伝導部材９によれば、圧力容器２の内部と外気との温度差を利用して受動的に熱を得ることができる。具体的には、外気温度が２０℃の場所に圧力容器ユニット１を載置した場合、液化ガスの温度が例えば−２０℃であると外気と圧力容器２内の温度差は４０℃になるため、外気の熱を圧力容器２の内部に効果的に伝達できる。また、熱伝導部材９は、外気以上の温度にはならないため液化ガスを加熱しすぎることがない。

また、圧力容器２の内部と外気との温度差が小さい場合には、熱伝導部材９を介して圧力容器２の内部に熱が伝達されない。このように、本実施形態では、熱伝導部材９のみで圧力容器２内の温度を管理するため温度管理が容易となる。また、熱伝導部材９を圧力容器２に配置するだけでよいため、加熱機器等の付帯設備等が不要となり簡易な構成とすることができる。

また、圧力容器２を樹脂ライナー層４及び樹脂製の補強層５で構成するとともに、プロテクター３も樹脂製であるため、軽量化が図れ、持ち運び性を向上させることができる。

また、熱伝導部材９のうち、圧力容器２の外部に露出される部位は、プロテクター３のスカート部３１に形成された収納部３１ａに配置されるため、熱伝導部材９を確実に保護することができる。また、プロテクター３のスカート部３１は、側壁部３２に対して着脱自在になっているため、熱伝導部材９の交換やメンテナンスを容易に行うことができる。

図２は、本発明の変形例を示す図であって、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例を示す。図２の（ａ）に示す第一変形例は、熱伝導部材９Ａに複数のフィン４２が形成されている点で前記した実施形態と相違する。熱伝導部材９Ａは、本体部４１と、複数のフィン４２とで構成されている。フィン４２は、本体部４１の下端側において互いの間をあけて形成されている。

図２の（ｂ）に示す第二変形例は、熱伝導部材９Ｂに渦巻き部５２が形成されている点で前記した実施形態と相違する。熱伝導部材９Ｂは、本体部５１と、渦巻き部５２とで構成されている。渦巻き部５２は、本体部５１の下端に連続し、螺旋状に巻回されている。

第一変形例及び第二変形例に示すように、フィン４２や渦巻き部５２等を設けることにより、熱伝導部材９の一端側（樹脂ライナー層４の内部に配置された部位）に比べて単位高さあたりの表面積を大きくすることができる。これにより、外気からの熱をより効率よく得ることができる。

１圧力容器ユニット
２圧力容器
３プロテクター
４樹脂ライナー層
５補強層
６第一口金部材
７取付部材
８第二口金部材
９熱伝導部材
１０補助部材
３１スカート部
３１ａ収納部
３２側壁部
３３把持部
４２フィン
５２渦巻き部

Claims

圧力容器と、前記圧力容器の外周を保護するプロテクターとを有する圧力容器ユニットであって、
前記圧力容器は、流体を貯留する中空の樹脂ライナー層と、前記樹脂ライナー層の外周を覆う樹脂製の補強層と、前記樹脂ライナー層の一端側及び他端側に固定された口金部材と、一端側の前記口金部材に固定され前記流体の流路となる取付部材と、他端側の前記口金部材に固定された熱伝導部材と、を有し、
前記熱伝導部材は、一端側が前記樹脂ライナー層の中空部に配置され、他端側が前記圧力容器の外部に配置されるとともに前記プロテクターの収納部に配置されており、
前記熱伝導部材の他端側は、一端側から連続して形成されており螺旋状に巻回された渦巻き部を備えていることを特徴とする圧力容器ユニット。
前記プロテクターは、前記圧力容器の他端側に形成されたスカート部と、前記スカート部に対して着脱自在に形成され前記圧力容器の側部を覆う側壁部とを有し、
前記収納部は、前記スカート部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器ユニット。
前記圧力容器の他端側の前記口金部材には、前記熱伝導部材を保持する補助部材が取り付けられており、
前記補助部材は、前記圧力容器の他端側の前記口金部材に螺合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧力容器ユニット。