JP6146331B2 - tank - Google Patents
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Description
本発明はタンクに係り、特に車両に搭載して運搬する異径タンクに関する。 The present invention relates to a tank, and more particularly to a different diameter tank that is mounted on a vehicle and transported.
従来、このような分野の技術として、特開２０１３−１８４７２５号公報がある。この公報に記載された異径タンクは、外槽の大型化を抑制しつつ内槽の容積を拡大できる、異径の可搬型液化ガスタンクである。 Conventionally, there is JP 2013-184725 A as a technique in such a field. The different-diameter tank described in this publication is a portable liquefied gas tank having a different diameter that can increase the volume of the inner tank while suppressing an increase in the size of the outer tank.
運搬に用いられるタンクには、ＬＮＧ等の液化ガスが充填される。タンクにより一度に搬送できる容量は、タンクの容積により決定される。ここで異径タンクは、軸方向にわたって同一径である直胴タンクに比べて、車両のデッドスペースを削減することができ、搬送効率を向上させることができる。 A tank used for transportation is filled with a liquefied gas such as LNG. The capacity that can be conveyed at a time by the tank is determined by the volume of the tank. Here, the different-diameter tank can reduce the dead space of the vehicle and improve the conveyance efficiency as compared with the straight body tank having the same diameter in the axial direction.
しかしながら異径タンクでは、内圧が付加された場合に、タンクの形状が滑らかな曲線となるように膨張する。すなわち異径タンクでは、径が変化する箇所において小径部と大径部の径の差が小さくなるような曲げモーメントが発生し、その結果、小径部と大径部が接合された箇所に応力が集中しやすい。タンクにおいて、特定の箇所に応力が集中すると、疲労破壊等の起点となる場合が有る。しかし、小径部と大径部の接合部分における応力集中の発生を抑えることは難しい。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、小径部と大径部の接合部分における応力集中の発生を抑制するタンクを提供すること目的とする。
However, in the different diameter tank, when the internal pressure is applied, the tank expands so that the shape of the tank becomes a smooth curve. That is, in the different diameter tank, a bending moment is generated so that the difference in diameter between the small diameter portion and the large diameter portion is reduced at the location where the diameter changes, and as a result, stress is applied to the location where the small diameter portion and the large diameter portion are joined. Easy to concentrate. In the tank, when stress concentrates on a specific location, it may become a starting point for fatigue failure or the like. However, it is difficult to suppress the occurrence of stress concentration at the joint between the small diameter portion and the large diameter portion.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a tank that suppresses the occurrence of stress concentration at a joint portion between a small diameter portion and a large diameter portion.
本発明にかかるタンクは、高圧で利用されるタンクであって、端部に配置された小径部と、前記小径部に対し軸方向で接合し、前記小径部より大径である大径部と、を有するタンク本体と、前記タンク本体の外側において、ヘリカル巻きにより形成されたヘリカル層と、前記タンク本体の前記小径部と前記ヘリカル層の間に設けられ、フープ巻きにより形成された第１のフープ層と、前記ヘリカル層の外側に設けられ、フープ巻きにより形成された第２のフープ層と、を備える。
これにより、小径部と大径部が接合された箇所の曲げモーメントの発生を抑制することができる。
The tank according to the present invention is a tank used at high pressure, and has a small diameter portion disposed at an end portion, a large diameter portion that is joined to the small diameter portion in the axial direction and has a larger diameter than the small diameter portion, , A tank layer formed by helical winding on the outside of the tank body, and a first layer formed by hoop winding provided between the small diameter portion of the tank body and the helical layer. A hoop layer, and a second hoop layer provided outside the helical layer and formed by hoop winding.
Thereby, generation | occurrence | production of the bending moment of the location where the small diameter part and the large diameter part were joined can be suppressed.
小径部と大径部の接合部分における応力集中の発生を抑制することができる。 It is possible to suppress the occurrence of stress concentration at the joint between the small diameter portion and the large diameter portion.
以下、図面を参照しつつ本発明に係るタンクの好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、タンクの正面図である。 Hereinafter, preferred embodiments of a tank according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of the tank.
ここでタンクは、ＬＮＧ等の液化ガスが充填され、車両搭載され運搬に用いられるタンクである。図１に示すように、タンクは、軸方向の両端部の径が小さく、中央部の径が大きく形成されている異径タンクである。タンクは、軸方向が車両の前後方向となるように搭載される。このとき、車両の形状に合致する異径タンクを用いることにより、車両のデッドスペースを減少させることができ、液化ガス等の運搬効率を上昇させることができる。 Here, the tank is a tank that is filled with a liquefied gas such as LNG and is mounted on a vehicle and used for transportation. As shown in FIG. 1, the tank is a different-diameter tank in which the diameters at both ends in the axial direction are small and the diameter at the center is large. The tank is mounted so that the axial direction is the longitudinal direction of the vehicle. At this time, by using a different diameter tank that matches the shape of the vehicle, the dead space of the vehicle can be reduced, and the transport efficiency of liquefied gas and the like can be increased.
図２は、図１に示したタンクのＩ−Ｉ断面図である。タンク１は、液化ガスなどの内容物を蓄積する容器であるタンク本体１１と、タンク本体１１の外側においてフープ巻きにより設けられた第１のフープ層１２と、タンク本体１１の外側においてヘリカル巻きにより設けられたヘリカル層１３と、タンク本体１１の外側においてフープ巻きにより設けられた第２のフープ層１４と、タンク本体１１の先端部に設けられた開閉部である口金１５を備える。 2 is a cross-sectional view taken along the line II of the tank shown in FIG. The tank 1 includes a tank main body 11 that is a container for accumulating contents such as liquefied gas, a first hoop layer 12 provided by hoop winding outside the tank main body 11, and helical winding outside the tank main body 11. A helical layer 13 provided, a second hoop layer 14 provided by hoop winding on the outside of the tank body 11, and a base 15 that is an opening / closing part provided at the tip of the tank body 11 are provided.
タンク本体１１は、小径部１１ａと、大径部１１ｂと、接合部１１ｃを備える。タンク本体１１は、タンク１の本体部である。タンク本体１１には、内部に高圧の気体等が充填される。 The tank body 11 includes a small diameter portion 11a, a large diameter portion 11b, and a joint portion 11c. The tank body 11 is a body part of the tank 1. The tank body 11 is filled with a high-pressure gas or the like.
小径部１１ａは、タンク本体１１の端部に設けられている。小径部１１ａは、略円筒状であり、大径部１１ｂに対して軸方向で接合している。 The small diameter portion 11 a is provided at the end of the tank body 11. The small diameter portion 11a has a substantially cylindrical shape and is joined to the large diameter portion 11b in the axial direction.
大径部１１ｂは、小径部１１ａに対して軸方向で接合している。大径部１１ｂは、略円筒状である。大径部１１ｂの直径は、小径部１１ａの直径よりも大きく形成されている。小径部１１ａと大径部１１ｂは、同心に配置されている。 The large diameter part 11b is joined to the small diameter part 11a in the axial direction. The large diameter portion 11b is substantially cylindrical. The diameter of the large diameter part 11b is formed larger than the diameter of the small diameter part 11a. The small diameter portion 11a and the large diameter portion 11b are arranged concentrically.
接合部１１ｃは、小径部１１ａと大径部１１ｂとを接合する箇所である。接合部１１ｃは、タンク本体１１の軸方向に沿って勾配が設けられており、接合部１１ｃの大径部１１ｂ側の径は、小径部１１ａ側の径より大きく形成されている。 The joining part 11c is a place which joins the small diameter part 11a and the large diameter part 11b. The joint portion 11c is provided with a gradient along the axial direction of the tank body 11, and the diameter of the joint portion 11c on the large diameter portion 11b side is formed larger than the diameter on the small diameter portion 11a side.
第１のフープ層１２は、小径部１１ａの外側にフープ巻きにより生成された層である。典型的には第１のフープ層１２は、フィラメントワインディング法により、繊維質素材をタンク本体１１の軸に対してフープ巻きすることより形成される。第１のフープ層１２は、小径部１１ａと大径部１１ｂの接合部から、小径部１１ａの先端部方向の近傍領域Ａにおいて形成されている。また第１のフープ層１２は、第１のフープ層１２の外側の径と大径部１１ｂの外側の径が、略同一となる厚みで形成されている。言い換えると第１のフープ層１２は、接合部１１ｃではその勾配に沿って、徐々に厚みが薄くなるよう形成されている。また第１のフープ層１２は、小径部１１ａの先端側では、第１のフープ層１２が形成されない箇所の小径部１１ａの径と、第１のフープ層１２の径の大きさが略同一となるよう形成されている。言い換えると、第１のフープ層１２は、小径部１１ａと第１のプープ層１２によりＲ面を形成するために、小径部１１ａの先端側では先端に近づくにつれて徐々に薄く形成されている。 The 1st hoop layer 12 is a layer produced | generated by the hoop winding on the outer side of the small diameter part 11a. Typically, the first hoop layer 12 is formed by winding a fibrous material around the axis of the tank body 11 by a filament winding method. The first hoop layer 12 is formed in a region A in the vicinity of the distal end portion of the small diameter portion 11a from the joint portion of the small diameter portion 11a and the large diameter portion 11b. The first hoop layer 12 is formed with a thickness such that the outer diameter of the first hoop layer 12 and the outer diameter of the large diameter portion 11b are substantially the same. In other words, the first hoop layer 12 is formed so that the thickness gradually decreases along the gradient in the joint portion 11c. Further, in the first hoop layer 12, the diameter of the small diameter portion 11 a where the first hoop layer 12 is not formed and the diameter of the first hoop layer 12 are substantially the same on the tip side of the small diameter portion 11 a. It is formed to become. In other words, the first hoop layer 12 is formed to be gradually thinner toward the distal end side of the small diameter portion 11a in order to form an R surface by the small diameter portion 11a and the first poup layer 12.
ヘリカル層１３は、ヘリカル巻きにより生成した層である。典型的にはヘリカル層１３は、フィラメントワインディング法により、繊維質素材をヘリカル巻きすることにより形成される。ヘリカル層１３は、小径部１１ａの外側に第１のフープ層１２が形成されていない箇所では、ヘリカル層１３の内側が小径部１１ａの外側に接触するよう形成されている。またヘリカル層１３は、小径部１１ａの外側に第１のフープ層１２が形成されている箇所では、ヘリカル層１３の内側が第１のフープ層１２の外側に接触するよう形成されている。さらにヘリカル層１３は、内側が大径部１１ｂの外側に接触するよう形成されている。なおヘリカル層１３は、口金１５の外側の一部を覆う状態となるよう、形成されていても良い。 The helical layer 13 is a layer generated by helical winding. Typically, the helical layer 13 is formed by helically winding a fibrous material by a filament winding method. The helical layer 13 is formed so that the inside of the helical layer 13 is in contact with the outside of the small-diameter portion 11a at a location where the first hoop layer 12 is not formed outside the small-diameter portion 11a. The helical layer 13 is formed such that the inside of the helical layer 13 is in contact with the outside of the first hoop layer 12 where the first hoop layer 12 is formed outside the small diameter portion 11a. Furthermore, the helical layer 13 is formed so that the inner side contacts the outer side of the large diameter part 11b. The helical layer 13 may be formed so as to cover a part of the outer side of the base 15.
第２のフープ層１４は、ヘリカル層１３の外側にフープ巻きにより形成された層である。典型的には、第２のフープ層１４は、フィラメントワインディング法により、繊維質素材のフープ巻きすることにより形成される。具体的には、第２のフープ層１４は、小径部１１ａと大径部１１ｂの接合部から、大径部１１ｂ側方向の近傍領域Ｂに形成されている。また第２のフープ層１４は、近傍領域Ｂにおける大径部１１ｂとヘリカル層１３と第２のフープ層１４の厚みの合計が、近傍領域Ａにおける小径部１１ａと第１のフープ層１２とヘリカル層１３との厚みの合計と、略同一となるよう形成されている。また第２のフープ層１４は、接合部１１ｃにおいて、小径部１１ｂ側が徐々に薄くなるように形成されている。具体的には第２のフープ層１４は、接合部１１ｃが設けられている接合領域Ｃにおいて、タンク本体１１と第１のフープ層１２とヘリカル層１３と第２のフープ層１４の厚みの合計が、近傍領域Ａおよび近傍領域Ｂの厚みと、略同一となるよう形成されている。 The second hoop layer 14 is a layer formed by hoop winding outside the helical layer 13. Typically, the second hoop layer 14 is formed by hoop winding of a fibrous material by a filament winding method. Specifically, the 2nd hoop layer 14 is formed in the vicinity area | region B of the large diameter part 11b side direction from the junction part of the small diameter part 11a and the large diameter part 11b. In addition, the second hoop layer 14 has a total thickness of the large diameter portion 11b, the helical layer 13 and the second hoop layer 14 in the vicinity region B. It is formed so as to be substantially the same as the total thickness of the layer 13. In addition, the second hoop layer 14 is formed so that the small diameter portion 11b side becomes gradually thinner in the joint portion 11c. Specifically, the second hoop layer 14 is the sum of the thicknesses of the tank body 11, the first hoop layer 12, the helical layer 13, and the second hoop layer 14 in the joint region C where the joint portion 11 c is provided. However, it is formed so that the thickness of the vicinity area | region A and the vicinity area | region B may become substantially the same.
口金１５は、タンク本体１１の先端部に設けられた開閉部である。典型的には、口金１５を介してタンク本体１１内への燃料の挿入や、タンク本体１１からの燃料の送出を行う。 The base 15 is an opening / closing part provided at the tip of the tank body 11. Typically, fuel is inserted into the tank body 11 through the base 15 and fuel is sent out from the tank body 11.
次に、タンク１の製造方法について説明する。図３は、タンク１の製造過程を示した図である。 Next, a method for manufacturing the tank 1 will be described. FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of the tank 1.
図３に示すように、小径部１１ａと大径部１１ｂを有するタンク本体１１に、口金１５が設ける。 As shown in FIG. 3, a base 15 is provided in a tank body 11 having a small diameter portion 11a and a large diameter portion 11b.
次に、図４に示すように、小径部１１ａと大径部１１ｂの接合部から、小径部１１ａの先端方向に、第１のフープ層１２を設ける。 Next, as shown in FIG. 4, the first hoop layer 12 is provided in the distal direction of the small diameter portion 11a from the joint portion of the small diameter portion 11a and the large diameter portion 11b.
次に、図５に示すように、小径部１１ａ、小径部１１ａの外側に設けられた第１のフープ層１２、大径部１１ｂの各々の外側において、ヘリカル層１３を形成する。 Next, as shown in FIG. 5, the helical layer 13 is formed on the outer sides of the small diameter portion 11a, the first hoop layer 12 provided outside the small diameter portion 11a, and the large diameter portion 11b.
次に、図６に示すように、ヘリカル層１３の外側であって、大径部１１ｂの外側にあたる近傍領域Ｂに、第２のフープ層１４を形成する。ここで、第２のフープ層１４の膨張率は、第１のフープ層１２と等しくなるように形成されている。 Next, as shown in FIG. 6, the second hoop layer 14 is formed in the vicinity region B outside the helical layer 13 and outside the large diameter portion 11 b. Here, the expansion rate of the second hoop layer 14 is formed to be equal to that of the first hoop layer 12.
次に、タンク１に内圧負荷を行い、接合部にかかる応力を確認するシミュレーションについて説明する。 Next, a simulation for applying an internal pressure load to the tank 1 and confirming the stress applied to the joint will be described.
図７は、ミーゼス応力のコンター図である。積層繊維強化プラスチックの積層をモデル化し、内圧を負荷した状態をシミュレートしている。図７（ａ）は変形倍率１倍としたときの図であり、図７（ｂ）は変形倍率２０倍としたときの図である。なおいずれの図も、タンク本体１１の記載は省略している。 FIG. 7 is a contour diagram of Mises stress. Modeling the lamination of laminated fiber reinforced plastics and simulating a state where internal pressure is applied. FIG. 7A is a diagram when the deformation magnification is 1, and FIG. 7B is a diagram when the deformation magnification is 20 times. In each figure, the tank main body 11 is not shown.
ここで図７のコンター図では、応力の変化する箇所ではグラデーション表示となる。図７において、ヘリカル層１３は、近傍領域Ａ、近傍領域Ｂ、接合領域Ｃにわたってグラデーション表示になっているとは認められ難く、応力集中が起きていないことがわかる。 Here, in the contour diagram of FIG. 7, gradation display is provided at a portion where the stress changes. In FIG. 7, it is difficult to recognize that the helical layer 13 is in gradation display over the vicinity area A, the vicinity area B, and the joining area C, and it can be seen that no stress concentration occurs.
これにより、第１のフープ層１２を小径部１１ａの外側に設け、大径部１１ｂの外側あたる箇所であってヘリカル層１３の外側に第２のフープ層１４を設け、第１のフープ層１２と第２のフープ層１４の膨張率が同じとなるように設計を行うことにより、ヘリカル層１３に応力集中を抑制した異径タンクを実現することができる。 As a result, the first hoop layer 12 is provided outside the small diameter portion 11a, the second hoop layer 14 is provided outside the helical layer 13 at a location corresponding to the outside of the large diameter portion 11b, and the first hoop layer 12 is provided. By designing so that the expansion rate of the second hoop layer 14 is the same as that of the second hoop layer 14, it is possible to realize a different diameter tank in which stress concentration is suppressed in the helical layer 13.
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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
１１ タンク本体
１１ａ 小径部
１１ｂ 大径部
１２ 第１のフープ層
１３ ヘリカル層
１４ 第２のフープ層
１５ 口金
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Tank main body 11a Small diameter part 11b Large diameter part 12 1st hoop layer 13 Helical layer 14 2nd hoop layer 15 Base
Claims (1)
端部に配置された小径部と、
前記小径部に対し軸方向で接合し、前記小径部より大径である大径部と、を有するタンク本体と、
前記タンク本体の外側において、ヘリカル巻きにより形成されたヘリカル層と、
前記タンク本体の前記小径部と前記ヘリカル層の間に設けられ、フープ巻きにより形成された第１のフープ層と、
前記ヘリカル層の外側に設けられ、フープ巻きにより形成された第２のフープ層と、を備え、
前記小径部と前記大径部とが接合する接合部の近傍において、前記小径部の外側に設けられた第１のフープ層と前記ヘリカル層の厚みの合計が、前記大径部の外側に設けられた前記ヘリカル層と前記第２のフープ層の厚みの合計と略同一である、
タンク。 A tank used at high pressure,
A small diameter portion arranged at the end, and
A tank body having a large-diameter portion that is joined to the small-diameter portion in the axial direction and is larger in diameter than the small-diameter portion;
On the outside of the tank body, a helical layer formed by helical winding;
A first hoop layer provided between the small diameter portion of the tank body and the helical layer and formed by hoop winding;
Wherein provided on the outside of the helical layer, Bei example a second hoop layer formed by hoop winding, and
In the vicinity of the joint where the small diameter portion and the large diameter portion are joined, the total thickness of the first hoop layer and the helical layer provided outside the small diameter portion is provided outside the large diameter portion. Approximately equal to the total thickness of the helical layer and the second hoop layer formed,
tank.
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