JP6683822B2 - 圧力容器 - Google Patents
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Description
本発明は、圧力容器に関する。
筒状のシリンダ部と当該シリンダ部に連続するドーム部とを有するライナーと、ライナーの外側にフィラメントワインディングのフープ巻きと低角度ヘリカル巻き（インプレーン巻きを含む）と高角度ヘリカル巻きとで形成される繊維補強材と、を有する圧力容器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
フープ巻きは、図４（ａ）に示すように繊維補強材３０を圧力容器３１の軸心Ｏと略直交する方向に巻く巻き方であり、低角度ヘリカル巻きは、図４（ｂ）に示すように軸心Ｏに対して低い配向角度θ２で巻く巻き方であり、高角度ヘリカル巻きは、図４（ｃ）に示すように軸心Ｏに対して高い配向角度θ１で巻く巻き方である。一般に、フープ巻きはシリンダ部３２（すなわち径方向の耐圧性）を補強する目的で行われ、低角度ヘリカル巻きはドーム部３３（すなわち軸方向の耐圧性）を補強する目的で行われ、高角度ヘリカル巻きはフープ巻きや低角度ヘリカル巻きでは補強しきれない部位、すなわちドーム部３３のシリンダ部３２寄りの部位である肩部３５を補強する目的で行われている。
一般に圧力容器のフィラメントワインディング法は、図５に示すように圧力容器３１を軸心Ｏ周りに回転させつつ、ロービング供給機４１を軸心Ｏに沿って往復動させて繊維補強材をライナーに巻き付けていく。フープ巻きは軸心Ｏと略直交する方向に巻くので、シリンダ部３２の任意の箇所でロービング供給機４１を反転させることができるが、高角度ヘリカル巻きは配向角度があるので、両ドーム部３３でロービング供給機４１を反転させる必要がある。つまり、高角度ヘリカル巻きは肩部３５のみならず両ドーム部３３の間に位置するシリンダ部３２にも必ず適用されることとなる。
しかし、高角度ヘリカル巻きは、前記したように主にドーム部３３の肩部３５を補強する目的で行われるものであり、シリンダ部３２での高角度ヘリカル巻きの補強効率はフープ巻きに比べると低い。すなわち、高角度ヘリカル巻きは、肩部３５の補強のため不可欠であるものの、従来では補強効率の低いシリンダ部３２にも必ず適用されるため、無駄の多い巻き方となっていた。これは、シリンダ部３２が長尺な圧力容器３１ほど顕著な問題となる。
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、高角度ヘリカル巻きをドーム部に効率良く形成できる圧力容器を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明は、流体を収容可能であって筒状のシリンダ部と当該シリンダ部に連続するドーム部とを有するライナーと、前記ライナーの外側に、含浸処理されたストランドの束からなるロービングを巻き付けて構成される繊維補強材と、を備える圧力容器であって、前記ライナーの前記ドーム部から前記シリンダ部に向かう途中に、シリンダ部の外面よりも径外方向に張り出す凸状部が形成され、当該凸状部の前記シリンダ部寄りに形成された引掛け斜面が引掛け部を構成し、前記ロービングを高角度ヘリカル巻きで前記ドーム部と前記引掛け部とに巻き付けることにより形成される高角度ヘリカル層を少なくとも有することを特徴とする。
本発明によれば、ドーム部からシリンダ部に向かう途中に、軸心に向けて変位する引掛け部を形成し、高角度ヘリカル層を、ドーム部と引掛け部とを利用して局所的に形成したことにより、高角度ヘリカル層を、シリンダ部に形成することなく、所定のドーム部のみに形成することができる。これにより、ドーム部の補強を主目的とする高角度ヘリカル巻きにおいてシリンダ部への無駄巻きを解消できる。また、本発明によれば、ドーム部とシリンダ部との間に凸状部を形成することで、この凸状部の斜面を引掛け部に利用できるので、ライナーの形状をさほど複雑にすることなく簡単な構造で引掛け部を形成できる。
また、本発明は、前記凸状部と前記ドーム部との間に段差部が形成され、前記高角度ヘリカル層の外面と前記ドーム部の外面とが面一に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、高角度ヘリカル層の外面をドーム部の外面と面一にすることができる。したがって、高角度ヘリカル層の外面とドーム部の外面とにわたり低角度ヘリカル層を形成したとしても隙間は生じず、繊維補強材を密に巻くことができる。
本発明によれば、高角度ヘリカル巻きをドーム部に効率良く形成できる。
本発明の圧力容器はＬＰＧ等の低圧ガス、水素ガス等の高圧ガス、その他の流体を貯留する容器として適用できる。図１に示すように、本発明の圧力容器１は、ライナー２と、ライナー２の表面にフィラメントワインディングにより形成される繊維補強材１１とを有する。
ライナー２は、略定断面の円筒状のシリンダ部３と、シリンダ部３の両端に形成されるドーム部４，４とを有する。各ドーム部４の頂上にはそれぞれ圧力容器１の軸心Ｏと同軸状にライナーネック５が突設され、ライナーネック５の外周には金属製の口金６がライナー２と一体成形されている。ライナー２は例えばポリエチレン等の合成樹脂材から構成され、インジェクション成形やブロー成形等により形成されている。
ドーム部４は、シリンダ部３の端部から曲面状に縮径する肩部４Ａと、肩部４Ａの先端側に形成され軸心Ｏとの略直交面をなす平面部４Ｂとを有した形状からなる。場合により、平面部４Ｂを形成することなく、シリンダ部３の端部からライナーネック５にかけて全て曲面状に縮径形成してもよい。
繊維補強材１１は、含浸処理されたストランドの束からなるロービングとされたうえで、図示しない回転装置により軸心Ｏ回りに回転するライナー２の外面に巻き付けられる。繊維補強材１１は、フープ巻きで形成したフープ層１２と、低角度ヘリカル巻きで形成した低角度ヘリカル層１３と、高角度ヘリカル巻きで形成した高角度ヘリカル層１４と、を有して構成されている。
フープ巻きは、図４（ａ）で説明したように圧力容器の軸心Ｏと略直交する方向に巻く巻き方であり、低角度ヘリカル巻きは、図４（ｂ）で説明したように軸心Ｏに対して低い配向角度θ２で巻く巻き方であり、高角度ヘリカル巻きは、図４（ｃ）で説明したように軸心Ｏに対して高い配向角度θ１で巻く巻き方である。低角度ヘリカル巻きの配向角度θ２は、概ねライナーネック５に掛け回し可能な最小角度以上で１５°以下の範囲であり、高角度ヘリカル巻きの配向角度θ１は、概ね軸心Ｏに対し６５°〜７５°の範囲である。
「引掛け部７」
図２に示すように、側断面視において、ライナー２のドーム部４からシリンダ部３に向かう途中には、軸心Ｏに向けて変位する引掛け部７が形成されている。本実施形態では、ドーム部４とシリンダ部３との間の肩部４Ａに、シリンダ部３の外面３Ａよりも径外方向に張り出す凸状部８が形成され、この凸状部８のシリンダ部３寄りに形成された引掛け斜面８Ａが引掛け部７を構成する。凸状部８は、曲面状の山形を呈しており、頂上部８Ｂを境にシリンダ部３寄りに引掛け斜面８Ａが形成され、ドーム部４寄りにドーム延長斜面８Ｃが形成されている。軸心Ｏ方向に沿う引掛け斜面８Ａの長さＬ１とドーム延長斜面８Ｃの長さＬ２とは略等しく形成されている。
図２に示すように、側断面視において、ライナー２のドーム部４からシリンダ部３に向かう途中には、軸心Ｏに向けて変位する引掛け部７が形成されている。本実施形態では、ドーム部４とシリンダ部３との間の肩部４Ａに、シリンダ部３の外面３Ａよりも径外方向に張り出す凸状部８が形成され、この凸状部８のシリンダ部３寄りに形成された引掛け斜面８Ａが引掛け部７を構成する。凸状部８は、曲面状の山形を呈しており、頂上部８Ｂを境にシリンダ部３寄りに引掛け斜面８Ａが形成され、ドーム部４寄りにドーム延長斜面８Ｃが形成されている。軸心Ｏ方向に沿う引掛け斜面８Ａの長さＬ１とドーム延長斜面８Ｃの長さＬ２とは略等しく形成されている。
すなわち、従来、ドーム部４の外面はシリンダ部３に向かうにしたがい曲面状に漸次拡径し、最も拡径したところが定径断面のシリンダ部３の端部を構成していた。これに対し本発明の圧力容器１は、ドーム部４の外面は凸状部８の頂上部８Ｂまでは概ね拡径していくが、頂上部８Ｂからシリンダ部３寄りの範囲は、引掛け斜面８Ａによって、シリンダ部３に向かうにしたがい漸次縮径するように形成されている。
以上のように、ドーム部４からシリンダ部３に向かう途中に、軸心Ｏに向けて変位する引掛け斜面８Ａを形成したことにより、一方のドーム部４における高角度ヘリカル巻きのヘリカル方向（螺旋方向）を、従来のように他方のドーム部４で変えることなく、引掛け斜面８Ａで変えることができる。つまり、ドーム延長斜面８Ｃと引掛け斜面８Ａとを利用して高角度ヘリカル層１４を局所的に形成できる。これにより、高角度ヘリカル層１４を、シリンダ部３に形成することなく、肩部４Ａに形成した凸状部８のみに形成することができ、肩部４Ａの補強を主目的とする高角度ヘリカル巻きにおいてシリンダ部３への無駄巻きを解消できる。高角度ヘリカル層１４は凸状部８の曲面に倣って円弧状に形成される。
フープ層１２、低角度ヘリカル層１３、高角度ヘリカル層１４の形成順序は、高角度ヘリカル層１４が最初に形成され、次いで、フープ層１２、低角度ヘリカル層１３の順に形成されている。フープ層１２は、シリンダ部３を補強するべくシリンダ部３の外面３Ａに形成されており、本実施形態では図２に示すように、その端部は、斜面８Ａ上に形成された高角度ヘリカル層１４の外面を覆うように形成されている。フープ層１２の外面と、ドーム延長斜面８Ｃ上に形成された高角度ヘリカル層１４の外面とは面一状に形成される。
最後に形成される低角度ヘリカル層１３は、圧力容器１全体にわたって形成される層であり、フープ層１２、高角度ヘリカル層１４の各外面と、未だむき出し状態となっているドーム部４のライナー２の外面とを覆うように形成される。なお、低角度ヘリカル層１３において、低角度ヘリカル巻きを施した後、シリンダ部３の範囲にさらなる補強としてフープ巻きを施してもよいし、高角度ヘリカル巻きを多少混在させてもよい。
ここで、図３に示すように、凸状部８をドーム部４の外面に対して滑らかに形成した場合、高角度ヘリカル層１４の外面とドーム部４の外面との間に段差が生じるので、低角度ヘリカル層１３を形成すると、ドーム部４と高角度ヘリカル層１４と低角度ヘリカル層１３との間に隙間Ｓが形成されることがある。これに対し、図２に示すように、凸状部８とドーム部４との間に、凸状部８がドーム部４よりも圧力容器１の内側に位置するような段差部９を形成すれば、高角度ヘリカル層１４の外面をドーム部４の外面と面一にすることができる。これにより、高角度ヘリカル層１４の外面とドーム部４の外面とにわたり低角度ヘリカル層１３を形成しても前記隙間Ｓは生じず、繊維補強材１１を密に巻くことができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。本発明は図面に記載したものに限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。
１ 圧力容器
２ ライナー
３ シリンダ部
４ ドーム部
７ 引掛け部
８ 凸状部
８Ａ 引掛け斜面部
８Ｂ 頂上部
８Ｃ ドーム延長斜面部
９ 段差部
１１ 繊維補強材
１２ フープ層
１３ 低角度ヘリカル層
１４ 高角度ヘリカル層
２ ライナー
３ シリンダ部
４ ドーム部
７ 引掛け部
８ 凸状部
８Ａ 引掛け斜面部
８Ｂ 頂上部
８Ｃ ドーム延長斜面部
９ 段差部
１１ 繊維補強材
１２ フープ層
１３ 低角度ヘリカル層
１４ 高角度ヘリカル層
Claims (2)
- 流体を収容可能であって筒状のシリンダ部と当該シリンダ部に連続するドーム部とを有するライナーと、
前記ライナーの外側に、含浸処理されたストランドの束からなるロービングを巻き付けて構成される繊維補強材と、
を備える圧力容器であって、
前記ライナーの前記ドーム部から前記シリンダ部に向かう途中に、シリンダ部の外面よりも径外方向に張り出す凸状部が形成され、当該凸状部の前記シリンダ部寄りに形成された引掛け斜面が引掛け部を構成し、
前記ロービングを高角度ヘリカル巻きで前記ドーム部と前記引掛け部とに巻き付けることにより形成される高角度ヘリカル層を少なくとも有することを特徴とする圧力容器。 - 前記凸状部と前記ドーム部との間に段差部が形成され、
前記高角度ヘリカル層の外面と前記ドーム部の外面とが面一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。
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