JP6864535B2 - Pressure vessel - Google Patents

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Description

本発明は圧力容器に関する。 The present invention relates to a pressure vessel.

特許文献１には、円筒状の直胴部の両端にドーム部が形成されたライナーと、ドーム部の中心部に取り付けた口金と、ライナーの外周に形成された繊維強化樹脂層とを備えた圧力容器が開示されている。 Patent Document 1 includes a liner having dome portions formed at both ends of a cylindrical straight body portion, a mouthpiece attached to the central portion of the dome portion, and a fiber-reinforced resin layer formed on the outer periphery of the liner. The pressure vessel is disclosed.

特開２０１２−０４５８２６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-045826

圧力容器は安全性の向上のため、更なる耐圧性が求められていた。そのためには、ライナーの強度向上が切望されていた。 The pressure vessel was required to have further pressure resistance in order to improve safety. For that purpose, it has been desired to improve the strength of the liner.

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、圧力容器のライナーの強度向上を目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the strength of the liner of a pressure vessel.

本発明の圧力容器は、
略円筒状の胴部の端部にドーム部が連なった形態のライナーと、
前記ドーム部に当接される口金と、
前記ライナーの外面に巻き付けられた形態の繊維束を有する繊維強化樹脂層と、を備え、
前記ドーム部の端部は、前記胴部の軸線と交差する平板部とされるとともに、前記平板部の外周と前記胴部の端部とは曲面部によって繋がれており、
前記平板部と、前記曲面部との境は稜線とされ、
前記平板部の内面には、窪みが形成されており、
前記窪みは、前記稜線の裏よりも前記平板部の中心に寄った内側の位置に形成されていることを特徴とする圧力容器である。 The pressure vessel of the present invention
A liner in the form of a dome part connected to the end of a substantially cylindrical body part,
The base that comes into contact with the dome portion and
A fiber reinforced resin layer having a fiber bundle in the form of being wound around the outer surface of the liner is provided.
The end of the dome portion is a flat plate portion that intersects the axis of the body portion, and the outer circumference of the flat plate portion and the end portion of the body portion are connected by a curved surface portion.
The boundary between the flat plate portion and the curved surface portion is a ridgeline.
A recess is formed on the inner surface of the flat plate portion.
The depression is a pressure vessel characterized in that it is formed at an inner position closer to the center of the flat plate portion than the back of the ridge line.

この構成によれば、以下の作用効果が奏される。
ライナーのドーム部の内側には、えくぼ状の窪みが形成されている。本発明者らが鋭意検討したところ、窪みの位置がライナーの強度に影響することを見いだした。
本発明では、ドーム部が、平板部と、曲面部と、を備えており、平板部と、曲面部との境は稜線とされている場合に、内面の窪みの位置を、稜線の裏側位置よりも内側にずらしている。
窪みの位置が、稜線の真裏である場合には、次のようになる。すなわち、ライナーに応力がかかると、稜線部分に応力が集中しやすくなる。すると、稜線部分の真裏に強度の弱い窪みが存在して、クラックが発生するおそれがあり、ライナーの強度の向上があまり望めない。本発明では、窪みの位置が、稜線の裏側位置に対して、ずらしてあるから、応力がかかっても窪み部分には力が集中せず、強度保持できる。 According to this configuration, the following effects are produced.
A dimple-shaped depression is formed inside the dome portion of the liner. As a result of diligent studies by the present inventors, it was found that the position of the recess affects the strength of the liner.
In the present invention, when the dome portion includes a flat plate portion and a curved surface portion, and the boundary between the flat plate portion and the curved surface portion is a ridge line, the position of the recess on the inner surface is set to the position on the back side of the ridge line. It is shifted inward.
When the position of the depression is directly behind the ridgeline, it becomes as follows. That is, when stress is applied to the liner, the stress tends to concentrate on the ridgeline portion. Then, a dent having a weak strength exists directly behind the ridge line portion, and cracks may occur, so that the strength of the liner cannot be expected to be improved so much. In the present invention, since the position of the recess is shifted from the position on the back side of the ridgeline, the force is not concentrated on the recess portion even when stress is applied, and the strength can be maintained.

実施例１の圧力容器の断面図である。It is sectional drawing of the pressure vessel of Example 1. FIG. 図１のＢ視平面図である。It is a B view plan view of FIG. 実施例１のライナーの斜視図である。It is a perspective view of the liner of Example 1. FIG. 従来例の圧力容器の断面図である。It is sectional drawing of the pressure vessel of a conventional example. 図４のＢ視平面図である。It is a B view plan view of FIG. 従来例のライナーの斜視図である。It is a perspective view of the liner of a conventional example.

（１）本発明の圧力容器では、前記窪みは、パリソンの開口縁部を綴じ合わせたときに、金型で食い切りされた食い切り部の外側端部に由来する構成であってもよい。
ブロー成形においては、金型で食い切りされた食い切り部の外周側端部に由来する窪みが形成される場合がある。この場合、窪みの位置が、稜線の裏側位置に対して、ずらしてあるので、応力がかかっても窪み部分には力が集中せず、強度向上できる。 (1) In the pressure vessel of the present invention, the recess may be derived from the outer end of the cut-off portion cut off by the mold when the opening edges of the parison are bound together.
In blow molding, a dent derived from the outer peripheral end of the cut-off portion cut off by the mold may be formed. In this case, since the position of the dent is shifted from the position on the back side of the ridgeline, the force is not concentrated on the dent portion even if stress is applied, and the strength can be improved.

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図３を参照して説明する。本実施例１の圧力容器Ａは、合成樹脂製のライナー１０と、第１口金２２（請求項に記載の口金）と、第２口金２８と、繊維強化樹脂層３３とを備えて構成されている。圧力容器Ａは、燃料電池自動車や天然ガス自動車に搭載され、高圧の水素ガスや天然ガスの充填容器として用いられるものである。 <Example 1>
Hereinafter, Example 1 embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The pressure vessel A of the first embodiment includes a liner 10 made of synthetic resin, a first base 22 (the base according to the claim), a second base 28, and a fiber reinforced resin layer 33. There is. The pressure vessel A is mounted on a fuel cell vehicle or a natural gas vehicle, and is used as a filling container for high-pressure hydrogen gas or natural gas.

ライナー１０は、図１に示すように、径寸法が全長に亘ってほぼ一定の円筒状をなす胴部１１と、胴部１１の軸線方向における一方の端部に連なる第１ドーム部１２（請求項に記載のドーム部）と、胴部１１の軸線方向における他方の端部に連なる第２ドーム部１３とを備えた単一部品である。ライナー１０の内部は、流体（水素ガスや天然ガス等）を貯留するための貯留空間１４となっている。ライナー１０は、ブロー成形によって所定形状に成形されている。ライナー１０の材料としては、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂等が用いられている。実施例１では、ライナー１０は、ＨＤＰＥ層、変性ＰＥ層、バリア層の一例としてのＥＶＯＨ層、変性ＰＥ層、ＨＤＰＥ層が外側から順に積層された構造を有する。 As shown in FIG. 1, the liner 10 includes a body portion 11 having a cylindrical shape having a diameter dimension substantially constant over the entire length, and a first dome portion 12 (claimed) connected to one end of the body portion 11 in the axial direction. It is a single component including the dome portion (described in the item) and the second dome portion 13 connected to the other end portion in the axial direction of the body portion 11. The inside of the liner 10 is a storage space 14 for storing a fluid (hydrogen gas, natural gas, etc.). The liner 10 is formed into a predetermined shape by blow molding. As the material of the liner 10, high-density polyethylene (HDPE), ethylene / vinyl alcohol copolymer resin (EVOH), polyamide resin, polypropylene resin and the like are used. In Example 1, the liner 10 has a structure in which an HDPE layer, a modified PE layer, an EVOH layer as an example of a barrier layer, a modified PE layer, and an HDPE layer are laminated in this order from the outside.

第１ドーム部１２の中心部には、胴部１１の軸線と同軸の円形をなす貫通形態の筒状突出部１５が一体に形成されている。筒状突出部１５は第１ドーム部１２の外部へ突出した形態である。ライナー１０の外部空間と貯留空間１４内は、筒状突出部１５の内部空間を介して連通可能となっている。第１ドーム部１２の端部は、胴部１１の軸線と略直角をなす略円形の平板部１６とされている。平板部１６の直径は、胴部１１の直径よりも小さくされている。 At the center of the first dome portion 12, a penetrating tubular protruding portion 15 forming a circular shape coaxial with the axis of the body portion 11 is integrally formed. The tubular protruding portion 15 has a form of protruding to the outside of the first dome portion 12. The external space of the liner 10 and the inside of the storage space 14 can communicate with each other via the internal space of the tubular protrusion 15. The end of the first dome portion 12 is a substantially circular flat plate portion 16 that is substantially perpendicular to the axis of the body portion 11. The diameter of the flat plate portion 16 is smaller than the diameter of the body portion 11.

平板部１６の外周と胴部１１の端部とは、曲面部１７によって繋がれている。曲面部１７は、円環状をなしている。平板部１６と、曲面部１７との境は稜線１９とされている。すなわち、稜線１９は、平板部１６の外周円の位置に存在しており、略円形をなす。 The outer circumference of the flat plate portion 16 and the end portion of the body portion 11 are connected by a curved surface portion 17. The curved surface portion 17 has an annular shape. The boundary between the flat plate portion 16 and the curved surface portion 17 is a ridge line 19. That is, the ridge line 19 exists at the position of the outer peripheral circle of the flat plate portion 16 and forms a substantially circular shape.

第２ドーム部１３の中心部には、胴部１１の軸線と同軸の円形をなす膨出部１８が一体に形成されている。膨出部１８は貫通しておらず、胴部１１の他方の端部は第２ドーム部１３によって閉塞されている。 At the center of the second dome portion 13, a circular bulging portion 18 coaxial with the axis of the body portion 11 is integrally formed. The bulging portion 18 does not penetrate, and the other end of the body portion 11 is closed by the second dome portion 13.

ライナー１０は、下記のようなブロー成形法によって成形されている。成形に際しては、ブロー成形機（図示省略）から略円筒形のパリソン（図示省略）が軸線を上下方向に向けて下向きに押し出される。押し出されたパリソン内には下方からロッド（図示省略）が収容される。そして、パリソンが一対の金型で挟まれるとともに、ロッドを通して供給された加圧エアが、パリソンを金型のキャビティ内面に密着させる。この後、パリソンが硬化すれば、金型によるライナー１０の成形工程が完了する。 The liner 10 is molded by the following blow molding method. At the time of molding, a substantially cylindrical parison (not shown) is extruded downward from a blow molding machine (not shown) with the axis directed in the vertical direction. A rod (not shown) is housed in the extruded parison from below. Then, the parison is sandwiched between the pair of molds, and the pressurized air supplied through the rod brings the parison into close contact with the inner surface of the cavity of the mold. After that, when the parison is cured, the molding process of the liner 10 by the mold is completed.

金型によって成形されたライナー１０の平板部１６には、パリソンの開口縁部を綴じ合わせたときに、金型で食い切られた痕であるピンチライン（食い切り部）２１が形成される。ピンチライン２１は、図２に示されるように、平板部１６の中心を通る直線状に形成される。ピンチライン２１は、平板部１６の中心に対して対称な形態である。
平板部１６の内面には、図３に示されるように外側へ向けて凹んだ一対の窪み２０が形成されている。窪み２０の深さは特に限定されないが、通常０．１〜５ｍｍである。窪み２０は、稜線１９の裏側位置よりも平板部１６の中心寄りの内側に配されている。窪み２０は、ピンチライン２１の外側端部に形成されている。一対の窪み２０は、平板部１６の中心を対称中心とした対称位置に形成されている。 A pinch line 21 which is a mark cut off by the mold is formed on the flat plate portion 16 of the liner 10 formed by the mold when the opening edges of the parison are bound together. As shown in FIG. 2, the pinch line 21 is formed in a straight line passing through the center of the flat plate portion 16. The pinch line 21 has a shape symmetrical with respect to the center of the flat plate portion 16.
As shown in FIG. 3, a pair of recesses 20 recessed outward are formed on the inner surface of the flat plate portion 16. The depth of the recess 20 is not particularly limited, but is usually 0.1 to 5 mm. The recess 20 is arranged inside the flat plate portion 16 closer to the center than the position on the back side of the ridge line 19. The recess 20 is formed at the outer end of the pinch line 21. The pair of recesses 20 are formed at symmetrical positions with the center of the flat plate portion 16 as the center of symmetry.

第１口金２２は、軸線方向に貫通した円筒状をなす第１本体部２３と、第１本体部２３の軸線方向両端部のうち基端部から径方向外方へ張り出した第１フランジ部２４とを備えた単一部品である。第１本体部２３の内周の先端部には、第１雌ネジ部２５が形成されている。第１口金２２には、バルブ２６が第１雌ネジ部２５にねじ込まれることによって取り付けられる。 The first base 22 includes a first main body portion 23 having a cylindrical shape penetrating in the axial direction, and a first flange portion 24 protruding outward in the radial direction from the base end portion of both ends in the axial direction of the first main body portion 23. It is a single part with and. A first female screw portion 25 is formed at the tip of the inner circumference of the first main body portion 23. The valve 26 is attached to the first base 22 by being screwed into the first female screw portion 25.

第１口金２２は、第１ドーム部１２の平板部１６を覆うようにライナー１０に取り付けられている。第１口金２２を取り付けた状態では、第１フランジ部２４の内面が平板部１６の外面に密着している。第１フランジ部２４は第１本体部２３と同心の円形をなし、第１フランジ部２４の外径は、平板部１６の外径とほぼ同じ寸法である。 The first base 22 is attached to the liner 10 so as to cover the flat plate portion 16 of the first dome portion 12. With the first base 22 attached, the inner surface of the first flange portion 24 is in close contact with the outer surface of the flat plate portion 16. The first flange portion 24 has a circular shape concentric with the first main body portion 23, and the outer diameter of the first flange portion 24 is substantially the same as the outer diameter of the flat plate portion 16.

第２口金２８は、円柱状をなす第２本体部２９と、第２本体部２９の軸線方向両端部のうち基端部から径方向外方へ張り出した第２フランジ部３０とを備えた単一部品である。第２本体部２９には、その先端面を同軸状に凹ませた形態の第２雌ネジ部３１が形成されている。第２口金２８は、第２ドーム部１３の外面を覆うようにライナー１０に取り付けられている。 The second base 28 is simply provided with a columnar second main body 29 and a second flange 30 projecting radially outward from the base end of both axial end portions of the second main body 29. It is a part. The second main body 29 is formed with a second female screw portion 31 in which the tip surface thereof is coaxially recessed. The second base 28 is attached to the liner 10 so as to cover the outer surface of the second dome portion 13.

繊維強化樹脂層３３は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスッチック等からなる。繊維強化樹脂層３３は、フィラメントワインディング法、即ち、胴部１１の軸線を中心として回転するライナー１０及び口金２２，２８の外面に、繊維束に液状の熱硬化性樹脂を含浸させたもの、又は繊維束に含浸した熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたもの（プリプレグ繊維）を巻き付けることによって形成されている。繊維束は、炭素繊維、ガラス繊維、ケプラ繊維等からなる糸状の繊維を束ねたものである。 The fiber reinforced resin layer 33 is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), glass fiber reinforced plastic, or the like. The fiber reinforced resin layer 33 is a filament winding method, that is, a fiber bundle impregnated with a liquid thermosetting resin on the outer surfaces of the liner 10 and the caps 22 and 28 that rotate around the axis of the body portion 11, or It is formed by winding a semi-cured state (prepreg fiber) of a thermosetting resin impregnated in a fiber bundle. The fiber bundle is a bundle of filamentous fibers made of carbon fiber, glass fiber, kepla fiber and the like.

＜実施例１の効果＞
ここで、実施例１の効果について、従来例と比較して説明する。
ブロー成形においては、金型で食い切りされた食い切り部の外側端部に由来する窪み２０が形成される場合がある。従来例を図４〜６に示す。図４〜６において、実施例１と略同じ構成部位には同符号を付ける。図４の断面図は図１と同様となるが、図５〜６に実施例１との相違点が現れている。すなわち、図５〜６に示すように、窪み２０の位置は、稜線１９の真裏となっている。すなわち、窪み２０は稜線１９と重なった位置に形成されている。従来例の場合、ライナー１０に応力がかかると、稜線１９に応力が集中しやすくなる。すると、稜線１９の真裏に強度の弱い窪み２０が存在して、クラックが発生するおそれがある。
一方、実施例１では、図２〜３に示すように、窪み２０の位置が、稜線１９の裏側位置とずらしてあるから、応力がかかっても窪み２０の部分には力が集中しない。 <Effect of Example 1>
Here, the effect of Example 1 will be described in comparison with the conventional example.
In blow molding, a recess 20 derived from the outer end of the cut-out portion cut off by the mold may be formed. Conventional examples are shown in FIGS. 4 to 6. In FIGS. 4 to 6, substantially the same constituent parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals. The cross-sectional view of FIG. 4 is the same as that of FIG. 1, but differences from the first embodiment appear in FIGS. 5 to 6. That is, as shown in FIGS. 5 to 6, the position of the recess 20 is directly behind the ridge line 19. That is, the recess 20 is formed at a position overlapping the ridge line 19. In the case of the conventional example, when stress is applied to the liner 10, the stress tends to be concentrated on the ridge line 19. Then, a dent 20 having a weak strength exists directly behind the ridge line 19, and a crack may occur.
On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 to 3, since the position of the recess 20 is shifted from the position on the back side of the ridge line 19, the force is not concentrated on the portion of the recess 20 even if stress is applied.

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。 <Other Examples>
The present invention is not limited to the examples described by the above description and drawings, and for example, the following examples are also included in the technical scope of the present invention.

（１）実施例１では、特定の多層構造のライナー１０を例に挙げて説明したが、層の構成は特に限定されず、適宜変更することができる。
（２）なお、窪み２０の位置を、稜線１９の裏側位置よりも平板部１６の中心寄りの内側に配するための方法は特に限定されない。例えば、ブロー比を調整することによって窪みの位置を所望位置とすることができる。 (1) In the first embodiment, the liner 10 having a specific multilayer structure has been described as an example, but the structure of the layers is not particularly limited and can be changed as appropriate.
(2) The method for arranging the position of the recess 20 closer to the center of the flat plate portion 16 than the position on the back side of the ridge line 19 is not particularly limited. For example, the position of the recess can be set to a desired position by adjusting the blow ratio.

１０…ライナー
１１…胴部
１２…第１ドーム部
１３…第２ドーム部
１４…貯留空間
１５…筒状突出部
１６…平板部
１７…曲面部
１８…膨出部
１９…稜線
２０…窪み
２１…ピンチライン（食い切り部）
２２…第１口金
２３…第１本体部
２４…第１フランジ部
２５…第１雌ネジ部
２６…バルブ
２８…第２口金
２９…第２本体部
３０…第２フランジ部
３１…第２雌ネジ部
３３…繊維強化樹脂層
Ａ…圧力容器 10 ... Liner 11 ... Body 12 ... 1st dome 13 ... 2nd dome 14 ... Storage space 15 ... Cylindrical protrusion 16 ... Flat plate 17 ... Curved surface 18 ... Swelling 19 ... Ridge 20 ... Depression 21 ... Pinch line (cutting part)
22 ... 1st base 23 ... 1st main body 24 ... 1st flange 25 ... 1st female screw 26 ... Valve 28 ... 2nd base 29 ... 2nd main body 30 ... 2nd flange 31 ... 2nd female screw Part 33 ... Fiber reinforced resin layer A ... Pressure vessel

Claims (2)

略円筒状の胴部の端部にドーム部が連なった形態のライナーと、
前記ドーム部に当接される口金と、
前記ライナーの外面に巻き付けられた形態の繊維束を有する繊維強化樹脂層と、を備え、
前記ドーム部の端部は、前記胴部の軸線と交差する平板部とされるとともに、前記平板部の外周と前記胴部の端部とは曲面部によって繋がれており、
前記平板部と、前記曲面部との境は稜線とされ、
前記平板部の内面には、窪みが形成されており、
前記窪みは、前記稜線の裏よりも前記平板部の中心に寄った内側の位置に形成されていることを特徴とする圧力容器。 A liner in the form of a dome part connected to the end of a substantially cylindrical body part,
The base that comes into contact with the dome portion and
A fiber reinforced resin layer having a fiber bundle in the form of being wound around the outer surface of the liner is provided.
The end of the dome portion is a flat plate portion that intersects the axis of the body portion, and the outer circumference of the flat plate portion and the end portion of the body portion are connected by a curved surface portion.
The boundary between the flat plate portion and the curved surface portion is a ridgeline.
A recess is formed on the inner surface of the flat plate portion.
The pressure vessel is characterized in that the recess is formed at an inner position closer to the center of the flat plate portion than the back of the ridge line. 前記窪みは、パリソンの開口縁部を綴じ合わせたときに、金型で食い切りされた食い切り部の外側端部に由来することを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。 The pressure vessel according to claim 1, wherein the recess is derived from the outer end of the cut-off portion cut off by the mold when the opening edge portion of the parison is bound.
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