JPWO2018066293A1 - Pressure vessel - Google Patents
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Abstract
流体を収容可能であって筒状のシリンダ部(3)とシリンダ部(3)に連続するドーム部(4)とを有するライナー(2)と、ライナー(2)の外側に、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、を有して構成される繊維補強材(11)と、を備える圧力容器であって、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、軸心に向けて変位する引掛け部(7)が形成され、ドーム部(4)と引掛け部(7)とを利用して局所的に形成される高角度ヘリカル層(14)を少なくとも有する。A liner (2) capable of containing fluid and having a cylindrical cylinder (3) and a dome (4) continuous with the cylinder (3), and formed by hoop winding on the outside of the liner (2) Reinforcement comprising a hoop layer (12), a low angle helical layer (13) formed by low angle helical winding, and a high angle helical layer (14) formed by high angle helical winding And a hook portion (7) displaced toward the axial center on the way from the dome portion (4) of the liner (2) to the cylinder portion (3). , At least a high angle helical layer (14) locally formed by utilizing the dome portion (4) and the hook portion (7).
Description
本発明は、圧力容器に関する。 The present invention relates to a pressure vessel.
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)。 A liner having a cylindrical cylinder portion and a dome portion continuous with the cylinder portion, and formed by hoop winding of a filament winding on the outside of the liner, low angle helical winding (including in-plane winding) and high angle helical winding There is known a pressure vessel having a fiber reinforcing material (see, for example, Patent Document 1).
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。
The hoop winding is a method of winding the
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。
Generally, as shown in FIG. 5, the filament winding method of the pressure vessel reciprocates the
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。
However, the high angle helical winding is mainly performed for the purpose of reinforcing the
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。 The present invention is created to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a pressure vessel in which high-angle helical winding can be efficiently formed on a dome portion.
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、フープ巻きで形成したフープ層と、低角度ヘリカル巻きで形成した低角度ヘリカル層と、高角度ヘリカル巻きで形成した高角度ヘリカル層と、を有し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、軸心に向けて変位する引掛け部が形成され、前記ドーム部と前記引掛け部とを利用して局所的に形成される前記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。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a liner which is capable of containing a fluid and which has a cylindrical cylinder portion and a dome portion continuing to the cylinder portion, and a hoop formed by hoop winding outside the liner. A pressure vessel comprising a fiber reinforcement comprising a layer, a low angle helical layer formed by low angle helical winding, and a high angle helical layer formed by high angle helical winding, On the way from the dome portion to the cylinder portion of the liner, a hook portion that is displaced toward the axial center is formed, and the high angle locally formed using the dome portion and the hook portion It is characterized in that it has at least a helical layer.
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。 According to the present invention, the hook portion which is displaced toward the axial center is formed on the way from the dome portion to the cylinder portion, and the high angle helical layer is locally used by utilizing the dome portion and the hook portion. By forming the high angle helical layer, it is possible to form only the predetermined dome portion without forming the high angle helical layer in the cylinder portion. As a result, it is possible to eliminate useless winding on the cylinder in high-angle helical winding mainly for reinforcement of the dome.
また、本発明は、前記ドーム部と前記シリンダ部との間に、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前記引掛け部を構成することを特徴とする。 Further, according to the present invention, a convex portion protruding outward in a radial direction from the outer surface of the cylinder portion is formed between the dome portion and the cylinder portion, and the convex portion is formed closer to the cylinder portion. A hook slope constitutes the hook portion.
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。 According to the present invention, by forming the convex portion between the dome portion and the cylinder portion, the slope of this convex portion can be used as the hooking portion, so the shape of the liner can be simplified without much complication. The hook portion can be formed with the following structure.
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。 Further, the present invention is characterized in that a stepped portion is formed between the convex portion and the dome portion, and the outer surface of the high angle helical layer and the outer surface of the dome portion are formed flush. Do.
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。 According to the present invention, the outer surface of the high angle helical layer can be made flush with the outer surface of the dome portion. Therefore, even if a low angle helical layer is formed between the outer surface of the high angle helical layer and the outer surface of the dome portion, no gap is generated, and the fiber reinforcement can be tightly wound.
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。 According to the present invention, high angle helical winding can be efficiently formed on the dome portion.
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。
The pressure vessel of the present invention can be applied as a vessel for storing low pressure gas such as LPG, high pressure gas such as hydrogen gas, and other fluids. As shown in FIG. 1, the pressure vessel 1 of the present invention has a
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。
The
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。
The
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。
The
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。 The hoop winding is wound in a direction substantially orthogonal to the axial center O of the pressure vessel as described in FIG. 4A, and the low angle helical winding is an axial center as described in FIG. 4B. The winding is performed at a low orientation angle θ2 with respect to O, and the high-angle helical winding is wound at a high orientation angle θ1 with respect to the axial center O as described with reference to FIG. The orientation angle θ2 of the low angle helical winding is generally in the range of not less than the minimum angle that can be wound around the liner neck 5 and 15 ° or less, and the orientation angle θ1 of the high angle helical winding is generally 65 ° to the axis O It is in the range of 75 °.
「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。"Hatch
As shown in FIG. 2, a
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。
That is, conventionally, the outer surface of the
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。
As described above, by forming the
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。
In the formation order of the
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。
The low angle
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。
Here, as shown in FIG. 3, when the
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。 The preferred embodiment of the present invention has been described above. The present invention is not limited to what is described in the drawings, and various design changes can be made without departing from the scope of the invention.
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DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記ライナーの外側に、フープ巻きで形成したフープ層と、低角度ヘリカル巻きで形成した低角度ヘリカル層と、高角度ヘリカル巻きで形成した高角度ヘリカル層と、を有し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、軸心に向けて変位する引掛け部が形成され、
前記ドーム部と前記引掛け部とを利用して局所的に形成される前記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。A liner capable of containing fluid and having a cylindrical cylinder portion and a dome portion continuous with the cylinder portion;
A fiber reinforced structure comprising a hoop layer formed by hoop winding, a low angle helical layer formed by low angle helical winding, and a high angle helical layer formed by high angle helical winding on the outside of the liner. Materials,
A pressure vessel comprising
A hook that is displaced toward an axial center is formed on the way from the dome to the cylinder of the liner.
A pressure vessel comprising at least the high angle helical layer locally formed using the dome portion and the hook portion.
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2に記載の圧力容器。A stepped portion is formed between the convex portion and the dome portion,
The pressure vessel according to claim 2, wherein the outer surface of the high angle helical layer and the outer surface of the dome portion are formed flush.
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