KR101981419B1 - 고압 가스 용기 및 고압 가스 용기의 제조 방법 - Google Patents

고압 가스 용기 및 고압 가스 용기의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

용전 밸브와 해당 용전 밸브와는 상이한 위치에 배치된 보스부가 설치된 용기 본체를 구비한 고압 가스 용기이며, 용전 밸브 및 보스부는, 각각 용기 본체보다 높은 열전도율을 갖고, 용전 밸브와 보스부가 열전도체로 접속되고, 열전도체는 용기 본체 내에 수용되는 고압 가스 용기이다.

Description

고압 가스 용기 및 고압 가스 용기의 제조 방법
본 발명은 용전 밸브(fusible plug valve)를 구비한 고압 가스 용기 및 고압 가스 용기의 제조 방법에 관한 것이다.
고압 가스 용기가 고온 환경 하에 노출된 경우, 용기 내의 압력을 낮추기 위해, 용기에 용전 밸브를 설치하는 기술이 알려져 있다. 용전 밸브는, 고압 가스의 유출입구로 되는 용기의 보스부와 일체화되고, 용기 내외를 관통하는 유로를 구비한 하우징과, 유로를 폐색하는 대략 원기둥형의 용전을 포함하는 밸브이다. 용전은 융점이 낮은 금속으로 구성되어 있고, 고온에 노출됨으로써 용전이 융해된다. 이에 의해, 용기가 고온 환경 하에 노출된 경우라도, 고압 가스 용기 내의 고압 가스가 유로를 통하여 외부로 방출되어, 용기 내부가 통상의 사용 범위를 초과하여 고압으로 되는 것을 억제할 수 있다.
고압 가스 용기의 본체의 재료로서는, 금속 재료나 탄소 섬유 강화 플라스틱이 사용된다. 요즈음에는, 강도나 경량화의 관점에서 탄소 섬유 강화 플라스틱 재료가 보강재로서 널리 사용되고 있다. 한편으로, 고압 가스 용기 본체의 재료로서 탄소 섬유 강화 플라스틱제와 같은 열전도성이 낮은 재료가 사용되는 경우, 열이 용기 본체에 전달되기 어려워진다. 그 때문에, 용전 밸브에 대하여 반대측의 용기 단부 등의 이격된 위치에서 용기의 일부가 가열된 경우, 이 열이 용전 밸브로 전달될 때까지 시간이 걸릴 가능성이 있다. 그 경우, 용기의 일부의 온도가 상승함에도 불구하고 상술한 바와 같은 용전 밸브의 융해가 일어나지 않고, 내압이 상승하여 용기의 내구성이 저하될 우려가 있다.
이 문제에 대하여 JP2005-315294A에는, 고압 가스 용기에 구비되는 용전 밸브로부터, 용기의 외부에 있어서 용기 본체의 측면을 따르도록 열전도체를 연장 돌출시켜, 안전 밸브에 열을 전달하도록 한 고압 가스 용기가 개시되어 있다.
JP2005-315294A의 경우, 용기 외부에 존재하는 다른 부재로부터 충격을 받아 열전도체가 파손되는 것이 고려된다. 특히, 연료 전지(FC)를 탑재한 자동차에 있어서, 수소 연료를 저장하는 탱크로서의 고압 가스 용기를 상정한 경우, 당해 고압 가스 용기 주변에 다수의 구성 부재가 배치되는 것이 고려되며, 예를 들어 주행 중의 진동 등에 의해 상기 열전도체가 다른 구성 부재와 간섭하여 의도하지 않은 충격이 전해지는 것도 상정된다.
이러한 종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 열전도체에 의한 용융 밸브로의 열의 전달 기능을 확보하면서, 열전도체의 파손을 방지할 수 있는 고압 가스 용기 및 고압 가스 용기의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 용전 밸브와 해당 용전 밸브와는 상이한 위치에 배치된 보스부가 설치된 용기 본체를 구비한 고압 가스 용기가 제공된다. 이 고압 가스 용기에서는, 용전 밸브 및 보스부는, 각각 용기 본체보다 높은 열전도율을 갖고, 용전 밸브와 보스부가 열전도체로 접속되고, 열전도체는 용기 본체 내에 수용된다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고압 가스 용기의 개략 구성도이다.
도 2a는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고압 가스 용기의 개략 구성도이다.
도 2b는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 고압 가스 용기의 개략 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 고압 가스 용기의 개략 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 고압 가스 용기의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고압 가스 용기를 설명하는 개략 구성도이다.
본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)는, 대략 원기둥형의 용기 본체(10)와, 용기 본체(10)의 길이 방향의 양단에 배치된 보스부(13-1, 13-2)와, 용기 본체(10)의 한쪽 보스부(13-1)에 배치된 용전 밸브(15)와, 한쪽 보스부(13-1)와 다른 쪽 보스부(13-2)를 고압 가스 용기(100)의 내부에서 접속하는 열전도체(17)를 구비한다.
고압 가스 용기(100)에는, 내부에 35Mpa 또는 70Mpa의 고압 상태로 가스가 저장된다. 당해 가스에 대해서는 다양한 종류의 것을 상정할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 특히 수소 가스가 상정되며, 이 수소 가스를 저장하는 고압 가스 용기(100)는, 예를 들어 연료 전지 차량에 탑재된다.
또한, 용기 본체(10)는, 경량화의 관점에서, 폴리에틸렌 수지 또는 폴리프로필렌 수지 등의 가스 배리어성을 갖는 재료로 형성된 내층체(11)와, 이 내층체(11)의 외주에 권회되는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 형성된 외층부로서의 보강층(20)을 갖고 있다.
보강층(20)은, 예를 들어 필라멘트 와인딩법을 이용하여, 띠상의 탄소 섬유 강화 플라스틱을 내층체(11)의 외주에 감음으로써 형성되는 저열전도성의 층상체이다. 보강층(20)의 형상은, 고압 가스 용기(100)에 요구되는 성능에 따라 결정된다.
보스부(13-1, 13-2)의 재료는, 예를 들어 스테인리스강이나 알루미늄 등의 재료가 사용된다. 또한, 보스부(13-1, 13-2)는, 용기 본체(10)보다 높은 열전도율을 갖도록 구성되는 한, 이들 스테인리스강이나 알루미늄에 한정되지 않고, 다른 금속 재료 또는 비금속 재료를 사용할 수도 있다.
용전 밸브(15)는, 상세하게는 도시하지 않았지만, 용기 본체(10)의 내외를 관통하는 가스 충전용 주 유로와, 용기 본체(10)가 고온에 노출된 경우에 내부의 고압 가스를 방출시키는 방출 유로를 구비한 하우징을 기본 구성으로 한다. 그리고, 이 하우징에는, 상기 방출 유로를 막는 대략 원기둥형의 용전이 설치되어 있다. 용전은 융점이 낮은 금속으로 형성되어 있고, 고온에 노출되면 융해된다. 이와 같이 용전이 융해되면, 상술한 용기 본체(10)의 내외를 관통하는 방출 유로를 통하여 용기 본체(10)의 내부와 외부가 연통되는 상태로 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 용전 밸브(15)의 하우징은 한쪽 보스부(13-1)와 일체로서 구성된다. 즉, 용전 밸브(15)의 하우징과 보스부(13-1)는 동일한 재료로 구성된다.
이에 의해, 고압 가스 용기(100)가 고온 환경 하에 노출된 경우라도, 고압 가스 용기(100) 내의 고압 가스가 외부로 방출되어, 고압 가스 용기(100)의 내부가 통상의 사용 범위를 초과하여 고압으로 되는 것을 억제할 수 있다. 상기 용전으로서 사용되는 금속으로서는, 납이나 주석 등을 들 수 있다. 또한, 용전의 재료로서는 하우징보다 낮은 융점을 갖는 재료라면, 금속 재료 이외여도 된다. 한편, 용전 밸브(15)의 하우징의 재료는, 알루미늄, 스테인리스강, 구리 합금 등, 용전보다 융점이 높고, 특히 용기 본체(10)보다 열전도율이 높은 금속 재료가 사용된다.
또한, 다른 쪽 보스부(13-2)는, 상술한 용전 밸브(15)와는 상이한 위치인 용기 본체(10)의 다른 쪽 단부에 설치되어 있고, 덮개 부재 등에 의해 폐색되어 있다.
열전도체(17)는, 한쪽 보스부(13-1)와 다른 쪽 보스부(13-2)를 용기(100)의 내부에서 접속하는 부재이며, 다른 쪽 보스부(13-2)로부터 한쪽 보스부(13-1)를 통하여 용전 밸브(15)로 열을 전달한다. 즉, 열전도체(17)는 보스부(13-1)를 통하여 간접적으로 용전 밸브(15)에 접속되는 상태로 된다. 본 실시 형태에 있어서 열전도체(17)는, 용기 본체(10)보다 열전도율이 높은 재료로 구성된다. 구체적으로, 열전도체(17)는, 예를 들어 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속 재료 등으로 형성된다. 특히, 수소 가스를 저장하는 본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)의 경우에는, 열전도체(17)는 고압 가스 용기(100) 내에 있어서 항상 수소 가스에 노출되게 되므로, SUS316L(JIS 규격) 등의 스테인리스강이나, A6061(JIS 규격) 등의 알루미늄과 같은, 수소 취화에 대하여 내성이 있는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
특히 본 실시 형태의 열전도체(17)는, 알루미늄제 브레이드 전선으로 구성된다. 브레이드 전선은, 복수의 전선을 묶어 엮은 것이며, 묶어진 전선은 예를 들어 전체 12mm 정도의 직경을 갖는다. 여기서, 도시를 생략하지만, 열전도체(17)의 양단에는, 각각 용기 본체(10)의 양단의 보스부(13-1, 13-2)로의 설치를 행하기 위한 구멍 뚫린 도너츠상 금속제 단자가 설치되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 보스부(13-1, 13-2)에도, 열전도체(17)의 설치용 볼트 구멍이 형성되어 있고, 열전도체(17)는, 상기 도너츠상 금속 단자가 당해 볼트 구멍에 대하여 함께 조여짐으로써, 보스부(13-1, 13-2)에 대하여 고정되게 된다. 또한, 보스부(13-1, 13-2)와 열전도체(17)의 설치 형태는 이것에 한정되지 않고, 커넥터, 후크, 용접 등의 여러 가지 방법에 의해 접속할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 열전도체(17)는, 그 전체 길이가 양단의 보스부(13-1, 13-2)의 거리보다 긴 길이로 형성되어 있으며, 즉 보스부(13-1, 13-2)에 설치된 상태에서, 당해 보스부(13-1, 13-2) 사이에 있어서 느슨한 상태로 되어 있다. 이와 같이 열전도체(17)가 보스부(13-1, 13-2) 사이에 있어서 느슨하도록, 그 길이에 여유를 갖게 해 둠으로써, 열에 의한 팽창이나 수축 등의 변형을 흡수할 수 있다.
상술한 열전도체(17)를 갖는 본 실시 형태에 관한 고압 가스 용기(100)에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)는, 용전 밸브(15)와, 해당 용전 밸브(15)와 상이한 위치에 배치된 보스부(13-2)가 설치된 용기 본체(10)를 구비하고 있다. 그리고, 용전 밸브(15) 및 보스부(13-2)는, 각각 용기 본체(10)보다 높은 열전도율을 갖고 있다. 또한, 용전 밸브(15)와 보스부(13-2)가 열전도체(17)로 접속되고, 열전도체(17)는 용기 본체(10) 내에 수용된다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서 「용전 밸브(15)와 보스부(13-2)가 열전도체(17)로 접속되고」란, 용전 밸브(15)와 보스부(13-2)가 직접적으로 열전도체(17)에 접속될 뿐만 아니라, 열전도체(17)에 의해 용전 밸브(15)와 보스부(13-2)가 보스부(13-1)를 통하여 접속되는 등의 간접적인 접속도 포함하는 의미이다.
본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)에서는, 용전 밸브(15)와 보스부(13-2)를 접속하는 열전도체(17)가 용기 본체(10) 내에 수용되므로, 열전도체(17)가 고압 가스 용기(100)의 주변에 배치되는 다른 부재에 의해 충돌 등의 간섭을 받는 것이 방지되고, 결과로서 그 파손이 방지되게 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 열전도체(17)가, 용전 밸브(15)와 일체화되어 있는 한쪽 보스부(13-1)와 다른 쪽 보스부(13-2)에 접속되어 있다. 그리고, 보스부(13-1)와 일체화된 용전 밸브(15) 및 보스부(13-2)는, 내층체(11) 및 보강층(20)보다 높은 열전도율을 갖고 있으므로, 고압 가스 용기(100)에 있어서의 용전 밸브(15)와는 반대측의 단부(즉 다른 쪽 보스부(13-2)의 부분)가 고온 상태로 되면, 열전도율이 높은 보스부(13-2)의 부분으로부터 열전도체(17)를 통하여 용전 밸브(15)로 빠르게 열이 전달되게 된다.
이에 의해, 보스부(13-2) 부근에서 발생한 열을 적절하게 용전 밸브(15)에 전달하여, 용전 밸브(15)의 용융이 보다 확실하게 이루어지게 된다. 즉, 본 실시 형태에 따르면, 열전도체(17)의 타단(용전 밸브(15)와는 상이한 측)이 보스부(13-2)에 접속되지 않는 개방단인 경우와 비교하여, 보다 효과적으로 열전도체(17)의 열전달 기능이 발휘되게 된다.
특히, 본 실시 형태에서는, 열전도체(17)가, 용기 본체(10)보다 높은 열전도율을 갖고 있다. 따라서, 상기 용전 밸브(15)에 빠르게 열을 전달시킨다고 하는 열전도체(17)의 기능을 보다 확실하게 발휘시킬 수 있다.
즉, 본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)에 있어서의 용기 본체(10)는, 수지 라이너인 내층체(11)에, 저열전도성의 보강층(20)이 권회됨으로써 형성되어 있다. 이 때문에, 용기 전체가 금속 재료로 구성된 탱크와 비교하여, 고압 가스 용기(100)의 일부가 고온에 노출된 경우라도, 열이 용기 본체(10)에 전달되기 어려운 경향이 있다.
그러나, 본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)에서는, 양단의 보스부(13-1, 13-2)가 용기 본체(10)보다 열전도율이 높은 열전도체(17)로 접속되어 있기 때문에, 고압 가스 용기(100)의 일부에서 발생하는 열을 내층체(11) 또는 보강층(20) 상에 있어서의 열의 전달에 의지하지 않고, 보스부(13-2)로부터 열전도체(17)를 통하여 용전 밸브(15)로 열을 전달할 수 있다.
특히, 본 실시 형태의 열전도체(17)는, 알루미늄 재료로 형성된 직경 12mm의 브레이드 전선으로서 구성되어 있다. 이 경우, 탄소 섬유 강화 플라스틱제 보강층(20)의 두께를 20mm라고 가정하면, 용전 밸브(15)로부터 이격된 위치의 보스부(13-2)가 고온으로 되고 나서, 보스부(13-2)로부터 열전도체(17)로 전달되는 열에 의해 용전 밸브(15)가 융해될 때까지의 시간이, 열전도체(17)를 구비하지 않는 경우, 즉 보스부(13-2)의 열이 보강층(20)으로 전도되는 경우와 비교하여, 약 5분의 1로 단축된다.
즉, 보강층(20)의 두께가 20mm인 경우에 있어서는 그 단면적은 직경 12mm의 열전도체(17)의 단면적의 약 178배로 됨에도 불구하고, 열전도체(17)의 열의 전달 속도가 보강층(20)의 전달 속도에 대하여 5배 정도 빨라진다. 이와 같이, 열전도체(17)는, 그의 열전달 속도가 보강층(20)의 열전달 속도보다 빨라지도록 구성되므로, 용전 밸브(15)로부터 이격된 위치의 보스부(13-2)가 고온으로 되고 나서 해당 보스부(13-2)로부터 열전도체(17)로 전달되는 열에 의해 용전 밸브(15)가 융해될 때까지의 시간이, 열전도체(17)를 구비하지 않는 경우와 비교하여 단축된다.
또한, 본 실시 형태의 열전도체(17)는, 용전 밸브(15)와 보스부(13-2)의 사이에서 느슨하게 한 상태에서 조립되어 있다. 이에 의해, 한란의 차 등에 의해 내층체(11)가 팽창이나 수축 등의 열변형을 일으켜도, 느슨함에 의해, 인장이나 압축의 영향을 억제할 수 있다. 또한, 내층체(11) 내부의 온도 변화에 의한 열전도체(17) 자체의 열변형도, 상기 느슨함에 의해 흡수되므로, 열전도체(17)의 파손이 보다 확실하게 방지되게 된다.
이 경우에, 특히 열전도체(17)를 내층체(11)의 내주면에 접촉하지 않을 정도로 느슨하게 해 두는 것이 바람직하다. 이에 의해, 고압 가스 용기(100)를 차량에 탑재한 경우에도, 열전도체(17)가 내층체(11)에 접촉하여 불필요한 소리가 발생하는 사태를 방지하여, 드라이버에게 위화감을 주는 것이 방지된다. 또한, 열전도체(17)와 내층체(11)가 접촉하면 당해 접촉 부분을 통하여, 용전 밸브(15)에 전달되어야 할 열이 내층체(11)측으로 도망쳐 버려, 이 열에 의해 내층체(11)의 내구성이 저하될 우려가 있다. 본 실시 형태에 관한 열전도체(17)에서는 이러한 사태도 방지된다.
또한, 본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)에서는, 일반적인 브레이드 전선이 열전도체(17)로서 사용된다. 이 때문에, 열전도체(17)로서 양판품인 브레이드 전선을 사용할 수 있고, 열전도체(17)를 구성하기 위한 비용을 삭감할 수 있다. 그러나, 열전도체(17)로서는 브레이드 전선뿐만 아니라, 예를 들어 금속성 막대체 등의 다른 다양한 타입의 부재를 사용할 수도 있다.
(제2 실시 형태)
이하에서는, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 각 실시 형태에 있어서, 앞선 실시 형태와 마찬가지의 구성 부위는, 동일 부호를 붙여 상세한 설명을 생략한다.
도 2a, 도 2b는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 고압 가스 용기(100)의 개략 구성도이다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 양단의 보스부(13-1, 13-2)가 막대상의 금속제 샤프트로서 구성된 열전도체(17)에 의해 접속된다. 또한, 이 열전도체(17)의 축 방향 대략 중앙부에는, 변위 흡수부로서의 금속제 주름 상자부(17a)가 구성되어 있다. 이에 의해, 용기(100)가 팽창 등의 변형을 일으켰을 때에도, 주름 상자부(17a)에 의해서 변위를 흡수하기 때문에, 열변형 등에 기인하여 용기(100)의 보스부(13-1)(용전 밸브(15)), 보스부(13-2) 및 열전도체(17)의 특정 개소에 부하가 집중하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 주름 상자부(17a)는, 열전도체(17)의 축 방향 거의 전역에 형성되어 있어도 된다. 이와 같이 구성된 열전도체(17)는, 그 축 방향에 있어서의 전체가 신축 가능한 구조를 갖게 되므로, 축 방향에 있어서의 변위를 흡수하는 효과가 더욱 높아지고, 열변형 등에 기인하여 보스부(13-1)(용전 밸브(15)), 보스부(13-2) 및 열전도체(17)의 특정 개소에 부하가 집중하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
상술한 열전도체(17)를 갖는 본 실시 형태에 관한 고압 가스 용기(100)에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에 관한 고압 가스 용기(100)에서는, 열전도체(17)는, 용전 밸브(15)와 보스부(13-2)의 사이에 발생하는 상대 변위를 흡수 가능한 변위 흡수부로서의 주름 상자부(17a)를 갖는다. 특히, 주름 상자부(17a)는, 도 2a에 도시하는 바와 같이 열전도체(17)의 축 방향 대략 중앙부 등에 부분적으로 형성되어 있어도 되고, 도 2b에 도시하는 바와 같이 열전도체(17)의 축 방향 전역에 걸치도록 구성되어 있어도 된다.
이에 따르면, 열에 의한 팽창이나 수축 등의 변형에 의해, 보스부(13-2)와 용전 밸브(15)의 사이에 변위가 발생해도, 주름 상자부(17a)에 의해 당해 변위를 흡수할 수 있으므로, 보스부(13-2), 용전 밸브(15) 및 열전도체(17)의 특정 개소에 의한 부하의 집중이 억제되고, 결과로서 열전도체(17)의 파손을 방지할 수 있다.
특히, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 열전도체(17)에 주름 상자부(17a)가 부분적으로 형성되는 경우에는, 주름 상자부(17a)를 형성하기 위한 가공량을 비교적 적게 하여 제조 프로세스를 간소화할 수 있다.
한편으로, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 열전도체(17)의 축 방향 대략 전역에 걸쳐 주름 상자부(17a)가 형성되는 경우에는, 열전도체(17)의 축 방향 위치에 있어서의 임의의 개소에서 변위가 발생한 경우라도, 당해 변위를 확실하게 흡수하는 것이 가능하다. 따라서, 보스부(13-1)(용전 밸브(15)), 보스부(13-2) 및 열전도체(17)의 특정 개소에 있어서의 부하의 집중이 보다 효과적으로 방지되게 되므로, 열전도체(17)의 파손을 방지하는 효과가 한층 더 효과적으로 발휘된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 열전도체(17)의 길이는 보스부(13-2)와 용전 밸브(15)의 사이의 길이와 대략 동등하게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 열전도체(17)에 있어서는, 주름 상자부(17a)에 의한 변위 흡수 기능이 확보되면서도 남는 길이가 발생하지 않으므로, 열전도체(17)가 내층체(11)의 내주면이나 보스부(13-1, 13-2)의 내주면에 접촉하는 것을 보다 확실하게 방지하고, 열전도체(17)로부터 내층체(11) 등으로의 의도하지 않은 열의 전달을 방지할 수 있다.
또한, 열전도체(17)의 변위 흡수부의 형태는, 본 실시 형태에 있어서의 주름 상자부(17a)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 열전도체(17)의 축 방향의 일부 또는 전역을 일정한 유연성을 갖는 재료로 형성하거나 하여, 변위 흡수부를 구성하도록 해도 된다.
(제3 실시 형태)
이하에서는, 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 3은, 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 고압 가스 용기(100)의 개략 구성도이다. 도 3의 고압 가스 용기(100)는, 용전 밸브(15)와 일체화된 보스부(13-1)에, 수소 가스를 충전하기 위한 충전 유로(30)가 형성되어 있다.
충전 유로(30)는, 외부의 충전 장치로부터 공급된 수소 가스가 통과하는 유로이며, 도시하지 않은 메인 스톱 밸브에 의해 개폐가 조작된다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 충전 유로(30)의 내층체(11) 내측으로의 연장선(C)과 교차하도록, 열전도체(17)가 배치된다. 구체적으로는, 도면에 명시되어 있는 바와 같이, 열전도체(17)의 일단(17b)이, 보스부(13-1)에 있어서의 도면 상 내주면 상부에 고정되고, 열전도체(17)의 타단(17c)이, 보스부(13-2)에 있어서의 도면 상 내주면 하부에 고정된다.
상기 구성에 의해, 본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)에 있어서는, 수소 가스 충전 시에, 충전 유로(30)를 통하여 내층체(11) 내에 주입되는 수소 가스의 흐름이, 열전도체(17)와 간섭함으로써 산란된다. 따라서, 내층체(11)의 내부로 방출되는 수소 가스의 확산이 촉진된다.
따라서, 수소 가스를 충전할 때 주울=톰슨 효과에 의해 수소 가스의 온도 변화가 발생하였다고 해도, 당해 온도 변화한 수소 가스가 고압 가스 용기(100) 내에 있어서 균일화되는 작용이 기능하게 되므로, 고압 가스 용기(100)에 있어서의 온도부 분포의 균일성이 유지된다. 즉, 수소 가스가 고압 가스 용기(100) 내에 충전될 때, 상기 주울=톰슨 효과에 의해 고압 가스 용기(100) 내의 온도 분포가 산란되는 사상을 방지할 수 있다.
특히, 수소 가스의 경우에 있어서는, 주울=톰슨 효과에 있어서의 역전 온도가 201K 정도로 비교적 낮고, 통상, 충전 시의 수소 가스의 온도는 역전 온도보다 높기 때문에, 충전 시에 수소 가스가 온도 상승하게 된다. 그 때문에, 고압 가스 용기(100) 내부가 국소적으로 고온으로 되고, 고압 가스 용기(100)의 내구성이 저하될 우려가 있다.
이에 비해, 본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)에 있어서는, 충전 시에 수소 가스가 열전도체(17)와 간섭(충돌)하면서 확산되기 때문에, 충전 시에 온도 상승한 수소 가스는 용기 본체(10) 내에 있어서 확산되어 분포하게 된다. 따라서, 고압 가스 용기(100) 내에 있어서의 온도 분포를 신속하게 균일화시킬 수 있다.
이에 의해, 고압 가스 용기(100)가 고온에 노출되어 그 내구성이 저하되는 것이 억제됨과 함께, 고압 가스 용기(100) 내부에 온도 센서 등의 온도 측정 수단을 설치하는 경우에는, 보다 정확한 온도 측정을 행할 수 있게 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 특히 열전도체(17)를 내열성 재료로 구성하고, 충전 유로(30)로부터 유입되어 승온한 상태의 수소 가스에 노출되어도 견딜 수 있도록 해 두면 바람직하다.
(제4 실시 형태)
이하에서는, 제4 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 특히 상술한 제3 실시 형태에 있어서 설명한 타입의 고압 가스 용기(100)를 제조하는 경우를 상정하여, 그 제조 방법을 설명한다.
도 4는, 본 실시 형태에 관한 고압 가스 용기(100)를 제조하는 방법을 설명하는 도면이다. 본 실시 형태의 제조 방법에서는, 한쪽 보스부(13-1)에 열전도체(17)의 일단(17b)을 장착하고, 다른 쪽 보스부(13-2)에 열전도체(17)의 타단(17c)을 장착한 상태에서, 이들 보스부(13-1, 13-2)를 금형(40)에 세트하여 블로우 성형을 행한다.
구체적으로는, 우선, 열전도체(17)의 일단(17b)을 한쪽 보스부(13-1)의 내주면에 장착하고, 해당 열전도체(17)의 타단(17c)을 다른 쪽 보스부(13-2)의 내주면에 장착한다(열전도체 장착 공정).
여기서, 도면으로부터도 명백해진 바와 같이, 긴 열전도체(17)가 양쪽 보스부(13-1, 13-2)에 장착된 상태에서, 이들을 일체의 부재로서 다룰 수 있으므로, 성형 작업이 용이하다.
또한, 도시는 하지 않았지만, 열전도체(17)의 일단(17b) 및 타단(17c)을 각각 보스부(13-1, 13-2)에 장착할 때에는, 예를 들어 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 보스부(13-1, 13-2)에 열전도체(17)의 설치용 볼트 구멍을 형성하고, 열전도체(17)의 도너츠상 금속 단자를 당해 볼트 구멍에 대하여 함께 조여 고정한다.
이어서, 열전도체(17)가 접속되어 있는 보스부(13-1, 13-2)를 금형(40)에 세트한다(금형 세트 공정). 보다 상세하게는, 보스부(13-1, 13-2)를 양측면측으로부터 금형(40, 40) 사이에 끼워 넣는다.
또한, 상술한 금형 세트 공정 후에 열전도체 장착 공정을 행하도록 해도 되지만, 금형(40, 40)이 세트되어 있지 않은 상태 쪽이 열전도체(17)의 장착 작업이 용이하므로, 열전도체(17)는 금형(40, 40)을 세트하기 전에 장착되는 것이 가장 바람직하다.
이어서, 한쪽 보스부(13-1)의 구멍부(13a-1)와 다른 쪽 보스부(13-2)의 구멍부(13a-2)의 양쪽을 통과하도록, 복수의 취출구(32a)가 형성된 블로우관(32)을 설치한다(블로우관 설치 공정).
이 블로우관(32)은, 금형(40, 40)에 세트된 상태의 보스부(13-1, 13-2)의 구멍부(13a-1, 13a-2) 사이를 건너지를 수 있는 길이로 형성되어 있다. 또한, 블로우관(32)은, 보스부(13-1)의 구멍부(13a-1)나 보스부(13-2)의 구멍부(13a-2)에 대하여 임시 고정하거나 하여 보스부(13-1)나 보스부(13-2)에 대하여 고정하는 것이 바람직하다.
또한, 블로우관(32)은, 내부가 중공으로 구성되고, 도시하지 않은 송풍 수단에 의해 내부에 공급된 바람을 측면으로부터 방출시킬 수 있도록 당해 측면의 길이 방향으로 전역을 따라 복수의 취출구(32a)가 형성되어 있다. 또한, 금형 세트 공정과 블로우관 설치 공정의 순서는 교체해도 된다.
그리고, 세트된 금형(40)에 의해 형성되는 성형 공간(P) 내에 수지 재료를 도입한다(수지 재료 도입 공정). 본 실시 형태에 있어서 도입되는 수지 재료는, 내층체(11)를 구성하는 폴리에틸렌 수지 또는 폴리프로필렌 수지 등의 재료이다.
또한, 도입된 수지 재료를 블로우관(32)의 취출구(32a)에 의해 당해 수지의 내측으로부터 블로우하여 보스부(13-1, 13-2) 부착 내층체(11)를 성형한다(용기 본체 성형 공정). 구체적으로는, 복수의 취출구(32a)로부터 공기를 팽창 전의 수지 재료(도면에 있어서 2점 쇄선으로 나타냄)에 분사하고, 수지 재료를 팽창시킴으로써 중공의 내층체(11)가 형성된다.
이어서, 보스부(13-1, 13-2) 부착 내층체(11)로부터 블로우관(32)을 분리한다(블로우관 제거 공정). 또한, 금형(40, 40)을 탈리하여 성형된 보스부(13-1, 13-2) 부착 내층체(11)를 회수한다(내층체 회수 공정). 또한, 이 블로우관 제거 공정과 내층체 회수 공정의 순서는 교체해도 된다.
그 후, 회수된 보스부(13-1, 13-2) 부착 내층체(11)의 외주에 대하여 탄소 섬유 강화 플라스틱제 띠상 부재를 권회하여 보강층(20)을 형성한다(보강층 형성 공정). 이에 의해, 보스부(13-1, 13-2) 부착 용기 본체(10)가 얻어진다. 그리고, 그 보스부(13-1)에 용전 밸브(15)를 용접 등의 방법에 의해 설치함으로써, 고압 가스 용기(100)가 얻어지게 된다. 또한, 그 후, 적절히 보스부(13-2)의 구멍부(13a-2)를 폐색한다.
상술한 고압 가스 용기(100)의 제조 방법에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는, 양단부에 각각 보스부(13-1, 13-2)가 형성되는 용기 본체(10)를 갖고, 각각의 보스부(13-1, 13-2)가 용기 본체(10)의 내부에서 열전도체(17)에 의해 접속되는 고압 가스 용기(100)가 제조된다. 특히, 한쪽 보스부(13-1)에 열전도체(17)의 일단(17b)을 장착하고, 다른 쪽 보스부(13-2)에 열전도체(17)의 타단(17c)을 장착한 상태에서, 이들 보스부(13-1, 13-2)를 금형(40, 40)에 세트하여 블로우 성형을 행한다.
이에 의해, 내부에 열전도체(17)를 수용한 형태의 고압 가스 용기(100)를 용이하면서도 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 제조 방법에서는, 보스부(13-1, 13-2) 부착 용기 본체(10)를 얻은 후, 용전 밸브(15)를 보스부(13-1)에 설치하도록 하고 있다. 그러나, 이것 대신에, 미리 용전 밸브(15)를 일체화시킨 보스부(13-1)를 사용하여, 상술한 열전도체 장착 공정 내지 보강층 시여 공정을 행함으로써 고압 가스 용기(100)를 얻도록 해도 된다. 이에 의해, 보강층 시여 공정 후에 보스부(13-1)에 용전 밸브(15)를 용접 등에 의해 설치하는 작업을 생략할 수 있다. 이 경우, 블로우관 설치 공정에 있어서, 보스부(13-1)측이 용전 밸브(15)에 의해 막힌 상태이므로, 블로우관(42)을 보스부(13-2)의 구멍부(13a-2)로부터 삽입 관통시킬 필요가 있다. 따라서, 이 경우, 블로우관 설치 공정을 실행한 후에, 보스부(13-2)의 구멍부(13a-2)를 폐색한다.
이상, 본 발명의 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 각 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않으며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정한다는 취지는 아니다.
예를 들어, 본 실시 형태의 고압 가스 용기(100)에서는, 각 구성 부재의 형상, 개수 및 재질 등을 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 열전도체(17)를, 상술한 바와 같이 복수의 선을 엮은 형태나 주름 상자부를 갖는 것이 아니라, 일체 구성의 샤프트로서 구성해도 된다. 이 경우에도, 열전도체(17)를 통하여 용전 밸브(15)에 열을 전달할 수 있음과 함께, 고압 가스 용기(100) 내의 구조를 간소화할 수 있다.
특히, 일체 구성의 샤프트인 경우에는, 열전도체(17)가 이상적인 강체의 성질에 가까워지므로, 상기 제4 실시 형태에서 설명한 제조 방법으로 고압 가스 용기(100)를 제조하는 경우에, 양쪽 보스부(13-1, 13-2)에 열전도체(17)를 장착한 상태에 있어서 이들을 하나의 강체로서 다룰 수 있게 되고, 당해 보스부(13-1, 13-2)에 대한 금형(40)의 세트가 용이하게 된다.
또한, 열전도체(17)는, 체인이나 판상의 부재 등, 양단의 보스부를 접속할 수 있는 형상이면, 여러 가지 형상을 취하는 것이 가능하다. 특히, 열전도체(17)는 그 자체가 신축하도록 탄성을 갖는 재료로 구성하도록 해도 된다.
한편으로, 열전도체(17)를, 용기 본체(10)에 있어서의 내층체(11)의 내벽을 타고 뻗어나가도록 설치해도 되며, 이 경우, 열전도체(17)를 당해 내벽에 고정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 예를 들어 고압 가스 용기(100)가 차량 탑재되어 있는 경우이며, 주행 시의 진동 등에 의해 용기 본체(10) 내가 흔들리는 경우라도, 열전도체(17)가 흔들려 움직여서 내층체(11)의 내벽에 충돌한다고 하는 사태를 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 각 실시 형태 1 내지 4에서는 대략 원통형의 용기 본체(10)의 양단에 보스부(13-1, 13-2)를 구비한 고압 가스 용기(100)의 예를 나타냈지만, 물론, 고압 가스 용기(100)의 형상은 이것에 한정되지 않고, 여러 가지 형상을 취할 수 있다.
또한, 고압 가스 용기(100)에 설치되는 용전 밸브(15)의 수는 하나에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 용기(100)의 크기에 맞추어 용전 밸브(15)의 수를 늘리고, 그것과 함께 열전도체(17)나 보스부(13-1, 13-2)의 수를 늘리는 것도 가능하며, 동등의 작용 효과를 발휘한다. 또한, 용기(100) 상의 보스부의 배치 개소나, 용전 밸브(15)의 설치 개소도 적절히 변경 가능하다.
또한, 용전 밸브(15)는, 상술한 용전 밸브(15)의 하우징의 가스 릴리프 유로를 용전이 폐색하는 것에 한하지 않고, 다양한 타입의 것을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 용전이 융해됨과 함께, 스프링 등에 의해 이동되는 부재를 구비하고, 그 부재의 이동에 의해 가스 릴리프 유로가 개통되는 간접적인 구조로 해도 된다. 즉, 고온에 노출되는 것에 반응하여, 고압 가스 용기(100) 내의 가스가 릴리프되는 것이면, 다른 다양한 형태의 용전 밸브를 채용할 수 있다.
또한, 고압 가스 용기(100)의 제조 방법에 대해서도, 상기 제4 실시 형태에 나타낸 방법에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 용기 본체(10), 보스부(13-1, 13-2) 및 용전 밸브(15)로서 사용해야 할 재료나 용전 밸브(15)의 설치 개소나 수 등의 선정 결과에 따라, 다른 다양한 제조 방법을 선택하는 것이 가능하다.

Claims (6)

  1. 축 방향의 각각의 단부에 보스부가 설치된 용기 본체를 구비하고, 상기 용기 본체 내의 가스 충전 공간에, 상기 보스부를 통하여 가스가 상기 축 방향으로 유입되는 고압 가스 용기이며,
    일단의 보스부에 용전 밸브를 구비하고,
    상기 용전 밸브 및 타단의 보스부는, 각각 상기 용기 본체보다 큰 열전달 속도를 갖고,
    상기 용전 밸브와 상기 타단의 보스부를 접속하는 열전도체를 더 구비하고,
    상기 열전도체는, 상기 용기 본체 내에 수용된, 고압 가스 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열전도체는, 상기 용기 본체보다 큰 열전달 속도를 갖는, 고압 가스 용기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열전도체는, 상기 용전 밸브와 상기 보스부의 사이에서 느슨하게 한 상태에서 조립되는, 고압 가스 용기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열전도체는, 상기 용전 밸브와 상기 보스부의 사이에 발생하는 상대 변위를 흡수 가능한 변위 흡수부를 갖는, 고압 가스 용기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용기 본체에 있어서의 상기 용전 밸브의 부분에는, 고압 가스를 용기 본체 내에 충전하는 충전 유로가 형성되고,
    상기 열전도체는, 상기 충전 유로의 용기 본체 내측으로의 연장선에 교차하도록 접속되는, 고압 가스 용기.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 고압 가스 용기의 제조 방법이며,
    상기 보스부는, 상기 용기 본체의 양단에 각각 설치되는 한 쌍의 보스부를 포함하고,
    상기 한 쌍의 보스부 중 한쪽 보스부에 상기 열전도체의 일단을 장착하고, 상기 한 쌍의 보스부 중 다른 쪽 보스부에 상기 열전도체의 타단을 장착한 상태에서, 이들 보스부를 금형에 세트하는 공정과,
    상기 금형 내에서 블로우 성형을 행하여 상기 용기 본체의 내층체를 성형하는 공정을 갖는, 고압 가스 용기의 제조 방법.
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