KR20210082190A - 가스 축압기 - Google Patents

가스 축압기 Download PDF

Info

Publication number
KR20210082190A
KR20210082190A KR1020217014880A KR20217014880A KR20210082190A KR 20210082190 A KR20210082190 A KR 20210082190A KR 1020217014880 A KR1020217014880 A KR 1020217014880A KR 20217014880 A KR20217014880 A KR 20217014880A KR 20210082190 A KR20210082190 A KR 20210082190A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dome
opening
gas accumulator
diameter
lid
Prior art date
Application number
KR1020217014880A
Other languages
English (en)
Inventor
타카후미 호소야
요루 와다
히로카즈 츠지
Original Assignee
니혼 세이꼬쇼 엠앤이 가부시키가이샤
각코 호진 도쿄 덴키 다이가쿠
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 니혼 세이꼬쇼 엠앤이 가부시키가이샤, 각코 호진 도쿄 덴키 다이가쿠 filed Critical 니혼 세이꼬쇼 엠앤이 가부시키가이샤
Publication of KR20210082190A publication Critical patent/KR20210082190A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/005—Storage of gas or gaseous mixture at high pressure and at high density condition, e.g. in the single state phase
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/06—Closures, e.g. cap, breakable member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/03—Orientation
    • F17C2201/035—Orientation with substantially horizontal main axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/056—Small (<1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/058—Size portable (<30 l)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0617—Single wall with one layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0305—Bosses, e.g. boss collars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/035—High pressure (>10 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)

Abstract

돔부의 내면의 주름을 제거하는 가공이 가능하면서 동시에 목부의 나사뿌리를 기점으로 한 균열을 억제할 수 있는 축압기를 제공한다. 일 실시 형태에 따른 가스 축압기에서는, 돔부(12)의 개구의 직경이 90mm이상이며, 뚜껑(20)이 나사 고정되는 암나사부(10a)에 있어서 가장 내측의 나사뿌리가, 돔부(12)의 외면을 개구를 향해서 연장한 가상면(B)보다도 내측에 설치되어 있다.

Description

가스 축압기
본 발명은 가스 축압기(GAS PRESSURE VESSEL)에 관한 것이며, 몸통부(body part)의 개구단(opening end)에 뚜껑을 나사 고정하는 가스 축압기에 관한 것이다.
예를 들면 특허문헌 1에 개시된 가스 축압기는, 원통부의 단부에서 반구(半球)상의 돔부(dome part)가 외측으로 튀어나가면서 당해 돔부의 꼭대기부(top)부에 설치된 개구에서 원통상의 목부(neck part)가 외측으로 돌출한 구조를 가지고 있다.
한편, 예를 들면 수소 스테이션 등에 이용되는 고압 가스 축압기에서는, 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 실린더(cylindrical body)의 개구단에 뚜껑을 나사 고정하는 구조가 채용되어 있다.
또한, 비특허문헌 2에 관해서는, 실시 형태의 설명에서 참조한다.
일본 특허공개공보 제2006-291986호
초고압 가스 설비에 관한 기준 KHKS0220(2010), 2010년 3월 31일, 고압가스보안협회, p.26 초고압 가스 설비에 관한 기준 KHKS0220(2010), 2010년 3월 31일, 고압가스보안협회, p.63-73
발명자들은, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이 돔부의 꼭대기부에서 돌출한 목 부의 내주면에, 비특허문헌 1에 개시된 바와 같은 뚜껑을 나사 고정하는 가스 축압기에 관해서 검토하고, 이하의 문제점을 발견했다.
돔부를 구비한 가스 축압기에서는, 돔부의 내면에 주름이 발생하기 쉽고, 그 주름을 기점으로 한 균열이 발생하여 가스 축압기 내의 가스가 누설될 우려가 있다. 그 대책으로서 돔부의 내면에 발생한 주름을 제거하는 가공(예를 들면 기계 가공)을 수행하는 것이 고려된다. 특허문헌 1에 개시된 가스 축압기처럼, 목부(즉 돔부)의 내경이 작으면, 돔부의 내면의 가공을 행하는 것이 어렵기 때문에 목부의 내경을 크게 할 필요가 있다 .
한편, 목부의 내경 즉 뚜껑의 직경을 크게 하면, 뚜껑에 가해지는 하중이 커진다. 그때문에 목부의 내주면에 형성된 암나사부에 가해지는 응력도 커지고, 나사뿌리(root of the thread)를 기점으로 해서 목부에 균열이 발생하기 쉬워지는 문제가 있었다.
그 밖의 과제와 새로운 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에서 명백해질 것이다.
일 실시 형태에 따른 가스 축압기에서는, 돔부의 개구의 직경이 90mm이상이며, 뚜껑이 나사 고정되는 암나사부에 있어서 가장 내측의 나사뿌리가, 돔부의 외면을 개구를 향해서 연장한 가상면(假想面)보다도 내측에 설치되어 있다.
상기 일 실시 형태에 따르면, 돔부의 내면의 주름을 제거하는 가공이 가능하면서 동시에 목부의 나사뿌리를 기점으로 한 균열을 억제할 수 있는 가스 축압기를 제공할 수 있다.
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 가스 축압기의 단면도이고,
도 2는, 도 1에서의 영역 II의 확대도이고,
도 3은, 암나사부(10a) 및 그 주변의 확대 단면도이고,
도 4는, 돔부(12)의 개구경(開口徑)이 90mm인 실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 가스 축압기의 부분 단면도이고,
도 5는, 돔부(12)의 개구경이 150mm인 실시 예 2 및 비교 예 2에 따른 가스 축압기의 부분 단면도이고,
도 6은, 내압 82MPa에서의 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력의 거리 C에 따른 변화를 나타내는 그래프이고,
도 7은, 실시 예 1, 2의 피로 수명을 비교 예 1, 2와 비교해서 나타낸 그래프이다.
이하, 구체적인 실시의 형태에 관해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 다만, 이하의 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명을 명확히 하기 위해 다음의 기재 및 도면은, 적절하게 간략화되어 있다.
(제1의 실시 형태)
<가스 축압기의 구성>
이하에, 도 1, 도 2를 참조해서, 제1의 실시 형태에 따른 가스 축압기의 구성에 대해서 설명한다. 도 1은, 제1의 실시 형태에 따른 가스 축압기의 단면도이다. 도 2는, 도 1에서의 영역II의 확대도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1의 실시 형태에 따른 가스 축압기는, 몸통부(10), 뚜껑(20), 수지제 실링부재(30)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에 따른 가스 축압기는, 예를 들면, 수소 스테이션용의 고압 수소 축압기이다. 가스 축압기의 설계 압력은, 예를 들면 70~120MPa정도이다. 또한, 가스 축압기에 충전되는 가스는, 수소에 한정되는 것은 아니다.
또한, 각 도면에 나타낸 오른쪽(right-handed) xyz 3차원 직교 좌표는, 도면간에 있어서 상호 대응하고 있지만, 구성 요소의 위치 관계를 설명하기 위한 편의적인 것이다. 통상, xy평면이 수평면을 구성하고 z축 양방향(positive direction)이 연직 상향이 된다. 도시된 예에서는, 가스 축압기의 길이방향이 x축 방향에 평행이다. 이와 같이, 가스 축압기는, 통상 가로로 놓인다.
우선, 도 1을 참조해서 가스 축압기의 전체 구성에 관해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 가스 축압기는, 내부에 수소가 충전되는 몸통부(10)의 양 개구단에, 각각 뚜껑(20)이 개폐 가능하게 나사 고정되어 있다. 이때, 몸통부(10)는, 일체로 형성된 원통부(11)와 돔부(12)와 목부(13)로 구성되어 있다.
상세하게는, x축 방향으로 연장된 원통부(11)의 양 개구단에서 각각 반구상의 돔부(12)가 외측으로 튀어나가 있다. 각 돔부(12)의 꼭대기부에는 원형의 개구가 형성되어 있고, 당해 개구의 둘레 가장자리(周緣)에서 원통형의 목부(13)가 외측으로 돌출되어 있다. 그리고, 목부(13)의 내주면에 뚜껑(20)이 나사 고정되어 있다. 돔부(12)는, 경판부(end plate) 혹은 조임부(reducing part) 등으로도 불린다.
몸통부(10)의 내면(원통부(11)의 내주면 및 돔부(12)의 내면)과, 2개의 뚜껑(20)의 내측 단면에 의해 둘러싸인 공간에 고압 수소 가스가 충전된다. 돔부 (12)의 개구의 내주면과 뚜껑(20)의 외주면 사이에 설치된 원환상의 수지제 실링부재(30)에 의해 몸통부(10)의 내부가 실링되어 있다.
이때, 고압 수소 가스로부터 응력을 받는 몸통부(10)의 내면(원통부(11)의 내주면 및 돔부(12)의 내면) 및 뚜껑(20)의 내측 단면은 내압부(耐壓部)라고 불린다.
또한, 뚜껑(20)은, 상세하게는 후술하는 바와 같이, 뚜껑 본체(21)와 너트(22)를 구비하고 있다.
또한, 도 1의 예는, 몸통부(10)의 양쪽의 단부가 개구된 구성이지만, 몸통부 (10)의 한쪽의 단부만이 개구된 구성이어도 좋다. 또한, 몸통부(10)의 외면은, 예를 들어 탄소 섬유 강화 플라스틱층(미도시) 등에 의해 보강되어 있어도 좋다.
몸통부(10) 및 뚜껑(20)(뚜껑 본체(21) 및 너트(22))는, 예를 들면, 각각 망간 강, 크롬 몰리브덴 강, 니켈 크롬 몰리브덴 강 등의 강재로 이루어진다. 몸통부(10), 뚜껑 본체(21), 및 너트(22)는 동종 강재(鋼材)로 구성되어도 좋고, 이종 강재로 구성되어도 좋다. 수소 유기 균열을 억제하는 관점에서, 강재의 인장 강도는 980MPa이하인 것이 바람직하다.
예를 들면, 원통부(11)를 구성하는 심리스관(seamless pipe)의 양단부를 드로잉 가공함으로써 돔부(12) 및 목부(13)를 성형한다. 몸통부(10)의 치수는, 예를 들면, 내용적이 50~1000L정도, 전체 길이가 1800~8000mm정도, 원통부(11)의 내경 D1이 200~400mm정도, 원통부(11)의 두께 t(도 2 참조)가 20~80mm정도이다. 균열의 기점이 되는 표면 상처를 줄이기 위해 몸통부(10)의 내면(특히 돔부(12)의 내면)을 기계 가공한 후 검사하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 깊이 0.5mm이상, 길이 1.5mm이상의 표면 상처를 없애는 것이 바람직하다.
이어서, 도 2를 참조해서 뚜껑(20)에 대해 자세히 설명한다. 이때, 도 1에 나타내는 바와 같이, 2개의 뚜껑(20)의 구성은 동일하므로, 도 2에서는 몸통부(10)의 x축 양방향 측의 뚜껑(20)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 돔부(12)의 개구에서의 외측(x축 양방향 측)의 부위는, 내측(x축 음방향(negative direction)측)의 부위보다도 확경(擴徑)되어 있다. 그리고, 돔부(12)의 개구에 있어서 확경된 외측의 부위에서 목부(13)를 거쳐서 내주면에 암나사부(10a)가 형성되어 있다. 암나사부(10a)에는, 뚜껑(20)의 너트(22)가 나사 결합되어 있다.
또한, 본 명세서에서는, 돔부(12)의 개구에 있어서 확경되지 않은 내측 부위의 직경을, 단순히 「돔부(12)의 개구경」이라고 한다.
본 실시 형태에 따른 가스 축압기에서는, 돔부(12)의 개구경 D2는, 90mm이상이다. 돔부(12)의 개구경 D2가 90mm이상으로 크기 때문에 개구에서 공구를 삽입할 수 있다. 즉, 돔부(12)의 내면의 표면 상처(예를 들면 돔부(12)를 성형할 때에 발생하는 주름)를 기계 가공 등에 의해 쉽게 제거할 수 있다. 또한, 돔부(12)의 내면에서의 표면 상처의 유무를 내시경 등을 이용해서 쉽게 검사할 수 있다.
한편, 돔부(12)의 개구경은 150mm이하인 것이 바람직하다. 돔부(12)의 개구 경이 150mm를 초과하면, 돔부(12)의 내면의 가공이나 검사의 용이성이 변화하지 않게 되기 때문이다.
또한, 돔부(12)의 개구경이 작을수록 암나사부(10a)의 나사뿌리를 기점으로 한 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 뚜껑(20)이 소경화, 경량화되어 가스 축압기 전체를 경량화할 수 있다.
뚜껑 본체(21) 및 너트(22)를 갖춘 뚜껑(20)은, 고압가스 보안협회 기술 기기준 KHKS0220(비특허문헌1)에 규정된 「나사구조」에 준거한 구조를 가지고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 뚜껑 본체(21)는, 몸통부(10)와 공통의 중심축 (CA)을 갖는 단차가 있는 원기둥 형상 부재이다. 뚜껑 본체(21)는, 플랜지부(21a)를 구비하고 있다. 이때, 뚜껑 본체(21)에 있어서 플랜지부(21a)보다도 x축 음방향 측에 위치하는 지름이 큰 부위를 태경부(太徑部), 플랜지부(21a)보다도 x축 양방향 측에 위치하는 지름이 가는 부위를 세경부(細徑部))라고 부른다.
플랜지부(21a)의 지름은, 돔부(12)의 개구경보다도 크고, 목부(13)의 내경보다도 작아져 있다. 그때문에, 뚜껑 본체(21)를 목부(13)에서 돔부(12)의 개구의 내부에 삽입할 수 있다. 플랜지부(21a)는, 돔부(12)의 개구에 있어서 확경된 외측의 부위와 확경되지 않은 내측의 부위와의 단차(10b)에 맞닿아 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 뚜껑 본체(21)의 태경부는, 돔부(12)의 개구경과 지름이 대략 동일하고, 돔부(12)의 개구에 있어서의 내측의 부위에 끼워넣어져 있다. 뚜껑 본체(21)의 태경부의 외주면에는, 수지제 실링부재(30)를 끼워넣기 위한 환상홈(21b)이 형성되어 있다.
한편, 뚜껑 본체(21)의 세경부는, 너트(22)의 내경과 축지름(軸徑)이 대략 동일하고, 너트(22)의 관통홀에 끼워져 있다. 여기서, 뚜껑 본체(21)의 세경부와 너트(22)는, 상대적으로 회전 가능하다. 또한, 도 2의 예에서는 뚜껑 본체(21)의 세경부의 길이가, 너트(22)의 높이(x축 방향의 길이)와 대략 동일해져 있다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 뚜껑 본체(21)에는 중심축(CA)에 따른 관통홀(21c)이 형성되어 있다. 관통홀(21c)을 통해서 가스 축압기의 외부에서 내부로 가스를 충전하거나, 가스 축압기의 내부에서 외부로 가스를 공급하기도 한다. 뚜껑 본체(21)의 외측 단면의 중앙부에는, 도시하지 않은 가스 배관을 연결하기 위한 부착구(21d)가 형성되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 관통홀(21c)과 부착구(21d)는 연통되어 있다.
너트(22)는, 몸통부(10)와 공통의 중심축(CA)을 갖는 수나사 너트이다. 즉 너트(22)의 외주면에 나사산이 형성되어 있다. 너트(22)의 관통홀에 뚜껑 본체(21)의 세경부(細俓部)를 삽입시키면서 목부(13)에서 돔부(12)의 개구에 걸쳐 형성된 암나사부(10a)에 너트(22)를 나사 체결함으로써, 몸통부(10)에 뚜껑(20)이 고정된다.
상세하게는, 너트(22)를 나사 체결하면, 너트(22)가 x축 음방향으로 전진한다. 너트(22)가 플랜지부(1a)를 돔부(12)의 개구에 형성된 단차(10b)에 밀어붙이면 너트(22)는 더 이상 전진하지 않게 되고, 몸통부(10)에 뚜껑 본체(21) 및 너트 (22)가 고정된다. 이와 같이, 플랜지부(21a)는, 너트(22)를 나사 체결할 때의 스토퍼로서 기능한다.
수지제 실링부재(30)는, 예를 들면 O링으로서, 몸통부(10)와 공통의 중심축 (CA)을 갖는 원환상의 수지부재이다. 수지제 실링부재(30)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 몸통부(10)의 내주면과 뚜껑(20)의 외주면과의 사이에 설치되어 있다. 더 상세하게는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 뚜껑 본체(21)의 태경부의 외주면에 형성된 환상홈(21b)에, 수지제 실링부재(30)가 끼워져 있다. 즉 몸통부(10)의 본체부의 내주면과 뚜껑 본체(21)의 태경부의 외주면 사이에 설치된 수지제 실링 부재(30)에 의해 몸통부(10)의 내부가 실링되어 있다.
이어서, 도 3을 참조해서 암나사부(10a)에 관해서 보다 상세하게 설명한다. 도 3은, 암나사부(10a) 및 그 주변의 확대 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 가스 축압기에서는, 암나사부(10a)에 있어서 가장 내측(x축 음방향 측)의 나사뿌리(제1 나사뿌리)가, 돔부(12)의 외면을 개구를 향해서 연장한 가상면 B보다도 내측에 설치되어 있다. 도 3에 있어서, 돔부(12)의 외면을 연장한 가상면 B는, 이점 쇄선으로 나타내어져 있다.
환언하면, 암나사부(10a)의 제1 나사뿌리는, 목부(13)의 내주면이 아니라 돔 부(12)의 내주면에 형성되어 있고, 돔부(12)에 의해 보강되어 있다. 그때문에, 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력이 작아지고, 나사뿌리를 기점으로 한 균열의 발생을 억제할 수 있다.
후술하는 시뮬레이션 시험의 결과, 가상면 B와 너트(22)의 외경선 A와의 교점에서 제1 나사뿌리까지의 x축 음방향의 거리 C의 크기가 클수록 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력이 작아졌다. 또한, 통상, 제1 나사뿌리에 있어서 균열이 발생하기 쉽다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 돔부(12)의 두께는, 개구에 접근함에 따라서 커지는 것이 바람직하다. 거리 C의 크기를 크게 하여 돔부(12)에 의해 보강된 암나사부(10a)의 영역을 확대할 수 있다.
<실시 예>
이어서, 제1의 실시 형태에 따른 가스 축압기의 실시 예 및 비교 예에 대해서 설명한다. 도 3에 나타낸 가상면 B와 너트(22)의 외경선 A와의 교점에서 제1 나사뿌리까지의 x축 음방향의 거리 C를 변화시켜 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력 및 피로 수명을 시뮬레이션 시험에 의해 구하였다.
<시험 조건>
이하에 시험 조건에 대해서 설명한다. 편의적으로 도 3에 나타내는 바와 같이 가상면 B와 너트(22)의 외경선 A와의 교점을 원점으로서, 제1 나사뿌리가 x축 음방향에 위치하면 거리 C는 음의 값(negative value), 제1 나사뿌리가 x축 양방향에 위치하면 거리 C는 양의 값(positive value)으로 하였다. 즉, 실시 예는 거리 C가 음의 값, 비교 예는 거리 C가 0이상의 값이 된다.
돔부(12)의 개구경은, 90mm와 150mm의 2종류로 하였다. 이때, 도 4, 도 5를 참조해서, 실시 예 및 비교 예에 따른 가스 축압기의 형상 및 치수에 대해서 설명한다.
도 4는, 돔부(12)의 개구경이 90mm인 실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 가스 축압기의 부분 단면도이다. 도 4에는, 돔부(12)의 개구경이 90mm인 실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 가스 축압기에 대해서, 몸통부(10)(원통부(11), 돔부(12), 목부(13)) 및 뚜껑(20)의 각 치수를 나타내었다. 실시 예 1 및 비교 예 1에 있어서, 거리 C 이외의 치수는 동일하다. 구체적으로는, 비교 예 1의 거리 C는 36.182mm, 실시 예 1의 거리 C는 -19.325mm이다. 즉, 실시 예 1은 비교 예 1에 비해 목부(13)가 짧고 전체 길이도 작아서, 가스 축압기가 소형화되어 있다.
실시 예 1 및 비교 예 1에 있어서, 공통의 거리 C이외의 치수에 대해서 설명한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 원통부(11)의 내경은 316mm, 외경은 406.4mm이다. 돔부(12)의 내면은 반경 158mm의 구면형상을 가지고 있다. 돔부(12)의 외면의 단면은 반경 250mm의 원호 형상을 가지고 있다. 돔부(12)의 외면의 중심은, 내면의 중심에서 원통부(11)의 반경 방향으로 46.8mm 어긋나 있다. 이처럼 돔부(12)의 두께는, 원통부(11)와의 접속 부위에서 개구를 향해 서서히 커진다.
목부(13)의 외경은 140mm, 너트(22)의 외경은 110mm이다.
또한, 도 5는, 돔부(12)의 개구경이 150mm인 실시 예 2 및 비교 예 2에 따른 가스 축압기의 부분 단면도이다. 도 5에는, 돔부(12)의 개구경이 150mm인 실시 예 2 및 비교 예 2에 따른 가스 축압기에 관해서,몸통부(10)(원통부(11), 돔부(12), 목부(13)) 및 뚜껑(20)의 각 치수를 나타내었다. 구체적으로는, 비교 예 2의 거리 C는 16.182mm, 실시 예 2의 거리 C는 -16.818mm이다. 즉, 실시 예 2는 비교 예 2에 비해 목부(13)가 짧고 전체 길이도 작아서, 가스 축압기가 소형화된다.
실시 예 2 및 비교 예 2에 있어서 공통의 거리 C 이외의 치수에 대해 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 목부(13)의 외경 및 너트(22)의 외경 이외의 치수는, 도 4에 나타낸 실시 예 1 및 비교 예 1과 동일하다. 실시 예 2 및 비교 예 2에서는, 실시 예 1 및 비교 예 1에 비해 돔부(12)의 개구경을 90mm에서 150mm로 확대하기 때문에, 목부(13)의 외경 및 너트(22)의 외경도 확대된다.
구체적으로는, 목부(13)의 외경은 220mm, 너트(22)의 외경은 170mm이다.
이어서, 시뮬레이션 시험 조건에 관해서 설명한다.
유한 요소법 해석 소프트웨어인 ANSYS18.0을 이용하여 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이 이차원축 대칭 탄성 해석을 행하였다. 요소로서는, 사각형 8절점 요소를 이용하였다.
내압을 받는 내압부는 도 4, 도 5에 있어서 굵은 선으로 나타내었다. 구체적으로는 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 원통부(11)의 내주면, 돔부(12)의 내면, 뚜껑 본체(21)의 내측 단면 등이 내압부에 해당한다. 내압은 50MPa 및 82MPa로 하였다.
몸통부(10)를 구성하는 재료로서, Cr-Mo 강(JIS 규격 SCM435)을 상정하고 몸통부(10)의 영률(Young's modulus)을 205GPa, 푸아송비(Poisson's ratio)를 0.3으로 하였다. 또한 몸통부(10)의 항복 응력은 785MPa, 인장 강도는 930MPa로했다.
뚜껑 본체(21) 및 너트(22)를 구성하는 재료로서, Ni-Cr-Mo강(ASME standard SA-723M Grade 3, Class 2)을 상정하고 몸통부(10)의 영률을 191GPa, 푸아송비를 0.3으로 하였다.
상기 재료 특성은 모두 실온(20℃)에서의 값을 사용했다.
이어서 해석 수순을 나타낸다.
우선, 내압 82MPa에서의 응력 분포를 상술한 유한 요소법 해석에 의해 구했다. 이에 따라 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력을 구하였다.
이어서, 내압 82MPa의 응력 분포에서 내압 50MPa에서의 응력 분포를 선형 보간(linear interpolation)에 의해 산출하였다. 이때, 탄성 변형 범위 내이며 미소 변형이기 때문에, 내압 및 응력 분포에 비례 관계가 성립한다.
그리고, 고압 가스 보안협회 기술 기준 KHKS0220의 「부속서 V(규정) 최적 피로 곡선을 이용한 피로 해석」(비특허문헌 2)에 준거해서 피로 수명을 계산하였다.
<시험 결과>
이어서, 도 6, 도 7을 참조해서 시뮬레이션 시험 결과에 관해서 설명한다. 도 6은, 내압 82MPa에서의 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력의 거리 C에 의한 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7은, 실시 예 1, 2의 피로 수명을 비교 예 1, 2의 피로 수명과 비교해서 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 6에 대해 설명한다. 도 6의 가로축은 거리 C(mm), 세로축은 암나사 부(10a)에 가해지는 최대 응력(MPa)을 나타내고 있다. 도 6에는, 돔부(12)의 개구경이 90mm인 경우와 150mm인 경우가 나란히 표시되어 있다. 도 6에는, 도 4에 나타낸 비교 예 1 및 실시 예 1의 데이터와, 도 5에 나타낸 비교 예 2 및 실시 예 2의 데이터가 표시되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 거리 C의 크기가 음측으로 커지면, 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력이 급격히 작아졌다. 암나사부10a)가 돔부(12)에 의해 보강되는 영역이 확대하기 때문인 것으로 추측된다.
이어서, 도 7에 관해서 설명한다. 도 7의 가로축은 개구경(mm), 피로 수명(回)을 나타내고 있다. 도 7에는, 도 4에 나타낸 비교 예 1 및 실시 예 1의 데이터와, 도 5에 나타낸 비교 예 2 및 실시 예 2의 데이터가 표시되어 있다.
또한, 실시 예 1은, 107회에서 파단되지 않는다. 즉, 실시 예 1의 피로 수명은 107회보다 크다.
이때, 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교 예 1에 비해 실시 예 1에서는, 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력이 작다. 따라서 도 7에 나타내는 바와 같이, 비교 예 1에 비해 실시 예 1은, 피로 수명이 향상하였다. 마찬가지로, 도 6에 나타내는 바와 같이 비교 예 2에 비해 실시 예 2에서는, 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력이 작다. 따라서, 도 7에 나타내는 바와 같이 피로 수명이 향상하였다.
또한, 피로 수명은 예를 들면 3×105회 이상인 것이 바람직하다. 실시 예 1, 2는 모두 피로 수명이 3×105회를 넘어섰다.
이상 설명한 바와 같이, 거리 C가 음의 값이 되는 실시 예에서는, 암나사부 (10a)가 돔부(12)에 의해 보강된다. 따라서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 실시 예에서는 비교 예에 비해 암나사부(10a)에 가해지는 최대 응력이 급격하게 작아졌다. 그 결과, 도 6에 나타내는 바와 같이, 실시 예에서는 비교 예에 비해 피로 수명이 향상하였다.
또한, 실시 예는, 비교 예에 비해 목부(13)가 짧고, 전체 길이도 작아서, 가스 축압기를 소형화 할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시 형태에 따라 구체적으로 설명 하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
이 출원은, 2018년 10월 17일에 출원된 일본 특허 출원 제2018-195537호를 기초로 하는 우선권을 주장하고 그 개시의 전부를 여기에 포함한다.
10; 몸통부(body part)
10a; 암나사부
10b; 단차
11; 원통부(cylindrical part)
12; 돔부(dome part)
13; 목부(neck part)
20; 뚜껑(lid)
21; 뚜껑 본체
21a; 플랜지부
21b; 환상홈
21c; 관통홀
21d; 부착구(attachment port)
22; 너트
30; 수지제 실링부재

Claims (5)

  1. 원통부와, 상기 원통부의 개구단(開口端)에서 외측으로 튀어나온 반구상의 돔부와, 상기 돔부의 꼭대기부에 설치된 개구의 둘레 가장자리(周緣)에서 외측으로 돌출한 원통상의 목부가, 일체로 형성된 몸통부(胴體部)와,
    상기 목부의 내주면에 형성된 암나사부에 나사 고정된 뚜껑을 구비하고,
    상기 돔부의 상기 개구의 직경이 90mm이상이고,
    상기 암나사부에 있어서 가장 내측의 나사뿌리가, 상기 돔부의 외면을 상기 개구를 향해 연장한 가상면보다도 내측에 설치되어 있는, 가스 축압기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돔부의 두께가, 상기 개구에 접근함에 따라서 커지는 가스 축압기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    충전되는 가스의 압력이 70MPa 이상인 가스 축압기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔부의 상기 개구의 직경이 150mm 이하인 가스 축압기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    충전되는 가스가 수소인 가스 축압기.
KR1020217014880A 2018-10-17 2019-09-12 가스 축압기 KR20210082190A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-195537 2018-10-17
JP2018195537A JP7270203B2 (ja) 2018-10-17 2018-10-17 ガス蓄圧器
PCT/JP2019/035938 WO2020080002A1 (ja) 2018-10-17 2019-09-12 ガス蓄圧器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210082190A true KR20210082190A (ko) 2021-07-02

Family

ID=70283440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217014880A KR20210082190A (ko) 2018-10-17 2019-09-12 가스 축압기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11879592B2 (ko)
EP (1) EP3869083B1 (ko)
JP (1) JP7270203B2 (ko)
KR (1) KR20210082190A (ko)
CN (1) CN113167440B (ko)
WO (1) WO2020080002A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230110347A (ko) * 2021-02-03 2023-07-21 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 고압 수소 용기

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006291986A (ja) 2005-04-06 2006-10-26 Showa Denko Kk 圧力容器およびその製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5029316U (ko) * 1973-07-10 1975-04-03
US4589564A (en) * 1985-04-04 1986-05-20 United Technologies Corporation Pressure vessel opening seal
JP2004144172A (ja) 2002-10-23 2004-05-20 Toyota Industries Corp 圧力容器
US20050087536A1 (en) * 2003-10-23 2005-04-28 Ronald Caudill Aluminum cylinder with a plastic coating
JP2006132746A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Toyota Industries Corp 圧力容器及び水素貯蔵タンク並びに圧力容器の製造方法
JP2007016807A (ja) 2005-07-05 2007-01-25 Showa Denko Kk 圧力容器用ライナ
JP4875915B2 (ja) * 2006-03-29 2012-02-15 富士重工業株式会社 耐圧容器
JP2008101677A (ja) 2006-10-18 2008-05-01 Hiroshima Univ 高圧ガス容器
JP2008261352A (ja) 2007-04-10 2008-10-30 Showa Denko Kk ねじ穴付き金属部品およびその製造方法、ならびに圧力容器用ライナおよびその製造方法
US8602249B2 (en) * 2008-07-29 2013-12-10 Ncf Industries, Inc. Pressure vessel head with inverted neck
JP6096136B2 (ja) 2014-02-24 2017-03-15 株式会社日本製鋼所 水素ガス蓄圧器
CN205101849U (zh) 2015-09-25 2016-03-23 石家庄安瑞科气体机械有限公司 一种大容量钢内胆全缠绕高压储氢容器
JP6381563B2 (ja) 2016-03-01 2018-08-29 株式会社日本製鋼所 圧力容器およびフープラップ複合圧力容器
JP6705402B2 (ja) * 2017-03-13 2020-06-03 トヨタ自動車株式会社 補強層の製造方法
JP6870471B2 (ja) 2017-05-22 2021-05-12 株式会社デンソー 二次電池制御システム
US10746354B2 (en) * 2017-05-24 2020-08-18 Hexagon Technology, As Threaded boss for pressure vessel

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006291986A (ja) 2005-04-06 2006-10-26 Showa Denko Kk 圧力容器およびその製造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
초고압 가스 설비에 관한 기준 KHKS0220(2010), 2010년 3월 31일, 고압가스보안협회, p.26
초고압 가스 설비에 관한 기준 KHKS0220(2010), 2010년 3월 31일, 고압가스보안협회, p.63-73

Also Published As

Publication number Publication date
CN113167440A (zh) 2021-07-23
EP3869083B1 (en) 2023-08-23
JP7270203B2 (ja) 2023-05-10
CN113167440B (zh) 2023-09-22
EP3869083A4 (en) 2022-07-06
EP3869083A1 (en) 2021-08-25
US20210381646A1 (en) 2021-12-09
WO2020080002A1 (ja) 2020-04-23
JP2020063778A (ja) 2020-04-23
US11879592B2 (en) 2024-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7100553B2 (ja) 水素蓄圧器
US20190086029A1 (en) Pressure container and hoop-wrap composite pressure container
EP3415806B1 (en) Pressure accumulation container
JP6725485B2 (ja) 高圧水素ガス用蓄圧器
JP2008256151A (ja) 圧力容器
CN111433507A (zh) 压力容器
EP3146217A1 (en) Metallic liner pressure vessel comprising polar boss
EP3707427B1 (en) Blind boss fitting with redundant seal
KR20210082190A (ko) 가스 축압기
JP6882237B2 (ja) 高圧水素ガス用蓄圧器
US8657145B2 (en) Cap for a port of a pressurized container or conduit
KR101832482B1 (ko) 일체화된 누유감지 및 압력측정용 캡
US12007071B2 (en) Hydrogen pressure vessel
CN111120853B (zh) 高压罐
JP6889822B2 (ja) 高圧容器
CN109312881A (zh) 金属管连接件
CN210179164U (zh) 可拆卸式闷塞单元以及可拆卸式闷塞
Girase et al. Stress intensity factors for multiple cracks in thick-walled cylinder
Bennur et al. Stress Analysis of 2D-Cylindrical Pressure Vessel with Torispherical Endclosure
WO2019204517A1 (en) Systems and methods for providing a sleeve reinforced subsea pressure vessel
RU2277659C1 (ru) Сосуд высокого давления
London et al. Assessment of Locally Thinned Areas (LTAs) in Pipe Structures Subject to Global Bending
KR20140023089A (ko) 멤브레인형 어큐뮬레이터의 체결 구조

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal