JP4193492B2

JP4193492B2 - 圧力容器

Info

Publication number: JP4193492B2
Application number: JP2002381195A
Authority: JP
Inventors: 哲也鈴木; 稔駒田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004211783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス），ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス，その他の各種加圧物質を充填するための圧力容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種圧縮ガスや各種液化ガス等の種々の加圧物質を充填するための圧力容器としては、一般に、中空形状の樹脂製のライナー部に金属製の口金部を取付したものが用いられている。また一般に、圧力容器の耐圧性を確保するために、ライナー部および口金部の外周を所定の耐圧規格を満たす補強部で被覆することが為されている。
【０００３】
この場合、圧力容器内部を気密に保つために、金属製の口金部に、容器本体との接合部で容器本体の周方向に延びるフランジ部を形成するとともに、ライナー部のうちフランジ部と当接する部分に、フランジ部と当接してシールする自己シール部を設けることが一般的である。そして、近年では、この自己シール部とフランジ部との当接をより良好に保つ圧力容器の開発が為されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１に示される従来の圧力容器のうちライナー部および口金部を表す要部拡大模式断面図を図１に示す。圧力容器１０１は、フランジ部１０２に肉厚方向に延びる溝１０３を設け、この溝１０３内部に自己シール部１０５の一部が入り込むように形成したものである。この構成によると、自己シール部１０５とフランジ部１０２との当接によって口金部１０６とライナー部１０７との当接部分は良好にシールされ、圧力容器内部１０８は気密に保たれる。さらに、自己シール部１０５の溝１０３内部に入り込んだアンカー部１１０が自己シール部１０５のアンカーとなり、加圧物質の充填によって容器本体１１１が膨張する場合にも、このアンカー部１１０のアンカー効果によって自己シール部１０５とフランジ部１０２との当接が維持され、自己シール部１０５のシール性能が確保される。
【０００５】
しかし、このような圧力容器においても、樹脂ライナーへの応力の集中が大きいため、ライナーの破損が懸念される等、シール性能は必ずしも充分なものではなく、よりシール性能の向上した信頼性の高い圧力容器の開発が要求されている。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５９７９６９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、自己シール部とフランジ部との当接を良好に保つ、シール性能の向上した圧力容器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の圧力容器は、中空の容器本体と、該容器本体の一部に開口する開口部の周縁を形成しその一端が該容器本体の外方に突出する口金部と、を有し、該容器本体の少なくとも内表面が樹脂製のライナー部で構成されている圧力容器であって、上記口金部は上記容器本体との接合部で上記容器本体の周方向に延びるフランジ部を有し、上記ライナー部は、上記容器本体の内表面を構成するライナー本体部と、該フランジ部と当接してシールする自己シール部と、を有し、該ライナー本体部は、該自己シール部よりも外周側に配置され該容器本体の外周に沿って延びるリング溝と、該リング溝の壁部の一部からなり該自己シール部に連続するとともに該自己シール部よりも該容器本体の中空内部側に配置され該自己シール部よりも伸び変形し易い易変位部と、を有し、該易変位部と該自己シール部とは、該ライナー部の軸方向において異なる位置に配置され、該易変位部は、該自己シール部と略平行に延びる部分を有し、該リング溝の内部には、上記ライナー部の外周に上記容器本体の膨張による上記ライナー部の拡径を規制するリング状の規制部材が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、圧力容器のうち自己シール部の外周側にはライナー部の外周にライナー部の拡径を規制する規制部材が設けられていることから、圧力容器内に加圧物質が充填され圧力容器が膨張する際にも、この規制部材によってライナー部の拡径が規制されることとなる。このため、ライナー部の拡径によって自己シール部が外周方向に引張されることが防止され、ライナー部とフランジ部との当接は良好に保たれ、ライナー部によるシール性能が良好に保たれることとなる。
【００１０】
また、上記易変位部は、上記ライナー部の他の部分よりも薄肉である構成とすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる圧力容器は、内表面が樹脂製のライナー部で被覆されている中空の容器本体を有する。
【００１２】
中空の容器本体の内表面が樹脂製のライナー部で被覆されることで、圧力容器内部に充填された加圧物質の圧力容器外部への漏出が防止される。容器本体は、ライナー部のみで構成することもできるし、このライナー部の外表面を補強部によって被覆することもできる。ライナー部は、通常用いられている材料を適宜選択して用いることができ、例えば、ＣＮＧガスに対する透過性が低いポリエチレン等の材料により形成することができる。補強部もまた通常用いられている材料を適宜選択して用いることができ、例えば、カーボン繊維，ガラス繊維，アラミド繊維等の補強繊維をエポキシ樹脂等の樹脂に含浸させ、この樹脂を加熱硬化させてなるＦＲＰ等の材料により形成することができる。
【００１３】
上述した容器本体の一部には中空内部と連通し容器本体の外部に開口する開口部が形成されている。この開口部は加圧物質の充填・放出口となる。開口部の周縁は口金部によって形成され、周縁を形成する口金部の一端は容器本体の外方に突出している。この口金部は、加圧物質の透過性が低い材料であり、かつ、開口形状を維持可能な剛性の高い材料で形成することができ、例えば金属材料で形成することができる。
【００１４】
口金部は、容器本体との接合部で容器本体の周方向に延びるフランジ部を有する。フランジ部は後述するライナー部の自己シール部との当接部となる部位であり、容器本体の周方向に延びる形状により自己シール部との当接面積を確保している。
【００１５】
ライナー部はフランジ部と当接してシールする自己シール部を有する。この自己シール部は、ライナー部のうち容器本体の開口部側に位置し開口部の周縁を形成するフランジ部と当接する。自己シール部がフランジ部と当接してライナー部とフランジ部との当接面をシールすることによって、容器本体の内部の気密性が保たれる。
【００１６】
自己シール部の外周側には、ライナー部の外周に容器本体の膨張によるライナー部の拡径を規制するリング状の規制部材が設けられている。規制部材は、膨張による変形が少ない高剛性の材料で形成することができ、例えば、補強部と同様の材料で形成することができる。この規制部材は自己シール部の外周側に設けられいることから、圧力容器内部に加圧物質が充填され容器本体が膨張する場合にも、この規制部材よりも内周側に位置するライナー部の拡径は規制される。ライナー部の拡径が規制されると、自己シール部のライナー部による引張は防止あるいは低減されて、自己シール部によるシールは良好に保たれることとなる。また、この規制部材がライナー部の外周に設けられていることから、ライナー部による容器本体内表面の被覆を良好に保ちつつ、上述した規制部材によるライナー部の拡径の規制がおこなわれる。
【００１７】
規制部材は、自己シール部の外周側に設けられ、かつ、ライナー部の少なくとも一部の外周に設けられるものであれば良く、ライナー部と別体であっても良くいし、また、ライナー部に埋設されライナー部と一体化されたものであっても良い。また、容器本体に補強部を設ける場合は、規制部材は補強部と別体であっても良いし、また、補強部と一体化されたものであっても良い。
【００１８】
本発明の圧力容器において、ライナー部は自己シール部よりも外周側に配置されている易変位部を有する。
【００１９】
易変位部は、伸び変形しやすいように形成されたものであればよい。易変位部が形成されることで、ライナー部に多少の拡径が生じた場合においても、先ず易変位部がライナー部に引張され伸び変形するために、拡径による引張が易変位部により吸収される。したがって、この易変位部よりさらに周方向の内側にある自己シール部への引っ張りの伝達は抑制され、自己シール部とフランジ部との当接は良好に保たれることとなる。また、自己シール部の外周側には規制部材が設けられているため、易変位部から自己シール部への引っ張りの伝達はこの規制部材によっても抑制される。
【００２０】
また、上述したように、規制部材よりも内周側に位置するライナー部の拡径は規制部材によって規制されるため、易変位部の伸び変形は、規制部材の内周端よりも外周側の位置でより良好におこなわれる。したがって、易変位部の伸び変形量をより大きくするためには、規制部材の内周端よりも外周側に配置される易変位部の伸び変形可能な長さを長く設けることが有効である。例えば易変位部を、軸方向で自己シール部と異なる位置で自己シール部と略平行に延びるように形成することで、易変位部の長さを軸方向にも増大することができ、易変位部の伸び変形可能な長さを長く設けることもできる。また、易変位部を径方向に蛇腹状に形成することで易変位部の伸び変形可能な長さを長くすることもできる。さらに、易変位部の伸び変形量をより大きくするためには、例えば、易変位部をライナー部と同材料で薄肉に形成して伸び変形しやすいものとすることもできるし、あるいはライナー部よりも伸び変形し易い材料を用いてライナー部と一体的に易変位部を形成することもできる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
【００２２】
（実施例１）
本実施例１の圧力容器は、自己シール部の外周側かつライナー部の外周にリング状の規制部材が設けられ、さらに、ライナー部のうち自己シール部の周方向の外縁部に易変位部が設けられているものである。本実施例１の圧力容器の模式断面図を図２に示し、図２の要部拡大図を図３に示す。
【００２３】
本実施例１の圧力容器１は、容器本体２がライナー部３と補強部５とを有するものである。また、容器本体２のうちライナー部３は胴部中央６より２分割された同形状の分体７として形成され、後に熱板溶着されて一体化されたものである。
【００２４】
ライナー部３はＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）よりなり、容器本体２の内表面８を被覆するように形成されている。また、補強部５はカーボン繊維とエポキシ樹脂とを含むＦＲＰよりなり、ライナー部３の外表面１０を被覆するように形成されている。ここで、本実施例においてライナー部３はＰＰＳにより形成されているが、ＰＰＳに限らずポリエチレン又はナイロン等の既知の熱可塑性樹脂で形成することもできる。
【００２５】
ライナー部３のそれぞれの分体７は、軸方向の両端が開口し、そのうち片方の端部が縮径した略円筒状に形成されている。縮径した端部である開口部１８の周縁は金属製の口金部１１によって形成され、口金部１１は容器本体２の外端側に位置する端部１２が容器本体２の外方に突出している。さらに、口金部１１は容器本体２との接合部１３で容器本体２の周方向に延びるスカート状のフランジ部１５を形成している。フランジ部１５のうち容器本体２の中空内部１６側に位置する底部１７の開口部１８側の部分は略リング状に分割された分割部２０となっており、この分割部２０は開口部１８と連続するフランジ本体２１に対して螺子１９によって一体化されている。また、フランジ本体２１と分割部２０との間隙にはＯリング２２が配置され、フランジ本体２１と分割部２０との間隙への加圧物質の侵入を防止している。
【００２６】
ライナー部３のうちフランジ本体２１と当接する部位であるフランジ係合部２３は、フランジ本体２１の径方向の外縁部２５を被覆する薄肉形状に形成されている。フランジ係合部２３のうちフランジ本体２１の底部１７を被覆する自己シール部２６の一部は、フランジ本体２１と分割部２０との間隙に挟持されている。また、フランジ係合部２３のうちフランジ本体２１の上部２７を被覆する保持部２８は、補強部５とフランジ部１５との間隙に配置されている。
【００２７】
フランジ係合部２３の外周側３０に位置するライナー部３には、その外周３８の一部に容器本体２の外周に沿ってリング溝３１が形成されている。このリング溝３１の内部には、補強部５と同じＦＲＰを材料とするリング状の規制部材３２が配置されている。また、リング溝３１の内部は規制部材３２のさらに外周側がＰＰＳ製のカラー３３によって埋められ、リング溝３１の周縁に位置するライナー部３の外表面１０と滑らかに連続するようになっている。このため、ライナー部３の外表面１０を被覆する補強部５の形状を、剛性が良好に発揮される形状とすることができる。ここで、本実施例においてカラー３３はＰＰＳによって形成されているが、これに限らずナイロン等の熱可塑性樹脂，金属もしくはＦＲＰで形成することもできる。
【００２８】
ライナー部３のうちフランジ係合部２３の周方向の外縁部３５は、リング溝３１の壁部３６のうち中空内部１６側に位置する部分が軸方向で自己シール部２６と異なる位置で自己シール部２６と平行な平面となるように、自己シール部２６よりも中空内部１６側の位置に形成されている。この部分は薄肉に形成されて、伸び変形しやすい易変位部３７となっている。
【００２９】
本実施例１の圧力容器１の製造方法を以下に説明する。
▲１▼予め成型したフランジ本体２１を金型内に配置し、この金型内に溶融したＰＰＳを射出してライナー部３を成形する。このとき、金型内部に配置されたフランジ本体２１の径方向の外縁部には、フランジ係合部２３が形成される。
▲２▼フランジ係合部２３が形成されたフランジ本体２１と分割部２０とを螺子１９によって一体化して口金部１１を形成する。このとき、フランジ係合部２３のうち自己シール部２６は、フランジ本体２１と分割部２０との間隙に挟持されることとなる。
▲３▼▲２▼で形成した、ライナー部３および口金部１１よりなる分体７を金型より取出し、２個の分体７を胴部中央６より対向させて、熱板溶着によって一体化する。
▲４▼▲３▼で一体化された分体７のうち、ライナー部３のリング溝３１内部にエポキシ樹脂を含浸させたカーボン繊維を巻付し、その後に加熱処理をおこなうことでエポキシ樹脂を硬化させて規制部材３２を形成する。さらに、リング溝３１内部の規制部材３２の外周側をカラー３３で埋めることで、リング溝３１によるライナー部３の外表面１０の段差をなくして滑らかに連続するものとする。
▲５▼ライナー部３の外表面１０に、エポキシ樹脂を含浸させたカーボン繊維を被覆するように巻付し、その後に加熱処理によってエポキシ樹脂を硬化させることで補強部５を形成する。また、片方の開口部１８を図示しないメクラ栓によって目詰めする。以上▲１▼〜▲５▼の工程で、本実施例１の圧力容器１が製造される。
【００３０】
本実施例１の圧力容器１によると、フランジ係合部２３の外周側３０に位置するライナー部３の外周３８に規制部材３２が設けられていることから、圧力容器１の中空内部１６に加圧物質が充填され、圧力容器１が膨張する場合にも、規制部材３２の内周側に位置するライナー部３の拡径は規制される。したがって、ライナー部３の拡径による自己シール部２６の引張は防止あるいは抑制されて自己シール部２６とフランジ部１５との当接は良好に保たれて、自己シール部２６のシール性能は向上する。
【００３１】
また、易変位部３７は薄肉に形成されているため伸び変形し易くなっている。さらに、易変位部３７は軸方向で自己シール部２６と異なる位置で自己シール部２６と平行な平面となるように形成されていることから、易変位部３７の伸び変形可能な長さは軸方向にも増大し、易変位部３７の伸び変形量がさらに大きなものとなる。したがって、ライナー部３の拡径による自己シール部２６の引張はこの易変位部３７の伸び変形によってより確実に吸収され、自己シール部２６とフランジ部１５との当接は良好に保たれて、自己シール部２６のシール性能はより向上する。
【００３２】
さらに、口金部１１がフランジ本体２１と分割部２０とから構成され、フランジ係合部２３が射出成形により形成された後にフランジ本体２１と分割部２０とが一体化されることで、フランジ部１５の間隙に形成される薄肉の自己シール部２６を成形する際にショートショットが発生することが防止されて、良好かつ容易な成形をおこなうことが可能となる。そして、フランジ係合部２３のうち自己シール部２６はその一部がフランジ本体２１と分割部２０とによって挟持されることから、自己シール部２６とフランジ部１５との当接はより良好に保たれる。
【００３３】
（参考例）
本参考例の圧力容器は、規制部材がライナー部に埋設されてライナー部と一体化している以外は実施例１と同様に形成されたものである。本参考例の圧力容器の要部拡大模式断面図を図４に示す。
【００３４】
本参考例の圧力容器４０では、規制部材４１がライナー部４２に埋設されてライナー４２部と一体化していることから、製造工数の低減が可能となる。また、実施例１と同様に規制部材４１および易変位部４３が設けられていることで、自己シール部４５とフランジ部４６との当接は良好に保たれる。
【００３５】
（実施例２）
本実施例２の圧力容器は、規制部材が補強部と一体に形成され、フランジ部がフランジ本体のみから構成されていること以外は実施例１の圧力容器と同じものである。本実施例２の圧力容器の要部拡大模式断面図を図５に示す。
【００３６】
本実施例２の圧力容器４７において、フランジ部５２はフランジ本体４４のみから構成され、フランジ本体４４の周方向には溝部３９が設けられている。本実施例２の圧力容器４７においては、自己シール部５１はその一部が溝部３９の内部に充填されて形成されるため、自己シール部５１は溝部３９によって保持されることとなる。
【００３７】
また、本実施例２の圧力容器４７では、規制部材４８が補強部４９と一体に形成されていることから、製造工数の低減が可能となる。そして、実施例１と同様に規制部材４８および易変位部５０が設けられていることで、自己シール部５１とフランジ部５２との当接は良好に保たれる。
【００３８】
（実施例３）
本実施例３の圧力容器は、自己シール部がフランジ本体の底部のみを覆うように形成され、規制部材がライナー部のリング溝およびフランジ部の周方向の外縁部と接するように設けられている以外は実施例１の圧力容器と同じものである。本実施例３の圧力容器の要部拡大模式断面図を図６に示す。
【００３９】
本実施例３の圧力容器５３は、規制部材５４がライナー部５５のリング溝５６およびフランジ部５７の周方向の外縁部５８と接するように設けられているものであるが、実施例１と同様に規制部材５４および易変位部６０が設けられていることで、自己シール部６１とフランジ部５７との当接は良好に保たれる。
【００４０】
（実施例４）
本実施例４の圧力容器は、易変位部が軸方向で内部シール部と異なる二位置で内部シール部と略平行に延びる二段段差状に形成され、規制部材がこの二段段差状に対応する形状に形成されている以外は実施例１の圧力容器と同じものである。本実施例４の圧力容器の要部拡大模式断面図を図７に示す。
【００４１】
本実施例４の圧力容器６２は、易変位部６３が自己シール部６５と異なる二位置で自己シール部６５と略平行に延びる二段段差状に形成されているものであるため、易変位部６３の伸び変形可能な長さがさらに増大し、ライナー部６６の拡径によるフランジ係合部６４の引張は、易変位部６３の伸び変形によってより良好に吸収される。
【００４２】
（実施例５）
本実施例５の圧力容器は、フランジ部の分割部がフランジ部の底面全体を構成するものであり、フランジ係合部のうち自己シール部の全体がこの分割部とフランジ本体とによって挟持される以外は実施例１の圧力容器と同じものである。本実施例５の圧力容器の要部拡大模式断面図を図８に示す。
【００４３】
本実施例５の圧力容器６７では、フランジ係合部６８のうち自己シール部７０の全体がフランジ本体７１と分割部７２とによって挟持されることから、自己シール部６８とフランジ部７３との当接はより良好に保たれ、自己シール部６８のシール性能はさらに良好なものとなる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の圧力容器によると、圧力容器内部に加圧物質が充填されて圧力容器が膨張する場合にも、自己シール部の外周側に位置するライナー部の外周に設けられている規制部材によって、ライナー部の拡径が規制されるため、ライナー部の拡径による自己シール部の引張は防止あるいは抑制される。したがって自己シール部とフランジ部との当接は良好に保たれて、自己シール部のシール性能は向上する。
【００４５】
また、ライナー部のうち自己シール部の周方向の外縁部には、伸び変形しやすい易変位部が設けられているため、ライナー部の拡径による自己シール部の引張はこの易変位部の伸び変形によってより確実に吸収され、自己シール部とフランジ部との当接はより良好に保たれて、自己シール部のシール性能はより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の圧力容器のうちライナー部および口金部を示す要部拡大模式断面図である。
【図２】本発明の実施例１の圧力容器の模式断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】参考例の圧力容器の要部拡大模式断面図である。
【図５】本発明の実施例２の圧力容器の要部拡大模式断面図である。
【図６】本発明の実施例３の圧力容器の要部拡大模式断面図である。
【図７】本発明の実施例４の圧力容器の要部拡大模式断面図である。
【図８】本発明の実施例５の圧力容器の要部拡大模式断面図である。
【符号の説明】
１００：圧力容器１０１：ライナー部１０２：補強部１０３：容器本体１０５：開口部１０６：口金部１０７：接合部１０８：フランジ部１１０：自己シール部１１１：当接面１１２：隙間１１３：隙間
１：圧力容器２：容器本体３：ライナー部５：補強部６：胴部中央７：分体１１：口金部１２：端部１３：接合部１５：フランジ部１７：底部１８：開口部１９：螺子２０：分割部２１：フランジ本体２２：Ｏリング２３：フランジ係合部２６：自己シール部２８：保持部３１：リング溝３２：規制部材３３：カラー３６：リング溝３１の壁部３７：易変位部
４０：圧力容器４１：規制部材４２：ライナー部４３：易変位部４５：自己シール部４６：フランジ部
４７：圧力容器４８：規制部材４９：補強部５０：易変位部５１：自己シール部５２：フランジ部
５３：圧力容器５４：規制部材５５：ライナー部５６：リング溝５７：フランジ部６０：易変位部６１：自己シール部
６２：圧力容器６３：易変位部６４：フランジ係合部６５：自己シール部６６：ライナー部
６７：圧力容器６８：フランジ係合部７０：自己シール部７１：フランジ本体７２：分割部７３：フランジ部

Claims

中空の容器本体と、該容器本体の一部に開口する開口部の周縁を形成しその一端が該容器本体の外方に突出する口金部と、を有し、該容器本体の少なくとも内表面が樹脂製のライナー部で構成されている圧力容器であって、
前記口金部は前記容器本体との接合部で前記容器本体の周方向に延びるフランジ部を有し、
前記ライナー部は、前記容器本体の内表面を構成するライナー本体部と、該フランジ部と当接してシールする自己シール部と、を有し、
該ライナー本体部は、該自己シール部よりも外周側に配置され該容器本体の外周に沿って延びるリング溝と、該リング溝の壁部の一部からなり該自己シール部に連続するとともに該自己シール部よりも該容器本体の中空内部側に配置され該自己シール部よりも伸び変形し易い易変位部と、を有し、
該易変位部と該自己シール部とは、該ライナー部の軸方向において異なる位置に配置され、
該易変位部は、該自己シール部と略平行に延びる部分を有し、
該リング溝の内部には、前記ライナー部の外周に前記容器本体の膨張による前記ライナー部の拡径を規制するリング状の規制部材が配置されていることを特徴とする圧力容器。
前記易変位部は、前記ライナー部の他の部分よりも薄肉である請求項１に記載の圧力容器。