JP2018119579A - 高圧容器 - Google Patents

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統 澤井
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Abstract

【課題】製作時の作業工数を削減することができる高圧容器を得る。
【解決手段】円筒状の胴体部１４における開口を有する軸方向の端部には、この開口を閉塞すると共に軸方向に沿って変位可能とされた口金２２が設けられている。この口金２２と胴体部１４との間には、シール部材３２が設けられており、シール部材３２は、胴体部１４と胴体部１４に対して変位する口金２２との間を密閉している。したがって、胴体部１４の内部に収容された流体の圧力が増加した際に、流体が胴体部１４と口金２２との間から漏れることなく口金２２を軸方向外側へ変位させることが可能となる。口金２２が軸方向外側へ変位することで、口金２２に作用する流体の圧力の上昇を抑制できるので、胴体部１４の軸方向の端部への補強を少なくすることができる。これにより、胴体部１４の軸方向の端部への補強を設ける工数を削減して高圧容器１０の製作時の作業工数を削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧容器に関する。
下記特許文献１には、高圧水素タンクが開示されている。この高圧水素タンクは、樽型に形成されたライナと、ライナに巻き付けられかつ繊維強化樹脂により構成された補強層とを含んで構成されている。この構成により、ライナの剛性が高められているため、内部に高圧の水素を収容可能とされている。
特開２００２−１８８７９４号公報
ところで、特許文献１に開示された高圧水素タンクは、樽型に形成されているため、ライナの長手方向（軸方向）の端部にも高圧水素タンク内の水素からの内圧が作用する。このため、この内圧に耐え得るようにライナの軸方向の端部にも補強層を設ける必要があるが、この場合、製作時にライナの周方向とライナの軸方向との異なる向きにそれぞれ補強層を必要な剛性が確保できるまで何層か巻き付ける必要がある。したがって、作業工数が増加する可能性があり、上記先行技術はこの点で改良の余地がある。
本発明は上記事実を考慮し、製作時の作業工数を削減することができる高圧容器を得ることを目的とする。
請求項１に記載の発明に係る高圧容器は、円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口された胴体部と、前記胴体部の前記開口を閉塞すると共に、前記胴体部の軸方向に沿って変位可能とされた口金と、前記胴体部と前記口金との間に設けられると共に、前記胴体部と前記胴体部に対して変位する前記口金との間を密閉したシール部材と、を有している。
請求項１に記載の発明によれば、円筒状に形成された胴体部の軸方向の少なくとも一方側の開口された端部には、この開口を閉塞すると共に胴体部の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する。）に沿って変位可能とされた口金が設けられている。この口金と胴体部との間には、シール部材が設けられており、シール部材は、胴体部と胴体部に対して変位する口金との間を密閉している。したがって、胴体部の内部に収容された流体の圧力が増加した際に、この流体が胴体部と口金との間から漏れることなく口金を軸方向外側へ変位させることが可能となる。口金が軸方向外側へ変位することで、胴体部の軸方向に作用する圧力による力を抑制できるので、胴体部の軸方向の補強を少なくすることができる。
請求項２に記載の発明に係る高圧容器は、請求項１に記載の発明において、前記胴体部と前記口金とには、前記胴体部の軸方向に沿って補強材が巻き付けられており、当該補強材は、変位する前記口金に弾性的に追従する。
請求項２に記載の発明によれば、胴体部と口金とには、軸方向に沿って補強材が巻き付けられている。したがって、胴体部の軸方向に沿って作用する圧力に対する耐力を向上させることができる。また、この補強材は、変位する口金に弾性的に追従する構成とされている。したがって、胴体部の内部に収容された流体の圧力の増加により軸方向外側へと変位した口金を、流体の圧力が減少した際に軸方向内側へと元の位置に戻すように変位させることができる。
請求項３に記載の発明に係る高圧容器は、請求項１及び請求項２に記載の発明において、前記胴体部は、隣り合って複数配設されており、前記口金は複数の前記胴体部の前記開口を一体にて閉塞しかつ内部に複数の前記胴体部の内部を互いに連通する連通流路が形成されている。
請求項３に記載の発明によれば、胴体部は隣り合って複数配設されている。また、口金は、複数の胴体部の開口を一体にて閉塞すると共に、口金の内部には複数の胴体部の内部をそれぞれ連通する連通流路が形成されている。したがって、胴体部の内部の流体が複数の胴体部の内部へと移動可能となることで、胴体部の内部の流体の圧力が均一化される。
請求項４に記載の発明に係る高圧容器は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記シール部材は、環状に形成されると共に、外側面が前記胴体部の内壁に当接する第１当接壁部と、当該第１当接壁部に対向しかつ内側面が前記口金の側壁に当接する第２当接壁部とで周方向に直交する断面形状が前記胴体部の軸方向内側に向けて開口された略Ｕ字状とされている。
請求項４に記載の発明によれば、シール部材は、環状に形成されると共に、外側面が胴体部の内壁に当接する第１当接壁部と、第１当接壁部に対向しかつ内側面が口金の側壁に当接する第２当接壁部とで周方向に直交する断面形状が胴体部の軸方向内側に向けて開口された略Ｕ字状とされている。したがって、胴体部の内部の流体の圧力が増加すると、流体はシール部材の第１当接壁部を胴体部の内壁へと押し付けると共に第２当接壁部を口金の側壁へと押し付けるように作用することから、胴体部内の流体の圧力が高くなって口金が変位した場合でも、胴体部と口金との間から流体が漏れるのを抑制することができる。
請求項５に記載の発明に係る高圧容器は、請求項４に記載の発明において、前記シール部材には、前記第１当接壁部を前記胴体部の内壁側へと付勢しかつ前記第２当接壁部を前記口金の側壁側へと付勢する付勢部材が設けられている。
請求項５に記載の発明によれば、シール部材には、第１当接壁部を胴体部の内壁側へと付勢しかつ第２当接壁部を口金の側壁側へと付勢する付勢部材が設けられていることから、第１当接壁部の外側面は胴体部の内壁に当接した状態が維持されると共に、第２当接壁部の内側面が口金の側壁に当接した状態が維持される。つまり、胴体部内部の圧力の変動に関わらず、胴体部と口金との間の密閉状態を安定して維持することができる。
請求項１記載の本発明に係る高圧容器は、高圧容器の製作時の作業工数を削減することができるという優れた効果を有する。
請求項２記載の本発明に係る高圧容器は、口金の変位を安定させることができるという優れた効果を有する。
請求項３記載の本発明に係る高圧容器は、複数の口金に作用する流体の圧力の口金間での偏りを抑制することができるという優れた効果を有する。
請求項４記載の本発明に係る高圧容器は、より高圧の流体を収容することができるという優れた効果を有する。
請求項５記載の本発明に係る高圧容器は、高圧容器内部の圧力の変動に関わらず胴体部と口金との間から流体が漏れるのを抑制できるという優れた効果を有する。
一実施形態に係る高圧容器の要部を軸方向に沿って切断した状態を車両側面から見た状態を示す拡大断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿って切断した状態を示す拡大断面図である。
以下、図１、図２を用いて、本発明に係る高圧容器１０の一実施形態について説明する。なお、これらの図において示される矢印ＦＲは車両前後方向前側、矢印ＯＵＴは車幅方向外側、矢印ＵＰは車両上下方向上側をそれぞれ示す。
図２に示されるように、タンクモジュール１２は、複数の高圧容器１０を組み合わせることで構成されている。このタンクモジュール１２は、一例として、燃料電池車両のフロアパネル（不図示）の車両下方側に配置されている。
高圧容器１０は、一例として車両前後方向を軸方向（長手方向）とする略円柱状に形成されている。この高圧容器１０は、胴体部１４と、第１繊維強化樹脂部材１６と、補強材としての第２繊維強化樹脂部材１８と、を含んで構成されている。胴体部１４は、軸方向の両端部が開口された円筒状に形成されかつ一例としてアルミニウム合金により構成されている。なお、胴体部１４は、フロアパネルの車両下方側の空いているスペース内に収容可能な径寸法とされている。
第１繊維強化樹脂部材１６は、シート状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）を胴体部１４の外周面２０に巻き付けることで構成されている。この第１繊維強化樹脂部材１６の内部には、図示しない炭素繊維が胴体部１４の周方向に沿って配列されている。換言すると、第１繊維強化樹脂部材１６の繊維方向は、胴体部１４の周方向とされている。
高圧容器１０の第１繊維強化樹脂部材１６が巻き付けられた胴体部１４は、車両幅方向に隣り合って複数配設されている。これら複数の高圧容器１０の胴体部１４における軸方向一方側の端部は、それぞれ車両前後方向で略同一の位置となるように配置されている。この複数の胴体部１４の軸方向一方側の端部の内部には、口金２２が挿入されている。この口金２２は、胴体部１４に対して軸方向に沿って相対移動可能とされている。なお、図示はしないが、複数の高圧容器１０の胴体部１４における軸方向他方側の端部は、胴体部１４における軸方向一方側の端部と同様に、それぞれ車両前後方向で略同一の位置となるように配置されており、内部に口金２２が軸方向に沿って相対移動可能に挿入されている。
図１に示されるように、口金２２は、軸方向外方側に向かって凸となりかつ車両幅方向を軸方向とする略半円柱状に形成されている。この口金２２は、胴体部挿入部２４と、連通流路２６とを有している。胴体部挿入部２４は、複数の高圧容器１０の胴体部１４のそれぞれに対応した位置に配置されており、胴体部１４の軸方向内方側へ向かって突出された略円柱状に形成されている。胴体部挿入部２４の側壁２８は、胴体部１４の内壁４２と当接されている。また、胴体部挿入部２４の先端部には、外縁部を切り欠くことで形成されたパッキン収容部３０が設けられており、このパッキン収容部３０の内部にシール部材３２が収められている。
シール部材３２は、胴体部１４の軸を中心とした環状に形成されており、具体的には第１当接壁部３４と、第２当接壁部３６と、を含んで構成されている。第１当接壁部３４は、略軸方向に沿って延設されている。また、第２当接壁部３６は、第１当接壁部３４と対向するように第１当接壁部３４に対して胴体部１４の径方向内側に配置されると共に、軸方向に沿って延設されている。そして、第１当接壁部３４の軸方向外側部と第２当接壁部３６の軸方向外側部とは、胴体部１４の径方向に連結されている。これにより、シール部材３２は、周方向に直交する断面形状が軸方向内側に向けて開口された略Ｕ字状とされている。なお、第１当接壁部３４の外側面４０は、胴体部１４の内壁４２に当接されており、第２当接壁部３６の内側面４４は、口金２２のパッキン収容部３０における側壁４６に当接されている。
シール部材３２の内部には、図示しない付勢部材としてのスプリングが設けられている。このスプリングは、一例として板バネとされており、第１当接壁部３４を胴体部１４の内壁４２側へと付勢すると共に、第２当接壁部３６を口金の側壁４６側へと付勢している。つまり、高圧容器１０内に収容される流体の圧力に関わらず、シール部材３２における第１当接壁部３４の外側面４０は、胴体部１４の内壁４２に当接された状態が維持されており、シール部材３２における第２当接壁部３６の内側面４４は、口金２２のパッキン収容部３０における側壁４６に当接された状態が維持されている。
連通流路２６は、口金２２の内部に形成されており、この連通流路２６は、胴体部挿入部２４の内部に軸方向に沿ってかつ当該軸方向内方側に向かって開口された複数の第１連通流路２６Ａと、複数の第１連通流路２６Ａを車両幅方向に連結する第２連通流路２６Ｂ（図２参照）とを含んで構成されている。これにより、複数の高圧容器１０の胴体部１４の内部は、互いに連通されている。
第２繊維強化樹脂部材１８は、第１繊維強化樹脂部材１６及び口金２２の外側面に設けられている。具体的には、第２繊維強化樹脂部材１８は、第１繊維強化樹脂部材１６と同様にシート状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）とされており、第１繊維強化樹脂部材１６及び口金２２の外側面に、この第２繊維強化樹脂部材１８が軸方向に沿って一体的に巻き付けられている。第２繊維強化樹脂部材１８の内部には、図示しない炭素繊維が軸方向に沿って配列されている。換言すると、第２繊維強化樹脂部材１８の繊維方向は、胴体部１４の軸方向とされている。なお、第２繊維強化樹脂部材１８の繊維量は、第１繊維強化樹脂部材１６の繊維量の半分とされている。また、第２繊維強化樹脂部材１８は、軸方向に沿って弾性的に多少の伸縮が可能とされている。
口金２２内の連通流路２６には、バルブ４８（図２参照）が設けられており、これにより連通流路２６内を流れる流体の量をコントロール可能とされている。そして、連通流路２６は、図示しない燃料電池スタックや供給パイプ等に接続されている。
（第１実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
本実施形態では、図１に示されるように、円筒状に形成された胴体部１４の軸方向の少なくとも一方側の開口された端部には、この開口を閉塞すると共に軸方向に沿って変位可能とされた口金２２が設けられている。この口金２２と胴体部１４との間には、シール部材３２が設けられており、シール部材３２は、胴体部１４と胴体部１４に対して変位する口金２２との間を密閉している。したがって、胴体部１４の内部に収容された流体の圧力が増加した際に、この流体が胴体部１４と口金２２との間から漏れることなく口金２２を軸方向外側へ変位させることが可能となる（図中二点鎖線参照）。口金２２が軸方向外側へ変位することで、胴体部１４の軸方向に作用する圧力による力を抑制できるので、胴体部１４の軸方向の補強を少なくすることができる。これにより、胴体部１４の軸方向の端部への補強を設ける工数が削減できるので、高圧容器１０の製作時の作業工数を削減することができる。
また、胴体部１４と口金２２とには、軸方向に沿って第２繊維強化樹脂部材１８が巻き付けられている。したがって、胴体部の軸方向に沿って作用する圧力に対する耐力を向上させることができる。また、この第２繊維強化樹脂部材１８は、変位する口金２２に弾性的に追従する構成とされている。したがって、胴体部１４の内部に収容された流体の圧力の増加により軸方向外側へと変位した口金２２を、流体の圧力が減少した際に軸方向内側へと元の位置に戻すように変位させることができる。これにより、口金２２の変位を安定させることができる。
さらに、胴体部１４は隣り合って複数配設されている。また、口金２２は、複数の胴体部１４の開口を一体にて閉塞すると共に、口金２２の内部には複数の胴体部１４の内部をそれぞれ連通する連通流路２６が形成されている。したがって、胴体部１４の内部の流体が複数の胴体部１４の内部へと移動可能となることで、胴体部１４の内部の流体の圧力が均一化される。これにより、複数の口金２２に作用する流体の圧力の口金２２間での偏りを抑制することができる。
さらにまた、シール部材３２は、環状に形成されると共に、外側面４０が胴体部１４の内壁４２に当接する第１当接壁部３４と、第１当接壁部３４に対向しかつ内側面４４が口金２２の側壁４６に当接する第２当接壁部３６とで周方向に直交する断面形状が胴体部の軸方向内側に向けて開口された略Ｕ字状とされている。したがって、胴体部１４の内部の流体の圧力が増加すると、流体はシール部材３２の第１当接壁部３４を胴体部１４の内壁４２へと押し付けると共に第２当接壁部３６を口金２２の側壁４６へと押し付けるように作用することから、胴体部１４内の流体の圧力が高くなって口金２２が変位した場合でも、胴体部１４と口金２２との間から流体が漏れるのを抑制することができる。これにより、より高圧の流体を収容することができる。
また、シール部材３２には、第１当接壁部３４を胴体部１４の内壁４２側へと付勢しかつ第２当接壁部３６を口金２２の側壁４６側へと付勢するスプリングが設けられていることから、第１当接壁部３４の外側面４０は胴体部１４の内壁４２に当接した状態が維持されると共に、第２当接壁部３６の内側面４４が口金２２の側壁４６に当接した状態が維持される。つまり、胴体部１４内部の圧力の変動に関わらず、胴体部１４と口金２２との間の密閉状態を安定して維持することができる。これにより、高圧容器１０内部の圧力の変動に関わらず胴体部１４と口金２２との間から流体が漏れるのを抑制できる。
なお、本実施形態では、胴体部１４の軸方向の両端部が開口されており、この胴体部１４における軸方向の一方側の端部及び他方側の端部の内部にそれぞれ口金２２が挿入された構成とされているが、これに限らず、胴体部１４の軸方向のどちらか一方の端部のみが開口されており、当該開口を有する端部に口金２２が挿入された構成としてもよい。
また、第２繊維強化樹脂部材１８は、ＣＦＲＰで構成されているが、これに限らず、炭素繊維以外の繊維で強化された樹脂部材で構成されていてもよいし、樹脂以外の材料で構成されてもよい。
さらに、シール部材３２の内部には、スプリングが設けられている構成とされているが、これに限らず、スプリングが設けられていない構成としてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
１０ 高圧容器
１４ 胴体部
１８ 第２繊維強化樹脂部材（補強材）
２２ 口金
２６ 連通流路
３２ シール部材
３４ 第１当接壁部
３６ 第２当接壁部
４０ 外側面
４２ 内壁
４４ 内側面
４６ 側壁

Claims (5)

  1. 円筒状に形成されると共に、軸方向の少なくとも一方側の端部が開口された胴体部と、
    前記胴体部の前記開口を閉塞すると共に、前記胴体部の軸方向に沿って変位可能とされた口金と、
    前記胴体部と前記口金との間に設けられると共に、前記胴体部と前記胴体部に対して変位する前記口金との間を密閉したシール部材と、
    を有する高圧容器。
  2. 前記胴体部と前記口金とには、前記胴体部の軸方向に沿って補強材が巻き付けられており、当該補強材は、変位する前記口金に弾性的に追従する、
    請求項１記載の高圧容器。
  3. 前記胴体部は、隣り合って複数配設されており、
    前記口金は複数の前記胴体部の前記開口を一体にて閉塞しかつ内部に複数の前記胴体部の内部を互いに連通する連通流路が形成されている、
    請求項１及び請求項２に記載の高圧容器。
  4. 前記シール部材は、環状に形成されると共に、外側面が前記胴体部の内壁に当接する第１当接壁部と、当該第１当接壁部に対向しかつ内側面が前記口金の側壁に当接する第２当接壁部とで周方向に直交する断面形状が前記胴体部の軸方向内側に向けて開口された略Ｕ字状とされている、
    請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の高圧容器。
  5. 前記シール部材には、前記第１当接壁部を前記胴体部の内壁側へと付勢しかつ前記第２当接壁部を前記口金の側壁側へと付勢する付勢部材が設けられている、
    請求項４記載に高圧容器。
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