JP2021006731A - 高圧ガス容器 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガス誘導路を容易に形成することができる高圧ガス容器を提供する。【解決手段】ライナ２０と、補強層３０と、ボス（口金５０）と、開口（ベントホール６４）と、を備える高圧ガス容器１０であって、補強層３０は、ライナ２０を囲繞する内側補強層３２と、内側補強層３２ を囲繞する外側補強層４２と、を備え、内側補強層３２には、ライナ２０から漏洩するガスを開口（ベントホール６４）に誘導するガス誘導路４０が形成され、ガス誘導路４０は、補強部材３４がライナ２０に沿って並べられかつ積層されることにより補強部材３４の間に形成される空隙である。【選択図】図１

Description

本発明は、水素等の高圧ガスを貯蔵する高圧ガス容器に関する。
燃料電池システムにおいて、燃料となる水素ガスは高圧ガス容器で貯蔵される。例えば、燃料電池車両に搭載される高圧ガス容器には軽さと強さが必要とされる。このため、高圧ガス容器のライナは樹脂で形成され、その外部には炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰという）等の補強部材により補強層が形成される。
水素ガスは僅かではあるものの樹脂製のライナを透過して漏洩する。このため、ライナに取り付けられる口金と補強層とがシールされていると、時間経過に伴いライナと補強層との間に水素ガスが溜まる。特許文献１には、ライナと補強層との間に微小球を設けることによりライナと補強層との間に空隙を形成し、その空隙をガス誘導路（ガス排出経路）とすることが開示される。ガス誘導路は、ライナを透過した水素ガスを高圧ガス容器の外部に誘導する。
特開２０１１−２３１９００号公報
特許文献１のように微小球を使用してガス誘導路を形成する場合、ライナと補強層との間に相当数の微小球を設ける必要がある。ライナと補強層との間に微小球を設ける作業は手間がかかり、かつ、製造コストがかさむ。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ガス誘導路を容易に形成することができる高圧ガス容器を提供することを目的とする。
本発明の態様は、
内部にガスを貯蔵する樹脂製のライナと、
前記ライナの外部に形成される補強層と、
前記ライナに取り付けられるボスと、
前記ボスに形成され、前記ライナから漏洩し前記ライナと前記補強層との間に溜まるガスを前記ライナおよび前記補強層の外部に放出する開口と、を備える高圧ガス容器であって、
前記補強層は、前記ライナを囲繞する内側補強層と、前記内側補強層を囲繞する外側補強層と、を備え、
前記内側補強層には、前記ライナから漏洩するガスを前記開口に誘導するガス誘導路が形成され、
前記ガス誘導路は、補強部材が前記ライナに沿って並べられかつ積層されることにより前記補強部材の間に形成される空隙である。
本発明によれば、補強部材をライナに沿って並べかつ積層するといった簡素な構造によりガス誘導路を形成することができる。
図１は側面から見た高圧ガス容器の一部を模式的に示す図である。 図２は正面から見た高圧ガス容器の一部を模式的に示す図である。 図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示す図である。 図４は口金およびその周辺部分の構成を示す図である。 図５はライナ側から見た口金の裏面の形態を示す図である。 図６はライナ側から見た口金の裏面の形態を示す図である。 図７Ａ、図７Ｂは変形例に係る補強部材をその長手方向と直交する平面で切断した断面を示す図である。
以下、本発明に係る高圧ガス容器について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
［１．高圧ガス容器１０の構成］
図１、図２に示されるように、高圧ガス容器１０は、内部にガスを貯蔵するライナ２０と、ライナ２０を補強する補強層３０と、ライナ２０の内部と外部を連通する２つの口金（ボス）５０、とを有する。なお、図１、図２では、高圧ガス容器１０の内側に配置されるライナ２０を実線で示し、高圧ガス容器１０の内側に配置される補強層３０を二点鎖線で示す。ライナ２０は、長手方向の両端部が中央部よりも縮径する略円筒形状であり、樹脂により形成される。
図３に示されるように、補強層３０は、ライナ２０の外周側を囲繞する内側補強層３２と、内側補強層３２の外周側を囲繞する外側補強層４２と、を有する。先ず内側補強層３２について説明する。
内側補強層３２は、１または複数の補強部材３４により形成される。本実施形態では、補強部材３４は、基材３６に対して蒸着により金属３８が成膜された１本の帯状テープである。金属３８は、熱伝導率の高い物質、例えば銅、銀、金、アルミニウム等であることが好ましい。また、成膜された金属３８は、ガスを通過させる微細な孔を備える多孔質であることが好ましい。多孔質の金属３８は、ガス透過性を有する。
図１、図２に示されるように、補強部材３４は、ヘリカル巻きによりライナ２０の外周側に配置される。言い換えると、補強部材３４は、その延伸方向がライナ２０の軸線方向に対して０度より大きく９０度より小さい角度にされる。補強部材３４は、ヘリカル巻きによりライナ２０の一端側と他端側の間を往復する。補強部材３４は、ライナ２０の一端側に配置される口金５０の位置で他端側に折り返し、ライナ２０の他端側に配置される口金５０の位置で一端側に折り返す。
図３に示されるように、補強部材３４の延伸方向と直交する断面において、内側補強層３２は、補強部材３４が、ライナ２０の周方向に沿って並べられ、かつ、ライナ２０の径方向に沿って積層される多層構造である。ここで、ライナ２０から離れるほど層数が加算されるものとする。そして、ライナ２０に最も近い層を１層目と称する。
１層目の内側補強層３２では、補強部材３４が等間隔で並べられ、かつ、互いに隣接する２つの補強部材３４の間に空隙が形成される。この空隙はガス誘導路４０として使用される。２層目の内側補強層３２でも、補強部材３４が等間隔で並べられ、かつ、互いに隣接する２つの補強部材３４の間に空隙が形成される。但し、２層目以降の層では空隙が形成されなくてもよい。１層目の空隙（ガス誘導路４０）は、２層目の補強部材３４により上方を覆われる。このように、１層目のガス誘導路４０は、ライナ２０と１層目の補強部材３４と２層目の補強部材３４により画定される。なお、１層目の空隙と２層目の空隙が重ねられ、１層目の空隙と２層目の空隙が３層目の補強部材３４により覆われてもよい。つまり、内側補強層３２のｎ（ｎは自然数）層目のガス誘導路４０は、ｎ＋ｍ（ｍは自然数）層目の補強部材３４により覆われてもよい。
外側補強層４２は、ＣＦＲＰ４４に熱硬化性の樹脂４６を含浸させた帯状のプリプレグにより形成される。帯状のプリプレグは、内側補強層３２の補強部材３４と同じように、ヘリカル巻きにより内側補強層３２の外周側に配置される。この際、帯状のプリプレグは、補強部材３４に沿って配置される。プリプレグが内側補強層３２の外周側に配置されると、熱硬化性の樹脂４６は内側補強層３２の隙間に浸入する。そして、加熱に伴い樹脂４６は硬化して外側補強層４２と内側補強層３２とを接着する。但し、１層目の内側補強層３２に形成されるガス誘導路４０は、２層目以上の補強部材３４により覆われているため、ガス誘導路４０に樹脂４６が浸入することはない。
図４に示されるように、口金５０は、ボス形状を呈するアルミニウム等の金属である。口金５０は、ガスの供給側とガスの放出側にそれぞれ１つずつ配置される。口金５０は、外部の配管と高圧ガス容器１０とを接続する機能を有する。
口金５０は、一体をなす大径部５４と小径部５２を有する。大径部５４は相対的にライナ２０側に位置し、小径部５２は相対的にライナ２０の反対側に位置する。大径部５４は小径部５２に比べて径方向の長さが長い。口金５０の中心部分には、ライナ２０側からライナ２０の反対側に連通する孔５６が形成される。孔５６はガスの流路である。ライナ２０側の孔５６の内部には雌ねじ５８が形成されており、その雌ねじ５８にライナ２０の突出部２２に形成される雄ねじ２４がねじ込まれる。なお、ライナ２０の突出部２２の内部にはカラー２６が嵌合されて補強されている。口金５０の孔５６とライナ２０の突出部２２の間にはＯリング７０が設けられる。
口金５０のうちライナ２０に臨む面、すなわち大径部５４のうちライナ２０側の面を裏面６０と称する。裏面６０は、ライナ２０の端面２８に当接する。裏面６０には、１以上のベントホール（開口）６４が形成される。ベントホール６４は、大径部５４および小径部５２の内部に形成されるガス排出路６８を介して孔５６の内部、または、高圧ガス容器１０の外部に連通する。
また、大径部５４のうち裏面６０と反対側の面を表面６２と称する。表面６２は、内側補強層３２で覆われる。上述したように、内側補強層３２の大部分はライナ２０を囲繞する一方で、内側補強層３２の一部は大径部５４の表面６２を覆う。更に、内側補強層３２は、裏面６０、表面６２、ライナ２０の境界部分を覆う。つまり、内側補強層３２に形成されるガス誘導路４０は、口金５０の大径部５４の裏面６０に連通する。
図５、図６に示されるように、口金５０の裏面６０にはベントホール６４およびガス連通部６６が形成される。ガス連通部６６は、ベントホール６４から広がる形状（図５）、または、孔５６から広がる形状（図６）の溝である。ガス連通部６６は、裏面６０の周縁部分とベントホール６４とを直接的または間接的に連通する。
以上で説明したように、内側補強層３２に形成されるガス誘導路４０（図３）は、補強部材３４に沿って口金５０の位置まで延伸し、口金５０の裏面６０に形成されるガス連通部６６（図５、図６）に連通する。更に、ガス連通部６６はベントホール６４（図４〜図６）に連通し、ベントホール６４は、ガス排出路６８（図４）を介して孔５６の内部、または、高圧ガス容器１０の外部に連通する。
［２．高圧ガス容器１０の作用］
ライナ２０に貯蔵されるガスは、時間の経過とともにライナ２０を透過してライナ２０の外部に漏洩する。外側補強層４２はガスを透過しないため、漏洩したガスは、内側補強層３２のガス誘導路４０および多孔質の補強部材３４の内部に溜まる。ガス誘導路４０側の圧力が大気圧よりも高い場合、内側補強層３２に溜まったガスは、ガス誘導路４０、ガス連通部６６、ベントホール６４、ガス排出路６８を通過して高圧ガス容器１０の外部に排出される。
ライナ２０からガスが放出されると、断熱膨張によりライナ２０の温度が低下する。ライナ２０の温度が低くなり過ぎると、高圧ガス容器１０の構成部品、例えばＯリング７０等の使用可能温度の下限温度よりも低くなる虞がある。内側補強層３２の補強部材３４に熱伝導率の高い金属３８が含まれる場合、金属３８を介して口金５０からライナ２０に熱移動させることができ、ライナ２０を温めることができる。
ライナ２０にガスが補充されると、断熱膨張によりライナ２０の温度が上昇する。このような場合は温度低下とは逆に、金属３８を介してライナ２０から口金５０に熱移動させることができ、ライナ２０を冷やすことができる。
［３．変形例］
図７Ａ、図７Ｂに示されるように、補強部材３４の表面に溝状のガス流路７２が形成されてもよい。この変形例において、ガス流路７２の底面は、図７Ａに示されるように金属３８に形成されてもよいし、図７Ｂに示されるように基材３６に形成されてもよい。また、補強部材３４の内部に中空のガス流路（不図示）が形成されていてもよい。
ガス透過性を有する補強部材３４は、ガス透過性を有さない補強部材３４よりも樹脂４６を透過させやすい。そこで、ＣＦＲＰ４４に面する側の補強部材３４に撥水処理が施されてもよい。補強部材３４に撥水処理が施されることにより、樹脂４６が補強部材３４を透過してガス流路７２に浸入することを防止することができる。
［４．実施形態から得られる技術的思想］
上記実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
本発明の態様は、
内部にガスを貯蔵する樹脂製のライナ２０と、
前記ライナ２０の外部に形成される補強層３０と、
前記ライナ２０に取り付けられるボス（口金５０）と、
前記ボス（口金５０）に形成され、前記ライナ２０から漏洩し前記ライナ２０と前記補強層３０との間に溜まるガスを前記ライナ２０および前記補強層３０の外部に放出する開口（ベントホール６４）と、を備える高圧ガス容器１０であって、
前記補強層３０は、前記ライナ２０を囲繞する内側補強層３２と、前記内側補強層３２を囲繞する外側補強層４２と、を備え、
前記内側補強層３２には、前記ライナ２０から漏洩するガスを前記開口（ベントホール６４）に誘導するガス誘導路４０が形成され、
前記ガス誘導路４０は、補強部材３４が前記ライナ２０に沿って並べられかつ積層されることにより前記補強部材３４の間に形成される空隙である。
上記構成によれば、補強部材３４をライナ２０に沿って並べかつ積層するといった簡素な構造によりガス誘導路４０を形成することができる。
高圧ガス容器１０において、
前記内側補強層３２のｎ（ｎは自然数）層目の前記ガス誘導路４０は、ｎ＋ｍ（ｍは自然数）層目の前記補強部材３４により覆われてもよい。
上記構成によれば、ｎ層目の内側補強層３２において互いに隣接する２つの補強部材３４の間に空隙を形成し、ｎ＋ｍ層目の内側補強層３２によりｎ層目に形成される空隙を覆う、といった簡素な構造および製法によりガス誘導路４０を形成することができる。また、外側補強層４２の形成時に、外側補強層４２に含まれる樹脂４６がガス誘導路４０としての空隙に流れ込むことを防止することができる。
高圧ガス容器１０において、
前記補強部材３４は金属３８であり、前記ボス（口金５０）に接続されてもよい。
上記構成によれば、熱伝導率が高い金属３８の補強部材３４でライナ２０が囲繞され、補強部材３４がボス（口金５０）に接続されるため、ボス（口金５０）とライナ２０とで熱交換を行うことができる。従って、高圧ガス容器１０にガスを補充する際には高圧ガス容器１０の温度上昇を抑制することができ、高圧ガス容器１０からガスを放出する際には高圧ガス容器１０の温度低下を抑制することができる。
高圧ガス容器１０において、
前記補強部材３４はガス透過性を有してもよい。
上記構成によれば、ガスがガス誘導路４０だけでなく補強部材３４を通過できるため、ボス（口金５０）の開口（ベントホール６４）に繋がるガスの流路を広くすることができる。
高圧ガス容器１０において、
前記ガス誘導路４０は、前記ライナ２０の周方向に沿って等間隔に並べられてもよい。
上記構成によれば、各ガス誘導路４０の広さを適宜調節することができる。
高圧ガス容器１０において、
前記ボス（口金５０）は、前記開口（ベントホール６４）と前記ガス誘導路４０とを連通させるガス連通部６６を有してもよい。
上記構成によれば、ガス誘導路４０を通過しボス（口金５０）に到達するガスをより効率的に開口（ベントホール６４）に導くことができる。
高圧ガス容器１０において、
前記ボス（口金５０）は、前記ライナ２０の外部から内部にまたは内部から外部にガスを通過させる孔５６を有し、
前記ガス連通部６６は、前記開口（ベントホール６４）または前記孔５６から広がる形状の溝であってもよい。
高圧ガス容器１０において、
前記ボス（口金５０）に形成され、前記ライナ２０から漏洩するガスを排出するガス排出路６８を備え、
前記開口（ベントホール６４）は、前記ガス排出路６８に接続されてもよい。
上記構成によれば、ライナ２０と補強層３０との間に溜まるガスの量が多い場合、ガス排出路６８を通じてガスを排出することができる。
なお、本発明に係る高圧ガス容器は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
１０…高圧ガス容器 ２０…ライナ
３０…補強層 ３２…内側補強層
３８…金属 ４０…ガス誘導路
４２…外側補強層 ５０…口金（ボス）
５６…孔 ６４…ベントホール（開口）
６６…ガス連通部 ６８…ガス排出路

Claims (8)

  1. 内部にガスを貯蔵する樹脂製のライナと、
    前記ライナの外部に形成される補強層と、
    前記ライナに取り付けられるボスと、
    前記ボスに形成され、前記ライナから漏洩し前記ライナと前記補強層との間に溜まるガスを前記ライナおよび前記補強層の外部に放出する開口と、を備える高圧ガス容器であって、
    前記補強層は、前記ライナを囲繞する内側補強層と、前記内側補強層を囲繞する外側補強層と、を備え、
    前記内側補強層には、前記ライナから漏洩するガスを前記開口に誘導するガス誘導路が形成され、
    前記ガス誘導路は、補強部材が前記ライナに沿って並べられかつ積層されることにより前記補強部材の間に形成される空隙である、高圧ガス容器。
  2. 請求項１に記載の高圧ガス容器であって、
    前記内側補強層のｎ（ｎは自然数）層目の前記ガス誘導路は、ｎ＋ｍ（ｍは自然数）層目の前記補強部材により覆われる、高圧ガス容器。
  3. 請求項１または２に記載の高圧ガス容器であって、
    前記補強部材は金属であり、前記ボスに接続される、高圧ガス容器。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧ガス容器であって、
    前記補強部材はガス透過性を有する、高圧ガス容器。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の高圧ガス容器であって、
    前記ガス誘導路は、前記ライナの周方向に沿って等間隔に並べられる、高圧ガス容器。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の高圧ガス容器であって、
    前記ボスは、前記開口と前記ガス誘導路とを連通させるガス連通部を有する、高圧ガス容器。
  7. 請求項６に記載の高圧ガス容器であって、
    前記ボスは、前記ライナの外部から内部にまたは内部から外部にガスを通過させる孔を有し、
    前記ガス連通部は、前記開口または前記孔から広がる形状の溝である、高圧ガス容器。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の高圧ガス容器であって、
    前記ボスに形成され、前記ライナから漏洩するガスを排出するガス排出路を備え、
    前記開口は、前記ガス排出路に接続される、高圧ガス容器。
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