JP5938215B2 - Pressure vessel - Google Patents
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Description
本発明は、水素等の高圧ガスを充填する圧力容器に関し、さらに詳細には金属ライナの外側に補強繊維層を設けた圧力容器に関する。 The present invention relates to a pressure vessel filled with a high-pressure gas such as hydrogen, and more particularly to a pressure vessel provided with a reinforcing fiber layer on the outside of a metal liner.
従来より高圧ガスを充填するための圧力容器の種類の一つに、複合容器と呼ばれるものがある。複合容器では、耐圧性を増強するためにアルミニウム合金等からなる金属ライナの外周面を樹脂含浸補強繊維層(繊維強化プラスチック層)で被覆してある。
補強繊維層は、例えば特許文献1に記載されるように、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等をライナ胴部の外面を周方向に巻くフープ巻層と、ライナ中心線方向に対し所定の配向角で巻くヘリカル巻層とからなる。フープ巻は周方向応力に対する耐圧強度を高め、ヘリカル巻は配向角に応じて中心軸方向に対する耐圧強度を高めている。
One type of pressure vessel for filling high-pressure gas is known as a composite vessel. In the composite container, the outer peripheral surface of a metal liner made of an aluminum alloy or the like is coated with a resin-impregnated reinforcing fiber layer (fiber reinforced plastic layer) in order to enhance pressure resistance.
For example, as described in
一方、圧力容器は、輸送中や取扱中に、誤って斜めに落下したり、水平に落下したりしてしまうことがある。そのため、安全の観点から耐圧強度とともに、耐衝撃性についても十分な強度が求められている。耐衝撃性についての具体的な検査項目として、斜め落下を想定した斜め落下試験と、水平落下を想定した水平落下試験とが行われている。 On the other hand, the pressure vessel may fall obliquely or fall horizontally during transportation or handling. Therefore, sufficient strength is required for impact resistance as well as withstand pressure strength from the viewpoint of safety. As specific inspection items for impact resistance, an oblique drop test assuming an oblique drop and a horizontal drop test assuming a horizontal drop are performed.
圧力容器の耐衝撃性を高めるために、圧力容器の肩部に剛性の発泡体等の衝撃緩衝部材(損傷軽減材料)を内装したものが特許文献2に提案されている。
In order to enhance the impact resistance of the pressure vessel,
上記特許文献2に開示された圧力容器は、容器の外周面に、補強繊維層となる均一な繊維複合材料の外殻が設けられ、この外殻の主肉厚部と、副肉厚部との間に衝撃緩衝部材が挟み込まれた構造にしてある。衝撃緩衝部材の外側にある副肉厚部は衝撃緩衝部材の全表面が覆うように形成されている。
この文献によれば、斜め落下により肩部に衝撃が加わったときでも、当該衝撃緩衝部材が物理的に変形することで衝撃が吸収されるとともに、損傷を受けたことを視覚的に検出することが容易になるようにしてある。
The pressure vessel disclosed in
According to this document, even when an impact is applied to the shoulder portion due to an oblique fall, the impact buffer member is physically deformed to absorb the impact and visually detect that it has been damaged. To make it easier.
衝撃緩衝部材が外殻の主肉厚部と副肉厚部とに挟み込まれた特許文献2に開示されている圧力容器では、副肉厚部を構成する外殻はフィラメントワインディング法によって巻き付けることにより形成される。副肉厚部を衝撃緩衝部材の表面全体を覆うように巻き付けると、巻き付けた繊維素材の張力によって衝撃緩衝部材は圧縮された状態となり、その弾性反発力が損なわれることになる。
In the pressure vessel disclosed in
また、上記衝撃緩衝部材は容器肩部において外殻の副肉厚部の内側に組み込まれているので、容器が斜めに落下したとき肩部に受ける衝撃を吸収できるが、容器が水平落下(容器の胴部が水平になった姿勢での落下)したときには衝撃緩衝部材は役に立たず、胴部(および胴部を覆う外殻)が衝撃を受けてしまい、肩部の衝撃緩衝部材によって損傷を防ぐことができなかった。 In addition, since the impact buffering member is incorporated inside the sub-thick part of the outer shell at the container shoulder, it can absorb the impact received by the shoulder when the container falls diagonally, but the container falls horizontally (container The shock-absorbing member is not useful when the body is dropped in a horizontal position), and the body (and the outer shell that covers the body) receives an impact, and the shock-absorbing member on the shoulder prevents damage. I couldn't.
そこで、本発明は容器の肩部からの落下でだけでなく水平姿勢での落下でも、大きな緩衝効果を発揮することができる圧力容器を提供することを目的とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a pressure vessel capable of exhibiting a large buffering effect not only when falling from the shoulder of the vessel but also when falling in a horizontal posture.
上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。
すなわち、本発明の圧力容器は、金属ライナの外周面を補強繊維層で被覆した圧力容器であって、補強繊維層の外側で圧力容器の上、下の肩部から胴部の一部にかけて肩部表面並びに胴部表面から突出する衝撃緩衝部材が配置され、この衝撃緩衝部材の表面に外部繊維材を網目状に巻き付けることにより、衝撃緩衝部材の一部が前記外部繊維材よりも外側に露出するようにして容器に取り付けられている構成とした。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the pressure vessel of the present invention is a pressure vessel in which the outer peripheral surface of a metal liner is covered with a reinforcing fiber layer, and the shoulder extends from the lower shoulder portion to the trunk portion on the outer side of the reinforcing fiber layer. An impact buffer member protruding from the surface of the part and the body surface is disposed, and a part of the impact buffer member is exposed to the outside of the external fiber material by winding the external fiber material around the surface of the shock buffer member in a mesh shape. In this way, the structure is attached to the container.
本発明によれば、圧力容器の上側肩部と下側肩部とから、それぞれ胴部の一部にかけて肩部表面並びに胴部表面から突出する衝撃緩衝部材が設けられているので、圧力容器が肩部から斜め落下した場合に、肩部表面に突出する衝撃緩衝部材によりその衝撃が緩和され、容器への衝撃を吸収することができる。ここで外部繊維材は全面にわたり巻き付けるのではなく、網目状に巻き付けるので、衝撃緩衝部材の露出部分の弾性復元力が損なわれておらず、十分な衝撃吸収力を温存させることができているので、衝撃を確実に吸収することができる。また、網目状に巻き付けることで外部繊維材の使用量を大幅に低減でき、容器の軽量化を図ることができる。さらに、衝撃緩衝部材が上下両側の胴部の側面からも外方に突出して形成されているので、圧力容器が水平姿勢で落下した場合でも、衝撃緩衝部材によりその衝撃が緩和されて容器の破損を防止することができる。 According to the present invention, since the shock absorbing member protruding from the shoulder surface and the trunk surface from the upper shoulder portion and the lower shoulder portion of the pressure vessel to each part of the trunk portion is provided, When falling obliquely from the shoulder, the impact is mitigated by the impact cushioning member protruding from the shoulder surface, and the impact on the container can be absorbed. Here, the external fiber material is not wound over the entire surface, but is wound in a mesh shape, so that the elastic restoring force of the exposed portion of the shock absorbing member is not impaired, and sufficient shock absorbing power can be preserved. , Shock can be absorbed reliably. Moreover, the amount of external fiber materials used can be significantly reduced by winding in a mesh, and the weight of the container can be reduced. In addition, since the shock absorbing member is formed to protrude outward from the side surfaces of the upper and lower body parts, even when the pressure vessel falls in a horizontal posture, the shock is reduced by the shock absorbing member and the vessel is damaged. Can be prevented.
また、本発明において、衝撃緩衝部材を巻き付ける外部繊維材はガラス繊維であり、補強繊維層には炭素繊維層が形成されるようにしてもよい。
補強繊維層には、強度が強い炭素繊維層を用い、外側の外部繊維材はガラス繊維層とするようにして補強繊維層と外部繊維材とを異なる材料にすることで、耐圧性能を持たせるだけでなく、ガラス繊維層は衝撃を受けることにより白化するので、衝撃を受けた場所を特定しやすくなる。
In the present invention, the external fiber material around which the shock absorbing member is wound may be glass fiber, and a carbon fiber layer may be formed on the reinforcing fiber layer.
The reinforcing fiber layer is made of a strong carbon fiber layer, and the outer external fiber material is a glass fiber layer, so that the reinforcing fiber layer and the external fiber material are made of different materials to provide pressure resistance performance. In addition, since the glass fiber layer is whitened by receiving an impact, it is easy to specify the place where the impact is received.
以下において本発明の圧力容器の実施例を、図面に基づいて具体的に説明する。
図1で示すように、本発明の圧力容器Aは、金属ライナ1(具体的にはアルミライナ)と、その外周面を被覆する補強繊維層2を備えている。なお、図示は省略するが、金属ライナ1に接する最も内側層には電食を防止する目的のための薄い樹脂層または樹脂含浸ガラス繊維層(絶縁層)が形成され、これを除いた補強繊維層2が当該絶縁層の上に後述するように複数層形成される。補強繊維層2は強度が樹脂層やガラス繊維層よりもはるかに強い炭素繊維層にしてある。
Hereinafter, embodiments of the pressure vessel of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the pressure vessel A of the present invention includes a metal liner 1 (specifically, an aluminum liner) and a reinforcing
金属ライナ1は、円筒状の胴部1aの一端部(上側)に椀状の肩部1bを介して小径の口部1cが一体に形成されており、この口部1cの内面にバルブなどを接続するためのネジ1dが形成されている。また、胴部1aの他端部(下側)にも椀状の肩部1bを介して小径の口部1cが一体的に形成されており、この口部1cの内面に封止プラグ3を取り付けるためのネジ1dが形成されている。
The
金属ライナ1は、例えばJIS−A6061等のアルミニウム合金製のブランク材から成形され、成形後に熱処理が施されている。
The
補強繊維層2の炭素繊維層は、高剛性の炭素繊維束に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させて金属ライナ1の外周面に複数層巻き付けて、熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成される。この補強繊維層2は、炭素繊維束をフィラメントワインディング法で金属ライナ1の胴部1aの外面に周方向に巻くフープ巻層と、金属ライナ1の胴部1aから肩部1b、1bや両端の口部近傍を折返すように中心軸方向に対し所定の配向角で巻くヘリカル巻層とからなる。このフープ巻層とヘリカル巻層とを交互に複数層重ねることによって補強繊維層2が形成されている。
The carbon fiber layer of the reinforcing
さらに、補強繊維層2の外側で圧力容器Aの上、下の肩部から胴部の一部にかけて肩部表面並びに胴部表面から外方に突出する衝撃緩衝部材4が設けられている。衝撃緩衝部材4は、弾性樹脂体で形成されており、例えば発泡ウレタン樹脂が好適である。
Further, the
衝撃緩衝部材4は、その表面を帯状の外部繊維材5により網目状に巻き付けることにより、衝撃緩衝部材4の一部が露出されるようにして取り付けられている。この場合、巻き付けられる外部繊維材5は衝撃緩衝部材4の表面の一部に食い込むが、衝撃緩衝部材4の他の部分は、その原形を保持して圧縮による歪みが生じないような粗い網目で巻き付けられている。したがって、衝撃緩衝部材4は本来の弾性復元力をあまり損なわない状態で取り付けられている。
The shock-absorbing
衝撃緩衝部材4を巻き付ける外部繊維材5としてガラス繊維が使用され、図1に示すように、ヘリカル巻で胴部外周面とともに巻き付けられている。なお、図1の左半分に示す側面図は、外部繊維材5のヘリカル巻の様相を側面視で正確に写実的に表示するものでなく、便宜上その概要を示したものである。
Glass fiber is used as the
上記のごとく構成された圧力容器Aは、上部、下部の肩部から胴部の一部にかけてそれぞれ肩部表面並びに胴部表面から突出する衝撃緩衝部材4が設けられているので、圧力容器Aが誤って肩部から落下した場合に、肩部表面に突出する衝撃緩衝部材4によりその衝撃が緩和され、容器Aへの衝撃を吸収して破損を防止することができる。また、上下両側の衝撃緩衝部材4は胴部の側面からも外方に突出して形成されているので、圧力容器Aが水平姿勢で落下した場合でも、衝撃緩衝部材4によりその衝撃が緩和されて容器の破損を防止することができる。
この場合、特に本発明では、外部繊維材5は、衝撃緩衝部材4に対して圧縮による歪みが生じないような粗い網目で巻き付けられているので、衝撃緩衝部材4はその弾性復元力、すなわち衝撃吸収エネルギーをほとんど損なわない状態で取り付けられており、これにより弾性復元力を最大限に発揮して落下時の衝撃を緩和することができる。また、網目状に巻き付けることで外部繊維材の使用量を大幅に低減でき容器の軽量化が図られているため、落下時の衝撃エネルギー自体を低減することもできる。
さらに、衝撃を受けた部分は衝撃緩衝部材4の凹みやガラス繊維からなる外部繊維材5の白化として視認でき、損傷場所を特定することができる。
Since the pressure vessel A configured as described above is provided with the
In this case, in particular, in the present invention, the
Furthermore, the part which received the impact can be visually recognized as the dent of the
図2は衝撃緩衝部材4の応力−歪曲線であり、図2(a)は、外部繊維材5によって衝撃緩衝部材4を20%(0.2)まで歪ませた(圧縮させた)状態になるように巻き付けた後、容器落下により60%まで歪んだときの衝撃緩衝部材4の吸収エネルギーを示すものである。また、図2(b)は、衝撃緩衝部材4が露出している部分(ひずみが0%の部分)について、容器落下により同様に60%まで歪んだときの衝撃緩衝部材4の吸収エネルギーを示すものである。それぞれの図において、ハッチングされた部分が衝撃吸収エネルギーを示す。
この図2(a)、(b)の対比によって、衝撃緩衝部材4の一部を歪まないように巻き付けた場合の方が衝撃に対する吸収エネルギーを大きく利用できることがわかる。
FIG. 2 is a stress-strain curve of the
2 (a) and 2 (b), it can be seen that the energy absorbed for impact can be used more greatly when the
また上記実施例では、圧力容器Aの両端部に口部1c、1cを形成した形態を示したが、図3に示すように、容器の下部側を底壁(底部)で閉じた形態の圧力容器であってもよいことは勿論である。この場合、容器Aの下部側のコーナー部分が先の実施例における下部肩部に相当する。 Moreover, in the said Example, although the form which formed the opening parts 1c and 1c in the both ends of the pressure vessel A was shown, as shown in FIG. 3, the pressure of the form which closed the lower part side of the container with the bottom wall (bottom part) Of course, it may be a container. In this case, the lower corner portion of the container A corresponds to the lower shoulder in the previous embodiment.
以上本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでない。例えば、圧力容器の胴部が長い場合は、胴部の中間部分に胴部側方に突出する衝撃緩衝部材を増設してもよい。その他本発明ではその目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。 While typical examples of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to the above embodiments. For example, when the body portion of the pressure vessel is long, an impact buffer member that protrudes laterally from the body portion may be added to the middle portion of the body portion. In addition, the present invention achieves its object and can be appropriately modified and changed without departing from the scope of the claims.
本発明は、高圧ガスを充填する圧力容器に利用することができる。 The present invention can be used for a pressure vessel filled with high-pressure gas.
A 圧力容器
1 金属ライナ
2 補強繊維層
4 衝撃緩衝部材
5 外部繊維材
A
Claims (3)
前記補強繊維層の外側で圧力容器の上、下の肩部から胴部の一部にかけて肩部表面並びに胴部表面から突出する衝撃緩衝部材が配置され、この衝撃緩衝部材の表面に外部繊維材を網目状に巻き付けることにより、衝撃緩衝部材の一部が前記外部繊維材よりも外側に露出するようにして容器に取り付けられていることを特徴とする圧力容器。 A pressure vessel in which the outer peripheral surface of a metal liner is covered with a reinforcing fiber layer,
An impact cushioning member protruding from the shoulder surface and the trunk surface from the upper shoulder portion of the pressure vessel to a part of the trunk portion is disposed outside the reinforcing fiber layer, and an external fiber material is disposed on the surface of the impact cushioning member. The pressure vessel is attached to the vessel so that a part of the shock absorbing member is exposed to the outside of the external fiber material by winding the wire in a mesh shape.
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