JPH1182887A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力容器において、合成樹脂製のライナーと
金属製の口金との間の気密シールの信頼性を高める。 【解決手段】 合成樹脂製のライナー２と金属製の口金
本体１０とを備える圧力容器において、ボス部１１がラ
イナー２を貫通するとともにフランジ部１２がライナー
２の内面側に位置するように口金本体１０を配設する。
フランジ部１２に一端がライナー２の内部に連通し他端
がフランジ部１２のライナー向き面１２ａに開口する通
気孔１９を形成する。ライナー向き面１２ａに通気孔１
９の他端開口を覆うように環板状の気圧バルブ２６を添
設し、ライナー向き面１２ａに気圧バルブ２６を覆うよ
うに環板状の弾性シール材１８を付設し、充填したＣＮ
Ｇの内圧により弾性シール材１８をライナー２の内面に
強く押し当てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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）、Ｌ
ＰＧ（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ものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＮＧ用の圧力容器６０として、
図９に示すように、ＣＮＧを透過させない合成樹脂製の
ライナー６１と、耐圧性を高めて６００ｋｇ／ｃｍ² の
耐圧規格を満たす外層のＦＲＰ（繊維強化樹脂）補強層
６５とからなるものが考えられており、両層の役割分担
により軽量化が図られている。ライナー６１は、筒状の
周壁部６２とその両端を閉鎖する湾曲面状の端壁部６３
とを合成樹脂により一体形成してなる。ライナー６１に
継目なしが要求される場合、ライナー成形方法は回転成
形又はブロー成形に限定される。

【０００３】一方の端壁部６３の中心部には、配管接続
用のジョイント（図示略）を接続するための金属製の口
金７０が取付けられている。口金７０は、ライナー６１
を貫通するボス部７１と、ボス部７１の内端側外周に突
設されたフランジ部７２と、ボス部７１の内周に螺合さ
れた締付部材７３とからなる。ライナー６１が口金７０
に接着成形されることにより、両者６１，７０間の気密
シールを図っている。また、ボス部７１の内周には段部
７４があり、該段部７４に回り込んだライナー６１の端
部を締付部材７３で締付けることにより、気密シールの
向上を図っている。

【０００４】前記ライナー６１を回転成形するには、ま
ず、図１０に一部を示すように、金型６６に口金７０を
セットし、金型６６を炉（図示略）により加熱する。６
８は口金７０のメクラ栓である。金型６６を回転させな
がらその内部にポリエチレン又はナイロンの合成樹脂パ
ウダーを投入し、該合成樹脂パウダーを金型６６及びフ
ランジ部７２の内面に付着させて溶融させ、ライナー６
１を回転成形する。ライナー６１が冷却により硬化した
ら、口金７０付きのライナー６１を脱型して、図９に示
すように、段部７４に回り込んだライナー６１の端部を
精密に切削加工して仕上げた後、締付部材７３で締付け
る。ライナー６１の外周にガラス繊維をヘリカル巻き及
びフープ巻きし、エポキシ樹脂で含浸固定することによ
りＦＲＰ補強層６５を形成すれば、圧力容器６０が完成
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記圧力容器
６０においては、ライナー６１の回転成形時における合
成樹脂の圧力が小さいことや、該ライナー６１に使用す
るポリエチレン又はナイロンが金属製の口金７０との接
着性に欠け、後述する回転成形後の材料収縮差により接
着面が剥離するおそれがあることや、締付部材７３によ
るライナー６１の締付け部分がわずかしかなく締め代の
加減が難しいこと等により、ライナー６１と口金７０と
の間の気密シールの信頼性に欠けていた。

【０００６】また、合成樹脂製のライナー６１の熱膨張
率は金属製の口金７０の熱膨張率より一桁大きいため、
ライナー６１のうちのフランジ部７２に付着した部分に
は、回転成形後の冷却における大きな温度落差により、
フランジ部７２との大きな材料収縮差が生じ、引張方向
の残留歪・残留応力が内在される。このため、圧力容器
６０の使用時（特に低温での使用時）において、気温の
変化による温度差が繰返しかかると、図１１に示すよう
に、ライナー６１の同部分にクラック６７が発生するお
それがあり、該クラック６７は気密シールを実質的に失
わせるという問題があった。

【０００７】また、回転成形時に段部７４に回り込んだ
ライナー６１の端部は、そのままでは形状精度が低く、
締付部材７３で緊密に締付けられないので、該端部を精
密に切削加工する必要があった。また、その際の切削屑
はどうしてもライナー６１内に入るため、面倒な除去作
業が必要になるという問題もあった。

【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決し、合成
樹脂製のライナーと金属製の口金との間の気密シールの
信頼性を高めることができる圧力容器を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る圧力容器は、合成樹脂製のライナー
と、筒状のボス部及び該ボス部の外周に突設されたフラ
ンジ部を含む口金本体とを備え、ボス部がライナーを貫
通するとともにフランジ部がライナーの内面側に位置す
るように口金本体が配設される圧力容器であって、フラ
ンジ部に一端がライナーの内部に連通し他端がフランジ
部のライナー向き面に開口する通気孔を形成し、フラン
ジ部のライナー向き面に通気孔の他端開口を覆うように
環板状の気圧バルブを添設し、フランジ部のライナー向
き面に気圧バルブを覆うように環板状の弾性シール材を
付設し、弾性シール材をライナーの内面に当接させたこ
とを特徴とする。

【００１０】さらに、次の手段（１）〜（４）を加える
ことが好ましい。 （１）気圧バルブのフランジ部向き面に環状溝を設ける
こと。 （２）気圧バルブの弾性シール材向き面に環状突条を設
けること。 （３）弾性シール材の内外周を気圧バルブより一回り大
きく設け、該気圧バルブよりはみ出した該弾性シール材
の内外周縁部をフランジ部のライナー向き面に接合する
こと。 （４）ボス部の外周に外挿されてライナーの外面に当接
するリングプレートを設け、リングプレートをライナー
を介してフランジ部に締付けること。

【００１１】気圧バルブは、厚さ０．１〜０．５ｍｍ程
度の金属板で形成したものが好ましく、さらに不錆性の
ステンレス鋼板等で形成したものが好ましい。弾性シー
ル材としては、シリコンゴム、ＥＰＤＭゴム、フッ素ゴ
ム等の耐熱・耐ガス透過性ゴムや、硬化後も弾力性があ
る接着剤等を例示できる。

【００１２】ライナーの成形方法は、特に限定されない
が、継目なしのライナーが要求される場合には、回転成
形又はブロー成形が採用される。ライナーを成形する合
成樹脂は、特に限定されないが、ポリエチレン、ナイロ
ン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、飽和ポリエステル、ポリ
アミド、ポリカーボネート等、又はこれらに強化繊維を
混合したものを例示できる。

【００１３】ライナーは、その外面全体をＦＲＰ補強層
等の補強層で覆われて補強されることが好ましい。ＦＲ
Ｐ用の繊維の材料は、補強性のあるものであれば、特定
のものに限定されず、ガラス、カーボン、ポリ−ｐ−フ
ェニレンテレフタルアミド、ナイロン、ポリエチレン、
ポリエステル等を例示できる。同繊維の含浸固定用の合
成樹脂としては、エポキシ、ビニルエステル、不飽和ポ
リエステル等を例示できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明をＣＮＧ用の圧力容
器に実施した形態例について、図１〜図８を参照して説
明する。本実施形態の圧力容器１は、図１に示すよう
に、合成樹脂製のライナー２と、ライナー２の両側の端
壁部４に取付けられた口金６，７と、ライナー２の外面
全体を覆って補強するＦＲＰ補強層８とを備えている。

【００１５】圧力容器１の内層をなすライナー２は、図
１に示すように、円筒状の周壁部３とその両端を閉鎖す
る湾曲面状の端壁部４とがポリエチレン樹脂により継目
なしで一体成形されたものである。ライナー２の寸法
は、例えば、内径２２０ｍｍ、内法長９００ｍｍであ
る。

【００１６】右側及び左側の端壁部４の中心部には金属
製の口金６，７が取付けられている。右側の口金６は、
ＣＮＧ配管の端部に取付けられたジョイント（図示略）
を外部から接続する側であり、左側の口金７は、該ジョ
イントを接続しない側である。

【００１７】右側の口金６は、ライナー２（端壁部４）
を貫通する円筒状のボス部１１及びボス部１１の内端側
外周に突設されてライナー２の内面側に位置するフラン
ジ部１２を含む金属製の口金本体１０と、ボス部１１の
外周に外挿されてライナー２の外面に当接するリングプ
レート１３と、ボス部１１の外端側外周に形成された雄
ネジ部１４に螺合されてリングプレート１３をライナー
２を介してフランジ部１２に締付けるロックナット１５
とを備えている。ボス部１１の内周はＣＮＧ通路１６と
なっており、外端側内周には前記ジョイントを接続する
ための雌ネジ部１７が形成されている。

【００１８】フランジ部１２には、一端が口金本体１０
の内周に開口してライナー２の内部に連通し、他端がフ
ランジ部１２のライナー向き面１２ａに開口する通気孔
１９が、例えば１２０度間隔で３つ形成されている。フ
ランジ部１２のライナー向き面１２ａには、通気孔１９
の他端開口を覆うように環板状の気圧バルブ２６が添設
され、さらに気圧バルブ２６を覆うように環板状の弾性
シール材１８が型成形により付設され、弾性シール材１
８がライナー２の内面に当接している。

【００１９】気圧バルブ２６は、例えば厚さ約０．２ｍ
ｍのステンレス鋼板よりなり、３つの環状湾曲部が同心
円状に小間隔をおいてプレス加工されることにより、フ
ランジ部向き面からみると３つの環状溝２７が、弾性シ
ール材向き面からみると３つの環状突条２８が、それぞ
れ同時に設けられている。

【００２０】弾性シール材１８は、例えばフッ素ゴムよ
りなり、その内外周は気圧バルブ２６より一回り大きく
設けられている。気圧バルブ２６よりはみ出した弾性シ
ール材１８の内周縁部１８ａは、フランジ部１２のライ
ナー向き面１２ａからボス部１１の外周面にかけて、同
じくはみ出した外周縁部１８ｂは、ライナー向き面１２
ａの外周部に設けられた突部１２ｂからフランジ部１２
の外周面にかけて、それぞれ前記型成形時に加硫接着さ
れている。その接着力は非常に強いため、フランジ部１
２と弾性シール材１８との間は、完全な気密シールが図
られている。

【００２１】一方、ライナー２と弾性シール材１８との
間は、次の作用イ，ロ，ハの組み合わせによって、必要
十分な気密シールが図られている。 イ； 後述するライナーの回転成形時に、ライナー２を
弾性シール材１８に接着する。但し、その接着力は弱い
ため、接着のみでは気密シールできない。 ロ； ロックナット１５の螺合により、リングプレート
１３をライナー２に押し当て、ライナー２と弾性シール
材１８との間を締付ける。 ハ； ライナー２の内部にＣＮＧを充填すると、ＣＮＧ
の内圧は、３つの通気孔１９を経て気圧バルブ２６のフ
ランジ部向き面の一部にかかり、さらに３つの環状溝２
７を経て気圧バルブ２６のフランジ部向き面の全周に達
するため、気圧バルブ２６を押し上げ、もって弾性シー
ル材１８を押し上げる。弾性シール材１８は、内外周縁
部１８ａ，１８ｂがフランジ部１２に加硫接着している
ので、その内外周間の中央部が張り出すように押し上げ
られてライナー２に押し当てられる。その押当力は、図
２のＳ部から浸入してライナー２と弾性シール材１８と
の間を矢印で示すように通過しようとするＣＮＧの圧力
（通過抵抗で圧力低下する）よりも大きい。特に、気圧
バルブ２６の環状突条２８によって押し上げられる弾性
シール材１８の一部は、ライナー２に強く押し当てられ
るため、同部の押当力はとりわけ大きくなる。従って、
このライナー２と弾性シール材１８との押当部におい
て、ＣＮＧの通過を止めることができ、もって口金６か
らのＣＮＧの漏れを遮断することができる。

【００２２】左側の口金７は、前記ジョイントを接続し
ないので、ライナー２を貫通させる必要が無い。従っ
て、気密シールは万全であり、ライナー２と口金７との
間のシール性は問題とならないので、構造の詳細は省略
する。

【００２３】ＦＲＰ補強層８は、例えば、カーボン繊維
が両側の端壁部４にかかるようにして略軸方向にヘリカ
ル巻きされたヘリカル巻き補強層と、カーボン繊維が周
壁部３の周りに軸回り方向にフープ巻きされたフープ巻
き補強層とを含み、カーボン繊維はエポキシ樹脂で含浸
固定されている。

【００２４】上記圧力容器１は、次の工程を経て製造さ
れる。 図３及び図４に示すように、口金本体１０のフラン
ジ部１２のライナー向き面１２ａに気圧バルブ２６を添
設し、両者をこの状態で型（図示略）にセットして弾性
シール材１８を型成形により付設し、これら１０，２
６，１８をアッシー化する。

【００２５】 図５に示すように、後述するポリエチ
レン樹脂パウダーがボス部１１の雌ネジ部１７に付着し
たり外部に流失したりしないよう、メクラ栓２０を螺合
させる。メクラ栓２０の先端部にはフッ素樹脂製の補助
栓２０ａがネジにより取り付けられ、この補助栓２０ａ
はポリエチレン樹脂パウダーが通気孔１９の一端開口に
入り込むのを防止する。また、ボス部１１の雄ネジ部１
４に保持シャフト２１の先端部の雌ネジ２２を螺合させ
ることにより、口金本体１０を保持シャフト２１で保持
する。他方の口金７についても、同様に保持シャフト
（図示略）で保持する。 こうして保持した口金本体１０及び口金７（以下、
口金７に関しては省略する。）を金型２３の所定位置に
セットし、金型２３を炉（図示略）により約２７０℃に
加熱する。金型２３を回転させながらその内部にポリエ
チレン樹脂パウダーを投入し、この状態を例えば２３分
間維持し、該ポリエチレン樹脂パウダーを金型２３の内
面に付着させて溶融させ、ライナー２を回転成形する。
なお、金型２３には、ライナー２に前記リングプレート
１３を収めるための凹所２９を形成するための凸所２３
ａが設けられている。

【００２６】その際に、フランジ部１２がライナー２の
内面から離間するように、口金本体１０は金型２３の中
央側方向にやや寄せられて配設される。そして、その離
間距離を充分にとることで、ライナー２の端がボス部１
１の外周まで確実に形成されることを助ける効果があ
る。また、その離間により、ポリエチレン樹脂パウダー
の一部は、ボス部１１及び保持シャフト２１の外周やフ
ランジ部１２（弾性シール材１８）の表面にも付着して
溶融し、余剰部２４となる。

【００２７】 ライナー２及び余剰部２４のポリエチ
レン樹脂が、回転成形時の温度（約２７０℃）から好ま
しくは融点より２０〜３０℃程高い温度にまで冷却して
（例えば約１９０℃にまで冷却して）まだ溶融状態にあ
るときに、図６に示すように、保持シャフト２１を引
き、口金本体１０を金型２３の外側方向に変位させて、
フランジ部１２の弾性シール材１８をライナー２の内面
に当接させ、接着させる。この変位により、ボス部１１
及び保持シャフト２１の外周の余剰部２４はしごかれて
まとまり、フランジ部１２の余剰部２４とともに、ライ
ナー２の一部として吸収される。なお、金型２３とフラ
ンジ部１２との間に挟まれるライナー２の肉厚を所定値
に規制するために、保持シャフト２１に必要以上に変位
しないようなアジャスト用のネジ機構を設けることが好
ましい。

【００２８】 ライナー２のポリエチレン樹脂が充分
に冷却して硬化した後、図７に示すように、口金本体１
０付きのライナー２を脱型して、メクラ栓２０と保持シ
ャフト２１とを取外す。リングプレート１３をボス部１
１の外周に外挿してライナー２の外面に形成された凹所
２９に嵌合させるとともに、ロックナット１５をボス部
１１の雄ネジ部１４に螺合し、図８に示すように、リン
グプレート１３及びライナー２を介してフランジ部１２
に強固に機械的に締付ける。なお、締付けにおいて応力
緩和しないよう、図２のＣ部に示すように、口金本体１
０及びリングプレート１３には互いに当接するストッパ
ー部が設けられている。

【００２９】 ライナー２の外周全体にカーボン繊維
をヘリカル巻き及びフープ巻きし、エポキシ樹脂で含浸
固定することによりＦＲＰ補強層８を形成すれば、圧力
容器１が完成する。

【００３０】本実施形態の圧力容器１によれば、ボス部
１１の内端側外周に充分な面積を有するフランジ部１２
を突設できることに加え、上記作用イ，ロ，ハを奏する
ので、ライナーと口金との接着のみに負っていた従来例
に比べて、ライナー２と口金６との間の気密シールの信
頼性を高めることができる。

【００３１】また、従来例と異なり、締付けるべきライ
ナー２の端部を切削加工する必要がないという利点もあ
り、従って切削屑がライナー２内に入ることもないた
め、面倒な除去作業も必要がない。

【００３２】また、本実施形態の圧力容器１の製造方法
によれば、ライナー２の回転成形時には、口金本体１０
のフランジ部１２をライナー２の内面から離間させてお
き、ライナー２のポリエチレン樹脂がある程度冷却して
まだ溶融状態にあるときに、はじめてフランジ部１２を
ライナー２の内面に当接させるので、該当接後の冷却に
おける温度落差が従来より小さくなる。このため、ライ
ナー２のうちのフランジ部１２に付着した部分に生じ
る、冷却によるフランジ部１２との材料収縮差は従来よ
り小さくなり、残留歪・残留応力も小さくなる。このた
め、圧力容器１の使用時（特に低温での使用時）に、気
温の変化による温度差が繰返しかかっても、ライナー２
の同部分にクラックが発生するおそれはなく、気密シー
ルを維持できる。

【００３３】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸
脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。 （１）リングプレート１３及びロックナット１５は、前
記実施形態では別体であったが、これらを別体形成して
から接合して一体化したり、当初から一体形成したりす
ることもできる。 （２）ライナー２をブロー成形により成形すること。 （３）ＣＮＧ以外の各種加圧物質の充填用の圧力容器と
して実施すること。例えば、ＬＮＧの場合、内圧は５０
ｋｇ／ｃｍ² 程度であり、ＬＰＧの場合、内圧は３５ｋ
ｇ／ｃｍ² 程度であるから、前記実施形態より強度設計
は楽になり、容易に実施できる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の圧力容器に
よれば、合成樹脂製のライナーと金属製の口金との間の
気密シールの信頼性を高めることができる、という優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る圧力容器を中間省略し
て示す断面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】同圧力容器の口金本体と気圧バルブとを示す斜
視図である。

【図４】同圧力容器の口金本体と気圧バルブとを示す断
面図である。

【図５】同圧力容器のライナーの回転成形を示す要部断
面図である。

【図６】同回転成形後の口金本体の変位を示す要部断面
図である。

【図７】同口金本体にリングプレート及びロックナット
をあてがう時の要部断面図である。

【図８】同ロックナットを締付けた状態を示す要部断面
図である。

【図９】従来の圧力容器を中間省略して示す断面図であ
る。

【図１０】同圧力容器のライナーの回転成形を示す要部
断面図である。

【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ２ ライナー ６ 口金 １０ 口金本体 １１ ボス部 １２ フランジ部 １２ａ ライナー向き面 １３ リングプレート １５ ロックナット １８ 弾性シール材 １８ａ 内周縁部 １８ｂ 外周縁部 １９ 通気孔 ２６ 気圧バルブ ２７ 環状溝 ２８ 環状突条

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂製のライナーと、筒状のボス部
   及び該ボス部の外周に突設されたフランジ部を含む口金
   本体とを備え、前記ボス部が前記ライナーを貫通すると
   ともに前記フランジ部が前記ライナーの内面側に位置す
   るように前記口金本体が配設される圧力容器であって、 前記フランジ部に一端が前記ライナーの内部に連通し他
   端が前記フランジ部のライナー向き面に開口する通気孔
   を形成し、前記フランジ部のライナー向き面に前記通気
   孔の他端開口を覆うように環板状の気圧バルブを添設
   し、前記フランジ部のライナー向き面に前記気圧バルブ
   を覆うように環板状の弾性シール材を付設し、前記弾性
   シール材を前記ライナーの内面に当接させたことを特徴
   とする圧力容器。
2. 【請求項２】 前記気圧バルブの前記フランジ部向き面
   に環状溝を設けた請求項１記載の圧力容器。
3. 【請求項３】 前記気圧バルブの前記弾性シール材向き
   面に環状突条を設けた請求項１又は２記載の圧力容器。
4. 【請求項４】 前記弾性シール材の内外周を前記気圧バ
   ルブより一回り大きく設け、該気圧バルブよりはみ出し
   た該弾性シール材の内外周縁部を前記フランジ部のライ
   ナー向き面に接合した請求項１、２又は３記載の圧力容
   器。
5. 【請求項５】 前記ボス部の外周に外挿されて前記ライ
   ナーの外面に当接するリングプレートを設け、リングプ
   レートを該ライナーを介してフランジ部に締付けた請求
   項１、２、３又は４記載の圧力容器。