(57)【要約】【課題】簡単な構造で強度及びシール性に優れた樹脂製ライナーが繊維強化された繊維強化プラスチック複合容器であって、100MPa以上の圧縮水素や圧縮天然ガスの貯蔵に好適に使用される高圧ガス容器を提供する。【解決手段】本発明に係る高圧ガス容器10は、筒状のライナー本体12とこれに一体に接合される一体フランジ形のライナー首部14からなる樹脂ライナー11と、その樹脂ライナー11を覆う繊維強化層15と、ガス機器がネジ結合されるネジ部を備えた口金とを有する軸方向に対称な高圧ガス容器であって、ライナー首部14は、その内周面145から中心方向に張出した棚部146を備え、その棚部146においてガス機器20に設けられたシール部材25が軸方向に押圧されるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のライナー本体とこれに一体に接合される一体フランジ形又は板フランジ形のライナー首部からなる樹脂ライナーと、その樹脂ライナーを覆う繊維強化層と、ガス機器がネジ結合されるネジ部を備えた口金とを有する軸方向に対称な高圧ガス容器であって、
前記ライナー首部は、その内周面から中心方向に張出した棚部を備え、その棚部において前記ガス機器に設けられたシール部材が軸方向に押圧されるようになっている高圧ガス容器。
【請求項２】
口金は、一体フランジ形状をなし、そのネジ部が高圧ガス容器の端部に開口するとともに、フランジ部及び首部がライナー首部の内部に埋め込まれてなることを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス容器。
【請求項３】
樹脂ライナーは、ポリエチレン樹脂（PE）、高密度ポリエチレン樹脂（HDPE）又はエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂（EVOH）からなり、ライナー本体とライナー首部は熱融着されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧ガス容器。
【請求項４】
ライナー首部は、さらに、棚部の上方の内周面にガス機器に設けられたシール部材が押圧されるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高圧ガス容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製ライナーが繊維強化された繊維強化プラスチック複合容器であって、100MPa以上の圧縮水素や圧縮天然ガスの貯蔵に好適に使用される高圧ガス容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガスの環境に与える影響が問題視されてより、エンジンにガソリン以外のエネルギー源を使用する自動車の研究開発が進められている。近年は、排気ガスの環境負荷問題に加え、エネルギー資源の問題が大きくなり、エネルギー効率向上の要求が大きくなっている。このため、ガソリン車以外の新しい自動車の研究開発は加速化している。すでに、ガソリンエンジンと電気モータの両者を効果的に利用して駆動するハイブリットカーの市場が拡大しつつあり、電気モータのみで駆動する電気自動車の実用化も始まっている。そして、圧縮水素ガス等を燃料とする水素燃料自動車の実用化が求められている。
【０００３】
水素燃料自動車の開発において、圧縮水素ガスを貯蔵する高圧ガス容器の開発は重要な開発項目の一つであり、圧縮水素ガスの貯蔵圧の高い小型軽量な高圧ガス容器が求められている。このような高圧ガス容器として、樹脂製ライナーが繊維強化された繊維強化プラスチック複合容器が注目されている。しかして、口金部がプレスチックと異なる金属製であることから、口金の損傷、口金部からのガス漏れ等の問題があり、その対策が種々に提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に、内部にガスが貯留される中空形状体であるライナと、前記ライナの外側面を覆う補強層と、前記ライナの端部に配置されるとともにバルブアッセンブリが装着される口金であって、前記ライナの内外を連通する略筒状の筒部および当該筒部の外側面から外側に張り出して前記ライナと補強層との間に位置する鍔部を含む口金と、前記口金に連結されるとともに、その一部が前記ライナの内側面に接触する応力緩和プレートと、を備える高圧ガスタンクが提案されている。この高圧ガスタンクによれば、鍔部の応力集中が緩和され、部材の変形、劣化をより効果的に防止または低減できるとされる。
【０００５】
また、特許文献２に、高圧ガスタンクにおいてライナ部と一体成形される環体のインサートリングであって、一方の端部に形成され、径方向へ弾性変形可能な弾性部を有する高圧ガスタンク用インサートリングが提案されている。この高圧ガスタンクは、タンク本体の内壁に沿って設けられるライナ部と、開口部側においてライナ部と隣接して設けられる口金部との間のシール性が高いとされる。
【０００６】
特許文献３には、突出するネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、前記ネック部の内側に取り付けられた口金部材と、前記口金部材の内側に取り付けられたバルブと、前記樹脂ライナーと前記バルブとの間に設けられたシール部材と、を有する圧力容器であって、前記ネック部は、筒状を呈する筒部と、前記筒部の上端に設けられ前記シール部材を取り付ける取付座面と、前記取付座面の外側に立ち上がる立上り壁と、を有し、前記シール部材は、前記バルブの一部及び前記取付座面に当接している圧力容器が提案されている。この圧力容器によれば、簡単なシール構造で口金部からのガスの漏洩を防止することができるとされる。
【０００７】
特許文献４には、ガスバリア性を有する内側殻と、この内側殻を覆うように設けられた耐圧性の外側殻と、これら両殻より構成される容器の少なくとも一方の極部に口金部が取付けられてなる耐圧容器であって、口金部は、内側殻の円筒状首部を外周面から支持し、一端側が円板状とされて内側殻の肩部の肉厚部の中に埋設され、他端側は円筒状にされて内側殻の中心軸に沿って外方に突出し、この突出した円筒状首部の内径が内側殻の円筒状首部延在部の直径とほぼ同径とされ、押圧部材の水平部と、この水平部と対向する円筒状首部の延在部の少なくとも一方に、環状溝が設けられてなり、この環状溝にシールリングが配置されてなる耐圧容器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2010-270781号公報
【特許文献２】特開2012-36952号公報
【特許文献３】特開2013-36603号公報
【特許文献４】特開平10-332085号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
水素燃料自動車用の高圧ガス容器は貯蔵圧力が70MPaのものがすでに開発されており、これに水素を供給するためのガスステーションの高圧ガス容器は、100MPa以上の耐圧性が要求されている。このような100MPa以上の耐圧性が要求される高圧ガス容器における口金部分のシーリング構造は、容器内のガス圧がシールの押圧力を助けるような構造のものが好ましい。このため、特許文献１又は２に提案された押圧力がガス圧に抗して作用するようなシーリングはその構造が複雑になる恐れがある。また、特許文献３に提案された圧力容器のシーリング構造は、口金の端部外周側にあり、シール部材の押圧力を樹脂ライナー端部が直接受ける構造になっており耐圧性、耐久性が懸念される。また、このシーリング構造は、シール部材が容器内のガス圧を利用する構造になっていない。
【００１０】
また、口金は、一般に鋼あるいはアルミニウム合金製のものが使用されるが、水素脆性の恐れがある。この水素脆性の問題に対し、特許文献１〜３に提案の高圧ガス容器は口金が高圧ガスに曝される構造になっており好ましくない。一方、特許文献４に提案の耐圧容器は、口金が樹脂製の内側殻に覆われており異なる構造であるが、25MPa程度の液化石油ガス、圧縮天然ガス等が充填されるので極めて高いシール性が要求されるとの明細書の記載や図２の記載を考慮すると、この耐圧容器に100MPa以上の耐圧性を要求することは困難であるように推察される。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題点及び要請に鑑み、樹脂製ライナーが繊維強化された繊維強化プラスチック複合容器であって、簡単な構造で強度及びシール性に優れ、100MPa以上の圧縮水素や圧縮天然ガスの貯蔵に好適に使用される高圧ガス容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る高圧ガス容器は、筒状のライナー本体とこれに一体に接合される一体フランジ形又は板フランジ形のライナー首部からなる樹脂ライナーと、その樹脂ライナーを覆う繊維強化層と、ガス機器がネジ結合されるネジ部を備えた口金とを有する軸方向に対称な高圧ガス容器であって、前記ライナー首部は、その内周面から中心方向に張出した棚部を備え、その棚部において前記ガス機器に設けられたシール部材が軸方向に押圧されるようになっている。
【００１３】
上記発明において、口金は、一体フランジ形状をなし、そのネジ部が高圧ガス容器の端部に開口するとともに、フランジ部及び首部がライナー首部の内部に埋め込まれてなるものがよい。
【００１４】
また、樹脂ライナーは、ポリエチレン（PE）、高密度ポリエチレン（HDPE）又はエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂（EVOH）からなり、ライナー本体とライナー首部は熱融着されてなるものがよい。
【００１５】
また、ライナー首部は、さらに、棚部の上方の内周面にガス機器に設けられたシール部材が押圧されるようになっているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る高圧ガス容器は、樹脂製ライナーが繊維強化された繊維強化プラスチック複合容器であって、その口金部分の構造が簡単で強度及びシール性に優れている。このため、本高圧ガス容器は、100MPa以上の圧縮水素や圧縮天然ガスの貯蔵に好適に使用することができ、自動車用高圧ガス容器に圧縮水素ガスや圧縮天然ガスを供給するガスステーションにおいて使用される高圧ガス容器に好適に使用することができる。また、本発明に係る高圧ガス容器は、構造が簡単で経済性に優れており、従来の高圧ガス容器を含めて、50MPa以下の高圧ガス容器に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る高圧ガス容器の模式図である。
【図２】他の実施例の高圧ガス容器の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。図１は、本発明に係る高圧ガス容器の肩部部分を示す一部断面図である。本例の高圧ガス容器は、図１に示すように、筒状のライナー本体12とこれに一体に接合される一体フランジ形のライナー首部14からなる樹脂ライナー11と、その樹脂ライナー11を覆う繊維強化層15と、ガス機器がネジ結合されるネジ部を備えた口金17とを有する軸方向に対称な高圧ガス容器10である。そして、ライナー首部14は、その内周面145から中心方向に張出した棚部146を備え、その棚部146においてガス機器20に設けられたシール部材25が軸方向に押圧されるようになっている。ガス機器20により、高圧ガス容器10に流出入する高圧ガスの圧力や流量等を制御することができる。
【００１９】
本高圧ガス容器10において、樹脂ライナー11は、上述のように、筒状のライナー本体12と一体フランジ形のライナー首部14が一体に接合された構造をしている。ライナー本体12とライナー首部14は熱融着することにより、容易に樹脂ライナー11を成形することができる。ライナー本体12は、ライナー首部14と熱融着され易いようにろうと状部123を有するものがよい。樹脂ライナー11を形成するライナー本体12及びライナー首部14の材質は、ポリエチレン（PE）、高密度ポリエチレン（HDPE）又はエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂（EVOH）を使用することができる。HDPEやEVOHは、溶融温度が300℃以下であり、熱融着しやすいため好ましい。
【００２０】
ライナー首部14は、一体フランジ形をしており、フランジ部141と首部142及び管部143とを有する。フランジ部141は、肉厚になっており、口金17のフランジ部171及び首部172を完全に内包している。また、ライナー首部14は、その内周面145から中心方向に張出した棚部146を備えており、棚部146は、ガス機器20に設けられたシール部材25が押圧されるようになっている。このため、ガス機器20が口金17に装着されたときのシール部材25と棚部146の上面の隙間精度が確保されるようになっており、棚部146の上面は所定の表面荒さが確保されるようになっている。
【００２１】
本高圧ガス容器10に充填された圧縮水素等の高圧ガスのガス圧は、図１の矢印方向に作用し、このガス圧の方向とガス機器20が口金17に装着されたときにシール部材25に作用する押圧力の方向は同じ方向（向きは逆方向）になっている。すなわち、シール部材25は、より一層押圧されるようにガス圧が作用する構造になっている。これにより、簡単な構造で高いシール性を確保することができる。
【００２２】
繊維強化層15は、エポキシ樹脂をマトリックスとする炭素繊維強化樹脂から形成することができる。また、繊維強化層15は、フィラメントワインディング法により形成することができる。このような炭素繊維強化樹脂からなる繊維強化層15は、高圧の水素ガスを充填することができる高圧ガス容器に好適であり、その厚さを調整することにより、高圧ガス容器の耐圧性を調整することができる。
【００２３】
なお、繊維強化層15を形成するマトリック樹脂は、高圧ガス容器に要求される耐圧性能に応じ、例えば、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などをマトリックス樹脂として使用することができる。また、繊維強化層15を構成する強化繊維は、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維、ホウ素繊維、セルロースなどの天然繊維などを強化繊維として使用することができる。
【００２４】
口金17は、図１に示すように一体フランジ形をしており、フランジ部171と首部172及び管部173とを有する。口金17の管部173の内周面にガス機器20がネジ結合されるネジ部175が設けられ、ネジ部175は高圧ガス容器10の端部に開口している。口金17のフランジ部171及び首部172は、ライナー首部14に内包されている。また、口金17は、シール部材25からの押圧力が作用し難い形状及び配置になっている。そして、口金17は、ガス圧に対し繊維強化層15により保護されるようになっている。従って、口金17は、強度、耐久性の高い構造になっており、口金17がライナー首部14から飛び出るようなことはない。
【００２５】
口金17の材質は、公知のアルミニウム合金、オーステナイト系ステンレスを使用することができる。ガス機器20や、シール部材25は容易に交換することができるが、口金17は交換することが困難であり、強度、耐久性のあるものが要求される。本例の口金17は、上述のように、簡単な形状で強度、耐久性に優れた構造をしている。そして、口金17は、高圧ガスが接触する可能性のある部分がライナー首部14の内周面145により保護されているので、高圧ガスとの接触を阻止することができ、口金17の水素脆化による損傷を防止することができる。
【００２６】
シール部材25は、ガス機器20に装着されるようになっているのがよい。これにより容易にシール部材25を交換することができる。シール部材25は公知のものを使用することができる。
【００２７】
以上、高圧ガス容器10について説明した。本高圧ガス容器10は、強度、耐久性に優れ、耐水素脆性を有しており、100MPa以上の圧縮水素や圧縮天然ガスの貯蔵に好適に使用することができる。しかしながら、本発明に係る高圧ガス容器は、上記の高圧ガス容器10に限定されない。例えば、図２に示すように、ライナー首部14は、首部142及び管部143のない板フランジ形のものにすることができる。この場合においても、口金17のフランジ部171及び首部172は、ライナー首部14に内包されるようになっているのがよい。
【００２８】
また、シール部材は、さらに、ライナー首部14の内周面145、棚部145の上方の内周面145に押圧されるようなシール部材26を設けることができる。また、本発明に係る高圧ガス容器は、図２に示すものと反対側の形状が軸Aに直行する平面Pに対して対称な形状を有する両口形のもととすることができ、あるいは、底部が凸型形状を有するものとすることができる。
【符号の説明】
【００２９】
10    高圧ガス容器
11    樹脂ライナー
12    ライナー本体
14    ライナー首部
141    フランジ部
142    首部
143    管部
145    内周面
146    棚部
15    繊維強化層
17    口金
171    フランジ部
172    首部
173    管部
175    ネジ部
20    ガス機器
25、26    シール部材
【図１】
2014222081.tif 000003
【図２】
2014222081.tif 000004