(57)【要約】【課題】ガス貯蔵用圧力容器を提供する。【解決手段】本発明のガス貯蔵用圧力容器は、内部に中空部を有し、長さ方向に沿って同じ厚さで形成されるシリンダー状の本体と、長さ方向に沿って注入孔が貫通して形成され、側面にはねじ山が形成され、前記本体の両端に結合されて本体を密閉させる一対のキャップと、前記本体の外側表面に巻き取られ、前記本体の強度を補強する金属ワイヤーと、を含み、前記キャップの一端には半径方向にフランジが形成され、前記金属ワイヤーの一端は前記本体の外側表面上に半田付けによって固定され、前記金属ワイヤーの他端は前記本体に巻き取られた金属ワイヤーに半田付けによって固定されることを特徴とする。【選択図】図２
2018194172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを貯蔵する圧力容器であって、
内部に中空部を有し、長さ方向に沿って同じ厚さで形成されるシリンダー状の本体と、
長さ方向に沿って注入孔が貫通して形成され、側面にはねじ山が形成され、前記本体の両端に結合されて本体を密閉させる一対のキャップと、
前記本体の両端に結合され、中央に開口が形成されたフランジと、
前記本体の外側表面に巻き取られ、前記本体の強度を補強する金属ワイヤーと、を含み、
前記金属ワイヤーの一端は前記本体の外側表面上に半田付けによって固定され、前記金属ワイヤーの他端は前記本体に巻き取られた金属ワイヤーに半田付けによって固定されることを特徴とする、ガス貯蔵用圧力容器。
【請求項２】
ガスを貯蔵する圧力容器であって、
内部に中空部を有し、長さ方向に沿って同じ厚さで形成されるシリンダー形状の本体と、
長さ方向に沿って注入孔が貫通して形成され、側面にはねじ山が形成され、前記本体の両端に結合されて本体を密閉させる一対のキャップと、
前記本体の両端に結合され、中央に開口が形成されたフランジと、
前記本体の外側表面に巻き取られて前記本体の強度を補強する金属ワイヤーと、を含み、
前記フランジ上には複数の貫通孔が形成され、
前記金属ワイヤーの一端は、前記貫通孔を経由して前記フランジの外側面に半田付けによって固定され、前記金属ワイヤーの他端は、前記金属ワイヤーの一端が経由していない他の貫通孔を経由して前記フランジの外側面に半田付けによって固定されることを特徴とする、ガス貯蔵用圧力容器。
【請求項３】
前記本体と前記ワイヤーは、熱応力の発生を最小化するために、スチール（Ｓｔｅｅｌ）素材で形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のガス貯蔵用圧力容器。
【請求項４】
前記金属ワイヤーの直径は０．００５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載のガス貯蔵用圧力容器。
【請求項５】
前記キャップの中心からフランジの最外郭までの距離は巻き取られて積層された金属ワイヤーの厚さよりも厚いことを特徴とする、請求項１または２に記載のガス貯蔵用圧力容器。
【請求項６】
前記フランジの断面形状は円形または多角形であることを特徴とする、請求項１または２に記載のガス貯蔵用圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス貯蔵用圧力容器に係り、より詳細には、強度補強用ワイヤーと圧力容器本体をスチール材で形成して熱応力の発生を最小化する一方、強度補強用ワイヤーを圧力容器本体またはフランジに半田付けによって固定して圧力容器の劣化を防止し、フランジ一体型キャップを本体の両端に締結して金属ワイヤーの損傷を防止するガス貯蔵用圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガス貯蔵用圧力容器の開発は継続的に発展してきたが、産業化以来、化石燃料利用の加速化による地球温暖化及び石油資源の枯渇により、新再生エネルギーと一緒に、環境問題を解決する将来のエネルギー資源として水素が注目を浴びている。
【０００３】
水素をエネルギー資源として商用化するためには、水素ステーションの構築が優先されるべきである。このため、高圧圧縮機と水素貯蔵用圧力容器の開発が求められる。
【０００４】
水素ガスを貯蔵する圧力容器には４つのタイプがあるが、一般に、地上設置用にはＴｙｐｅI、IIを使用し、自動車用にはＴｙｐｅIII,IVを使用する。
【０００５】
特に、ＴｙｐｅIIの圧力容器は、圧力容器本体に補強材としてガラス繊維または炭素繊維を樹脂に含浸させてワインディングすることにより貯蔵圧力を高めることができるため、地上設置用圧力容器として好まれている。
【０００６】
従来のＴｙｐｅIIの圧力容器は、金属ワイヤーを圧力容器本体に固定するときに溶接を行うので、溶接中に圧力容器に加わる高温の加熱により劣化する。これはガス漏れリスクを高めている。
【０００７】
一方、高温加熱による圧力容器の熱損傷を防止するために、ワイヤーを圧力容器本体にテープで固定する方法は試みられた。しかし、このような方法は、テープによる固定力が弱いため、初期ワインディング工程で十分な張力を与えることができないから、迅速なワインディング作業が行われないという欠点がある。
【０００８】
これだけでなく、圧力容器の補強材として使用される金属ワイヤーは、巻き取られるワイヤー間の空隙を減らすために、通常、非常に細い直径の極細金属ワイヤーが使用される。
【０００９】
ところが、圧力容器に巻き取られた極細金属ワイヤーは、作業過程で損傷を受けて断線してしまう場合が時々発生する。これは、最終的には圧力容器のリスクを上げる結果をもたらす。よって、製作工程中に圧力容器の熱損傷を防止する一方、円滑なワイヤーの巻取りを保障し、巻線されたワイヤーの損傷も防止する圧力容器の開発が切実に求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１４−０１４１８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、製作工程中に無駄な熱損傷を防止して圧力容器の強度を増加させることにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、圧力容器の本体に巻き取られた金属ワイヤーの損傷を防止することにある。
【００１３】
本発明の別の目的は、巻き取られた金属ワイヤーの滑りを防止する一方、ワイヤーを安定的に支持する圧力容器構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は、内部に中空部を有し、長さ方向に沿って同じ厚さで形成されるシリンダー状の本体と、長さ方向に沿って注入孔が貫通して形成され、側面にはねじ山が形成され、前記本体の両端に結合されて本体を密閉させる一対のキャップと、前記本体の両端に結合され、中央に開口が形成されたフランジと、前記本体の外側表面に巻き取られ、前記本体の強度を補強する金属ワイヤーと、を含み、前記金属ワイヤーの一端は前記本体の外側表面上に半田付けによって固定され、前記金属ワイヤーの他端は前記本体に巻き取られた金属ワイヤーに半田付けによって固定されることを特徴とする、ガス貯蔵用圧力容器を提供する。
【００１５】
また、本発明は、内部に中空部を有し、長さ方向に沿って同じ厚さで形成されるシリンダー形状の本体と、長さ方向に沿って注入孔が貫通して形成され、側面にはねじ山が形成され、前記本体の両端に結合されて本体を密閉させる一対のキャップと、前記本体の両端に結合され、中央に開口が形成されたフランジと、前記本体の外側表面に巻き取られて前記本体の強度を補強する金属ワイヤーと、を含み、前記フランジ上には複数の貫通孔が形成され、前記金属ワイヤーの一端は、前記貫通孔を経由して前記フランジの外側面に半田付けによって固定され、前記金属ワイヤーの他端は、前記金属ワイヤーの一端が経由していない他の貫通孔を経由して前記フランジの外側面に半田付けによって固定されることを特徴とする、ガス貯蔵用圧力容器を提供する。
【００１６】
また、本発明の前記本体と前記ワイヤーは、熱応力の発生を最小化するために、スチール（Ｓｔｅｅｌ）素材で形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の前記ワイヤーの直径は０．００５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の前記フランジの中心からフランジの最外郭までの距離は巻き取られて積層された金属ワイヤーの厚さよりも厚いことを特徴とする。また、本発明の前記フランジの断面形状は円形または多角形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るガス貯蔵用圧力容器は、製作工程中に熱損傷を防止して圧力容器の強度を増加させるという効果がある。
【００２０】
また、本発明に係るガス貯蔵用圧力容器は、巻き取られたワイヤーの損傷を防止するという効果がある。
【００２１】
また、本発明に係るガス貯蔵用圧力容器は、巻き取られたワイヤーの滑りを防止する一方、ワイヤーを安定的に支持するという効果がある。
【００２２】
上述した効果に加えて、本発明の具体的な効果は、以下に発明を実施するための具体的な事項を説明しながら一緒に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面によってさらに詳細に説明する。ところが、これは、本発明に記載された特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の実施形態の多様な変更（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）、均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）、および／または代替物（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ）を含むものと理解されるべきである。図面の説明に関連して、類似の構成要素については類似の参照符号が使用できる。
【００２５】
また、本発明で使用される「第１」、「第２」などの表現は、多様な構成要素を順序および／または重要度に関係なく修飾することができ、ある構成要素を他の構成要素と区分するためのものに過ぎず、当該構成要素を限定しない。たとえば、「第１部分」と「第２部分」は、順序または重要度に関係なく、互いに異なる部分を示すことができる。例えば、本発明に記載された権利範囲から外れることなく、第１構成要素は第２構成要素と命名することが可能であり、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名することが可能である。
【００２６】
また、本発明で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものであって、他の実施形態の範囲を限定しようとする意図ではない可能性がある。単数の表現は、文脈上、明白に別の意味を記載しない限り、複数の表現を含むことができる。技術的や科学的な用語を含めてここで使用される用語は、本発明の技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同一の意味を有し得る。本発明で使用された用語のうち、一般的な辞書に定義された用語は、関連技術の文脈上持つ意味と同一または類似する意味で解釈でき、本発明で明白に定義されない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。場合によって、本発明で定義された用語であっても本発明の実施形態を排除するように解釈できない。
【００２７】
図１は本発明の第１実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の斜視図、図２は本発明の第１実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の断面図である。
【００２８】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器について説明する。
【００２９】
本発明に係る圧力容器は、本体１００、一対のキャップ２００、及びワイヤー３００を含む。本体１００は、ガスが貯蔵される空間を形成する。本体１００は、内部に中空部１１０を有し、長さ方向を沿って同じ厚さで形成されてシリンダー形状をする。本体１００は、中空部１１０に貯蔵される高圧ガスによって圧力を受ける。貯蔵された高圧水素によって本体１００に加えられるフープストレス（Ｈｏｏｐ  ｓｔｒｅｓｓ）を支持するために、後述するワイヤー３００が本体１００の外部表面上に巻き取られる。
【００３０】
本体１００はスチール（ｓｔｅｅｌ）材質でできている。
一対のキャップ２００は本体１００を密閉させる。
キャップ２００は本体１００の両端に結合される。
キャップ２００の一端の中央にはガス注入のための注入孔２３０が形成される。
キャップ２００の側面にはねじ山２４０が形成される。
【００３１】
従来の圧力容器は、圧力容器の両端の開口部が狭く形成されており、内部を維持・保守するのが困難であった。特に、圧力容器に水素が注入される場合には、水素が本体１００に水素脆性を起こして水素漏れのリスクが常在するので、周期的な検査が要求された。
【００３２】
そこで、本発明では、圧力容器の本体１００に螺合方式で締結されるキャップ２００構造を採用することにより、維持・保守のための十分な開口空間を確保するとともに着脱も容易にして、維持・保守の利便性を高めた。これだけでなく、従来の圧力容器は、端部がドーム（Ｄｏｍｅ）状からなっているので、熱間引抜のための大型専用装備が要求された。
【００３３】
ところが、本発明に係る圧力容器は、両端がキャップ２００によって密閉される構造で形成され、一般な工作機械でも加工が可能であって製作便宜性も向上する。
【００３４】
フランジ２１０は、キャップ２００と独立して製作され、本体１００に結合されることも可能であるが、キャップ２００に一体型に製作されることにより締結利便性を高め、ワイヤー３００の巻取り面積を増加させることができる。フランジ２１０は、本体１００の外部表面に巻き取られるワイヤー３００が積層構造を維持するようにするために、ワイヤー３００の側面を支持する。従って、キャップ２００の中心からフランジ２１０の最外郭までの距離は、巻き取られて積層された金属ワイヤー３００の厚さよりも厚く形成される。
【００３５】
このようにフランジ２１０の最外郭は、巻き取られて積層された金属ワイヤー３００の厚さよりも厚く形成されることにより、非常に細い金属ワイヤー３００が地面との接触または外部物体との衝突により損傷することを防止することができる。フランジ２１０の断面形状は円形または多角形であり得る。フランジ２１０の断面が多角形からなる場合には、底部に配置されても、意図せぬ転がり移動を防止することができる。
【００３６】
図２の（ａ）は本体１００の表面にワイヤー３００を最初１層のみ巻き取った状態を示す図、図２の（ｂ）は本体１００の表面にワイヤー３００の巻取りが完了した状態を示す図である。
【００３７】
従来では、ワイヤーを本体に溶接すると、溶接棒と本体が高温に晒されることで溶接棒と本体が同時に溶けながら溶接が行われる。このとき、本体の溶接部位は熱損傷を受けて強度が弱くなる。
【００３８】
このため、本発明では、ワイヤー３００を本体１００に固定するために半田付けによって半田付け部４００を形成する。ワイヤー３００の一端を本体１００の表面上に半田付けすると、半田は本体１００の材質よりも融点が非常に低いため、本体１００は溶けず、半田だけが溶けて半田付け部４００が形成される。半田付けに使用される半田の融点は摂氏４００度以下と非常に低いため、本体１００に加わる熱損傷を最小限に抑えることができる。
【００３９】
また、金属ワイヤー３００は、極細糸であるので、半田付けによって固定される場合、巻取りのための十分な張力の提供が可能である。よって、初期から迅速な巻取りが可能である。
【００４０】
ワイヤー３００の他端は、本体１００に巻き取られたワイヤー３００に半田付けによって固定される。すなわち、ワイヤー３００の両端はいずれも半田付けによって固定されるのである。ワイヤー３００は、本体１００の外側表面に巻き取られて本体１００の強度を補強する。
【００４１】
直径の太い金属ワイヤー３００を本体１００に巻き取ると、ワイヤー３００間の空隙が大きくなって耐圧を十分に支持することができない。これだけなく、太い金属ワイヤー３００は、巻取りの際に相対的に大きい動力がかかる。よって、細い直径の金属ワイヤー３００を巻き取った方が、ワイヤー３００間の空隙を減少させる観点及び巻取り動力の観点から有利である。
【００４２】
金属ワイヤー３００の直径は０．００５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。ワイヤー３００の材質はスチール素材とする。ワイヤーをスチール素材で形成することにより、カーボンファイバーで製作する場合に比べて製作コストを削減することができる。
【００４３】
圧力容器に貯蔵されるガスは、圧縮の際に相当の熱が発生するので、本体１００とワイヤー３００を互いに異なる材質で形成する場合、熱膨張率の差により熱応力（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔｒｅｓｓ）が発生する。よって、熱応力を最小限に抑えるために、本体１００とワイヤー３００の材質をスチール素材とする。これは、結果的に圧力容器の寿命の向上に寄与する。
【００４４】
一方、従来では、巻き取られたワイヤーの表面に樹脂を塗布してワイヤーを固定した。ところが、樹脂は、時間経過に伴って物性が変わることにより、圧力容器の構造的安定性を低下させる面がある。このため、本発明では、スチール素材のワイヤーだけを巻き取り、ワイヤーの両端を半田付けすることにより、かかる問題を解消した。
【００４５】
図３は本発明の第２実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の斜視図、図４は本発明の第２実施形態に係るガス貯蔵用圧力容器の断面図である。
【００４６】
次に、図３及び図４を参照して説明する。第２実施形態を説明するにあたり、全ての構成を説明せず、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
本発明の第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、ワイヤー３００の一端を本体１００の表面上に半田付けせず、フランジ２１０に形成された貫通孔２２０を経由してフランジ２１０の外側面上に半田付けする。これは、半田付けにより本体が受ける熱損傷を防止し、フープストレスと無関係なフランジ２１０の外側面に半田付けを行うようにした。
【００４８】
ワイヤーの一端だけなく、ワイヤーの他端も、積層されたワイヤー上に半田付けせず、フランジ２１０に形成された貫通孔２２０を経由して半田付けした。その結果、フランジ２１０は、ワイヤーを固定する受け台の役割だけでなく、ワイヤーの側面を支持する支持台の役割を兼ねる。
【００４９】
以上では、本発明の好適な実施形態にについて図示及び説明ましが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されず、請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変形実施が可能なのはもとより、それらの変形実施形態も本発明の技術思想や展望から個別に理解されてはならない。
【符号の説明】
【００５０】
１０    ガス貯蔵用圧力容器
１００    本体
１１０    中空部
２００    キャップ
２１０    フランジ
２２０    貫通孔
２３０    注入孔
２４０    ねじ山
３００    ワイヤー
４００    半田付け部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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