(57)【要約】【課題】高圧力の水素に対し、水素脆化などの発生を防止して優れた耐久性を確保することができる水素ガス蓄圧器を提供する。【解決手段】ライナーが荷重を分担する水素ガス蓄圧器において、前記ライナーが、鋼材からなる円筒シリンダ部と前記円筒シリンダ部の両端部を開閉可能に密閉する蓋とを有し、前記円筒シリンダ部の外周面に繊維強化プラスチックがフープ巻されており、水素ガス蓄圧器の高強度化、軽量化を実現可能にし、高圧の水素を優れた耐久性により蓄圧することができ、さらに内部の健全性確認を容易にして信頼性を一層高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナーが荷重を分担する水素ガス蓄圧器において、
前記ライナーが、鋼材からなる円筒シリンダ部と前記円筒シリンダ部の両端部を開閉可能に密閉するねじ込みナット蓋とを有し、
前記円筒シリンダ部の外周面に繊維強化プラスチックがフープ巻されていることを特徴とする水素ガス蓄圧器。
【請求項２】
前記円筒シリンダと前記蓋との隙間をシールするシール部を有することを特徴とする請求項１記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項３】
水素ガス内圧の限界値が０．１〜９９ＭＰａであることを特徴とする請求項１または２に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項４】
前記ライナーの内容積が５０リットル以上で、ライナーの全長が５０００ミリ以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項５】
前記ライナーの鋼材は、マンガン鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、またはその他の低合金鋼（ステンレス鋼を除く。）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項６】
前記円筒シリンダの内径側は、少なくとも蓄圧した水素ガスの圧力を受ける部分で直円柱形状の穴で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項７】
前記ナット蓋は、前記円筒シリンダ部内面の健全性確認のため、前記円筒シリンダ部からの取り外しが可能になっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項８】
前記ライナーは、内面に、肉厚方向で深さ０．５ｍｍ、表面長さで１．６ｍｍ以上の傷を有さないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項９】
前記ライナーは、自緊施工がなされ、円筒シリンダ部外周面と繊維強化プラスチック内周面との間に隙間を生じない構造を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項１０】
前記繊維強化プラスチックのフープ巻きは、ナット蓋が螺合されている少なくとも一部のナット山を覆う位置まで通常巻部の軸方向端部が位置していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の水素ガス蓄圧器。
【請求項１１】
前記フープ巻きは、少なくとも互いに噛み合う前記ナット山の３以上の頂点を覆う位置まで通常巻部の軸方向端部が位置していることを特徴とする請求項１０に記載の水素ガス蓄圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ライナーとライナー外周に配した繊維強化プラスチックとによって蓄圧した水素ガスによる荷重を分担する水素ガス蓄圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素ガス蓄圧器などの容器では、様々な構造のものが提案されている。例えば、特許文献１では、内部構造を多層にして封入する気体の増量を図った容器が提案されている。しかし、この構造では、ライナーと繊維強化プラスチックの組み合わせを活用することが難しく、品質のばらつき、圧力容器の強度確保が難しい。
【０００３】
また、特許文献２では、圧力容器の開口部を雄ねじと雌ねじとで螺合締結してシールするシール構造が開示されている。しかし、この構造では、ネジの一部が水素と接してしまう構造であり、ネジ部の応力集中部で疲労亀裂を発生しやすい。また水素ガスの影響で水素ガス脆性を生じやすい構造である。
【０００４】
さらに特許文献３では、ライナーの外周に巻き回す繊維強化プラスチックの配置構成を提案している。しかし、この繊維強化プラスチックの配置構成によっては、ライナーと繊維強化プラスチック層との間に生じる隙間を回避する方策は示されておらず、ライナーが荷重を分担するタイプの圧力容器では、隙間の影響で圧力容器本来の強度が確保できないという問題を解決することができない。
【０００５】
特許文献４では、繊維強化プラスチックからなる筒状部と、筒状部の軸方向端部に蓋部を備える圧力容器が開示されている。しかし、この構造は蓋部構成が複雑かつ大型化しており、重量、コストともに増大してしまう。また、ライナーの本体が繊維強化プラスチックによって構成されているため、例えば９９ＭＰａというような水素蓄圧のための高圧力に耐えることができない。また、高圧力に耐えられるものとすれば相当な繊維量が必要になり、コスト、重量ともに著しく増大し、水素ステーション等の経済性と効率が優先される用途には向かない。
【０００６】
また、ＡＳＭＥ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：アメリカ機械学会；非特許文献１参照）では、水素ガス蓄圧器に関する規格がなされている（非特許文献３参照）。例えば、ライナーに鋼材（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）を用い、ライナーの外周に繊維強化プラスチックを巻回したタイプＩＩ容器（ライナー荷重分担）では、最も強度が高く、高圧水素貯蔵用蓄圧器としても軽量化および低コスト化が期待されている。
また、例えば、ライナーにアルミニウム合金を用い、ライナーの外周に繊維強化プラスチックを巻回したタイプＩＩＩ容器（ライナー荷重分担）（非特許文献８参照）は疲労寿命を長く設計できるが、鋼製のライナーより重たくなり、且つ繊維やアルミニウム合金を余分に必要とし、コストが相当高くなるという不利な点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実用新案登録第第３１８７７５２号公報
【特許文献２】特開２００７−３０３６４８号公報
【特許文献３】特開２０１１−１４４８４０号公報
【特許文献４】特開２０１３−２１０７７５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＡＮ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＣＯＤＥ，  ２０１３  ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ＆  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅ，  Ｃｏｄｅ  ｃａｓｅ  ２５７９−３，  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌｓ  ｆｏｒ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ｈ２  ｓｅｒｖｉｃｅ，  Ｓｅｃｔｉｏｎ  ＶＩＩＩ，  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ３，  ｐ．２（２５７９−３），Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，  Ｔｗｏ  Ｐａｒｋ  Ａｖｅｎｕｅ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  １００１６  ＵＳＡ，  Ｊｕｌｙ  １，  ２０１３
【非特許文献２】ＮＥＤＯ  高松ステーションボンベ解体調査結果（独立行政法人  新エネルギー・産業技術開発機構報告書，”水素ステーション機器解体調査結果１  ＷＥ−ＮＥＴ高松水素ステーション機器解体調査，平成２０年１０月，ｐｐ．１５−ｐｐ．２２）
【非特許文献３】ＡＮ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＣＯＤＥ，  ２０１３  ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ＆  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅ，  Ｃｏｄｅ  ｃａｓｅ  ２５７９−３，  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌｓ  ｆｏｒ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ｈ２  ｓｅｒｖｉｃｅ，  Ｓｅｃｔｉｏｎ  ＶＩＩＩ，  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ３，  ｐ．７（２５７９−３）の４．１（ｅ），Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，  Ｔｗｏ  Ｐａｒｋ  Ａｖｅｎｕｅ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  １００１６  ＵＳＡ，  Ｊｕｌｙ  １，  ２０１３
【非特許文献４】ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ＆  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅ，  ２００７  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｓｅｃ．ＶＩＩＩ  Ｄｉｖ．３，  ＡＲＴＩＣＬＥ    ＫＤ１０，  ２００７，“Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  Ｆｏｒ  Ｖｅｓｓｅｌｓ  Ｉｎ  Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ａｎｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｓｅｒｖｉｃｅ”，  ＡＳＭＥ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ
【非特許文献５】燃料電池システム等実証研究（第２期ＪＨＦＣプロジェクト報告書）、ｗｗｗ．ｊａｒｉ．ｏｒ．ｊｐ／Ｐｏｒｔａｌｓ／０／ｊｈｆｃ／ｄａｔａ／ｒｅｐｏｒｔ／ｐｄｆ／ｔｕｕｋｉ＿ｐｈａｓｅ２＿０１．ｐｄｆ
【非特許文献６】Ｗａｄａ，  Ｙ．  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｃｙｃｌｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｏｎ  ｆａｔｉｇｕｅ  ｃｒａｃｋ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｆｏｒ  ｓｔｅｅｌｓ  ｉｎ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｓｅｒｖｉｃｅ”，  ２０１３，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＰＶＰ２０１３，  ２０１３  ＡＳＭＥ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌｓ  ａｎｄ  Ｐｉｐｉｎｇ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｊｕｌｙ  １４−１８，  ２０１３，  Ｐａｒｉｓ，  Ｆｒａｎｃｅ，  ＰＶＰ２０１３−９７４８５
【非特許文献７】超高圧ガス設備に関する基準ＫＨＫＳ０２２０（２０１０），平成２２年３月３１日,高圧ガス保安協会,p.26
【非特許文献８】２０１３  ＡＳＭＥ  Ｂｏｉｌｅｒ  ａｎｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ  Ｃｏｄｅ  ＡＮ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＣＯＤＥ  Ｘ，  “ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ−ＰＬＡＳＴＩＣ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＶＥＳＳＥＬＳ，ＭＡＮＤＡＴＯＲＹ  ＡＰＰＥＮＤＩＸ  ８  ＣＬＡＳＳＩＩＩ  ＶＥＳＳＥＬＳ  ＷＩＴＨ  ＬＩＮＥＲＳ  ＦＯＲ  ＧＡＳＥＯＵＳ  ＨＹＤＲＯＧＥＮ  ＩＮ  ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ  ＳＥＲＩＶＩＣＥ，  Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，  Ｔｗｏ  Ｐａｒｋ  Ａｖｅｎｕｅ  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ，  １００１６  ＵＳＡ，  Ｊｕｌｙ  １，  ２０１３
【非特許文献９】超高圧ガス設備に関する基準ＫＨＫＳ０２２０（２０１０），平成２２年３月３１日,高圧ガス保安協会, 解73
【非特許文献１０】日本工業規格  ＪＩＳ  Ｚ  ２３２０−１：２００７  非破壊試験−磁粉  探傷試験−第１部：一般通則Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ−Ｐａｒｔ  １：  Ｇｅｎｅｒａｌ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，  一般財団法人  日本規格協会および一般社団法人  日本非破壊検査協会，  ２００７年１月２０日  制定
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ライナーに用いる鋼材は水素ガス環境下で一旦き裂が発生すると、水素ガス脆性により大気中より相当加速し（非特許文献６参照）、き裂の存在を製作時に見逃しあるいは放置すると、使用中に破裂事故を起こすなどのおそれがある。
特に、図３に示すように、ライナー５０の外周に繊維強化プラスチック５２を配した従来のＴｙｐｅＩＩ複合容器（以下、ＴｙｐｅＩＩ−ＥＮ）は、ライナー５０の端部構造が絞り構造５１を有しているため、図４に示しように、加工時に内面側にしわ５１Ａが寄り、そのしわ底部からき裂５１Ｂが発生し、進展する危険性がある（非特許文献２参照）。しかも、ライナー内部の検査を容易に行うことができないという問題もある。
【００１０】
またこれまでのＴｙｐｅＩＩ−ＥＮのような、両端に口絞りを有する構造では、内面の検査が直接的に行えず、外部からの超音波探傷法などの方法によってしかできなかった。高圧ガス容器の規格や技術基準で定められている超音波探傷法（非特許文献１０）で内部のきずを検出しようとした場合、この検査方法の精度では、表面長さが３．２ｍ、深さ１．１ｍｍ（ライナーの肉厚が５１ｍｍ以下の場合、ライナーの厚さが５１ｍｍ以上の場合は表面長さが４．８ｍｍ、深さが１．６ｍｍ）のきずが初期に存在すると想定して疲労き裂進展解析を行わなければ、段落０００９で述べたように、水素ガス中での安全性が確保できない（非特許文献９）。
一方で、本発明のＴｙｐｅＩＩ−ＪＰ容器は、内表面の検査が直接的に行えるので、高圧ガス容器の規格や技術基準で定められている磁粉探傷法（非特許文献１０）が適用可能であり、この方法であれば、深さが０．５ｍｍ、表面長さが１．６ｍｍのきずをとらえる精度があり、疲労き裂進展解析において、これまでより格段に設計寿命を長く設定できることになる（非特許文献９）。
【００１１】
また、上記蓄圧器では、外周面に端部にＲ部５０Ａを有していたために、円筒胴部を超えて巻きつけた場合は、繊維がＲ部５０Ａで滑ってしまう。一方、Ｒ部５０Ａより手前で巻きつけを終了してしまうと、巻きつけていない円筒胴部に局所的に応力が集中してしまい、水素による圧力がライナーに不均一にかかって容器が破壊する原因になってしまう問題がある。
【００１２】
また、上記水素蓄圧器では、製造時に繊維強化プラスチックと鋼材ライナーとを加熱して、プラスチックを硬化させているが、プラスチックと鋼材ライナーとの熱膨張係数差から両者の間に隙間が生じてしまい、本来、隙間がない前提での設計されている圧力容器の強度が確保できていないという問題がある。
【００１３】
口絞りを有する構造では、鏡部（Ｒの部分）には円筒胴部に比較すると、自緊圧による荷重が加わりにくいため、き裂の進展を抑制する圧縮歪の導入と、隙間の制御の両立が困難である。
【００１４】
本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、高圧力の水素に対し、水素脆化などの発生を防止して優れた耐久性を確保することができる水素ガス蓄圧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】
【００１５】
すなわち、本発明の水素ガス蓄圧器は、ライナーが荷重を分担する水素ガス蓄圧器において、
前記ライナーが、鋼材からなる円筒シリンダ部と前記円筒シリンダ部の両端部を開閉可能に密閉するねじ込みナットおよび蓋とを有し、前記円筒シリンダ部の外周面に繊維強化プラスチックがフープ巻されていることを特徴とする。
【００１６】
第２の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１の本発明において、前記円筒シリンダと前記ねじ込みナット蓋との隙間をシールするシール部を有することを特徴とする。
【００１７】
第３の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１または第２の本発明において、水素ガス内圧の限界値が０．１〜９９ＭＰａであることを特徴とする。
【００１８】
第４の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記ライナーの内容積が５０リットル以上で、蓄圧器の全長が５０００ミリ以内であることを特徴とする。
【００１９】
第５の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記ライナーの鋼材は、マンガン鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、またはその他の低合金鋼（ステンレス鋼を除く。）であることを特徴とする。
【００２０】
第６の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記円筒シリンダの内径側は、少なくとも蓄圧した水素ガスの圧力を受ける部分で直円柱形状の穴で構成されていることを特徴とする。
【００２１】
第７の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記蓋は、前記円筒シリンダ部内面の健全性確認のため、前記円筒シリンダ部からの取り外しが可能になっていることを特徴とする。
【００２２】
第８の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１〜第７の本発明のいずれかにおいて、前記ライナーは、内面に、肉厚方向で深さ０．５ｍｍ、表面長さで１．６ｍｍ以上の傷を有さないことを特徴とする。
上記本発明によれば、内表面の検査が直接的に行えるので、高圧ガス容器の規格や技術基準で定められている磁粉探傷法（非特許文献１０）が適用可能であり、この方法であれば、深さが０．５ｍｍ、表面長さが１．６ｍｍ以上のきずをとらえることができる。
【００２３】
第９の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１〜第８の本発明のいずれかにおいて、前記ライナーは、自緊施工がなされ、円筒シリンダ部外周面と繊維強化プラスチック内周面との間に隙間を生じない構造を有することを特徴とする。
【００２４】
第１０の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１〜第９の本発明のいずれかにおいて、前記繊維強化プラスチックのフープ巻きは、ねじ込みナット蓋が螺合されている少なくとも一部のナット山を覆う位置まで通常巻部の軸方向端部が位置していることを特徴とする。
【００２５】
第１１の本発明の水素ガス蓄圧器は、前記第１０の本発明において、前記フープ巻きは、少なくとも互いに噛み合う前記ナット山の３以上の頂点を覆う位置まで通常巻部の軸方向端部が位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、水素ガス蓄圧器の高強度化、軽量化を実現可能にし、高圧の水素を優れた耐久性により蓄圧することができ、さらに内部の健全性確認を容易にして信頼性を一層高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の水素ガス蓄圧器を示す断面図である。
【図２】同じく、拡大した一部断面図である。
【図３】従来の水素ガス蓄圧器の概要を示す一部断面図である。
【図４】同じく、絞り部の断面形状を模した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態の水素ガス蓄圧器１０は、鋼製の円筒シリンダ部１と円筒シリンダ部１の両端部を開閉可能に密閉する蓋２とを有している。蓋２は、本発明のねじ込みナット蓋に相当する。
円筒シリンダ部１およびねじ込み蓋２の材料は特に限定されるものではないが、円筒シリンダ部１の材質として、マンガン鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、またはその他の低合金鋼（ステンレス鋼を除く。）などを用いることができる。これら引張強さを有することで、高い容器強度をもたらす。蓋２の材質は、上記円筒シリンダ部１と同じ材質としてもよく、また、その他の材質により構成されるものであってもよい。さらに、蓋２の各部材において異なる材質のものを用いることができる。
【００２９】
円筒シリンダ部１は、鋼によって筒状に形成されている。その製造方法は特に限定されるものではないが、欠陥の少ない加工方法が望ましく、例えば、鍛造や押し出しなどによって一体に成形される。円筒シリンダ部１の大きさは特に限定されるものではないが、５０リットル以上の内容積を有するものが望ましく、ライナーの全長が５０００ミリ以内であるのが望ましい。５０リットル以上の内容積を有することで、十分な量の水素を蓄圧することができる。また、ライナーの全長は、都市部などの狭小地への設置などの理由で長すぎないのが望ましく、この理由により全長を５０００ミリ以内とするのが望ましい（非特許文献５）。
また、円筒シリンダ部１の内径は、内容積と全長によって変化するため、特定の範囲に限定されるものではないが、例えば、２００ｍｍ以上が望ましい。その理由は、内面の直接的な検査を行う際に、例えば磁粉探傷法のヨークを挿入する場合は、その程度の開口径が必要となるからである。また、円筒シリンダ部１の肉厚も特に限定されるものではない。円筒シリンダ部１で分担する荷重を考慮して定めることができる。
【００３０】
円筒シリンダ部１は、内面１Ａを鏡面加工して傷のない状態とするのが望ましい。円筒シリンダ部１の穴は、内面１Ａを有する部分で直円筒形状に形成されており、鏡面加工も容易に行うことができる。内面１Ａは、蓄圧された水素の圧力が負荷される部分である。
鏡面加工により、肉厚方向で深さ０．５ｍｍ、表面長さで１．６ｍｍ以上の傷を有さない表面形状に確実にして、水素脆化による亀裂進展を防止する。なお、このサイズを超える傷が円筒シリンダ部１の内面に残っていると、水素脆化による亀裂が進展しやすくなり、疲労亀裂寿命を低下させる。
【００３１】
円筒シリンダ部１は、その軸方向両端内面が内面１Ａよりも大径とした穴部１Ｂが形成されており、軸方向内側の一部を除いてその内面に、蓋２が螺合される雌ねじ部１Ｃが形成されている。蓋２は、高圧ガス保安協会におけるＫＨＫＳ０２２０のねじ構造（非特許文献７参照）に準ずる。
蓋２は、外周面に前記雌ねじ部１Ｃに螺合される雄ねじ部２０Ａを有するナット部２０と、ナット部２０の穴２０Ｂに嵌入されて固定される蓋部２５とを有している。なお、円筒シリンダ部１におけるねじ込み構造は、両端側で同じ構造になっている。なお、両端側で異なる構造とすることも可能である。
【００３２】
蓋部２５は、穴２０Ｂに嵌入される外側軸部２５Ａと、ナット部２０の軸方向内側面に当たるフランジ部２５Ｂと、フランジ部２５Ｂの軸方向内側に連続する内側軸部２５Ｃとを有している。蓋部２５の中心には、軸方向に沿って貫通して水素の通気を行う水素通気穴２５Ｄが形成されている。
フランジ部２５Ｂは、外周部が穴部１Ｂと小隙間１Ｂ０を有しており、該小隙間１Ｂ０は外部リリーフ配管２７に連結されている。
【００３３】
また、フランジ部２５Ｂは、内面１Ａよりも外周面が外周側に位置しており、ナット部２０を円筒シリンダ部１にねじ込んだ際に、内面１Ａの端部側面にフランジ部２５Ｂの軸方向内側側面が当接することができ、ねじ込みの際のストッパとして機能する。
また、内側軸部２５Ｃの外周面は、内面１Ａと僅かな隙間を有している。内側軸部２５の軸方向内側端の外周部では、内側軸部２５Ｃの最外周面よりも径を小さくしてシール受け部２５Ａが周方向に沿って形成されており、シール受け部２５Ａにリング状のシール部材２８を配して内側軸部２５と内面１Ａとの間のシールを行っている。
【００３４】
円筒シリンダ部１には、外周側に繊維強化プラスチックがフープ巻きされる。この際の繊維の種別やプラスチックの種別は本発明としては特に限定されるものではないが、繊維は炭素繊維、プラスチックにはエポキシ樹脂などを用いることができる。繊維には、連続繊維を用いるのが望ましい。また、繊維の太さも特に限定されるものではなく、強度の兼ね合いなどから決定することができる。
【００３５】
繊維強化プラスチックには、熱硬化性樹脂に繊維を含浸させながら円筒状の鋼材ライナーに巻きつけていき、樹脂を硬化させるために所定の温度に加熱させる。加熱に際してはプラスチックとともに円筒シリンダ部１も加熱され、円筒シリンダ部１の膨張、収縮が生じる。この際に、円筒シリンダが鋼製であるためプラスチックよりも線膨張係数が大きく、加熱硬化後に、冷却させていくと円筒シリンダ部１と硬化した繊維強化プラスチック３０との間に熱膨張係数差に起因した隙間が生じる。これをそのまま圧力容器として使用した場合、所望の強度が確保されず、また、円筒シリンダ部１の膨張、収縮が生じやすく、耐久性を損なう。
【００３６】
本実施形態では、円筒シリンダ部１に対し、内面側から高圧を負荷して自緊処理を行う。自緊処理では、円筒シリンダ部１が外周方向に膨張して塑性変形をすることで残留応力が残り、強度を増加させる。また、この際に円筒シリンダ部１の外周径が膨張して繊維強化プラスチック３０との間の隙間をなくし、円筒シリンダ部１が繊維強化プラスチック３０に密着した状態にする。これにより、所望の強度を確実に確保するとともに、水素を蓄圧する際の円筒シリンダ部１の変形を抑え、耐久性を向上させる。
【００３７】
自緊では、予め繊維強化プラスチックと円筒シリンダ部１間の線膨張係数から予測される隙間量（Ａ）に見合う残膨張量が生ずるように、円筒シリンダ部１の内面が降伏する程度まで内圧を負荷する。内圧負荷は通常水圧により行う。
自緊で負荷する内圧条件は、円筒シリンダ部１の内面に圧縮歪を残し、その圧縮歪により、内表面長手方向に最大深さ０．５ｍｍ、幅１．６ｍｍの見逃し欠陥が存在していたとしても、最大９９ＭＰａ水素ガス環境中で繰り返し内圧による疲労き裂が進展しないように決定する。
内圧負荷設定方法については、予め最大９９ＭＰａ水素ガス環境中で疲労き裂進展速度を測定しておき、内表面長手方向に深さ０．５ｍｍ、幅１．６ｍｍのき裂にかかる最大応力拡大係数ＫＩｍａｘと最小応力拡大係数ＫＩｍｉｎから、疲労き裂進展寿命を求める応力拡大係数幅ΔＫＩ、および応力比Ｒを次式により求める。詳細については、例えば、非特許文献４の手順により求めることができる。
【００３８】
【数１】
2015158243.tif 000003
【００３９】
なお、繊維強化プラスチックは、設定量で繊維を巻き回す通常巻部が少なくとも水素の内圧を受ける内面１Ａの外周側に位置するように配置すればよい。なお、繊維強化プラスチック３０の通常巻部に対する軸方向外側では、繊維配置のため外側ほど次第に巻き数を小さくする終端処理を行っており、この部分での強化は設計上期待していない。
また、水素の内圧によってナット蓋２および雌ねじ部１Ｃにかかる軸方向の負荷を補助するために、少なくとも一部のねじ山を覆う位置まで通常巻部を配置するのが望ましく、さらには、少なくとも互いに噛み合う雌ねじ部１Ｃの前記ナット山の３以上の頂点を覆う位置まで通常巻部の軸方向端部が位置しているのが望ましい。また、通常巻部の軸方向端部を円筒シリンダ部１の軸方向端部にまで伸ばすと、繊維が無駄になるばかりだけでなく、ナット蓋２の開閉がしづらくなるため、通常巻部の外側位置は、噛み合っているネジ部の範囲で、内側（ナット蓋２）の３山目を覆う位置に制限すれば、ネジ疲労強度の確保が可能となる。
【００４０】
上記で構成される水素ガス蓄圧器は、ライナーを円筒状とすることで、精密な機械加工が可能となり、０．５ｍｍ深さ以上の加工傷が生じないように十分な品質管理が可能である。
また、内部検査も、ナット蓋を取り外すことで容易かつ正確に行うことができ、品質精度が向上する。検査後も、ナット蓋を円筒シリンダに容易に取り付けて使用状態にすることができ、作業負担も小さい。
【００４１】
本実施形態の水素ガス蓄圧器は、水素ステーションとして水素を使用する自動車などの用途に使用することができる。
例えば、燃料電池水素自動車に７０ＭＰａ程度の水素を供給する水素ステーション（圧縮水素スタンド）用の蓄圧器は、１日に６５台、年間２０，０００回、１５年間で４００，００００回もの繰り返し内圧を受けることになる。このような耐久性を確保するために、本実施形態の水素ガス蓄圧器は、高強度、軽量を実現し、都市部などに設置する水素ステーションにおいて、絶対的な安全性、高信頼性を提供することができる。
【実施例】
【００４２】
表１に各タイプ別に複合容器の比較を示す。本発明の水素ガス蓄圧器は、アルミライナー製のＴｙｐｅＩＩＩ複合容器（荷重非分担）に比べて強度が高く、疲労寿命が長く設計できる。一方、アルミライナーに荷重分担させたＴｙｐｅＩＩＩ複合容器では、疲労寿命が長く設計できるが、鋼ライナーより重たくなる。
【００４３】
【表１】
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【符号の説明】
【００４４】
１    円筒シリンダ部
１Ａ  内面
１Ｃ  雌ねじ部
２    蓋
１０    水素ガス蓄圧器
２０    ナット部
２５    蓋部
２５Ａ  シール受け部
２８    シール部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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