(57)【要約】【課題】軽量で高耐圧性を有しインタンクバルブを取り付け燃料電池車の水素ガス容器として使用できる高圧ガス容器およびそのバルブ取り付け構造を提供する。【解決手段】胴部１１、肩部１２及びバルブ取付部１３からなる金属製ライナー１０を繊維強化樹脂層２０で補強した高圧ガス容器１において、前記バルブ取付部１３の基部をバルブの脚部３１と係合するガスシール面１６とし、先端部をバルブの脚部３１とのねじ係合部とする。上記発明において、高圧ガス容器のガスシール面１６は、金属製ライナーの肩部１２を含んで設けられているのがよい。また、バルブ取付部１３の口径がガスシール面側においてねじ係合部側より小となっているのがよい。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部、肩部及びバルブ取付部からなる金属製ライナーを繊維強化樹脂層で補強した高圧ガス容器において、
前記バルブ取付部の基部をバルブの脚部と係合するガスシール面とし、先端部をバルブの脚部とのねじ係合部とすることを特徴とする高圧ガス容器。
【請求項２】
ガスシール面は金属製ライナーの肩部を含んで設けられてい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】
バルブ取付部の口径がガスシール面側においてねじ係合部側より小となっていることを特徴とする請求項１または２記載の高圧ガス容器。
【請求項４】
金属製ライナーのバルブ取付部の基部が繊維強化樹脂層で直接補強されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高圧ガス容器。
【請求項５】
胴部、肩部及びバルブ取付部からなる金属製ライナーを繊維強化樹脂層で補強した高圧ガス容器において、
前記バルブ取付部の基部にＯ−リング取付部を設け、先端部にバルブの脚部とのねじ係合部を設けてなることを特徴とする高圧ガス容器。
【請求項６】
高圧ガス容器のバルブ取り付け部をストレートねじとしてバルブを取り付ける高圧ガス容器のバルブ取り付け構造であって、
前記バルブ取り付け部の基部をバルブ脚部に設けたＯ−リングと係合するガスシール面とし、先端部をバルブ脚部とのねじ係合部とし、前記バルブ取り付け部の基部とバルブ脚部との間にシール部を設けてなることを特徴とする高圧ガス容器のバルブ取り付け構造。
【請求項７】
ガスシール面には少なくとも２のＯ−リングシール部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の高圧ガス容器のバルブ取り付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力容器およびそのバルブ取り付け構造に係り、特にインタンクバルブを使用する３５ＭＰａ以上の水素ガスを充填するのに適した高圧ガス容器およびそのバルブ取り付け構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガスを利用する自動車用の高圧ガス容器としては、金属製ライナーを繊維強化樹脂層で補強した複合タイプの高圧ガス容器が使用されている。この複合タイプの高圧ガス容器は軽量でかつ高強度であるため、燃料電池車の水素ガス容器としても期待されている。
【０００３】
しかし、天然ガス用の高圧ガス容器の充填圧力は一般に２０ＭＰａであるのに対し、燃料電池車の水素ガス容器としては３５ＭＰａ以上の充填圧力で使用できるものであることが要求されている。さらに、自動車走行時の振動や衝突時の衝撃によりバルブが損傷し水素ガスが漏れるのを防止するため、バルブは開閉弁、圧力調整器等の部分を容器内に格納することができるインタンクバルブであることが要求されている。そのような高圧ガス容器では、従来にくらべてより高度な耐圧性と気密性を確保するともにバルブ取付部の口径を大きくする必要があり、バルブ取付部の強度及び気密性を確保するための構造が問題になる。
【０００４】
これらの問題を解決するため、例えば、特許文献１には、圧力容器の口金にバルブ取り付け部をストレートねじによって取り付けその際、口金の先端と前記バルブ取り付け部との間及び口金内側面とバルブの取り付け部外側面との間に２箇所以上のＯ−リングシール部を設ける圧力容器口金へのバルブ取り付け構造が提案されている。また、非特許文献１には、ポート端面と平行な面においてシールすることによりポート径の膨張によるシール性の低下が防げるとされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４９７９６号公報
【非特許文献１】平成１４年１２月１１、１２日、東京工業大学ディジタル多目的ホール、水素エネルギー協会開催、阪口善樹、他５名、“高圧水素容器について”、第２２回水素エネルギー協会大会予稿集ｐ．７７―７８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのいずれの提案においても高圧ガス容器のガスシール面はバルブ取付部の先端部分に設けられており、高い充填ガス圧がバルブ取付部全体に作用するため、バルブを該容器内に格納しかつ耐圧性を確保するにはバルブ取付部を一層強化・補強しなければならず容器重量増大の問題を生ずる。
【０００７】
また、特許文献１記載の高圧ガス容器においては、ガスシール面がガス圧による変形量が最も大きいバルブ取付部の先端部分に設けられ、その変形は直ちに気密性を低下させる構造になっており充填ガス圧が高くなるほど気密性確保が困難になるという問題がある。非特許文献１記載の高圧ガス容器においては、パッキンを圧縮してシール機能を発揮させる平パッキンを使用しているから、充填ガス圧によりパッキンの圧縮力が減少して気密性が低下するおそれがあるという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑み、軽量で高耐圧性を有しインタンクバルブを取り付け燃料電池車の水素ガス容器として使用できる高圧ガス容器およびそのバルブ取り付け構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高圧ガス容器は、胴部、肩部及びバルブ取り付け部からなる金属製ライナーを繊維強化樹脂層で補強した高圧ガス容器において、前記バルブ取付部の基部をバルブの脚部と係合するガスシール面とし、先端部をバルブの脚部とのねじ係合部とする。
【００１０】
本高圧ガス容器のガスシール面は、金属製ライナーの肩部を含んで設けられているのがよい。バルブ取付部の口径がガスシール面側においてねじ係合部側より小となっているのがよい。また、本発明に係る高圧ガス容器は、金属製ライナーのバルブ取付部の基部が直接繊維強化樹脂層で補強されていればよい。
【００１１】
高圧ガス容器のバルブ取り付け構造は、高圧ガス容器のバルブ取り付け部をストレートねじとしてバルブを取り付ける高圧ガス容器のバルブ取り付け構造であって、前記バルブ取り付け部の基部をバルブ脚部に設けたＯ−リングと係合するガスシール面とし、先端部をバルブ脚部とのねじ係合部とし、前記バルブ取り付け部の基部とバルブ脚部との間にシール部を設けてなるのがよく、その際、ガスシール面に、少なくとも２のＯ−リングシール部が設けられているのがよい。
い。
【００１２】
上記発明においては、Ｏ−リング及びバックアップリングがバルブの脚部に納められ、金属製ライナーの側にガスシール面を設けた構造になっているが、逆に、Ｏ−リング及びバックアップリングが金属製ライナーの側に納められ、バルブの脚部にガスシール面を設けた構造にしてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は本発明に係る高圧ガス容器本体の頭部断面図であり、図２はその金属製ライナー部分を示す断面図である。高圧ガス容器本体５は、金属製ライナー１０の外側を繊維強化樹脂層２０で補強した複合タイプの高圧ガス容器である。金属製ライナー１０はアルミニウム合金等の金属製であり、繊維強化樹脂層２０は例えば炭素繊維で強化した樹脂層である。
【００１４】
金属製ライナー１０は、胴部１１、肩部１２及びバルブ取付部１３からなり、バルブ取付部１３の先端部にはバルブ３０を螺合するためのねじ１５が刻設されており、その基部にガスシール面１６が設けられている。ガスシール面１６となっている部分は十分な強度を確保し変形量を少なくするため肉厚とし、ネジ１５部は比較的薄肉になっている。ガスシール面１６部の口径はネジ１５部の口径より相当小さくなっている。
【００１５】
図３は、上記高圧ガス容器本体５にバルブ３０を装着した高圧ガス容器１の部分断面図である。バルブ３０はインタンクバルブであり、バルブ３０に内蔵した電磁開閉弁及び圧力調整器はバルブ取付部１３の内部に格納されている。バルブ３０の脚部３１の基部にはネジ３２が刻設され、先端部にはＯ−リング溝３３が設けられＯ−リング３５とバックアップリング３６が納められるようになっている。バルブの脚部３１は、ネジ３２とネジ１５によりバルブ取付部１３の先端部と係合している。また、バルブの脚部３１は、Ｏ−リング３５を介してバルブ取付部１３の基部に設けられたガスシール面１６と係合している。
【００１６】
高圧ガス容器内の充填ガスは、バルブ取付部１３の基部のガスシール面１６とバックアップリング３６で保持されたＯ−リング３５によってシールされる。これにより充填ガスの高い内圧は、バルブ取付部１３の基部には作用するが、バルブ取付部１３の先端部やネジ１５には作用しなくなる。従って、３５ＭＰａ級以上の高圧ガス容器として使用するには、充填ガス圧が作用するバルブ取付部の基部のみ強化すれば足り、しかもその部分の強化は、例えば肉厚化等によって比較的容易に対応できるので容器重量の増加を少なくすることができる。
【００１７】
バルブ取付部１３の基部は充填ガス圧による容器変形量が小さい部分である。本発明ではこの変形量が小さい部分をガスシール面１６とし、高耐圧性容器としての気密性を確保する。さらに、上記で説明したようにバルブ取付部１３の基部の強化（肉厚化）により変形量を一層小さくし気密性を向上させることができる。この場合、ガスシール面１６は、バルブ取付部１３の基部のうち、バルブ取付部１３の基部と金属ライナーの肩部１２とが重複する部分であって、該肩部１２の外形線が構成する曲線Ｌ（図３参照）の内側部分に設けるのがよい。
【００１８】
上記に説明したように本発明の高圧ガス容器においては、バルブ取付部のねじ１５の部分に充填ガス圧が作用しないから、当該部分を薄肉にすることができ、繊維強化樹脂層２０で補強する必要もない。また、バルブ取付部１３の基部は繊維強化樹脂層２０による補強の程度で足り、鋼製のネックリングで補強する必要もない。さらに、ネジ１５にかかる負荷が小さくなるから、例えばバルブと螺合するネジ山数を低減することができる。これらにより高圧ガス容器の重量軽減とあわせ加工工数の低減を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の高圧ガス容器においては、Ｏ−リングタイプのガスシール構造を採用しているから、平パッキンタイプのガスシール構造において生ずるような充填ガス圧による気密性低下の問題がない。また、平パッキンタイプのシール構造においては、バルブ取付部のネジ１５の強度を平パッキンに加える圧縮力分を加重したものにしなければならないが（特に金属製平パッキンを使用する場合に問題になる）、本発明に係る高圧ガス容器はこれを考慮する必要がない。このためネジ１５部の構造が簡単になり、加工工数の低減、容器重量の軽減を図ることができる。また、耐久性が向上する利点もある。
【００２０】
上記では、金属製ライナー１０にガスシール面１６を設け、バルブの脚部３１にＯ−リング３５及びバックアップリング３６を設けた構造の実施例について説明したが、図４に示すように、Ｏ−リング３５及びバックアップリング３６が金属製ライナー１０の側に納められるようにし、バルブの脚部３１にガスシール面１６を設けた構造にしてもよい。本発明においてはバルブ取付部１３の基部を肉厚にすることができるので、係る構造を採用しやすい。この場合バルブの構造を簡単にすることができ、また、一般的に使用されるバルブの使用も可能になるという利点がある。
【００２１】
【実施例１】
本発明に係る高圧ガス容器の耐圧試験を行った。本高圧ガス容器は、アルミニウム合金（例えば６０６１）製ライナーを炭素繊維からなる強化樹脂層で補強した複合タイプの高圧ガス容器であり、バルブ取付部１３の外径が７０ｍｍで、ネジ１５はいわゆる２インチのユニファイネジを備え、ガスシール面１６はバルブ取付部１３の基部で金属製ライナーの肩部１２を含んだ位置に設けられている。試験圧力は８７．５ＭＰａで、ＪＩＳ  Ｂ８２４１（継目なし鋼製高圧ガス容器）に準ずる耐圧試験を行った。その結果、漏れ、割れ等の発生は認められなかった。
【００２２】
さらに、本発明に係る高圧ガス容器と従来の高圧ガス容器の気密性を、Ｏ−リング３５が当接するバルブ取付部（Ｂ部）の有限要素法による計算膨張量で比較した。その結果を表１に示す。なお、従来の高圧ガス容器（従来品）は、上記本発明に係る高圧ガス容器（発明品）とバルブ取付部１３の外径及びＯ−リング３５が当接するバルブ取付部１３の位置のみ異なる。
【００２３】
【表１】
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＊：容器の設計破壊圧力
【００２４】
表１より、発明品のＯ−リング当接部分のバルブ取付部１３（Ｂ部）の膨張量は従来品の数分の一であり、本発明品は従来品より気密性に優れていることが分かる。
【００２５】
以上インタンクバルブを取り付けた高圧ガス容器について説明したが、本発明はこれに限らない。通常のバルブを取り付けることもでき、また、電磁開閉弁及び圧力調整器を内蔵したインタンクバルブに限らず必要に応じて他の機能を内蔵するインタンクバルブを取り付けることもできる。
【００２６】
図５は、２つのＯ−リングを設けた他の実施例を示す。このように複数のＯ−リングを設けて気密性を向上させることもできる。
【発明の効果】
本発明に係る高圧ガス容器は、軽量で高耐圧性を有し、電磁弁、圧力調整器等を内蔵するインタンクバルブを取り付けることができ、燃料電池車に適した水素ガス容器として使用できる。また、本発明に係る高圧ガス容器のバルブ取り付け構造により高圧ガス容器のコスト上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高圧ガス容器本体の頭部断面図である。
【図２】図１の金属製ライナーを示す断面図である。
【図３】図１の高圧ガス容器本体にバルブを装着した高圧ガス容器の部分断面図である。
【図４】金属製ライナー側にＯ−リング３５及びバックアップリング３６を納めるようにした実施例を示す高圧ガス容器の部分断面図である。
【図５】本発明に係る他の実施例を示す高圧ガス容器の部分断面図である。
【符号の説明】
１：高圧ガス容器
５：高圧ガス容器本体
１０：金属製ライナー
１１：胴部
１２：肩部
１３：バルブ取付部
１５：ねじ
１６：ガスシール面
２０：繊維強化樹脂層
３０：バルブ
３１：脚部
３２：ねじ
３３：Ｏ−リング溝
３５：Ｏ−リング
３６：バックアップリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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