(57)【要約】【課題】圧力容器のさらなる耐圧性能の向上を目的とする。【解決手段】筒状の胴部３と胴部３の両端に形成されるドーム部４とを有するライナ２の表面にフィラメントワインディングによる補強層１１が形成された圧力容器１において、補強層１１は、圧力容器１の軸心Ｏに対し６５°〜７５°の範囲の配向角度θ１で少なくとも胴部３に形成される高角ヘリカル巻き層１２と、軸心Ｏに対し各ドーム部４の頂上の口金座５、支持部６間に掛け回し可能な最小角度以上で１５°以下の範囲の配向角度θ２で両端のドーム部４間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層１３と、胴部３に形成されるフープ巻き層１４と、を有して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の胴部と当該胴部の両端に形成されるドーム部とを有するライナの表面にフィラメントワインディングによる補強層が形成された圧力容器において、
前記補強層は、
圧力容器の軸心に対し６５°〜７５°の範囲の配向角度で少なくとも前記胴部に形成される高角ヘリカル巻き層と、
圧力容器の軸心に対し各ドーム部の頂上の突起体に掛け回し可能な最小角度以上で１５°以下の範囲の配向角度で前記両端のドーム部間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層と、
前記胴部に形成されるフープ巻き層と、
を有して構成されることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
前記高角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が７０°以下であり、
前記低角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が１１°以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】
前記高角ヘリカル巻き層が前記ドーム部の肩部にも形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力容器。
【請求項４】
前記補強層は、前記ライナの表面側から前記高角ヘリカル巻き層、前記低角ヘリカル巻き層、前記フープ巻き層の順で形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライナの表面にフィラメントワインディングによる補強層が形成された圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記圧力容器の従来例として特許文献１に記載のものが挙げられる。同文献には、ライナのドーム部の形状を等張力曲面としたうえで、胴部においては５５°の配向角度で、ドーム部においては所定の関係式で得られる配向角度で１本の繊維によるヘリカル巻きを施し、さらに、胴部とドーム部との角度変更域に円周巻き（フープ巻き）を施して補強層を形成する技術が記載されている。
【０００３】
しかしながら、胴部とドーム部とをそのまま１本の繊維で一続きにヘリカル巻きとする特許文献１の技術では、ドーム部において繊維を口金周りの一部に沿って周回させて折り返す構造となることから、口金周りの補強層の厚みが厚くなりやすい。
【０００４】
また、特許文献２には、厚みの薄くなりやすいドーム部の胴部寄りの領域の補強層の表面に高角のヘリカル巻きからなる保護層を形成して圧力容器の耐衝撃性を高める技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０１３９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９０９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、圧力容器のさらなる耐圧性能の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、筒状の胴部と当該胴部の両端に形成されるドーム部とを有するライナの表面にフィラメントワインディングによる補強層が形成された圧力容器において、前記補強層は、圧力容器の軸心に対し６５°〜７５°の範囲の配向角度で少なくとも前記胴部に形成される高角ヘリカル巻き層と、圧力容器の軸心に対し各ドーム部の頂上の突起体に掛け回し可能な最小角度以上で１５°以下の範囲の配向角度で前記両端のドーム部間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層と、前記胴部に形成されるフープ巻き層と、を有して構成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、高角ヘリカル巻きの配向角度を６５°〜７５°の範囲とし、低角ヘリカル巻きの配向角度を、圧力容器の軸心に対し各ドーム部の頂上の突起体に掛け回し可能な最小角度以上で１５°以下の範囲としたことにより、圧力容器の耐圧性能の向上を図ることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記高角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が７０°以下であり、前記低角ヘリカル巻き層における配向角度の範囲が１１°以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、高角ヘリカル巻きの配向角度の範囲を７０°以下、低角ヘリカル巻きの配向角度の範囲を１１°以下にさらに限定したことにより、圧力容器の耐圧性能をより向上させることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記高角ヘリカル巻き層が前記ドーム部の肩部にも形成されることを特徴とする。
【００１２】
圧力容器の破壊はドーム部の肩部で起きやすいところ、ドーム部の肩部にも高角ヘリカル巻き層を形成することにより、圧力容器の耐圧性能を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明は、前記補強層は、前記ライナの表面側から前記高角ヘリカル巻き層、前記低角ヘリカル巻き層、前記フープ巻き層の順で形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、圧力容器の耐圧性能をより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、圧力容器の耐圧性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ本発明の高角ヘリカル巻き、低角ヘリカル巻き、フープ巻きの概念を示す説明図である。
【図２】本発明に係る圧力容器の断面図である。
【図３】本発明の試験データを示す表である。
【図４】本発明の試験データを示すグラフであり、横軸が圧力容器番号、縦軸が破壊圧力である。
【図５】本発明の試験データを示すグラフであり、横軸が低角ヘリカル巻きの配向角度、縦軸が破壊圧力である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の圧力容器はＬＰＧ等の低圧ガスを貯留する容器として好適であるが、水素ガス等の高圧ガスを貯留する容器としても適用できる。図２に示すように、本発明の圧力容器１は、ライナ２と、ライナ２の表面にフィラメントワインディングにより形成される補強層１１とを有する。
【００１８】
ライナ２は、略定断面の円筒状の胴部３と、胴部３の両端に形成されるドーム部４とを有する。各ドーム部４の頂上にはそれぞれ突起体が形成されている。すなわち、圧力容器１の軸心Ｏと同軸となるように、一方のドーム部４には前記突起体としての口金座５が突設され、他方のドーム部４には前記突起体としての支持部６が突設されている。口金座５の内周には金属製の口金７が一体成形される。ライナ２は例えばポリエチレン等の合成樹脂材から構成され、ブロー成形等により形成される。
【００１９】
本実施形態のドーム部４は、胴部３の端部から曲面状に縮径する肩部４Ａと、肩部４Ａの先端側に形成され軸心Ｏとの略直交面をなす平面部４Ｂとを有した形状からなる。場合により、平面部４Ｂを形成することなく、胴部３の端部から口金座５または支持部６にかけて全て曲面状に縮径形成してもよい。
【００２０】
補強層１１は、図示しない回転装置にライナ２の口金座５および支持部６を支持させ、ライナ２を軸心Ｏ回りに回転させてストランドの束からなるロービングをライナ２の表面に巻き付けるフィラメントワインディング法により形成される。ロービングは例えばガラスロービングである。
【００２１】
補強層１１は、図１（ａ）に示すように、軸心Ｏに対し６５°〜７５°の範囲の配向角度θ１で少なくとも胴部３に形成される高角ヘリカル巻き層１２と、図１（ｂ）に示すように、軸心Ｏに対し各ドーム部４の頂上の突起体（口金座５、支持部６）に掛け回し可能な最小角度以上で１５°以下の範囲の配向角度θ２で両端のドーム部４間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層１３と、図１（ｃ）に示すように、胴部３に形成されるフープ巻き層１４とを有して構成される。
【００２２】
高角ヘリカル巻き層１２の形成範囲としては、図１（ａ）に示すように両側の肩部４Ａまで含む範囲とすることが好ましい。
低角ヘリカル巻き層１３の配向角度θ２における「各ドーム部４の頂上の突起体（口金座５、支持部６）に掛け回し可能な最小角度」とは、ロービングが軸心Ｏと交差するように口金座５と支持部６とに掛け回し可能となる最小角度であり、図１（ｂ）は配向角度θ２がこの最小角度に設定された場合を示している。
フープ巻き層１４は、ロービングが軸心Ｏと略直交する方向に巻き付けられることにより形成される層であり、胴部３の略全長にわたり形成されている。
【００２３】
補強層１１は、例えばライナ２の表面側から高角ヘリカル巻き層１２、低角ヘリカル巻き層１３、フープ巻き層１４の順で形成されるものであり、このように形成された補強層１１の断面構成は概ね図２のとおりとなる。
【００２４】
「実施例」
本発明者は、ＬＰＧ用容器として圧力容器１を以下の通り作製して破壊試験を行った。図３は、高角ヘリカル巻き層１２に関しては配向角度θ１と肩部４Ａの巻き付けの有無、低角ヘリカル巻き層１３に関しては配向角度θ２と層数、フープ巻き層１４に関しては層数の条件を変えて作製した計１３個（Ｎｏ１〜１３にて示す）の圧力容器１の各質量および破壊圧力の試験結果を示す表である。軸心Ｏに対するフープ巻きの配向角度は全て８８°としている。
【００２５】
破壊試験は、ＬＰＧ圧力容器を対象とする欧州の「ＥＮ１４４２７規格  Ｎｏ．５」に準拠して行った。圧力容器１の容積は２７リットルとしている。ＥＮ１４４２７規格では容器の合格判定基準として破壊圧力が６．７５ＭＰａ以上であることと規定されている。図３から判るように、試験したＮｏ１〜１３の圧力容器１の破壊圧力は全てこの６．７５ＭＰａを上回る結果となった。また、Ｎｏ１〜１３の圧力容器１の破壊箇所はいずれも肩部４Ａであった。
【００２６】
図４は、各圧力容器１の破壊圧力をグラフ化したものであり、図３で示した圧力容器番号（Ｎｏ１〜１３）を横軸、破壊圧力を縦軸としている。先ず、フープ巻き層１４の層数に着目すると、２層巻きであるＮｏ１〜３群と２．５層巻きであるＮｏ４〜６群と３層巻きであるＮｏ７〜９群とは、いずれも破壊圧力が概ね１１〜１４ＭＰａの範囲にあり、層数と破壊圧力の相関関係はさほど無いことが判った。これは、前記したように圧力容器１の破壊箇所が肩部４Ａであることから、胴部３に形成されるフープ巻き層１４の層数を増やしたとしても肩部４Ａの補強機能としてはさほど作用しないためと考えられる。したがって、圧力容器１の破壊が肩部４Ａで起こる限り、圧力容器１の質量が低減される分、フープ巻き層１４の層数は少ない方が良い。
【００２７】
次に、肩部４Ａの巻き付けの有無に着目して、他の因子は全て同じであるＮｏ５とＮｏ１０とを比較すると、肩部４Ａの巻き付け有りのＮｏ５の破壊圧力が１２．０ＭＰａであるのに対し、肩部４Ａの巻き付け無しのＮｏ１０の破壊圧力は８．８ＭＰａであった。これにより、圧力容器１の破壊圧力を向上させる手段として、胴部３に加えて肩部４Ａにも高角ヘリカル巻きを施すことが有効であることが判った。
【００２８】
なお、高角ヘリカル巻きの有無に着目して、Ｎｏ２、５、８とＮｏ１１〜１３群とを比較すると、高角ヘリカル巻き有りのＮｏ２、５、８の破壊圧力よりも高角ヘリカル巻き無しのＮｏ１１〜１３群の破壊圧力が低下する傾向が見られた。これも、胴部３における高角ヘリカル巻き無しの影響というよりも肩部４Ａにおける高角ヘリカル巻き無しの影響の方が大きいことによると考えられる。
【００２９】
図５は、Ｎｏ１〜９の各圧力容器１の低角ヘリカル巻きの配向角度θ２と破壊圧力との関係をグラフ化したものであり、配向角度θ２を横軸、破壊圧力を縦軸としている。このグラフから、高角ヘリカル巻きの配向角度θ１が６５°または７０°である場合には、低角ヘリカル巻きの配向角度θ２が鋭角に設定されるほど圧力容器１の破壊圧力が上がる傾向となることが判った。ただし、高角ヘリカル巻きの配向角度θ１が７５°である場合には、この傾向は確認できなかった。
【００３０】
以上の試験結果から判るように、補強層１１として、軸心Ｏに対し６５°〜７５°の範囲の配向角度θ１で少なくとも胴部３に形成される高角ヘリカル巻き層１２と、軸心Ｏに対し各ドーム部４の頂上の突起体（口金座５、支持部６）に掛け回し可能な最小角度以上で１５°以下の範囲の配向角度θ２で両端のドーム部４間にかけて形成される低角ヘリカル巻き層１３と、胴部３に形成されるフープ巻き層１４とを有する構成にすれば、圧力容器１の耐圧性能が向上することになり、ＥＮ１４４２７規格に規定された合格基準値（６．７５ＭＰ）ａを充分に上回る破壊圧力が得られる。
【００３１】
さらに、配向角度θ１の範囲を７０°以下とし、配向角度θ２の範囲を１１°以下とすれば、すなわち、配向角度θ１の範囲を６５°〜７０°とし、配向角度θ２の範囲を、軸心Ｏに対し各ドーム部４の頂上の突起体（口金座５、支持部６）に掛け回し可能な最小角度以上で１１°以下とすれば、圧力容器１の耐圧性能がより向上する。
【００３２】
また、圧力容器１の破壊はドーム部４の肩部４Ａで起きやすいところ、この肩部４Ａにも高角ヘリカル巻き層１２を形成することにより、圧力容器１の耐圧性能を向上させることができる。
【００３３】
また、補強層１１として、ライナ２の表面側から高角ヘリカル巻き層１２、低角ヘリカル巻き層１３、フープ巻き層１４の順で形成すれば、圧力容器１の耐圧性能がより一層向上する。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明した。本発明は図面に記載したものに限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１      圧力容器
２      ライナ
３      胴部
４      ドーム部
４Ａ    肩部
４Ｂ    平面部
５      口金座
６      支持部
７      口金
１１      補強層
１２      高角ヘリカル巻き層
１３      低角ヘリカル巻き層
１４      フープ巻き層
Ｏ      軸心
θ１      （高角ヘリカル巻きの）配向角度
θ２      （低角ヘリカル巻きの）配向角度
【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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