(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴部と左右のドーム部よりなる、金属管の両端を凸のドーム状に絞った形状の金属製ライナーを有し、該円筒部あるいは更に円筒部とドーム部との境界部の外面には繊維強化プラスチックの補強層が形成されている複合容器であって、該補強層の端部の金属製ライナーと補強層との間には固着防止層がなく、その他の金属製ライナーと補強層との間にはフッ素樹脂系の固着防止層が形成されていることを特徴とする、天然ガス自動車燃料装置用複合容器。
【請求項２】
固着防止層が２００℃までの加熱によって分解、変質しない耐熱性を有するフッ素樹脂をハケ塗りやスプレーして形成した固着防止層、あるいはフッ素樹脂熱収縮性フイルムで形成された固着防止層であることを特徴とする、請求項１に記載の天然ガス自動車燃料装置用複合容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガス自動車燃料装置用の、又は高圧ガス容器等に用いる複合容器に関し、とくに金属製ライナーと繊維強化プラスチックを分離回収し易い複合容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化防止のための二酸化炭素(ＣＯ2)削減や大気汚染防止対策として、自動車のクリーンエネルギー化への要請が高まっている。クリーンエネルギー自動車の一つとして、電気自動車と共に天然ガス自動車の普及が急務とされ、我国でも２０００年迄に２０万台、２０１０年迄に１００万台程度に天然ガス自動車を普及させることが一つの目標として掲げられている。
【０００３】
天然ガス自動車燃料装置用の圧縮天然ガス容器(以下「ＣＮＧ容器」という)は、その最高充填圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ2(２０ＭＰa)以上にも及ぶため、きわめて高い耐圧性を必要とすると共に、燃比向上、積載重量増のため軽量化が要求される。
【０００４】
ＣＮＧ容器を軽量化するために、金属製の容器本体(ライナー)を薄肉化し、繊維強化プラスチック(以下「ＦＲＰ」という)で補強したＦＲＰ複合容器の開発と実用化が進められてきた。
【０００５】
一方、ＣＮＧ容器に関する容器保安規則では、その耐用年数は１５年迄とされ、耐用年数内での同一容器の他車への再使用は認められていない。したがって、天然ガス自動車を廃車した場合等にＣＮＧ容器の産業廃棄物処理に経済的負荷がかかると予想される。
【０００６】
また、リサイクル法において、自動車は第一種指定製品として「使用後その全部または一部を再生資源として利用することが特に必要なもの」に指定されており、ＣＮＧ容器も何らかの方法で資源の有効活用を目的とした再利用をすることが望まれる。
【０００７】
しかし、ＣＮＧ容器の開発、実用化それ自体が未だ緒についたばかりであって、ＣＮＧ容器の廃棄時の処理や回収再利用の事例もなく、そのための技術もほとんど検討されていないのが現状である。
【０００８】
一方、使用済みのＦＲＰの廃棄物処理又は再利用に関しては、すでに実用化段階にある技術、あるいは開発中の技術が多数ある。例えばガラス繊維のＦＲＰの場合、加熱処理又は燃焼によりガラス繊維を回収し粉砕後ガラス原料として再利用する技術や、粉砕法によりガラス繊維と樹脂とを分離し、前者をガラス原料とし後者をオイルとして利用する技術が実用化段階にある。
【０００９】
さらに、乾留法や化学処理法によりガラス繊維と樹脂を分離し、それぞれガラス原料及びオイルとして利用する技術も開発中である。
したがって、使用済みの天然ガス自動車燃料装置用のＦＲＰ複合容器も、金属製ライナーとＦＲＰ層を機械的に分離できれば、ＦＲＰは上記のような既存の技術で処理でき、金属材料の再利用も容易になると考えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
天然ガス自動車の燃料装置用のＦＲＰ複合容器は、樹脂を含浸した連続繊維の束(ロービング)を金属製ライナーの外周に巻き付ける、フィラメントワインディング法により製作される。
【００１１】
巻き付け形式の代表的なものに、図４(ａ)に示すようなフープラップ形式と、図４(ｂ)に示すようなフルラップ形式がある。フープラップ形式は、ライナーの胴部のみにフープ巻き(軸方向にほぼ直角に巻き付け)したもので、フルラップ形式は、ライナーの全周にフープ巻き及びヘリカル巻き(螺旋状に巻き付け)又はインプレーン巻き(直線状に巻き付け)等によりロービングを巻き付けたものである。
【００１２】
いづれの形式においても、ロービングは樹脂を接着剤としてライナー表面に強固に固着し、ライナーとＦＲＰ層を機械的に分離することが困難になる。とくに加圧時に両者の接合面は強い圧縮応力を受けるので、長期間の使用により、その固着状態はますます強固なものになり、ＦＲＰ複合容器の廃棄又は再生利用時にこれを機械的に分離することは到底不可能となる。
【００１３】
したがって、使用済みの容器の材料を何らかの方法で再利用しようとする場合に考えられることは、容器を４００〜６００℃(Ａｌ合金ライナーの場合は４００〜５５０℃)に加熱して、樹脂を分解又は燃焼させる方法である。
【００１４】
これにより金属製ライナーと非燃性の繊維を分離することは可能になるが、金属材料はその機械的性質が変化しそのまま再使用することは不可能となる。また、繊維は粉砕後ガラス原料として利用することができるが、かかる加熱処理に相当大型の設備を要し、回収コストが高くなると予想される。
【００１５】
上記のようなＦＲＰ複合容器の再利用時に予測される問題に鑑み、本発明は、複合容器の製作段階において、使用後の再生資源としての利用を容易ならしめる工夫を加えることを意図してなされたものである。
【００１６】
すなわち、本発明は、天然ガス自動車の燃料装置用のＦＲＰ複合容器において、使用後の解体処理又は再利用時に、金属製ライナーとＦＲＰ層を分離回収し易い複合容器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の要旨は、
(１)金属製ライナーの外周を繊維強化プラスチックで補強した複合容器であって、金属製ライナーと繊維強化プラスチック層との間の全面又はその主要部分に離型剤の塗布膜、離型用フィルム又はこれらの組合せからなる固着防止層を形成させたことを特徴とする天然ガス自動車燃料装置用複合容器である。
【００１８】
(２)前記固着防止層を形成する材料が、２００℃までの加熱によって分解、変質等しない耐熱性を有することを特徴とする前項(１)記載の天然ガス自動車燃料装置用複合容器である。
【００１９】
(３)前記離型用フィルムがフッ素樹脂熱収縮性フィルムからなる前項(１)又は(２)記載の天然ガス自動車用複合容器である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
複合容器は、図１に示すように、金属製ライナー１と繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）層２の間の全面また又はその主要部分に固着防止層３を形成させた。
【００２１】
金属製ライナー１はスチール、ステンレス鋼、アルミニウム又はその合金、チタン又はその合金等の材料から成る。ＦＲＰ層２の繊維には、各種のガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が用いられ、ＦＲＰ層２の樹脂としては、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられることが多い。
【００２２】
本発明の実施の一形態においては、成形加工と所定の熱処理をした金属製ライナー１の外周に離型剤の塗布膜を形成させて固着防止層３とし、その外側にフィラメントワインディング法で樹脂を含浸させた強化繊維の束(ロービング)４を巻き付けてＦＲＰ層２を形成させる。
【００２３】
プラスチック成形用の離型剤としては、従来からシリコンオイル、鉱物油、パラフィンワックス、脂肪酸誘導体等各種のものが用いられているが、本発明においては、フィラメントワインディングした後の加熱硬化処理、温度圧力サイクル試験等の条件を考慮して、耐熱性を有する離型剤を選択することが望ましい。
【００２４】
すなわち、ＦＲＰ層２に熱硬化性樹脂を用いる場合には、通常その硬化温度に所定時間保持するが、この加熱硬化処理時に分解、変質等しない離型剤を用いる必要がある。例えばエポキシ樹脂の場合には徐々に昇熱後９０〜１８０℃に保定し、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂の場合も同様に８０〜１２０℃に保定し加熱硬化処理されるので、シリコン系、フッ素系等の耐熱性離型剤を用いることが好ましい。
【００２５】
また天然ガス自動車燃料装置用ＦＲＰ複合容器の場合には、容器保安規則により設計確認試験等として、温度圧力サイクル試験等が義務付けられているので、その加熱温度も考慮する必要がある。したがって本発明において固着防止層を形成する材料は、２００℃までの加熱によって分解、変質等しない耐熱性を有することが望ましい。
【００２６】
金属製ライナーの表面に離型剤の塗布膜を形成する方法は、ハケ塗りやスプレー等の通常の方法によればよい。また塗布膜の厚みは、本発明者らの知見によれば、数〜数十μｍ程度であればよく、これによって該容器を長期間使用した後でも金属製ライナーへのＦＲＰ層の固着を防止することができる。
【００２７】
本発明の他の実施形態においては、図１における固着防止層３の材料として、離型用フィルムを用いる。離型用フィルムで金属製ライナー１の表面を被覆して固着防止層３とし、その外側に樹脂を含浸したロービング４を巻き付けてＦＲＰ層２を形成させる。
【００２８】
この離型用フィルムは、容器に高圧ガスを充填した際に、金属製ライナーを介して強い圧縮応力を受けるので、ある程度以上の剛性と若干の弾性を有することが必要である。
また上述と同じように、ＦＲＰ層２に熱硬化性樹脂を用いる場合には、８０〜１８０℃での加熱硬化処理時に分解、変質等しないような耐熱性を有する離型用フィルムを用いる必要がある。
【００２９】
さらに、容器はその使用期間中(通常数年〜十数年間)に繰返し加圧減圧され、離型用フィルムが圧縮応力を受けるので、使用期間中に経時的に変質、変形して、金属製ライナー表面に固着することがないような材料を選択することが望ましい。これらの条件に適合する材料として、フッ素樹脂フィルムが好適であり、その中でも熱収縮性を有するものを用いることが望ましい。
【００３０】
熱収縮性フィルムが望ましい理由は、接着剤等を用いず容易にこれを金属製ライナーの外表面に被覆できるからである。すなわち、円筒状のフィルムチューブをライナー胴部表面に被せるか、あるいは帯状のフィルムテープをライナー表面に巻き付けて、これを加熱することにより、フィルムが収縮してライナー表面に固定される。
【００３１】
したがって、本発明においては、離型用フィルムがフッ素樹脂熱収縮性フィルムからなることが望ましく、フッ素樹脂熱収縮性フィルムチューブ、フッ素樹脂熱収縮性フィルムテープ等を単独に又は組合せて用いればよい。
【００３２】
また、離型用フィルムの厚みは０．０５〜１ｍｍであることが好ましい。フィルムの厚みが０．０５ｍｍ以下では、製作又は使用時に破損するおそれがあり、フィルムの厚みが１ｍｍ以上では、強い圧縮応力を受けた時の変形量が大きくなって、金属製ライナーとＦＲＰ層の疲労を助長するおそれがあるためである。
【００３３】
固着防止層３は金属製ライナー１とＦＲＰ層２との間の全面に形成させてもよいが、後記の実施例に示すように、その主要部分のみに形成させてもよい。また、固着防止層３の一部に離型用フィルムを用い、他の部分は離型剤の塗布膜を形成させてもよい。
【００３４】
一般に離型剤の塗布膜を形成させる方が離型用フィルムを用いるよりも安価であり、作業も簡易である。その反面、離型用フィルムの方が金属製ライナーへのＦＲＰ層の固着を防止する効果がより大きく、確実である。したがって、ＦＲＰ層が固着し易い部位を経験的に知見して、その部位には離型用フィルムを用い、他の部位には離型剤の塗布膜を形成させるような構成にすることも有用である。
【００３５】
なお、図１は金属製ライナーの胴部のみに樹脂含浸繊維をフープラップした場合を示しているが、フルラップ容器の場合にも同様に本発明を適用することができる。
【００３６】
本発明の複合容器は、後記の実施例に示すように、長期間の使用後にも金属製ライナーの表面にＦＲＰ層が固着せず、或いは固着の程度が軽微であって、金属製ライナーとＦＲＰを容易に機械的に分離して、これらを回収、再利用することができる。
【００３７】
【実施例】
容器保安規則に基づく天然ガス自動車燃料装置用複合容器告示(平成９年４月１日施行、以下単に「告示」という)に準じて、スチール製継目無ライナーに、樹脂含浸ガラス繊維を巻き付けた天然ガス自動車燃料装置用複合容器を試作するに際して、本発明を実施した。
【００３８】
ライナー材料はＪＩＳＧ３４２９(１９８８)に定めるＳＴＨ２１相当の継目無鋼管で、胴部外径３４６ｍｍ、全長１，６７５ｍｍであった。このライナーに所定の熱処理を施した後、エポキシ樹脂を含浸したＥガラス繊維（ＪＩＳＲ３４１３(１９９５)ガラス糸の２種類に定める無アルカリガラス又は米国ＭＩＬ規格Ｒ６０３４６Ｃ(１９８１)ロービング、ガラス及び繊維に定めるタイプＩ）のロービングを胴部にフープ巻きして、フープラップ容器を製作した。容器の耐圧設計は告示に準じたが、胴部の肉厚は約６ｍｍ、ＦＲＰ層の厚みも約６ｍｍであった。
【００３９】
この複合容器に対して本発明を実施するに際して、下記図１〜図３に示すように、固着防止層の材料及びその形成部位を変えて、各１０個の容器を製作し、告示に定める設計確認試験等を行うと共に、一定期間、実車充填と同一条件の加圧減圧試験を行い、その後解体処理して、金属製ライナーとＦＲＰ層の固着状況を調査した。
【００４０】
（参考例）
固着防止層が離型剤の塗布膜からなり、図１に示すように、金属製ライナー１のドーム部Ｄの一部と胴部Ｅにフープ巻きしたＦＲＰ層２の部分全体のライナー外表面に塗布膜を形成させた場合である。
【００４１】
離型剤としてはフッ素系離型剤を用い、ライナーはドーム部を除いてショットブラスト等による前処理を行わず、黒皮のまま油分、水分を除去した後、離型剤をスプレーして厚み４〜６μｍの離型剤の塗布膜を形成させた。その後前記ロービングをフープ巻きし、徐々に昇温して１００℃で約１時間、１４０℃で約３時間保定しその後徐冷するエポキシ樹脂の硬化処理を行って、ＦＲＰ層を形成させた。
【００４２】
（実施例１）
固着防止層が離型剤の塗布膜からなるが、図２に示すように、ＦＲＰ層２の両端部幅５０ｍｍの部分は離型剤を塗布せず、それ以外の部分（図２における離型剤塗布領域７）は全て図１と同じように離型剤の塗布膜５を形成させた場合である。ドーム部とＦＲＰ層の両端部幅５０ｍｍの部分はショットブラスト、それ以外は黒皮のまま油分、水分を除去した後、所定の部位に離型剤を塗布し、その後図１と同様にロービング４をフープ巻きしてＦＲＰ層２を形成させた。
【００４３】
このような構成をとった理由は、ＦＲＰ層２の両端部のみは金属製ライナー１と完全に密着させ、内部に水分が侵入してライナー表面を腐食させるのを防止するためである。
【００４４】
（実施例２）
図３に示すように、ＦＲＰ層２の両端部幅３５ｍｍに固着防止層のない部分と、これに隣接して幅５０ｍｍの離型用フィルム６を固着防止層とする部分（離型用フィルム使用領域８）を設け、ＦＲＰ層２の中央部の離型剤塗布領域７に離型剤の塗布膜５を形成させた場合である。
【００４５】
離型用フィルム６には厚み０．２ｍｍ、幅５０ｍｍのフッ素樹脂熱収縮性フィルムテープを用い、これをライナーの所定の部位に巻き付け、加熱収縮させて固着防止層を形成させた。その他の部分は実施例１と同様に製作した。
【００４６】
（比較例）
実施例と同じライナーの表面にショットブラストと油分、水分を除去する前処理を施した後、固着防止層がない状態で、実施例と同じ方法でＦＲＰ層を形成させた場合である。
【００４７】
上記図１〜３及び比較例の各容器について、告示で定められた設計確認試験として常温圧力サイクル試験、環境圧力サイクル試験、温度圧力サイクル試験、最小肉厚試験、振り子衝撃試験、落下試験等を行った結果、いずれの場合も告示の規定に合格することが確められた。すなわち、本発明の複合容器は、同様に製作された従来の複合容器に対して強度その他の性能が同等であることが確認された。
【００４８】
次に、これらの複合容器に、実車充填相当の圧力約２００ｋｇｆ／ｃｍ2で、約２，０００サイクルの加圧減圧試験（試験期間６ヵ月）を行った後、これらの容器の胴部数か所を輪切りに切断して、金属製ライナーとＦＲＰ層の固着状況を調査した。
【００４９】
その結果、図１の容器はＦＲＰ層全面において金属製ライナーとの固着がほとんど無いか又はごく軽微であって、治具を用いて容易にＦＲＰ層をライナーから引き剥がし、両者を分離回収することが可能であった。
【００５０】
また、実施例１及び２の容器では、フープ巻きしたＦＲＰ層の両端部の固着防止層を形成させていない部分は強固に固着していたが、固着防止層を形成させた部分の固着はほとんど無かった。したがって固着防止層を形成させた部分は、上記と同じくＦＲＰ層とライナーを容易に分離回収することが可能であった。一方、固着防止層を形成させなかった比較例においては、ＦＲＰ層を金属製ライナーから機械的に分離することは困難であった。
【００５１】
さらに、アルミニウム合金(６０６１)製ライナーに樹脂含浸ガラス繊維を巻き付けたＣＮＧ容器を試作するに際しても、上記実施例１と同様の方法で本発明を実施した。製作された本発明のＣＮＧ容器について、上記と同じく告示で定められた各種の設計確認試験を行なうと共に、上記と同様に約６ヶ月間の加圧減圧試験後容器を切断して、アルミニウム合金製ライナーとＦＲＰ層の固着状況を調査した。
【００５２】
その結果、アルミニウム合金製ライナーのＣＮＧ容器についても、強度その他の性能が従来の容器と同等であること、及び固着防止層を形成させた部分は６ヵ月間の加圧減圧試験後も固着がほとんど無いことが確かめられた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明により、ＦＲＰ複合容器の使用後の産業廃棄物処理又は再利用時に、金属製ライナーとＦＲＰ層を容易に分離回収することが可能になった。これにより、金属製ライナーとＦＲＰ層中の強化繊維を再生資源として利用することが容易になり、とくにＦＲＰ部分は既存のあるいは開発中の廃棄物処理法により処理することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合容器の参考図。
【図２】本発明の実施例における複合容器の部分断面図。
【図３】本発明の他の実施例における複合容器の部分断面図。
【図４】フィラメントワインディングの形式の例を示す説明図。
【符号の説明】
１  金属製ライナー
２  ＦＲＰ層
３  固着防止層
４  ロービング
５  離型剤の塗布膜
６  離型用フィルム
７  離型剤塗布領域
８  離型用フィルム使用領域
Ｄ  金属製ライナーのドーム部
Ｅ  金属製ライナーの胴部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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