技術紹介

次世代 VT-SHED 設備の研究・開発および海外調査佐浦毅＊

S a u r a    T s u y o s h i

前 田 朝 樹 ＊＊和 泉 大 典 ＊＊＊   M a e d a    T o m o k i   I z u m i    D a i t e n

当社は超小型 VT-SHED（0.1m 3）から車両用 VT-SHED（100m3）まで客先要望に応じた VT-SHED 設備を多数設計・製作してきた。燃料蒸散ガス規制は年々厳しくなっており、国内ユーザーから VT-SHED 設
備にも価格を抑制しつつ高性能化が要求されている。また、燃料蒸散ガス規制は製品に対するものだが、規制内容によっては VT-SHED 設備仕様も変更する必要があるため最新の規制内容を把握し柔軟に対応する必要がある。本研究では VT-SHED 設備の研究・開発および日々変化する各国、各地域のレギュレーションの調査結果を紹介する。
キーワード：VT-SHED、燃料蒸散ガス、CARB、EPA、FEM 構造解析、THC 発生量

にてフロン（冷媒ガス）の透過量規制やアンモニ

1. はじめにアの排出量の規制が予定されており、使用素材に

VT-SHED 設 備（ 蒸 散 ガ ス 試 験 設 備 ） は EPA

おいて THC（トータルハイドロカーボン）発生（Environmental Protection Agency = アメリカ合衆国

量だけでなくフロンおよびアンモニアの発生量を

環 境 保 護 庁 ）、CARB（California Air Resources

測定・分析する必要があると推測される。

Board= カリフォルニア大気資源委員会）および

本報告では客先ニーズにあった SHED 設備のEU、中国環境規制の Restriction にある Evaporative

研究・開発の結果および日々変化する各国、各地Emission（燃料蒸発ガス規制）に適合するために域のレギュレーションの調査結果を示す。

必要な試験設備である。

2. 世代型 VT-SHED 設備

当初の規制は自動車のみの規制であったが、近年ではオートバイ（ATV：All Terrain Vehicle：全

現在製作している全溶接工法での SHED 設備

地形型車両）、小型汎用機（発電機、草刈機等）、は性能に関してはレギュレーションと比較すると2012 年からは小型船舶機関と石油燃料を使用す全く問題ないが、安全面で万全かどうかの確認がるほぼ全ての内燃機関が規制対象となる。今後導十分とはいえない点があった。

入予定のユーロ 6（2013 年適応）やユーロ 7 規制＊＊＊＊＊＊

安全対策として消火設備を SHED 設備に導入

ジャプス事業部 技術部 技術グループ 課長
研究開発事業部 解析技術部 課長
ジャプス事業部 技術部 技術グループ—50—

2.1.2 解析モデル

することがあり、性能だけではなく安全も考慮し今回実施した FEM 解析は、表 1 に示す 9 ケー

た SHED 設備とするため再設計後、構造解析をスに対して実施した。解析モデルは 4 節点シェル行った。
一方、客先の試験設備の導入費用に見合った価要素にてモデル化し、内側から消火設備が作動し格としなければならず、この点からの見直しも必た際に発生する圧力（p = 1.0KPa）を載荷する。
解析モデルの例として、容量が 75m3、ステン要になっていた。
そこで要求性能を満足し、安全性に優れ、かつ、レス製板の板厚が 0.8mm であるケース 7 についより安価な設備である次世代型 VT-SHED 設備のて図 1 に示す。解析で使用した材料は全て等方開発を目的として実施した設計・製作面の検討に性の線形弾性材とした。それらの物性値を表 2 について紹介する。

示す。境界条件としては床面に設置する箇所の全ての節点を完全固定とした。

2.1 設備の安全性検討
2.1.3 解析結果

現在製作している全溶接工法での SHED 設備
における室内 SUS パネルは厚さ t = 2.0mm を使用

結果の例としてケース 7 について , 変形図およして製作しているが、以前はパネル工法を採用しび Von Mises の相当応力分布図をそれぞれ図 2、3ていた。今回、室内パネルを厚さ t = 0.8mm の全に示す。また、各ケースにおける Von Mises の相溶接工法および恒温槽に使用される断熱パネルに当応力と最大変位量を表 3 にまとめて示す。これて製作するパネル工法にて部品用 SHED（5.5m ）、らの表より、板厚を 2.0mm もしくはパネル構造

二輪・ATV 用 SHED（25m ）、実車用 SHED（75m ）としたものは発生する応力も降伏応力と比べて低の 3 タイプで再設計した。

く、最大の変位量も 10 数 mm 程度となっており、

333

これらについて消火設備作動時の安全性につい強度の面で特に問題はないと考えられる。一方でて構造解析を実施すると共に製造費用についても板厚が 0.8mm のものはいずれの容量においても比較検討した。

発生応力が降伏応力を大きく超えており、また変位量も 100mm 以上となっているため補強が必要

以下に解析モデル・解析結果について示すが、であると考えられた。

実車用 SHED に関して室内パネル厚さ t = 0.8mm での製作は技術的に可能であるが、強度の問題から2.1.4 補強案に対する解析

一部パネル厚さを変更する必要があるものの製造

上記のように板厚が 0.8mm のものは強度が不費用も低減することが可能となることを確認した。

足していると考えられるため、その対策として柱2.1.1 FEM による構造解析の数を増やし、側面のステンレス製板の板厚を新型 VT-SHED の強度を検証するために、FEM1.0mm とした。柱の数を増やすだけで板厚を増や（有限要素法）による静応力解析を実施した。通さないことも考えられたが、発生応力が降伏応力

常 VT-SHED には自重のみが作用するが、火災がの 2 倍以上発生していることを考慮すると、必要発生した緊急時には室内に設けられた消化設備がな柱の数が多数になり、重量も板厚を 1.0mm と作 動 す る。 こ の 消 化 設 備 が 作 動 し た 際 に VT-するよりも増えることが予想された。また、柱のSHED が大きな破損を生じないことを検証した。

数を増やすことは溶接箇所が増えることであり、—51—

IIC REVIEW/2011/04. No.45

表3

製作にかかる工数も増えてしまうことになる。以

解析ケース一覧

上を考慮して板厚を柱による補強と板厚増加を併用することとした。
この補強による効果を検討するために、容量が75 ㎥ に 対 し て 図 5 に 示 す モ デ ル を 用 い て 再 度
FEM による解析を実施した。解析の結果得られた Von Mises の相当応力と変位量の最大値を以下に示す。また解析結果を図 6 に示す。
●

最大相当応力133.3MPa●

最大変位量35.5mm

補強を施すことにより応力が降伏応力の 6 割程度まで低減され、強度的な健全性を確認することができた。また、変形もほぼ一様なものとなっており , 柱による補強がほぼ最適なものとなっていると考えられる。

表1

表2

解析ケース一覧

図1

ケース 7 の解析モデル図（容量 75m3、SUS304 の板厚 0.8mm）- 鳥瞰図

図2

ケース 7 の解析結果（変形図と Von Mises の相当応力図）- 鳥瞰図変形倍率 5 倍

図3

ケース 7 の解析結果（変形図と Von Mises の相当応力図）- 左右側面図
変形倍率 5 倍解析で使用した物性値—52—

2.2.1 コーキング材の選定
コーキング材の選定に当たっては下記の項目を条件とした。

図4・HC 含有量が少ないこと

ケース 7 の解析結果（変形図と Von Mises の相当応力図）- 左：正面図・右：背面図
変形倍率 5 倍（エージング時間の短縮 = BG 性能、費用の抑制）
・HC 減少量が早いこと（エージング時間の短縮 = BG 性能、費用の抑制）・接着性が良好なこと（SUS パネル使用 = 気密性確保）
・施工性が良好なこと（側面、天井面の施工性）
・市販品であること。（入手性、費用の抑制）

図52.2.2 コーキング材 HC 発生量・減少量の測定結果

補強案の解析モデル図 - 鳥瞰図

要件を満たす検体を下記条件で試験を行い測定した。それらの結果を図 8 に示す。
・専用冶具にコーキング材を塗布し 25℃にて 1 時
間放置後 SHED にて CARB/24h テスト（発生量）

図6

補強案の解析結果
（変形図と Von Mises の相当応力図）
変形倍率 5 倍・テスト後 45℃にて 72 時間エージング後 SHED
にて CARB/24h テスト（減少量 1 回目）
・テスト後 45℃にて 72 時間エージング後 SHED
にて CARB/24h テスト（減少量 2 回目）

2.2 パネル工法の使用素材選定

当社 VT-SHED 設備を図 7 に、性能を表 4 に示す。

パネル工法は全溶接工法に比べ SHED 駆 体製作費が安価である。しかしコーキングを使用したパネル接着工法の場合、コーキング材が石油化合物製品のため HC（ハイドロカーボン）が発生するので試験体からの HC 発生かコーキング材からの HC 発生物かの特定が困難である。全溶接工法の性能は有利であるがパネル工法も価格的には無視できないため、本研究では性能を満足でき、かつ、製造費用を抑制することを目的としてコーキング材の HC 発生量と減少量を測定し、使用可能なコーキング材を検討した。

図7—53—

VT-SHEDIIC REVIEW/2011/04. No.45

図8

コーキング材 HC 発生量 / 減少量測定
表4

当社 VT-SHED 性能

27 検体を同条件にて試験した結果、図 8 に示すよ3. 海外調査報告

うに、初期 HC 発生量は多いが減少量が早いものや初期より良好なものまでさまざまな結果が得られた。

CARB、EPA および EU、中国の最新レギュレー

初期値発生量に関しては成分よりおおよその予測ションを調査・入手し、規格・仕様を再確認するは可能だが減少量は予測が困難であったため本試験ことを目的として、エバポエミッション等の規制結果から得られたデータは大変有益なものである。の先端 であ るアメ リカ を訪問 し、CARB、EPA、今後は、この結果をもとにパネル工法にて性能エバポ関連各社（Webber EMInc）等を訪問・調査と費用面の両者を満足する設備の実現を目指してしたのでその概要を紹介する。

いきたい。

—54—

3.1 EPA

注釈 1

ATV は各国 2 輪メーカーが非常に力を入

世界で一番厳しい法規を国として設定しようとれ、開発を行っている。レジャーでの使用はもち日々研究しているが、EPA 各種設備見学した結果、ろんだが、アメリカの農場などで昔は馬を使ってEPA では総合的な環境設備の研究所新設を現在検いたが現在は馬に乗れない人間が非常に増加して討しているものの予算が無いため進捗していないいるため、農場などでの使用に必要という背景が様子である。新たな規制値を定めるためには、規ある。

制値の実現性を含めて検証しなければならない
が、予算不足のために十分な研究が実施できず新たな法規が制定できていない。その結果、先行している CARB に準拠するような規制値を採用している。
EPA は政府予算で運営されているので厳しい予算の影響を受けて、試験研究設備の更新も制約されることがあり、設置されている装置には老朽化が進んでいるものが多数見受けられた。

図 10

CARB 入り口

3.2 CARB
現在 SHED 関係の法規での最優先課題は ATV（注釈 1、図 9）および 2 輪関係であり、何よりも優先されていた（中国からの輸入が多すぎるた
め現在試験待ちが 600 台程度あった）。
EPA よ り も 自 由 に 発 案 施 工 が で き（ 予 算 はCARB だけでの決定）、現在は CARB と EPA の統合等も考えているようである（図 10 ～ 13 に試

図 11

験状況を示す）。

図9

VT-SHED での試験待車

図 12

ATV—55—

試験待ち車両IIC REVIEW/2011/04. No.45

図 13

ガソリン検査図 15

通気管3.3 アメリカエバポエミッション関連会社（Webber EMInc）
当事業部と同じような業務展開も行っている関連会社（Webber EMInc）を訪問した。
米国では連邦法人税の他に州法人所得税が課せられ、この税率は州ごとに相違し、テキサス、ワシントン、ネバダなどの州では課税されない。
Webber EMInc 社は、非課税のネバダ州に隣接して税負担の大きい CA 州で事業を行っている

図 16が、事業運営には迅速で正確な CARB の詳細情

燃料蒸発ガス回収設備報を入手する必要があるので税負担が大きくても3.4 ガソリンスタンドでの燃料蒸散ガスCA 州で事業を行っている。
前章で述べた研究（コーキング材）と同様の研車両からの燃料蒸散ガス排出も問題だが、ガソ究も行っており NASA で使用するコーキング材

リンスタンドでの蒸散ガス排出も大きな問題にも共同研究している。

なっており、アメリカではガソリンスタンドに蒸VT-SHED を利用した今までと違う試験方法な散ガスを回収するシステムが組み込まれていた。
（図 15、16）

どの知見も得られた。（CIA より発注）

現在日本でも問題視され始めており給油機が 8機程度ある比較的大きめのガソリンスタンドであれば月に約 30 万円から 50 万円程度のガソリンの蒸発による損失があるとのことであった。
3.5 その他
現在アメリカ国内の主流はガソリンエンジン車
だが、コスト・環境影響を考えるとディーゼル車

図 14

現在製作中の VT-SHED

も選択肢に十分入ってくるがアメリカでディーゼ—56—

ル車はうるさい・遅い・黒煙等の感覚が根強くあ

4. まとめるため普及には時間が掛かる模様である。
一方、アルコール混合ガソリン車（バイオフュー

本研究にて各タイプの SHED 設備で、レギュエル車両として市販はしている）は研究がまだまレーション性能、安全性を維持しつつ価格を抑制だ必要とのことで政府の資金により建設中の設備し、客先ニーズに応じた SHED 設備を提供・提を見学した。

案可能となった。

政府の資金により全米にある各社個別アルコー

また、日本とアメリカでの燃料蒸散ガス測定にル燃料研究施設を集約して開発速度を上げるとと対する設備の考え方の違いも現地調査にてより明もに開発費用の低減を目的とし、現在は 10 社が確に把握することができた。

参加する予定で準備中とのことであった。
3.6 アメリカ訪問調査のまとめ
関係各所の試験施設はレベル的には日本のメーカー所有施設と同等と認識できた。
現在、米国における最大の問題はアジアからの輸入品に対する規制（特に中国製品に対する規制）が一番とのことであり、世界の基準は現在 CARBから動いていることを考えると今後も継続して今回訪問した関連会社および各機関と連絡を取り、継続的に調査することが望ましい。

ジャプス事業部技術部

研究開発事業部

技術グループ

解析技術部

佐浦課長

毅

前田 朝樹

TEL. 0565-28-0581

TEL. 045-759-2127

FAX. 0565-27-9621

ジャプス事業部課長

FAX. 045-759-2119

技術部

技術グループ

和泉 大典

TEL. 0565-28-0581
FAX. 0565-27-9621—57—

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