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WO2025070080A1 - 圧力容器 - Google Patents

圧力容器 Download PDF

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WO2025070080A1
WO2025070080A1 PCT/JP2024/032638 JP2024032638W WO2025070080A1 WO 2025070080 A1 WO2025070080 A1 WO 2025070080A1 JP 2024032638 W JP2024032638 W JP 2024032638W WO 2025070080 A1 WO2025070080 A1 WO 2025070080A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liner
seal member
protrusion
peripheral surface
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/032638
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
潤也 吉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yachiyo Industry Co Ltd
Original Assignee
Yachiyo Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yachiyo Industry Co Ltd filed Critical Yachiyo Industry Co Ltd
Publication of WO2025070080A1 publication Critical patent/WO2025070080A1/ja
Pending legal-status Critical Current
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J12/00—Pressure vessels in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04—Protecting sheathings
    • F17C1/06—Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/16—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of plastics materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to a pressure vessel.
  • a pressure vessel includes a vessel portion that contains a gas or liquid, a liner that has a cylindrical protrusion that protrudes outward from the vessel portion, a metal nozzle that is provided on the outer periphery of the protrusion and has a disk-shaped contact surface that contacts the outer surface of the vessel portion, and a fiber-reinforced resin layer that covers the outer surfaces of the vessel portion of the liner and the contact surface of the nozzle (Patent Document 1).
  • a seal member may be used to seal between the liner and the nozzle.
  • the internal pressure of the fluid pressure inside the vessel
  • a collar member is attached to the inner peripheral surface of the protrusion to prevent the protrusion from deforming in a direction away from the seal member.
  • the present invention was conceived from this perspective, and its objective is to provide a pressure vessel with a simple structure that can be easily assembled and has good sealing properties.
  • the present invention is characterized in that it comprises a liner having a cylindrical protrusion that protrudes outward, a nozzle that fits with the protrusion and into which an insertion member is inserted, and a seal member that is sandwiched between the outer peripheral surface of the tip side of the protrusion and the inner peripheral surface of the nozzle, and that the inner peripheral surface of the protrusion has a convex portion or thick portion formed at a position corresponding to the seal member.
  • the convex portion or the thick portion is formed at a position on the inner circumferential surface of the protrusion corresponding to the seal member, it is possible to eliminate or extremely reduce the gap around the seal member.
  • the provision of the convex portion or the thick portion increases the rigidity of the protrusion, thereby improving the sealing performance with a simple structure.
  • the convex portion or thick portion abuts against the outer circumferential surface of the insertion member. This prevents the protruding portion from deforming in a direction away from the seal member, thereby improving sealing performance with a simple configuration.
  • the number of parts and assembly steps can be reduced, improving ease of assembly.
  • the pressure vessel according to the present invention has a simple structure and can improve assembly and sealing performance.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a pressure vessel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional side view showing the joining structure between the liner and the nozzle.
  • FIG. 11 is an enlarged cross-sectional side view showing a modified example of a protrusion.
  • the pressure vessel 1 according to this embodiment is applied as a vessel for storing low pressure gas such as LPG, high pressure gas such as hydrogen gas, and other fluids.
  • the pressure vessel 1 according to this embodiment includes a liner 2, a fiber reinforced resin layer 3, and a nozzle 4.
  • the liner 2 has a hollow cylindrical body 11 and a cylindrical protrusion 12 formed continuously with the body 11 so as to protrude outward from the body 11.
  • the liner 2 has a single-layer structure.
  • the liner 2 is made of a resin material such as high-density polyethylene (HDPE), polyamide, polyketone, polyphenylene sulfide (PPS), etc., and is formed by injection molding, blow molding, etc.
  • HDPE high-density polyethylene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the fiber-reinforced resin layer 3 is made of, for example, FRP (fiber-reinforced plastic) and serves to reinforce the pressure resistance strength of the liner 2.
  • the fiber-reinforced resin layer 3 is formed on the outer surfaces of the liner 2 and the nozzle 4, for example, using a filament winding method in which a fiber bundle impregnated with resin is wound and then the resin is hardened.
  • the nozzle 4 has a cylindrical nozzle tube portion 13 that is fitted onto the protruding portion 12 of the liner 2, and an annular flange portion 14 that protrudes radially outward at the base end of the nozzle tube portion 13 on the liner 2 side.
  • the nozzle tube portion 13 and the flange portion 14 are formed integrally and are continuous with each other.
  • the flange portion 14 is disposed in a recess 19 formed in the liner 2.
  • the outer surface of the flange portion 14 and the outer surface of the liner 2 are flush with each other.
  • An insert member is attached to the nozzle 4.
  • a valve 5 for injecting and discharging high-pressure gas or liquid is attached as the insert member so as to be inserted into the nozzle 4.
  • a male thread S1 is formed on the outer peripheral surface of the protrusion 12, and a female thread S2 is formed on the inner peripheral surface of the ferrule 4.
  • the protrusion 12 and the ferrule 4 are screwed together to form a fastening structure 31.
  • the fastening structure 31 may have a configuration other than this.
  • the nozzle tube portion 13 comprises a nozzle large diameter portion 15 having an inner diameter substantially the same as the outer diameter of the protrusion 12, and a nozzle small diameter portion 16 that is disposed on the tip side (upper side in the drawing) and protrudes in the direction of the central axis O beyond the inner diameter of the protrusion 12.
  • the nozzle large diameter portion 15 has an annular seal groove 18 formed therein to receive a seal member 17 interposed between the liner 2 and the nozzle 4.
  • the seal member 17 is, for example, an O-ring, and is sandwiched between the outer peripheral surface of the tip side of the protrusion 12 and the inner peripheral surface of the nozzle 4.
  • a backup ring may be received in the seal groove 18 adjacent to the seal member 17.
  • the inner peripheral surface 12a of the protruding portion 12 of the liner 2 is integrally formed with a convex portion 20 along the circumferential direction at a position corresponding to the seal member 17 arranged on the outer peripheral surface side of the protruding portion 12.
  • the convex portion 20 is ring-shaped, protrudes toward the central axis O direction, and is formed continuously along the circumferential direction.
  • the convex portion 20 has a rectangular shape in cross section.
  • the convex portion 20 protrudes toward the central axis O direction to an extent that does not hinder the insertion of the valve 5 when the valve 5 is inserted.
  • the inner diameter of the convex portion 20 is the same as the outer diameter of the valve 5 or is slightly larger than the outer diameter of the valve 5.
  • the convex portion 20 can be formed by cutting off a part of the gate portion through which the resin flows during injection molding.
  • the convex portion 20 can be formed by cutting off the excess resin at the end face 20a after the resin is flowed into the cavity from the central axis O side during injection molding.
  • the convex portion 20 is formed at a position on the inner circumferential surface 12a of the protruding portion 12 corresponding to (facing) the sealing member 17, so that it is possible to eliminate or extremely reduce the gap around the sealing member 17. Furthermore, the provision of the convex portion 20 also increases the rigidity of the protruding portion 12, thereby improving the sealing performance with a simple configuration. Furthermore, even if internal pressure acts on the protruding portion 12 in a direction away from the seal member 17 (in the direction of the central axis O), the convex portion 20 comes into contact with the outer peripheral surface of the valve 5.
  • FIG. 3 A modified example of this embodiment will be described below.
  • This modified example differs from the above-described embodiment in that a thick portion 20A is provided instead of the convex portion 20.
  • the thick portion 20A protrudes toward the central axis O from the inner peripheral surface 12a of the protruding portion 12, and has a thick shape with a rectangular cross section over the circumferential direction.
  • the thick portion 20A is formed at a position corresponding to (opposing) the seal member 17, with a predetermined length (height) from the tip of the protruding portion 12.
  • the inner diameter of the thick portion 20A is the same as the outer diameter of the valve 5 or slightly larger than the outer diameter of the valve 5.
  • the thick portion 20A can be easily formed by setting a molding die in advance so that the corresponding portion of the protruding portion 12 is thick.
  • This modified example can achieve substantially the same effects as the previously described embodiment.
  • the thick portion 20A can increase rigidity compared to the previously described embodiment, so sealing performance can also be improved.
  • the protruding portion 20 and the thick portion 20A are ring-shaped and rectangular in cross section, but they only need to protrude in the direction of the central axis O at a position corresponding to the sealing member 17.
  • the protruding portion 20 and the thick portion 20A may also be formed discontinuously along the circumferential direction.
  • the protruding portions may be arranged at equal intervals on the inner circumferential surface of the protruding portion 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

外方へ突出した筒状の突出部（１２）を有するライナー（２）と、突出部（１２）と嵌合し、バルブ（挿入部材）（５）が挿入される口金（４）と、突出部（１２）の先端側の外周面と口金（４）の内周面とで挟持されるシール部材（１７）と、を備え、突出部（１２）の内周面には、シール部材（１７）と対応する位置に凸部（２０）又は肉厚部が形成されていることを特徴とする。

Description

圧力容器
　本発明は、圧力容器に関する。
　気体又は液体を収容する容器部及び容器部から外側に突出する筒状の突出部を備えたライナーと、突出部の外周に設けられ、容器部の外面に接面する円板状の接面部を備えた金属製の口金と、ライナーの容器部及び口金の接面部の外表面を覆う繊維強化樹脂層と、を備えた圧力容器が知られている（特許文献１）。
　このような圧力容器では、ライナーと口金との間をシール部材でシールすることがある。しかし、流体の内圧（容器内圧力）によって突出部がシール部材から離間する方向に変形する場合があり、特許文献１では、突出部の内周面にカラー部材を取り付けることで、突出部がシール部材から離間する方向へ変形するのを防いでいる。
特開２０１７－１６６５３５号公報
　しかしながら、別部材のカラー部材を突出部に取り付ける必要があるため、部品点数や組立工数が増加することにより製造コストが増すという問題点があった。また、カラー部材の組付け性に課題があり、容易には取り付けることができないといった問題がある。
　本発明は、このような観点から創案されたものであって、簡易な構成で組付け性及びシール性を高めることができる圧力容器を提供することを課題とする。
　本発明は、外方へ突出した筒状の突出部を有するライナーと、前記突出部と嵌合し、挿入部材が挿入される口金と、前記突出部の先端側の外周面と前記口金の内周面とで挟持されるシール部材と、を備え、前記突出部の内周面には、前記シール部材と対応する位置に凸部又は肉厚部が形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、突出部の内周面においてシール部材と対応する位置に凸部又は肉厚部が形成されているため、シール部材の周囲の隙間を無くすか、若しくは隙間を極めて小さくすることができる。また、凸部又は肉厚部を設けることで突出部の剛性が高まることも相まって、簡易な構成でシール性を高めることができる。
　また、突出部にシール部材から離間する方向へ内圧が作用したとしても、凸部又は肉厚部が挿入部材の外周面と当接する。これにより、突出部がシール部材から離間する方向へ変形するのを防ぐことができるため、簡易な構成でシール性を高めることができる。また、従来のようにカラー部材等の別部材を設ける必要がないため、部品点数や組立工数も少なくでき、組付け性を向上させることができる。
　本発明に係る圧力容器及によれば、簡易な構成で組付け性及びシール性を高めることができる。
本発明の実施形態に係る圧力容器を示す側断面図である。 ライナーと口金との結合構造を示す拡大側断面図である。 凸部の変形例を示す拡大側断面図である。
≪実施形態に係る圧力容器≫
　以下、添付した図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は、適宜省略する。
　図１に示すように、本実施形態に係る圧力容器１は、ＬＰＧ等の低圧ガス、水素ガス等の高圧ガス、その他の流体を貯留する容器として適用されるものである。図１に示すように、本実施形態の圧力容器１は、ライナー２と、繊維強化樹脂層３と、口金４と、を備えている。
　ライナー２は、中空円筒状の胴部１１と、胴部１１から外側に突出するように胴部１１に連続して形成された筒状の突出部１２と、を備えている。ライナー２は、本実施形態では単層構造をなしている。ライナー２は、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリアミド、ポリケトン、ポリフェニレンサルフィド（ＰＰＳ）などの樹脂材料が使用され、インジェクション成形やブロー成形等により形成されている。
　繊維強化樹脂層３は、例えばＦＲＰ（繊維強化プラスティック）からなり、ライナー２の耐圧強度を補強する役割を果たす。繊維強化樹脂層３は、例えば、樹脂を含浸した繊維束を巻きつけた後に前記樹脂を硬化させるフィラメントワインディング法を用いて、ライナー２および口金４の外表面に形成される。
　口金４は、ライナー２の突出部１２に外嵌される円筒状の口金筒部１３と、口金筒部１３のライナー２側の基端にて径方向外側に突出する円環状のフランジ部１４とを有する。口金筒部１３とフランジ部１４とは一体形成され、互いに連続している。フランジ部１４は、ライナー２に形成された凹部１９に配置されている。フランジ部１４の外表面と、ライナー２の外表面とは面一になっている。口金４には、挿入部材が取り付けられる。図示例では、挿入部材として、高圧の気体又は液体を注排するためのバルブ５が口金４に挿入されるように取り付けられている。
　図２に示すように、例えば、突出部１２の外周面には雄ネジＳ１が形成され、口金４の内周面には雌ネジＳ２が形成されている。突出部１２と口金４とが螺合することにより、締結構造３１が形成されている。なお、締結構造３１はこの構成以外であってもよい。
　口金筒部１３は、突出部１２の外径と略同一の内径を有する口金大径部１５と、先端側（図面上方側）に配置され、突出部１２の内径よりも中心軸О方向に突出する口金小径部１６と、備えている。口金大径部１５には、ライナー２と口金４との間に介装されるシール部材１７を受容する環状のシール溝１８が形成されている。シール部材１７は、例えばＯリング等であって、突出部１２の先端側の外周面と口金４の内周面とで挟持されている。シール溝１８内にはシール部材１７に隣接してバックアップリングが受容されてもよい。
　ライナー２の突出部１２の内周面１２ａには、突出部１２の外周面側に配置されるシール部材１７に対応する位置に周方向に沿って凸部２０が一体形成されている。凸部２０はリング状になっており、中心軸О方向に向けて突出し、周方向に亘って連続して形成されている。凸部２０は、断面視して矩形状を呈する。凸部２０は、バルブ５が挿入される際にバルブ５の挿入を阻害しない程度に中心軸О方向に向けて突出している。つまり、凸部２０の内径は、バルブ５の外径と同一か、バルブ５の外径よりも少し大きくなっている。凸部２０は、例えば、ライナー２を射出成形する際には、射出成形時に樹脂を流入させるゲート部の一部を切除することで形成することができる。つまり、射出成形時に中心軸Ｏ側からキャビティに樹脂を流入させた後、端面２０ａの部位で余剰の樹脂を切除することで凸部２０を形成することができる。
　以上説明した本実施形態の圧力容器１によれば、突出部１２の内周面１２ａにおいてシール部材１７と対応（対向）する位置に凸部２０が形成されているため、シール部材１７の周囲の隙間を無くすか、若しくは隙間を極めて小さくすることができる。また、凸部２０を設けることで突出部１２の剛性が高まることも相まって、簡易な構成でシール性を高めることができる。
　また、突出部１２にシール部材１７から離間する方向（中心軸О方向）へ内圧が作用したとしても、凸部２０がバルブ５の外周面と接触する。これにより、突出部１２がシール部材１７から離間する方向へ変形するのを防ぐことができ、簡易な構成で圧力容器１のシール性を高めることができる。また、従来のようにカラー部材等の別部材を設ける必要がないため、部品点数や組立工数も少なくでき、組付け性を向上させることができる。また、凸部２０はライナー２と一体形成することができるため、製造も容易である。これらにより、製造コストを低減することができる。
（変形例）
　以下に本実施形態の変形例について説明する。本変形例では、凸部２０に替えて、肉厚部２０Ａを設けている点で、前記した実施形態と相違する。図３に示すように肉厚部２０Ａは、突出部１２の内周面１２ａに対して中心軸Ｏ側に突出し、周方向に亘って断面矩形の肉厚形状になっている。肉厚部２０Ａは、シール部材１７に対応（対向）する位置に、突出部１２の先端から所定の長さ（高さ）で形成されている。肉厚部２０Ａの内径は、バルブ５の外径と同一か、バルブ５の外径よりも少し大きくなっている。肉厚部２０Ａは、予め突出部１２の該当部分が肉厚になるように、成形金型を設定することで形成することができるため、容易に形成することができる。
　本変形例によっても前記した実施形態と略同等の効果を得ることができる。また、肉厚部２０Ａによって前記した実施形態よりも剛性を高めることができるため、シール性もより高めることができる。
　以上発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。本実施形態において、凸部２０、肉厚部２０Ａはリング状であり、断面視して矩形状としたが、シール部材１７に対応した位置において、中心軸О方向に突出していればよい。その他の形状としては、断面視して半円形等でもよい。また、凸部２０、肉厚部２０Ａは、周方向にそって不連続に形成されていてもよい。例えば、突出部１２の内周面において一部突出する部位を等間隔に配置するようにしてもよい。
　１　　　圧力容器
　２　　　ライナー
　３　　　繊維強化樹脂層
　４　　　口金
　５　　　バルブ
　１１　　胴部
　１２　　突出部
　１３　　口金筒部
　１４　　フランジ部
　１７　　シール部材
　１８　　シール溝
　２０　　凸部
　２０Ａ　肉厚部

Claims (1)

  1. 　外方へ突出した筒状の突出部を有するライナーと、
    　前記突出部と嵌合し、挿入部材が挿入される口金と、
    　前記突出部の先端側の外周面と前記口金の内周面とで挟持されるシール部材と、を備え、
    　前記突出部の内周面には、前記シール部材と対応する位置に凸部又は肉厚部が形成されていることを特徴とする圧力容器。
PCT/JP2024/032638 2023-09-28 2024-09-12 圧力容器 Pending WO2025070080A1 (ja)

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JP2023-167531 2023-09-28

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016164427A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 株式会社Fts 圧力容器
JP2016223494A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 シャインスターホールディング株式会社 複合容器の口金構造、および複合容器
JP2017166535A (ja) * 2016-03-15 2017-09-21 本田技研工業株式会社 高圧タンク

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