JP2004347042A - Metal tubular body, liner for gas cylinder using the tubular body, and method of manufacturing the liner for gas cylinder - Google Patents
Metal tubular body, liner for gas cylinder using the tubular body, and method of manufacturing the liner for gas cylinder Download PDFInfo
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば自動車産業、住宅産業、軍事産業、航空宇宙産業、医療産業等において、発電のための燃料となる高圧の燃料水素ガスや天然ガス、または高圧の酸素ガスが通される高圧配管として用いられたり、あるいは発電のための燃料となる水素ガスや天然ガスを貯蔵するガスボンベ、または酸素ガスを貯蔵するガスボンベのライナを構成する部品として用いられる金属筒状体、これを用いたガスボンベ用ライナおよびガスボンベ用ライナの製造方法に関する。
【0002】
この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【0003】
【従来の技術】
金属筒状体として、金属板をロールフォーミングして筒状とし、その突き合わせ部を高周波溶接してなる電縫管が、長尺、大径化が可能であることから広く用いられている。
【0004】
ところで、電縫管は熱影響を受けて溶接部の強度が低下しているので、溶接部において応力集中による疲労破壊が発生するおそれがあり、高圧ガスが通される圧力配管や、ガスボンベ用ライナを構成する部品については電縫管の使用は認可されていないのが現状である。
【0005】
そこで、圧力配管や、ガスボンベ用ライナを構成する部品として、マンドレル押出管やポートホール押出管などを用いることが考えられている。
【0006】
しかしながら、マンドレル押出管は偏肉が生じやすく、しかも大径および/または長尺のものを得ることができないという問題がある。また、複雑な横断面形状のものを得ることができないという問題がある。一方、ポートホール押出管によればこのような問題を解決しうるが、次のような問題がある。すなわち、ポートホール押出管は、周知のごとく、ポートホールダイスのポート部においてビレットから流れてきた金属材料が一旦分離し、チャンバ部において分離した金属材料を再度溶着させることにより製造されるものであり、全長にわたる複数の溶着部により複数の管構成部分が互いに溶着されたものであるが、この溶着部がポートホール押出管の周壁を貫通して存在し、しかも溶着部では強度および伸びなどの機械的性質や耐食性が管構成部分に比べて劣り、圧力配管や、ガスボンベ用ライナを構成する部品に用いた場合に、溶着部において応力集中によって破壊するおそれがある。
【0007】
ところで、ポートホール押出管の溶着部を改質すれば、圧力配管や、ガスボンベ用ライナを構成する部品への使用も可能になるのであると考えられる。ポートホール押出管の溶着部の耐食性を改善する方法としては、押出に用いられるビレットに種々の熱処理を施すことが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
【0008】
一方、上述したガスボンベに入れられる高圧ガスの圧力は主として20〜35MPa程度であるが、この種のガスボンベ用ライナとして、従来、アルミニウムからなるカップ状ブランクの胴部をフローフォーミングにより軸方向にしごき加工して、円筒状胴部の両端に鏡板部を一体に設け、少なくとも一方の鏡板部をクロージング成形により形成して、鏡板部を胴部よりも厚肉とし、その鏡板部の中心部に設けられた口栓部に口金取付用の穴を形成したものが知られている(たとえば特許文献2、請求項1参照)。
【0009】
また、押出成形されたアルミニウム製筒体の両端に鏡板が溶接により接合されたガスボンベ用ライナも知られている(たとえば特許文献2、段落0014参照)。
【0010】
さらに、アルミニウム製円筒状胴と、円筒状胴の両端開口を閉鎖する鏡板と、胴と鏡板との当接部分の内側に両者に跨るように配置された車輪状の支持構造部材とを備えており、胴、鏡板および支持構造部材が摩擦攪拌接合されたガスボンベ用ライナが記載されている(たとえば特許文献3参照)。
【0011】
【特許文献1】
特開平11−172387号公報(特許請求の範囲)
【0012】
【特許文献2】
特開平11−104762号公報(請求項1、段落0014)
【0013】
【特許文献3】
特開平10−160097号公報(特許請求の範囲、図1)
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶着部の機械的性質を改善する方法については未だ知られておらず、ポートホール押出管の圧力配管や、ガスボンベ用ライナを構成する部品への使用は見合わされているのが現状である。また、ガスボンベに入れられる高圧ガスの圧力は、将来的には70MPa程度になると考えられているが、上述した従来のガスボンベ用ライナにおいても、十分な耐圧性が得られないおそれがある。
【0015】
この発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、長尺、大型化が可能であるとともに補強部を有する複雑な横断面形状とすることができ、しかも耐圧性に優れた金属筒状体、これを用いた耐圧性に優れたガスボンベ用ライナおよびその製造方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の態様からなる。
【0017】
1)両端が開口した筒状部および筒状部に全長にわたって一体に形成されかつ筒状部内を両端が開口した複数の空間に仕切る補強部からなるポートホール押出管により構成されており、ポートホール押出管が、全長にわたる複数の溶着部により複数の管構成部分が互いに溶着されることによって形成され、横断面において、一端が筒状部の外周面に露出した溶着部の他端が、補強部により仕切られた筒状部の内部空間に露出していない金属筒状体。
【0018】
2)ポートホール押出管の補強部が、筒状部の内周面から中心線に向かって内方に伸びかつ筒状部の中心線上で相互に一体化された複数の補強壁を備えており、筒状部外周面における補強壁の厚さ方向の中間部と対応する部分から補強壁の幅方向の中間部に至る第1の溶着部と、第1溶着部に連なって筒状部の中心線まで伸びる第2の溶着部と、第1溶着部と第2溶着部との連接部から補強壁の両側面に伸びる第3の溶着部とを有している上記1)記載の金属筒状体。
【0019】
3)ポートホール押出管の補強部が、筒状部と同心状に形成された内筒状部と、筒状部の中心線から放射状に伸びる複数の面上に位置しかつ筒状部と内筒状部とを連結する複数の補強壁とを備えており、筒状部外周面における補強壁の厚さ方向の中間部と対応する部分から補強壁の幅方向の中間部に至る第1の溶着部と、第1溶着部に連なって内筒状部の内周面まで伸びる第2の溶着部と、第1溶着部と第2溶着部との連接部から補強壁の両側面に伸びる第3の溶着部とを有している上記1)記載の金属筒状体。
【0020】
4)連結壁が、筒状部の中心線の周りに等角度間隔で形成されている上記2)または3)記載の金属筒状体。
【0021】
5)燃料水素ガスボンベ、燃料電池、および燃料水素ガスボンベから燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えており、圧力配管が上記1)〜4)のうちのいずれかに記載された金属筒状体よりなる燃料電池システム。
【0022】
6)上記5)記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車。
【0023】
7)上記5)記載の燃料電池システムを備えたコージェネレーションシステム。
【0024】
8)天然ガスボンベおよび天然ガスボンベから天然ガスを送り出す圧力配管を備えており、圧力配管が上記1)〜4)のうちのいずれかに記載された金属筒状体よりなる天然ガス供給システム。
【0025】
9)上記8)記載の天然ガス供給システムと、発電機と、発電機駆動装置を備えており、圧力配管が天然ガスボンベから発電機駆動装置に天然ガスを送るようになっているコージェネレーションシステム。
【0026】
10)上記8)記載の天然ガス供給システムと、天然ガスを燃料とするエンジンとを備えており、圧力配管が天然ガスボンベからエンジンに天然ガスを送るようになっている天然ガス自動車。
【0027】
11)酸素ガスボンベおよび酸素ガスボンベから酸素ガスを送り出す圧力配管を備えており、圧力配管が上記1)〜4)のうちのいずれかに記載された金属筒状体よりなる酸素ガス供給システム。
【0028】
12)上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の金属筒状体からなる胴と、胴の両端部に接合されかつ胴の両端開口を閉鎖する鏡板とよりなるガスボンベ用ライナ。
【0029】
13)胴を構成する金属筒状体の補強部の両端部が筒状部よりも外方に突出しており、鏡板がこの突出部に嵌め被された状態で筒状部および補強部に接合されている上記12)記載のガスボンベ用ライナ。
【0030】
14)鏡板が胴に摩擦攪拌接合されている上記12)または13)記載のガスボンベ用ライナ。
【0031】
15)上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の金属筒状体の筒状部の両端部を切除することにより、補強部の両端部を筒状部よりも外方に突出させて胴を形成し、鏡板を補強部の突出部に嵌め被せて筒状部に接合するガスボンベ用ライナの製造方法。
【0032】
16)胴を構成する金属筒状体の筒状部の端部に鏡板を突き合わせ、ついで筒状部と鏡板との突き合わせ部に、両者に跨るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した後、金属筒状体および鏡板とプローブとを相対的に移動させることによって、プローブを上記突き合わせ部の全周にわたって移動させて筒状部と鏡板とを摩擦攪拌接合する上記15)記載のガスボンベ用ライナの製造方法。
【0033】
17)両端が開口した胴と、胴の両端部に接合されかつ胴の両端開口を閉鎖する鏡板とにより形成され、胴が、両端が開口した筒状胴本体内に、上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の金属筒状体を、両端部が胴本体の両端よりも外方に突出するように嵌め入れることにより構成され、両鏡板がそれぞれ金属筒状体の外方突出部に嵌め被せられ、胴本体と鏡板との当接部分において、胴本体、金属筒状体および鏡板が接合されているガスボンベ用ライナ。
【0034】
18)両端が開口した胴と、胴の一端部に接合されて胴の一端開口を閉鎖する鏡板と、胴の他端部に一体に形成されて胴の他端開口を閉鎖する鏡板部とにより形成され、胴が、一端が開口するとともに他端が一体に形成された鏡板部により閉鎖された筒状胴本体内に、上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の金属筒状体を、一端部が胴本体の一端よりも外方に突出するように嵌め入れることにより構成され、鏡板が金属筒状体の外方突出部に嵌め被せられ、胴本体と鏡板との当接部分において、胴本体、金属筒状体および鏡板が接合されているガスボンベ用ライナ。
【0035】
19)胴本体、金属筒状体および鏡板が摩擦攪拌接合されている上記17)または18)記載のガスボンベ用ライナ。
【0036】
20)胴本体が継ぎ目無し管または継ぎ目有り管からなる上記17)〜19)のうちのいずれかに記載のガスボンベ用ライナ。
【0037】
21)金属筒状体が、胴本体内に冷やしばめされている上記17)〜20)のうちのいずれかに記載のガスボンベ用ライナ。
【0038】
22)胴本体、金属筒状体および鏡板が、同一のアルミニウム材料からなる上記17)〜21)のうちのいずれかに記載のガスボンベ用ライナ。
【0039】
23)胴本体、金属筒状体および鏡板のうちの少なくとも2つが、異なるアルミニウム材料からなる上記17)〜21)のうちのいずれかに記載のガスボンベ用ライナ。
【0040】
24)上記17)記載のガスボンベ用ライナを製造する方法であって、両端が開口した筒状胴本体と、上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の金属筒状体と、金属筒状体の端部に嵌め被せうる2つの鏡板とを用意し、金属筒状体を、両端部が胴本体の両端よりも外方に突出するように胴本体内に嵌め入れ、両鏡板をそれぞれ金属筒状体の外方突出部に嵌め被せ、胴本体と鏡板との当接部分において、胴本体、金属筒状体および鏡板を外側から接合するガスボンベ用ライナの製造方法。
【0041】
25)上記18)記載のガスボンベ用ライナを製造する方法であって、一端が開口するとともに他端が一体に形成された鏡板部により閉鎖された筒状胴本体と、上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の金属筒状体と、金属筒状体の端部に嵌め被せうる1つの鏡板とを用意し、金属筒状体を、一端部が胴本体の開口端よりも外方に突出するように胴本体内に嵌め入れ、鏡板を金属筒状体の外方突出部に嵌め被せ、胴本体と鏡板との当接部分において、胴本体、金属筒状体および鏡板を外側から接合するガスボンベ用ライナの製造方法。
【0042】
26)金属筒状体を胴本体内に冷やしばめする上記24)または25)記載のガスボンベ用ライナの製造方法。
【0043】
27)胴本体と鏡板との当接部分に、両者に跨りかつ先端部が金属筒状体の筒状部に至るように摩擦攪拌接合用工具のプローブを埋入した後、胴本体、金属筒状体および鏡板とプローブとを相対的に移動させることによって、プローブを上記当接部分の全周にわたって移動させ、胴本体、金属筒状体および鏡板を摩擦攪拌接合する上記24)〜26)のうちのいずれかに記載のガスボンベ用ライナの製造方法。
【0044】
28)燃料水素ガスボンベ、燃料電池、および燃料水素ガスボンベから燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えており、燃料水素ガスボンベが上記12)〜14)および17)〜23)のうちのいずれかに記載されたガスボンベ用ライナを有している燃料電池システム。
【0045】
29)上記28)記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車。
【0046】
30)上記28)記載の燃料電池システムを備えたコージェネレーションシステム。
【0047】
31)天然ガスボンベおよび天然ガスボンベから天然ガスを送り出す圧力配管を備えており、天然ガスボンベが上記12)〜14)および17)〜23)のうちのいずれかに記載されたガスボンベ用ライナを有している天然ガス供給システム。
【0048】
32)上記31)記載の天然ガス供給システムと、発電機と、発電機駆動装置を備えているコージェネレーションシステム。
【0049】
33)上記31)記載の天然ガス供給システムと、天然ガスを燃料とするエンジンとを備えている天然ガス自動車。
【0050】
34)酸素ガスボンベおよび酸素ガスボンベから酸素ガスを送り出す圧力配管を備えており、酸素ガスボンベが上記12)〜14)および17)〜23)のうちのいずれかに記載されたガスボンベ用ライナを有している酸素ガス供給システム。
【0051】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0052】
実施形態1
この実施形態は図1に示すものである。
【0053】
図1において、金属筒状体(1)は全長にわたる複数の溶着部(3A)(3B)(3C)により複数の管構成部分(4A)(4B)が互いに溶着されているポートホール押出管(2)からなり、両端が開口した横断面円形の筒状部(5)と、筒状部(5)に全長にわたって一体に形成されかつ筒状部(5)内を両端が開口した複数、ここでは4つの空間(6)に仕切る補強部(7)とよりなる。補強部(7)は、筒状部(5)の内周面から中心線に向かって内方に伸びかつ筒状部(5)の中心線上で相互に一体化された空間(6)と同数の補強壁(8)よりなる。ここでは、すべての補強壁(8)は、筒状部(5)の中心線の周りに等角度間隔で形成されている。
【0054】
ポートホール押出管(2)は、筒状部(5)における1つの補強壁(8)の厚さ方向の中心部からこれに隣接する補強壁(8)の厚さ方向の中心部まで至る部分筒状部(4a)、および部分筒状部(4a)の両側縁から筒状部(5)の中心線に向かって径方向内方に伸びかつ補強壁(8)の幅方向(筒状部(5)の径方向)の中間部に至る平坦部(4b)よりなる補強壁(8)と同数の第1管構成部分(4A)と、各第1管構成部分(4A)の平坦部(4b)の先端どうしを連結する2つの平坦部(4c)よりなる第1管構成部分(4A)と同数の略L形第2管構成部分(4B)とから構成されている。これらの管構成部分(4A)(4B)は、筒状部(5)外周面における補強壁(8)の厚さ方向の中心部と対応する部分から補強壁(8)の幅方向の中間部に至る第1溶着部(3A)と、第1溶着部(3A)に連なって筒状部(5)の中心線まで伸びる第2溶着部(3B)と、第1溶着部(3A)と第2溶着部(3B)との連接部から補強壁(8)の両側面に伸びる第3溶着部(3C)とにより互いに溶着されている。したがって、横断面において、一端が筒状部(5)の外周面に露出した第1溶着部(3A)の他端は、補強部(7)により仕切られた内部空間(6)には露出していない。
【0055】
ポートホール押出管(2)は、たとえばJIS A2000系合金、JIS A5000系合金、JIS A6000系合金およびJIS A7000系合金のうちのいずれかにより形成されている。
【0056】
実施形態2
この実施形態は図2に示すものである。
【0057】
図2において、金属筒状体(10)を構成するポートホール押出管(2)における補強部(7)の補強壁(8)の数は8つであり、したがって第2管構成部分(4B)は略V形となっている。その他の構成は実施形態1の金属筒状体と同じである。
【0058】
実施形態3
この実施形態は図3に示すものである。
【0059】
図3において、金属筒状体(15)を構成するポートホール押出管(16)の補強部(17)は、筒状部(5)内を複数、ここでは5つの空間(18)(19)に仕切るものであり、筒状部(5)と同心状に形成された横断面円形の内筒状部(20)と、筒状部(5)の中心線から放射状に伸びる複数の面上に位置しかつ筒状部(5)と内筒状部(20)とを連結する複数、ここでは空間(18)(19)の数より1つ少ない補強壁(21)とを有している。すべての補強壁(21)は、筒状部(5)の中心線の周りに等角度間隔で形成されている。
【0060】
ポートホール押出管(16)は、筒状部(5)における1つの補強壁(21)の厚さ方向の中心部からこれに隣接する補強壁(21)の厚さ方向の中心部まで至る部分筒状部(22a)、および部分筒状部(22a)の両側縁から筒状部(5)の中心線に向かって伸びかつ補強壁(21)の内筒状部(20)側端部に至る平坦部(22b)よりなる補強壁(21)と同数の第1管構成部分(22A)と、内筒状部(20)における1つの補強壁(21)の厚さ方向の中心部からこれに隣接する補強壁(21)の厚さ方向の中心部まで至る部分内筒状部(22c)、および部分内筒状部(22c)の両側縁から径方向外方に向かって伸びかつ第1管構成部分(22A)の2つの平坦部(22b)に連なる平坦部(22d)よりなる第1管構成部分(22A)と同数の第2管構成部分(22B)とから構成されている。これらの管構成部分(22A)(22B)は、筒状部(5)外周面における補強壁(21)の厚さ方向の中心部と対応する部分から補強壁(21)の内筒状部(20)側端部に至る第1溶着部(23A)と、第1溶着部(23A)に連なって内筒状部(20)の内周面まで伸びる第2溶着部(23B)と、第1溶着部(23A)と第2溶着部(23B)との連接部から補強壁(21)の両側面に伸びる第3溶着部(23C)とにより互いに溶着されている。したがって、横断面において、一端が筒状部(5)の外周面に露出した第1溶着部(23A)の他端は、補強部(17)により仕切られた内部空間(18)(19)には露出していない。
【0061】
実施形態4
この実施形態は図4に示すものである。
【0062】
図4において、金属筒状体(25)を構成するポートホール押出管(2)の筒状部(5)は横断面楕円形(数学的に定義される楕円形に限らず、楕円形に近い形状、たとえば長円形も含む。以下同じ)である。そして、補強部(7)の補強壁(8)は、楕円形筒状部(5)の長径上および短径上に位置しており、長径上に位置する補強壁(8)の幅が短径上に位置する補強壁(8)の幅よりも大きくなっているとともに、第1および第2管構成部分(4A)(4B)の形状が、筒状部(5)が横断面楕円形であることにより、筒状部(5)が横断面円形の場合と異なっている。その他の構成は実施形態1の金属筒状体(1)と同じである。
【0063】
上記実施形態2〜4において、金属筒状体(10)(15)(25)を構成するポートホール押出管(2)(16)は、たとえばJIS A2000系合金、JIS A5000系合金、JIS A6000系合金およびJIS A7000系合金のうちのいずれかにより形成されている。
【0064】
なお、図示は省略したが、実施形態2の金属筒状体(10)における筒状部(5)の横断面形状を楕円形に変えてもよい。この場合も、補強部(7)の補強壁(8)の幅と、第1および第2管構成部分(4A)(4B)の形状が、筒状部(5)が横断面楕円形であることにより、筒状部(5)が横断面円形の場合と異なったものになる。さらに、実施形態3の金属筒状体(15)における筒状部(5)および内筒状部(20)の横断面形状を楕円形に変えてもよい。この場合も、補強部(17)の補強壁(21)の幅と、第1および第2管構成部分(22A)(22B)の形状が、筒状部(5)および内筒状部(20)が横断面楕円形であることにより、筒状部(5)および内筒状部(20)が横断面円形の場合と異なったものになる。さらに、金属筒状体の横断面形状は、これらのものに限定されない。
【0065】
上記実施形態1〜4の金属筒状体(1)(10)(15)(25)は、燃料水素ガスボンベ、燃料電池、および燃料水素ガスボンベから燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えている燃料電池システムにおいて、圧力配管として用いられる。このような燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載されたり、あるいはしコージェネレーションシステムに使用される。
【0066】
また、金属筒状体(1)(10)(15)(25)は、天然ガスボンベおよび天然ガスボンベから天然ガスを送り出す圧力配管を備えている天然ガス供給システムと、発電機と、発電機駆動装置を備えているコージェネレーションシステムにおいて、天然ガスボンベから発電機駆動装置に天然ガスを送る圧力配管として用いられる。
【0067】
また、金属筒状体(1)(10)(15)(25)は、天然ガスボンベおよび天然ガスボンベから天然ガスを送り出す圧力配管を備えている天然ガス供給システムと、天然ガスを燃料とするエンジンとを備えている天然ガス自動車において、天然ガスボンベからエンジンに天然ガスを送る圧力配管として用いられる。
【0068】
さらに、金属筒状体(1)(10)(15)(25)は、酸素ガスボンベおよび酸素ガスボンベから酸素ガスを送り出す圧力配管を備えている酸素ガス供給システムにおいて、圧力配管として用いられる。
【0069】
但し、この発明による金属筒状体の用途は、上記のような圧力配管に限定されない。
【0070】
実施形態5
この実施形態は図5〜図8に示すものである。
【0071】
図5はこの実施形態のガスボンベ用ライナを示し、図6はガスボンベ用ライナを利用した高圧水素タンクを示す。また、図7および図8はガスボンベ用ライナの製造方法を示す。
【0072】
図5において、ガスボンベ用ライナ(30)は、上記実施形態1の金属筒状体(1)からなる胴(31)と、胴(31)の両端部に接合されかつ胴(31)の両端開口、すなわち金属筒状体(1)の空間(6)の両端開口を閉鎖するアルミニウム製鏡板(32)(33)とよりなる。
【0073】
両鏡板(32)(33)は、それぞれ切削加工または鍛造により形成されたものであり、一方の鏡板(32)には口金取付部(32a)が一体に形成されている。両鏡板(32)(33)は、それぞれたとえばJIS A2000系合金、JIS A5000系合金、JIS A6000系合金およびJIS A7000系合金のうちのいずれかにより形成形成されている。
【0074】
ここで、胴(31)を構成する金属筒状体(1)と両鏡板(32)(33)は、すべてのものが同じ材料で形成されていてもよいし、あるいはこれら3つのうち少なくとも2つのものが異なる材料で形成されていてもよい。
【0075】
胴(31)と両鏡板(32)(33)とは、適当な方法により金属的に接合されている。ここでは、胴(31)と両鏡板(32)(33)とは、両者の突き合わせ部において、全周にわたって摩擦攪拌接合されている。接合部のビードを(34)で示す。
【0076】
図6に示すように、ガスボンベ用ライナ(30)は、周囲の全体が、たとえばカーボン繊維強化樹脂などからなる繊維強化樹脂層(35)で覆われ、高圧ガスボンベ(36)として用いられる。
【0077】
以下、図7および図8を参照して、ガスボンベ用ライナ(30)の製造方法について説明する。
【0078】
まず、ポートホール押出機(図示略)により、金属筒状体(1)を押出成形する。また、口金取付部(32a)を有する鏡板(32)と、口金取付部を有さない鏡板(33)を、鍛造または切削加工によって形成する。さらに、先端部にテーパ部を介して小径部(41a)が同軸上に一体に形成された円柱状回転子(41)と、回転子(41)の小径部(41a)の端面に小径部(41a)と同軸上に一体に形成されかつ小径部(41a)よりも小径であるピン状プローブ(42)とを備えている摩擦攪拌接合用工具(40)を用意する(図7参照)。回転子(41)およびプローブ(42)は、円筒状胴(31)および鏡板(32)(33)よりも硬質でかつ接合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱性を有する材料で形成されている。
【0079】
ついで、金属筒状体(1)の筒状部(5)の一端面に一方の鏡板(32)の端面を突き合わせる。筒状部(5)の端面および鏡板(32)の端面はいずれも平坦面であり、突き合わせ部において、両端面が面接触するように突き合わされる。また、筒状部(5)および鏡板(32)の突き合わせ部の肉厚は等しくなっている。ついで、摩擦攪拌接合用工具(40)を回転させながら、筒状部(5)と鏡板(32)との突き合わせ部における周方向の1個所にプローブ(42)を埋入するとともに、工具(40)における小径部(41a)とプローブ(42)との間の肩部を、筒状部(5)および鏡板(32)に押し付ける。このとき、埋入したプローブ(42)の先端と筒状部(5)の内周面との距離を、0.1mm以上でかつ筒状部(5)の肉厚の1/2以下とすることが好ましい。この距離が0.1mm未満であると、後述するプローブ(42)による摩擦攪拌接合の際に筒状部(5)の内周面に周方向に伸びるV溝が形成され、十分な耐圧性が得られなくなるおそれがある。また、筒状部(5)の肉厚の1/2を越えると、筒状部(5)および鏡板(32)の厚さ方向の全体のうち接合される部分の厚さが薄くなり、やはり十分な耐圧性が得られなくなるおそれがある。また、上記肩部の押し付けにより、接合開始時および接合途中に生じることのある軟化部の肉の飛散を防止して良好な接合状態を得ることができるとともに、筒状部(5)および鏡板(32)と上記肩部との摺動によって摩擦熱をさらに発生させてプローブ(42)と筒状部(5)および鏡板(32)との接触部およびその近傍の軟化を促進することができ、しかも接合部の表面へのバリ等の凹凸の発生を防止することができる。
【0080】
ついで、胴(31)および鏡板(32)と摩擦攪拌接合用工具(40)とを相対的に移動させることによって、プローブ(42)を上記突き合わせ部の周方向に移動させる。すると、プローブ(42)の回転により発生する摩擦熱と、筒状部(5)および鏡板(32)と上記肩部との摺動により発生する摩擦熱とによって、上記突き合わせ部の近傍において筒状部(5)および鏡板(32)の母材となる金属は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(42)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(42)通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化するという現象が、プローブ(42)の移動に伴って繰り返されることにより、筒状部(5)と鏡板(32)とが接合されていく。そして、プローブ(42)が上記突き合わせ部の全周にわたって移動して埋入位置に戻ったときに筒状部(5)と鏡板(32)とが全周にわたって接合される。このとき、ビード(34)が形成される。
【0081】
ついで、プローブ(42)が埋入位置に戻った後、あるいは埋入位置を通過した後に、筒状部(5)および鏡板(32)の突き合わせ部に配置した当て部材までプローブ(42)を移動させ、ここでプローブ(42)を引き抜く。また、他方の鏡板(33)も、上記と同様にして筒状部(5)に接合する。こうして、ガスボンベ用ライナ(30)が製造される。
【0082】
ガスボンベ用ライナ(30)を用いての高圧水素ガスボンベ(36)の製造は、ガスボンベ用ライナ(30)の周囲の全体を繊維強化樹脂層(35)で覆うことによって行われる。
【0083】
実施形態6
この実施形態は図9および図10に示すものである。
【0084】
図9において、この実施形態のガスボンベ用ライナ(50)の場合、上記実施形態5における胴(31)を構成する金属筒状体(1)の筒状部(5)の両端部が切除されることにより胴(51)が形成されており、補強部(7)の両端部は筒状部(5)の両端よりも外方に突出している。そして、両鏡板(32)(33)は補強部(7)の両端突出部(7a)に嵌め被せられた状態で金属筒状体(1)に接合されている。その他の構成は上記実施形態5のガスボンベ用ライナ(30)と同じである。
【0085】
ガスボンベ用ライナ(50)は、周囲の全体が、たとえばカーボン繊維強化樹脂などからなる繊維強化樹脂層で覆われ、高圧ガスボンベとして用いられる。
【0086】
ガスボンベ用ライナ(50)は、図10に示す方法で製造される。すなわち、金属筒状体(1)の筒状部(5)の両端部を所定長さにわたって切除し、補強部(7)の両端部を外方に突出させて胴(51)を製造する。ついで、両鏡板(32)(33)を、補強部(7)の両端突出部(7a)に嵌め被せる。その後は、実施形態5の場合と同じ方法により、胴(51)の両端部に鏡板(32)(33)を摩擦攪拌接合する。こうして、ガスボンベ用ライナ(50)が製造される。
【0087】
なお、上記実施形態5および6においては、金属筒状体(1)および鏡板(32)(33)は摩擦攪拌接合されているが、これに限定されるものではなく、その他の適宜な方法、たとえば溶融溶接などの一般的な溶接法により接合されていてもよい。
【0088】
実施形態7
この実施形態は図11〜図13に示すものである。
【0089】
図11において、ガスボンベ用ライナ(60)は、両端が開口した円筒状胴(61)と、胴(61)の両端部に接合されかつ胴(61)の両端開口を閉鎖するアルミニウム製鏡板(32)(33)とよりなる。
【0090】
胴(61)は、両端が開口した横断面円形の筒状であるアルミニウム製胴本体(62)内に、実施形態1の金属筒状体(1)が、その両端部が胴本体(62)の両端よりも外方に突出するように嵌め入れられたものである。金属筒状体(1)における胴本体(62)からの外方突出部を(1a)で示す。
【0091】
胴本体(62)は、短筒状ブランクをフローフォーミングにより軸方向にしごき加工して形成された管や、マンドレル押出管などの継ぎ目無し管からなることがある。また、胴本体(62)は、全長にわたる複数の溶着部により複数の構成部分が互いに溶着されているポートホール押出管や、電縫管などの継ぎ目有り管からなることがある。胴本体(62)は、たとえばJIS A2000系合金、JIS A5000系合金、JIS A6000系合金およびJIS A7000系合金のうちのいずれかにより形成される。
【0092】
ここで、胴本体(62)が継ぎ目有り管からなる場合、金属筒状体(1)の第1溶着部(3A)と胴本体(62)の継ぎ目とは、耐圧性を考慮して周方向にずらされていることが好ましい。
【0093】
両鏡板(32)(33)は、それぞれ金属筒状体(1)の外方突出部(1a)に嵌め被せられて胴本体(62)に当接させられ、胴本体(62)と両鏡板(32)(33)との当接部分において、胴本体(62)、金属筒状体(1)および両鏡板(32)(33)が摩擦攪拌接合されている。接合部のビードを(63)で示す。
【0094】
胴本体(62)、金属筒状体(1)および両鏡板(32)(33)は、すべてが同一のアルミニウム材料からなることがあり、また、胴本体(62)、金属筒状体(1)および両鏡板(32)(33)のうちの少なくとも2つが異なるアルミニウム材料からなることがある。
【0095】
ガスボンベ用ライナ(60)は、周囲の全体が、たとえばカーボン繊維強化樹脂などからなる繊維強化樹脂層で覆われ、高圧ガスボンベとして用いられる。
【0096】
以下、図12および図13を参照して、ガスボンベ用ライナ(60)の製造方法について説明する。
【0097】
まず、両端が開口した筒状胴本体(62)と、胴本体(62)の内周面に密接しうる筒状部(5)を有する胴本体(62)よりも長い金属筒状体(1)と、金属筒状体(1)の端部に嵌め被せうる2つの鏡板(32)(33)とを用意する。一方の鏡板(32)には口金取付部(32a)を形成しておく。
【0098】
ついで、金属筒状体(1)を冷却して収縮させた状態で、その両端部が胴本体(62)の両端よりも外方に突出するように胴本体(62)内に嵌め入れ(図12参照)、両鏡板(32)(33)をそれぞれ金属筒状体(1)の外方突出部(1a)に嵌め被せて胴本体(62)の両端面に両鏡板(32)(33)の端面を当接させる。金属筒状体(1)の温度が上昇して元の状態に膨張すると、金属筒状体(1)と、胴本体(62)および両鏡板(32)(33)とが仮止めされる。
【0099】
ついで、摩擦攪拌接合用工具(40)を回転させながら、胴本体(62)と一方の鏡板(32)との突き合わせ部における周方向の1個所に、プローブ(42)を、その先端部が金属筒状体(1)の筒状部(5)に至るまで埋入する。このとき、工具(40)における小径部(41a)とプローブ(42)との間の肩部を、胴本体(62)および鏡板(32)に押し付ける(図13参照)。
【0100】
ついで、胴本体(62)、金属筒状体(1)および鏡板(32)と摩擦攪拌接合用工具(40)とを相対的に移動させることによって、プローブ(42)を上記突き合わせ部の周方向に移動させる。すると、プローブ(42)の回転により発生する摩擦熱と、胴本体(62)および鏡板(32)と上記肩部との摺動により発生する摩擦熱とによって、上記突き合わせ部の近傍(図13に鎖線Aで示す部分)において胴本体(62)、金属筒状体(1)の筒状部(5)および鏡板(32)は軟化するとともに、この軟化部がプローブ(42)の回転力を受けて攪拌混合され、さらにこの軟化部がプローブ(42)通過溝を埋めるように塑性流動した後、摩擦熱を急速に失って冷却固化するという現象が、プローブ(42)の移動に伴って繰り返されることにより、胴本体(62)と金属筒状体(1)の筒状部(5)と鏡板(32)とが接合されていく。そして、プローブ(42)が上記突き合わせ部の全周にわたって移動して埋入位置に戻ったときに胴本体(62)と金属筒状体(1)の筒状部(5)と鏡板(32)とが全周にわたって接合される。
【0101】
ついで、プローブ(42)が埋入位置に戻った後、あるいは埋入位置を通過した後に、上記突き合わせ部に配置した当て部材までプローブ(42)を移動させ、ここでプローブ(42)を引き抜く。また、他方の鏡板(33)も、上記と同様にして胴本体(62)および金属筒状体(1)の筒状部(5)に摩擦攪拌接合する。こうして、ガスボンベ用ライナ(60)が製造される。
【0102】
上述した摩擦攪拌接合の際に、金属筒状体(1)の働きにより、胴本体(62)および両鏡板(32)(33)の内側への変形が防止される。
【0103】
実施形態8
この実施形態は図14に示すものである。
【0104】
図14において、この実施形態のガスボンベ用ライナ(70)の場合、両端が開口した円筒状胴(61)と、胴(61)の一端部に接合されかつ胴(61)の一端開口を閉鎖するアルミニウム製鏡板(32)と、胴(61)を構成する胴本体(71)の他端に一体に形成されかつ胴(61)の他端開口を閉鎖する鏡板部(72)とよりなる。鏡板部(72)内へは金属筒状体(1)は入り込んでいない。胴本体(71)は、カップ状ブランクにしごき加工を施すことにより形成されている。その他の構成は実施形態7のガスボンベ用ライナ(60)と同様である。胴本体(71)、金属筒状体(1)および鏡板(33)を形成する材料についても、実施形態7のガスボンベ用ライナ(60)と同様である。
【0105】
ガスボンベ用ライナ(70)は、周囲の全体が、たとえばカーボン繊維強化樹脂などからなる繊維強化樹脂層で覆われ、高圧ガスボンベとして用いられる。
【0106】
ガスボンベ用ライナ(70)は、以下に述べる方法で製造される。
【0107】
まず、カップ状ブランクにしごき加工を施すことにより、端部に鏡板部(72)が一体に形成された胴本体(71)をつくる。また、胴本体(71)の内周面に密接しうる筒状部(5)を有する胴本体(71)よりも長い金属筒状体(1)と、金属筒状体(1)の端部に嵌め被せうる1つの鏡板(32)とを用意する。
【0108】
ついで、金属筒状体(1)を冷却して収縮させた状態で、その一端部が胴本体(71)の開口端よりも外方に突出するように、鏡板部(72)が形成されていない側の開口から胴本体(71)内に嵌め入れ、鏡板(32)を金属筒状体(1)の外方突出部(1a)に嵌め被せて胴本体(71)の端面に鏡板(32)の端面を当接させる。金属筒状体(1)の温度が上昇して元の状態に膨張すると、金属筒状体(1)と、胴本体(71)および鏡板(32)とが仮止めされる。
【0109】
その後、実施形態7の場合と同様にして、胴本体(71)、金属筒状体(1)および鏡板(32)を摩擦攪拌接合する。こうして、ガスボンベ用ライナ(70)が製造される。
【0110】
上述した摩擦攪拌接合の際に、金属筒状体(1)の働きにより、胴本体(71)および鏡板(32)の内側への変形が防止される。
【0111】
実施形態9
この実施形態は図15に示すものである。
【0112】
図15において、この実施形態のガスボンベ用ライナ(80)の場合、胴(61)を構成する胴本体(81)の一端に口金取付部(82a)を有する鏡板部(82)が一体に形成され、これにより胴(61)の一端開口は閉鎖されている。鏡板部(82)内へは金属筒状体(1)は入り込んでいない。その他の構成は実施形態7のガスボンベ用ライナ(60)と同様である。胴本体(81)、金属筒状体(1)および鏡板(33)を形成する材料についても、実施形態7のガスボンベ用ライナ(60)と同様である。
【0113】
ガスボンベ用ライナ(80)は、周囲の全体が、たとえばカーボン繊維強化樹脂などからなる繊維強化樹脂層で覆われ、高圧ガスボンベとして用いられる。
【0114】
ガスボンベ用ライナ(80)は、以下に述べる方法で製造される。
【0115】
短筒状ブランクをフローフォーミングにより軸方向にしごき加工して形成された管や、マンドレル押出管などの継ぎ目無し管の一端部にスピニング加工、プレス加工、あるいは鍛造により口金取付部(82a)を有する鏡板部(82)を一体に形成することにより胴本体(81)をつくる。
【0116】
そして、鏡板部(82)が形成されていない側の開口から胴本体(81)内に金属筒状体(1)を嵌め入れることを除いては、実施形態8の場合と同様にしてガスボンベ用ライナ(80)が製造される。
【0117】
上記実施形態6〜9のガスボンベ用ライナ(50)(60)(70)(80)を用いての高圧水素ガスボンベの製造は、ガスボンベ用ライナ(50)(60)(70)(80)の周囲の全体を繊維強化樹脂層で覆うことによって行われる。
【0118】
なお、上記実施形態7〜9においては、胴本体(62)(71)(81)、金属筒状体(1)および鏡板(32)(33)は摩擦攪拌接合されているが、これに限定されるものではなく、その他の適宜な方法、たとえば溶融溶接などの一般的な溶接法により接合されていてもよい。
【0119】
上記実施形態5〜9のガスボンベ用ライナ(30)(50)(60)(70)(80)を有する高圧ガスボンベは、燃料水素ガスボンベ、燃料電池、および燃料水素ガスボンベから燃料電池に燃料水素ガスを送る圧力配管を備えた燃料電池システムにおける燃料水素ガスボンベとして用いられる。燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載される。また、燃料電池システムはコージェネレーションシステムにも用いられる。
【0120】
また、高圧ガスボンベは、天然ガスボンベおよび天然ガスボンベから天然ガスを送り出す圧力配管を備えた天然ガス供給システムにおける天然ガスボンベとして用いられる。天然ガス供給システムは、発電機および発電機駆動装置とともにコージェネレーションシステムに用いられる。また、天然ガス供給システムは、天然ガスを燃料とするエンジンを備えている天然ガス自動車に用いられる。
【0121】
さらに、高圧ガスボンベは、酸素ガスボンベおよび酸素ガスボンベから酸素ガスを送り出す圧力配管を備えた酸素ガス供給システムにおける酸素ガスボンベとして用いられる。
【0122】
上記実施形態5〜9のガスボンベ用ライナにおいて、金属筒状体(1)として、実施形態2〜4のもの、あるいは他の横断面形状のものを用いることができる。金属筒状体(1)の筒状部(5)の横断面形状が楕円形やその他の異形の場合には、その形状に合わせて鏡板や胴本体などの他の部材の形状も適宜変更される。
【0123】
【発明の効果】
上記1)〜3)の金属筒状体によれば、ポートホール押出管のすべての溶着部のうち、横断面において、一端が筒状部の外周面に露出した溶着部の他端が、補強部により仕切られた内部空間に露出しておらず、しかも筒状部内を複数の空間に仕切る補強部を有するので、金属筒状体の耐圧性が優れたものになり、たとえば高圧ガスを流す圧力配管などの耐圧管に用いたとしても、溶着部での破壊が防止される。また、ポートホール押出管からなるので、偏肉が生じることはなく、しかも長尺、大型化を図ることができる。さらに、補強部を有する複雑な横断面形状のものを簡単に得ることができる。
【0124】
上記4)の金属筒状体によれば、耐圧性が一層向上する。
【0125】
上記12)のガスボンベ用ライナによれば、胴の耐圧性が優れたものになり、溶着部での破壊が防止される。また、胴がポートホール押出管よりなるので、偏肉が生じることはなく、しかも長尺、大型化を図ることができる。さらに、複雑な横断面形状のものを簡単に得ることができる。
【0126】
上記13)のガスボンベ用ライナによれば、金属筒状体の筒状部および鏡板が補強部により内側から支えられるので、接合時の作業性が向上し、しかも摩擦攪拌接合による接合時には、筒状部および鏡板の内側への変形が防止される。
【0127】
上記14)のガスボンベ用ライナによれば、胴を構成する金属筒状体と鏡板とが摩擦攪拌接合されているので、比較的簡単かつ確実にこれらを外側から接合することができる。また、摩擦攪拌接合部は軟化することがないので、高圧ガスを封入した際にも接合部の破壊が防止される。また、接合部の組織が微細化されるので、たとえば水素ガスボンベに用いた場合にも水素脆化が抑制される。さらに、ガスボンベ用ライナの内面に溶融スパッタやヒュームが残留することはないので、自動車、住宅、輸送機械等において、水素ガスや天然ガスを燃料とする発電システムに損傷を与えることが防止される。
【0128】
上記15)および16)のガスボンベ用ライナの製造方法によれば、上記13)および14)のガスボンベ用ライナを比較的簡単に製造することができる。また、金属筒状体の筒状部および鏡板が補強部により内側から支えられるので、接合時の作業性が向上し、しかも摩擦攪拌接合による接合時には、筒状部および鏡板の内側への変形が防止される。
【0129】
上記17)および18)のガスボンベ用ライナによれば、胴は、胴本体および金属筒状体の筒状部との2重構造であり、しかも筒状部にその内部を複数の空間に仕切る複数の補強部が一体に形成されているので、従来のガスボンベ用ライナに比べて耐圧性が向上する。また、胴本体と鏡板との当接部分において、胴本体、金属筒状体および鏡板が接合されているので、接合部の耐圧性も十分なものになる。さらに、鏡板が金属筒状体における胴本体から突出した外方突出部に嵌め被せられて、胴本体および補強部材に接合されているので、接合作業時の作業性が向上する。
【0130】
上記19)のガスボンベ用ライナによれば、胴本体、金属筒状体および鏡板とが摩擦攪拌接合されているので、比較的簡単かつ確実にこれらを外側から接合することができる。また、摩擦攪拌接合部は軟化することがないので、高圧ガスを封入した際にも接合部の破壊が防止される。また、接合部の組織が微細化されるので、たとえば水素ガスボンベに用いた場合にも水素脆化が抑制される。さらに、ガスボンベ用ライナの内面に溶融スパッタやヒュームが残留することはないので、自動車、住宅、輸送機械等において、水素ガスや天然ガスを燃料とする発電システムに損傷を与えることが防止される。さらに、接合作業時には、胴本体および鏡板が金属筒状体により内側から支持されるので、胴本体および鏡板の変形が防止される。
上記21)のガスボンベ用ライナによれば、金属筒状体の位置決めを確実に行うことができるとともに、金属筒状体と胴本体との密着性を高めて耐圧性を向上させることができる。金属筒状体と胴本体との間に隙間があれば、金属筒状体は、内圧が高まった場合に膨らむとともに低くなった場合に収縮し、このような脈動を繰り返すことにより、疲労破壊を起こすおそれがある。
【0131】
上記24)および25)のガスボンベ用ライナの製造方法によれば、上記17)および18)のガスボンベ用ライナを比較的簡単に製造することができる。
【0132】
上記26)のガスボンベ用ライナの製造方法によれば、上記21)のガスボンベ用ライナと同様な効果を奏する。
【0133】
上記27)のガスボンベ用ライナの製造方法によれば、胴本体、金属筒状体および鏡板を、外側から比較的簡単かつ確実に接合することができる。また、摩擦攪拌接合部は軟化することがないので、高圧ガスを封入した際にも接合部の破壊が防止される。また、接合部の組織が微細化されるので、たとえば水素ガスボンベに用いた場合にも水素脆化が抑制される。さらに、ガスボンベ用ライナの内面に溶融スパッタやヒュームが残留することはないので、自動車、住宅、輸送機械等において、水素ガスや天然ガスを燃料とする発電システムに損傷を与えることが防止される。さらに、接合作業時には、胴本体および鏡板が金属筒状体により内側から支持されるので、胴本体および鏡板の変形が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態1の金属筒状体を示す横断面図である。
【図2】この発明の実施形態2の金属筒状体を示す横断面図である。
【図3】この発明の実施形態3の金属筒状体を示す横断面図である。
【図4】この発明の実施形態4の金属筒状体を示す横断面図である。
【図5】この発明の実施形態5のガスボンベ用ライナを示す斜視図である。
【図6】図5のガスボンベ用ライナを用いた高圧ガスボンベを示す縦断面図である。
【図7】図5のガスボンベ用ライナを製造する方法を示す斜視図である。
【図8】図5のガスボンベ用ライナを製造する方法を示す部分拡大縦断面図である。
【図9】この発明の実施形態6のガスボンベ用ライナを示す斜視図である。
【図10】図9のガスボンベ用ライナを製造する方法を示す斜視図である。
【図11】この発明の実施形態7のガスボンベ用ライナを示す斜視図である。
【図12】図11のガスボンベ用ライナを製造する方法を示す斜視図である。
【図13】図11のガスボンベ用ライナを製造する方法を示す部分拡大縦断面図である。
【図14】この発明の実施形態8のガスボンベ用ライナを示す斜視図である。
【図15】この発明の実施形態9のガスボンベ用ライナを示す斜視図である。
【符号の説明】
(1)(10)(15)(25):金属筒状体
(1a):外方突出部
(3A)(23A):第1溶着部
(3B)(23B):第2溶着部
(3C)(23C):第3溶着部
(4A)(22A):第1管構成部分
(4B)(22B):第2管構成部分
(5):筒状部
(6)(18)(19):空間
(7)(17):補強部
(7a):外方突出部
(8)(21):補強壁
(20):内筒状部
(30)(50)(60)(70)(80):ガスボンベ用ライナ
(31)(61):胴
(32)(33):鏡板
(40):摩擦攪拌接合用工具
(42):プローブ
(62)(71)(81):胴本体
(72)(82):鏡板部
(82a):口金取付部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-pressure pipe through which high-pressure fuel hydrogen gas, natural gas, or high-pressure oxygen gas serving as a fuel for power generation passes in, for example, the automobile industry, the housing industry, the military industry, the aerospace industry, the medical industry, and the like. Metal cylinder used as a gas cylinder for storing hydrogen gas or natural gas as fuel for power generation, or as a part of a liner of a gas cylinder for storing oxygen gas, for gas cylinders using this The present invention relates to a method for manufacturing a liner and a liner for a gas cylinder.
[0002]
In this specification, the term “aluminum” includes an aluminum alloy in addition to pure aluminum.
[0003]
[Prior art]
BACKGROUND ART As a metal cylindrical body, an electric resistance welded tube formed by rolling a metal plate into a cylindrical shape and welding a butt portion of the metal plate with high frequency is widely used because it can be made long and large in diameter.
[0004]
By the way, since the strength of the welded portion of the ERW pipe is reduced by the influence of heat, there is a possibility that fatigue failure may occur due to stress concentration in the welded portion, and pressure pipes through which high-pressure gas passes and liners for gas cylinders may be used. At present, the use of ERW pipes has not been approved for the components that constitute.
[0005]
Therefore, it has been considered to use a mandrel extruded pipe, a porthole extruded pipe, or the like as a component constituting a pressure pipe or a gas cylinder liner.
[0006]
However, there is a problem that the mandrel extruded tube tends to be uneven in thickness, and that a large-diameter and / or long one cannot be obtained. Further, there is a problem that a complicated cross-sectional shape cannot be obtained. On the other hand, the porthole extruded tube can solve such a problem, but has the following problems. That is, as is well known, the porthole extruded tube is manufactured by separating the metal material flowing from the billet at the port portion of the porthole die once and welding the separated metal material again at the chamber portion. A plurality of tube components are welded to each other by a plurality of welds over the entire length, and the welds extend through the peripheral wall of the porthole extruded pipe, and the welds have mechanical strength and elongation. Inferior properties and corrosion resistance are lower than those of the pipe components, and when used for pressure pipes or parts constituting a liner for gas cylinders, there is a risk of fracture due to stress concentration at the welded portions.
[0007]
By the way, if the welded portion of the porthole extruded pipe is modified, it can be considered that it can be used for a pressure pipe or a part constituting a liner for a gas cylinder. As a method for improving the corrosion resistance of a welded portion of a porthole extruded tube, it is known to perform various heat treatments on a billet used for extrusion (for example, see Patent Document 1).
[0008]
On the other hand, the pressure of the high-pressure gas put into the gas cylinder described above is mainly about 20 to 35 MPa. However, as a liner for this type of gas cylinder, conventionally, the body of a cup-shaped blank made of aluminum has been axially ironed by flow forming. Then, end plates are integrally provided at both ends of the cylindrical body, at least one end plate is formed by closing molding, the end plate is made thicker than the body, and provided at the center of the end plate. It is known that a plug portion is provided with a hole for mounting a base (for example, see
[0009]
Further, a liner for a gas cylinder in which end plates are joined to both ends of an extruded aluminum cylindrical body by welding is also known (for example, see
[0010]
Furthermore, an aluminum cylindrical body, a head plate for closing both end openings of the cylindrical body, and a wheel-shaped support structure member disposed so as to straddle both inside the contact portion between the body and the head plate. A gas cylinder liner in which a body, a head plate, and a support structure member are friction stir welded is described (for example, see Patent Document 3).
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-17287 (Claims)
[0012]
[Patent Document 2]
JP-A-11-104762 (
[0013]
[Patent Document 3]
JP-A-10-160097 (Claims, FIG. 1)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, a method for improving the mechanical properties of the welded portion has not yet been known, and at present, the use of the component in a pressure pipe of a porthole extruded pipe or a part constituting a liner for a gas cylinder has been delayed. . Further, the pressure of the high-pressure gas put into the gas cylinder is considered to be about 70 MPa in the future, but there is a possibility that sufficient pressure resistance cannot be obtained even with the above-mentioned conventional gas cylinder liner.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a metal tubular body that can be made long and large, can have a complicated cross-sectional shape having a reinforcing portion, and is excellent in pressure resistance. Another object of the present invention is to provide a gas cylinder liner having excellent pressure resistance using the same and a method of manufacturing the same.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following aspects to solve the above-mentioned problems.
[0017]
1) A porthole extruded pipe comprising a tubular portion having both ends opened and a reinforcing portion formed integrally with the tubular portion over the entire length and partitioning the inside of the tubular portion into a plurality of spaces having both ends opened. An extruded tube is formed by welding a plurality of tube components to each other by a plurality of welds over the entire length, and in a cross section, one end of the welded portion, one end of which is exposed to the outer peripheral surface of the tubular portion, is a reinforcing portion. A metal tubular body that is not exposed to the internal space of the tubular part partitioned by.
[0018]
2) The reinforcing portion of the porthole extruded tube includes a plurality of reinforcing walls extending inward from the inner peripheral surface of the cylindrical portion toward the center line and integrated with each other on the center line of the cylindrical portion. A first welded portion extending from a portion of the outer peripheral surface of the tubular portion corresponding to the middle portion in the thickness direction of the reinforcing wall to a middle portion in the width direction of the reinforcing wall, and a center of the tubular portion connected to the first welded portion. The metal cylindrical shape according to the above 1), having a second welded portion extending to the line, and a third welded portion extending from a connection portion between the first welded portion and the second welded portion to both side surfaces of the reinforcing wall. body.
[0019]
3) The reinforcing portion of the porthole extruded pipe is located on the inner cylindrical portion formed concentrically with the cylindrical portion, and on a plurality of surfaces extending radially from the center line of the cylindrical portion. A plurality of reinforcing walls connecting the cylindrical portion with the reinforcing portion, and a first portion extending from a portion corresponding to an intermediate portion in the thickness direction of the reinforcing wall on the outer peripheral surface of the cylindrical portion to an intermediate portion in the width direction of the reinforcing wall. A welded portion, a second welded portion connected to the first welded portion and extending to the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion, and a second welded portion extending from the connection portion between the first welded portion and the second welded portion to both side surfaces of the reinforcing wall. 3. The metal tubular body according to the above 1), wherein the metal tubular body has a welded portion of No.
[0020]
4) The metal tubular body according to 2) or 3) above, wherein the connecting walls are formed at equal angular intervals around the center line of the tubular portion.
[0021]
5) A fuel hydrogen gas cylinder, a fuel cell, and a pressure pipe for sending fuel hydrogen gas from the fuel hydrogen gas cylinder to the fuel cell, wherein the pressure pipe has a metal cylindrical shape described in any one of 1) to 4) above. Fuel cell system consisting of body.
[0022]
6) A fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system according to 5).
[0023]
7) A cogeneration system including the fuel cell system according to 5).
[0024]
8) A natural gas supply system comprising a natural gas cylinder and a pressure pipe for sending out natural gas from the natural gas cylinder, wherein the pressure pipe is formed of the metal cylinder described in any one of the above 1) to 4).
[0025]
9) A cogeneration system including the natural gas supply system described in 8) above, a generator, and a generator driving device, wherein a pressure pipe sends natural gas from the natural gas cylinder to the generator driving device.
[0026]
10) A natural gas vehicle including the natural gas supply system described in 8) above and an engine using natural gas as fuel, wherein a pressure pipe is configured to send natural gas from a natural gas cylinder to the engine.
[0027]
11) An oxygen gas supply system comprising an oxygen gas cylinder and a pressure pipe for sending out oxygen gas from the oxygen gas cylinder, wherein the pressure pipe is formed of the metal tubular body described in any one of 1) to 4) above.
[0028]
12) A liner for a gas cylinder, comprising: a body made of the metal tubular body according to any one of the above 1) to 4); and a head plate joined to both ends of the body and closing openings at both ends of the body.
[0029]
13) Both ends of the reinforcing portion of the metal cylindrical body constituting the body project outward beyond the cylindrical portion, and the end plate is joined to the cylindrical portion and the reinforcing portion in a state of being fitted over the projecting portion. The liner for a gas cylinder according to the above item 12).
[0030]
14) The gas cylinder liner according to 12) or 13) above, wherein the head plate is friction stir welded to the body.
[0031]
15) By cutting off both ends of the tubular portion of the metal tubular body according to any one of the above 1) to 4), both ends of the reinforcing portion are projected outward from the tubular portion. A method for manufacturing a liner for a gas cylinder in which a body is formed, a head plate is fitted over a protruding portion of a reinforcing portion and joined to a cylindrical portion.
[0032]
16) A head plate is abutted against the end of the cylindrical portion of the metal cylindrical body constituting the body, and a probe of a friction stir welding tool is embedded in the abutting portion between the cylindrical portion and the head plate so as to straddle both. Thereafter, the probe is moved over the entire circumference of the butted portion by relatively moving the metal tubular body and the end plate and the probe, and the cylindrical portion and the end plate are friction stir welded to each other. Liner manufacturing method.
[0033]
17) The body is formed by a body having both ends opened and a head plate joined to both ends of the body and closing the both ends of the body, and the body is provided in the cylindrical body having both ends opened. The metal cylindrical body according to any one of the above, is fitted so that both ends protrude outward from both ends of the trunk body, both end plates are respectively outwardly projecting portions of the metal cylindrical body And a liner for a gas cylinder in which a body, a metal cylindrical body, and a head plate are joined at a contact portion between the body and the head plate.
[0034]
18) A torso having both ends open, a head plate joined to one end of the torso to close one end of the torso, and a head plate formed integrally with the other end of the torso to close the other end of the torso. A metal cylindrical body according to any one of the above 1) to 4), wherein the cylindrical body is formed, and the body is closed by a mirror plate portion having one end opened and the other end integrally formed. Is fitted so that one end protrudes outward beyond one end of the trunk body, the end plate is fitted over the outward projection of the metal cylindrical body, and the contact portion between the trunk body and the end plate , A gas cylinder liner to which a body, a metal tubular body, and a head plate are joined.
[0035]
19) The liner for a gas cylinder according to the above 17) or 18), wherein the trunk body, the metal tubular body and the end plate are friction stir welded.
[0036]
20) The gas cylinder liner according to any one of the above 17) to 19), wherein the trunk body is a seamless pipe or a seamless pipe.
[0037]
21) The gas cylinder liner according to any one of the above 17) to 20), wherein the metal tubular body is cold-fitted inside the trunk body.
[0038]
22) The gas cylinder liner according to any one of the above items 17) to 21), wherein the trunk body, the metal cylindrical body, and the end plate are made of the same aluminum material.
[0039]
23) The gas cylinder liner according to any one of the above items 17) to 21), wherein at least two of the trunk main body, the metal cylindrical body, and the end plate are made of different aluminum materials.
[0040]
24) The method for manufacturing a gas cylinder liner according to the above 17), wherein the cylindrical body has both ends opened, the metal cylindrical body according to any one of the above 1) to 4), and a metal cylinder. Two end plates that can be fitted over the ends of the body are prepared, and a metal cylindrical body is fitted into the body so that both ends protrude outward from both ends of the body. A method for manufacturing a liner for a gas cylinder, which is fitted over an outwardly protruding portion of a metal tubular body and joins the body, the metallic tubular body, and the mirror plate from outside at a contact portion between the barrel main body and the mirror plate.
[0041]
25) The method for producing a gas cylinder liner according to the above item 18), wherein the cylindrical trunk body is closed at one end by an end plate portion having one end opened and the other end formed integrally. A metal tubular body according to any one of the above, and one end plate that can be fitted over an end of the metal tubular body are prepared, and the metal tubular body is provided such that one end is located outside the open end of the trunk body. The end plate is fitted over the outwardly projecting portion of the metal cylindrical body, and the body, the metal cylindrical body, and the end plate are fitted from the outside at the abutting portion between the main body and the end plate. A method for manufacturing a gas cylinder liner to be joined.
[0042]
26) The method for producing a gas cylinder liner according to the above item 24) or 25), wherein the metal tubular body is cold-fitted in the trunk body.
[0043]
27) A probe of a tool for friction stir welding is inserted into a contact portion between the body and the end plate so as to straddle both ends and reach a cylindrical portion of the metal cylindrical body. The probe is moved over the entire circumference of the contact portion by relatively moving the probe and the body and the end plate, and friction stir welding of the body, the metal tubular body and the end plate is carried out. A method for producing a gas cylinder liner according to any one of the above.
[0044]
28) A fuel hydrogen gas cylinder, a fuel cell, and a pressure pipe for sending fuel hydrogen gas from the fuel hydrogen gas cylinder to the fuel cell, wherein the fuel hydrogen gas cylinder is one of the above 12) to 14) and 17) to 23) A fuel cell system having the liner for a gas cylinder described in (1).
[0045]
29) A fuel cell vehicle equipped with the fuel cell system described in 28) above.
[0046]
30) A cogeneration system comprising the fuel cell system according to the above 28).
[0047]
31) A natural gas cylinder and a pressure pipe for sending out natural gas from the natural gas cylinder, the natural gas cylinder having the gas cylinder liner described in any of the above 12) to 14) and 17) to 23) Is a natural gas supply system.
[0048]
32) A cogeneration system comprising the natural gas supply system described in 31) above, a generator, and a generator driving device.
[0049]
33) A natural gas vehicle equipped with the natural gas supply system described in 31) above and an engine using natural gas as fuel.
[0050]
34) An oxygen gas cylinder and a pressure pipe for sending out oxygen gas from the oxygen gas cylinder, the oxygen gas cylinder having the gas cylinder liner described in any one of the above 12) to 14) and 17) to 23) Oxygen gas supply system.
[0051]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Throughout the drawings, the same portions and the same components are denoted by the same reference characters, and redundant description will be omitted.
[0052]
This embodiment is shown in FIG.
[0053]
In FIG. 1, a metal cylindrical body (1) is a porthole extruded tube (4A) (4B) in which a plurality of tube components (4A) (4B) are welded to each other by a plurality of welds (3A) (3B) (3C) over the entire length. 2), a cylindrical portion (5) having a circular cross section with both ends opened, and a plurality of cylindrical portions (5) integrally formed over the entire length and having both ends opened in the cylindrical portion (5). In this case, a reinforcement part (7) for partitioning into four spaces (6) is provided. The reinforcing portions (7) extend inward from the inner peripheral surface of the cylindrical portion (5) toward the center line and have the same number as the spaces (6) integrated with each other on the center line of the cylindrical portion (5). (8). Here, all the reinforcing walls (8) are formed at equal angular intervals around the center line of the tubular portion (5).
[0054]
The porthole extruded pipe (2) is a portion of the cylindrical portion (5) extending from the center in the thickness direction of one reinforcing wall (8) to the center in the thickness direction of the reinforcing wall (8) adjacent thereto. It extends radially inward from both side edges of the cylindrical portion (4a) and the partial cylindrical portion (4a) toward the center line of the cylindrical portion (5), and extends in the width direction (the cylindrical portion) of the reinforcing wall (8). The same number of the first wall components (4A) as the reinforcing walls (8) composed of the flat portions (4b) reaching the middle portion (in the radial direction of (5)), and the flat portions (4A) of each first wall component (4A). It comprises a first tube component (4A) composed of two flat portions (4c) connecting the ends of 4b) and the same number of substantially L-shaped second tube components (4B). These tube components (4A) and (4B) extend from a portion corresponding to the center in the thickness direction of the reinforcing wall (8) on the outer peripheral surface of the cylindrical portion (5) to an intermediate portion in the width direction of the reinforcing wall (8). , A second welded part (3B) connected to the first welded part (3A) and extending to the center line of the tubular part (5), a first welded part (3A) and a second welded part (3A). They are welded to each other by a third welded portion (3C) extending from a connection portion with the second welded portion (3B) to both side surfaces of the reinforcing wall (8). Therefore, in the cross section, one end of the first welded portion (3A) whose one end is exposed to the outer peripheral surface of the cylindrical portion (5) is exposed to the internal space (6) partitioned by the reinforcing portion (7). Not.
[0055]
The porthole extruded pipe (2) is formed of, for example, any one of JIS A2000-based alloy, JIS A5000-based alloy, JIS A6000-based alloy, and JIS A7000-based alloy.
[0056]
This embodiment is shown in FIG.
[0057]
In FIG. 2, the number of reinforcing walls (8) of the reinforcing portion (7) in the porthole extruded pipe (2) constituting the metal tubular body (10) is eight, and therefore, the second pipe component (4B) Is substantially V-shaped. Other configurations are the same as those of the metal tubular body of the first embodiment.
[0058]
Embodiment 3
This embodiment is shown in FIG.
[0059]
In FIG. 3, the reinforcing portion (17) of the porthole extruded tube (16) constituting the metal tubular body (15) has a plurality of, here five spaces (18) (19) in the tubular portion (5). An inner cylindrical portion (20) having a circular cross section formed concentrically with the cylindrical portion (5) and a plurality of surfaces extending radially from the center line of the cylindrical portion (5). It has a plurality of reinforcing walls (21) that are located and connect the tubular portion (5) and the inner tubular portion (20), here one less than the number of spaces (18) (19). All the reinforcing walls (21) are formed at equal angular intervals around the center line of the tubular portion (5).
[0060]
The porthole extruded pipe (16) is a portion extending from the center in the thickness direction of one reinforcing wall (21) in the cylindrical portion (5) to the center in the thickness direction of the reinforcing wall (21) adjacent thereto. It extends toward the center line of the tubular portion (5) from both side edges of the tubular portion (22a) and the partial tubular portion (22a), and is provided at the end of the reinforcing wall (21) on the side of the inner tubular portion (20). The same number of first pipe components (22A) as the number of reinforcing walls (21) formed of flat portions (22b) and a central portion in the thickness direction of one reinforcing wall (21) in the inner cylindrical portion (20). The inner cylindrical portion (22c) extending to the center in the thickness direction of the reinforcing wall (21) adjacent to the first inner wall portion, and the first inner cylindrical portion (22c) extends radially outward from both side edges of the first inner cylindrical portion (22c) and extends in the first direction. A first pipe component comprising a flat portion (22d) connected to two flat portions (22b) of the pipe component (22A) It is constructed from a second tube component of the same number (22B) and (22A). These tube components (22A) and (22B) extend from the portion corresponding to the center in the thickness direction of the reinforcing wall (21) on the outer peripheral surface of the cylindrical portion (5) to the inner cylindrical portion (21) of the reinforcing wall (21). 20) a first welded portion (23A) reaching the side end, a second welded portion (23B) connected to the first welded portion (23A) and extending to the inner peripheral surface of the inner tubular portion (20), They are welded to each other by a third welded portion (23C) extending from a connecting portion between the welded portion (23A) and the second welded portion (23B) to both side surfaces of the reinforcing wall (21). Therefore, in the cross section, the other end of the first welded portion (23A) whose one end is exposed to the outer peripheral surface of the cylindrical portion (5) is connected to the internal space (18) (19) partitioned by the reinforcing portion (17). Is not exposed.
[0061]
Embodiment 4
This embodiment is shown in FIG.
[0062]
In FIG. 4, the tubular portion (5) of the porthole extruded tube (2) constituting the metal tubular body (25) has an elliptical cross section (not only an elliptical shape defined mathematically, but also an elliptical shape). Shape, for example, including an oval, the same applies hereinafter). The reinforcing wall (8) of the reinforcing portion (7) is located on the major axis and the minor axis of the elliptical cylindrical portion (5), and the width of the reinforcing wall (8) located on the major axis is short. The width of the reinforcing wall (8) located on the upper side is larger than the width of the reinforcing wall (8), and the shape of the first and second pipe components (4A) (4B) is such that the cylindrical portion (5) has an elliptical cross section. This is different from the case where the cylindrical portion (5) has a circular cross section. Other configurations are the same as those of the metal tubular body (1) of the first embodiment.
[0063]
In the above-described
[0064]
Although not shown, the cross-sectional shape of the cylindrical portion (5) of the metal cylindrical body (10) of the second embodiment may be changed to an elliptical shape. Also in this case, the width of the reinforcing wall (8) of the reinforcing portion (7) and the shapes of the first and second pipe components (4A) and (4B) are such that the tubular portion (5) has an elliptical cross section. This is different from the case where the cylindrical portion (5) has a circular cross section. Further, the cross-sectional shape of the tubular portion (5) and the inner tubular portion (20) in the metal tubular body (15) of the third embodiment may be changed to an elliptical shape. Also in this case, the width of the reinforcing wall (21) of the reinforcing portion (17) and the shapes of the first and second pipe components (22A) and (22B) are different from the cylindrical portion (5) and the inner cylindrical portion (20). ) Is elliptical in cross section, so that the cylindrical portion (5) and the inner cylindrical portion (20) are different from those having a circular cross section. Further, the cross-sectional shape of the metal tubular body is not limited to these.
[0065]
The metal tubular bodies (1), (10), (15), and (25) of the first to fourth embodiments each include a fuel hydrogen gas cylinder, a fuel cell, and a pressure pipe that sends fuel hydrogen gas from the fuel hydrogen gas cylinder to the fuel cell. Used as pressure piping in some fuel cell systems. Such a fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle or used in a cogeneration system.
[0066]
The metal tubular body (1) (10) (15) (25) includes a natural gas supply system having a natural gas cylinder and a pressure pipe for sending out natural gas from the natural gas cylinder, a generator, and a generator driving device. Is used as a pressure pipe for sending natural gas from a natural gas cylinder to a generator drive.
[0067]
In addition, the metal tubular body (1) (10) (15) (25) includes a natural gas supply system having a natural gas cylinder and a pressure pipe for sending out natural gas from the natural gas cylinder, and an engine using natural gas as a fuel. Is used as a pressure pipe for sending natural gas from a natural gas cylinder to an engine.
[0068]
Further, the metal tubular bodies (1), (10), (15), and (25) are used as pressure piping in an oxygen gas supply system including an oxygen gas cylinder and a pressure pipe for sending out oxygen gas from the oxygen gas cylinder.
[0069]
However, the use of the metal tubular body according to the present invention is not limited to the above-described pressure piping.
[0070]
This embodiment is shown in FIGS.
[0071]
FIG. 5 shows a gas cylinder liner of this embodiment, and FIG. 6 shows a high-pressure hydrogen tank using the gas cylinder liner. 7 and 8 show a method of manufacturing a gas cylinder liner.
[0072]
In FIG. 5, a gas cylinder liner (30) has a body (31) made of the metal tubular body (1) of the first embodiment, and is joined to both ends of the body (31) and has both end openings of the body (31). That is, it comprises aluminum end plates (32) and (33) for closing the openings at both ends of the space (6) of the metal cylindrical body (1).
[0073]
The two end plates (32) and (33) are formed by cutting or forging, respectively, and one end plate (32) is integrally formed with a base mounting portion (32a). The two end plates (32) and (33) are formed of, for example, any one of JIS A2000-based alloy, JIS A5000-based alloy, JIS A6000-based alloy, and JIS A7000-based alloy.
[0074]
Here, the metal tubular body (1) and the two end plates (32), (33) constituting the body (31) may all be formed of the same material, or at least two of the three. One may be formed of different materials.
[0075]
The body (31) and the two end plates (32) and (33) are metallically joined by an appropriate method. Here, the body (31) and the two end plates (32) and (33) are friction stir welded over the entire circumference at the butted portion of both. The joint bead is indicated by (34).
[0076]
As shown in FIG. 6, the gas cylinder liner (30) is entirely covered with a fiber reinforced resin layer (35) made of, for example, carbon fiber reinforced resin, and is used as a high-pressure gas cylinder (36).
[0077]
Hereinafter, a method of manufacturing the gas cylinder liner (30) will be described with reference to FIGS.
[0078]
First, a metal tubular body (1) is extruded by a porthole extruder (not shown). Further, a head plate (32) having a base mounting part (32a) and a head plate (33) having no base mounting part are formed by forging or cutting. Further, a small-diameter portion (41a) is integrally formed coaxially with a small-diameter portion (41a) via a tapered portion at the tip end, and a small-diameter portion (41a) is formed on an end face of the small-diameter portion (41a) of the rotor (41). A friction stir welding tool (40) including a pin-shaped probe (42) integrally formed coaxially with 41a) and having a smaller diameter than the small-diameter portion (41a) is prepared (see FIG. 7). The rotor (41) and the probe (42) are made of a material that is harder than the cylindrical body (31) and the end plates (32) and (33) and has heat resistance that can withstand frictional heat generated during joining. .
[0079]
Next, the end face of one end plate (32) is abutted against one end face of the tubular portion (5) of the metal tubular body (1). Both the end surface of the cylindrical portion (5) and the end surface of the end plate (32) are flat surfaces, and the butting portions are butted so that both end surfaces are in surface contact. The wall thicknesses of the butted portion of the cylindrical portion (5) and the end plate (32) are equal. Next, while rotating the friction stir welding tool (40), the probe (42) is embedded in one circumferential position at the abutting portion between the tubular portion (5) and the end plate (32), and the tool (40) is inserted. ), The shoulder between the small diameter portion (41a) and the probe (42) is pressed against the cylindrical portion (5) and the end plate (32). At this time, the distance between the tip of the embedded probe (42) and the inner peripheral surface of the cylindrical portion (5) is set to 0.1 mm or more and 1 / or less of the thickness of the cylindrical portion (5). Is preferred. If this distance is less than 0.1 mm, a V-groove extending in the circumferential direction is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion (5) at the time of friction stir welding by the probe (42) described later, and sufficient pressure resistance is obtained. There is a possibility that it cannot be obtained. If the thickness exceeds half of the thickness of the cylindrical portion (5), the thickness of the portion to be joined in the entire thickness direction of the cylindrical portion (5) and the end plate (32) becomes small. Sufficient pressure resistance may not be obtained. In addition, by pressing the shoulder portion, it is possible to prevent the flesh of the softened portion which may be generated at the start of joining and during the joining to prevent scattering of the meat, to obtain a good joining state, and to obtain the tubular portion (5) and the end plate ( The friction between the probe (42) and the cylindrical portion (5) and the end plate (32) and the vicinity thereof can be accelerated by further generating frictional heat by sliding between the probe (32) and the shoulder, and Moreover, it is possible to prevent the occurrence of irregularities such as burrs on the surface of the joint.
[0080]
Next, the probe (42) is moved in the circumferential direction of the butted portion by relatively moving the barrel (31) and the end plate (32) and the friction stir welding tool (40). Then, the frictional heat generated by the rotation of the probe (42) and the frictional heat generated by the sliding between the cylindrical portion (5) and the end plate (32) and the shoulder portion cause the cylindrical shape near the butting portion. The metal serving as the base material of the part (5) and the end plate (32) is softened, and the softened part is stirred and mixed by receiving the rotational force of the probe (42). After the plastic flow to fill, the phenomenon of rapidly losing frictional heat and cooling and solidifying is repeated with the movement of the probe (42), so that the cylindrical portion (5) and the end plate (32) are joined. Will be done. Then, when the probe (42) moves over the entire periphery of the butted portion and returns to the embedding position, the cylindrical portion (5) and the end plate (32) are joined over the entire periphery. At this time, a bead (34) is formed.
[0081]
Then, after the probe (42) returns to the embedding position or passes through the embedding position, the probe (42) is moved to the contact member arranged at the abutting portion of the cylindrical portion (5) and the end plate (32). Then, the probe (42) is pulled out. Also, the other end plate (33) is joined to the tubular portion (5) in the same manner as described above. Thus, the gas cylinder liner (30) is manufactured.
[0082]
The production of the high-pressure hydrogen gas cylinder (36) using the gas cylinder liner (30) is performed by covering the entire periphery of the gas cylinder liner (30) with a fiber reinforced resin layer (35).
[0083]
This embodiment is shown in FIG. 9 and FIG.
[0084]
In FIG. 9, in the case of the gas cylinder liner (50) of this embodiment, both ends of the cylindrical portion (5) of the metal cylindrical body (1) constituting the body (31) of the fifth embodiment are cut off. Thereby, a trunk (51) is formed, and both ends of the reinforcing portion (7) protrude outward from both ends of the tubular portion (5). The two end plates (32) and (33) are joined to the metal tubular body (1) in a state of being fitted over the projecting portions (7a) at both ends of the reinforcing portion (7). Other configurations are the same as those of the gas cylinder liner (30) of the fifth embodiment.
[0085]
The gas cylinder liner (50) is entirely covered with a fiber-reinforced resin layer made of, for example, carbon fiber-reinforced resin, and is used as a high-pressure gas cylinder.
[0086]
The gas cylinder liner (50) is manufactured by the method shown in FIG. That is, both ends of the cylindrical portion (5) of the metal tubular body (1) are cut off over a predetermined length, and both ends of the reinforcing portion (7) are projected outward to manufacture the body (51). Next, both end plates (32) and (33) are fitted over the projecting portions (7a) at both ends of the reinforcing portion (7). Thereafter, the end plates (32) and (33) are friction stir welded to both ends of the body (51) in the same manner as in the fifth embodiment. Thus, the gas cylinder liner (50) is manufactured.
[0087]
In the fifth and sixth embodiments, the metal tubular body (1) and the end plates (32) and (33) are joined by friction stir welding. However, the present invention is not limited to this. For example, they may be joined by a general welding method such as fusion welding.
[0088]
This embodiment is shown in FIGS.
[0089]
In FIG. 11, a gas cylinder liner (60) has a cylindrical body (61) having both ends opened, and an aluminum end plate (32) joined to both ends of the body (61) and closing both ends of the body (61). ) (33).
[0090]
The torso (61) has an aluminum torso main body (62) having a cylindrical shape with a horizontal cross section open at both ends, and a metal cylindrical body (1) of the first embodiment, and both ends of the torso main body (62). Are fitted so as to project outward from both ends. An outwardly protruding portion of the metal tubular body (1) from the trunk main body (62) is indicated by (1a).
[0091]
The trunk body (62) may be formed of a tube formed by ironing a short cylindrical blank in the axial direction by flow forming, or a seamless tube such as a mandrel extruded tube. Further, the trunk body (62) may be formed of a porthole extruded tube in which a plurality of components are welded to each other by a plurality of welded portions over the entire length, or a seamed tube such as an electric resistance welded tube. The trunk body (62) is formed of, for example, any one of JIS A2000-based alloy, JIS A5000-based alloy, JIS A6000-based alloy, and JIS A7000-based alloy.
[0092]
Here, when the trunk main body (62) is formed of a pipe with a seam, the first welded portion (3A) of the metal tubular body (1) and the seam of the trunk main body (62) are arranged in the circumferential direction in consideration of pressure resistance. Is preferably shifted.
[0093]
The two end plates (32) and (33) are respectively fitted to the outwardly protruding portions (1a) of the metal tubular body (1) and brought into contact with the trunk main body (62). (32) At the contact portion with (33), the barrel main body (62), the metal cylindrical body (1), and both end plates (32), (33) are friction stir welded. The joint bead is indicated by (63).
[0094]
The torso body (62), the metal tubular body (1), and the two end plates (32) and (33) may be all made of the same aluminum material. ) And at least two of the end plates (32) and (33) may be made of different aluminum materials.
[0095]
The gas cylinder liner (60) is entirely covered with a fiber reinforced resin layer made of, for example, carbon fiber reinforced resin, and is used as a high-pressure gas cylinder.
[0096]
Hereinafter, a method of manufacturing the gas cylinder liner (60) will be described with reference to FIGS.
[0097]
First, a metal cylindrical body (1) longer than a cylindrical main body (62) having a cylindrical main body (62) open at both ends and a cylindrical portion (5) that can be in close contact with the inner peripheral surface of the main body (62). ) And two end plates (32) and (33) that can be fitted over the ends of the metal tubular body (1). A base mounting portion (32a) is formed on one end plate (32).
[0098]
Then, in a state where the metal tubular body (1) is cooled and contracted, the metal tubular body (1) is fitted into the body (62) so that both ends protrude outward from both ends of the body (62) (FIG. 12), the two end plates (32), (33) are respectively fitted to the outwardly protruding portions (1a) of the metal tubular body (1), and both end plates (32), (33) are provided on both end surfaces of the trunk body (62). Abut the end faces. When the temperature of the metal tubular body (1) rises and expands to its original state, the metal tubular body (1), the body (62) and the two end plates (32), (33) are temporarily fixed.
[0099]
Then, while rotating the friction stir welding tool (40), the probe (42) is placed at one circumferential position at the abutting portion between the barrel main body (62) and one of the end plates (32), and the tip thereof is made of metal. It is embedded up to the tubular portion (5) of the tubular body (1). At this time, the shoulder between the small diameter portion (41a) of the tool (40) and the probe (42) is pressed against the trunk body (62) and the end plate (32) (see FIG. 13).
[0100]
Next, the probe (42) is moved in the circumferential direction of the butted portion by relatively moving the friction stir welding tool (40) with the body (62), the metal tubular body (1) and the end plate (32). Move to Then, the frictional heat generated by the rotation of the probe (42) and the frictional heat generated by the sliding between the trunk body (62) and the end plate (32) and the shoulder portion cause the vicinity of the abutting portion (see FIG. 13). (Indicated by a chain line A), the body (62), the tubular portion (5) of the metallic tubular body (1) and the end plate (32) are softened, and the softened portion receives the rotational force of the probe (42). After the softened portion plastically flows so as to fill the groove for passing the probe (42), the phenomenon of rapidly losing frictional heat and solidifying by cooling is repeated with the movement of the probe (42). Thereby, the body (62), the tubular portion (5) of the metal tubular body (1), and the end plate (32) are joined together. When the probe (42) moves over the entire circumference of the butted portion and returns to the embedding position, the body (62), the cylindrical portion (5) of the metal cylindrical body (1), and the end plate (32). Are joined over the entire circumference.
[0101]
Next, after the probe (42) returns to the embedding position or passes through the embedding position, the probe (42) is moved to the contact member arranged at the butting portion, and the probe (42) is pulled out. Also, the other end plate (33) is friction stir welded to the barrel main body (62) and the cylindrical portion (5) of the metal cylindrical body (1) in the same manner as described above. Thus, the gas cylinder liner (60) is manufactured.
[0102]
During the above-mentioned friction stir welding, the metal tubular body (1) prevents the body (62) and the two end plates (32), (33) from being deformed inward.
[0103]
This embodiment is shown in FIG.
[0104]
In FIG. 14, in the case of the gas cylinder liner (70) of this embodiment, a cylindrical body (61) having both ends opened and joined to one end of the body (61) and one end opening of the body (61) is closed. It comprises an aluminum head plate (32) and a head plate part (72) integrally formed at the other end of the body (71) constituting the body (61) and closing the opening at the other end of the body (61). The metal tubular body (1) does not enter the end plate portion (72). The trunk body (71) is formed by ironing a cup-shaped blank. Other configurations are the same as those of the gas cylinder liner (60) of the seventh embodiment. Materials for forming the trunk body (71), the metal tubular body (1) and the end plate (33) are the same as those of the gas cylinder liner (60) of the seventh embodiment.
[0105]
The gas cylinder liner (70) is entirely covered with a fiber reinforced resin layer made of, for example, carbon fiber reinforced resin, and is used as a high-pressure gas cylinder.
[0106]
The gas cylinder liner (70) is manufactured by the method described below.
[0107]
First, by ironing a cup-shaped blank, a barrel main body (71) having an end plate portion (72) integrally formed at an end portion is produced. Also, a metal tubular body (1) longer than the barrel body (71) having a tubular portion (5) that can be in close contact with the inner peripheral surface of the barrel body (71), and an end of the metal tubular body (1). And one end plate (32) that can be fitted over the head.
[0108]
Then, a mirror plate (72) is formed such that one end of the metal tubular body (1) protrudes outward beyond the open end of the body (71) in a state where the metallic tubular body (1) is cooled and contracted. The end plate (32) is fitted into the body (71) through the opening on the side of the metal body (71), and the end plate (32) is fitted over the outwardly protruding portion (1a) of the metal tubular body (1). ) Abut the end face. When the temperature of the metal tubular body (1) rises and expands to its original state, the metal tubular body (1) is temporarily fixed to the body (71) and the end plate (32).
[0109]
Thereafter, in the same manner as in the seventh embodiment, the barrel main body (71), the metal tubular body (1) and the end plate (32) are friction stir welded. Thus, the gas cylinder liner (70) is manufactured.
[0110]
During the above-mentioned friction stir welding, the metal tubular body (1) prevents the inward deformation of the body (71) and the end plate (32).
[0111]
Embodiment 9
This embodiment is shown in FIG.
[0112]
15, in the case of the gas cylinder liner (80) of this embodiment, a head plate (82) having a mouthpiece mounting portion (82a) is integrally formed at one end of a body (81) constituting the body (61). Thereby, the one end opening of the body (61) is closed. The metal tubular body (1) does not enter the end plate portion (82). Other configurations are the same as those of the gas cylinder liner (60) of the seventh embodiment. Materials for forming the trunk body (81), the metal tubular body (1) and the end plate (33) are the same as those of the gas cylinder liner (60) of the seventh embodiment.
[0113]
The gas cylinder liner (80) is entirely covered with a fiber reinforced resin layer made of, for example, carbon fiber reinforced resin, and is used as a high-pressure gas cylinder.
[0114]
The gas cylinder liner (80) is manufactured by the method described below.
[0115]
One end of a seamless tube such as a tube formed by axially ironing a short cylindrical blank by flow forming or a seamless tube such as a mandrel extruded tube has a mouthpiece mounting portion (82a) by spinning, pressing, or forging. The body (81) is made by integrally forming the end plate (82).
[0116]
Then, except that the metal tubular body (1) is fitted into the body (81) from the opening on the side where the end plate (82) is not formed, the gas cylinder is used in the same manner as in the eighth embodiment. A liner (80) is manufactured.
[0117]
Production of a high-pressure hydrogen gas cylinder using the gas cylinder liners (50), (60), (70), and (80) of the sixth to ninth embodiments is performed around the gas cylinder liners (50), (60), (70), and (80). Is covered by a fiber reinforced resin layer.
[0118]
In the seventh to ninth embodiments, the body (62), (71), (81), the metal tubular body (1), and the end plates (32), (33) are friction stir welded. However, they may be joined by another appropriate method, for example, a general welding method such as fusion welding.
[0119]
The high-pressure gas cylinder having the gas cylinder liners (30), (50), (60), (70), and (80) according to the fifth to ninth embodiments is a fuel hydrogen gas cylinder, a fuel cell, and fuel hydrogen gas from the fuel hydrogen gas cylinder to the fuel cell. It is used as a fuel hydrogen gas cylinder in a fuel cell system provided with a pressure pipe for feeding. The fuel cell system is mounted on a fuel cell vehicle. Further, the fuel cell system is also used for a cogeneration system.
[0120]
The high-pressure gas cylinder is used as a natural gas cylinder in a natural gas supply system including a natural gas cylinder and a pressure pipe for sending out natural gas from the natural gas cylinder. The natural gas supply system is used in a cogeneration system together with a generator and a generator drive. The natural gas supply system is used for a natural gas vehicle equipped with an engine using natural gas as a fuel.
[0121]
Further, the high-pressure gas cylinder is used as an oxygen gas cylinder in an oxygen gas supply system including an oxygen gas cylinder and a pressure pipe for sending out oxygen gas from the oxygen gas cylinder.
[0122]
In the gas cylinder liners of the fifth to ninth embodiments, the metal tubular body (1) of the second to fourth embodiments or another cross-sectional shape can be used. When the cross-sectional shape of the tubular portion (5) of the metal tubular body (1) is elliptical or another irregular shape, the shapes of other members such as the end plate and the body of the body are appropriately changed according to the shape. You.
[0123]
【The invention's effect】
According to the metal tubular bodies 1) to 3), of all the welded portions of the porthole extruded pipe, in the cross section, one end of the welded portion whose one end is exposed to the outer peripheral surface of the tubular portion is reinforced. Not exposed to the internal space partitioned by the portion, and furthermore, has a reinforcing portion that partitions the inside of the tubular portion into a plurality of spaces, so that the metal tubular body has excellent pressure resistance, for example, a pressure at which a high-pressure gas flows. Even when used for a pressure-resistant pipe such as a pipe, breakage at the welded portion is prevented. In addition, since it is made of a porthole extruded tube, there is no uneven thickness, and it is possible to increase the length and size. Furthermore, a complicated cross-sectional shape having a reinforcing portion can be easily obtained.
[0124]
According to the metal cylindrical body of 4), the pressure resistance is further improved.
[0125]
According to the liner for a gas cylinder of the above item 12), the pressure resistance of the body becomes excellent, and breakage at the welded portion is prevented. Further, since the body is made of a porthole extruded tube, there is no uneven thickness, and the length and size can be increased. Furthermore, a complicated cross-sectional shape can be easily obtained.
[0126]
According to the gas cylinder liner of the above 13), since the tubular portion and the end plate of the metal tubular body are supported from the inside by the reinforcing portion, the workability at the time of joining is improved. The inward deformation of the part and the end plate is prevented.
[0127]
According to the gas cylinder liner of the above 14), since the metal tubular body and the head plate constituting the body are friction stir welded, they can be relatively easily and reliably joined from the outside. Further, since the friction stir welding portion does not soften, the breakdown of the welding portion is prevented even when high-pressure gas is sealed. In addition, since the structure of the bonding portion is refined, hydrogen embrittlement is suppressed even when the structure is used for a hydrogen gas cylinder, for example. Furthermore, since no molten spatter or fume remains on the inner surface of the gas cylinder liner, damage to a power generation system using hydrogen gas or natural gas as a fuel in an automobile, a house, a transportation machine, or the like is prevented.
[0128]
According to the method for producing a gas cylinder liner of the above 15) and 16), the gas cylinder liners of the above 13) and 14) can be produced relatively easily. In addition, since the tubular portion and the end plate of the metal tubular body are supported from the inside by the reinforcing portion, workability at the time of joining is improved, and at the time of joining by friction stir welding, deformation to the inside of the tubular portion and the end plate is prevented. Is prevented.
[0129]
According to the gas cylinder liners of the above (17) and (18), the trunk has a double structure with the trunk main body and the tubular portion of the metal tubular body, and the tubular portion partitions the interior into a plurality of spaces. Is integrally formed, the pressure resistance is improved as compared with the conventional gas cylinder liner. In addition, since the trunk body, the metal cylindrical body, and the head plate are joined at the contact portion between the trunk body and the end plate, the pressure resistance of the joint is also sufficient. Further, the end plate is fitted over the outwardly protruding portion of the metal tubular body projecting from the trunk body and is joined to the trunk body and the reinforcing member, so that workability at the time of joining work is improved.
[0130]
According to the liner for a gas cylinder of the above item 19), since the trunk main body, the metal cylindrical body and the end plate are friction stir welded, they can be relatively easily and reliably joined from the outside. Further, since the friction stir welding portion does not soften, the breakdown of the welding portion is prevented even when high-pressure gas is sealed. In addition, since the structure of the bonding portion is refined, hydrogen embrittlement is suppressed even when the structure is used for a hydrogen gas cylinder, for example. Furthermore, since no molten spatter or fume remains on the inner surface of the gas cylinder liner, damage to a power generation system using hydrogen gas or natural gas as a fuel in an automobile, a house, a transportation machine, or the like is prevented. Further, at the time of the joining operation, since the trunk main body and the end plate are supported from the inside by the metal tubular body, the deformation of the trunk main body and the end plate is prevented.
According to the gas cylinder liner of the above 21), the positioning of the metal cylindrical body can be reliably performed, and the pressure tightness can be improved by increasing the adhesion between the metal cylindrical body and the trunk main body. If there is a gap between the metal tubular body and the body, the metal tubular body expands when the internal pressure increases and contracts when the internal pressure decreases, and by repeating such pulsation, fatigue fracture occurs. May cause.
[0131]
According to the gas cylinder liner manufacturing method of the above 24) and 25), the gas cylinder liners of the above 17) and 18) can be manufactured relatively easily.
[0132]
According to the gas cylinder liner manufacturing method of the above 26), the same effects as those of the gas cylinder liner of the above 21) can be obtained.
[0133]
According to the method for manufacturing a gas cylinder liner described in 27) above, the trunk body, the metal cylindrical body, and the end plate can be relatively easily and reliably joined from the outside. Further, since the friction stir welding portion does not soften, the breakdown of the welding portion is prevented even when high-pressure gas is sealed. In addition, since the structure of the bonding portion is refined, hydrogen embrittlement is suppressed even when the structure is used for a hydrogen gas cylinder, for example. Furthermore, since no molten spatter or fume remains on the inner surface of the gas cylinder liner, damage to a power generation system using hydrogen gas or natural gas as a fuel in an automobile, a house, a transportation machine, or the like is prevented. Further, at the time of the joining operation, since the trunk main body and the end plate are supported from the inside by the metal tubular body, the deformation of the trunk main body and the end plate is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a metal tubular body according to
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a metal tubular body according to
FIG. 3 is a transverse sectional view showing a metal tubular body according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a transverse sectional view showing a metal tubular body according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a gas cylinder liner according to a fifth embodiment of the present invention.
6 is a longitudinal sectional view showing a high-pressure gas cylinder using the gas cylinder liner of FIG. 5;
FIG. 7 is a perspective view showing a method of manufacturing the gas cylinder liner of FIG.
FIG. 8 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing a method of manufacturing the gas cylinder liner of FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing a gas cylinder liner according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing a method for manufacturing the gas cylinder liner of FIG. 9;
FIG. 11 is a perspective view showing a gas cylinder liner according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a method of manufacturing the gas cylinder liner of FIG. 11;
FIG. 13 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing a method of manufacturing the gas cylinder liner of FIG.
FIG. 14 is a perspective view showing a gas cylinder liner according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view showing a gas cylinder liner according to a ninth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
(1) (10) (15) (25): Metallic cylindrical body
(1a): outward projection
(3A) (23A): First welded part
(3B) (23B): Second welded part
(3C) (23C): Third welded part
(4A) (22A): First tube component
(4B) (22B): Second pipe component
(5): tubular part
(6) (18) (19): Space
(7) (17): Reinforcing part
(7a): outward projection
(8) (21): Reinforced wall
(20): Inner cylindrical part
(30) (50) (60) (70) (80): Liner for gas cylinder
(31) (61): trunk
(32) (33): End plate
(40): Tool for friction stir welding
(42): Probe
(62) (71) (81): trunk body
(72) (82): End plate
(82a): Base mounting part
Claims (34)
両端が開口した筒状胴本体と、請求項1〜4のうちのいずれかに記載の金属筒状体と、金属筒状体の端部に嵌め被せうる2つの鏡板とを用意し、金属筒状体を、両端部が胴本体の両端よりも外方に突出するように胴本体内に嵌め入れ、両鏡板をそれぞれ金属筒状体の外方突出部に嵌め被せ、胴本体と鏡板との当接部分において、胴本体、金属筒状体および鏡板を外側から接合するガスボンベ用ライナの製造方法。A method for producing a gas cylinder liner according to claim 17,
A cylindrical barrel main body having both ends open, a metal tubular body according to any one of claims 1 to 4, and two end plates that can be fitted over end portions of the metal tubular body are prepared. The body is fitted into the body so that both ends protrude outward from both ends of the body, the two end plates are fitted over the outwardly projecting portions of the metal cylindrical body, respectively, and the A method for manufacturing a liner for a gas cylinder in which a body, a metal tubular body, and a head plate are joined from the outside at a contact portion.
一端が開口するとともに他端が一体に形成された鏡板部により閉鎖された筒状胴本体と、請求項1〜4のうちのいずれかに記載の金属筒状体と、金属筒状体の端部に嵌め被せうる1つの鏡板とを用意し、金属筒状体を、一端部が胴本体の開口端よりも外方に突出するように胴本体内に嵌め入れ、鏡板を金属筒状体の外方突出部に嵌め被せ、胴本体と鏡板との当接部分において、胴本体、金属筒状体および鏡板を外側から接合するガスボンベ用ライナの製造方法。A method for manufacturing a gas cylinder liner according to claim 18,
5. A tubular body closed at one end by an end plate part integrally formed at the other end, the metallic tubular body according to any one of claims 1 to 4, and an end of the metallic tubular body. One end plate that can be fitted over the part is prepared, and a metal tubular body is fitted into the body so that one end protrudes outward from the opening end of the body, and the end plate is attached to the metal tubular body. A method for producing a liner for a gas cylinder, wherein the liner is fitted over an outwardly protruding portion, and the body, the metal cylindrical body, and the head plate are joined from outside at a contact portion between the body and the head plate.
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