JP2003065437A

JP2003065437A - 圧力容器

Info

Publication number: JP2003065437A
Application number: JP2001256147A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Hiramatsu; 秀彦平松; Hisazumi Oshima; 大島　　久純
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】容器本体を構成するライナの外周を強化材で
補強してなる圧力容器において、容器内部の熱交換を効
率的に行うことができるようにする。【解決手段】金属等よりなるライナ１と炭素繊維等よ
りなる強化材２との間にて、ライナ１の外面に溝を形成
し、該溝を加熱および冷却を行うための冷熱媒が流れる
冷熱媒経路３として構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器本体を構成す
るライナの外周を強化材で補強してなるとともに加熱冷
却機構を備える圧力容器に関し、高圧ガス容器等に適用
される。

【０００２】

【従来の技術】圧力容器にガスを充填する際、断熱圧縮
によってガスの温度が上昇するため、効率的な充填を行
うことができない。また、容器内部に水素ガス等の吸蔵
脱離を行う吸蔵材を充填した場合には、吸蔵の際に発生
する熱を放出したり、脱離の際に必要な熱を供給する必
要がある。そのために、従来では、充填するガス自体を
冷却したり、圧力容器を外部から加熱冷却する方法を採
っていた。

【０００３】一方、プロパンガス等の圧縮ガスを充填す
る高圧ガス用の圧力容器としては、容器本体を構成する
ライナの外周を炭素繊維等の強化材で被覆し、容器全体
を補強したもの（以下、補強型圧力容器という）が知ら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、上記補
強型圧力容器において、容器に対するガス等の充填や吸
蔵、脱離を効率的に行うべく、容器を加熱冷却するため
の加熱冷却機構を備えた容器構成について検討した。そ
の結果、補強型圧力容器では、容器表面に位置する強化
材の熱伝導性が低いことから、容器表面での熱交換が困
難であった。

【０００５】また、容器内部に、水等の冷熱媒が流れる
冷熱媒管を配置し、冷熱媒との熱交換により容器内部を
加熱あるいは冷却することも考えられるが、高圧の容器
内部においては、冷熱媒管が高圧によって変形したりす
る等、その強度確保が困難であることから、好ましくな
い。

【０００６】そこで、本発明は上記問題に鑑み、容器本
体を構成するライナの外周を強化材で補強してなる圧力
容器において、容器内部の熱交換を効率的に行うことが
できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、容器本体を構成するラ
イナ（１）の外周を強化材（２）で補強してなる圧力容
器において、ライナと強化材との間にてライナの外面
に、加熱および冷却を行うための冷熱媒が流れる冷熱媒
経路（３）を形成したことを特徴とする。

【０００８】それによれば、熱伝導性の低い強化材を介
することなくライナを介して、冷熱媒経路を流れる冷熱
媒と容器内部のガス等との熱交換が行われるため、容器
内部の熱交換を効率的に行うことができる。

【０００９】ここで、請求項２に記載の発明のように、
冷熱媒経路（３）としては、ライナ（１）の外面に形成
された溝により構成されたものにできる。

【００１０】また、請求項３に記載の発明では、ライナ
（１）は、その肉厚が厚い部分と薄い部分とが存在する
ものであり、冷熱媒経路（３）は、ライナの厚肉部の外
面に設けられていることを特徴とする。

【００１１】冷媒熱経路をライナの厚肉部に設ければ、
薄肉部に設ける場合よりも容器の強度を損なうことがな
くなる。また、上記厚肉部近傍は、ライナにおけるデッ
ドスペースであり、このデッドスペースに冷媒熱経路を
設ければ、容積効率を高めることができる。

【００１２】また、請求項４に記載の発明のように、ラ
イナ（１）は、熱伝導性に優れたプラスチックもしくは
金属材料よりなるものにでき、請求項５に記載の発明の
ように、強化材（２）は、炭素繊維もしくはガラス繊維
で補強された繊維強化樹脂よりなるものにできる。

【００１３】また、請求項６に記載の発明では、ライナ
（１）の内部には、ガスを吸蔵するための吸蔵材（８）
が充填されていることを特徴とする。

【００１４】上述したように、容器内部に吸蔵材を充填
した場合には、吸蔵の際に発生する熱を放出したり、脱
離の際に必要な熱を供給する必要があるため、上記した
冷媒熱経路による熱交換効率向上の効果がより顕著に発
揮される。

【００１５】また、請求項７に記載の発明のように、ラ
イナ（１）の内部に、伝熱フィン（７）を内蔵すれば、
熱交換をより効率よく行うことができる。

【００１６】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。なお、以下の各実施形態において互
いに同様の部分には、図中、同一符号を付してある。

【００１８】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態に係る筒状の圧力容器１００の断面構成を示す図
であり、（ａ）は圧力容器１００の長手軸方向に沿った
断面図、（ｂ）は圧力容器１００の径方向に沿った断面
図である。

【００１９】図１において、１は容器本体を構成するラ
イナであり、このライナ１は、熱伝導性に優れたプラス
チック（例えば、無機粉末添加樹脂等）もしくは金属材
料（例えば、アルミニウム合金等）を用いて、押し出し
成形や絞り成形等により形成される。

【００２０】ライナ１の外周には、ライナ１の外面を被
覆するように、炭素繊維もしくはガラス繊維よりなる強
化材（繊維強化樹脂）２が取り付けられており、ライナ
１は強化材２によって補強され、高圧に耐えうる圧力容
器となっている。強化材２は、上記繊維を固く編みあげ
ることでライナ１の外周に取り付けられる。

【００２１】そして、図１（ｂ）に示すように、ライナ
１と強化材２との間にてライナ１の外面には、加熱およ
び冷却を行うための冷熱媒（例えば、水やクーラント
等）が流れる冷熱媒経路３が形成されている。本例で
は、冷熱媒経路３は、ライナ１の外面に溝を形成し、こ
の溝を強化材２にて覆うことで構成され、当該溝内を冷
熱媒が流通可能になっている。

【００２２】この溝は、例えば、ライナ１の押し出し加
工時に成形したり、ライナ１の外面に切削加工を施した
りする等により形成できる。なお、冷熱媒経路３からの
冷熱媒の漏れ防止を確実にするために、強化材（繊維強
化樹脂）２を構成する炭素繊維やガラス繊維には、必要
に応じて樹脂コーティング等による撥水処理を施しても
良い。

【００２３】ここで、本例では、図１（ｂ）に示すよう
に、筒状をなすライナ１の内面は、その径方向断面が略
円形をなし、ライナ１の外面は、その径方向断面がライ
ナ内面の径方向断面よりも四角形に近い形状をなすもの
である。この形状は、圧力容器１００を自動車等に搭載
するのに適した形状であり、そのため、ライナ外面にお
ける４つの隅部は、辺部に比べて厚肉部となっている。

【００２４】そして、図１（ｂ）に示すように、冷熱媒
経路３を構成する溝は主として、ライナ１の４つの厚肉
部（隅部）における外面に設けられ、各隅部近傍におい
てライナ１の長手軸方向に延びる折り返し形状をなして
いる。

【００２５】図１（ｂ）においてライナ外面の辺部を隔
てて４つの隅部近傍に別れて示されている溝は、図示し
ないが、例えば、筒状のライナ１の端部近傍の外面にて
隅部間をつなぐように溝を設けることにより連通してい
る。そして、ライナ１の外面に１つの連続した溝すなわ
ち冷熱媒経路３が形成された形となっている。

【００２６】また、図１（ａ）に示すように、ライナ１
の一端面側には、ライナ１の内外を連通するガス充填口
４が設けられている。このガス充填口４には、図示しな
いバルブが設けられており、このバルブを開閉させるこ
とにより、ガス充填口４を介して容器へのガスや液体の
充填あるいは放出が可能となっている。

【００２７】また、ライナ１の一端面側には、冷熱媒経
路３へ冷熱媒を導入するための冷熱媒入口５および冷熱
媒経路３から冷熱媒を導出させるための冷熱媒出口６が
設けられている。

【００２８】この圧力容器１００においては、例えば、
水素ガスやプロパンガスを充填する際に、ガス充填口４
からガスを充填すると同時に、冷熱媒入口５から冷熱媒
経路３へ冷却水を供給する。それにより、容器内部を冷
却し、充填ガスの温度上昇を防ぐことができる。

【００２９】このように、本第１実施形態によれば、ラ
イナ１と強化材２との間にてライナ１の外面に、冷熱媒
経路３を形成したことによって、熱伝導性の低い強化材
２を介することなくライナ１を介して、冷熱媒経路３を
流れる冷熱媒と容器内部のガス等との熱交換が行われる
ため、容器内部の熱交換を効率的に行うことができる。

【００３０】また、本実施形態では、ライナ１の内面が
円筒に近く、外面が角筒（図示例では四角筒）に近い形
状となっているため、ライナ１には厚肉部と薄肉部が存
在する。ここで、冷媒熱経路３を形成するための溝をラ
イナ１の厚肉部の外面に設けており、この溝を肉厚の薄
い部分に設ける場合よりも容器の強度を損なうことがな
くなる。

【００３１】また、ライナ１の厚肉部近傍は、ライナに
おけるデッドスペースである。もし、冷熱媒経路３用の
溝を肉厚の薄い部分に設けようとすると、強度確保のた
めその部分のライナの肉厚を厚くする必要がある。する
と、その分、容器の容積が小さくなる。その点、このデ
ッドスペースに冷媒熱経路３を設ければ、容積効率を高
めることができる。

【００３２】（第２実施形態）図２は、本発明の第２実
施形態に係る筒状の圧力容器２００の断面構成を示す図
であり、（ａ）は圧力容器２００の長手軸方向に沿った
断面図、（ｂ）は圧力容器２００の径方向に沿った断面
図である。

【００３３】本第２実施形態の圧力容器２００は、基本
となる構成は上記第１実施形態と同じであり、その作用
効果も同様であるが、第１実施形態と異なる特徴点は、
容器内部の熱交換をより効率よく行うための伝熱フィン
７を、ライナ１の内部に内蔵していることである。

【００３４】この伝熱フィン７は、ライナ１と同じ材料
より構成し、ライナ１を押し出し成形する際に同時に形
成することができる。図示例の伝熱フィン７は、ライナ
１の径方向からみて放射状に配置された複数の板状部材
からなり、ライナ１の内面に一体に接続されて、当該内
面を支持している。つまり、本例の伝熱フィン７は、熱
交換促進機能とともに圧力容器２００を補強する機能を
も有している。

【００３５】（第３実施形態）図３は、本発明の第３実
施形態に係る筒状の圧力容器３００の断面構成を示す図
であり、（ａ）は圧力容器３００の長手軸方向に沿った
断面図、（ｂ）は圧力容器３００の径方向に沿った断面
図である。

【００３６】本第３実施形態の圧力容器３００は、基本
となる構成は上記第２実施形態と同じであり、その作用
効果も同様であるが、第２実施形態と異なる特徴点は、
ライナ１の内部に、ガスを吸蔵するための吸蔵材８を充
填したことである。

【００３７】この吸蔵材８は、水素を吸蔵、脱離する水
素吸蔵合金やカーボンナノファイバー等の炭素繊維材料
等を用いることができる。本例では、粉末状の吸蔵材８
を用いており、この吸蔵材８の飛散を防止するための飛
散防止フィルタ９がライナ１の内部の両端に配設されて
いる。

【００３８】これら吸蔵材８および飛散防止フィルタ９
は、例えば、次のようにしてライナ１内へ配設される。
両端面が大きく開口したライナ１となる筒体に、吸蔵材
８およびフィルタ９を充填した後、当該筒体の両開口部
に蓋をして溶接等で接合する。それにより、図３（ａ）
に示す様な状態にすることが可能である。

【００３９】この圧力容器３００は、限定するものでは
ないが、例えば、水素ガスを用いた燃料電池自動車や水
素ガスエンジン等の熱機関に用いることができる。その
場合、圧力容器３００は、図４に示すように接続されて
冷熱媒を流通させることができる。

【００４０】図４において、１１は冷熱媒を冷却するこ
との可能なラジエータであり、１２は冷熱媒を加熱する
ことの可能な発動機である。発動機１２は、発電時に熱
を発生する燃料電池やエンジン等とすることができる。
これらラジエータ１１、発動機１２は、圧力容器３００
の冷熱媒経路３に対して配管１３により接続されてい
る。

【００４１】そして、配管１３に設けられたバルブ１４
を切り替えることにより、冷熱媒が冷熱媒経路３および
ラジエータ１１を循環して冷却される経路（冷却経路）
と、冷熱媒が冷熱媒経路３および発動機１２を循環して
加熱される経路（加熱経路）とに切替可能となってい
る。

【００４２】例えば、圧力容器３００へ水素ガスを充填
する（吸蔵材８へ水素ガスを吸蔵させる）ときには、冷
熱媒が上記冷却経路を循環するようにすることで、圧力
容器３００の内部を冷却する。一方、圧力容器３００か
ら水素ガスを放出する（吸蔵材８から水素ガスを脱離さ
せる）ときには、冷熱媒が上記加熱経路を循環するよう
にすることで、圧力容器３００の内部を加熱する。

【００４３】これにより、圧力容器３００に対する水素
ガスの充填、放出が良好に行われる。なお、図４に示す
接続構成は、上記第１および第２実施形態に示した圧力
容器１００、２００に対しても同様に採用することがで
きる。

【００４４】本第３実施形態によっても、上記実施形態
と同様に、冷媒熱経路３による熱交換効率向上の効果が
得られるが、本実施形態のように、容器内部に吸蔵材８
を充填し、吸蔵の際に発生する熱を放出したり脱離の際
に必要な熱を供給する必要がある場合には、より効果的
である。

【００４５】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、冷熱媒経路３は、ライナ１の外面に形成された溝に
より構成しているが、ライナと強化材との間にてライナ
の外面に冷熱媒流通可能なチューブを配置し、このチュ
ーブを冷熱媒経路としても良い。

【００４６】また、ライナ１としては、内面および外面
ともに円筒形の円筒体を成形し、その後、溝が形成され
た別部材を当該円筒体の外面に接合して一体化すること
で、上記図１（ｂ）に示す様な位置に溝が形成されたラ
イナ１を形成するようにしても良い。

【００４７】また、冷熱媒入口および冷熱媒出口は、ガ
ス充填口に隣接していなくとも良く、必要に応じ、容器
の底部や側面に設けて良い。また、圧力容器の形状も筒
状以外に、適宜任意の形状が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力容器の断面構
成を示す図である。

【図２】本発明の第２実施形態に係る圧力容器の断面構
成を示す図である。

【図３】本発明の第３実施形態に係る圧力容器の断面構
成を示す図である。

【図４】本発明の圧力容器を熱機関に適用した場合の冷
熱媒の流通経路を示す図である。

【符号の説明】

１…ライナ、２…強化材、３…冷熱媒経路、７…伝熱フ
ィン、８…吸蔵材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3E072 AA01 BA02 DB03 EA01 EA04 3J046 AA05 BA03 BD09 CA02 CA04 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器本体を構成するライナ（１）の外周
を強化材（２）で補強してなる圧力容器において、前記ライナと前記強化材との間にて前記ライナの外面に
は、加熱および冷却を行うための冷熱媒が流れる冷熱媒
経路（３）が形成されていることを特徴とする圧力容
器。
【請求項２】前記冷熱媒経路（３）は、前記ライナ
（１）の外面に形成された溝により構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】前記ライナ（１）は、その肉厚が厚い部
分と薄い部分とが存在するものであり、前記冷熱媒経路（３）は、前記ライナの厚肉部の外面に
設けられていることを特徴とする請求項１または２に記
載の圧力容器。
【請求項４】前記ライナ（１）は、熱伝導性に優れた
プラスチックもしくは金属材料よりなることを特徴とす
る請求項１または３のいずれか１つに記載の圧力容器。
【請求項５】前記強化材（２）は、炭素繊維もしくは
ガラス繊維で補強された繊維強化樹脂よりなることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力
容器。
【請求項６】前記ライナ（１）の内部には、ガスを吸
蔵するための吸蔵材（８）が充填されていることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力容
器。
【請求項７】前記ライナ（１）の内部には、伝熱フィ
ン（７）が内蔵されていることを特徴とする前記１ない
し６のいずれか１つに記載の圧力容器。