JP2006112483A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】内部に熱交換機能を有する組立品が収容されている圧力容器であって、軽量化と貯蔵ガス量の確保とを両立させることができ、組立品をコイルばねで支持する場合に比較して簡単に製造することができる圧力容器を提供する。
【解決手段】筒状の容器本体12内に、熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニット13が収容されている。容器本体12の内周面と水素吸蔵用ユニット13の外周面との間に、弾性変形可能な複数のパイプ30，31が、前記両周面と接触するとともに隣り合うパイプ30と直接押し合う状態で、かつ移動が規制された状態で収容されている。パイプ30は、その径が前記両周面の間隔Ｓより大きく形成されるとともに、弾性変形された状態で収容されている。隙間Δにはパイプ30と当接して該パイプ30を容器本体１２の周方向へ押圧付勢する役割を果たすパイプ31が１つ収容されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧力容器に係り、詳しくは内部に熱交換機能を有する組立品が収容されている圧力容器に関する。

水素エネルギーは太陽熱エネルギーと並んでクリーンエネルギーとして注目されている。水素の貯蔵、輸送の方法として、ある温度、圧力の条件のもとで水素を吸蔵して水素化物になり、必要時に別の温度、圧力の条件のもとで水素を放出する「水素吸蔵合金（以下、ＭＨという場合もある。）」といわれる金属の利用が着目されている。そして、水素の供給をＭＨを使用して行う水素エンジンや燃料電池電気自動車、あるいはＭＨが水素を吸蔵・放出するときの発熱・吸熱を利用するヒートポンプ等の研究が行われている。

そして、ＭＨを充填した圧力容器（タンク）では、ＭＨによる水素の吸蔵・放出を円滑に行うため、タンク内に熱交換器が内蔵されている。（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、熱交換器の周囲を水素吸蔵合金とともに断熱性のケースで囲み、該断熱ケースを圧力容器の内面に点状又は線状に接触する支持部材で支持した圧力容器が開示されている。

また、特許文献１には、図７に示す構成の圧力容器５１も開示されている。即ち、ステンレス鋼製の圧力容器５１内には、多数の小孔５２ａが形成された収納ケース５２が内装され、収納ケース５２内にＭＨの粉末とともに熱交換器５３が収納されている。圧力容器５１の内面と収納ケース５２の外面との間にはグラスウールのように通気性の有る断熱材５４が充填されている。熱交換器５３は熱媒体（熱媒）を流す熱媒管５５に複数のフィン５６が設けられた構造である。そして、熱媒管５５が収納ケース５２及び圧力容器５１の両端を貫通した状態で圧力容器５１に支持されることにより、収納ケース５２及びＭＨが熱媒管５５を介して圧力容器５１に支持されている。

また、水素吸蔵合金を用いた水素貯蔵容器として、水素吸蔵合金インゴット、前記インゴットを収容する容器、及び前記インゴットと前記容器内壁との間に介在する弾性体からなる水素貯蔵容器が提案されている（特許文献２参照）。この水素貯蔵容器は、水素貯蔵容器の使用設定条件下での水素化（水素吸蔵）又は脱水素化（水素放出）により前記インゴットが膨張又は収縮した場合に、前記弾性体が収縮又は膨張して前記インゴットを支持することにより、前記インゴットの形状を保持してインゴットの崩壊を防止するようにしている。そして、直方体状（縦０．８６ｃｍ、横１．７５ｃｍ、高さ４．０ｃｍ）のインゴットの６面と対応する形状の６枚の鋼シートの各片面に４本のコイルばねを設けた弾性体を用いて、インゴットの周囲と容器内壁との間に前記弾性体を配置した構成が開示されている。
特開２０００−２４９４２５号公報（明細書の段落［００１２］，［００１６］、図１，図３） 特開２００４−１１８５１号公報（明細書の段落［００３５］，［００３６］、図２）

水素エンジンや燃料電池電気自動車の燃料の供給源として水素貯蔵タンクを自動車に搭載する場合は、水素貯蔵タンクの軽量化が重要になる。圧力容器内にＭＨを充填した場合は、同じ圧力及び同じ容積における水素の貯蔵量を多くできる。しかし、ＭＨは水素吸蔵時に膨張するため、圧力容器内全部にＭＨを充填した場合は、ＭＨの膨張の圧力が圧力容器に直接加わる。従って、圧力容器を内圧及びＭＨの膨張力の両方に対向する強度とする必要があり、ＭＨの重量増加分だけでなく圧力容器の強度を高めるための重量増加分との双方の影響で、圧力容器全体の重量が重くなりすぎるという問題がある。

前記の問題を解消するため、圧力容器内に水素吸蔵合金が充填され、かつ熱交換機能を有する水素吸蔵用ユニットを、圧力容器の内面と水素吸蔵用ユニットの外面との間に空間を設けた状態で収容することが考えられる。この構成では、圧力容器の内圧を調整することで、圧力容器と水素吸蔵用ユニットとの間に貯蔵される水素量が調整され、圧力容器全体の重量当たりの水素貯蔵量を多くすることができる。

しかし、圧力容器の内面と水素吸蔵用ユニットの外面との間に空間を設けた状態で水素吸蔵用ユニットを収容すると、水素吸蔵用ユニットを片持ち状態あるいは、図７に示すように水素吸蔵用ユニットをその両端で支持する構成となる。水素吸蔵用ユニットを片持ち状態で支持する構成では、支持部に大きな力が加わるため、支持部を頑丈に製作する必要があり、水素貯蔵タンクの軽量化が難しくなる。また、水素貯蔵タンクを自動車の水素源として使用する場合は、振動の影響を考慮する必要があり、支持部をより頑丈に製作する必要があるため、軽量化がより難しくなる。

特許文献１に記載のように点状又は線状に接触する支持部で支持した場合は、ＭＨの膨張時に圧力容器に応力集中が生じる虞がある。また、図７に示す構成では、圧力容器５１の内面と収納ケース５２の外面との間に断熱材５４を充填した構成では断熱材５４はあくまで断熱を目的としており収納ケース５２の支持に関しては考慮されていない。支持機能を持たせるためにグラスウールの量を多くすると、空間に充填される水素の量が少なくなり、軽量化と水素貯蔵量の確保とを両立させるのが難しい。

また、特許文献２では、水素貯蔵容器に収容される水素吸蔵合金インゴットは、熱交換器は装備せず、大きさも最長部分で４．０ｃｍと非常に小さい。従って、水素の吸蔵あるいは放出の際の冷却や加熱は考慮しなくてもさほど問題とならず、水素吸蔵合金インゴットを支持するコイルばねの数も少なくてよい。しかし、水素自動車の燃料として水素を貯蔵する水素貯蔵タンクの場合は、水素の吸蔵あるいは放出の際の冷却や加熱を効率良く行うためには、水素貯蔵タンクに熱交換器を内蔵することが必要となる。また、水素貯蔵タンクも長さが数百ｍｍ程度で直径が２００ｍｍ程度と大きなため、コイルばねで支持するには多数のコイルばねが必要となり、組み付けに手間がかかる。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内部に熱交換機能を有する組立品が収容されている圧力容器において、軽量化と貯蔵ガス量の確保とを両立させることができ、組立品をコイルばねで支持する場合に比較して簡単に製造することができる圧力容器を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、筒状の容器本体内に、熱交換機能を有し、外形が筒状の組立品が少なくとも一端で支持された状態で収容されている圧力容器であって、前記容器本体の内周面と前記組立品の外周面との間に、弾性変形可能な複数のパイプが、隣り合うパイプと直接又は間接的に押し合う状態で、かつ移動が規制された状態で収容されており、前記複数のパイプが協働して前記組立品を保持している。

ここで「外形が筒状」とは外形を筒状の部材（例えば断面が円の円筒部材や断面が四角の筒部材）で構成されていることのみを意味するのではなく、組立品が組みあがった状態で外形が筒状の形状であればよい。例えば、同じ大きさの円盤を間隔を空けて並べることで形成される外形（円筒状）や、同じ大きさの四角の板を間隔を空けて並べることで形成される外形（四角の筒状）といった筒状の部材がない場合をも含む。また、「間接的に押し合う状態」とは、例えば、隣り合うパイプ間に配置された剛体の棒状体あるいはばねを介して互いに押し合うことを意味する。

この発明では、容器本体の内周面と前記組立品の外周面との間に、収容された複数のパイプにより組立品が保持され、圧力容器に径方向の振動が加わっても、組立品を端部で支持する支持部に大きな曲げ応力が作用するのが回避され、耐久性が向上する。また、パイプの弾性変形により、組立品の膨張・収縮の変形を吸収することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記パイプは、全てのパイプが少なくとも１つのパイプと接触する状態で収容されている。この発明では、パイプ同士が離れて配置され、その間にパイプを押圧する部材を配置する構成に比較して、組み付け（製造）が簡単になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記パイプは、その径が前記内周面と前記外周面との間隔より大きく形成されている。この発明では、パイプは、弾性変形した状態で容器本体の内周面と組立品の外周面との間に配置されるため、パイプの使用本数を少なくできるとともに、必要な弾性力を得るのに、製造時にパイプの壁の厚さを調整することで対応することが容易になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記内周面と前記外周面との間には、前記パイプと当接して該パイプを前記容器本体の周方向へ押圧付勢するばね要素が少なくとも１つ収容されている。この発明では、各パイプを横方向への移動が規制された状態で、かつ弾性変形した状態で、容器本体の内周面と、組立品の外周面との間に配置するのが、パイプだけを収容する場合に比較して簡単になる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記組立品は、水素吸蔵物質が充填された水素吸蔵用ユニットである。この発明では、圧力容器を水素貯蔵タンクとして好適に使用できる。

本発明によれば、内部に熱交換機能を有する組立品が収容されている圧力容器において、軽量化と貯蔵ガス量の確保とを両立させることができ、組立品をコイルばねで支持する場合に比較して簡単に製造することができる。

以下、本発明を圧力容器としての水素貯蔵タンク（以下、単に水素タンクと称す）に具体化した一実施形態を図１及び図２に従って説明する。図１（ａ）は水素タンクの模式断面図、図１（ｂ）は水素タンクを軸方向と垂直な平面で切断した状態の部分模式断面図、図２（ａ）は水素タンクを軸方向と垂直な平面で切断した状態の模式断面図、図２（ｂ）は作用を説明する部分模式断面図である。なお、本実施形態に限らず、水素タンクを軸方向と垂直な平面で切断した状態の模式断面図においては、水素吸蔵用ユニットの構成を省略して図示するとともに、パイプの径を水素タンクの径に比べて大きく誇張して描いている。

図１（ａ）に示すように、水素タンク１１は、筒状（この実施形態では円筒状）の容器本体１２内に、組立品としての水素吸蔵用ユニット１３が収容されている。
容器本体１２は、細長い中空状のライナ１４と、ライナ１４の外面の略全域を覆う繊維強化樹脂層１５とを備えている。ライナ１４は例えばアルミニウム合金を材質とし、水素タンク１１の気密性を確保している。ライナ１４は円筒状の胴部１４ａと、その両端に形成されたドーム部１４ｂとを備えている。ライナ１４は両端が分割式となっており、胴部１４ａの一端側（図１（ａ）における左端側）の開口部１６ａを覆う蓋部１７ａと、他端側の開口部１６ｂを覆う蓋部１７ｂとを備えており、蓋部１７ａ，１７ｂがドーム部１４ｂを構成している。蓋部１７ａには、水素吸蔵用ユニット１３が組み付けられている。

繊維強化樹脂層１５は、この実施形態では炭素繊維を強化繊維としたＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）で構成され、水素タンク１１の耐圧性（機械的強度）を確保している。繊維強化樹脂層１５は、樹脂（例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等）が含浸された炭素繊維束を、ヘリカル巻層及びフープ巻層を有するようにライナ１４に巻き付け、樹脂を熱硬化することによって形成されている。

水素吸蔵用ユニット１３は熱交換器１８を備えており、熱交換器１８は水素タンク１１の長手方向（図１（ａ）の左右方向）に延びるとともに、略Ｕ字状に折り曲げられたパイプからなり、熱媒が流通する熱媒管１９と、蓋部１７ａへの取付け部となる略円板形状のヘッダ部２０とを備えている。この実施形態では熱媒管１９は複数本設けられ、開口側端部がロウ付けや溶接等によってヘッダ部２０に固着されている。ヘッダ部２０には各熱媒管１９の上流側端部と、蓋部１７ａに形成された通路２１ａとを連通させる流路（図示せず）と、各熱媒管１９の下流側端部と、蓋部１７ａに形成された通路２１ｂとを連通させる流路（図示せず）とが形成されている。

熱媒管１９には略円板状のフィン２２がライナ１４の軸方向に沿って等間隔に複数固着されている。フィン２２の間には水素吸蔵物質としての粉末状のＭＨ（図示せず）がフィン２２と接触する状態で収容されている。フィン２２の径方向端部には全てのフィン２２を覆う状態で、ＭＨの通過を阻止し水素を透過可能な円筒状のフィルタ２３が設けられている。この実施形態では、フィルタ２３は多数の孔（図示せず）が形成された金属製の円筒で形成されている。水素吸蔵用ユニット１３はその外周面（即ち、フィルタ２３の外周面）と、ライナ１４の内周面との間に隙間Δが存在するように外径が設定されている。容器本体１２の径が２００ｍｍ程度の場合で、隙間Δの大きさ、即ち前記内周面と外周面との間隔Ｓは数ｍｍから数十ｍｍのオーダーである。この実施形態ではフィルタ２３の外周面が熱交換器１８を有する組立品としての水素吸蔵用ユニット１３の外周面となる。

蓋部１７ａはヘッダ部２０が嵌合固定される凹部２４と、開口部１６ａ、即ち胴部１４ａの端部に嵌合される嵌合部２５とを備えている。嵌合部２５は段差部２５ａを有し、その段差部２５ａにおいて胴部１４ａの端部に嵌合され、胴部１４ａの端面が段差部２５ａの端面に当接することにより、胴部１４ａの長手方向に対する蓋部１７ａの位置決めがなされるようになっている。凹部２４は円柱状に形成され、その周面と、ヘッダ部２０の周面との間にシールリング（図示せず）が介装されている。また、嵌合部２５の周面と開口部１６ａの内面との間に、ライナ１４の分割部分のシール性（気密性）を確保するためのシールリング（図示せず）が介装されている。蓋部１７ａには通路２１ａ，２１ｂが形成され、通路２１ａ，２１ｂには図示しない熱媒供給部に連通するパイプが接続され、熱媒管１９には熱媒供給部から熱媒としての水（冷水又は加熱水）が通路２１ａ，２１ｂを介して供給可能に構成されている。この実施の形態では通路２１ａが上流側、通路２１ｂが下流側となっている。

水素吸蔵用ユニット１３はヘッダ部２０（基端）が凹部２４に嵌合された状態で、蓋部１７ａに組み付けられている。そして、通路２１ａから熱媒管１９に加熱水が供給されると水素吸蔵用ユニット１３を構成するＭＨが加熱され、通路２１ａから熱媒管１９に冷水が供給されるとＭＨが冷却されるようになっている。

蓋部１７ｂも蓋部１７ａと同様に開口部１６ｂに嵌合される嵌合部２５を備え、嵌合部２５が開口部１６ｂに嵌合されている。蓋部１７ｂには水素の導入、排出用の気体通路用開口部２６が設けられ、気体通路用開口部２６にはバルブ２７が螺合されている。バルブ２７はレギュレータを内蔵するとともに、水素タンク１１の使用状態が水素放出状態と水素充填状態とに切換可能となっている。水素放出状態とは、水素タンク１１内の水素をバルブ２７を介して外部へ放出可能、かつ外部から水素タンク１１内への水素の供給が不能な状態を意味する。また、水素充填状態とは、水素タンク１１内の水素をバルブ２７を介して外部へ放出不能、かつ外部から水素タンク１１内への水素の供給が可能な状態を意味する。バルブ２７と蓋部１７ｂの端面との間にはシールリング（図示せず）が介装されている。

容器本体１２の内周面（この実施形態では胴部１４ａの内周面）と、フィルタ２３の外周面との間、即ち隙間Δに、弾性変形可能な複数のパイプ３０，３１が収容されている。パイプ３０，３１は、両蓋部１７ａ，１７ｂの端面間の距離より若干短い長さに形成されており、水素タンク１１の軸方向に沿って延びるように収容されている。図２（ａ）に示すように、複数のパイプ３０，３１は、隣り合うパイプ３０同士、あるいはパイプ３０とパイプ３１とが直接押し合う状態で、かつ移動が規制された状態で収容されており、複数のパイプ３０，３１が協働して組立品である水素吸蔵用ユニット１３を保持している。

パイプ３０，３１は、その径が前記内周面と外周面との間隔Ｓより大きく形成されるとともに、弾性変形された状態で隙間Δに収容されている。パイプ３０は全て同じ大きさに形成されている。パイプ３１はパイプ３０とは外径が異なり、実施形態では外径がパイプ３０の外径より大きく形成されている。パイプ３１は、両側のパイプ３０と当接して該パイプ３０を容器本体１２の周方向へ押圧付勢するばね要素としての役割も果たす。パイプ３０，３１は、例えば、アルミニウム（アルミニウム合金）のＡ−６０６１で形成されている。

パイプ３０，３１の収容時の変形状態は、水素タンク１１の使用条件に合わせて試験又は計算により求められ、その値を満足するように弾性変形された状態で収容されている。
次に前記のように構成された水素タンク１１の製造方法を説明する。水素タンク１１を製造する際は、周りに複数のフィン２２が固着された熱媒管１９を有し、その外周を覆うフィルタ２３に囲まれるとともに、内部にＭＨが収容された水素吸蔵用ユニット１３を用意（製造）する。次に蓋部１７ａの内面とヘッダ部２０との間にシール材が介装され、ヘッダ部２０が凹部２４に嵌合される状態で、水素吸蔵用ユニット１３を蓋部１７ａに組み付ける。次に水素吸蔵用ユニット１３を胴部１４ａに挿通するとともに蓋部１７ａを嵌合部２５において胴部１４ａの一端に固定する。この状態では水素吸蔵用ユニット１３は、フィルタ２３の周面と容器本体１２の内周面（即ち、胴部１４ａの内周面）との間に隙間Δを有する状態でライナ１４の一端（蓋部１７ａ）に片持ち状態で支持されている。また、蓋部１７ｂはまだ胴部１４ａに固定されていない。

次にパイプ３０を蓋部１７ａと反対側から隙間Δに挿入する。このとき、パイプ３０の一端側を弾性変形させて隙間Δに挿入した後、パイプ３０の他端を叩いたり、押圧したりすることにより隙間Δに押し込む。パイプ３０は１本ずつ押し込んでも、複数本まとめて押し込んでもよい。全てのパイプ３０を押し込んだ後、最後にパイプ３１を押し込む。その結果、図２（ａ），（ｂ）に示すように、各パイプ３０及びパイプ３１が、弾性変形した状態で隣り合うパイプと直接押し合い、かつ移動が規制された状態で隙間Δに収容された状態となり、複数のパイプ３０，３１が協働して水素吸蔵用ユニット１３を保持する状態となる。

次に、開口部１６ｂを覆う状態で蓋部１７ｂを胴部１４ａに固定し、分割式のライナ１４を一体化する。次に、一体化されたライナ１４をフィラメントワインディング装置（図示省略）にセットして、フィラメントワインディングを行い、ライナ１４の外面に樹脂含浸繊維束をヘリカル巻層及びフープ巻層が所定層数形成されるまで巻き付ける。フープ巻層は主にライナ１４の胴部１４ａに形成される。次に、樹脂含浸繊維束が巻き付けられたライナ１４をフィラメントワインディング装置から取り外し、加熱炉に入れて、樹脂を加熱硬化させ、繊維強化樹脂層１５を形成する。次にバリ等の除去を行った後、蓋部１７ｂの気体通路用開口部２６の雌ねじ部にバルブ２７が螺合されて水素タンク１１の製造が完了する。

次に、前記のように構成された水素タンク１１の作用を、燃料電池搭載電気自動車に使用する場合を例に説明する。
水素タンク１１は通路２１ａ，２１ｂに熱媒供給部から供給される熱媒としての水（冷水又は加熱水）が流れるパイプ（図示せず）が接続され、バルブ２７が燃料電池に繋がるパイプ（図示せず）に接続された状態で使用される。容器本体１２内には高圧状態で水素が充填されている。

バルブ２７が水素放出状態に保持された状態において燃料極で水素ガスが使用されると、バルブ２７を介して水素タンク１１から水素ガスが放出されて燃料極に供給される。水素タンク１１内から水素ガスが放出されると、ＭＨの水素吸蔵・放出反応が放出側へ移動してＭＨから水素ガスが放出される。

水素が放出された水素タンク１１に再び水素ガスを充填、即ちＭＨに水素ガスを吸蔵させる場合は、バルブ２７を水素充填状態に切り換えてバルブ２７から水素タンク１１に水素ガスを供給する。水素タンク１１内に供給された水素ガスは、ＭＨと反応して水素化物となってＭＨに吸蔵される。

水素吸蔵用ユニット１３は、熱媒管１９の開口側端部がヘッダ部２０に固着された状態でライナ１４に片持ち状態で支持されるとともに、フィルタ２３の外周面が多数のパイプ３０及び１本のパイプ３１に接触した状態で容器本体１２に保持されている。従って、水素タンク１１に振動が加わっても、水素吸蔵用ユニット１３は水素タンク１１と共に全体が振動する状態となり、パイプ３０，３１が存在しない構成と異なり、熱媒管１９の基端にのみ局所的に曲げ応力が加わる状態を回避することができ、耐久性が向上する。

パイプ３０，３１は、水素タンク１１内が高圧（数十ＭＰａ）になっても、その圧力で変形することはない。しかし、水素吸蔵用ユニット１３の膨張あるいは収縮に対応して弾性変形する。従って、隙間Δに剛体を介在させて容器本体１２の内面で水素吸蔵用ユニット１３を保持した場合と異なり、水素吸蔵用ユニット１３の膨張の力がパイプ３０，３１で吸収されて、容器本体１２に過大な力が作用することが防止される。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）水素タンク１１は、筒状の容器本体１２内に、熱交換機能を有し、外形が筒状の組立品（水素吸蔵用ユニット１３）が一端で支持された状態で収容されている。そして、容器本体１２の内周面と水素吸蔵用ユニット１３の外周面との間に、弾性変形可能な複数のパイプ３０，３１が、隣り合うパイプ３０，３１と直接押し合う状態で、かつ移動が規制された状態で収容されており、複数のパイプ３０，３１が協働して水素吸蔵用ユニット１３を保持している。従って、水素タンク１１に径方向の振動が加わっても、水素吸蔵用ユニット１３を片持ち状態で支持する熱媒管１９の端部に、即ち水素吸蔵用ユニット１３を支持する支持部の端部に大きな曲げ応力が作用するのが回避され、耐久性が向上する。また、パイプ３０，３１の弾性変形により、水素吸蔵用ユニット１３の膨張・収縮の変形を吸収することができ、容器本体１２の強度を小さくして軽量化を図ることが可能になる。その結果、燃料電池自動車や水素エンジン自動車等に搭載されて使用される燃料タンクとして好適に使用できる。また、パイプ３０，３１は、圧縮変形された状態で隙間Δに収容されているため、容器本体１２が膨張した場合でも、パイプ３０，３１による保持力が確保される。また、充実体で保持する場合に比較して、パイプ３０，３１が占める体積が小さく、容器本体１２内の水素充填に使用できる空間を大きくできる。

（２）パイプ３０，３１は、全てのパイプ３０，３１が少なくとも１つのパイプ３０，３１と接触する状態で隙間Δに収容されている。従って、パイプ３０，３１同士が離れて配置され、その間にパイプ３０，３１を押圧する部材を配置する構成に比較して、組み付け（製造）が簡単になる。また、パイプ３０の本数を増やすことができ、水素吸蔵用ユニット１３から受ける荷重がより分散されて個々のパイプ３０，３１にかかるため、各パイプ３０，３１の強度を弱くすることができる。

（３）パイプ３０，３１は、その径が容器本体１２の内周面と水素吸蔵用ユニット１３の外周面との間隔Ｓより大きく形成されるとともに、弾性変形した状態で容器本体１２の内周面と水素吸蔵用ユニット１３の外周面との間に配置されている。従って、間隔Ｓより径の細いパイプを隙間Δに相互に当接する状態で収容する場合に比較して、パイプの使用本数を少なくできるとともに、必要な強度及び弾性力を得るのに、製造時にパイプの壁の厚さを調整することで対応することが容易になる。

（４）容器本体１２の内周面と水素吸蔵用ユニット１３の外周面との間に、同じ大きさのパイプ３０のみを収容するのではなく、大きさの異なるパイプ３１を１つ収容して、そのパイプ３１に、パイプ３０と当接して該パイプ３０を容器本体１２の周方向へ押圧付勢するばね要素としての機能を持たせている。なお、各パイプ３０もばねとしても機能する。従って、各パイプ３０を横方向への移動が規制された状態で、かつ弾性変形した状態で、容器本体１２の内周面と、水素吸蔵用ユニット１３の外周面との間に配置するのが、パイプ３０だけを収容する場合に比較して簡単になる。

（５）パイプ３０，３１は、水素吸蔵用ユニット１３のほぼ全長にわたって延びる状態で配置されている。従って、短いパイプを水素吸蔵用ユニット１３の長手方向に間隔をおいて配置した場合に比較して、容器本体１２の内周面と水素吸蔵用ユニット１３の外周面と接触する面積が大きくなり、水素吸蔵用ユニット１３から受ける荷重がより分散されて個々のパイプ３０，３１にかかるため、各パイプ３０，３１の強度を弱くすることができる。また、短いパイプを水素吸蔵用ユニット１３の長手方向に間隔をおいて配置した場合に比較して、隙間Δに収容するパイプ３０，３１の本数を半分以下にすることができ、組み付けの手間が簡単になる。

（６）組立品は、水素吸蔵物質（ＭＨ）が充填された水素吸蔵用ユニット１３である。従って、圧力容器を水素貯蔵タンクとして好適に使用できる。
（７）容器本体１２を構成するライナ１４が分割式に構成され、胴部１４ａに水素吸蔵用ユニット１３を挿入可能な開口部１６ａが設けられ、開口部１６ａを覆う蓋部１７ａに水素吸蔵用ユニット１３が一体に組み付けられている。従って、水素吸蔵用ユニット１３を蓋部１７ａに固定した後、ドーム部１４ｂを構成する蓋部１７ａをライナ１４の胴部１４ａに組み付けることで、水素吸蔵用ユニット１３をライナ１４に収容した状態に組み付けることができるため、胴部１４ａ及びドーム部１４ｂが分割不能な構成に比較して組み付けが容易になる。

（８）容器本体１２はライナ１４と繊維強化樹脂層１５との二重構造のため、全体を金属で構成した場合に比較して、軽量化を図ることができる。
（９）熱交換器１８の熱媒管１９への熱媒の導入、排出が容器本体１２の一端側から行われる。従って、熱媒の供給及び排出が容器本体１２の異なる端部側となる構成に比較して、水素吸蔵用ユニット１３の保持構造が簡単になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ パイプ３０，３１は、水素吸蔵用ユニット１３のほぼ全長にわたって延びる状態で配置される必要はない。例えば、図３に示すように、水素吸蔵用ユニット１３の長手方向の複数箇所（図３では２箇所）に、前記実施形態のパイプ３０，３１の長さの１／２未満の短いパイプ３０，３１を配置してもよい。配置箇所は水素吸蔵用ユニット１３の両端寄りに限らず、端部と中間部としたり、３箇所以上としたりあるいは１箇所としたりしてもよい。この場合、パイプ３０，３１を所定位置まで押し込むのに必要な力が前記実施形態に比較して小さくてよい。

○ パイプ３１は、パイプ３０より外径の大きなものに限らない。間隔Ｓの大きさ、隙間Δの周方向の長さ及びパイプ３０の外径、パイプ３０収容時の変形状態等により、パイプ３０を収容した状態において、パイプ３１を収容するためのスペースの大きさが異なる。従って、スペースの大きさによってはパイプ３０より外径の小さなパイプ３１が使用される。パイプ３１はパイプ３０を容器本体１２の周方向の押圧力を作用させた状態で収納する役割を果たせばよく、容器本体１２の内周面と水素吸蔵用ユニット１３の外周面とに接触する必要は必ずしもない。従って、パイプ３１の外径がパイプ３０の外径より小さくても差し支えない。この場合も、水素タンク１１に径方向の振動が加わっても、水素タンク１１が良好に保持される。

○ パイプ３１の数は１本に限らず、複数本であってもよい。この場合、１本のパイプ３１でパイプ３０が互いに押し合うように配置するのに比較して、組み付け時の自由度が大きくなる。

○ パイプ３０は、各パイプ３０が相互に接触した状態で配置される構成に限らない。例えば、図４（ａ）に示すように、各パイプ３０が間隔をおいて配置されるとともに、パイプ３０の間にパイプ３０と当接して該パイプ３０を容器本体１２の周方向へ押圧付勢するばね要素３２を配置してもよい。ばね要素３２としては、例えば、コイルばねが挙げられる。この構成では、自由状態においてパイプ３０の外径が間隔Ｓの値以下で、隙間Δに収容された状態においてばね要素３２によって押圧されることにより弾性変形して容器本体１２の内周面及び水素吸蔵用ユニット１３の外周面に圧接される構成としてもよい。また、パイプ３０とばね要素３２とは互いに独立した構成、各パイプ３０の片側にばね要素３２が固着された構成、あるいは全てのパイプ３０及びばね要素３２が互いに連結された構成であってもよい。

○ 複数のパイプ３０が互いに接触した状態で隙間Δに収容される構成において、パイプ３１に代えてばね要素３２を配置してもよい。容器本体１２の内周面と水素吸蔵用ユニット１３の外周面との間には、パイプと当接してパイプを容器本体１２の周方向へ押圧付勢するばね要素３２が少なくとも１つ収容されていればよい。

○ 図４（ｂ）に示すように、複数のパイプ３０を剛体要素３３で連結してもよい。この構成では、パイプ３０の外径は隙間Δに収容される前の状態において、間隔Ｓより大きく形成されており、弾性変形した状態で隙間Δに収容されることにより、剛体要素３３に押圧力が作用し、その反力でパイプ３０同士が剛体要素３３を介して間接的に押し合う状態となる。

○ 図４（ｂ）のようにパイプ３０の間に剛体要素３３を配置する構成の場合、パイプ３０の外径は隙間Δに収容される前の状態において、間隔Ｓ以下であってもよい。例えば、パイプ３０を隙間Δに収容した状態で、パイプ３０を容器本体１２の周方向へ押圧してパイプ３０が容器本体１２の内周面と、水素吸蔵用ユニット１３の外周面とに圧接される状態とし、その状態で剛体要素３３をパイプ３０間に配置する。

○ 各パイプ３０が間隔をおいて配置される構成において、各パイプ３０の間隔は一定でなくてもよい。例えば、水素タンク１１が横置き状態で使用される場合は、使用状態において上側及び下側となる位置に荷重が余分にかかるため、配置されるパイプ３０の間隔を側面側に配置されるパイプ３０の間隔より小さく、即ち上側及び下側となる位置にパイプ３０を密に、配置してもよい。

○ パイプのみで水素吸蔵用ユニット１３を保持する構成は、パイプが隙間Δに収容された状態において、容器本体１２の内周面及び水素吸蔵用ユニット１３の外周面に圧接された状態となる構成に限らない。例えば、図５（ａ）に示すように、パイプとしてその外径が間隔Ｓより小さいパイプ３４を使用するとともに、各パイプ３４が互いに当接する状態で隙間Δに収容する構成としてもよい。各パイプ３４の外径は、同じあるいはほぼ同じである必要はなく、異なる外径のパイプ３４が混在してもよい。

○ パイプは自由状態において断面円形に限らず楕円形であってもよい。例えば、図５（ｂ）に示すように、隙間Δに収容された状態において短軸が間隔Ｓより短いパイプ３５で構成してもよい。また、隙間Δに収容される前から長軸が間隔Ｓより長い楕円形の断面のパイプ３５を使用してもよい。また、パイプの断面は隙間Δに収容した状態で円形になる形状としてもよい。

○ 容器本体１２及び水素吸蔵用ユニット１３の形状はほぼ円筒状に限らず、例えば、断面楕円形状や断面多角形状であってもよい。例えば、間隔Ｓより熱媒管１９に固着されるフィン２２の形状を、四角形にしてフィルタ２３を四角筒状として、容器本体１２の形状をそれに対応する形状とすれば、図６（ａ）に示すように四角筒状の水素タンク１１となる。

○ パイプ３０は、水素タンク１１の軸方向に沿って延びるように配置される構成に限らず、図６（ｂ）に示すように、軸方向に対して斜めの状態となるように、即ちフィルタ２３の軸方向に対して斜めの状態となるように配置されてもよい。図６（ｂ）は、フィルタ２３とパイプ３０の配置関係を示す模式図である。

○ パイプ３０，３１，３４，３５はアルミニウム合金に限らず、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ−３１６Ｌ）等の金属や、樹脂、あるいは繊維強化樹脂を使用してもよい。また、パイプ３０，３１，３４，３５は網状であってもよい。

○ ライナ１４は水素吸蔵用ユニット１３が固定される側のみ蓋部１７ａを有する構成としてもよい。例えば、蓋部１７ａが設けられる側と反対側は、パイプ３０等の配置終了後、ライナ１４の絞り加工を行ってドーム部１４ｂを構成してもよい。

○ ライナ１４は蓋部を備えず、両側とも絞り加工で形成する構成としてもよい。例えば、ライナの一方の側を絞り加工した状態で水素吸蔵用ユニット１３を組み付けた後、パイプ３０等の挿入を行い、その後、ライナの他方の側を絞り加工する。その後、フィラメントワインディング及び加熱硬化により繊維強化樹脂層１５を形成する。

○ 熱交換器１８は熱媒管１９を介して片持ち状態でライナ１４に支持される構成に限らず、従来技術のように熱媒管が容器本体１２を貫通するとともに、熱媒管の両端で容器本体１２に支持される構成のものであってもよい。

○ 水素吸蔵用ユニット１３は、熱媒管１９にフィン２２を備えずに、単に熱媒を流す構成とし、フィルタ２３で囲まれた収容空間に、ＭＨ粉末を充填したり、水素吸蔵合金成形体を収容したりする構成としてもよい。

○ 水素吸蔵用ユニット１３として、フィラメントワインディング及び加熱硬化により繊維強化樹脂層１５が形成された後、バルブ２７を取り付ける前に、フィルタ２３で囲まれた収容空間にＭＨ粉末を充填する構成としてもよい。

○ 水素タンク１１は燃料電池搭載電気自動車の水素源として搭載されて使用するものに限らず、例えば、水素エンジンの水素源やヒートポンプ等に適用してもよい。また、家庭用電源の燃料電池の水素源として使用してもよい。

○ 圧力容器として水素を貯蔵する水素タンクに限らず、例えば窒素、圧縮天然ガス等の他のガスを貯蔵する圧力容器に適用してもよい。
○ 繊維強化樹脂の強化繊維は炭素繊維に限らず、ガラス繊維や炭化ケイ素系セラミック繊維やアラミド繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるその他の繊維を強化繊維として使用してもよい。

○ ライナ１４の材質はアルミニウム合金に限らず、気密性を確保可能でアルミニウムと同程度の比重の金属や、金属に限らずポリアミド、高密度ポリエチレン等の合成樹脂であってもよい。

〇 容器本体１２はライナ１４と繊維強化樹脂層１５との複層構造に限らず、全体が金属製であってもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記パイプは前記組立品の長手方向ほぼ全長にわたって延びるように配置されている。
（２）請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記圧力容器は水素を燃料とする自動車の燃料タンクとして使用される。

（３）請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１），（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記圧力容器の容器本体は、中空状のライナと、該ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナは少なくとも一端側が開口部と蓋部とに分割されている。

（４）請求項１〜請求項５及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載の発明において、前記熱交換器の熱媒管への熱媒の導入、排出が前記容器本体の一端側から行われる。

（ａ）は一実施形態の水素タンクの模式断面図、（ｂ）は水素タンクを軸方向と垂直な平面で切断した状態の部分模式断面図。 （ａ）は水素タンクを軸方向と垂直な平面で切断した状態の模式断面図、（ｂ）は作用を説明する部分模式断面図。 別の実施形態における水素タンクの模式断面図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態における水素タンクの模式断面図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態における水素タンクの模式断面図。 （ａ）は別の実施形態における水素タンクの模式断面図、（ｂ）は別の実施形態におけるパイプの配置を示す模式図。 従来の圧力容器の模式断面図。

符号の説明

Ｓ…間隔、１１…圧力容器としての水素タンク、１２…容器本体、１３…組立品としての水素吸蔵用ユニット、３０，３１，３４，３５…パイプ、３２…ばね要素。

Claims (5)

1. 筒状の容器本体内に、熱交換機能を有し、外形が筒状の組立品が少なくとも一端で支持された状態で収容されている圧力容器であって、前記容器本体の内周面と前記組立品の外周面との間に、弾性変形可能な複数のパイプが、隣り合うパイプと直接又は間接的に押し合う状態で、かつ移動が規制された状態で収容されており、前記複数のパイプが協働して前記組立品を保持している圧力容器。
2. 前記パイプは、全てのパイプが少なくとも１つのパイプと接触する状態で収容されている請求項１に記載の圧力容器。
3. 前記パイプは、その径が前記内周面と前記外周面との間隔より大きく形成されている請求項１又は請求項２に記載の圧力容器。
4. 前記内周面と前記外周面との間には、前記パイプと当接して該パイプを前記容器本体の周方向へ押圧付勢するばね要素が少なくとも１つ収容されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧力容器。
5. 前記組立品は、水素吸蔵物質が充填された水素吸蔵用ユニットである請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧力容器。

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