JP2006170221A - 貯蔵容器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 外側容器5の内部に内側容器3が格納されるとともに、外側容器5と内側容器3との間に真空断熱領域9が形成された貯蔵容器1であって、外側容器5および内側容器3の少なくとも一方が、複数の略円筒形状容器11をその側面において、一つの容器を形成するようにつなぎ合わせた形状の偏平容器3からなることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
水素、LNGの液体は温度の低い低温性液体であり、その貯蔵用として二重貯蔵容器が用いられている。この二重貯蔵容器の内側容器には低温性液体が貯蔵され、内側容器と外側容器との間は真空に排気することにより断熱性能が向上され、液体の蒸発を防止している。
そこで、上述の問題点を解決するために、貯蔵容器の形状を扁平化する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、この結合方式では差込部の長さが短いため、差込部を通じて外側容器から内側容器に伝わる熱量が多くなる(熱抵抗が低くなる)可能性があり、断熱性能が低下する恐れがあった。
しかしながら、リブ等を追加するのみで強度低下を補うためには、多数のリブ等を追加せねばならず、貯蔵容器の重量が増加していた。車両等に貯蔵容器を搭載することを考慮すると、貯蔵容器の重量増加は好ましくなく問題となる。
また、同じく貯蔵容器の強度低下を補うために、容器の板厚を厚くする方法も考えられるが、この方法によっても貯蔵容器の重量が増加し問題となる。
本発明の貯蔵容器は、外側容器の内部に内側容器が格納されるとともに、前記外側容器と前記内側容器との間に真空断熱領域が形成された貯蔵容器であって、前記外側容器および前記内側容器の少なくとも一方が、複数の略円筒形状容器をその側面において、一つの容器を形成するようにつなぎ合わせた形状の偏平容器からなることを特徴とする。
つまり、例えば楕円形状で形成された偏平容器を用いた貯蔵容器と比較すると、内外の圧力差により偏平容器の側壁に作用する応力の集中を分散させることができるため、容器の側壁厚さを局所的に厚くする必要がなくなり、重量を軽減することができる。具体的には、楕円形状の場合には、曲率半径の大きな面に応力が集中して作用するため、その面の側壁厚さを厚くする必要があったが、略円筒形状容器をつなぎ合わせた形状の偏平容器では、上述のような応力の集中を分散させることができ、側壁厚さを薄く均一にすることができる。
さらに、偏平容器を形成する略円筒形状容器の数を増やすことにより、または、略円筒形状容器の径を大きくすることにより、偏平容器の容量を容易に増やすことができ、大容量化による断熱効果の向上を図ることができる。
本発明によれば、略円筒形状容器両端を、その円筒形直径と略同じ直径を有する半球形状とすることにより、容器の側壁に作用する応力の集中をさらに分散でき、側壁厚さをさらに均一にできる。
また、偏平容器の側壁厚さを厚くして上記膨張を防止する方法と比較して、補強部材を用いることにより、容器の側壁厚さを薄くしつつ容器の強度を確保できる。
本発明によれば、補強部材が接合部において接続されているため、接合部に働く応力の一部を補強部材に分散させることができる。そのため、偏平容器を構成する略円筒形状容器の側壁厚さを薄く均一にできる。
また、接合部において補強部材と略円筒形状容器の側壁とがそれぞれ互いに略120°の角度で交差するように配置されているため、補強部材と側壁とに作用する応力を均等にできる。そのため、偏平容器を構成する略円筒形状容器の側壁厚さをより薄く均一にできる。
また、棒部材を外側容器および内側容器の側壁と斜めに交差するように配置しているため、棒部材を長くして、その熱抵抗を高くできる。さらに、内側容器が偏平な形状であるため、例えば、略円筒形状の場合と比較して、棒部材を長くしやすい。
棒部材を内側容器に貫通させないため、例えば、特許文献1に示すような差込型結合方式と比較して、構造が簡単になり容易に貯蔵容器を製造できるとともに、重量の削減を図ることができる。
本発明によれば、偏平容器を形成する略円筒形状容器の数を増やすことにより、または、略円筒形状容器の径を大きくすることにより、偏平容器の容量を容易に増やすことができ、大容量化による、さらなる断熱効果の向上を図ることができる。
本発明によれば、棒部材を熱伝導率の低い材料、つまり断熱性の高い材料により形成することにより、棒部材を介して内側容器へ伝わる入熱量を減少させることができる。そのため、貯蔵容器の断熱性能を向上できる
また、一対の棒部材と内側容器とを一箇所で接続させ、一対の棒部材の他方の端部を互いに離れるように配置することにより、棒部材を長くできるため棒部材の断熱性能を向上できる。
本発明によれば、結合部が点接触または線接触の構成からなるため、外側容器と棒部材との間の入熱経路、および、棒部材と内側容器との間の入熱経路における熱の伝達を制限でき、貯蔵容器の断熱性能を向上できる
本発明によれば、例えば、外側容器や内側容器が熱による変形や容器内外の圧力差により変形しても、これらの変形を可動結合部において吸収することができる。そのため、外側容器や内側容器の側壁厚さを増して強度を確保する必要がなく、外側容器や内側容器の破損を防止できる。
本発明によれば、棒部材に気化した低温液体の気体が導かれているため、棒部材を上記気体で冷却できる。そのため、棒部材を介して内側容器に伝わる熱量を減少させることができ、貯蔵容器の断熱性能の向上を図ることができる。
なお、高真空用断熱部材としては、輻射熱を反射する材料からなる部材、例えばアルミ箔などを例示することができ、低真空用断熱部材としては、フェルトなどを例示することができる。
本発明によれば、例えば、内部容器内に低温液体を導入した後に、低温液体導入部を低温液体の液面から離すことにより、低温液体導入部を介して低温液体に熱が伝わることを防止できる。そのため、貯蔵容器の断熱性能の向上を図ることができる。
また、略円筒形状の容器をその側面においてつなぎ合わせた形状の偏平容器を形成するため、その側壁厚さを薄く均一にしてその製造にプレス等を用いることにより、その製造が容易となるという効果をそうする。
さらに、略円筒形状容器の数を増やしたり、略円筒形状容器の径を大きくしたりして、偏平容器の容量を容易に増やすことができ、大容量化による断熱効果を向上できるという効果を奏する。
内側容器を棒部材により支持して外側容器から浮かせて保持しているため、外部容器から内側容器への熱の伝達を制限でき、断熱性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
図1は、本発明に係る真空二重容器の概略を説明する斜視図である。
真空二重容器(貯蔵容器)1は、図1に示すように、その内部に液体水素(低温液体)LHを貯蔵するインナータンク(内側容器、偏平容器)3と、インナータンク3を内部に格納するアウタータンク(外側容器)5と、インナータンク3を支持するロッド(棒部材)7と、から概略構成されている。
上述のインナータンク3とアウタータンク5との間には真空断熱領域(断熱領域、真空領域)9が形成されている。
インナータンク3は、図1および図2に示すように、3本の略円筒形状の容器(略円筒形状容器)11をその側面において1つの容器を形成するようにつなげた形状に形成されている。容器11における円筒形状の端部13は、円筒形状の直径と略同じ直径の半球形状に形成されている。
インナータンク3の内部には、容器11の中心軸線を含む平面Pに対して略直交し、かつ、中心軸線に沿う方向に補強板(補強部材)15が配置されている。補強板15はメッシュ状に形成され、インナータンク3内の液体水素LHの移動が妨げられないようにされている。
また、補強板15は、図3に示すように、容器11の側壁11Aの接合部17において、容器11と接合されている。
接合部17における側壁11Aと補強板15とは、それぞれが互いに略120°の位相差となるように配置されている。
インナータンク3には、図4に示すように、液体水素LHを導入する導入配管(低温液体導入部)19Aを含む複数の配管(図示せず)が配置されており、これはアウタータンク5の外部に導かれている。
導入配管19Aには、図4に示すように、インナータンク3の内部において導入配管19Aの先端部が液体水素LHの液面から離れる方向に回動するヒンジ部(移動部)21が形成されている。
MLI23は、例えばアルミ箔のような輻射熱反射膜と、網目状に形成されたスペーサ膜と、を交互に複数層積み重ねて形成されたものである。本実施形態において用いたMLI23は、輻射熱反射膜とスペーサ膜とのセットが約80層積層されたものである。
なお、アウタータンク5は、図1および図2に示す形状に形成されていてもよいし、インナータンク3と同様な形状に形成されていてもよく、特に限定するものではない。
また、アウタータンク5を構成する材料としては、例えばSUS304を挙げられるが、使用温度条件や、圧力条件、加工性などの条件を満たせば他の材料を使用しても構わない。
ロッド7は、図1および図5に示すように、インナータンク3とアウタータンク5との間に配置され、インナータンク3をアウタータンク5から浮かせて支持するように配置されている。
具体的には、インナータンク3の両端部の端部(対向する側壁)13にそれぞれ一対のロッド(棒部材)7Aが配置され、端部13に隣接するインナータンク3の側壁(隣接する側壁)31に一対のロッド(棒部材)7Bが配置されている。
一対のロッド7Aと端部13とは、図5および図6に示すように、側壁31と反対側の端部近傍領域の一箇所においてそれぞれ結合され、ロッド7Aの他方の端部は互いに離れるように配置され、アウタータンクと結合されている。
一対のロッド7Bと側壁31とは、図5および図7に示すように、側壁31の略中央領域の一箇所においてそれぞれ結合され、ロッド7Bの他方の端部は互いに離れるように配置され、アウタータンク5と結合されている。
各ロッド7A,7Bとインナータンク3、アウタータンク5とは結合部33により連結されている。結合部33はいわゆるボールベアリングを形成し、具体的には、図8に示すように、支持台35と、ピン37と、球体部39と、ロッド7の連結部41とから概略構成されている。
連結部41には球体部39と嵌合する曲面を有する貫通孔が形成され、連結部41と球体部39とが相対移動可能に組み合わされている。
真空二重容器1には、導入配管19Aを介して液体水素LHが導入され、インナータンク3内に貯蔵される。液体水素LHの導入が終了すると、導入配管19Aはヒンジ部21において回動し、液体水素LHの液面から離れる。
真空二重容器1外部の熱は、アウタータンク5とインナータンク3との間の真空断熱領域9にて遮断される。アウタータンク5内面からの輻射熱はMLI23により反射・遮断される。アウタータンク5からロッド7A,7Bを伝わる熱は、ロッド7A,7Bにより遮断される。
外部からのわずかな入熱によりインナータンク3内で蒸発した低温の水素ガスは、冷却配管に導かれてロッド7A,7Bを冷却する。
インナータンク3の内外の圧力差によるインナータンク3の変形およびインナータンク3の温度変化による変形は、ロッド7A,7Bの結合部33のボールベアリングにより吸収される。アウタータンク5の変形も同様にロッド7A,7Bの結合部33のボールベアリングにより吸収される。
また、偏平容器の側壁厚さを薄く均一にすることができるため、インナータンク3の製造にプレス加工等を用いることができ、インナータンク3の製造コストを削減できる。
インナータンク3形状の偏平率を変えることができるため、真空二重容器1を搭載する車両等の仕様要求に対応できる。つまり、真空二重容器1を搭載した際に、真空二重容器1の周囲にできるデッドスペースを削減できるとともに、要求される液化水素LHの搭載容量を確保できる。また、製造に適した偏平率を選択することにより、インナータンク3の製造コストを低減できる。
また、接合部17において補強板15と略円筒形状の容器11の側壁とがそれぞれ互いに略120°の角度で交差するように配置されているため、補強板15と側壁とに作用する応力を均等にできる。そのため、インナータンク3の側壁厚さを薄く均一にできる。
また、ロッド7A,7Bを6本に制限するとともに、ボールベアリングからなる結合部33を用いることにより、インナータンク3への入熱経路を限定し断熱性を向上させることができる。
ロッド7A,7Bの軸部分を強化樹脂などから形成することにより、ロッド7A,7Bの断熱性を向上させることができる。
ロッド7A,7Bをインナータンク3に貫通させないため、例えば、特許文献1に示すような差込型結合方式と比較して、構造が簡単になり容易に真空二重容器1を製造できるとともに、重量の削減を図ることができる。
導入配管19Aにヒンジ部21を設けることにより、インナータンク3内に液体水素LHを導入した後に、導入配管19Aを液体水素LHの液面から離すことができる。そのため、導入配管19Aを介して液体水素LHに熱が伝わることを防止でき、真空二重容器1の断熱性能の向上を図ることができる。
1本のロッドでインナータンク3を、図9(a)に示すように保持する場合には、インナータンク3を剛に保持するため、インナータンク3との接合部の可動性を排除し拘束する。この際、接合部の重量増加や、接合部からの入熱量増加を防止する必要がある。
3本のロッドでインナータンク3を、図10(a)に示すように保持する場合には、2本の場合と同様に、インナータンク3を片持ち状態で保持するため、ロッドの強度を予め高く設定する必要がある。また、ロッドの長さが短くなりやすく断熱性の低下が予想されるため、ロッド自身の断熱性向上の措置を図る必要がある。
また、ロッドが2本、3本の場合とも、インナータンク3やアウタータンク5の変形を逃がす機構を設ける必要がある。
例えば、上記の実施の形態においては、液体水素を貯蔵する例に適用して説明したが、液体水素に限られることなく、LNGや液体酸素等、その他各種の低温液体の貯蔵に適用できるものである。
3 インナータンク(内側容器、偏平容器)
5 アウタータンク(外側容器)
7,7A,7B ロッド(棒部材)
9 真空断熱領域(断熱領域、真空領域)
11 容器(略円筒形状容器)
11A 側壁
13 端部(対向する側壁)
15 補強板(補強部材)
17 接合部
19A 導入配管(低温液体導入部)
21 ヒンジ部(移動部)
23 MLI(高真空用断熱部材)
25 フェルト(低真空用断熱部材)
31 側壁(隣接する側壁)
33 結合部
LH 液体水素(低温液体)
P 平面
Claims (15)
- 外側容器の内部に内側容器が格納されるとともに、前記外側容器と前記内側容器との間に真空断熱領域が形成された貯蔵容器であって、
前記外側容器および前記内側容器の少なくとも一方が、複数の略円筒形状容器をその側面において、一つの容器を形成するようにつなぎ合わせた形状の偏平容器からなることを特徴とする貯蔵容器。 - 前記略円筒形状容器の両端が、その円筒形の直径と略同じ直径を有する半球形状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の貯蔵容器。
- 前記偏平容器が前記内側容器であって、
前記偏平容器の内部に、前記複数の略円筒形状容器の中心軸線を含む平面に対して交差する方向に前記偏平容器の強度を補強する補強部材が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の貯蔵容器。 - 前記補強部材が前記略円筒形状容器同士の接合部において接合するように配置されていることを特徴とする請求項3記載の貯蔵容器。
- 前記接合部において、前記補強部材と2つの前記略円筒形状容器の側壁とがそれぞれ互いに略120°の角度で交差するように配置されていることを特徴とする請求項4記載の貯蔵容器。
- 外側容器の内部に偏平な内側容器が格納されるとともに、前記外側容器と前記内側容器との間に断熱領域が形成された貯蔵容器であって、
前記外側容器と前記内側容器との間を棒部材により結合して、前記内側容器を前記外側容器から浮かせて支持することを特徴とする貯蔵容器。 - 前記棒部材が、前記外側容器および前記内側容器の側壁と斜めに交差するように配置されていることを特徴とする請求項6記載の貯蔵容器。
- 前記外側容器および前記内側容器の少なくとも一方が、請求項1または2に記載の偏平容器であることを特徴とする請求項6または7に記載の貯蔵容器。
- 前記棒部材が、熱伝導率の低い材料から形成されていることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の貯蔵容器。
- 前記偏平な内側容器の対向する側壁にそれぞれ一対の棒部材が配置されるとともに、前記対向する側壁に隣接する一の側壁に一対の棒部材が配置され、
前記対向する側壁と一対の棒部材とが、前記隣接する側壁と反対側の端部近傍領域の一箇所で接続されるとともに、一対の棒部材における他方の端部が互いに離れるように配置され、
前記隣接する側壁と一対の棒部材とが、前記隣接する側壁の略中央領域の一箇所で接続されるとともに、一対の棒部材における他方の端部が互いに離れるように配置されていることを特徴とする請求項6から9のいずれかに記載の貯蔵容器。 - 前記棒部材と前記外側容器との結合部、および、前記棒部材と前記内側容器との結合部が、点接触または線接触の構成からなることを特徴とする請求項6から10のいずれかに記載の貯蔵容器。
- 前記棒部材と前記外側容器との結合部、および、前記棒部材と前記内側容器との結合部が、少なくとも1軸周りの回転可能な可動結合部からなることを特徴とする請求項6から11のいずれかに記載の貯蔵容器。
- 前記内部容器に低温液体が貯蔵され、
前記低温液体の蒸発した気体が前記棒部材に導かれることを特徴とする請求項6から12のいずれかに記載の貯蔵容器。 - 前記外側容器と前記内側容器との間に真空領域が形成され、
前記真空領域に、真空度が高い領域で断熱作用を発揮する高真空用断熱部材と、真空度が低い領域で断熱作用を発揮する低真空用断熱部材と、が配置されていることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の貯蔵容器。 - 前記内部容器内に低温液体を導入する低温液体導入部が備えられ、
前記低温液体導入部に、前記内部容器内の前記低温液体の液面から前記低温液体導入部を離す方向に移動させる移動部が設けられていることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の貯蔵容器。
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