JP2006316934A - 高圧ガス貯蔵容器 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ガスを貯蔵する高圧ガス貯蔵容器において、金属ライナーの利点と樹脂ライナーの利点とを両立できるようにする。
【解決手段】本発明の高圧ガス貯蔵容器１は、容器本体となる樹脂ライナー２の内面に金属層４を形成したことにより水素透過量と温度上昇を抑えるとともに、樹脂ライナー２で容器を構成したことにより軽量化も実現し、樹脂ライナーの利点である軽量化と金属ライナーの利点である水素透過量及び温度上昇の抑制とを両立させたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高圧ガスを貯蔵する高圧ガス貯蔵容器に関し、特に金属ライナーの利点と樹脂ライナーの利点とを両立させた高圧ガス貯蔵容器に関する。

従来から燃料電池車には水素ガスを貯蔵するために、高圧ガス貯蔵容器が搭載されている。通常、高圧ガス貯蔵容器は、円筒形をした容器本体となるライナーと、その外側に設けられたシェルとから構成され、容器の両端にはボスが形成されている。そして、ライナーの素材としては、一般に金属製のものと樹脂製のものがある。

ここで、樹脂ライナーを用いた高圧ガス貯蔵容器の従来例として、例えば特開２００２−１８８７９４号公報（特許文献１）が開示されている。

また、外部との熱交換を促進するために放熱フィンを備えた高圧ガス貯蔵容器の従来例として、例えば特開２００２−１８１２９５号公報（特許文献２）が開示されている。

さらに、ガス遮断性、耐圧性及び耐衝撃性に優れた素材を利用してライナーを形成した高圧ガス貯蔵容器の従来例として、例えば特開２００３−５６７０２号公報（特許文献３）が開示されている。
特開２００２−１８８７９４号公報 特開２００２−１８１２９５号公報 特開２００３−５６７０２号公報

上述した特許文献１〜３に開示された高圧ガス貯蔵容器は樹脂ライナーを用いている。この樹脂ライナーは金属ライナーに比べて軽量化できるので燃料電池車などの車両用としては好ましい。

しかしながら、樹脂ライナーは金属ライナーに比べて水素透過量が多くなるという短所がある。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）樹脂のライナーとアルミニウム製のライナーとを比較すると、３５ＭＰＡの圧力で水素を充填した場合にはアルミニウム製のライナーがほとんど水素を透過させないのに対して、ＰＰＳ樹脂製のライナーでは１００時間経過後には２ｃｃ／Ｌ／Ｈｒを超える水素透過量になってしまう。水素透過量の基準値を０．２〜０．３ｃｃ／Ｌ／Ｈｒと考えると、この水素透過量は無視できないものとなっている。

また、樹脂ライナーにはガスの充填時に温度上昇が大きくなってしまうという短所もある。例えば、１ＭＰＡの圧力から３５ＭＰＡの圧力になるまで水素を充填すると、そのときの温度上昇は金属ライナーが４５℃前後であるのに対して樹脂ライナーでは７５℃前後にまで上昇してしまう。

このように金属ライナーを用いた高圧ガス貯蔵容器の場合には水素透過量が少なくなり、温度上昇も小さくなるという長所はあるものの重量が増加してしまうので、燃料電池車のように車両に搭載する場合には、燃費や航続距離、動力性能などに影響が出てしまうという問題点があった。

上述したように従来の高圧ガス貯蔵容器では、軽量化が可能な樹脂ライナーの長所と、水素透過量が少なく温度上昇も小さい金属ライナーの長所とを両立させることは困難であった。

上述した課題を解決するために、本発明の高圧ガス貯蔵容器は、樹脂ライナーを用いた高圧ガス貯蔵容器において、前記樹脂ライナーの内面に金属層を設けたことを特徴とする。

本発明に係る高圧ガス貯蔵容器では、樹脂ライナーの内面に金属層を設けたので、この金属層が水素透過量と温度上昇を抑えることができ、これによって金属ライナーの長所を有する樹脂ライナーの高圧ガス貯蔵容器を実現することができる。したがって、本発明に係る高圧ガス貯蔵容器では、軽量化及び水素透過量の低減、温度上昇の抑制という金属ライナーの長所と樹脂ライナーの長所とを両立させることができる。

以下、本発明に係わる高圧ガス貯蔵容器の実施例について説明する。

図１は実施例１に係る高圧ガス貯蔵容器の構造を示した断面図である。図１に示すように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１は、容器本体となる樹脂ライナー２と、樹脂ライナー２の外周を覆うシェル３と、樹脂ライナー２の内面に形成された金属層４と、容器の端部に設けられた口金５とから構成されている。

ここで、樹脂ライナー２は円筒形の形状をした容器本体を構成し、高密度ポリエチレンによって形成されている。この高密度ポリエチレンは軽量、且つ機械的強度が高い特性を備えているため、容器の形状を十分に保持することが可能であり、また金属ライナーに比べて軽量化することもできる。ただし、樹脂ライナー２の材質としては、軽量で十分な強度を確保できる材質であれば高密度ポリエチレンでなくても、その他の材質であってもよい。また、樹脂ライナー２の厚さは通常の高圧ガス貯蔵容器の樹脂ライナーと同様の厚さでよい。

シェル３は、樹脂ライナー２の耐圧性及び強度を補強するために樹脂ライナー２の外周に形成されたもので、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を樹脂ライナー２の周囲に巻きつけることによって形成されている。

金属層４は、樹脂ライナー２の内面に形成され、材質としてはアルミニウム合金のほかにスチールやステンレスなどの金属で構成されている。ただし、軽量化のためにはアルミニウム合金を用いることが好ましい。

また、金属層４の厚さは数μｍ〜十数ｍｍ程度の厚さに設定されている。この場合、金属層４を厚くすると重量が増加してしまうので軽量化したい場合にはなるべく薄くなるように設定する。一方、金属層４を厚くすればするほどガスの充填時における温度上昇を抑えることができるので、温度上昇を低減したい場合には金属層４を厚くするように設定する。したがって、金属層４の厚さは軽量化と温度上昇の低減とを考慮して設定される。

上記金属層４の作成方法としては、タンク形状の金属層４を形成しておいて、その外側に樹脂ライナー２を形成するようにしてもよいし、逆にタンク形状の樹脂ライナー２を形成しておいて、その内側にスパッタリングによって金属層４を形成するようにしてもよい。

口金５は、高圧ガス貯蔵容器１の端部に設けられており、その中心には貫通孔が形成されて高圧ガス貯蔵容器１へのガスの充填及び放出に使用される。そして、口金５はアルミニウム合金などの金属で形成され、樹脂ライナー２などとは別体のものを熱融着などによって樹脂ライナー２及び金属層４と一体化されている。

次に、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１による効果を説明する。まず、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１は、容器本体が樹脂ライナー２で構成されているので、一般的な樹脂ライナー製の高圧ガス貯蔵容器と同様に軽量化することができる。

そして、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１では、樹脂ライナー２の内面に金属層４を設けたことによって、容器に貯蔵されているガスの透過量を大幅に低減させることができる。従来の樹脂ライナーを用いた高圧ガス貯蔵容器では、樹脂ライナーを構成する高密度ポリエチレンが気体を完全に密閉することができないのでガスの透過量が大きなものとなっていた。しかし、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１では樹脂ライナー２の内面に金属層４を形成したので、充填されたガスの透過量を大幅に減少させることができる。とくに、燃料電池車に搭載される高圧ガス貯蔵容器の場合には、分子量の小さい水素を貯蔵するので非常に透過しやすいが、金属層４を設けたことにより水素の透過量を大幅に低減することができる。

さらに、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１では、金属層４が容器の内部で発生した熱を外部へ放出して高圧ガス貯蔵容器１の温度上昇を防ぐことができる。金属層４は樹脂ライナー２よりも熱伝導率が高いので、容器の内部で発生した熱を金属層４が吸収し、口金５へ伝達して外部へ放出することができる。

このように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１では、樹脂ライナー２の内面に金属層４を設けたので、金属層４によって水素透過量と温度上昇を抑えることができるとともに、樹脂ライナー２で容器本体を構成したので軽量化することもできる。したがって、本実施例の高圧ガス貯蔵容器１では、樹脂ライナーの長所と金属ライナーの長所とを両立させることができる（請求項１の効果）。

図２は、実施例２の高圧ガス貯蔵容器の構造を示す断面図であり、図２（ａ）には本実施例の高圧ガス貯蔵容器の縦断面図を示し、図２（ｂ）には図２（ａ）のＡ−Ａ線における横断面図を示している。

図２（ｂ）に示すように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器２１では、金属層４から容器の中心に向かってフィン２２を形成したことが実施例１と異なっており、その他の構成については実施例１と同様なので詳しい説明は省略する。

ここで、フィン２２の構造を図３に示す。図３はフィン２２の構造を示す拡大断面図である。図３に示すように、フィン２２の高さｔに対して金属層４の厚みは１／２以下となるように設定している。
このように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器２１では、金属層４にフィン２２を形成したので、充填されたガスとの接触面積が増加し、容器内部で発生した熱をより多く吸収することができ、高圧ガス貯蔵容器２１の温度上昇を防止することができる。また、温度上昇を防止したことにより、樹脂ライナー２の耐久性を向上させることもできる（請求項２の効果）。

図４は、実施例３の高圧ガス貯蔵容器の構造を示す断面図である。図４に示すように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器４１は、金属層４に収縮部４２を形成したことが実施例１と異なっており、その他の構成については実施例１と同様なので詳しい説明は省略する。

通常、高圧ガス貯蔵容器４１にガスを充填及び放出するときには、容器が膨張及び収縮するので、金属層４に亀裂が入る恐れがある。そこで、本実施例のように金属層４に伸縮部４２を設けることにより、この伸縮部４２が容器の膨張及び収縮を吸収して金属層４に亀裂が入ることを防止することができる。

このように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器４１では、金属層４に収縮部４２を形成したので、金属層４における亀裂の発生を防止することができる（請求項３の効果）。

図５は、実施例４の高圧ガス貯蔵容器の構造を示す断面図である。図５に示すように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器５１は、金属層５２を二層構造にしたことが実施例１と異なっており、その他の構成については実施例１と同様なので詳しい説明は省略する。

金属層５２は二層構造の各層を同じ材質で形成する。異なる材料で二層構造にすると、熱膨張率の違いから剥離や亀裂を生じる恐れがあるためである。

このように、本実施例の高圧ガス貯蔵容器５１では、金属層５２を二層構造にしたので、どちらか一層に亀裂が生じた場合でも残った層がガスの透過や温度上昇を抑えることができ、安全性を確保することができる（請求項４の効果）。

また、本実施例の高圧ガス貯蔵容器５１では、二層構造の各金属層を同じ材質で形成したので、二層構造の各層が剥離したり、亀裂を生じたりする可能性をなくすことができ、安全性をさらに向上させることができる（請求項５の効果）。

以上、本発明の高圧ガス貯蔵容器について、図示した実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。例えば、上述した実施例では容器に充填されるガスとして水素を例にして説明したが、水素でなくても圧縮天然ガスなどその他のガスであってもよい。

実施例１に係る高圧ガス貯蔵容器の構造を示す断面図である。 実施例２に係る高圧ガス貯蔵容器の構造を示す断面図である。 実施例２に係る高圧ガス貯蔵容器のフィンの構造を示す拡大断面図である。 実施例３に係る高圧ガス貯蔵容器の構造を示す断面図である。 実施例４に係る高圧ガス貯蔵容器の構造を示す断面図である。

符号の説明

１、２１、４１、５１ 高圧ガス貯蔵容器
２ 樹脂ライナー
３ シェル
４、５２ 金属層
５ 口金
２２ フィン
４２ 収縮部

Claims (5)

1. 樹脂ライナーを用いた高圧ガス貯蔵容器において、
   前記樹脂ライナーの内面に金属層を設けたことを特徴とする高圧ガス貯蔵容器。
2. 前記金属層にフィンを形成したことを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス貯蔵容器。
3. 前記金属層に伸縮部を形成したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の高圧ガス貯蔵容器。
4. 前記金属層を二層構造にしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高圧ガス貯蔵容器。
5. 前記二層構造の各層は同じ材質で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の高圧ガス貯蔵容器。
   

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