JP4774244B2

JP4774244B2 - 圧力容器

Info

Publication number: JP4774244B2
Application number: JP2005194954A
Authority: JP
Inventors: 毅昭島田; 保二川又
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Showa Denko KK
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: JP2006046645A

Description

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水素ガスや天然ガスを貯蔵する圧力容器、または酸素ガスを貯蔵する圧力容器などに用いられる圧力容器に関する。

この明細書および請求の範囲において、「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。

近年、自動車排気ガス等による大気汚染対策として、排気ガスのクリーンな天然ガス自動車や、燃料電池自動車の開発が進められている。これらの自動車は、燃料となる天然ガスや水素ガスを高圧で充填した圧力容器を搭載している。

従来、このような圧力容器用ライナとして、円筒状の胴と胴の両端開口を閉鎖する鏡板とよりなり、両端が開口した円筒状体からなりかつ胴を構成するアルミニウム押出形材製の第１ライナ構成部材と、略椀状でかつ第１ライナ構成部材の両端部に溶接されて鏡板を構成する２つのアルミニウムダイキャスト製第２ライナ構成部材とにより形成され、第１ライナ構成部材の内面に、横断面放射状の複数の補強壁が一体に形成され、第２ライナ構成部材の内面における第１ライナ構成部材の補強壁と対応する位置に補強壁が一体に形成されたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

この圧力容器用ライナは、補強繊維を両第２ライナ構成部材にかかるようにして第１ライナ構成部材の長さ方向に巻き付けるとともにエポキシ樹脂で含浸固定してなるヘリカル巻繊維強化樹脂層と、補強繊維を第１ライナ構成部材の周りに周方向に巻き付けるとともにエポキシ樹脂で含浸固定してなるフープ巻繊維強化樹脂層とが設けられて、圧力容器として用いられるようになっている。

ところで、自動車においては、航続距離を延ばすことを目的として、圧力容器の大容量化が要求されている。特許文献１記載の圧力容器用ライナを用いた圧力容器において大容量化を図るためには、胴の直径を大きくするとともに長さを長くすればよいのであるが、自動車の車幅には制限があるので、胴の長さを長くすることにも限界があることから、胴の直径を大きくすることにより、圧力容器の大容量化に対応しなければならない。しかしながら、胴の直径を大きくすると、自動車に存在する空いているスペースを有効に利用することができず、車載状態において無駄なスペースが生じ、車室の居住性が低下するという問題がある。しかも、胴の直径を大きくすると、車高を高くする必要があってセダン型等の車高の低い自動車には用いることができないという問題がある。
特開平９−４２５９５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、無駄なスペースを生じさせることなく設置することができ、しかも大容量化を図ることができる圧力容器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)少なくとも一端が開口した円筒状ライナおよびライナの周壁外周面を覆う繊維強化樹脂層よりなる複数の容器構成体が並べられて一体化されることにより構成されており、すべての容器構成体のライナ内部どうしが連通させられるとともに、すべての容器構成体のライナにより１つの閉空間が形成され、当該閉空間を外部に通じさせる口部を備えている圧力容器であって、
隣り合う少なくとも２つの容器構成体が、ライナの開口端部が同一側に来るように配置され、これらの容器構成体のライナの開口端部どうしに跨って外方に膨出したドーム状連通部材が固定されることにより、これらのライナの内部どうしが連通させられるとともにライナの開口が閉鎖されており、すべての容器構成体に跨るように２次繊維強化樹脂層が形成され、２次繊維強化樹脂層が、補強繊維をライナの軸線方向に平行に巻き付けてなるインプレーン巻繊維層、補強繊維をライナの軸線方向に対して傾斜するように巻き付けてなるヘリカル巻繊維層および補強繊維をライナの軸線方向に直交するように巻き付けてなるフープ巻繊維層と、各繊維層に含浸させて硬化させた樹脂とよりなる圧力容器。

2)口部の数が１つである上記1)記載の圧力容器。

3)開口端部が同一側に来るように配置された隣り合う少なくとも２つの容器構成体のライナの開口端部に跨ってエンドプレートが固定状に設けられ、ドーム状連通部材の周縁部がエンドプレートの周縁部に接合されている上記1)または2)記載の圧力容器。

4)エンドプレートが、ライナの開口端部に一体に形成された外向きフランジどうしが接合されることにより形成されている上記3)記載の圧力容器。

5)ライナおよび外向きフランジがアルミニウムよりなり、外向きフランジどうしが摩擦攪拌接合されている上記4)記載の圧力容器。

6)エンドプレートが、ライナの開口端部を嵌め入れる貫通穴を有する１枚の板からなり、当該板における貫通穴の周囲の部分とライナの開口端部とが接合されている上記3)記載の圧力容器。

7)ライナおよび板がアルミニウムよりなり、ライナと板とが摩擦攪拌接合されている上記6)記載の圧力容器。

8)ドーム状連通部材およびエンドプレートがアルミニウムよりなり、ドーム状連通部材とエンドプレートとが摩擦攪拌接合されている上記3)〜7)のうちのいずれかに記載の圧力容器。

9)開口端部が同一側に来るように配置された隣り合う少なくとも２つの容器構成体のライナの開口端部間に、両側のライナの開口端部が嵌る切り欠きを有する板状連結部材が配置され、連結部材における切り欠きの周囲の部分とライナの開口端部とが接合され、ドーム状連通部材の周縁部が連結部材およびライナの開口端部に接合されている上記1)または2)記載の圧力容器。

10)ライナおよび連結部材がアルミニウムよりなり、ライナと連結部材とが摩擦攪拌接合されている上記9)記載の圧力容器。

11)ドーム状連通部材、ライナおよび連結部材がアルミニウムよりなり、ドーム状連通部材とライナと連結部材とが摩擦攪拌接合されている上記9)記載の圧力容器。

12)ライナの両端が開口しているとともにすべての容器構成体のライナの長さが等しくなっており、すべての容器構成体のライナの両端部に跨ってそれぞれ外方に膨出したドーム状連通部材が固定され、少なくともいずれか一方のドーム状連通部材に口部が設けられている上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の圧力容器。

13)すべての容器構成体のうちの少なくとも１つの容器構成体のライナの長さが異なっている上記1)〜11)のうちのいずれかに記載の圧力容器。

14)すべての容器構成体のライナの径が等しくなっている上記1)〜13)のうちのいずれかに記載の圧力容器。

15)すべての容器構成体うち少なくとも１つの容器構成体のライナの径が異なっている上記1)〜13)のうちのいずれかに記載の圧力容器。

16)燃料水素用圧力容器、燃料電池、および燃料水素用圧力容器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、燃料水素用圧力容器が上記1)〜15)のうちのいずれかに記載の圧力容器からなる燃料電池システム。

17)上記16)記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車。

18)上記16)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。

19)天然ガス用圧力容器および天然ガス用圧力容器から天然ガスを送り出す圧力配管を備えており、天然ガス用圧力容器が上記1)〜15)のうちのいずれかに記載の圧力容器からなる天然ガス供給システム。

20)上記19)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。

21)上記19)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。

22)酸素用圧力容器および酸素用圧力容器から酸素ガスを送り出す圧力配管を備えており、酸素用圧力容器が上記1)〜15)のうちのいずれかに記載の圧力容器からなる酸素ガス供給システム。

上記1)の圧力容器によれば、少なくとも一端が開口した円筒状ライナおよびライナの周壁外周面を覆う繊維強化樹脂層よりなる複数の容器構成体が並べられて一体化されることにより構成されており、すべての容器構成体のライナ内部どうしが連通させられるとともに、すべての容器構成体のライナにより１つの閉空間が形成され、当該閉空間を外部に通じさせる口部を備えているので、各容器構成体の径および長さや、すべての容器構成体の並べ方を、設置すべき装置、たとえば自動車の空きスペースに合わせて適宜変更することにより、無駄なスペースを生じさせることなく設置することができ、しかも大容量化を図ることができる。また、各容器構成体のライナの周壁外周面が繊維強化樹脂層により覆われているので、耐圧性も優れたものになる。

また、上記1)の圧力容器によれば、連通部材により、隣り合う少なくとも２つの容器構成体のライナの内部どうしが連通させられるので、１つの閉空間を比較的簡単に形成することができる。

上記2)の圧力容器によれば、口部の数が１つであるので、用いられるバルブも１つで済み、コストが安くなる。
上記3)の圧力容器によれば、隣り合う少なくとも２つの容器構成体のライナの開口端部どうしに跨って、ドーム状連通部材を比較的簡単に固定することができる。

上記4)の圧力容器によれば、エンドプレートを比較的簡単に形成することができる。

上記5)の圧力容器によれば、外向きフランジどうしの接合を強固に行うことができる。

上記6)の圧力容器によれば、エンドプレートを比較的簡単に形成することができる。

上記7)の圧力容器によれば、ライナと板との接合を強固に行うことができる。

上記8)の圧力容器によれば、ドーム状連通部材とエンドプレートとの接合を強固に行うことができる。

上記9)の圧力容器によれば、隣り合う少なくとも２つの容器構成体のライナの開口端部どうしに跨って、ドーム状連通部材を比較的簡単に固定することができる。

上記10)の圧力容器によれば、ライナと連結部材との接合を強固に行うことができる。

上記11)の圧力容器によれば、ドーム状連通部材とライナと連結部材との接合を強固に行うことができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、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。

また、以下の説明において、図２および図１０の左右（図１１の紙面表裏方向）を左右といい、同図の下側（図１１の右側）を前、これと反対側を後というものとする。また、図３および図１１の上下を上下というものとする。

実施形態１
この実施形態は図１〜図７に示すものである。図１〜図３は圧力容器を示し、図４〜図６は圧力容器の製造方法を示す。また、図７はさらなる耐圧性が要求される場合の対応例を示す。

図１〜図３において、圧力容器(1)は、軸線が左右方向を向くとともに両端が開口したアルミニウム製円筒状ライナ(3)およびライナ(3)の周壁外周面を覆う繊維強化樹脂層(4)よりなり、かつライナ(3)の軸線が同一水平面内に位置するように前後方向に並列状に並べられた複数の容器構成体(2)と、すべての容器構成体(2)のライナ(3)の左右両端部に跨ってそれぞれ固定状に設けられたアルミニウム製エンドプレート(5)と、各エンドプレート(5)に固定され、かつすべての容器構成体(2)のライナ(3)の内部どうしを連通させるとともにすべてのライナ(3)の両端開口を閉鎖する外方に膨出したアルミニウム製ドーム状連通部材(6)とを備えている。すべての容器構成体(2)のライナ(3)により１つの閉空間が形成され、一方の連通部材(6)に、当該閉空間を外部に通じさせる１つの口部(7)が設けられている。

すべての容器構成体(2)のライナ(3)の長さ、外径および肉厚は等しく、その両端がそれぞれ同一垂直面内に位置するように配置されている。各ライナ(3)の両端部にはそれぞれ外向きフランジ(8A)(8B)が一体に形成されている。前後両端部に位置するライナ(3)の外向きフランジ(8A)は、外側縁部が円弧状となった略半長円形である。また、他のライナ(3)の外向きフランジ(8B)は方形である。すべてのライナ(3)の外向きフランジ(8A)(8B)の高さは等しくなっている。繊維強化樹脂層(4)は、ライナ(3)の軸線方向とほぼ直角をなすように巻き付けてなるフープ巻繊維層に樹脂を含浸硬化させることにより形成されたものであり、外向きフランジ(8A)(8B)の部分を除いて各ライナ(3)の周壁外周面全体を覆っている。繊維としては、たとえばカーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが用いられるが、カーボン繊維を用いることが好ましい。樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂が用いられる。そして、隣り合うライナ(3)の外向きフランジ(8A)(8B)どうしが適当な方法、ここでは摩擦攪拌接合法により、ライナ(3)の軸線方向外側から接合されてすべての容器構成体(2)が一体化されており、すべての外向きフランジ(8A)(8B)によってライナ(3)の両端部に跨るエンドプレート(5)が固定状に設けられている。外向きフランジ(8A)(8B)どうしの接合ビードを(9)で示す。なお、外向きフランジ(8A)(8B)どうしを接合する方法は、摩擦攪拌接合法に限定されるものではない。

ドーム状連通部材(6)は鍛造、ダイカストまたは切削により形成されたものであり、エンドプレート(5)の外形と同形同大の外形を有している。一方の連通部材(6)に形成された口部(7)には、その外端から貫通穴(7a)が形成されており、貫通穴(7a)の内周面に、たとえば制御バルブを取り付けるのに利用されるめねじ(7b)が形成されている。連通部材(6)は、周壁の端面がエンドプレート(5)の片面周縁部に密着した状態で、適当な方法、ここでは摩擦攪拌接合法により外周側からエンドプレート(5)に接合されている。連通部材(6)とエンドプレート(5)との接合ビードを(10)で示す。なお、連通部材(6)とエンドプレート(5)とを接合する方法は、摩擦攪拌接合法に限定されるものではない。

ライナ(3)および両連通部材(6)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されている。すべてのライナ(3)および両連通部材(6)は同じ材料で形成されていてもよいし、あるいは少なくとも１が異なる材料で形成されていてもよい。

圧力容器(1)は、図４〜図６に示すように、以下に述べる方法によって製造される。

まず、図４および図５に示す方法により容器構成体(2)を製造する。なお、図４は前後方向の一端部に位置する容器構成体(2)を製造する方法を示し、図５は前後方向の中間部に位置する容器構成体(2)を製造する方法を示す。

すなわち、横断面の外形が外向きフランジ(8A)(8B)の外形と同形同大であり、かつ横断面円形貫通穴(16)を有するアルミニウム製中空押出形材(15A)(15B)を形成する（図４(a)および図５(a)参照）。ついで、中空押出形材(15A)(15B)の外周面にその両端部を除いて旋削加工を施すことにより、両端が開口した円筒状ライナ(3)とライナ(3)の両端部の外向きフランジ(8A)(8B)とを同時に形成する（図４(b)および図５(b)参照）。ついで、ライナ(3)の外周に、フィラメントワインディング法により樹脂を含浸させた補強繊維、あるいは樹脂を含浸させた補強繊維の束をライナ(3)の軸線とほぼ直交する方向に巻き付けることによりフープ巻繊維層を形成した後、樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層(4)を形成することにより容器構成体(2)を製造する（図４(c)および図５(c)参照）。

また、鍛造、ダイカストまたは切削により２つのドーム状連通部材(6)を製造しておく。一方の連通部材(6)には口部(7)を形成しておく。

ついで、すべての容器構成体(2)を、その軸線が同一水平面内に位置するとともに両端が同一垂直面内に位置するように並列状に並べ、隣り合う容器構成体(2)の外向きフランジ(8A)(8B)の側縁部どうしを当接させる。そして、隣り合う容器構成体(2)の外向きフランジ(8A)(8B)どうしを、ライナ(3)の軸線方向外側から摩擦攪拌接合することにより、エンドプレート(5)を固定状に設ける（図６参照）。

その後、両連通部材(6)の周壁端面を両エンドプレート(5)の外面周縁部に当接させた状態で、連通部材(6)とエンドプレート(5)とを外周側から摩擦攪拌接合する。

こうして、圧力容器(1)が製造される。

実施形態１において、ライナ(3)および外向きフランジ(8A)(8B)は、中空押出形材(15A)(15B)に旋削加工を施すことにより一体に形成されているが、これに代えて、ダイカストによりライナ(3)および外向きフランジ(8A)(8B)が一体に形成されていてもよい。

また、実施形態１において、ライナ(3)はアルミニウム製であるが、これに代えて樹脂製のものを用いてもよい。樹脂製ライナ(3)を用いる場合、外向きフランジ(8A)(8B)が樹脂により一体に形成されることがある。この場合、外向きフランジ(8A)(8B)どうしが溶接または接着により接合されてエンドプレート(5)が形成され、連通部材(6)として樹脂製のものが用いられてエンドプレート(5)に溶接または接着により接合される。また、樹脂製ライナ(3)を用いる場合であっても、外向きフランジ(8A)(8B)としてライナ(3)と別体のアルミニウム製のものがを用いられることがある。この場合、たとえば外向きフランジ(8A)(8B)をインサートとしてライナ(3)を射出成形することにより、ライナ(3)と外向きフランジ(8A)(8B)とが一体化される。なお、この場合、外向きフランジ(8A)(8B)どうしの接合、および連通部材(6)とエンドプレート(5)との接合は、上述した方法と同様にして行われる。

圧力容器(1)にさらなる耐圧性が要求される場合には、図７に示すように、すべての容器構成体(2)に跨るように２次繊維強化樹脂層(20)が形成される。

２次繊維強化樹脂層(20)は、補強繊維をすべての容器構成体(2)を連結するようにライナ(3)の軸線方向とほぼ直角をなすように巻き付けてなるフープ巻繊維層に樹脂を含浸硬化させたフープ巻繊維強化樹脂層(21)と、補強繊維をライナ(3)の軸線方向と平行に巻き付けてなるインプレーン巻繊維層に樹脂を含浸硬化させたインプレーン巻繊維強化樹脂層(22)と、補強繊維をライナ(3)の軸線方向に対して傾斜するように巻き付けてなるヘリカル巻繊維層に樹脂を含浸硬化させたヘリカル巻繊維強化樹脂層(23)とよりなる。各繊維強化樹脂層(21)(22)(23)を構成する繊維としては、たとえばカーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが用いられるが、カーボン繊維を用いることが好ましい。また、各繊維強化樹脂層(21)(22)(23)を構成する樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂が用いられる。各繊維強化樹脂層(21)(22)(23)は、フィラメントワインディング法により樹脂を含浸させた補強繊維、あるいは樹脂を含浸させた補強繊維の束を巻き付けた後、樹脂を硬化させることにより形成される。

実施形態２
この実施形態は図８に示すものである。

この実施形態の圧力容器の場合、両エンドプレート(5)は、ライナ(3)の開口端部を嵌め入れる貫通穴(31)を有する１枚の金属板、ここではアルミニウム板(30)からなる。そして、各ライナ(3)の両端部がそれぞれアルミニウム板(30)の貫通穴(31)内に嵌め入れられ、アルミニウム板(30)における貫通穴(31)の周囲の部分とライナ(3)の開口端部とが、適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により、ライナ(3)の軸線方向外側から接合されている。なお、ライナ(3)の両端部におけるアルミニウム板(30)の貫通穴(31)内に嵌め入れられる部分には繊維強化樹脂層(4)は形成されていない。アルミニウム板(30)とライナ(3)とを接合する方法は、摩擦攪拌接合法に限定されるものではない。

アルミニウム板(30)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。

その他の構成は実施形態１の圧力容器(1)と同様であり、さらなる耐圧性が要求される場合には、実施形態１の場合と同様に、すべての容器構成体(2)に跨るように２次繊維強化樹脂層(20)が形成される。

上記実施形態２において、樹脂製ライナ(3)を用いてもよい。樹脂製ライナ(3)を用いる場合、すべてのライナ(3)とエンドプレート(5)とが樹脂により一体成形されることがある。この場合、連通部材(6)も樹脂製のものとされ、エンドプレート(5)に溶接または接着により接合される。また、樹脂製ライナ(3)を用いる場合であっても、エンドプレート(5)としてライナ(3)と別体のアルミニウム製のものがを用いられることがある。この場合、たとえばエンドプレート(5)をインサートとしてすべてのライナ(3)を同時に射出成形することにより、ライナ(3)とエンドプレート(5)とが一体化される。なお、この場合、連通部材(6)とエンドプレート(5)との接合は、実施形態１の場合と同様にして行われる。

実施形態３
この実施形態は図９に示すものである。

この実施形態の圧力容器の場合、エンドプレート(5)は用いられておらず、隣り合う容器構成体(2)のライナ(3)の両端部どうしが金属製、ここではアルミニウム製板状連結部材(35)を介して連結一体化されている。すなわち、連結部材(35)の両側には、それぞれ隣り合う２つのライナ(3)の両端部における半分の部分が嵌る半円形の切り欠き(36)が形成されている。そして、ライナ(3)の両端部の半部が連結部材(35)の切り欠き(36)内に嵌め入れられ、連結部材(35)における切り欠き(36)の周囲の部分とライナ(3)の両端部とが、適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により、ライナ(3)の軸線方向外側から接合されている。なお、ライナ(3)の両端部における連結部材(35)の切り欠き(36)内に嵌め入れられる部分には繊維強化樹脂層(4)は形成されていない。連結部材(35)とライナ(3)とを接合する方法は、摩擦攪拌接合法に限定されるものではない。

ドーム状連通部材(6)は、すべてのライナ(3)と連結部材(35)とを合わせたものの外形と同形同大の外形を有している。連通部材(6)は、周壁端面をすべてのライナ(3)と連結部材(35)とを合わせたものの端面の周縁部に当接させられた状態で、適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により外周側から接合されている。連通部材(6)とライナ(3)および連結部材(35)とを接合する方法は、摩擦攪拌接合法に限定されるものではない。

連結部材(35)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。

上記実施形態３において、樹脂製ライナ(3)を用いてもよい。樹脂製ライナ(3)を用いる場合、連結部材(35)がすべてのライナ(3)に一体に形成されることがある。この場合、連通部材(6)も樹脂製のものとされ、連結部材(35)およびライナ(3)に溶接または接着により接合される。また、樹脂製ライナ(3)を用いる場合であっても、連結部材(35)としてライナ(3)と別体のアルミニウム製のものがを用いられることがある。この場合、たとえば連結部材(35)をインサートとしてすべてのライナ(3)を射出成形することにより、ライナ(3)と連結部材(35)とが一体化される。なお、この場合、連通部材(6)とライナ(3)および連結部材(35)との接合は、適当な方法、たとえば接着により行われる。

上記実施形態１〜３において、容器構成体(2)の数は適宜変更可能である。なお、実施形態１において容器構成体(2)の数を２つにする場合には、図１における前後方向の両端に位置する２つの容器構成体(2)が用いられる。また、上記実施形態１〜３において、すべての容器構成体(2)のライナ(3)の外径は等しくなっているが、これに限るものではなく、少なくとも１つの容器構成体(2)のライナ(3)の外径が異なっていてもよい。この場合、実施形態１および２におけるエンドプレート(5)の形状や、実施形態３における連結部材(35)の形状が適宜変更される。

図１０は、外径および肉厚の等しいライナ(3)を有する複数の容器構成体(2)を、軸線が同一水平面内に位置するように前後方向に並べた場合の圧力容器の変形例を示す。なお、図１０においては、繊維強化樹脂層の図示は省略されている。

図１０(a)に示す圧力容器(40)の場合、すべてのライナ(3)の長さが等しく、すべてのライナ(3)は両端が同一垂直面内に位置するように並べられている。そして、すべてのライナ(3)の左端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用して、すべてのライナ(3)の左端部に跨るように口部(7)を有するドーム状連通部材(6)が接合され、すべてのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともにすべてのライナ(3)の左端開口が閉鎖されている。

前側の隣り合う２つのライナ(3)の右端部どうしは、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用して、両ライナ(3)の右端部に跨るようにドーム状連通部材(6)が接合され、両ライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともに両ライナ(3)の右端開口が閉鎖されている。後端のライナ(3)の右端部には略半中空球状の閉鎖部材(41)が適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により外周側から接合されており、閉鎖部材(41)によりライナ(3)の右端開口が閉鎖されている。なお、鍛造によりこのライナ(3)と閉鎖部材(41)とが一体に形成されていてもよい。

また、口部(7)は、左側の連通部材(6)に代えて、右側の連通部材(6)または閉鎖部材(41)に形成されていてもよい。

図１０(b)に示す圧力容器(42)の場合、すべてのライナ(3)の長さが等しく、すべてのライナ(3)は両端が同一垂直面内に位置するように並べられている。そして、すべてのライナ(3)の左端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用して、すべてのライナ(3)の左端部に跨るように口部(7)を有するドーム状連通部材(6)が接合され、すべてのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともにすべてのライナ(3)の左端開口が閉鎖されている。

各ライナ(3)の右端部には閉鎖部材(41)が適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により外周側から接合されており、閉鎖部材(41)により各ライナ(3)の右端開口が閉鎖されている。なお、鍛造により各ライナ(3)と閉鎖部材(41)とが一体に形成されていてもよい。

また、口部(7)は、連通部材(6)に代えて、いずれかの閉鎖部材(41)に形成されていてもよい。

図１０(c)に示す圧力容器(43)の場合、すべてのライナ(3)の長さが異なっており、すべてのライナ(3)は、左端が同一垂直面内に位置するように並べられている。そして、すべてのライナ(3)の左端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用して、すべてのライナ(3)の左端部に跨るように口部(7)を有するドーム状連通部材(6)が接合され、すべてのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともにすべてのライナ(3)の左端開口が閉鎖されている。

図１０(d)に示す圧力容器(44)の場合、すべてのライナ(3)の長さが等しく、すべてのライナ(3)は両端が同一垂直面内に位置するように並べられている。前側の２つのライナ(3)の左端部どうし、および後側の２つのライナ(3)の右端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用して、隣り合う２つのライナ(3)の端部に跨るようにドーム状連通部材(6)が接合され、これらのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともに、前側の隣り合う２つのライナ(3)の左端開口および後側の隣り合う２つのライナ(3)の右端開口が閉鎖されている。

また、前端のライナ(3)の右端部および後端のライナ(3)の左端部には、それぞれ閉鎖部材(41)が適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により外周側から接合されており、閉鎖部材(41)によりライナ(3)における連通部材(6)とは反対側の端部の開口が閉鎖されている。なお、鍛造によりこれらのライナ(3)と閉鎖部材(41)とが一体に形成されていてもよい。そして、後端のライナ(3)の閉鎖部材(41)に口部(7)が形成されている。

また、口部(7)は、後端のライナ(3)の閉鎖部材(41)に代えて、前端のライナ(3)の閉鎖部材(41)やいずれかの連通部材(6)に形成されていてもよい。

図１０(e)に示す圧力容器(45)の場合、長さの等しい２つのライナ(3)が、前後方向に間隔をおいて両端が同一垂直面内に位置するように配置され、両ライナ(3)間に、短い２つのライナ(3)が左右方向に伸びる同一直線上に位置するように配置されている。一方の短いライナ(3)の左端は２つの長いライナ(3)の左端と同一垂直面内に位置しており、これら３つのライナ(3)の左端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用して口部(7)を有するドーム状連通部材(6)がすべてのライナ(3)の左端部に跨るように接合され、３つのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともに３つのライナ(3)の左端開口が閉鎖されている。他方の短いライナ(3)の右端は２つの長いライナ(3)の右端と同一垂直面内に位置しており、これら３つのライナ(3)の右端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用してドーム状連通部材(6)がすべてのライナ(3)の右端部に跨るように接合され、３つのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともに３つのライナ(3)の右端開口が閉鎖されている。

また、２つの短いライナ(3)の連通部材(6)とは反対側の端部には閉鎖部材(41)が適当な方法、たとえば摩擦攪拌接合法により接合されており、閉鎖部材(41)によりライナ(3)の当該端部側の開口が閉鎖されている。なお、鍛造により短いライナ(3)と閉鎖部材(41)とが一体に形成されていてもよい。

また、口部(7)は、左側の連通部材(6)に代えて、右側の連通部材(6)またはいずれかの閉鎖部材(41)に形成されていてもよい。

図１０(f)に示す圧力容器(46)の場合、１つのライナ(3)の後側に、短い２つのライナ(3)が左右方向に伸びる同一直線上に位置するように配置されている。一方の短いライナ(3)の左端は長いライナ(3)の左端と同一垂直面内に位置しており、これら２つのライナ(3)の左端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用して口部(7)を有するドーム状連通部材(6)が隣り合う２つのライナ(3)の左端部に跨るように接合され、２つのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともに２つのライナ(3)の左端開口が閉鎖されている。他方の短いライナ(3)の右端は長いライナ(3)の右端と同一垂直面内に位置しており、これら２つのライナ(3)の右端部どうしが、実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用してドーム状連通部材(6)が隣り合う２つのライナ(3)の右端部に跨るように接合され、２つのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともに２つのライナ(3)の右端開口が閉鎖されている。

図１０(a)〜(f)に示す圧力容器(40)(42)〜(46)においても、樹脂製ライナ(3)が用いられることもある。この場合、実施形態１〜３で述べたようにライナ(3)が連結一体化される。

また、図１０(a)〜(f)に示す圧力容器(40)(42)〜(46)において、ライナ(3)と閉鎖部材(41)とを接合する方法は、摩擦攪拌接合法に限定されるものではない。

図１１は、長さの等しいライナ(3)を有する複数の容器構成体(2)を、すべてのライナ(3)の軸線が同一水平面内に位置しないように並べた場合の圧力容器の変形例を示す。なお、図１１においては、繊維強化樹脂層(4)の図示は省略されている。

図１１(a)に示す圧力容器(50)の場合、外径および肉厚の等しい複数のライナ(3)が、前後、上下に並べられている。

図１１(b)に示す圧力容器(51)の場合、外径および肉厚の等しい複数のライナ(3)が前後方向に並べられ、その前側にこれよりも大径の１つのライナ(3)が並べられている。なお、小径のライナ(3)の数は適宜変更可能である。

図１１(c)に示す圧力容器(52)の場合、外径および肉厚の等しい複数のライナ(3)が前後方向に並べられ、その前側にこれよりも大径でかつ相互に外径および肉厚の等しい複数のライナ(3)が前後方向に並べられている。なお、小径のライナ(3)の数および大径のライナ(3)の数は、それぞれ適宜変更可能である。

図１１(d)に示す圧力容器(53)の場合、１つのライナ(3)の後側に、これよりも小径でかつ相互に外径および肉厚の等しい複数のライナ(3)が前後方向に並べられるとともに、同前側に後側のライナ(3)と同径の１つのライナ(3)が並べられている。なお、大径のライナ(3)の数、後側の小径のライナ(3)の数、および前側の小径のライナ(3)数は、それぞれ適宜変更可能である。

図１１(e)に示す圧力容器(54)の場合、１つのライナ(3)の前側に、これよりも小径でかつ相互に外径および肉厚の等しい複数、ここでは２つのライナ(3)が上下に並べられている。なお、大径のライナ(3)の数および小径のライナ(3)数は、それぞれ適宜変更可能である。

図１１(f)に示す圧力容器(55)の場合、外径および肉厚の等しい２つのライナ(3)が前後方向に間隔をおいて並べられ、両ライナ(3)間に、これよりも小径でかつ相互に外径および肉厚の等しい複数、ここでは２つのライナ(3)が上下に並べられている。

図１１(g)に示す圧力容器(56)の場合、外径および肉厚の等しい複数のライナ(3)が前後方向に水平に並べられ、前端部のライナ(3)から前斜め上方に向かうように、これらのライナ(3)と同径の複数のライナ(3)が並べられている。なお、水平に並べられたライナ(3)の数および前斜め上方に向かうように並べられたライナ(3)数は、それぞれ適宜変更可能である。

図１１(a)〜(g)に示す圧力容器(50)〜(56)において、すべてのライナ(3)の両端はそれぞれ同一垂直面内に位置しており、これらのライナ(3)の両端部どうしが、それぞれ実施形態１および２のエンドプレート(5)または実施形態３の連結部材(35)を用いて連結一体化されており、エンドプレート(5)または連結部材(35)を利用してドーム状連通部材(6)がすべてのライナ(3)の両端部に跨るように接合され、すべてのライナ(3)の内部どうしが連通させられるとともにすべてのライナ(3)の両端開口が閉鎖されている。いずれか一方の連通部材(6)に口部(7)が形成されている。連通部材(6)の外形は図１１(a)〜(g)に鎖線で示すような形状であり、エンドプレート(5)または連結部材(35)の形状もこれに対応したものとなる。

図１１(a)〜(g)に示す圧力容器(50)〜(56)においても、樹脂製ライナ(3)が用いられることもある。この場合、実施形態１〜３で述べたようにライナ(3)が連結一体化される。

また、図１０および図１１に示す圧力容器において、さらなる耐圧性が要求される場合には、実施形態１の場合と同様に、すべての容器構成体(2)に跨るように２次繊維強化樹脂層(20)が形成される。

この発明の実施形態１の圧力容器を示す斜視図である。実施形態１の圧力容器の水平断面図である。実施形態１の圧力容器の横断面図である。実施形態１の圧力容器における前後方向の端に位置する容器構成体を製造する方法を示す斜視図である。実施形態１の圧力容器における前後方向の中間に位置する容器構成体を製造する方法を示す斜視図である。実施形態１の圧力容器において、連結一体化された複数の容器構成体に連通部材を接合する状態を示す斜視図である。実施形態１の圧力容器にさらなる耐圧性が要求された場合の対応例を示す平面図である。この発明の実施形態２の圧力容器を示し、連通部材を省略した分解斜視図である。この発明の実施形態３の圧力容器を示し、連通部材を省略した分解斜視図である。外径および肉厚の等しいライナを有する容器構成体を、ライナの軸線が同一水平面内に位置するように並べた場合の圧力容器の変形例を示す一部を省略した平面図である。長さの等しいライナを有する複数の容器構成体を、すべてのライナの軸線が同一水平面内に位置しないように並べた場合の圧力容器の変形例を示す横断面図である。

(1)(40)(42)〜(46)(50)〜(56)：圧力容器
(2)：容器構成体
(3)：ライナ
(4)：繊維強化樹脂層
(5)：エンドプレート
(6)：ドーム状連通部材
(7)：口部
(8A)(8B)：外向きフランジ
(20)：２次繊維強化樹脂層
(21)：フープ巻繊維強化樹脂層
(22)：インプレーン巻繊維強化樹脂層
(23)：ヘリカル巻繊維強化樹脂層
(30)：アルミニウム板
(31)：貫通穴
(35)：連結部材

Claims

少なくとも一端が開口した円筒状ライナおよびライナの周壁外周面を覆う繊維強化樹脂層よりなる複数の容器構成体が並べられて一体化されることにより構成されており、すべての容器構成体のライナ内部どうしが連通させられるとともに、すべての容器構成体のライナにより１つの閉空間が形成され、当該閉空間を外部に通じさせる口部を備えている圧力容器であって、
隣り合う少なくとも２つの容器構成体が、ライナの開口端部が同一側に来るように配置され、これらの容器構成体のライナの開口端部どうしに跨って外方に膨出したドーム状連通部材が固定されることにより、これらのライナの内部どうしが連通させられるとともにライナの開口が閉鎖されており、すべての容器構成体に跨るように２次繊維強化樹脂層が形成され、２次繊維強化樹脂層が、補強繊維をライナの軸線方向に平行に巻き付けてなるインプレーン巻繊維層、補強繊維をライナの軸線方向に対して傾斜するように巻き付けてなるヘリカル巻繊維層および補強繊維をライナの軸線方向に直交するように巻き付けてなるフープ巻繊維層と、各繊維層に含浸させて硬化させた樹脂とよりなる圧力容器。
口部の数が１つである請求項１記載の圧力容器。
開口端部が同一側に来るように配置された隣り合う少なくとも２つの容器構成体のライナの開口端部に跨ってエンドプレートが固定状に設けられ、ドーム状連通部材の周縁部がエンドプレートの周縁部に接合されている請求項１または２記載の圧力容器。
エンドプレートが、ライナの開口端部に一体に形成された外向きフランジどうしが接合されることにより形成されている請求項３記載の圧力容器。
ライナおよび外向きフランジがアルミニウムよりなり、外向きフランジどうしが摩擦攪拌接合されている請求項４記載の圧力容器。
エンドプレートが、ライナの開口端部を嵌め入れる貫通穴を有する１枚の板からなり、当該板における貫通穴の周囲の部分とライナの開口端部とが接合されている請求項３記載の圧力容器。
ライナおよび板がアルミニウムよりなり、ライナと板とが摩擦攪拌接合されている請求項６記載の圧力容器。
ドーム状連通部材およびエンドプレートがアルミニウムよりなり、ドーム状連通部材とエンドプレートとが摩擦攪拌接合されている請求項３〜７のうちのいずれかに記載の圧力容器。
開口端部が同一側に来るように配置された隣り合う少なくとも２つの容器構成体のライナの開口端部間に、両側のライナの開口端部が嵌る切り欠きを有する板状連結部材が配置され、連結部材における切り欠きの周囲の部分とライナの開口端部とが接合され、ドーム状連通部材の周縁部が連結部材およびライナの開口端部に接合されている請求項１または２記載の圧力容器。
ライナおよび連結部材がアルミニウムよりなり、ライナと連結部材とが摩擦攪拌接合されている請求項９記載の圧力容器。
ドーム状連通部材、ライナおよび連結部材がアルミニウムよりなり、ドーム状連通部材とライナと連結部材とが摩擦攪拌接合されている請求項９記載の圧力容器。
ライナの両端が開口しているとともにすべての容器構成体のライナの長さが等しくなっており、すべての容器構成体のライナの両端部に跨ってそれぞれ外方に膨出したドーム状連通部材が固定され、少なくともいずれか一方のドーム状連通部材に口部が設けられている請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の圧力容器。
すべての容器構成体のうちの少なくとも１つの容器構成体のライナの長さが異なっている請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の圧力容器。
すべての容器構成体のライナの径が等しくなっている請求項１〜１３のうちのいずれかに記載の圧力容器。
すべての容器構成体うち少なくとも１つの容器構成体のライナの径が異なっている請求項１〜１３のうちのいずれかに記載の圧力容器。
燃料水素用圧力容器、燃料電池、および燃料水素用圧力容器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、燃料水素用圧力容器が請求項１〜１５のうちのいずれかに記載の圧力容器からなる燃料電池システム。
請求項１６記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車。
請求項１６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。
天然ガス用圧力容器および天然ガス用圧力容器から天然ガスを送り出す圧力配管を備えており、天然ガス用圧力容器が請求項１〜１５のうちのいずれかに記載の圧力容器からなる天然ガス供給システム。
請求項１９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。
請求項１９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。
酸素用圧力容器および酸素用圧力容器から酸素ガスを送り出す圧力配管を備えており、酸素用圧力容器が請求項１〜１５のうちのいずれかに記載の圧力容器からなる酸素ガス供給システム。