JP6317163B2 - 圧力容器 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮ガスを冷却するためのガスクーラ等に用いられる圧力容器に関する。

従来、高圧のガスを冷却するための圧力容器（ガスクーラ）が知られている。例えば、特許文献１には、高圧のガスを収容可能な直方体形状の容器本体と、この容器本体内を２つの空間に区画するように当該容器本体内に設けられた平板状の隔壁と、容器本体の外面に設けられた複数のリブと、を備える圧力容器が開示されている。容器本体は、長方形の上壁本体と、上壁本体と対向する長方形の底壁本体と、上壁本体の周縁と底壁本体の周縁とを接続する四角筒状の周壁とを有している。隔壁は、容器本体とともに直方体形状の第一室と直方体形状の第二室とを形成するように容器本体内に設けられている。具体的に、隔壁は、上壁本体及び底壁本体に直交する姿勢で当該上壁本体の内面及び当該底壁本体の内面に接続されている。複数のリブは、上壁本体の外面及び底壁本体の外面にそれぞれ設けられている。上壁本体の外面には、隔壁と平行な面内で上壁本体の短手方向（隔壁と平行な方向）に沿って延びる複数の短手方向リブと、隔壁と直交する面内で上壁本体の長手方向（隔壁と直交する方向）に沿って延びる複数の長手方向リブとが設けられている。同様に、底壁本体の外面には、隔壁と平行な面内で底壁本体の短手方向に沿って延びる複数の短手方向リブと、隔壁と直交する面内で底壁本体の長手方向に沿って延びる複数の長手方向リブとが設けられている。

この圧力容器の各室に高圧のガスが導入されることによって容器本体に内圧が作用すると、主に、上壁本体及び底壁本体のうち隔壁と接続されている部分以外の平板状の部分が外側に膨らむように変形しようとする。複数のリブは、この変形を抑制する。

特開２０１４−００１８３０号公報

上記特許文献１の圧力容器では、上壁本体及び底壁本体のうち相対的に変形しやすい部位が複数のリブで補強されることにより、大幅な重量増を回避しつつ所望の強度が確保されている。しかしながら、このような圧力容器に対し、さらなる軽量化が求められている。

本発明の目的は、所望の強度を確保しつつ、一層の軽量化が可能な圧力容器を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明者らは、上記特許文献１に記載のような圧力容器（直方体形状の容器本体と、平板状の隔壁と、隔壁と平行な面内で隔壁と平行な方向に沿って延びるリブと、隔壁と直交する面内で隔壁と直交する方向に沿って延びるリブと、を有する圧力容器）の応力分布に着目した。この応力分布を解析した結果、本発明者らは、このような圧力容器においては、内圧作用時に上壁と周壁との境界及び底壁と周壁との境界に最も大きな応力が生じ、前記境界に次いで周壁の高さ方向の中央部に大きな応力が生じることを見出した。

さらに、本発明者らは、このような圧力容器においては、隔壁と平行な面内に設けられたリブに比べ、隔壁と直交する面内に設けられたリブの方が相対的に容器本体の補強効果（リブの重量に対する容器本体に生じる応力の低減作用）が高いことを見出した。

そこで、本発明は、高圧のガスを収容可能な直方体形状の容器本体と、前記容器本体内に設けられた平板状の隔壁と、前記容器本体の外面に設けられた複数のリブと、を備え、前記容器本体は、長方形の上壁と、この上壁と対向する長方形の底壁と、前記上壁の周縁と前記底壁の周縁とを接続する四角筒状の周壁とを有し、前記隔壁は、前記容器本体とともに直方体形状の第一室と直方体形状の第二室とを形成するように前記容器本体内に設けられており、前記複数のリブは、それぞれ、前記隔壁と直交する面内において前記容器本体の全周にわたってつながる形状を有する圧力容器を提供する。

本圧力容器では、相対的に高い補強効果を有するリブによって容器本体のうち大きな応力が生じる部位が補強されるので、すなわち容器本体が効果的に補強されるので、強度の確保と圧力容器全体の軽量化との双方が可能となる。具体的に、複数のリブは、隔壁と平行な面内ではなく隔壁と直交する面内に設けられているため、これらリブが隔壁と平行な面内に設けられる場合に比べて各リブによる容器本体の補強効果（リブの重量に対する容器本体に生じる応力の低減作用）が高くなる。しかも、これらのリブは、隔壁と直交する面内において容器本体の全周にわたってつながる形状を有している。このため、容器本体のうち最も大きな応力が生じる部位、すなわち容器本体のうち前記隔壁と直交する面と直交しかつ互いに隣接する２つの壁（上壁と周壁等）の境界に生じる応力が有効に低減され、かつ前記境界に次いで大きな応力が生じる部位、すなわち容器本体のうち隔壁と平行な壁の中央部に生じる応力が有効に低減される。よって、容器本体の薄肉化が可能となり、これにより圧力容器全体の軽量化が可能となる。

具体的に、前記隔壁は、前記上壁及び前記底壁と直交する姿勢で前記上壁の内面及び前記底壁の内面に接続されていることが好ましい。

このようにすれば、底壁を水平面上に載置したときに各室が水平方向に並ぶので、圧力容器の設置スペースに高さ方向の制限がある場合に有利となる。

この場合において、前記複数のリブは、前記上壁及び前記隔壁の双方に直交する面内に設けられていることが好ましい。

このようにすれば、周壁のうちその外面に複数のリブが設けられていない壁に、各室内に機器類（熱交換器等）を収容するための開口を形成することができる。

また、本発明において、前記複数のリブは、前記隔壁と平行な方向に沿って等間隔に並ぶ複数の主リブを有し、前記複数の主リブのうち互いに隣接する主リブ間の寸法の前記周壁の高さ寸法に対する割合が、０．２７〜１．１６であることが好ましい。

このようにすれば、圧力容器の単位重量当たりの複数の主リブによる容器本体の補強効果（以下、「補強性能指標」と称する。）が比較的大きくなる。具体的に、隔壁と平行な方向（複数のリブの並び方向）について、複数の主リブの設けられる範囲が一定である場合、前記割合が０．２７よりも小さくなると、主リブの総数が比較的多くなるので、圧力容器の重量に対して複数の主リブの総重量が相対的に大きくなる。このため、容器本体の強度は高くなるものの、圧力容器全体の重量が大きくなりすぎる。よって、補強性能指標が比較的小さくなる。つまり、前記割合が０．２７よりも小さな範囲では、容器本体が複数の主リブによって過剰に補強された状態となる。逆に、前記割合が１．１６よりも大きくなると、主リブの数が比較的少なくなるので、圧力容器の重量に対して複数の主リブの総重量は相対的に小さくなる。このため、圧力容器全体の重量は小さくなるものの、主リブによる容器本体の補強効果（容器本体の強度）が低くなる。よって、補強性能指標が比較的小さくなる。つまり、前記割合が１．１６よりも大きな範囲では、複数の主リブによる容器本体の補強が不足した状態となる。本発明では、前記割合が０．２７〜１．１６に設定されているので、補強性能指標が比較的大きくなる。つまり、本発明では、各主リブによる容器本体の補強効果が比較的高くなるので、その分容器本体の薄肉化、すなわち圧力容器全体の重量の低減が可能となる。

この場合において、前記割合が、０．４０〜０．８６であることが好ましい。

このようにすれば、前記補強性能指標がさらに大きくなる。よって、圧力容器のさらなる軽量化が可能となる。

さらにこの場合において、前記割合が、０．５５であることが好ましい。

このようにすれば、前記補強性能指標が一層大きくなる。よって、圧力容器の一層の軽量化が可能となる。

また、本発明において、前記複数のリブは、前記複数の主リブの並び方向について前記複数の主リブのうち最も外側に位置する最外主リブよりも外側でかつ前記最外主リブから前記主リブ間の寸法よりも大きな寸法だけ離間した位置に設けられた副リブをさらに有し、前記複数の主リブは、前記並び方向について前記容器本体の外面の中央を含む中央領域に設けられており、前記副リブは、前記並び方向について前記容器本体の外面のうち前記中央領域の外側の外側領域に設けられていることが好ましい。

このようにすれば、必要な強度を確保しつつ圧力容器がさらに軽量化される。具体的に、各室に内圧が作用した際、容器本体の中央領域は外側領域に比べて大きく外側に広がろうとするため、中央領域には相対的に大きな応力が生じる一方、外側領域には相対的に小さな応力しか生じない。このため、中央領域が相対的に密に配置された複数の主リブで補強される一方、外側領域が複数の主リブよりも疎に配置された副リブで補強されることにより、前記並び方向について容器本体の外面の全域にわたって複数の主リブが均一に設けられる場合に比べ、圧力容器が軽量化される。

以上のように、本発明によれば、所望の強度を確保しつつ、一層の軽量化が可能な圧力容器を提供することができる。

本発明の第一実施形態の圧力容器の斜視図である。 図１の圧力容器の断面斜視図である。 図１の圧力容器内に熱交換器が収容された状態の断面斜視図である。 図１の圧力容器を備えた圧縮装置の概略図である。 容器本体の高さ寸法に対するリブ間の寸法の割合と最大ひずみとの関係を示したグラフである。 容器本体の高さ寸法に対するリブ間の寸法の割合と最大基準ひずみから最大ひずみを引いた値との関係を示したグラフである。 容器本体の高さ寸法に対するリブ間の寸法の割合と圧力容器の重量との関係を示したグラフである。 容器本体の高さ寸法に対するリブ間の寸法の割合と補強性能指標との関係を示したグラフである。 図７に示すグラフを部分的に拡大したグラフである。 図１に示す圧力容器の第一変形例の斜視図である。 図１０に示す圧力容器の平面図である。 図１に示す圧力容器の第二変形例の斜視図である。 本発明の第二実施形態の圧力容器の斜視図である。 図１３に示す圧力容器の平面図である。

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について、図１ないし図１２を参照しながら説明する。

図１〜図３に示されるように、本実施形態の圧力容器は、高圧のガスを収容可能な直方体形状の容器本体１０と、この容器本体１０内に設けられた平板状の隔壁５０と、容器本体１０の外面に設けられた複数のリブ６０と、を備えている。隔壁５０は、容器本体１０内の空間を二等分するように容器本体１０内に設けられている。具体的に、隔壁５０は、容器本体１０とともに直方体形状を有する第一室１０ａと直方体形状を有する第二室１０ｂとを形成するように容器本体１０内に設けられている。隔壁５０及び複数のリブ６０は、容器本体１０と一体成形されている。例えば、本圧力容器は、鋳造によって成形される。

本実施形態の圧力容器は、図４に示されるように、第一圧縮機１０１及び第二圧縮機１０２を備える圧縮装置に用いられることが可能である。この場合、本圧力容器の第一室１０ａは、第一圧縮機１０１によって圧縮された高圧のガスを冷却するためのインタークーラとして利用される。第二室１０ｂは、第一室（インタークーラ）１０ａから流出した後に第二圧縮機１０２によってさらに圧縮された高圧のガスを冷却するためのアフタークーラとして利用される。第一圧縮機１０１から流出した高圧のガスは、容器本体１０の上部に形成された第一流入部１２を通じて第一室１０ａ内に流入する。第一室１０ａで冷却された高圧のガスは、容器本体１０の上部に形成された第一流出部１４から流出する。第二圧縮機１０２から流出した高圧のガスは、容器本体１０の上部に形成された第二流入部１６を通じて第二室１０ｂ内に流入する。第二室１０ｂで冷却された高圧のガスは、容器本体１０の側部に形成された第二流出部１８から流出する。なお、第一圧縮機１０１及び第二圧縮機１０２は、ギアを介してモータ１０３に接続されている。

以下、本実施形態の圧力容器を詳細に説明する。

図１〜図３に示されるように、容器本体１０は、長方形の上壁２０と、上壁２０と対向する長方形の底壁３０と、四角筒状の周壁４０とを有している。本実施形態では、第一室１０ａの体積と第二室１０ｂの体積とが実質的に等しいため、この圧力容器が上記のようにガスクーラとして利用される場合、第一室１０ａに作用する内圧よりも、第二室１０ｂに作用するそれの方が高くなる。ただし、各壁２０，３０，４０の肉厚は、すべて同じに設定されている。具体的に、各壁２０，３０，４０の肉厚は、第二室１０ｂに作用する内圧に耐え得る剛性を有するように設定されている。

上壁２０は、平板状を呈する。本実施形態では、上壁２０は、一方向に長い矩形状に形成されている。なお、以下の説明では、上壁２０の長手方向をＸ軸方向とし、上壁２０と底壁３０との並び方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の双方に直交する方向をＹ軸方向とする。

底壁３０は、平板状を呈する。底壁３０は、一方向（Ｘ軸方向）に長い矩形状に形成されている。

周壁４０は、上壁２０の周縁と底壁３０の周縁とを接続している。周壁４０と上壁２０との境界及び周壁４０と底壁３０との境界は、それぞれ外側に向かって凸となるように湾曲している。つまり、容器本体１０の各辺及び各頂点が、それぞれ外側に凸となるように湾曲した形状となっている。本実施形態では、この容器本体１０の形状を直方体形状と称する。

周壁４０は、上壁２０及び底壁３０と一体的につながった周壁本体４２と、この周壁本体４２に対して着脱可能な蓋壁４８とを有する。なお、図１には、蓋壁４８の一部が破断した状態が示されている。

周壁本体４２は、互いに対向する平板状の一対の第一対向壁４４と、各第一対向壁４４と直交する姿勢で互いに対向する平板状の一対の第二対向壁４６とを有する。本実施形態では、各第一対向壁４４は、上壁２０及び底壁３０の長手方向と同方向（Ｘ軸方向）に長い矩形状に形成されている。各第二対向壁４６は、第一対向壁４４と直交する方向（Ｙ軸方向）に長い矩形状に形成されている。各第二対向壁４６の幅方向（Ｙ軸方向）の両端は、それぞれ第一対向壁４４に接続されている。各第二対向壁４６は、当該第二対向壁４６をその厚さ方向（Ｘ軸方向）に貫通する第一開口４６ａ及び第二開口４６ｂを有する。各開口４６ａ，４６ｂは、一対の第一対向壁４４が互いに向き合う方向と同方向（Ｙ軸方向）に互いに隣接するように設けられている。

蓋壁４８は、第一開口４６ａ及び第二開口４６ｂを閉塞する形状を有する。蓋壁４８は、第一開口４６ａ及び第二開口４６ｂを塞ぐ姿勢でボルト等の締結具によって第二対向壁４６に締結される。

隔壁５０は、平板状を呈する。隔壁５０は、上壁２０及び底壁３０と直交する姿勢で上壁２０の内面及び底壁３０の内面とつながっている。この隔壁５０は、一対の第一対向壁４４と平行でかつ一対の第二対向壁４６と直交する姿勢で各第二対向壁４６のうち第一開口４６ａと第二開口４６ｂとの間の部位の内面とつながっている。本実施形態では、隔壁５０は、上壁２０及び底壁３０の長手方向と同方向（Ｘ軸方向）に長い矩形状に形成されている。隔壁５０の肉厚は、容器本体１０の肉厚と同じに設定されている。ただし、隔壁５０の肉厚は、容器本体１０の肉厚よりも小さく設定されてもよい。この隔壁５０により、容器本体１０内に直方体形状の第一室１０ａと直方体形状の第二室１０ｂとが形成されている。本実施形態では、各室１０ａ，１０ｂの幅方向（Ｙ軸方向）の寸法よりも高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法Ｈの方が大きくなるように隔壁５０の高さ方向（Ｚ軸方向）の寸法が設定されている。なお、容器本体１０（各室１０ａ，１０ｂ）の高さ寸法Ｈは、上壁２０の板厚方向（Ｚ軸方向）の中心と底壁３０の板厚方向（Ｚ軸方向）の中心との間の寸法である。

図３に示されるように、第一室１０ａ及び第二室１０ｂには、各室１０ａ，１０ｂに流入した高圧のガスを冷却するための熱交換器７０がそれぞれ収容される。具体的に、各熱交換器７０は、蓋壁４８が取り外された状態で、各開口４６ａ，４６ｂを通じて各室１０ａ，１０ｂ内に収容される。その後、蓋壁４８が第二対向壁４６に取り付けられる。これにより、第一室１０ａ及び第二室１０ｂ内にそれぞれ熱交換器７０が収容された状態で各室１０ａ，１０ｂが密閉される。

複数のリブ６０は、それぞれ、隔壁５０と平行な面（ＸＺ平面）内ではなく隔壁５０と直交する面（ＹＺ平面）内において容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状を有する。複数のリブ６０は、隔壁５０と直交する面と直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って等間隔に並んでいる。本実施形態では、５本のリブ６０が設けられている。

本実施形態では、複数のリブ６０のうち一方側の端に位置する第一リブ６１は、容器本体１０の周方向に沿って連続的につながる形状の第一リブ本体６１ａと、第一室１０ａ内と外部とを連通させるとともに第一リブ本体６１ａの一方の端部と他方の端部とを接続する筒状の第一接続リブ６１ｂとを有している。第一接続リブ６１ｂの外周面に第一リブ本体６１ａがつながることにより、第一リブ６１は全体として容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状となっている。第一接続リブ６１ｂの外周面は四角形に形成されており、第一接続リブ６１ｂの内周面は円形に形成されている。第一接続リブ６１ｂは、上壁２０の外面から上向きに突出しており、その上面は平坦に形成されている。第一接続リブ６１ｂの上壁２０の外面からの突出量は、第一リブ本体６１ａのそれよりもわずかに大きく設定されている。第一接続リブ６１ｂの上面には、第一圧縮機１０１等から吐出されたガスを第一室１０ａ内に導入するための配管の端部が接続される。すなわち、本実施形態では、第一接続リブ６１ｂが第一流入部１２として機能する。この第一接続リブ６１ｂは、第一リブ本体６１ａと同様に容器本体１０を補強する。このため、本実施形態では、第一接続リブ６１ｂを含めて第一リブ６１は隔壁５０と直交する面（ＹＺ平面）内において容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状を有するものとして扱われる。ただし、第一接続リブ６１ｂ（第一流入部１２）は、容器本体１０のうちリブ６０が設けられていない部位に設けられてもよい。この場合、第一リブ本体６１ａのみから構成される第一リブ６１が容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状とされる。すなわち、第一リブ６１が第一接続リブ６１ｂ（第一流入部１２）等の筒状の構造部を含む場合であったとしても、その構造部が第一リブ本体６１ａと同様に容器本体１０を補強する機能を有している場合は、その構造部を含めて第一リブ６１が隔壁５０と直交する面（ＹＺ平面）内において容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状を有するものとして扱われる。

複数のリブ６０のうち中央に位置する第三リブ６３及び他方側の端に位置する第五リブ６５についても、第一リブ６１と同様である。具体的に、第三リブ６３は、容器本体１０の周方向に沿って連続的につながる形状の第三リブ本体６３ａと、第二室１０ａ内と外部とを連通させるとともに第三リブ本体６３ａの一方の端部と他方の端部とを接続する筒状の第三接続リブ６３ｂとを有している。第三接続リブ６３ｂの外周面に第三リブ本体６３ａがつながることにより、第三リブ６３は全体として容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状となっている。第三接続リブ６３ｂの外周面及び内周面はともに四角形に形成されている。第三接続リブ６３ｂは、上壁２０の外面から上向きに突出しており、その上面は平坦に形成されている。第三接続リブ６３ｂの上壁２０の外面からの突出量は、第三リブ本体６３ａのそれよりもわずかに大きく設定されている。第三接続リブ６３ｂの上面には、第二圧縮機１０２等から吐出されたガスを第二室１０ｂ内に導入するための配管の端部が接続される。すなわち、本実施形態では、第三接続リブ６３ｂが第二流入部１６として機能する。この第三接続リブ６３ｂは、第三リブ本体６３ａと同様に容器本体１０を補強する。このため、本実施形態では、第三接続リブ６３ｂを含めて第三リブ６３は隔壁５０と直交する面（ＹＺ平面）内において容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状を有するものとして扱われる。ただし、第三接続リブ６３ｂ（第二流入部１６）は、容器本体１０のうちリブ６０が設けられていない部位に設けられてもよい。この場合、第三リブ本体６３ａのみから構成される第三リブ６３が容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状とされる。

第五リブ６５は、容器本体１０の周方向に沿って連続的につながる形状の第五リブ本体６５ａと、第一室１０ａ内と外部とを連通させるとともに第五リブ本体６５ａの互いに対向する端部同士を接続する筒状の第五第一室側接続リブ６５ｂと、第二室１０ａ内と外部とを連通させるとともに第五リブ本体６５ａの互いに対向する端部同士を接続する筒状の第五第二室側接続リブ６５ｃとを有している。第五第一室側接続リブ６５ｂの外周面及び第五第二室側接続リブ６５ｃの外周面に第五リブ本体６５ａがそれぞれつながることにより、第五リブ６５は全体として容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状となっている。第五第一室側接続リブ６５ｂの外周面は四角形に形成されており、第五第一室側接続リブ６５ｂの内周面は円形に形成されている。第五第一室側接続リブ６５ｂは、上壁２０の外面から上向きに突出しており、その上面は平坦に形成されている。第五第一室側接続リブ６５ｂの上壁２０の外面からの突出量は、第五リブ本体６５ａのそれよりもわずかに大きく設定されている。第五第一室側接続リブ６５ｂの上面には、第一室１０ａから流出したガスを第二圧縮機１０２等に導入するための配管の端部が接続される。すなわち、本実施形態では、第五第一室側接続リブ６５ｂが第一流出部１４として機能する。この第五第一室側接続リブ６５ｂは、第五リブ本体６５ａと同様に容器本体１０を補強する。第五第二室側接続リブ６５ｃの外周面は四角形に形成されており、第五第二室側接続リブ６５ｃの内周面は円形に形成されている。第五第二室側接続リブ６５ｃは、第一対向壁４４の外面から外向きに突出しており、その側端面は平坦に形成されている。第五第二室側接続リブ６５ｃの第一対向壁４４の外面からの突出量は、第五リブ本体６５ａのそれよりもわずかに大きく設定されている。第五第二室側接続リブ６５ｃの側端面には、第二室１０ｂから流出するガスを外部に導くため配管の端部が接続される。すなわち、本実施形態では、第五第二室側接続リブ６５ｃが第二流出部１８として機能する。この第五第二室側接続リブ６５ｃは、第五リブ本体６５ａと同様に容器本体１０を補強する。このため、本実施形態では、第五第一室側接続リブ６５ｂ及び第五第二室側接続リブ６５ｃを含めて第五リブ６５は隔壁５０と直交する面（ＹＺ平面）内において容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状を有するものとして扱われる。ただし、第五第一室側接続リブ６５ｂ（第一流出部１４）及び第五第二室側接続リブ６５ｃ（第二流出部１８）は、容器本体１０のうちリブ６０が設けられていない部位に設けられてもよい。この場合、第五リブ本体６５ａのみから構成される第五リブ６５が容器本体１０の全周にわたって連続的につながる形状とされる。

第一リブ６１と第三リブ６３との間に位置する第二リブの第二リブ本体６２ａ及び第三リブ６３と第五リブ６５との間に位置する第四リブの第四リブ本体６４ａを含め、すべてのリブ本体６１ａ〜６５ａの容器本体１０の外面からの突出量は、同じに設定されている。また、すべてのリブ本体６１ａ〜６５ａの厚さ寸法（Ｘ軸方向の寸法）は、同じに設定されている。

以上説明したように、本実施形態では、相対的に高い補強効果を有する複数のリブ６０によって容器本体１０のうち大きな応力が生じる部位が補強されるので、すなわち容器本体１０が効果的に補強されるので、強度の確保と圧力容器全体の軽量化との双方が可能となる。具体的に、本実施形態のように、直方体形状の容器本体１０及び容器本体１０内を二分する平板状の隔壁５０を有する圧力容器においては、隔壁５０と平行な面内に設けられるリブよりも隔壁５０と直交する面内に設けられるリブ６０の方が容器本体１０の補強効果が高くなる。また、この圧力容器の各室１０ａ，１０ｂに高圧のガスが流入すると、上壁２０、底壁３０及び周壁４０には、これら各壁がそれぞれ外側に膨張する方向の荷重が作用する。その結果、上壁２０と周壁４０との境界及び底壁３０と周壁４０との境界に最も大きな応力が生じ、前記境界に次いで、周壁４０の高さ方向（Ｚ軸方向）の中央部に大きな応力が生じる。本実施形態では、複数のリブ６０は、隔壁５０と平行な面（ＸＺ平面）内ではなく隔壁５０と直交する面（ＹＺ平面）内に設けられている。このため、これらリブ６０が隔壁５０と平行な面内に設けられる場合に比べて各リブ６０による容器本体１０の補強効果（リブ６０の重量に対する容器本体１０に生じる応力の低減作用）が高くなる。しかも、これらのリブ６０は、隔壁５０と直交する面内において容器本体１０の全周にわたってつながる形状を有している。このため、容器本体１０のうち最も大きな応力が生じる部位、すなわち前記境界に生じる応力が有効に低減され、かつ前記境界に次いで大きな応力が生じる部位、すなわち周壁４０の高さ方向の中央部に生じる応力が有効に低減される。よって、容器本体１０の薄肉化が可能となり、これにより圧力容器全体の軽量化が可能となる。

続いて、各リブ６０間の寸法Ｌ（Ｘ軸方向の寸法）とこれらリブ６０による容器本体１０の補強効果との関係について検討する。より詳細には、容器本体１０の高さ寸法Ｈに対する各リブ６０間の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｈと各リブ６０による容器本体１０の補強効果との関係について検討する。本実施形態では、各室１０ａ，１０ｂの幅寸法よりも高さ寸法Ｈの方が大きいため、上壁２０及び底壁３０のうち隔壁５０とつながっている部位以外の平板状の部位に生じる応力に比べ、一対の第一対向壁４４の高さ方向の中央部に生じる応力の方が大きくなる。このため、各リブ６０による上壁２０及び底壁３０の補強効果よりも、各リブ６０による一対の対向壁４４の補強効果の方が重要となる。よって、本実施形態では、各リブ６０の補強効果を検討するに当たり、容器本体１０の高さ寸法Ｈが基準の一つとして採用されている。なお、各リブ６０間の寸法Ｌは、各リブ６０の板厚方向（Ｘ軸方向）の中心間の寸法である。

複数のリブ６０の設けられる範囲が一定である場合、前記割合Ｌ／Ｈが０．２７よりも小さくなると、リブ６０の総数が比較的多くなるので、圧力容器の重量に対して複数のリブ６０の総重量が相対的に大きくなる。このため、容器本体１０の強度は高くなるものの、圧力容器全体の重量が大きくなりすぎる。よって、圧力容器の単位重量当たりの複数のリブ６０による容器本体１０の補強効果（以下、「補強性能指標」と称する。）が比較的小さくなる。つまり、前記割合Ｌ／Ｈが０．２７よりも小さな範囲では、容器本体１０が複数のリブ６０によって過剰に補強された状態となる。逆に、前記割合Ｌ／Ｈが１．１６よりも大きくなると、リブ６０の総数が比較的少なくなるので、圧力容器の重量に対して複数のリブ６０の総重量は相対的に小さくなる。このため、圧力容器全体の重量は小さくなるものの、リブ６０による容器本体１０の補強効果（容器本体１０の強度）が低くなる。よって、補強性能指標が比較的小さくなる。つまり、前記割合Ｌ／Ｈが１．１６よりも大きな範囲では、複数のリブ６０による容器本体１０の補強が不足した状態となる。

したがって、本実施形態では、前記割合Ｌ／Ｈが０．２７〜１．１６の範囲に設定される。このようにすれば、補強性能指標が比較的大きくなる。つまり、前記割合Ｌ／Ｈが０．２７〜１．１６の範囲では、圧力容器の単位重量当たりの複数のリブ６０による容器本体１０の補強効果が比較的高くなるので、その分容器本体１０のさらなる薄肉化、すなわち圧力容器全体の重量の一層の低減が可能となる。

さらに、前記割合Ｌ／Ｈは、０．４０〜０．８６の範囲に設定されることがより好ましい。このようにすれば、補強性能指標がさらに大きくなるので、圧力容器のさらなる軽量化が可能となる。

そして、前記割合Ｌ／Ｈは、０．５５に設定されることがより好ましい。このようにすれば、補強性能指標が一層大きくなるので、圧力容器の一層の軽量化が可能となる。

次に、本実施形態の圧力容器についての実施例を説明する。

本圧力容器に１０．４ＭＰａの内圧が作用したときに容器本体１０に生じる最大ひずみεについて、前記割合Ｌ／Ｈが０．２７〜５．５の範囲で解析を行った。図５は、その結果を示している。なお、最大ひずみεは、上壁２０と周壁４０との境界及び底壁３０と周壁４０との境界で生じ、最大ひずみεに次いだ大きなひずみは、周壁４０の高さ方向の中央部で生じた。本実施例では、容器本体１０の高さ寸法Ｈ（Ｚ軸方向の寸法）は３６４ｍｍであり、容器本体１０の幅寸法（Ｙ軸方向の寸法）は６３６ｍｍである。また、各リブ６０の容器本体１０からの突出量は５０ｍｍであり、各リブ６０の厚さ方向（Ｘ軸方向）の寸法は２５ｍｍである。

図５に示されるように、横軸に前記割合Ｌ／Ｈをとり、縦軸に最大ひずみεをとると、前記割合Ｌ／Ｈが大きくなるにしたがって最大ひずみεが大きくなる曲線が得られた。本実施例では、前記割合Ｌ／Ｈが５．５のとき、最大ひずみεは０．５８％となった。この値は、容器本体１０の外面に複数のリブ６０が全く設けられない場合に当該容器本体１０に生じる最大基準ひずみε０の値と同じであった。つまり、前記割合Ｌ／Ｈが５．５では、実質的に複数のリブ６０による容器本体１０の補強効果が得られないことが分かった。

図６は、横軸に前記割合Ｌ／Ｈをとり、縦軸に最大基準ひずみε０（０．５８％）から図５に示される最大ひずみεを引いた値をとったときのグラフである。つまり、図６は、容器本体１０があとどれだけひずむことが許容されるか、すなわち最大ひずみεの許容量を表すグラフである。

図７は、横軸に前記割合Ｌ／Ｈをとり、縦軸に圧力容器の重量をとったときのグラフである。前記割合Ｌ／Ｈが大きくなるにしたがってリブ６０の総数が少なくなるため、前記割合Ｌ／Ｈが大きくなるにしたがって重量が小さくなる曲線が得られた。

図８は、横軸に前記割合Ｌ／Ｈをとり、縦軸に図６の縦軸の値（最大基準ひずみε０−最大ひずみε）を図７の縦軸の値（圧力容器の重量Ｗ）で割った値をとったときのグラフである。図８の縦軸の値は、圧力容器の単位重量当たりの最大ひずみεの許容量を表している。つまり、この値が大きいほど、圧力容器の単位重量当たりの複数のリブ６０による容器本体１０の補強効果が優れていることを表している。すなわち、図８の縦軸の値が前記補強性能指標に相当する。この値が比較的高い範囲では、容器本体１０が効果的に補強されかつ圧力容器が軽量化される。図８に示されるように、グラフは、上向きに凸となる曲線となるため、最適点が存在することが分かる。

図９は、図８のグラフの最適点の近傍を拡大したグラフである。図９より、前記割合Ｌ／Ｈが０．２７〜１．１６の範囲では、補強性能指標が８．１５以上という比較的高い値となるので、容器本体１０の効果的な補強と圧力容器の重量の低減との双方が達成されることが分かる。

さらに、図９から、前記割合Ｌ／Ｈが０．４０〜０．８６の範囲に設定されることがより好ましいことが分かる。この範囲では、補強性能指標が８．８６以上となる。よって、容器本体１０の各壁の薄肉化、すなわち圧力容器の軽量化が可能となる。

そして、図９より、前記割合Ｌ／Ｈが０．５５のときに補強性能指標が最大値９．０となることが分かる。

なお、上記に示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、複数のリブ６０は、以下の第一変形例及び第二変形例に示される形状であってもよい。

＜第一変形例＞
上記第一実施形態の第一変形例について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。なお、本変形例の複数のリブ６０の形状以外の構造ついては、これまで説明した実施形態の構造と同じである。

図１０及び図１１に示されるように、複数のリブ６０は、中央領域Ａ１に設けられる複数の中央リブ６６と、外側領域Ａ２に設けられる複数の外側リブ６７とを有している。中央領域Ａ１は、容器本体１０の外面のうち各リブの並び方向（Ｘ軸方向）の中央に位置するとともに、容器本体１０の隔壁５０と直交する面に沿って周方向に並ぶ４つの壁（上壁２０、一対の第一対向壁４４及び底壁）総面積の２分の１を占める領域である。外側領域Ａ２は、前記並び方向について容器本体１０の外面のうち中央領域Ａ１の外側に位置する領域である。

本変形例では、中央領域Ａ１に３本の中央リブ６６が設けられており、各外側領域Ａ２に１本ずつ外側リブ６７が設けられている。

各外側リブ６７の容器本体１０の外面からの突出量ｈ２は、各中央リブ６６の容器本体１０の外面からの突出量ｈ１よりも小さく設定されている。これは、各室１０ａ，１０ｂに内圧が作用した際、容器本体１０の中央領域Ａ１に生じる応力よりも外側領域Ａ２に生じるそれの方が小さくなるからである。

本変形例では、前記並び方向に沿って均一に複数の中央リブ６６が設けられる場合に比べて複数のリブ６０の総重量が低減されるので、強度を確保しつつ圧力容器全体の重量が低減される。

なお、本変形例では、各外側リブ６７の容器本体１０の外面からの突出量が各中央リブ６６のそれに比べて小さく設定された例が示されたが、これに限られない。例えば、各リブの容器本体１０の外面からの突出量が同じであり、各外側リブ６７の厚さ方向の寸法が各中央リブ６６のそれよりも小さく設定されてもよい。この場合も、上記と同様の効果が得られる。

＜第二変形例＞
上記実施形態の第二変形例について、図１２を参照しながら説明する。なお、本変形例においても、複数のリブ６０の形状以外の構造ついては、これまで説明した実施形態の構造と同じである。

図１２に示されるように、各リブ６０は、上壁２０の外面及び底壁３０の外面に設けられた第一部位６０ａと、一対の第一対向壁４４の外面に設けられた第二部位６０ｂとを有する。

第一部位６０ａは、上壁２０及び底壁３０の板厚方向（Ｚ軸方向）について隔壁５０と重なる部位から外側に向かうにしたがって次第に突出量が大きくなった後に小さくなる形状を有する。これは、各室１０ａ，１０ｂに内圧が作用した際、上壁２０及び底壁３０のうち隔壁５０とつながっている部位から外側に向かうにしたがって次第に当該壁に生じる応力が大きくなるからである。

第二部位６０ｂは、上壁２０と周壁４０との境界あるいは底壁３０と周壁４０との境界から第一対向壁４４の高さ方向の中央に向かうにしたがって次第に突出量が大きくなる形状を有する。これは、各室１０ａ，１０ｂに内圧が作用した際、前記境界から第一対向壁４４の中央に向かうにしたがって次第に当該壁に生じる応力が大きくなるからである。なお、最も大きな応力は前記境界に生じる。

本変形例では、各リブ６０の容器本体１０の外面からの突出量が容器本体１０の周方向の全域にわたって第一部位６０ａの最大量または第二部位６０ｂの最大量で均一である場合に比べて複数のリブ６０の総重量が低減されるので、強度を確保しつつ圧力容器全体の重量が低減される。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態の圧力容器について、図１３及び図１４を参照しながら説明する。なお、第二実施形態では、複数のリブ６０の配置以外の構造ついては、第一実施形態の構造と同じである。

図１３及び図１４に示されるように、複数のリブ６０は、中央領域Ａ１に設けられる複数の主リブ６８と、外側領域Ａ２に設けられる複数の副リブ６９とを有している。

複数の主リブ６８は、前記並び方向に沿って等間隔に並んでいる。本実施形態では、中央領域Ａ１に３本の主リブ６８が設けられている。

各副リブ６９は、前記並び方向について複数の主リブ６８のうち最も外側に位置する最外主リブ６８ａよりも外側でかつ最外主リブ６８ａから主リブ６８間の寸法Ｌ１よりも大きな寸法Ｌ２だけ離間した位置に設けられている。本実施形態では、各外側領域Ａ２に１本ずつ副リブ６９が設けられている。

本実施形態では、必要な強度を確保しつつ圧力容器がさらに軽量化される。具体的に、各室１０ａ，１０ｂに内圧が作用した際、容器本体１０の中央領域Ａ１は外側領域Ａ２に比べて大きく外側に広がろうとするため、中央領域Ａ１には相対的に大きな応力が生じる一方、外側領域Ａ２には相対的に小さな応力しか生じない。このため、中央領域Ａ１が相対的に密に配置された複数の主リブ６８で補強される一方、外側領域Ａ２が複数の主リブ６８よりも疎に配置された副リブ６９で補強されることにより、前記並び方向について容器本体１０の外面の全域にわたって複数の主リブ６８が均一に設けられる場合に比べ、圧力容器が軽量化される。

なお、第二実施形態においても、上記第一変形例のように、各副リブ６９の容器本体１０の外面からの突出量が複数の主リブ６８のそれよりも小さく設定されてもよい。また、各リブが、第二変形例のように第一部位６０ａ及び第二部位６０ｂを有する形状であってもよい。

１０ 容器本体
１０ａ 第一室
１０ｂ 第二室
２０ 上壁
３０ 底壁
４０ 周壁
４２ 周壁本体
４４ 一対の第一対向壁
４６ 一対の第二対向壁
４８ 蓋壁
５０ 隔壁
６０ 複数のリブ
６８ 複数の主リブ
６８ａ 最外主リブ
６９ 複数の副リブ
７０ 熱交換器

Claims (7)

1. 高圧のガスを収容可能な直方体形状の容器本体と、
   前記容器本体内に設けられた平板状の隔壁と、
   前記容器本体の外面に設けられた複数のリブと、を備え、
   前記容器本体は、長方形の上壁と、この上壁と対向する長方形の底壁と、前記上壁の周縁と前記底壁の周縁とを接続する四角筒状の周壁とを有し、
   前記隔壁は、前記容器本体とともに直方体形状の第一室と直方体形状の第二室とを形成するように前記容器本体内に設けられており、
   前記複数のリブは、それぞれ、前記隔壁及び前記上壁の双方と直交する面内において前記容器本体の全周にわたって連続的につながる形状を有し、
   前記複数のリブのうち少なくとも一つのリブは、前記容器本体の周方向に沿って連続的につながる形状のリブ本体と、前記リブ本体に接続されているとともに前記容器本体内の空間と前記容器本体外の空間とを連通させる空間を有する筒状に形成された接続リブとを有する圧力容器。
2. 請求項１に記載の圧力容器において、
   前記容器本体の外面には、リブとして前記複数のリブのみが設けられている圧力容器。
3. 請求項１又は２に記載の圧力容器において、
   前記隔壁は、前記上壁及び前記底壁と直交する姿勢で前記上壁の内面及び前記底壁の内面に接続されている圧力容器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力容器において、
   前記複数のリブは、前記隔壁及び前記上壁の双方と平行な方向に沿って等間隔に並ぶ複数の主リブを有し、
   前記複数の主リブのうち互いに隣接する主リブ間の寸法の前記周壁の高さ寸法に対する割合が、０．２７〜１．１６である圧力容器。
5. 請求項４に記載の圧力容器において、
   前記割合が、０．４０〜０．８６である圧力容器。
6. 請求項５に記載の圧力容器において、
   前記割合が、０．５５である圧力容器。
7. 請求項４ないし６のいずれか１項に記載の圧力容器において、
   前記複数のリブは、前記複数の主リブの並び方向について前記複数の主リブのうち最も外側に位置する最外主リブよりも外側でかつ前記最外主リブから前記主リブ間の寸法よりも大きな寸法だけ離間した位置に設けられた副リブをさらに有し、
   前記複数の主リブは、前記並び方向について前記容器本体の外面の中央を含む中央領域に設けられており、
   前記副リブは、前記並び方向について前記容器本体の外面のうち前記中央領域の外側の外側領域に設けられている圧力容器。

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