JP2004270861A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナを分割式とした場合に、圧力容器を大型化せずに分割部分のシール性を確保できる圧力容器を提供する。
【解決手段】水素タンク１１は中空状のライナ１２と、ライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３とを備え、内部の収容室１４に水素吸蔵用ユニット１５が収容されている。ライナ１２は両端が分割されて、筒状の本体部１６と、本体部１６の開口部１６ａ，１６ｂを覆う蓋部１７，１８とを備えている。開口部１６ａ，１６ｂは断面が円形で、その口径が水素吸蔵用ユニット１５を挿入可能な大きさに形成されている。蓋部１７，１８は開口部１６ａ，１６ｂに嵌挿される凸部２２と、フランジ部２３とを備え、凸部２２の周面と開口部１６ａ，１６ｂの周面との間にシール部材２４が介装されている。開口部１６ａ，１６ｂと対応するライナ１２の外面に周方向に沿って設けられた環状の溝２８に、開口部１６ａ，１６ｂの拡がり防止用の環状の補強部２９が設けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力容器に係り、詳しくは中空状のライナと、ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、内部に組立品が収容されている圧力容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化を抑制する意識が高まってきており、特に車両から排出される二酸化炭素の低減を目的として燃料電池電気自動車や水素自動車等の開発が盛んである。これら自動車では水素と酸素とを電気化学的に反応させて電力を起こし、その電気をモータに供給して駆動力を発生させている。この種の水素供給源としては水素タンクが用いられ、水素タンクには高い圧力で水素が充填されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示された水素タンクの断面図である。水素タンク５１は中空状（樽状）をなすライナ５２を有し、ライナ５２は気密性を確保可能な材質（例えば高密度ポリエチレン等）からなる。ライナ５２の前端及び後端には熱伝導が良好なアルミニウム等を材質としたトップボス５３とエンドボス５４とが各々固着されている。トップボス５３及びエンドボス５４は一部分が外部に露出した状態で組み付けられ、タンク内部の発熱及び吸熱をタンク外部に導く働きをする。
【０００４】
ライナ５２の外周面全域にはシェル５５が被覆され、シェル５５は耐圧性を確保可能な材質、例えば、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ：繊維強化樹脂）からなる。ライナ５２の内部には複数のフィン５６とフィン５６を支持する軸材５７とからなるフィンアセンブリ５８が収容され、軸材５７の各端部がトップボス５３及びエンドボス５４に各々固着されている。フィンアセンブリ５８は熱伝導が良好なアルミニウム等を材質とし、タンク内部の発熱及び吸熱をトップボス５３及びエンドボス５４を介してタンク外部に放出している。
【０００５】
ところで、フィンアセンブリ５８等の内容物を収容したライナを一体型のアルミニウム製のライナで製造する場合、この種のライナはフィンアセンブリ５８との接合部分を真空ろう付けしてスピニング加工することによって製造される。しかし、スピニング加工により製造するとライナに熱が加わるので、強度が下がり割れ易くなることから、例えば５００度程度でライナを再熱処理する必要がある。しかし、再熱処理を行うと、ろう付け部分が剥がれたり、局所的に配置されたシールの材質がもたない問題が生じるので、内容物を組み込む場合にはライナを分割式にせざるをえない現状がある。
【０００６】
図７は分割式のライナ５２を用いた水素タンク５１の一部（端部）を模式的に示す部分断面図である。ライナ５２はドーム部において分割され、略筒状の本体部５９と本体部５９の開口部を覆う蓋部６０とを備えている。本体部５９と蓋部６０との間のシール構造として、本体部５９と蓋部６０との接合面のうちライナ５２の軸方向に延びるシール面６１にＯリング６２が配置された軸シールが設けられる。ライナ５２の外側はシェル（図示せず）で覆われている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８１２９５号公報（明細書の段落［００３０］〜［００３９］、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内部が高圧の水素タンク５１ではガス圧によりライナ５２が外側に膨らむ作用が生じる。このため、図７に示す軸シールの場合、内部のガス圧によって本体部５９が径方向外側に膨らんだ状態（二点鎖線で示す状態）となり、Ｏリング６２のシール代がなくなってガスリークが発生する問題がある。
【０００９】
薄肉回転対称体形状の圧力容器の主応力方向は軸方向及び径方向で、シェル５５を構成する繊維強化樹脂においては繊維を主応力方向に配列するのが最適な繊維配列である。そして、軸方向と径方向との力の割合は径方向２に対して軸方向１である。従って、強化繊維は軸方向と平行な方向と、周方向に配列するのが最も効率がよい。しかし、軸方向と平行な方向に配列するのは難しいため、従来、圧力容器のドーム部に対してはインプレーン巻（平面巻）又はヘリカル巻が行われ、円筒部（胴部）に対してはインプレーン巻又はヘリカル巻とフープ巻の組合せで繊維が配列されて圧力容器が製造されている。これは、ドーム部においてはフープ巻を重ねて行うことが難しいため、ヘリカル巻により径方向の力を担うようにしている。ところが、フープ巻に比較してヘリカル巻では径方向への力に対抗する強度が小さいため、前記の膨張を抑制してガスリークを防止するためにはヘリカル巻層を厚くする必要があり、圧力容器が大型化するという問題がある。
【００１０】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ライナを分割式とした場合に、圧力容器を大型化せずに分割部分のシール性を確保できる圧力容器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、中空状のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナの内部に組立品が収容されている圧力容器である。そして、少なくとも前記ライナの一端側が、前記組立品を挿入可能な開口部と、その開口部を覆う蓋部とに分割されている。前記蓋部は前記開口部に嵌挿される凸部と、前記凸部より大径のフランジ部とを備え、前記凸部の周面と前記開口部の周面との間にシール部材が介装されている。また、前記開口部と対応するライナの外面又は、前記フランジ部に対向する部分に周方向に沿って設けられた環状の凹部又は切り欠き部に前記開口部の拡がり防止用の環状の補強部が設けられている。
【００１２】
ライナの内部が高圧になったとき、ライナの開口部が外側に向かって膨張しようとする。このとき、その膨張をライナ外面を覆う繊維強化樹脂層のみで抑制するには、繊維強化樹脂層を厚くする必要がある。しかし、この発明では、開口部と対応するライナの外面又は、前記フランジ部に対向する部分に設けられた補強部の存在により、開口部の膨張が抑制される。その結果、ライナの内部と外部とをシールするシール部材が介装されている部分の隙間が拡がるのが抑制されてシール部材によるシール代が確保され、圧力容器のシール性が確保される。従って、ライナの内部に組立品を収容するためにライナを分割式として開口部を広くした構成としても、例えばスピニング加工によって製造する場合と比較して簡単な構成で組立品をライナ内部に収容可能となり、かつ圧力容器を大型化せずに分割部分のシール性を確保できる。
【００１３】
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、前記凹部又は切り欠き部は径方向に開放された形状に形成された溝であり、前記補強部は環状に巻かれた繊維束を強化繊維とした繊維強化樹脂で構成されている。この発明では、補強部はフープ巻層を開口部と対応する部分において増やしたのと同等の効果が得られる。また、ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層をフィラメントワインディングにより形成するのに先だって、同じフィラメントワインディング装置を使用して溝内に樹脂含浸繊維束を巻き付けることにより、補強部を形成することが可能になる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補強部が前記凹部又は切り欠き部にライナの軸方向から嵌合された構造である。請求項２に記載の発明では、補強部を収容する凹部又は切り欠き部は、径方向に開放された形状のため、溝の底面の径と同じ内径を有する環状の補強部を設けるには、樹脂含浸繊維束を巻き付けた後に硬化させるか、繊維束を巻き付けた後、樹脂を充填して硬化させるか、金属線を巻き付ける必要がある。即ち、補強部をワンタッチで組み付けることはできず、繊維束あるいは線材の巻き付け作業が必要となる。しかし、この発明では、予め形成された環状の補強部を、ライナの軸方向からワンタッチで組み付けることができる。また、補強部として線材を巻いて形成されたものに限らず、所定の断面形状の金属リングも使用できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、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、前記補強部は前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層の強化繊維束より高強度の繊維束が強化繊維として使用された繊維強化樹脂で構成されている。この発明では、補強部を構成する繊維束が、ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層の強化繊維束と同じ強度の場合に比較して、繊維束の巻数を少なくしても同じ強度が得られ、開口部の膨張を抑制するのに必要な繊維束の量を少なくできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
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）に具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に従って説明する。図１は、水素タンクの模式断面図、図２はその部分拡大図である。
【００１７】
図１に示すように、水素タンク１１は、細長い中空状のライナ１２と、ライナ１２の外面の略全域を覆う繊維強化樹脂層１３とを備え、ライナ１２の内部の収容室１４に熱交換機能を有する組立品としての水素吸蔵用ユニット１５が収容されている。
【００１８】
繊維強化樹脂層１３は、この実施の形態では炭素繊維を強化繊維としたＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）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１３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１２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。
【００１９】
ライナ１２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１２は両端が分割式となっており、略筒状の本体部１６と、本体部１６の一端側の開口部１６ａを覆う蓋部１７と、本体部１６の他端側の開口部１６ｂを覆う蓋部１８とを備えている。開口部１６ａは断面が円形で、その口径が水素吸蔵用ユニット１５が通過可能、即ち水素吸蔵用ユニット１５を挿入可能な大きさに形成されている。
【００２０】
水素吸蔵用ユニット１５は、水素タンク１１の軸方向（図１の左右方向）に延び、先端側で折り返されたパイプからなる熱媒管１９を備えている。熱媒管１９には略円板状のフィン２０が軸方向に等間隔に複数固着されている。フィン２０の間には粉末状の水素吸蔵合金（ＭＨ粉末）がフィン２０と接触する状態で収容されている。水素吸蔵合金は水素タンク１１内の水素の充填量を多くする機能があり、大気中に比べて数百〜１０００倍の水素充填を可能にする。フィン２０の径方向端部には全てのフィン２０を覆う状態で、水素吸蔵合金の通過を阻止し水素を透過可能なフィルタ１５ａ（破線で図示）が設けられている。水素吸蔵用ユニット１５はその外周面と、ライナ１２の内周面との間に空間が存在するように外径が設定されている。そして、収容室１４に高圧状態で水素が充填されている。収容室１４を高圧にするのは、水素吸蔵用ユニット１５が占める以外の部分における水素の充填量を多くするためであり、例えば収容室１４内の圧力を２５ＭＰａとした場合には、収容室１４内が大気圧の場合と比較して約２５０倍の水素が充填可能となる。
【００２１】
一端側の蓋部１７には熱媒管１９の各端部が連通される通路１７ａ，１７ｂが形成されている。通路１７ａ，１７ｂは図示しない熱媒供給部に管路を介して連通され、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）が流れる。この実施の形態では通路１７ａが上流側、通路１７ｂが下流側となっている。従って、熱媒管１９から加熱水が供給されると水素吸蔵用ユニット１５を構成する水素吸蔵合金が加熱され、熱媒管１９から冷水が供給されると水素吸蔵合金が冷却される。
【００２２】
他端側の蓋部１８には、その中心部に収容室１４と外部とを連通する通気路１８ａがライナ１２の軸線に沿って延びるように形成され、通気路１８ａの端部にはバルブ２１が取り付けられている。このバルブ２１のポート切り換えによって水素タンク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内の水素がバルブ２１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２１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。
【００２３】
図１及び図２に示すように、蓋部１７は開口部１６ａに嵌挿される凸部２２と、凸部２２より大径のフランジ部２３とを備えている。凸部２２は円柱状に形成され、その周面と、開口部１６ａの周面との間にシール部材２４が介装されている。シール部材２４としてＯリングが使用され、シール部材２４は凸部２２の周面に形成された環状の収容溝２２ａに収容されている。シール部材２４は一部が収容溝２２ａから突出した状態で収容溝２２ａ内に収容され、収容溝２２ａの底面と、開口部１６ａの周面とによって押圧されて変形された状態で、本体部１６と蓋部１７との間、即ちライナ１２の分割部分のシール性（気密性）を確保している。
【００２４】
なお、凸部２２の収容室１４側端面には凹部２２ｂが形成され、水素吸蔵用ユニット１５は基端が凹部２２ｂに嵌合され、先端側が開口部１６ｂによって支持された状態で収容室１４に収容されている。
【００２５】
蓋部１７のフランジ部２３にはボルト２５を挿通するための挿通孔２６が複数形成され、本体部１６には挿通孔２６と対応する位置に雌ねじ部２７が複数形成されている。蓋部１７はボルト２５をフランジ部２３の挿通孔２６に挿通した状態で、ボルト２５の雄ねじ部を雌ねじ部２７に螺着することによって本体部１６に固定されている。
【００２６】
開口部１６ａと対応するライナ１２の外面には、環状の凹部としての溝２８が周方向に沿って設けられている。溝２８は本体部１６の径方向に開放された状態に形成されている。溝２８は雌ねじ部２７の形成位置より径方向において外側に形成されている。溝２８内には開口部１６ａの拡がり防止用の環状の補強部２９が設けられている。補強部２９は環状に巻かれた繊維束を強化繊維とした繊維強化樹脂で構成されている。補強部２９はライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３の強化繊維束と同じ繊維束が強化繊維として使用された繊維強化樹脂で構成されている。溝２８の深さ及び幅は、水素タンク１１の内圧が最高の状態において、開口部１６ａの膨張（拡がり）を、シール部材２４のシール代が確保される範囲内に抑制することができる繊維強化樹脂を収容可能な値に設定されている。
【００２７】
蓋部１８も蓋部１７と基本的に同じに形成されている。但し、凸部２２に形成された凹部２２ｂは、水素吸蔵用ユニット１５の先端を係合しない状態で収容可能な大きさに形成されている点が異なっている。そして、開口部１６ｂと対応するライナ１２の外面にも、開口部１６ａ側と同様に環状の溝２８が設けられ、溝２８内には開口部１６ｂの拡がり防止用の環状の補強部２９が設けられている。溝２８の深さ及び幅は、水素タンク１１の内圧が最高の状態において、開口部１６ｂの膨張（拡がり）を、シール部材２４のシール代が確保される範囲内に抑制することができる繊維強化樹脂を収容可能な値に設定されている。
【００２８】
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、先ず、蓋部１７に水素吸蔵用ユニット１５を組み付け、その蓋部１７を本体部１６の一端側の開口部１６ａを塞ぐようにボルト２５により組み付ける。次に蓋部１８を他端側の開口部１６ｂを塞ぐようにボルト２５により組み付けて、内部に水素吸蔵用ユニット１５が収容された状態のライナ１２を準備する。このライナをフィラメントワインディング装置にセットして、先ず両溝２８の部分に樹脂含浸繊維束を予め設定された量、巻き付ける。この巻付け量は溝２８内に収容可能な量である。溝２８内に巻き付けられた樹脂含浸繊維束は後の加熱硬化により、補強部２９を構成する。
【００２９】
両溝２８への樹脂含浸繊維束の巻き付け終了後、引き続きフィラメントワインディング装置により、フィラメントワインディングを行い、ライナ１２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１２の筒状部（胴部）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１２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る。次にバリ等の除去を行った後、蓋部１８側にバルブ２１を組み付けることにより、水素タンク１１が完成する。
【００３０】
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。
バルブ２１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２１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、水素吸蔵合金の水素吸蔵・放出反応が放出側へ移動して水素吸蔵合金から水素ガスが放出される。水素の放出は吸熱反応であるので、水素の放出に必要な熱が熱媒により供給されないと、水素吸蔵合金は自身の顕熱を消費して水素を放出するためその温度が低下する。水素吸蔵合金の温度が低下すると水素放出の反応速度が低下する。しかし、水素放出時には通路１７ａ，１７ｂを介して熱媒管１９に加熱水が流れ、この加熱水によって熱媒管１９及びフィン２０を介して水素吸蔵合金の温度降下が抑制され、水素放出の反応が円滑に進行する。水素吸蔵合金から放出された水素はバルブ２１を経て水素タンク１１の外部へ放出され、燃料極へと供給される。
【００３１】
水素が放出された水素タンク１１に再び水素ガスを充填、即ち水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵させる場合は、バルブ２１を水素充填状態に切り換えてバルブ２１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、水素吸蔵合金と反応して水素化物となって水素吸蔵合金に吸蔵される。水素の吸蔵反応は発熱反応であるので、水素の吸蔵反応で発生した熱を除去しないと吸蔵反応が円滑に進行しない。しかし、水素ガスを充填する際は、通路１７ａ，１７ｂを介して熱媒管１９に冷水が流れ、この冷水によって熱媒管１９及びフィン２０を介して水素吸蔵合金の温度上昇が抑制され、水素ガスの吸蔵が効率よく行われる。
【００３２】
水素タンク１１内の圧力が外部の圧力より高い場合には、ライナ１２の内面にライナ１２を膨張させる圧力が加わる。そして、水素ガスの充填あるいは再充填直後においては水素タンク１１の内圧が高く、本体部１６には開口部１６ａ，１６ｂの径を拡げるように、即ち開口部１６ａ，１６ｂを膨張させるように力が作用する。この力に繊維強化樹脂層１３のみで対抗しようとしても、繊維強化樹脂層１３の開口部１６ａ，１６ｂと対応する部分にはフープ巻層が少ないため、膨張を抑制することは難しい。その結果、蓋部１７，１８の凸部２２周面と、開口部１６ａ，１６ｂ周面との隙間が拡がり、シール部材２４によるシール代が確保できなくなって水素ガスがリークする。しかし、開口部１６ａ，１６ｂと対応する位置に補強部２９が存在することにより、開口部１６ａ，１６ｂの膨張が抑制され、蓋部１７，１８の凸部２２周面と、開口部１６ａ，１６ｂ周面との間に介在されたシール部材２４のシール代が確保され、収容室１４の気密性が確保される。
【００３３】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） 水素タンク１１のライナ１２の一端側が、組立品（水素吸蔵用ユニット１５）を挿入可能な開口部１６ａと、開口部１６ａを覆う蓋部１７とに分割され、蓋部１７の凸部２２の周面と開口部１６ａの周面との間にシール部材２４が介装されている。そして、開口部１６ａと対応するライナ１２の外面に開口部１６ａの拡がり防止用の環状の補強部２９が設けられている。ライナ１２の他端側もほぼ同様に構成されている。従って、ライナ１２の内部が高圧状態になっても、開口部１６ａ，１６ｂの膨張が補強部２９により抑制され、ライナ１２の内部と外部とをシールするシール部材２４のシール代が確保され、水素タンク１１のシール性が確保される。その結果、ライナ１２の内部に水素吸蔵用ユニット１５を収容するためにライナ１２を分割式として開口部１６ａを広くしても、スピニング加工によって製造する場合と比較して簡単に水素吸蔵用ユニット１５をライナ１２内部に収容可能となり、かつ水素タンク１１を大型化せずにシール性を確保できる。
【００３４】
（２） 補強部２９がライナ１２の外面に設けられた環状の凹部（溝２８）内に設けられている。従って、補強部２９はライナ１２のドーム部から突出せず、補強部２９を設けても繊維強化樹脂層１３を構成する繊維束の配列に悪影響を与えることがなく、繊維強化樹脂層１３の強度が低下することはない。
【００３５】
（３） 溝２８は径方向に開放された形状に形成され、補強部２９は環状に巻かれた繊維束を強化繊維とした繊維強化樹脂で構成されている。従って、補強部２９を設けることにより、フープ巻層を開口部１６ａ，１６ｂと対応する部分において増やしたのと同等の効果が得られる。また、ライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３をフィラメントワインディングにより形成するのに先だって、同じフィラメントワインディング装置を使用して溝２８内に樹脂含浸繊維束を巻き付けることにより、補強部２９を形成することが可能になる。
【００３６】
（４） 補強部２９はライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３の強化繊維束と同じ繊維束が強化繊維として使用された繊維強化樹脂で構成されている。従って、組立品（水素吸蔵用ユニット１５）が収容されたライナ１２の外面に繊維強化樹脂層１３を形成する樹脂含浸繊維束をフィラメントワインディング装置で巻き付ける際、繊維強化樹脂層１３の巻付けに先立って同じ樹脂含浸繊維束を溝２８に巻き付けることにより形成できる。その結果、繊維強化樹脂層１３の強化繊維束と別の繊維束を強化繊維として使用する場合に比較して、補強部２９の形成が簡単になる。
【００３７】
（５） 水素吸蔵用ユニット１５は基端側がライナ１２の一端側に設けられた蓋部１７に嵌合固定され、先端側がライナ１２の他端側の開口部１６ｂに係合された状態で支持されている。従って、水素タンク１１が振動しても収容室１４内で水素吸蔵用ユニット１５がライナ１２に対して振動したり位置ずれし難くなる。
【００３８】
（６） ライナ１２の両端部が開口部１６ａ，１６ｂと蓋部１７，１８とに分割されている。一端側のみを開口部１６ａと蓋部１７とに分割した構成では、ライナ１２の他端側に水素吸蔵用ユニット１５の先端を支持する支持部の加工を、一端側に形成された開口部１６ａから挿入された切削工具で行う必要があり、作業性が悪い。しかし、ライナ１２の両端部に開口部１６ａ，１６ｂを設けることにより、本体部１６の端部の加工作業が行い易くなる。
【００３９】
（７） 水素タンク１１は水素吸蔵用ユニット１５を内蔵しているので、水素吸蔵合金を使用せずに単に水素ガスを加圧状態で貯蔵する場合に比較して、収容室１４が同じ容積及び圧力において、より多くの水素を水素タンク１１内に貯蔵できる。
【００４０】
（第２実施の形態）
次に第２の実施の形態を図３に従って説明する。この実施の形態では、補強部２９をライナ１２の軸方向から嵌合可能に構成されている点が第１の実施の形態と大きく異なっており、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。図３は水素タンク１１の一端側の模式部分断面図である。
【００４１】
図３に示すように、本体部１６の端面１６ｃには、環状の凹部としての溝３０が周方向に沿って形成されている。溝３０は雌ねじ部２７の形成位置より径方向において外側に形成されている。溝３０内には補強部２９が設けられている。補強部２９は剛性がライナ１２の材料より高い材料で形成され、この実施の形態ではステンレス鋼が使用されている。補強部２９はステンレス鋼の板材をプレス加工で打ち抜いて形成されている。補強部２９の厚さ及び断面積は、水素タンク１１の内圧が最高の状態において、補強部２９が開口部１６ａの膨張（拡がり）を、シール部材２４のシール代が確保される範囲内に抑制することができる強度を有する値に設定されている。溝３０の深さ及び幅は前記補強部２９を収容可能な値に設定されている。補強部２９は内周面が溝３０に嵌合する状態で溝３０に収容されている。溝３０は蓋部１７のフランジ部２３により覆われている。
【００４２】
本体部１６の蓋部１８と対応する側の端部にも蓋部１７側と同様に溝３０が形成され、溝３０内には補強部２９が、内周面が溝３０に嵌合する状態で収容されている。
【００４３】
この水素タンク１１を製造する場合は、蓋部１７，１８を本体部１６に固定する前に、補強部２９を溝３０に収容する。そして、水素吸蔵用ユニット１５を内部に収容したライナ１２に、フィラメントワインディング装置により樹脂含浸繊維束を巻き付けた後、加熱炉で樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層１３を形成し、その後、バルブ２１を組み付ける。
【００４４】
第１の実施の形態のように、ライナ１２の径方向に開放された形状の溝２８内に補強部２９を設ける場合は、樹脂含浸繊維束を巻き付けた後に硬化させるか、繊維束を巻き付けた後、樹脂を充填して硬化させるか、金属線を巻き付けて補強部２９を形成する必要がある。即ち、線材の巻き付け作業が必要となる。従って、補強部２９をワンタッチでライナ１２に組み付けることはできない。しかし、この実施の形態では補強部２９をライナ１２の軸方向からワンタッチで組み付けることができる。
【００４５】
また、この実施の形態の水素タンク１１においても、ライナ１２の内部が高圧状態になっても、開口部１６ａ，１６ｂの膨張が補強部２９により抑制される。この実施の形態では第１の実施の形態の（１），（２），（５）〜（７）と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
【００４６】
（８） 補強部２９が凹部（溝３０）にライナ１２の軸方向から嵌合された構造である。従って、第１の実施の形態のようにライナ１２の径方向に開放された形状の溝２８を設けた場合と異なり、補強部２９を溝３０にワンタッチで組み付けることが可能になる。
【００４７】
（９） 補強部２９は金属板をプレス加工で打ち抜いて形成されているため、補強繊維として繊維束を環状に巻いた繊維強化樹脂製のものに比較して、製造が簡単である。
【００４８】
（１０） 補強部２９の材質としてステンレス鋼が使用されているため、ライナ１２をアルミニウム合金製とした場合、銅や鋼等の他の金属で補強部２９を形成した場合と異なり、防錆処理が不要となる。
【００４９】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１の実施の形態において、補強部２９をライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３の強化繊維束より高強度の繊維束が強化繊維として使用された繊維強化樹脂で構成する。この場合、補強部２９を構成する繊維束が、ライナ１２の外面を覆う繊維強化樹脂層１３の強化繊維束と同じ強度の場合に比較して、繊維束の巻数を少なくしても同じ強度が得られ、開口部１６ａ，１６ｂの膨張を抑制するのに必要な繊維束の量を少なくできる。従って、蓋部１７，１８と開口部１６ａ，１６ｂとを連結するボルト２５を螺着させる雌ねじ部２７を形成するスペースを確保し易くなる。
【００５０】
○ 溝２８の形状は両側壁面がライナ１２の軸方向と直交する方向に延び、底面が軸方向と平行に延び、深さの値が幅の値より大きな形状に限らず、例えば、深さの値が幅の値より小さな形状や、底面が溝２８の開放端と平行な形状や、Ｖ溝状やＵ溝状であってもよい。
【００５１】
○ 溝２８内全体に補強部２９を構成する樹脂含浸繊維束が充填されている必要はなく、樹脂含浸繊維束が溝２８の底部側に充填されるとともに溝２８の開放側に空間が設けられたり、樹脂が充填された構成としてもよい。
【００５２】
○ 補強部２９は、繊維強化樹脂層１３を形成する直前にフィラメントワインディング装置で巻き付けて形成する方法に限らず、予め補強部２９が溝２８内に形成された本体部１６を製造して、保管しておいてもよい。特に、補強部２９を構成する繊維束と、繊維強化樹脂層１３を構成する繊維束とが異なる場合は、予め補強部２９を形成しておくのが好ましい。
【００５３】
○ 溝２８内に収容される補強部２９は繊維強化樹脂製に限らない。例えば、金属の線材を巻き付けて補強部２９を形成してもよい。金属の線材の両端を互いに連結して、巻付け状態が弛み難くするのが好ましい。
【００５４】
○ 補強部２９を繊維強化樹脂層１３の形成に先立ってフィラメントワインディング装置で巻き付ける場合、図４（ａ）に示すように、溝２８の一方の側壁を蓋部１７のフランジ部２３で構成してもよい。この場合、本体部１６の形状が同じで大きさも同じであっても、溝２８の幅を大きくとることができる。
【００５５】
○ 第２の実施の形態において、補強部２９を溝３０に収容する代わりに、図４（ｂ）に示すように、本体部１６の端部に切り欠き部としての切り欠き３１を設け、切り欠き３１の部分に補強部２９を収容してもよい。この場合、補強部２９の外周面の形状はドーム部の曲面に沿った曲面と成るように形成するのが好ましい。このような形状とすることにより、切り欠き３１を設けても、繊維強化樹脂層１３を構成する樹脂含浸繊維束がドーム部の曲面に沿った状態に確実に配列される。
【００５６】
○ 第２の実施の形態又は前記実施の形態のように、補強部２９がライナ１２の軸方向から溝３０又は切り欠き３１に嵌合された構造において、補強部２９はステンレス鋼に限らず、ステンレス鋼以外の金属製としてもよい。また、金属製に限らず、繊維強化樹脂製、ＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：金属基複合材）製としてもよい。アルミニウム合金をマトリックスとし、炭化ケイ素を強化材としたＭＭＣを使用すれば、アルミニウム合金と同程度の重さで剛性が鋳鉄以上となる。
【００５７】
○ ライナ１２は両側が分割式であることに限定されない。例えば、図５に示すようにライナ１２の一端側を分割式とし、他端側は一体型としてもよい。ライナ１２の他端側には、その中心部に収容室１４と外部とを連通する通気路３２がライナ１２の軸線に沿って延びるように形成され、通気路３２の端部にはバルブ２１（図示せず）が取り付けられる。この場合、ライナ１２の製造が簡単になるとともに、ライナ１２を組み立てるときにボルト２５を螺着する組付行程が少なくなり、組付作業が楽になる。
【００５８】
○ 水素タンク１１の水素ガスの通路を、熱媒管１９が固定される側の蓋部１７に設けてもよい。この場合、ライナ１２の他端側に水素ガスの通路を設ける必要がなく、ライナ１２の製造がより簡単になる。
【００５９】
○ 水素吸蔵用ユニット１５は両端部においてライナ１２に支持された構成に限らず、基端側において片持ち状態で支持された構成であってもよい。
○ 開口部１６ａ，１６ｂの周面と、蓋部１７，１８の凸部２２の周面との間に介装されるシール部材２４の個数は１つに限らず、複数個でもよい。
【００６０】
○ シール部材２４を凸部２２の収容溝２２ａに収容する構成に代えて、収容溝を開口部１６ａ，１６ｂの周面に形成してもよい。
○ シール部材２４を収容する溝を凸部２２又は開口部１６ａ，１６ｂの周面に形成する代わりに、開口部１６ａ，１６ｂの蓋部１７，１８側端部周縁に面取り部又は切り欠きを設ける。そして、前記面取り部又は切り欠きと、蓋部１７，１８のフランジ部２３の端面と、凸部２２の基端周面とで囲まれる空間にシール部材２４を配置してもよい。この場合も開口部１６ａ，１６ｂによってシール部材２４が押圧されることにより、開口部１６ａ，１６ｂと蓋部１７，１７とのシール性が確保される。
【００６１】
○ 熱媒管１９はＵ字状ではなく複数回屈曲された形状でもよい。また、熱媒管がライナ１２を貫通し、一端側から熱媒が供給され、他端側から排出される構成としてもよい。
【００６２】
○ 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。
【００６３】
○ ライナ１２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。
【００６４】
○ シール部材２４はＯリングに限らず、シール位置に嵌合されない状態における断面形状が円形に限らず、他の形状のものを使用してもよい。また、シール部材２４の材質はゴムに限らず、金属シール等の他の部材を使用してもよい。
【００６５】
○ 蓋部１７，１８の凸部２２は、ライナ１２の軸方向に延びる円柱状に限らず、例えば、先端側に向かって縮径となる円錐台状であってもよい。この場合、開口部１６ａ，１６ｂも同様な形状となる。
【００６６】
○ 水素タンク１１は熱交換機能を有する組立品として水素吸蔵用ユニット１５を内蔵する構成に限らず、例えば特許文献１に記載された水素タンクのように、水素吸蔵合金を内蔵せずに水素を加圧状態で貯蔵（充填）し、内部に充填された水素との熱の授受を行う熱交換フィン組立体を内臓してもよい。熱交換フィン組立体の構成は特許文献１に記載された構成に限らず、例えば、前記実施の形態の水素吸蔵用ユニット１５のように熱媒管１９に複数のフィン２０が設けられた構成としてもよい。また、組立品として水素吸蔵合金を保持する機能は有するが、熱媒を流す機能を備えていない保持部材を水素タンク１１内に収容してもよい。
【００６７】
○ 水素タンク１１は燃料電池電気自動車や水素自動車に水素源として搭載されて使用するものに限らず、例えば、家庭用電源の燃料電池の水素源として使用される水素タンクとして使用してもよい。
【００６８】
○ 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。
以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
【００６９】
（１） 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、前記ライナは両側が開口部と蓋部とに分割されている。
（２） 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、前記ライナは一端が開口部と蓋部とに分割されている。
【００７０】
（３） 請求項３に記載の発明において、前記ライナはアルミニウム又はアルミニウム合金製で、前記補強部はステンレス製のリングである。
（４） 中空状のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナの内部に熱交換機能を有する組立品が収容され、少なくとも前記ライナの一端側が、前記組立品を挿入可能な開口部と、その開口部を覆う蓋部とに分割された圧力容器の製造方法であって、
前記組立品を前記ライナの内部に収容して、前記蓋部に形成された凸部の周面と、前記開口部周面との隙間にシール部材を介装した状態で蓋部を組み付け、前記開口部と対応するライナの外周面に設けられた環状の凹部に樹脂含浸繊維束を巻き付けた後、前記ライナの外面にフィラメントワインディングにより樹脂含浸繊維束を巻き付け、その後、樹脂硬化を行うことにより繊維強化樹脂層をライナの外面に形成する圧力容器の製造方法。
【００７１】
（５） 請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）〜（４）のいずれか一項に記載の発明において、前記組立品はガス吸蔵用ユニットである。
（６） 前記技術的思想（５）に記載の発明において、前記ガス吸蔵用ユニットは水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵用ユニットである。
【００７２】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、ライナを分割式とした場合に、圧力容器を大型化せずに分割部分のシール性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の水素タンクの模式断面図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】第２の実施の形態の水素タンクの模式部分断面図。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ別の実施の形態の水素タンクの部分断面図。
【図５】別の実施の形態の水素タンクの模式断面図。
【図６】従来の水素タンクの模式断面図。
【図７】軸シールとしたときの接合部分の模式部分断面図。
【符号の説明】
１１…圧力容器としての水素タンク、１２…ライナ、１３…繊維強化樹脂層、１５…水素吸蔵用ユニット、１６ａ，１６ｂ…開口部、１７，１８…蓋部、２２…凸部、２２ｂ…凹部、２３…フランジ部、２４…シール部材、２８，３０…凹部としての溝、２９…補強部、３１…切り欠き部としての切り欠き。

Claims (4)

1. 中空状のライナと、前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層とを備え、前記ライナの内部に組立品が収容されている圧力容器であって、
   少なくとも前記ライナの一端側が、前記組立品を挿入可能な開口部と、その開口部を覆う蓋部とに分割され、前記蓋部は前記開口部に嵌挿される凸部と、前記凸部より大径のフランジ部とを備え、前記凸部の周面と前記開口部の周面との間にシール部材が介装され、前記開口部と対応するライナの外面又は、前記フランジ部に対向する部分に周方向に沿って設けられた環状の凹部又は切り欠き部に前記開口部の拡がり防止用の環状の補強部が設けられている圧力容器。
2. 前記凹部又は切り欠き部は径方向に開放された状態に形成された溝であり、前記補強部は環状に巻かれた繊維束を強化繊維とした繊維強化樹脂で構成されている請求項１に記載の圧力容器。
3. 前記補強部が前記凹部又は切り欠き部にライナの軸方向から嵌合された構造である請求項１に記載の圧力容器。
4. 前記補強部は前記ライナの外面を覆う繊維強化樹脂層の強化繊維束より高強度の繊維束が強化繊維として使用された繊維強化樹脂で構成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧力容器。

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