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特開2023-150486タンクおよびタンク構造体およびその製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023150486

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】タンクおよびタンク構造体およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

F17C 13/00 20060101AFI20231005BHJP

【ＦＩ】

F17C13/00 301C

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022059614

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005902

【氏名又は名称】株式会社三井Ｅ＆Ｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤正夫

(72)【発明者】

【氏名】坂口善樹

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB05

3E172BB14

3E172BB17

3E172BC03

3E172BC06

3E172BC08

3E172CA12

3E172EA02

3E172EA43

3E172EB02

3E172EB13

(57)【要約】

【課題】水素ガスを供給する際の安全性を向上できるタンクおよびタンク構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】略円筒形状の本体１ａとこの本体１ａの一端に形成される口金２とを備えたタンク１を、複数組み合わせて構成されるタンク構造体６を製造する製造方法において、タンク１が本体１ａの他端に形成される第二口金２ａを予め有していて、タンク１の軸方向ｙが互いに平行となる状態であり且つタンク１の軸方向ｙの一方側に複数の口金２が位置して他方側に複数の第二口金２ａが位置する状態で、複数のタンク１が組み合わされる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

略円筒形状の本体と、この本体の一端に形成される口金とを備えたタンクにおいて、
前記本体の他端に形成される第二口金を備えることを特徴とするタンク。

【請求項2】

略円筒形状の本体とこの本体の一端に形成される口金とを備えたタンクを、複数組み合わせて構成されるタンク構造体において、
前記タンクが前記本体の他端に形成される第二口金を有していて、
前記タンクの軸方向が互いに平行となる状態であり且つ前記タンクの軸方向の一方側に複数の前記口金が位置して他方側に複数の前記第二口金が位置する状態で、複数の前記タンクが組み合わされていることを特徴とするタンク構造体。

【請求項3】

複数の前記口金に連結される第一配管と、複数の前記第二口金に連結される第二配管とを備えていて、
前記第一配管が、第一統合部と、この第一統合部とそれぞれの前記口金とを連結する第一枝部とを有していて、
前記第二配管が、第二統合部と、この第二統合部とそれぞれの前記第二口金とを連結する第二枝部とを有する請求項２に記載のタンク構造体。

【請求項4】

略円筒形状の本体とこの本体の一端に形成される口金とを備えたタンクを、複数組み合わせて構成されるタンク構造体を製造する製造方法において、
前記タンクが前記本体の他端に形成される第二口金を予め有していて、
前記タンクの軸方向が互いに平行となる状態であり且つ前記タンクの軸方向の一方側に複数の前記口金が位置して他方側に複数の前記第二口金が位置する状態で、複数の前記タンクが組み合わされることを特徴とする製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素ガスを貯留するタンクおよびタンク構造体およびその製造方法に関するものであり、詳しくは水素ガスを供給する際の安全性を向上できるタンクおよびタンク構造体およびその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

水素ガスを搬送するためのタンクが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、枠体に複数のタンクを固定していわゆるカードルと呼ばれるユニットを構成して、このユニットを並列に連結して、水素ガスを駆動源に供給する構成が開示されている。

【0003】

特許文献１に記載の構成は、並列に並べられたユニットどうしを配管で連結して、且つ駆動源まで配管を延設する必要があるため、配管が比較的長くなっていた。配管が長くなるため、配管から水素ガスの漏えい等が発生する可能性を低減できなかった。配管が長くなるほど水素ガスが漏洩する可能性は高まる。

【0004】

また並列に並べられたユニットどうしを配管で連結するため、配管が複雑となり配管の分岐が多数必要であった。配管の分岐が多くなるため、分岐から水素ガスの漏えい等が発生する可能性を低減できなかった。

【0005】

配管を構成する金属は、水素を吸収して強度が低下する水素脆性の影響を受ける。配管の全長が長くなったり、分岐が多くなるほど水素脆性により配管が破損して水素ガスが漏洩する可能性が高くなっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】日本国特開２０２１－１８１７９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は水素ガスを供給する際の安全性を向上できるタンクおよびタンク構造体およびその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するためのタンクは、略円筒形状の本体と、この本体の一端に形成される口金とを備えたタンクにおいて、前記本体の他端に形成される第二口金を備えることを特徴とする。

【0009】

上記の目的を達成するためのタンク構造体は、略円筒形状の本体とこの本体の一端に形成される口金とを備えたタンクを、複数組み合わせて構成されるタンク構造体において、前記タンクが前記本体の他端に形成される第二口金を有していて、前記タンクの軸方向が互いに平行となる状態であり且つ前記タンクの軸方向の一方側に複数の前記口金が位置して他方側に複数の前記第二口金が位置する状態で、複数の前記タンクが組み合わされていることを特徴とする。

【0010】

上記の目的を達成するためのタンク構造体の製造方法は、略円筒形状の本体とこの本体の一端に形成される口金とを備えたタンクを、複数組み合わせて構成されるタンク構造体を製造する製造方法において、前記タンクが前記本体の他端に形成される第二口金を予め有していて、前記タンクの軸方向が互いに平行となる状態であり且つ前記タンクの軸方向の一方側に複数の前記口金が位置して他方側に複数の前記第二口金が位置する状態で、複数の前記タンクが組み合わされることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、本体の両端にそれぞれ口金と第二口金とが形成されているため、タンクどうしを直列に連結できる。配管の全長を短縮するとともに分岐の数を抑制できる。水素ガスを供給する際の安全性を向上するには有利である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】タンクの概略を例示する説明図である。

【図2】タンクの側面を例示する説明図である。

【図3】タンクの正面を例示する説明図である。

【図4】タンク構造体の側面を例示する説明図である。

【図5】タンク構造体の正面を例示する説明図である。

【図6】コンテナに配置されたタンク構造体を例示する説明図である。

【図7】複数のタンク構造体を連結した状態を例示する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、タンクおよびタンク構造体およびその製造方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。図中ではタンクの軸方向を矢印ｙ、この軸方向を直角に横断する幅方向を矢印ｘ、上下方向を矢印ｚで示している。

【0014】

図１に例示するようにタンク１は、略円筒形状に形成される本体１ａを備えている。本体１ａは、円筒形状の胴部１ｂと、軸方向ｙにおいて胴部１ｂの両端に配置されていて曲面を有する閉止部１ｃとを有している。閉止部１ｃは鏡板と言われることもある。本体１ａの一端、つまり一方の閉止部１ｃには口金２が形成されている。また本体１ａの他端、つまり他方の閉止部１ｃには第二口金２ａが形成されている。つまり軸方向ｙにおける本体１ａの一端に口金２が形成されていて他端に第二口金２ａが形成されている。口金２および第二口金２ａを介して本体１ａの内外を水素ガスが移動可能となっている。本体１ａは例えば低合金鋼やアルミ合金などの金属で構成される。また本体１ａはプラスチックで構成されてもよい。

【0015】

本体１ａの軸方向ｙの両端に口金２および第二口金２ａが形成されている。この実施形態では口金２と第二口金２ａは同一軸線上に配置されている。口金２および第二口金２ａの位置は上記に限定されない。軸方向ｙにおける本体１ａの両端部に口金２と第二口金２ａとがそれぞれ配置されていればよい。口金２と第二口金２ａとは同一の構造を有している。

【0016】

タンク１が口金２および第二口金２ａを備える構成により、複数のタンク１どうしを軸方向ｙに並べて直列に連結することができる。その際、一方のタンク１の口金２と他方のタンク１の第二口金２ａとが配管で連結される。配管の全長を短縮するとともに分岐の数を抑制できる。タンク１から外部に水素ガスを供給したり、外部からタンク１に水素ガスの供給を受けたりする際の安全性を向上できる。

【0017】

図２に例示するようにタンク１は、タンク１の軸方向ｙにおける両端近傍で予め定めた位置にそれぞれ固定される接触部材３を備えていてもよい。接触部材３は、本体１ａの胴部１ｂに固定されることが望ましい。接触部材３は、本体１ａの閉止部１ｃに固定されてもよい。接触部材３は、金属やプラスチックで構成される。接触部材３は、本体１ａと同様に低合金鋼やアルミ合金で構成されてもよい。接触部材３は本発明の必須の構成要件ではない。

【0018】

図３に例示するようにこの実施形態では、接触部材３は平面視で正六角形に形成されている。ここで平面視とはタンク１の軸方向ｙに見通す方向を言う。接触部材３は、正六角形を形成する六つの辺部３ａを有している。辺部３ａは、正六角形の外周を形成する辺を言う。接触部材３は、本体１ａが貫通する貫通孔３ｂを中心部に有している。この実施形態では貫通孔３ｂは正六角形に形成されている。接触部材３は、本体１ａに対して溶接により固定されている。そのため本体１ａの外周面と接触部材３の貫通孔３ｂとの間には溶接部４が形成されている。本体１ａへの接触部材３の固定方法は溶接に限定されない。本体１ａの所定の位置に接触部材３を固定できれば、他の方法であってもよい。

【0019】

タンク１は搬送時や保管時に接触部材３が地面等に接触する。本体１ａの外周面が地面等に接触しないので、タンク１の摩耗や破損を回避するには有利である。

【0020】

複数のタンク１において接触部材３が同一の位置に固定されている場合、複数のタンク１どうしを接近させても接触部材３どうしが接触する。タンク１の本体１ａの外周面どうしが接触することを回避できる。複数のタンク１を互いに接近させた状態で配置して搬送しても、タンク１の破損等が発生しない。

【0021】

図２に例示するように本体１ａが周面に配置される補強部材５を備えていてもよい。この実施形態では本体１ａの胴部１ｂの外周面を覆う状態で補強部材５が配置されている。またタンク１の軸方向ｙにおいて補強部材５の両端よりも外側に接触部材３がそれぞれ固定されている。補強部材５は、例えば炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックなどの繊維強化プラスチックで構成できる。補強部材５は上記に限らず金属など他の材料で構成されてもよい。図２では説明のため補強部材５に斜線を付している。

【0022】

補強部材５は必須の構成要件ではない。タンク１は、補強部材５を有さないいわゆるタイプ１と呼ばれるタンクで構成されてもよい。タンク１は、胴部１ｂに補強部材５を配置されたいわゆるタイプ２と呼ばれるタンクで構成されてもよい。タンク１が補強部材５を有する場合は、補強部材５の外周面を覆う状態で接触部材３が固定されてもよい。またタンク１の軸方向ｙにおいて、補強部材５よりタンク１の端部に近い位置であり補強部材５の配置されていない場所に接触部材３が固定されてもよい。

【0023】

図４および５に例示するようにタンク１を複数組み合わせてタンク構造体６を構成できる。図５に例示するようにこの実施形態では中心に一つのタンク１と、幅方向ｘにおいて中心のタンク１の両側に配置される二つずつのタンク１とを組み合わせて、合計五つのタンク１でタンク構造体６が構成されている。接触部材３の辺部３ａどうしが溶接で固定されている。接触部材３どうしの固定方法は溶接に限定されない。ボルトなど他の方法で接触部材３どうしを固定してもよい。本明細書において複数のタンク１が組み合わされるとは、タンク１どうしの相対位置が固定される状態をいう。

【0024】

図４に例示するようにそれぞれのタンク１は軸方向ｙが互いに平行となる状態で互いに固定されている。軸方向ｙにおける一方側に複数の口金２が位置して、他方側に複数の第二口金２ａが位置する状態で、複数のタンク１は配置されている。つまりタンク構造体６は、軸方向ｙにおける一方側に複数の口金２がそろい、他方側に複数の第二口金２ａがそろう状態となる。図４では説明のため補強部材５に斜線を付している。

【0025】

燃料電池等で構成される水素ガスの供給先にタンク構造体６を連結する際には、口金２と供給先とが配管で連結される。供給先に連結されているタンク構造体６の第二口金２ａと、別のタンク構造体６の口金２とを配管で連結してもよい。タンク構造体６が軸方向ｙに直列に連結される。燃料電池等の供給先に対して複数のタンク構造体６を連結できる。

【0026】

タンク構造体６を他のタンク構造体６や燃料電池等の供給先に連結する際に、配管の長さを抑制できる。水素ガスを供給する際の安全性を向上するには有利である。

【0027】

接触部材３どうしを固定する構成により、タンク１の胴部１ｂなどの外周面どうしが互いに接触しない状態で、且つ複数のタンク１が密集する状態でタンク１どうしを固定できる。単位容積あたりのタンク１の配置数を増加できるため、水素ガスを効率よく搬送するには有利である。

【0028】

タンク１どうしが固定されているため、見かけ上一つの大型タンクとして取り扱うことが可能となる。図６に例示するように例えば海上輸送用のコンテナ７にタンク構造体６を設置することで、複数のタンク１を容易に搬送することができる。この実施形態ではタンク構造体６は１８本のタンク１を備えている。

【0029】

複数のタンク１が一つのタンク構造体６として一体に構成されているため、フォークリフトやチェーンブロックを使用して、タンク構造体６を一体としてコンテナ７に載置したり、コンテナ７から取り出したりできる。タンク１を一つずつコンテナ７に載置したり取り出したりする場合に比べて、タンク構造体６を一体として取り扱う方が作業効率を向上できる。タンク構造体６をフォークリフト等で持ち上げる際には、最下段に位置する接触部材３に力をかけることが望ましい。本体１ａの外周面等の劣化を抑制するには有利である。

【0030】

接触部材３がコンテナ７の床面や壁面や天面と接触するため、タンク１の本体１ａの外周面や補強部材５が床面等と接触することを回避できる。本体１ａの外周面を傷つけることなく、タンク構造体６をコンテナ７に設置できる。コンテナ７によるタンク１の大量搬送が可能となる。図６では説明のためコンテナ７を破線で示している。

【0031】

図４に例示するようにタンク構造体６は、複数のタンク１の口金２に連結される第一配管８と、複数のタンク１の第二口金２ａに連結される第二配管９とを備えていてもよい。第一配管８は、第一統合部８ａと、この第一統合部８ａとそれぞれの口金２とを連結する第一枝部８ｂとを有している。第二配管９は、第一配管８と同様に第二統合部９ａと、この第二統合部９ａとそれぞれの第二口金２ａとを連結する第二枝部９ｂとを有している。以下、第一配管８について説明するが、第二配管９においても同様である。

【0032】

図５に例示するように第一配管８は、タンク１の軸方向ｙに見通したときタンク構造体６の中心部に配置される第一統合部８ａと、この第一統合部８ａとそれぞれのタンク１の口金２とを連結する第一枝部８ｂとで構成される。この実施形態では第一統合部８ａは、タンク１の軸方向ｙに略平行となる配管で構成されている。第一配管８は高圧水素用ステンレス鋼のフレキシブル配管で構成することが望ましい。第一配管８は上記に限らず、銅管で構成されてもよい。第一統合部８ａと第一枝部８ｂとが異なる材料で構成されてもよい。

【0033】

タンク構造体６は、複数のタンク１が第一配管８および第二配管９により予め連結される構成を有しているため、タンク構造体６の例えば第一配管８と水素ガスの供給先の配管との連結のみで水素ガスの供給を開始できる。また一方のタンク構造体６の第二配管９と他方のタンク構造体６の第一配管８との連結のみで、複数のタンク構造体６から供給先への水素ガスの供給を開始できる。タンク構造体６が第一配管８や第二配管９を備えていない場合は、複数のタンク１の口金２どうしを配管で連結する度に窒素置換等の作業が必要となる。図４に例示する実施形態では一回の窒素置換等の作業で、複数のタンク１と水素ガスの供給先との連結を実現できる。また一回の窒素置換の作業で二つのタンク構造体６の連結を実現できる。

【0034】

水素ガスの供給先に対して複数のタンク１を連結する際に、窒素置換など必要となる作業を減らすことができる。タンク１の連結作業が簡易となるため、タンク１から外部に水素ガスを供給したり外部からタンク１に水素ガスの供給を受けたりする際の安全性を向上するには有利である。

【0035】

図５に例示するようにタンク１の軸方向ｙに見通したとき、第一統合部８ａを中心に放射状に第一枝部８ｂが連結される構成となる。そのためそれぞれの第一枝部８ｂの長さを比較的短く構成できる。タンク構造体６の搬送時に振動等により第一配管８や第二配管９が破損することを抑制するには有利である。

【0036】

第一統合部８ａは、タンク１の軸方向ｙに見通したときタンク構造体６の中心部に配置される構成に限定されない。タンク構造体６の中心部に第一統合部８ａが配置される方が、複数の第一枝部８ｂの中で最長となる第一枝部８ｂの長さを短くできる。第一枝部８ｂが短いほど、タンク構造体６の搬送時に振動等により第一配管８が破損する可能性を低減できる。

【0037】

タンク構造体６において、第一配管８および第二配管９は必須の構成要件ではない。タンク構造体６の搬送が完了した後に、水素ガスの供給先で第一配管８および第二配管９がタンク構造体６に連結される構成であってもよい。

【0038】

タンク構造体６において、タンク１が接触部材３を有さず枠体に複数のタンク１が配置される構成であってもよい。枠体にタンクが固定されるいわゆるカードルとしてタンク構造体６が構成されてもよい。

【0039】

図６に例示するようにタンク構造体６は、海上輸送用のコンテナ７に配置される構成であってもよい。コンテナ７は例えば２０ｆｔコンテナで構成される。コンテナ７はこれに限らず例えば４０ｆｔコンテナや鉄道用の１２ｆｔコンテナなどで構成されてもよい。コンテナ７の大きさに合わせて、タンク構造体６の大きさは適宜調整できる。例えば１８本のタンク１で構成されるタンク構造体６を４０ｆｔのコンテナ７に二つ配置する構成としてもよい。タンク構造体６はコンテナ７に固定されて、コンテナ７と一体となる状態としてもよい。タンク構造体６がコンテナ７に配置される構成により、例えばコンテナクレーンやフォークリフトなどコンテナ７の荷役用の設備を利用してタンク構造体６を荷役したり搬送したりすることが可能となる。

【0040】

図７に例示するように水素ガスの供給先である燃料電池等の機器１０に対して、コンテナ７に配置されるタンク構造体６を直列に連結して配置することができる。図７ではタンク構造体６を平面視で示すとともに、説明のためコンテナ７を破線で示している。

【0041】

まず機器１０の近傍に配置されるコンテナ７の扉を開けて、機器１０にタンク構造体６の第一配管８を連結する。このとき配管内の空気を窒素に置換する窒素置換を行う。その後、第一配管８およびタンク１の口金２の少なくとも一方に配置される弁を開放する。タンク構造体６の水素ガスが機器１０に供給される。コンテナ７の扉に配管が通過する開口部を形成してもよい。コンテナ７の扉を開けることなく、機器１０とタンク構造体６とを連結できる。

【0042】

タンク構造体６を追加する場合は、機器１０に連結されているタンク構造体６の第二配管９と追加されるタンク構造体６の第一配管８とを連結する。この連結部分における窒素置換を行った後に、連結される二つのタンク構造体６の図示しない弁を開放する。この場合二つのタンク構造体６から機器１０に水素が供給される。

【0043】

機器１０に連結されるタンク構造体６の数を増やしても、配管の長さがほとんど増加しない。また配管の分岐の数が増加しない。機器１０側の設備として配管を備えている必要がない。タンク構造体６から機器１０に水素ガスを供給する際の安全性を向上するには有利である。複数のタンク構造体を並列に連結する場合には、機器１０側の設備として比較的長い配管が必要であり、この配管の管理を行う必要があった。

【0044】

機器１０から近い位置に連結されるタンク構造体６から水素ガスを機器１０に供給しつつ、機器１０から遠い位置に連結されるタンク構造体６を交換することができる。機器１０への水素ガスの供給を維持しつつ、タンク構造体６の交換が可能となる。水素ガスの供給先である機器１０の代わりに、タンク構造体６に対して水素ガスを供給するディスペンサー等の水素供給源を配置してもよい。水素供給源からタンク構造体６に水素ガスを供給する際の安全性も上記と同様に向上できる。

【符号の説明】

【0045】