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Patent Searching and Data


Title:
METHOD OF MANUFACTURING PRESSURE VESSEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/102779
Kind Code:
A1
Abstract:
Rib plates (2) are disposed in a cylindrical pressure vessel (vessel body (1)), and are joined to the inner wall surface of the pressure vessel while kept erected by welding from the outside of the wall of the pressure vessel. A resistance welding or a laser welding with less thermal effect is desirably used for the welding. Even small-sized, thin-walled pressure vessels can have an increased compressive strength by disposing and fixing the rib plates therein. Even the pressure vessels used as hydrogen storage alloy vessels can have an excellent strength against the expansion of alloy. Since the vessel can be easily manufactured, it can be mass-produced. Since the internal volume of the pressure vessel can be increased by reducing the plate thickness of the vessel and optimizing the shape of the ribs, volumetric efficiency as a hydrogen storage vessel can be increased.

Inventors:
KAWAHARAZAKI YOSHINORI
IWAMOTO TAKASHI
NOIE KAZUO
Application Number:
PCT/JP2008/052769
Publication Date:
August 28, 2008
Filing Date:
February 19, 2008
Export Citation:
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Assignee:
JAPAN STEEL WORKS LTD (JP)
KAWAHARAZAKI YOSHINORI
IWAMOTO TAKASHI
NOIE KAZUO
International Classes:
F17C1/08; B23K11/00; B23K26/21; F16J12/00; F17C11/00
Foreign References:
JP2005221045A2005-08-18
JPS6124897A1986-02-03
JP2006170221A2006-06-29
JP2001254894A2001-09-21
JP2003293937A2003-10-15
JPS60100664A1985-06-04
JPH0942595A1997-02-14
JP2007041749A2007-02-15
Other References:
See also references of EP 2113710A4
Attorney, Agent or Firm:
OGURI, Shohei et al. (7-13 Nishi-Shimbashi 1-chome,Minato-k, Tokyo 03, JP)
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Claims:
 筒形状の圧力容器内にリブ板を配置し、該リブ板を圧力容器壁の外部からの溶接により、
 該圧力容器の壁内面に該リブ板を立設した状態で接合する
ことを特徴とする圧力容器の製造方法。
 前記リブ板は、圧力容器壁の対向する両内面に亘って配置され、両端がそれぞれ前記壁内面に溶接されるものである
ことを特徴とする請求項1記載の圧力容器の製造方法。
 前記リブ板は、板面両側に連通する連通切り欠きを有している
ことを特徴とする請求項1または2に記載の圧力容器の製造方法。
 複数の前記リブ板のうち、一部または全部は、隣接するリブ板との間に掛け渡されて隣接するリブ同士を固定する連結板を有している
ことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
 前記溶接が抵抗溶接またはレーザ溶接である
ことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
 前記圧力容器が水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金容器である
ことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
 前記リブ板は、板長方向において、前記圧力容器の全長に亘ることなく隙間を有して配置されている
ことを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の圧力容器の製造方法。
Description:
圧力容器の製造方法

 この発明は、耐圧強度を必要とし、水素 蔵合金を収容する水素吸蔵合金容器などに 適な筒形状の圧力容器の製造方法に関する のである。

 一般的によく見られる薄肉の角筒容器は、 帯電子機器などのLi-ion電池に使用されてお 、量産対応可能な薄肉容器の製法として深 り成形などが用いられている。しかし、マ クロ燃料電池等に用いられる水素貯蔵容器 は、水素吸蔵合金の合金膨張に耐えられる うな耐圧強度が必要となる。特に、電池の 型化、軽量化のために容器板厚が1mm以下と うような薄肉のものもあり、容器強度に対 る要求はより厳しくなっている。
 筒形状の容器において内圧強度を向上する めにリブを設けることは公知の技術(例えば 特許文献1参照)であるが、この場合には、上 した深絞り成形法によってはリブを設ける とはできない。
 一般的なリブ接合方法としては、大きな容 の場合、リブを内側より溶接やロウ付けに り接合する方法がある。また、小さな容器 製造方法としては、ロストワックス、ダイ ャスト、MIMなど精密鋳造あるいは射出成形 より、内部リブを一体化して作る製法があ 。

特開平9-42595号公報

 しかし上記のように、内側から容器にリ を溶接等する方法は、小さな容器の場合、 業が困難であり、また容器板厚が薄いため 接あるいはロウ付けでは熱影響が大きく容 が変形してしまう問題がある。また、精密 造や射出成形では、容器板厚が1mm以下とな ような薄肉で小さな容器の製造は困難であ という問題がある。

 この発明は、上記の問題を解決するため なされたものであり、溶接による熱影響を さくできる抵抗溶接(コンデンサー溶接を含 む)やレーザー溶接などにより容器の外側か のリブ接合を可能にして薄肉、小型の圧力 器の製造を可能とする圧力容器の製造方法 提供することを目的とする。

 すなわち、本発明の圧力容器の製造方法は
 筒形状の圧力容器内にリブ板を配置し、該 ブ板を圧力容器壁の外部からの溶接により
 該圧力容器の壁内面に該リブ板を立設した 態で接合する
ことを特徴とする。

 また、本発明の圧力容器の製造方法におい は、
 前記リブ板が、圧力容器壁の対向する両内 に亘って配置され、両端がそれぞれ前記壁 面に溶接されるものである
ことを特徴とする。

 また、本発明の圧力容器の製造方法におい は、
 前記リブ板は、板面両側に連通する連通切 欠きを有している
ことを特徴とする。

 また、本発明の圧力容器の製造方法におい は、
 複数の前記リブ板のうち、一部または全部 、隣接するリブ板との間に掛け渡されて隣 するリブ同士を固定する連結板を有してい
ことを特徴とする。

 また、本発明の圧力容器の製造方法におい は、
 前記溶接が抵抗溶接またはレーザ溶接であ
ことを特徴とする。

 また、本発明の圧力容器の製造方法におい は、
 前記圧力容器が水素吸蔵合金を収容する水 吸蔵合金容器である
ことを特徴とする。

 また、本発明の圧力容器の製造方法におい は、
 前記リブ板は、板長方向において、前記圧 容器の全長に亘ることなく隙間を有して配 されている
ことを特徴とする。

 本発明によれば、外部からの溶接によっ 圧力容器の内壁面にリブ板を接合すること でき、小型の圧力容器においても接合作業 容易に行うことができる。圧力容器は、筒 の形状であれば、特に形状が限定されるも ではないが、通常は略角筒形状のもので、 に扁平な筒形状のものに好適である。該圧 容器は、量産が容易な深絞り成形によって 形することができるが、本発明としては成 方法が特に限定されるものではなく、板材 溶接などによって得るものであってもよい なお、外部からの溶接では、抵抗溶接(コン デンサ溶接を含む)やレーザ溶接が望ましい 抵抗溶接やレーザ溶接は、溶接による熱影 を小さくすることができ、薄肉の圧力容器 おいても変形などを伴うことなく良好にリ 板の溶接を行うことができる。

 なお、抵抗溶接は、接合する金属同士に一 の圧力を加えながら決められた電流を流し 主に被溶接物間の接触抵抗発熱を利用して 合する技術である。したがってロウ材や溶 棒などの消耗品は不要となる。また数ボル の電圧による溶接のため、作業者への危険 なく、熱、けむり、光などをほとんど生じ いため、作業環境はいたってクリーンであ 。また、この抵抗溶接は、他の工法に比べ 品質の安定性、コストパフォーマンスの優 性、操作や保守の簡易さから、多くの省力 、自動化装置に有効と認められている。
 また、上記抵抗溶接に含まれるコンデンサ 接は、溶接に必要なエネルギ(電気量)を電 コンデンサに充電し、これを瞬時に溶接ト ンスに放電して大きな溶接電流を流すもの ある。電解コンデンサに充電したエネルギ 瞬時に放電するため、短時間で大電流が得 れ熱影響の少ない溶接が可能となる。
 YAGレーザなどのレーザ溶接は、小さいスポ トにレーザが集中照射されるので、熱が拡 しにくく、溶け込みが縦方向に伝わる為、 み・焼け焦げが少なくなり、溶け込みの深 溶接が可能となる。

 上記リブ板は、対向する圧力容器の壁内面 に亘って配置、接合されることにより、圧 容器の耐圧強度をより大きくすることがで る。なお、リブ板の枚数は特に限定される のではなく、例えば複数枚を略等間隔で配 することで圧力容器の耐圧強度を均等に高 ることができる。
 また、リブ板は、水素吸蔵合金を収容した 合に通気性を良好に得るために、板面両側 連通する連通切り欠きを設けるのが望まし 。連通切り欠きの形状は特に限定されるも ではないが、強度向上効果をできるだけ阻 しないように、十分な連通面積で設けるの 望ましい。なお、連通切り欠きは、中抜き 外抜きなどにより複数設け、板長方向に等 隔で設けることが望ましい。

 また、外部から圧力容器内面にリブ板を 接する場合、リブ板が容器内面に密着して ることにより良好な接合がなされる。この め、溶接に際しては、通常は圧力容器の外 から内側に向けて圧力を付加してリブ板と 力容器内面との密着を図っている。このた 、リブ板は、上記加圧に耐える強度(板厚) 有する必要があり、たとえば1mm程度必要と る。しかし、板厚が厚すぎると、その分内 積が減り、水素貯蔵容器の場合には、水素 充填率が低下してしまうため、板両面側に 通する連通切り欠きを設けて、内容積を増 すことできる。なお、連通切り欠きは、中 きや外抜きなどにより複数設け、板厚方向 等間隔で設けることが望ましい。なお、こ 板の強度は水素吸蔵容器の膨張に十分に耐 る必要がある。上記加圧によってリブ板が れるのを防止するため、隣接するリブ板間 連結板を設けることができる。該連結板の 置位置は特に限定されるものではないが、 えばリブ板の端部間を連結することで、全 で略U字形状のリブ板とすることができる。

 上記連結板により、溶接時にリブが倒れる 配がないため、リブを押さえる冶具など装 が簡略できる。また、上記連結板は、折り げ加工により成形され、その際角部の高さ 不均一となるため、リブ板よりも小さい高 にして、圧力容器内面に接触しないように ることもできる。
 なお、リブ板は、板長方向において圧力容 の全長に亘って配置すると、水素吸蔵合金 どを収容する場合、通気性を阻害するので 板長方向において短部などに隙間を有する 態で配置するのが望ましい。

 以上説明したように、本発明の圧力容器の 造方法によれば、筒形状の圧力容器内にリ 板を配置し、該リブ板を圧力容器壁の外部 らの溶接により、該圧力容器の壁内面に立 した状態で接合するので、小型、薄肉の圧 容器においてもリブ板を内部に配置固定し 圧力容器の耐圧強度を向上させることがで 、水素吸蔵合金容器として使用する場合に 合金膨張に対し、優れた強度を示す。さら 、容器製造が簡単となるため量産化が可能 なる。
 また、容器板厚の薄肉化およびリブ形状の 適化により内容積を大きくすることができ 水素貯蔵容器としての体積効率を向上でき 効果もある。

本発明の一実施形態における圧力容器 製造過程を示す図であり、圧力容器の分解 視図、平面断面図、側面断面図を示す。 本実施形態で得られた圧力容器および 用状態の圧力容器を示す斜視図である。 本発明に係る、リブ板の変更例を示す である。 本発明に係る、さらにリブ板の変更例 示す図である。

符号の説明

 1  容器本体
 2  リブ板
10  圧力容器
11  溶接線
20  リブ板
20a 連通切り欠き
21  リブ板
21a 連通切り欠き
30  リブ板
30a 連結板

 以下に、本発明の一実施形態を添付図面に づき説明する。
 扁平な角筒形状からなり、ブリキ、SUS材、 ルミニウム材などの材料からなる容器本体1 を深絞りなどによって成形し、該容器本体1 内寸高に合わせた高さの複数のリブ板2…2を 用意する。該リブ板2は、容器本体1の全長よ も短い長さで形成されている。
 これらのリブ板2を容器本体1内に等間隔で 置し、各リブ板2の両端側が、容器本体1の両 端から略同じ距離を隔てるように配置される 。

 上記のようにしてリブ板2を配した容器本 体1に対し、上下から圧力を加えてリブ板2の 下端を容器本体1の壁内面に密着させる。こ の容器本体1に対し、抵抗溶接により、容器 体1内面と数本のリブ板2とを接合する。また 、上記抵抗溶接に変えてレーザ溶接を採用し てもよい。リブ板の接合は、数本のリブ板の 上下面を一度に接合しても1本ずつ片面のみ 合してもどちらでもよく、複数の溶接機に り数本のリブ板の片面または上下面を一度 接合してもよい。

 リブ板2を接合した容器本体1にリブ板2を外 から溶接することによって図2に示す圧力容 器10が得られる。図中の想像線は、溶接線11 示すものであり、リブ板2に沿って存在して る。該圧力容器10は、水素吸蔵合金容器と て用いる場合、内部に水素吸蔵合金粉末(図 しない)を収容し、容器本体1の開放端に蓋12 を被せ、溶接などによって固定する。蓋12に ガス出入り口13を設けて水素ガスの内外移 を可能にする。
 上記圧力容器10では、内部に収容した水素 蔵合金が、ガス出入り口13を通して導入され た水素を吸蔵する際に合金が膨張するが、該 合金膨張に対し、優れた耐圧強度を示すこと ができる。

 また、上記リブ板は、リブ板の両面側の通 性を高めるため、連通切り欠きを中抜きや 抜きにより設けることができる。図3(a)は、 中抜きの連通切り欠き20aを設けたリブ板20を すものである。連通切り欠き20aは、板長方 に等間隔で形成されており、連通切り欠き2 0a間の柱状部で容器本体1の耐圧強度を高める ことができる。
 また、図3(b)は、外抜きの連通切り欠き21aを 設けたリブ板21を示すものである。連通切り き21aは、板長方向に等間隔で形成されてお 、連通切り欠き21a間の柱状部で容器本体1の 耐圧強度を高めることができる。なお、中抜 きの連通切り欠きと外抜きの連通切り欠きと を混合させて形成したものであってもよい。

 さらに、上記リブ板は、溶接時に容器本体 圧力を加えても、倒れることなく安定した 勢を維持できるように、隣接するリブ板と 間に連結板を設けることができる。
 図4では、一端側に連結板30aが固定されて全 体としてU字形状を有しているリブ板30、30が いられている。なお、連結板30aは、リブ板3 0、30よりも高さが小さくなっており、容器本 体1の内面には、少なくとも一方が接触しな ように形成されている。これは、前述のよ に、リブ板をU字加工すると角部のリブ高さ 高くなるため、曲げによる出っ張りを無視 きる形状にしたためでもある。

 該リブ板30も上記と同様に、抵抗溶接やレ ザ溶接によって容器本体1の内面に接合され 。この際に、連結板30aは、容器本体1の内面 との接合はなされない。
 上記リブ板30は、溶接時に容器本体1に圧力 加える際にも、倒れることなく安定した姿 を維持し、容器本体1に十分な圧力を加えた 状態で溶接を行うことができる。この結果、 圧力容器内面とリブ板との密着性を高め、両 者の溶接性を向上させることが可能になる。

 以下に、本発明の一実施例を説明する。
 ブリキ材板厚0.6mmの深絞り成形による角筒 器(40×45×5.8mm)を用意し、図1に示したものと 様に内部リブ4本を配置し、容器側面の上下 を電極で挟み、容器壁内面とリブ板がしっか りと密着するよう荷重を加えた上で、外部か らのコンデンサ溶接により接合した。該溶接 では、電極間に電圧電流を加えることで、瞬 時に電極壁内面とリブ板との密着部分が融合 して完全に接合された。これにより角筒容器 の耐圧強度は6MPaとなった。リブ板を接合し 角筒容器は、内部に水素吸蔵合金を充填後 蓋板を溶接して水素貯蔵容器とした。該容 は、水素吸蔵合金の水素吸蔵による合金膨 に十分耐え、水素満充填時に容器が55℃に昇 温され容器内圧力が5MPaを超えても容器が壊 ることはなかった。

 また、リブ板厚を1mmとし、形状は中抜き るいは外抜きに加工した。このとき、リブ の引張り強度を6MPa、耐圧するため断面積を 1mm厚さに対して30%以上確保した。このように 中抜きあるいは外抜きに加工したことで、リ ブの占有容積を50%削減でき容器内容積を向上 することができた。

 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照 て説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱 ることなく様々な変更や修正を加えること できることは当業者にとって明らかである
 なお、本出願は、2007年2月22日出願の日本特 許出願(特願2007-041749)に基づくものであり、 の内容はここに参照として取り込まれる。

 筒形状の圧力容器(容器本体1)内にリブ板2 を配置し、該リブ板2を圧力容器壁の外部か の溶接により、該圧力容器の壁内面に立設 た状態で接合する。前記溶接法としては熱 響の小さい抵抗溶接またはレーザ溶接が望 しい。小型、薄肉の圧力容器においてもリ 板を内部に配置固定して圧力容器の耐圧強 を向上でき、水素吸蔵合金容器として使用 る場合にも合金膨張に対し、優れた強度を す。容器製造が簡単となるため量産化が可 となる。容器板厚の薄肉化およびリブ形状 最適化により内容積を大きくでき、水素貯 容器としての体積効率を向上できる。