(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器を形成する外囲壁のみにより略楕円形状の偏平断面が保持されてなる筒状の圧力容器において、内部空間内で断面長軸方向に延びその両端が、楕円断面頂部(S1)の内壁面(11)に沿った形状を有し、かつ該内壁面に係接した係接体（23,25）と結合した直状支持体(20A) を設けたことを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
容器を形成する外囲壁のみにより略楕円形状の偏平断面が保持されてなる筒状の圧力容器において、内部空間内に前記楕円断面頂部(S1)に位置して容器の縦軸方向に延びる楕円断面頂部(S1)の内壁面(11)に沿った形状で該内壁面に係接された２本の長尺状の連結部材(21,21) と、該両連結部材(21,21) の対向位置にその両端(20a,20a) が結合されて断面長軸方向に連結部材(21)に対して略垂直に懸架させて容器軸方向に適宜間隔で複数本設けられた直状支持体(20A) とを具備したことを特徴とする圧力容器。
【請求項３】
前記外囲壁が、アルミニウム薄板からなるハニカムコア材により形成されている請求項１又は２に記載の圧力容器。
【請求項４】
前記直状支持体(20A) を伸長方向に膨伸させ内壁面(11)に圧接させる付勢手段(22)を当該直状支持体(20A) に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧力容器。
【請求項５】
前記係接体又は長尺部材の楕円断面頂部(S1)の内壁面(11)に係接している面の曲率が、該内壁面の曲率より小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の圧力容器。
【請求項６】
前記直状支持体の棒状部と係接体の接合角度（θ）が、９０度よりわずかにずらして固定されており、これにより、常態では該係接体の一方の端部が外囲壁にバネ作用を持って係合していることを特徴とする請求項１、３又は５に記載の圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力容器（圧力室）に関し、詳しくは断面が楕円形状等偏平であって内部の圧力変化による外囲部の変形を防止するための支持構造を備えた圧力容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の分野で使われる高圧流体用の圧力容器、或いは高圧がかかる圧力室に採用される外囲壁の形状は、一般には力学的に有意なためその断面は略真円状に設計されることが殆どである。外囲壁には耐圧に応じた厚みの鉄板その他の板材料が多く使われている。
【０００３】
ところで、圧力容器において航空機に搭載する用途等の特に軽量さが要求される場合には容器外囲壁にハニカム構造体を薄板で挟み接合した板材材も用いられる。また、使用装置・使用車両等の限られた容積空間内で色々な機構や配管を配置しなくてはならない場合も多々あり、必ずしも断面を真円形状が採れず容器断面を偏平な楕円形状等に設計することもある（図５参照）。
【０００４】
図５は、このような偏平な断面（略楕円形状;S）の圧力容器の一例( 符号;10)を横断面図にて示したもので、符号(11)は外囲壁を示しており、アルミ薄板を接合したハニカムコアの板状芯材(C) の表裏面に例えば金属薄板(A,B) を接着接合して形成された板状素材を用いて構成している。
図示断面形状の外囲壁(11)が容器軸方向に伸びて圧力容器（或いは圧力室）を形成している。例えば、中央空洞部を適宜の隔壁で仕切って流体用の入力口部及び出力口部で他部と連通した圧力室として、或いは軸方向に沿って相似形に断面が拡縮した長尺楕円体形態で流体入出口を設けた圧力容器として利用される。
【０００５】
一般に圧力容器（圧力室も含む）においては使用過程で内部圧力の変化が伴い、かなりの高圧から大気圧までの幅広い範囲の圧力が外囲壁内面に加わる。特に上述したように断面(S) が楕円形状の容器では、投影面積が均等でないため内部圧力が軸対称に加わらず円周方向角度に応じて方向性があるから圧力変化に応じて径方向に方向により不均等に変形する。この様子を変形時外形を示す一点鎖線にて図５の断面図に示す。偏平断面の長手方向頂部(S1)は接近し短寸法方向頂部(S2)は拡幅する。例示容器のように軽量化を図った圧力容器においては変形量も顕著となる。
【０００６】
また、上述した如き、断面偏平形状の圧力容器における変形は偏平断面の長手方向頂部(S1)に集中応力を発生させ外囲壁他部より大きな力が加わる結果となる。言うまでも無く、市場に提供される圧力容器は充分な安全率を以て設計されていて、大部分の用途においては圧力容器としての機能上・安全上で何ら不都合無いものであるが、特殊な環境下や特殊目的のためには更なる改善が好ましい場合が見いだせる。
【０００７】
例えば、圧力変化が極めて頻繁に繰り返され、しかも変化量が比較的大きい用途に用いる場合には前述したように頂部(S1)に繰り返し集中応力が加わる結果、疲労が局所的に速く進むとの難点があり保安上の対処として早めの時期に交換が必要となる（短寿命）。また、小形船艇その他において寸法制限から圧力容器の外囲壁(11)が外部の流体と直接に接するような場合には、外表面となる外囲壁(11)の変形は流体力学的に好ましくない場合もある。
【０００８】
また、視点を変えてみれば、もし変形が抑制できるならば前述した集中応力による材料の局所疲労を抑制でき耐用年数をより長期間とすることができるし、同じ使用期間を想定した場合にはより低強度な外囲壁を使用した従ってより軽量な圧力容器に置き換え得ることになる。
【０００９】
以上、変形防止が有用な背景を説明した。次に、この様な需要に応えるために用いられている既知の変形防止構造例を備えた圧力容器について図６〜７を用いて説明する。例示構造は容器内圧変化により前述したように外囲壁(11)の対向する緩曲面同士が離間する方向に変形するのを容器内方から防止するために両緩曲面部を単一補強部材に強固に固定するようにしていた。
【００１０】
例示容器の変形を防止するために用いられている補強支持体(40)の外観斜視図を図６に示す。この補強支持体(40)は、対応容器の内部横断面(S) に略対応した略楕円形状で容器断面長手方向の頂部(S1)にあたる部分が大きく切除してある一定厚の平板状部(41)と、この平板状部(41)の周縁部で片面側（図では手前面）に所定厚で所定長だけ突出する取付壁部(42)が一体に形成されており、例えば金属や強化樹脂製でなり容器使用圧力に対応した充分な剛性を有している。前記取付壁部(42)の外側面は大気圧下で略容器の外囲壁内面に沿うようになっており、突出帯幅中央線に沿って複数個の貫通した取付孔(43)が設けられている。
【００１１】
図７(a) は、上記補強支持体(40)が取り付けられた圧力容器(10 ´) を横断面図で示している。圧力容器(10 ´) 側には断面狭幅方向の外囲壁部に前記補強支持体の取付孔(43)に対応する位置に予め取付部(44)が形成してある。即ち、図７(b) ，(c) に拡大して図示する如くに外囲壁(11)の該当部ではハニカムコア中に取付ねじ穴(45)を設けた取付体(46)を埋込み固定してある。
そして、圧力容器(10 ´) 内部の適宜位置に取付ボルト(47)を用いて取付孔(43)を介して取付体(46)の取付ねじ孔(45)に螺入・緊締することにより必要個数の補強支持体(40)を圧力容器内に強固に固定してある。
【００１２】
このように構成された図７の圧力容器においては、内部の圧力が高くなれば対応して外囲壁(11)は外向きの応力を受け、特に偏平断面短寸方向に大きく変位・変形しようとするが、内部に強固に取付けられた補強支持体(41)が機能して容器の変形を抑止する。従って、長手方向頂部(S1)に集中応力が発生することはなく局部疲労による低寿命化が防止できる。また、外壁面が外部に表出していて移動流体に接する用途に用いても形状が変わらず空力性能が損なわれない。
このように、例示構造によれば、偏平断面形状の容器において見られる内部圧力変化に応じた断面形状の変形を抑えること長寿命化ができ、また空力特性を保ち得る等で一段と高機能化された圧力容器となる。
【００１３】
然しながら、例示した補強構造にあっては次のような難点を有している。即ち、補強部材(40)の形状が複雑であり、且つ圧力容器本体にも加工が必要なため製造コストが上昇すると同時に何よりも圧力容器自体に強度の不均衡が生じて好ましくない。更に、補強部材(40)の取り付け作業にかなりの時間を要する点も高コスト化に繋がり好ましくない。また、補強部材(40)が大型で軽量化の目的にはそぐわない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明もまた、偏平断面形状の容器において見られる内部圧力変化に応じた断面形状の変形を無くした場合に得られる上述したような多くの利点に着目し偏平断面形状の圧力による変形を抑えることで選択的には長寿命化或いは軽量化ができ、また空力特性を上げ得る等々高機能化された圧力容器を得るためのものであるが、従来の対処構造が有していた前述難点に鑑みこれら難点を解消して、新たにより簡易・安価で軽量との利点を備えた改良された変形防止構造を備えた圧力容器を提案することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、容器を形成する外囲壁のみにより略楕円形状の偏平断面が保持されてなる筒状の圧力容器において、内部空間内で断面長軸方向に延びその両端が、楕円断面頂部(S1)の内壁面(11)に沿った形状を有し、かつ該内壁面に係接した係接体（23,25）と結合した直状支持体(20A) を設けたことを特徴とする圧力容器にある。
【００１６】
また本発明は、容器を形成する外囲壁のみにより略楕円形状の偏平断面が保持されてなる筒状の圧力容器において、内部空間内に前記楕円断面頂部(S1)に位置して容器の縦軸方向に延びる楕円断面頂部(S1)の内壁面(11)に沿った形状で該内壁面に係接された２本の長尺状の連結部材(21,21) と、該両連結部材(21,21) の対向位置にその両端(20a,20a) が結合されて断面長軸方向に連結部材(21)に対して略垂直に懸架させて容器軸方向に適宜間隔で複数本設けられた直状支持体(20A) とを具備したことを特徴とする圧力容器にもある。
本発明の圧力容器に設けられた各直状支持体は、該各直状支持体を伸長方向に膨伸させ、内壁面に圧接させる付勢手段が設けられた構造であることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では略楕円形状の偏平断面を有する筒状の圧力容器の内部空間内で要所に断面長軸方向に延びる棒状、柱状あるいは板形状等でその両端を（必要に応じて適宜部材を介在させて）楕円断面頂部の壁面に係接した直状支持体を設ける。これにより容器内部の圧力が増した場合でも発生する楕円断面頂部を接近させようとする応力に直状支持体が抗することで容器全体の変形を有効に抑止する。当然に楕円断面頂部に応力集中が発生することもなく短寿命化の原因となる局部疲労の発生が防止できる。端部形状の配慮は容器破損を防止できる。直状支持体の一体化は取り扱い及び組立て作業を容易にする。付勢手段を付したものは係止がより確実になる。
【００１８】
〔実施例〕以下、本発明の圧力容器について実施例をあげ図を用いて説明する。図１(a) ，(b) の両図は、本発明一実施例の圧力容器(10A) について説明する図で、図１(a) は圧力容器の軸直交方向断面図、図１(b) は本発明に係る直状支持体(20A) を含み形成された梯子体(30)を示す外観斜視図である。
【００１９】
実施例の圧力容器(10A) は、外囲壁(11)に前述したようなハニカムコア材を用いて略楕円形状の偏平断面(S) を有した密閉筒状体に形成されており容器内外を連通させる流入・流出口（図示なし）が設けられていて、使用時には内部空間(12)に高圧力の流体が導入・保存されまた随時排出される。この際に、外囲壁(11)には圧力変化により応力がかかる。
【００２０】
この圧力容器の内部空間(12)内には容器筒軸に直交して断面長軸方向に延びその両端が楕円断面頂部(S1)の内壁面に係接された直状支持体(20A) が圧力容器筒軸方向に適宜間隔で必要数だけ設けられている。各直状支持体(20A) は棒状で、材質は金属或いは繊維強化合成樹脂その他の充分な剛性を持った素材から例えば収容ガス体と反応しないもの、耐油性の高いもの等が圧力容器に収容される流体の特性や耐圧に応じて選定される。
【００２１】
これら直状支持体(20A) は夫々別体に独立した形態（後例で詳述）としても必要な変形防止機能は得られるが、本実施例では、容器組立作業を容易にし且つ容器壁部を保護するように梯子状の補強体(30)として一体に形成してある。
【００２２】
即ち、各直状支持体(20A) の両端部(20a) は、別部材でその断面形状半円断面であって係接部壁面（即ち楕円断面頂部;S1 ）に沿った筒側面を持つ半円柱状の左右各一本の連結部材(21,21) に所定間隔対面位置で接合（接着・溶接等）して複数本の直状支持体(20A) を一体となった梯子形状に形成されている。連結部材(21)の材質は直状支持体(20A) に準ずる。長さ方向に圧力容器全体にわたる長さで一個の補強体（30; 梯子体とも記す）としても良いが、適宜分割した複数の補強体（梯子体）を一列に配設するようにしても良い。
【００２３】
梯子体(30)（従って各直状支持体(20A) ）を外囲壁(11)に係止して定位置に保持する方法（固定方法）について詳述する。既に述べたように本発明によれば、変形防止用の各直状支持体(20A) には圧力容器の内圧が増加した場合に圧縮方向にのみ大きな応力が加わるのであり通常使用では伸長方向の大応力は加わらないから直状支持体(20A) の係止自体は簡単な機構で良い。
【００２４】
直状支持体の長手寸法を圧力容器の常態（無圧時）の内寸法より極僅か大きくしておき外囲壁の弾性により係止しても足りるが、例えば、長手寸法を内寸法に略一致させておき、外囲壁(11)内壁面の規定位置に小さな凹部を形成しこれと対応した突起(21a) を直状支持体端部の接触面（図１では連結部材(21)の外方側面）に形成しておいても良い。或いは逆に壁面規定位置に小突起を設けて直状支持体側の端面部分に突起に対応した僅かな凹部を設けて両者の係合で係止するようにしても良い。
【００２５】
実施例では、係止をより確実に行え同時に各部を低工作精度で製造してもよいように、直状支持体を伸長方向に膨伸させる付勢手段(22)を直状支持体(20A) に設けてある。即ち、直状支持体を二部材(23,24) に分割しこれらを中央部で結合体(25)で接続してある。両側の部材(23,24) は中央側に互いに逆向きとなる雄螺子が切ってあり結合体(25)の中央貫通孔には両側から夫々に対応した雌螺子が螺設されていて、三者を螺合させておき結合体(25)を所定方向に回転させることで直状支持体(20A) を伸長方向に膨伸させ、以て両端部を壁面規定位置に圧接させて適切・確実な係合状態を得ることができる。このような付勢手段を全ての直状支持体に設けても良いが一連の直状支持体が連結部材(21)で結合されている実施例では一つおきの直状支持体に付勢手段(22)を設けるようにしている。
【００２６】
以上の如き構成を有する実施例の圧力容器(10A) は、使用中に内部圧力が上昇し外囲壁(11)が膨らみ断面幅狭方向に特に大きく拡幅変位しようとしてもこの力が直状支持体(20A) を圧縮する応力に変換されて変形が抑止され、全体の変形は微少に抑えられ頂部(S1)への応力集中も防止でき変形による疲労が各部でより均等になり頂部の疲労が突出して進むようなことがなくて容器の長寿命化が達成されて耐用年数が増す。この変形防止作用自体は従前のものと同等であるが、特に本発明による補強構造は従前のものに比べて格段に簡易であり軽量かつコストも低廉となるとの産業上有用な効果が加えて得られる点が重要である。
【００２７】
本発明では上記実施例と異なる形態も採りうる。図２及び図３は圧力容器の他の実施例(10B) を示しており、図２は容器の横方向断面図であり図３は直状支持体の斜視図である。
【００２８】
図の圧力容器(10B) では、容器の外囲壁部は先述したと同等で偏平楕円断面(S) を有しており、容器内部(12)には断面長手方向に伸びる複数の直状支持体(20B) が圧力容器筒軸方向に離間して平行に必要数だけ係接・配置されている。各直状支持体(20B) は、板状で前実施例同様に金属或いは繊維強化合成樹脂等の剛性材料から圧力容器に収容される流体の特性に応じて選定される。
【００２９】
図３に示すように直状支持体(20B) の両端部には係接部内壁面に沿った半円筒面形状の板状係接体(23)が取り付けられている。本例では直状支持体の接触部（板状係接体の側辺部）が閉曲面内で伸長方向に変位するようになった付勢手段(22 ´) を採用して直状支持体と外囲壁を適切に係合させている。即ち、板状係接体(23)の曲率を係接部壁面の曲率より僅かに小さくしてあり板状係接体(23)の弾撥力を利用して常圧時でも直状支持体(20B) が前記側辺部で外囲壁(11)に係合するようになっている。容器内圧が上昇した場合には板状係接体(23)が全面で外囲壁(11)に密着して大圧力にも耐える。この圧力容器(10B) も先述したと同様に機能し、簡単な構造で内部圧力変化による容器の変形を有効に抑止できる。
【００３０】
この他、直状支持体は図４に示す構造も採れる。この直状支持体(20C) は、棒状部(24)の両端に半円柱状の係接体(25,25) を接合してあるが、棒状部(24)と係接体(25)の接合角度（θ）を９０度より僅かにずらして固定してあり圧力容器内部で常態では該係接体(25)の一方の端部が外囲壁(11)に僅かのバネ作用を持って係合し、高圧力時には係接体(25)外方側面が全体で外囲壁に当たるようにしてある。
【００３１】
以上挙げた例に限らず、端部の形状・構造や付勢手段は用途に併せて適宜組み合わせて、或いは省略して採用すれば良く、本発明は各種の圧力容器に対して適用が可能であり、簡易な構成にて有効に偏平な圧力容器の形状変形を抑止することができる。本発明における断面形状については、既述効果は楕円だけでなく菱形等のある程度偏平な形状の場合であれば同様の変形防止作用が得られ略楕円形状とはこれらも含むものとする。
【００３２】
本発明は、偏平断面容器において高圧時変形に伴い必ず接近使用とする長軸方向の頂部間のみを支持することで該支持部には圧縮力しか加わらないように構成したので固定機構（ファスナー）を必要とせず簡単に係止するだけで足り、この結果、今までになく支持体及びその係止部の簡素化（従って軽量化）を達成したものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、略楕円形状の偏平断面を有する筒状の圧力容器において、内部空間内で断面長軸方向に延び両端が楕円断面頂部の内壁面に係接された直状支持体を設けるようにしたので、支持体及びその係止部が簡素化され内部圧力変化により変形を防止した圧力容器が安価・軽量にて得られ産業上の効果は大きい。
【００３４】
直状支持体両端部の形状を内壁面係接部に沿った形状とすれば破損し難くなる。２本の長尺部材に複数直状支持体の両端を結合し一体に用意すれば取扱いや組立作業が容易になる。また直状支持体を伸長方向に膨伸させる付勢手段を設けたものは係合がより確実になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例の圧力容器を示す横断面図(a) 、及び本発明に係る直状支持体の一例を示す斜視図(b) である。
【図２】本発明の圧力容器の他の実施例を示す横断面図である。
【図３】直状支持体の他例を示す斜視図である。
【図４】直状支持体の別な例を示す斜視図である。
【図５】既存圧力容器の一例とその変形を説明する横断面図である。
【図６】既知の変形防止部材を示す斜視図である。
【図７】図６の部材を取り付けた圧力容器の横断面図(a) 、及びその要部拡大図(b) ，(c) である。
【符号の説明】
(10A,10B) …圧力容器、
(11)…外囲壁（内壁面）、
(20A,20B) …直状支持体、
(21)…長尺部材、
(22),(22´) …付勢手段、
(S1)…楕円断面頂部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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