(57)【要約】  外側真空容器と、外側容器上の補強リングと、外側容器の内側の内側圧力容器と、外側容器と内側圧力容器との間の真空空間とを有する極低温水素貯蔵容器。一実施形態では、リングは外側真空容器上のこぶ形補強リングであり、こぶ形補強リングはこぶ形補強リングから突出する外側のこぶ部と、こぶ形補強リングの内側のくぼみと、を有し、真空空間における複合支持リングは、外側真空容器上のこぶ形補強リングから内側圧力容器まで延在し、こぶ形補強リングのくぼみに入れ子になっている。
2020506337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側真空容器と、
前記外側真空容器上の補強リングと、
前記外側真空容器の内側の内側圧力容器と、
前記外側真空容器と前記内側圧力容器との間の真空空間とを備える極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項２】
前記補強リングが、前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部を含む、請求項１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項３】
前記補強リングが前記外側真空容器内にくぼみを含む、請求項１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項４】
前記外側真空容器は円周を有し、前記外側真空容器上の前記補強リングは、前記外側真空容器の前記円周の周りに延在する圧延された補強リングである、請求項１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項５】
前記外側真空容器は円周を有し、前記補強リングは、前記円周の周りに延在する別個の補強リングである、請求項１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項６】
前記別個の補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する溶接部をさらに備える、請求項５に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項７】
前記別個の補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する一対の溶接部をさらに備える、請求項５に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項８】
前記別個の補強リングが前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部を含む、請求項５に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項９】
前記別個の補強リングが、前記外側真空容器に向かって内側に延びるくぼみを含む、請求項５に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１０】
前記補強リングは、前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部と、前記外側真空容器内のくぼみと、を含み、前記真空空間内に複合支持リングをさらに備え、前記複合支持リングは、前記外側真空容器内の前記くぼみの中に配置され、前記外側真空容器上の前記補強リングから前記内側圧力容器まで延在する、請求項１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１１】
外側真空容器と、
前記外側真空容器上のこぶ形補強リングであって、前記こぶ形補強リングから突出する外側のこぶ部と、前記こぶ形補強リングの内側のくぼみと、を含むこぶ形補強リングと、
前記外側真空容器の内側の内側圧力容器と、
前記外側真空容器と前記内側圧力容器との間の真空空間と、
前記外側真空容器上の前記こぶ形補強リングから前記内側圧力容器まで延在する前記真空空間における複合支持リングであって、前記こぶ形補強リング内の前記くぼみに入れ子になる複合支持リングとを備える極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１２】
前記外側真空容器は円周を有し、前記外側真空容器上の前記こぶ形補強リングは、前記外側真空容器の前記円周の周りに延在する圧延されたこぶ形補強リングである、請求項１１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１３】
前記外側真空容器は円周を有し、前記こぶ形補強リングは前記円周の周りに延在する別個のこぶ形補強リングである、請求項１１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１４】
前記別個のこぶ形補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する溶接部をさらに備える、請求項１３に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１５】
前記別個のこぶ形補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する一対の溶接部をさらに備える、請求項１３に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１６】
複合支持リングは前記こぶ形補強リング内の前記くぼみの中に配置され、前記外側真空容器上の前記こぶ形補強リングから前記内側圧力容器まで延在する、請求項１１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
【請求項１７】
外側真空容器を設けるステップと、
前記外側真空容器上に補強リングを設けるステップと、
前記外側真空容器の内側に内側圧力容器を配置するステップと、
前記外側真空容器と前記内側圧力容器との間に真空空間を設けるステップとを含む、極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【請求項１８】
前記補強リングを設けるステップは、前記補強リング上に、前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部を設けることを含む、請求項１７に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【請求項１９】
前記補強リングを設けるステップは、前記補強リング内に、前記外側真空容器から内側に延びるくぼみを設けることを含む、請求項１７に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【請求項２０】
前記補強リングを設けるステップは、前記外側真空容器の周りに前記補強リングを圧延することを含む、請求項１７に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【請求項２１】
前記補強リングを設けるステップは、前記外側真空容器に対して溶接することを含む、請求項１７に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【請求項２２】
前記外側真空容器上の前記補強リングから前記内側圧力容器まで延在する複合支持リングを前記真空空間内に配置するステップをさらに含む、請求項１７に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【請求項２３】
前記補強リングを設けるステップが、前記補強リング内に前記外側真空容器から内側に延びるくぼみを設けることを含み、前記補強リング内の前記くぼみの中に複合支持リングを配置するステップをさらに含み、前記複合支持リングは、前記外側真空容器上の前記補強リング内の前記くぼみから前記内側圧力容器まで延在する、請求項１７に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、２０１７年２月７日に出願された米国特許第１５／４２６，５０７号の優先権を主張し、その利益を主張する。
【０００２】
（連邦政府による資金提供を受けた研究開発の下でなされた用途に対する権利に関する声明）
合衆国政府は、ローレンスリバモア国立研究所の運営のために、合衆国エネルギー省とローレンスリバモア国家安全保障ＬＬＣとの間の契約番号ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４に従って本出願における権利を有する。
【０００３】
本出願は極低温圧力容器に関し、より詳細には補強材を備えた極低温圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００４】
この節は、必ずしも先行技術ではない、本開示に関連する背景情報を提供する。
【０００５】
水素には、普遍的な輸送用燃料として石油を代替する可能性があり、石油への依存性を軽減する、またはなくし、それに伴うテールパイプ大気汚染物質および温室効果ガスを削減する、または排除する。水素自動車の広範な使用を制限する主な技術的な障害は、容量、重量、コスト、および燃料補給時間の制約の中での高速走行車用の十分な車載燃料貯蔵容量である。
【０００６】
過去１５年間にわたり、本発明者らは、新しい貯蔵技術、すなわち極低温圧力容器（極低温圧縮容器としても知られている）の研究開発を先導してきた。この技術は、従来の常温圧力容器よりもコンパクトに、水素吸収貯蔵技術よりも軽量で、かつ従来の低圧ＬＨ２貯蔵よりもはるかに高い熱耐久性で水素を貯蔵することができ、場合によっては事実上すべての自動車の利用条件の下で放出ロスをなくす。容器サイズが小さくなったおかげでコストがより低くなり、高価な構造材料の必要性の低下につながる。極低温圧力容器は、極低温水素のより低い膨張エネルギー、および内部の高圧容器を環境による衝撃または機械的な衝撃から保護する外側の真空ジャケットの存在により、説得力のある安全上の利点も有する。
【発明の概要】
【０００７】
以前の研究は、外側の真空ジャケットが極低温圧力容器システムの全体的な重量および容積に対する主たる一因であることを突き止めた。真空断熱もまた、最小限の厚さの真空ギャップが必要であるためシステム容積の増加の一因となる。アルミニウムのような軽量材料で製造することによって真空ジャケットの重量を減少させることができる。しかしながら、周囲圧力によって引き起こされる座屈の可能性によって、真空ジャケットの厚さ（および重量）に関する制限はより低く規定される。
【０００８】
開示された装置、システム、および方法の特徴および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。出願人は、装置、システム、および方法の幅広い描写を提供するために、図面および特定の実施形態の例を含むこの説明を提供している。本出願の精神および範囲内の様々な変更形態および修正形態が、この説明から、また装置、システム、および方法の実施によって当業者には明らかになるであろう。装置、システム、および方法の範囲は、開示された特定の形態に限定されることが意図されるのではなく、本出願は、特許請求の範囲によって定義される装置、システム、および方法の精神および範囲内にあるすべての修正形態、均等物および代替形態を網羅する。
【０００９】
本発明者らは、容積測定の（ｇＨ２／Ｌ）水素貯蔵性能および重量測定の（Ｈ２重量分率）水素貯蔵性能を潜在的に改善し、それによってより実用的な水素燃料自動車に寄与し得る、真空ジャケットの重量と容積を同時に低下させる装置、システムおよび方法を開発した。本発明者らは、こぶ形補強材を組み込んだ水素極低温圧力容器装置、システム、および方法を開発した。この補強材は座屈に対して外側真空ジャケットを強化すると同時に、システムの重量と容積を低下させる。本発明者の水素極低温圧力容器装置、システム、および方法は、極低温容器システムの重量および容積を同時に低下させ、自動車、航空機、潜水艦、および大容量で軽量の水素貯蔵が必要であるその他の必要なシステムにおける実用的な水素燃料式の推進に必要なより軽量でよりコンパクトな水素貯蔵を可能にする。
【００１０】
本発明者の水素極低温圧力容器装置、システム、および方法の一実施形態は、座屈に対して外側真空ジャケットを強化すると同時に、こぶ形補強材の中に高圧容器リング支持体を配置することを可能にする。
【００１１】
本発明者の水素極低温圧力容器装置、システム、および方法は、水素を動力とする車両用の極低温加圧水素貯蔵容器に使用されており、装置、システム、および方法は、水素燃料の車載貯蔵容器のシステム容積および重量を低下させるのに役立つ。本発明者の水素極低温圧力容器装置、システム、および方法は、水素を動力とする飛行機、無人航空機、潜水艦、船舶、および長期休眠を伴うコンパクトな水素貯蔵を必要とする任意の他の車両にも適用可能である。
【００１２】
装置、システム、および方法には、修正形態および代替形態の余地がある。特定の実施形態が一例として示される。装置、システム、および方法は、開示される特定の形態に限定されないことを理解されたい。装置、システム、および方法は、特許請求の範囲によって定義されるような本出願の精神および範囲内に含まれるすべての修正形態、均等物および代替形態を網羅する。
【００１３】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、装置、システム、および方法の特定の実施形態を示し、上記に提供される一般的な説明、および特定の実施形態の詳細な説明と共に、装置、システム、および方法の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術の極低温圧力容器を示す図である。
【図２Ａ】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第１の実施形態の切り欠き図である。
【図２Ｂ】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第１の実施形態の切り欠き図である。
【図３Ａ】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第２の実施形態の切り欠き図である。
【図３Ｂ】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第２の実施形態の切り欠き図である。
【図３Ｃ】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第２の実施形態の切り欠き図である。
【図４】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第３の実施形態の切り欠き図である。
【図５Ａ】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第４の実施形態の切り欠き図である。
【図５Ｂ】補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第４の実施形態の切り欠き図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面、以下の詳細な説明、および組み込まれた資料を参照して、特定の実施形態の説明を含めて、装置、システム、および方法に関する詳細な情報を提供する。詳細な説明は、装置、システム、および方法の原理を説明するのに役立つ。装置、システム、および方法には、修正形態および代替形態の余地がある。本出願は開示される特定の形態に限定されない。本出願は、特許請求の範囲によって定義されるような装置、システム、および方法の精神および範囲内に含まれるすべての修正形態、等価形態、および代替形態を網羅する。
【００１６】
ここで図面、特に図１を参照すると、先行技術の極低温圧力容器の例示的な切り欠き図が示されている。従来技術の極低温圧力容器は、全体として参照番号１０で示されている。以下は、図１に示す従来技術の極低温圧力容器１０の構成要素のリストである。
外側真空容器１２、
内側圧力容器１４、
外側真空容器エンドキャップ１６、
内側圧力容器エンドキャップ１８、
中央部２０、
充填／供給継ぎ手２２、
中心線２４、
外側真空容器と内側圧力容器との間の空間２６、および
外側真空容器と内側圧力との間の空間内の真空２８。
【００１７】
極低温圧力容器（極低温圧縮容器としても知られている）は、高密度の極低温水素を利用して大容量の貯蔵を可能にするのと同時に環境による熱伝達からたびたび生じる燃料の放出を回避する代替の水素貯蔵技術として提案されている。従来技術の極低温圧力容器１０は、（圧縮ガスを貯蔵するのに通常使用されるものと同様の）炭素繊維被覆アルミニウム製の高圧の内側容器１４、高反射プラスチックの多数のシートによって満たされた真空空間２６、および外側の金属製の真空ジャケット１２とを含む。以前の研究は、極低温圧力容器の安全性、容量、コスト、重量、および燃費の利点と、代替の水素貯蔵技術（圧縮ガスおよび材料ベースの吸収および吸着システム）との比較を実証してきた。
【００１８】
極低温加圧貯蔵のシステム水素貯蔵密度（全システム容積当たりの水素のグラム数）は、それが、車両内の任意の所与の利用可能な空間についての極低温容器の容量を決定し、したがって燃料タンクが満タンであるときの走行距離も決定するため、将来の車両における実際の実装にとって重要である。
【００１９】
容量ほどは自動車にとって重要ではないが、システム重量もまた、車両の燃費、したがって車両の走行距離に寄与する重要なパラメータである。一方、重量は飛行用途の場合に極めて重要であり、航空機（例えばＵＡＶ）は最小限のシステム重量を要求する。
【００２０】
本発明者らは、容積測定の（システムリットル当たりの水素のグラム数）貯蔵性能と、重量測定（水素重量分率）の貯蔵性能を同時に向上させることができ、それによってより長い走行（飛行）距離を有するより実用的な水素駆動式自動車（航空機）に寄与する補強材を有する極低温水素圧力容器を開発した。本発明者らは、補強材を備えた水素極低温圧力容器の多様な実施形態を開発した。
【００２１】
最初にシステムの重量を考慮されたい。本発明者らおよびその他の人間によって真空ジャケットがシステム重量の主たる一因であることが突き止められた。製造を容易にするために以前のプロトタイプではステンレス鋼で作られていたので、真空ジャケットは典型的には、それが取り囲んでいる高圧容器と同じぐらいの重さがある。ステンレス鋼をアルミニウムのような軽金属に置き換えることは、真空ジャケットの軽量化にいくらか寄与する。ただし、この削減は当初予想されたほど大きくはない。真空ジャケットの厚さ（したがって重量）は座屈によって制限される。真空ジャケットがあまりに薄く作られている場合、特にアルミニウムのような軽くて比較的弱い金属で作られている場合、外部の周囲圧力が、真空ジャケットをつぶすのに十分な場合がある。
【００２２】
例えば、本発明者らによる最近の計算は、８０リットルの水素容量、ならびに１３２．９ｃｍの全体の外側の長さと、３７ｃｍの外径とを有する細長い外形を有する極低温圧力容器は、２．２５の安全係数（ＤＯＴ、ＩＳＯ、または圧力容器認証のための類似の規格で要求される安全係数に等しい）を使用する場合、真空ジャケットの座屈を回避するのに最低３ｍｍのアルミニウムの厚さを必要とすることを突き止めた。厚さ３ｍｍのアルミニウム製の真空ジャケットの重量は１３．５ｋｇで、システム全体の重量の約４分の１である。
【００２３】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、補強材を備えた本発明者の極低温水素圧力容器の第１の実施形態の切り欠き図が示されている。この第１の実施形態は、全体として参照番号２００で示されている。図２Ａは、第１の実施形態２００の例示的な切り欠き図であり、図２ｂは、図２Ａに示されている補強リングの一部の拡大図である。
【００２４】
図２Ａを参照すると、第１の実施形態２００が示されている。実施形態２００は、つぶれることを回避しながら真空ジャケットの厚さの削減を実現する。以下は、本発明者の極低温圧力容器２００の第１の実施形態の構成要素のリストである。
外側真空容器２０２、
内側圧力容器２０４、
充填／供給継ぎ手２０６、
外側真空容器と内側圧力容器との間の空間２０８、
空間２０８内の真空２１０、
中心線２１２、および
こぶ形補強リング２１４。
【００２５】
本発明者の極低温水素圧力容器の第１の実施形態２００は、外側真空容器２０２、高圧の内側容器２０４、外側真空容器２０２と内側容器２０４との間の空間２０８、および空間２０８内の真空２３０を含む。補強リング２１４が外側真空容器２０２の円周の周りに延在する。
【００２６】
ここで図２Ｂを参照すると、こぶ形補強リング２１４の拡大図が示されている。こぶ形補強リング２１４は、外側真空容器２０２の表面より上に延びる丸い突起を提供するこぶ部２１４ａと、外側真空容器２０２の内径の周りに延びるくぼみ２１４ｂとを含む。こぶ形補強リング２１４は、外側真空容器２０２の表面から外側に突き出しており、外側真空容器２０２の円周の周りに延在している。補強リング２１４は、外側真空容器２０２の一体式の部分である。補強リング２１４は、外側真空容器２０２を圧延する工程によって、または他の標準的な製造工程によって外側真空容器２０２内に形成される。
【００２７】
図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃを参照すると、補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第２の実施形態の例示的な切り欠き図が示されている。この第２の実施形態は、全体として参照番号３００で示されている。図３Ａは、第２の実施形態３００の例示的な切り欠き図であり、図３Ｂおよび図３Ｃは、図３Ａに示されている第２の実施形態３００の一部の拡大図である。
【００２８】
図３Ａを参照すると、第２の実施形態３００が示されている。実施形態３００は、つぶれることを回避しながら真空ジャケットの厚さの削減を実現する。以下は、本発明者の極低温圧力容器３００の第２の実施形態の構成要素のリストである。
外側真空容器３０２、
内側圧力容器３０４、
充填／供給継ぎ手３０６、
外側真空容器と内側圧力容器との間の空間３０８、
空間３０８内の真空３１０、
中心線３１２、および
こぶ形補強リング３１４。
【００２９】
本発明者の極低温圧力容器の第２の実施形態３００は、外側真空容器３０２、高圧の内側容器３０４、外側真空容器３０２と内側容器３０４との間の空間３０８、および空間３０８内の真空３１０を含む。こぶ形補強リング３１４が外側真空容器３４に溶接されている。
【００３０】
ここで図３Ｂを参照すると、こぶ形補強リング３１４の一部の拡大図が示されている。こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の円周の周りに延在している。こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の外側に配置された脚部３１４ａおよび３１４ｂを含む。溶接部３１６ａは、脚部３１４ａを外側真空容器３０２に取り付ける。溶接部３１６ｂは、脚部３１４ｂを外側真空容器３０２に取り付ける。
【００３１】
こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の表面より上に延びる丸い突起を提供するこぶ部と、外側真空容器３０２の内径の周りに延びるくぼみと、を含む。こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の表面から外側に突き出しており、外側真空容器３０２の円周の周りに延在している。
【００３２】
ここで図３Ｃを参照すると、こぶ形補強リング３１４の他のバージョンが示されている。こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の円周の周りに延在している。外側真空容器３０２はギャップ３０２ａを含む。こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の円周の周りに延在し、ギャップ３０２ａを覆うように配置される。
【００３３】
こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の外側に配置された脚部３１４ａおよび３１４ｂを含む。溶接部３１６ａは、脚部３１４ａを外側真空容器３０２に取り付ける。溶接部３１６ｂは、脚部３１４ｂを外側真空容器３０２に取り付ける。
【００３４】
こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の表面の上よりに延びる丸い突起を提供するこぶ部３１４ｄと、外側真空容器３０２の内径の周りに延びるくぼみ３１４ｃとを含む。くぼみ３１４ｃは、外側真空容器３０２内のギャップ３０２ａより上に位置している。こぶ形補強リング３１４は、外側真空容器３０２の表面から外側に突き出しており、外側真空容器３０２の円周の周りに延在している。
【００３５】
図４を参照すると、補強材を備えた、本発明者の極低温圧力容器の第３の実施形態の切り欠き図が示されている。この第３の実施形態は、全体として参照番号４００で示されている。第３の実施形態４００は、図２Ａに示す第１の実施形態２００と同様であるが、第３の実施形態４００は、外側真空容器と内側圧力容器との間に複合支持リングを含む。
【００３６】
外側真空容器は、外側真空容器と内側圧力容器との間の空間内の真空が理由で、大気からの圧力を受ける。こぶ形補強リングは、外側真空容器を強化し、外側真空容器を、こぶ形補強リングがない場合よりも軽量の材料で作成すること、および／またはより薄く作ることを可能にする。
【００３７】
内側圧力容器は、内側圧力容器内に貯蔵された水素から外向きの圧力を受ける。複合支持リングは、内側への熱伝達を最小限にする長い熱経路を通して、内側容器に対する機械的な支持を提供する。
【００３８】
以下は、図４に示す補強材を備えた、本発明者の極低温圧力容器の第３の実施形態４００の構成要素のリストである。
外側真空容器４０２、
内側圧力容器４０４、
外側真空容器と内側圧力容器との間の空間４０８、
空間４０８内の真空４１０、
こぶ形補強リング４１４、
こぶ部４１４ａ、
くぼみ４１４ｂ、および
外側真空容器と内側圧力容器との間の真空空間５０８内の複合支持リング４１５。
【００３９】
図４に示すように、こぶ形補強リング４１４は外側真空容器４０２の一体式の部分である。こぶ形補強リング４１４は、外側真空容器４０２を圧延する工程によって、または他の標準的な製造工程によって外側真空容器４０２内に形成される。
【００４０】
複合支持リング４１５は、外側真空容器４０２と内側圧力容器４０４との間の真空空間４０８内にある。複合支持リング４１５は、こぶ形補強リング４１４のくぼみ４１４に嵌合し、こぶ形補強リング４１４と内側圧力容器４０４との間に延在する。
【００４１】
内側圧力容器４０４は、内側圧力容器４０４に貯蔵されている水素から外向きの圧力を受ける。複合支持リング４１５は、内側圧力容器４０４を強化し、内側圧力容器４０４を複合支持リングがない場合よりも軽量の材料で作成することを可能にする。
【００４２】
外側真空容器４０２は、外側真空容器と内側圧力容器との間の空間４０８内の真空４１０が理由で、大気からの圧力を受ける。こぶ形補強リング４１４は、外側真空容器４０２を強化し、こぶ形補強リングがない場合よりも外側真空容器４０２をより軽量な、および／またはより薄い材料で作成することを可能にする。
【００４３】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、補強材を備えた、本発明者の極低温水素圧力容器の第４の実施形態の切り欠き図が示されている。この第４の実施形態は、全体として参照番号５００で示されている。図５Ａは、第４の実施形態５００の例示的な切り欠き図であり、図５ｂは、図５Ａに示されている補強リングのうちの１つの一部分の拡大図である。
【００４４】
図５Ａを参照すると、第４の実施形態５００が示されている。実施形態５００は、つぶれることを回避しながら真空ジャケットの厚さの削減を実現する。以下は、本発明者の極低温圧力容器５００の第４の実施形態の構成要素のリストである。
外側真空容器５０２、
内側圧力容器５０４、
充填／供給継ぎ手５０６、
外側真空容器と内側圧力容器との間の真空空間５０８、
外側真空容器と内側圧力容器との間の真空空間５０８における真空５１０、
外側真空容器と内側圧力容器との間の真空空間５０８内の複合支持リング５１５、および
こぶ形補強リング５１２。
【００４５】
本発明者の極低温圧力容器の第４の実施形態５００は、外側真空容器５０２、高圧の内側容器５０４、および外側真空容器５０２と内側容器５０４との間の真空空間５０８を含む。複合支持リング５１５は、外側真空容器５０２と内側圧力容器５０４との間の真空空間５０８内にある。こぶ形補強リング５１４が、外側真空容器５０２の円周の周りに延在する。
【００４６】
図５Ｂは、図５Ａに示されているこぶ形補強リング５１４と複合支持リング５１５のうちの１つの拡大図を示す。こぶ形補強リング５１４は、外側真空容器５０２の円周の周りに延在する。こぶ形補強リング５１４は、外側真空容器５０２の一体式の部分である。こぶ形補強リング５１２は、外側真空容器５０２を圧延する工程によって、または他の標準的な製造工程によって外側真空容器５０２内に形成される。こぶ形補強リング５１４は、外側真空容器５０２の表面より上に延びる丸い突起を提供するこぶ部５１４ａと、外側真空容器５０２の内径の周りに延びるくぼみ５１４ｂとを含む。こぶ形補強リング５１４は、外側真空容器５０２の表面から外側に突き出し、外側真空容器５０２の円周の周りに延在する。
【００４７】
複合支持リング５１５は真空空間５０８内にあり、こぶ形補強リング５１４のくぼみ５１４ｂに入れ子になっている。複合支持リング５１５は、こぶ形補強リング５１４を内側圧力容器５０４と接続し、熱伝達率が低下した状態で内側圧力容器５０４に対する極低温支持体を提供する。
【００４８】
発明者らによる最近の計算は、８０リットルの水素容量、ならびに１３２．９ｃｍの全体の外側の長さと、３７ｃｍの外径とを有する細長い外形を有する極低温圧力容器は、２．２５の安全係数（ＤＯＴ、ＩＳＯ、または圧力容器認証のための類似の規格で要求される安全係数に等しい）を使用する場合、真空ジャケットの座屈を回避するのに最低３ｍｍのアルミニウムの厚さを必要とすることを突き止めた。厚さ３ｍｍのアルミニウム製の真空ジャケットの重量は１３．５ｋｇで、システム全体の重量の約４分の１である。
【００４９】
複合支持リング５１０は、環境による熱伝達を最小限に抑えるために、内側圧力容器を真空ジャケット内で浮かせるようにして維持する。複合支持リング５１０は、伝導熱伝達を許容レベル（１ワット以下）に維持するのに１．５〜３ｃｍの最小限の厚さを必要とする。真空ギャップ容積は以前の極低温容器において水素容積の３０〜６０％であったため、最小限のリングの厚さが必要であることは水素貯蔵の容積測定効率に大きな影響を及ぼす。それ故、外側容積への影響を緩和しつつ、支持リングの厚さを増大させる（そしてそれによって熱伝達を低下させる）ために支持リングをこぶ補強材の中に配置することは相乗作用を引き起こす。
【００５０】
上記の説明は多くの詳細および詳述を包含するが、これらは本出願の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、単に装置、システム、および方法の現在の好ましい実施形態のいくつかの例示を提供するものとして解釈されるべきである。この特許文書に記載され例示されていることに基づいて、他の実装形態、拡張形態および変形形態を作成することができる。本明細書に記載の実施形態の特徴は、方法、装置、モジュール、システム、およびコンピュータプログラム製品のあらゆる可能な組み合わせで組み合わせることができる。この特許文書に別々の実施形態の文脈で記載されている特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で説明されている様々な特徴もまた、別々にまたは任意の適切な副次的な組み合わせで複数の実施形態で実施することもできる。さらに、特徴は特定の組み合わせで作用するものとして上記で記載され、最初はそのように主張される場合すらあるが、主張される組み合わせからの１つまたは複数の特徴をその組み合わせから摘出することができ、主張される組み合わせを副次的な組み合わせまたは変形形態に向けてもよい。同様に、工程は特定の順序で図面に描かれているが、このことは、望ましい結果を達成するために、そのような工程が示される特定の順序で実行される、または連続して実行される、あるいはすべての示される工程が実行されることが必要であるように理解されるべきではない。さらに、上述の実施形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施形態においてそのような分離を必要とすると理解されるべきではない。
【００５１】
したがって、本出願の範囲は、当業者には明らかとなり得る他の実施形態を完全に網羅することが理解されよう。特許請求の範囲において、単数形の要素への言及は、明示的に述べられていない限り、「唯一の」を意味するのではなく、むしろ「１つ以上の」を意味する。当業者に知られている上記の好ましい実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的等価物は、参照により本明細書に明示的に組み込まれ、本特許請求の範囲に包含されることが意図されている。さらに、本特許請求の範囲によってそれが包含されるために、あるデバイスが、本装置、システム、および方法によって解決されることが求められるありとあらゆる問題に対処する必要はない。さらに、本開示における要素または構成要素は、その要素または構成要素が特許請求の範囲において明示的に列挙されているかどうかにかかわらず、公衆に捧げることは意図されていない。本明細書中のいかなる請求項の要素も、その要素が「〜のための手段」という句を用いて明示的に列挙されていない限り、米国特許法第１１２条第６段落の規定の下で解釈されるべきではない。
【００５２】
装置、システム、および方法は様々な修正形態および代替形態を受け入れることができるが、特有の実施形態が一例として図面に示されており、本明細書で詳細に説明されている。しかしながら、本出願は開示された特定の形態に限定されることを意図していないことを理解されたい。むしろ、本出願は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本出願の精神および範囲内に含まれるすべての修正形態、等価物、および代替形態を網羅するものである。
【００５３】
本明細書に記載されているすべての要素、部品およびステップが含まれることが好ましい。当業者に明らかであるように、これらの要素、部品およびステップのいずれもが他の要素、部品およびステップによって置き換えられる場合がある、または完全に削除される場合もあることが理解されるべきである。
【００５４】
概して、この文書は少なくとも以下のことを開示する。極低温水素貯蔵容器は、外側真空容器、外側真空容器上の補強リング、外側真空容器の内側の内側圧力容器、および外側真空容器と内側圧力容器との間の真空空間を含む。極低温水素貯蔵容器の一実施形態は、外側真空容器と、外側真空容器上のこぶ形補強リングであって、こぶ形補強リングから突出する外側のこぶ部と、こぶ形補強リングの内側のくぼみと、を含むこぶ形補強リングと、外側真空容器の内側の内側圧力容器と、外側真空容器と内側圧力容器との間の真空空間と、外側真空容器上のこぶ形補強リングから内側圧力容器まで延在する真空空間における複合支持リングであって、こぶ形補強リング内のくぼみに入れ子になる複合支持リングとを含む。
概念
この文書は少なくとも以下に示す概念も提示する。
概念１  外側真空容器と、
前記外側真空容器上の補強リングと、
前記外側真空容器の内側の内側圧力容器と、
前記外側真空容器と前記内側圧力容器との間の真空空間とを備える極低温水素貯蔵容器装置。
概念２  前記補強リングが、前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部を含む、概念１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念３  前記補強リングが前記外側真空容器内にくぼみを含む、概念１及び２に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念４  前記外側真空容器は円周を有し、前記外側真空容器上の前記補強リングは、前記外側真空容器の前記円周の周りに延在する圧延された補強リングである、概念１、２及び３に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念５  前記外側真空容器は円周を有し、前記補強リングは、前記円周の周りに延在する別個の補強リングである、概念１、２、３及び４に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念６  前記別個の補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する溶接部をさらに備える、概念１、２、３、４及び５に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念７  前記別個の補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する一対の溶接部をさらに備える、概念１、２、３、４、５及び６に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念８  前記別個の補強リングが前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部を含む、概念１、２、３、４、５、６及び７に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念９  前記別個の補強リングが、前記外側真空容器に向かって内側に延びるくぼみを含む、概念１、２、３、４、５、６、７及び８に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念１０  前記補強リングは、前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部と、前記外側真空容器内のくぼみと、を含み、前記真空空間内に複合支持リングをさらに備え、前記複合支持リングは、前記外側真空容器内の前記くぼみの中に配置され、前記外側真空容器上の前記補強リングから前記内側圧力容器まで延在する、概念１、２、３、４、５、６、７及び８に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念１１  外側真空容器と、
前記外側真空容器上のこぶ形補強リングであって、前記こぶ形補強リングから突出する外側のこぶ部と、前記こぶ形補強リングの内側のくぼみと、を含むこぶ形補強リングと、
前記外側真空容器の内側の内側圧力容器と、
前記外側真空容器と前記内側圧力容器との間の真空空間と、
前記外側真空容器上の前記こぶ形補強リングから前記内側圧力容器まで延在する前記真空空間における複合支持リングであって、前記こぶ形補強リング内の前記くぼみに入れ子になる複合支持リングとを備える極低温水素貯蔵容器装置。
概念１２  前記外側真空容器は円周を有し、前記外側真空容器上の前記こぶ形補強リングは、前記外側真空容器の前記円周の周りに延在する圧延されたこぶ形補強リングである、概念１１に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念１３  前記外側真空容器は円周を有し、前記こぶ形補強リングは前記円周の周りに延在する別個のこぶ形補強リングである、概念１１及び１２に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念１４  前記別個のこぶ形補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する溶接部をさらに備える、概念１１、１２及び１３に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念１５  前記別個のこぶ形補強リングを前記外側真空容器の前記円周に接続する一対の溶接部をさらに備える、概念１１、１２、１３及び１４に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念１６  複合支持リングは前記こぶ形補強リング内の前記くぼみの中に配置され、前記外側真空容器上の前記こぶ形補強リングから前記内側圧力容器まで延在する、概念１１、１２、１３、１４及び１５に記載の極低温水素貯蔵容器装置。
概念１７  外側真空容器を設けるステップと、
前記外側真空容器上に補強リングを設けるステップと、
前記外側真空容器の内側に内側圧力容器を配置するステップと、
前記外側真空容器と前記内側圧力容器との間に真空空間を設けるステップとを含む、極低温水素貯蔵容器の製造方法。
概念１８  前記補強リングを設けるステップは、前記補強リング上に、前記外側真空容器から外側に突出するこぶ部を設けることを含む、概念１７に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
概念１９  前記補強リングを設けるステップは、前記補強リング内に、前記外側真空容器から内側に延びるくぼみを設けることを含む、概念１７及び１８に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
概念２０  前記補強リングを設けるステップは、前記外側真空容器の周りに前記補強リングを圧延することを含む、概念１７、１８及び１９に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
概念２１  前記補強リングを設けるステップは、前記外側真空容器に対して溶接することを含む、概念１７、１８、１９及び２０に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
概念２２  前記外側真空容器上の前記補強リングから前記内側圧力容器まで延在する複合支持リングを前記真空空間内に配置するステップをさらに含む、概念１７、１８、１９、２０及び２１に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
概念２３  前記補強リングを設けるステップが、前記補強リング内に前記外側真空容器から内側に延びるくぼみを設けることを含み、前記補強リング内の前記くぼみの中に複合支持リングを配置するステップをさらに含み、前記複合支持リングは、前記外側真空容器上の前記補強リング内の前記くぼみから前記内側圧力容器まで延在する、概念１７、１８、１９、２０、２１及び２２に記載の極低温水素貯蔵容器の製造方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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