本发明涉及一种具有内胆和接口的高压储罐，其中，内胆收装流体，为树脂制；接口上形成有用于将流体供给到该内胆或将流体从该内胆排出的供排孔。
背景技术：
高压储罐作为收装气体、液体等流体的容器被广泛使用。例如作为收装用于供给给燃料电池系统的氢气的容器而搭载于燃料电池车上。
这种高压储罐具有：内胆，其为其外表面由纤维增强塑料制的加强层所覆盖的树脂制且由中空体构成；和接口，其形成有用于将流体供给到该内胆的内部或将流体从该内胆的内部排出的供排孔。在内胆上突出形成有筒状部，该筒状部被插入到供排孔。另外，在供排孔设有阀门，通过操作该阀门来开闭供排孔。
即，能够从供排孔经由筒状部的内侧将流体供给到内胆的内部。另外，能够将内胆的内部的流体经由筒状部的内侧和供排孔排出。因此，从筒状部的顶端侧朝向基端侧的方向成为相对于内胆的流体的供给方向。换言之，从筒状部的基端侧朝向顶端侧的方向成为相对于内胆的流体的排出方向。
在这种高压储罐中，一般由密封部件来对内胆和接口之间进行密封。例如，在日本发明专利公开公报特开2013-137092号中记载了通过在设置于供排孔的内周面的密封槽的内部设置密封部件来对筒状部的外周面和供排孔的内周面之间进行密封。
技术实现要素：
在由于流体的排出而高压储罐的内部压力减小了的情况下，在密封槽中，比密封部件靠供给方向的下游侧的内压相较于比密封部件靠供给方向的上游侧的内压而变高。因此，如上述那样设置的密封部件会被按压到供给方向的上游侧的密封槽的内壁而与之接触。其结果，存在密封部件的一部分露出到筒状部的外周面和供排孔的内周面之间的间隙中的担忧。即，在日本发明专利公开公报特开2013-137092号所记载的高压储罐中，需要使用能够足够耐得住因上述的露出而产生的应力等的特殊的密封部件，或者增加维护次数，这会导致制造成本上升、使用变得繁琐等问题。
本发明的主要目的在于，提供一种能够通过简单的结构长期良好地对内胆和接口之间进行密封的高压储罐。
根据本发明的一技术方案，提供一种高压储罐，该高压储罐具有：树脂制的内胆，其收装流体；和接口，其形成有用于将所述流体供给到所述内胆或者将所述流体从所述内胆排出的供排孔，在该高压储罐中，通过突出形成于所述内胆的筒状部被插入到所述供排孔，而使从所述筒状部的顶端侧朝向基端侧的方向成为相对于所述内胆的所述流体的供给方向，在形成于所述供排孔的内周面的密封槽的内部设有密封部件和背托部件，其中，所述密封部件对所述供排孔的内周面和所述筒状部的外周面之间进行密封；所述背托部件配置于比所述密封部件靠所述供给方向的上游侧的位置，在所述密封槽的面向所述背托部件的面上设有锥状的槽锥面，该槽锥面随着从所述供给方向的上游侧朝向下游侧而远离所述筒状部的外周面，所述背托部件的在面向所述槽锥面的面上设有锥状的部件锥面，该部件锥面的直径从所述供给方向的上游侧向下游侧扩大。
在该高压储罐中，在因内部压力的减小等而从供给方向的下游侧朝向上游侧的按压力被施加给密封部件的情况下，该密封部件被按压到背托部件而与之接触。然后，经由密封部件而被施加了所述按压力的背托部件的部件锥面被按压到密封槽的槽锥面而与之接触。据此，能够使背托部件产生径向的分力，因此，能够使背托部件良好地与密封槽的内周面、筒状部的外周面紧贴。
因此，即使在朝向供给方向的上游侧的按压力被施加给了密封部件的情况下，也能够避免密封部件在比密封槽靠供给方向的上游侧的位置露出到筒状部的外周面和供排孔的内周面之间的间隙中。而且，也能够有效地抑制密封部件露出到背托部件的径向上的两个端部与密封槽的内周面及筒状部的外周面之间。
因此，根据该高压储罐，不使用可耐得住因露出而产生的应力的特殊的密封部件，就能够提高密封部件的抗压性，也不需要增加维护次数。其结果，能够通过简单的结构长期良好地对内胆和接口之间进行密封。
优选在上述的高压储罐中，所述背托部件的径向上的最大厚度小于所述密封槽的形成有所述槽锥面的部分的最大深度。在这种情况下，在朝向供给方向的上游侧的按压力未被施加给背托部件的状态下，在筒状部的外周面和背托部件之间形成有间隙。
另外，在被供给了流体而使高压储罐的内部处于加压状态的情况下，通过从供给方向的上游侧进入到密封槽的流体，密封部件被按压到供给方向的下游侧的密封槽的内壁而与之接触。此时，由于所述流体也会进入到如上述那样形成于筒状部的外周面和背托部件之间的间隙，因此，能够使由该流体产生的按压力作用于筒状部的外周面中的、密封部件未按压的部分。
据此，能够使面向密封槽的筒状部的整个外周面产生大致均等的表面压力，因此，能够抑制在筒状部的、密封部件按压的部分产生由蠕变等引起的收缩变形。即，能够抑制筒状部的外周面与密封槽的内周面的距离(密封间隙)增大，因此，能够长期良好地对内胆和接口之间进行密封。
优选在上述的高压储罐中，所述部件锥面相对于所述背托部件的轴向的倾斜角度大于所述槽锥面相对于所述供排孔的轴向的倾斜角度，在所述部件锥面沿着所述槽锥面时，当将第一直线与第二直线的距离设为d1且将所述第一直线与第三直线的距离设为d2时，所述d1和所述d2满足d1≧0.5d2的关系，其中，所述第一直线为经过所述供给方向的下游侧的所述部件锥面的一端而沿着所述供排孔的轴向的直线；所述第二直线为经过所述供给方向的上游侧的所述部件锥面的另一端而沿着所述供排孔的轴向的直线；所述第三直线为经过所述背托部件的面向所述筒状部的外周面的、所述供给方向的下游侧的端部而沿着所述供排孔的轴向的直线。
在这种情况下，由于部件锥面的所述倾斜角度大于槽锥面的所述倾斜角度，因此，在朝向供给方向的上游侧的按压力未被施加给背托部件的状态下，能够在槽锥面和部件锥面之间形成相离的部分。即，部件锥面以例如如下方式配置，即，供给方向的下游侧的端部与槽锥面接触，朝向供给方向的上游侧，槽锥面和部件锥面相离，且距离变大。
另一方面，在朝向供给方向的上游侧的按压力被施加给背托部件的情况下，该背托部件变形成：与槽锥面相离的部件锥面的供给方向的上游侧接近槽锥面，整个部件锥面与槽锥面接触。当背托部件因距离d1和距离d2满足上述关系而如上述那样发生变形时，能够使供给方向的下游侧(面向密封部件的一侧)的径向上的一端部与筒状部的外周面接触，并且能够使另一端部与密封槽的内周面(槽锥面)接触。
即，即使在如上述那样使该背托部件的径向上的最大厚度小于密封槽的形成有槽锥面的部分的最大深度的情况下，也能够在背托部件被施加了朝向供给方向的上游侧的按压力的状态下，使该背托部件的面向密封部件的一侧的径向上的两个端部分别与密封槽的内周面和筒状部的外周面紧贴。因此，能够消除会产生可使密封部件露出到背托部件与密封槽的内周面及筒状部的外周面之间的间隙的担忧。
综上所述，在该高压储罐中，能够进一步有效地得到可通过简单的结构长期良好地对内胆和接口之间进行密封的作用效果。
上述的目的、特征及优点通过参照附图进行说明的下面的实施方式的说明可容易地理解。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的高压储罐的沿着筒状部的轴向的主要部分的剖面示意图。
图2是图1的高压储罐的开口侧的放大剖面图。
图3是表示未被施加按压力的状态的、密封部件和背托部件的说明图。
图4是表示朝向供给方向的下游侧施加了按压力的状态的、密封部件和背托部件的说明图。
图5是表示朝向供给方向的上游侧施加了按压力的状态的、密封部件和背托部件的说明图。
图6a和图6b是说明在背托部件上产生的力矩的说明图。
具体实施方式
下面，以优选的实施方式为例参照附图对本发明所涉及的高压储罐进行详细说明。
本发明所涉及的高压储罐例如搭载于燃料电池车上，能够作为收装用于供给给燃料电池系统的氢气的容器来适当地使用。因此，在本实施方式中，对高压储罐以用于供给给燃料电池系统的氢气作为流体进行收装的例子进行说明，但是并不特别局限于此。本发明所涉及的高压储罐也能够收装氢气以外的流体。
如图1所示，本实施方式所涉及的高压储罐10将氢气收装于内胆14的中空内部，其中，该内胆14的外周由纤维增强塑料制的加强层12所覆盖。内胆14由树脂构成，在指向内部而凹进的一端部突出形成有筒状部18。具有这样的筒状部18的内胆14能够使用周知的吹塑成型法容易得到。
筒状部18的内侧与内胆14的中空内部连通。另外，筒状部18在突出端(顶端)侧设有薄壁部18a，在比该薄壁部18a靠基端侧的位置设有外螺纹18b。薄壁部18a为厚度小于其他部位的部位。此外，优选薄壁部18a的厚度为1mm以上，以获得足够的刚性。
如图1所示，在筒状部18安装有接口30。接口30例如为金属制，具有筒状的突出部32，沿该突出部32的轴向贯通形成有供排孔34。另外，接口30还具有从突出部32的基端扩展成圆盘状的肩部36，该肩部36的外周面与内胆14一起由加强层12覆盖。即，接口30形成为肩部36由内胆14和加强层12覆盖且突出部32以从加强层12的开口露出的方式突出的形状。
突出部32的外径大致恒定，另一方面，突出部32的内径、即供排孔34的直径根据部位的不同而不同。具体而言，供排孔34由中内径孔38、大内径孔40和小内径孔42构成，其中，中内径孔38位于轴向上的突出部32侧；大内径孔40位于肩部36侧；小内径孔42设置于这些中内径孔38和大内径孔40之间。中内径孔38经由阀门而与高压软管(均未图示)连接，高压软管能够拆装。
筒状部18被插入到大内径孔40内，据此，筒状部18的外周面沿大内径孔40的内周面设置。即，能够从供排孔34经由筒状部18的内侧将氢气供给到内胆14的内部。另外，能够将内胆14的内部的氢气经由筒状部18的内侧和供排孔34排出。
因此，从筒状部18的顶端侧朝向基端侧的方向成为相对于内胆14的氢气的供给方向(图1的箭头方向)。此外，在本说明书中，无论是供给氢气还是排出氢气，均将从筒状部18的顶端侧朝向基端侧的方向(图1的箭头方向)称为供给方向。即，氢气从供给方向的上游侧(箭头x侧)向下游侧(箭头y侧)被供给到内胆14，并且从供给方向的下游侧(箭头y侧)向上游侧(箭头x侧)从内胆14被排出。
大内径孔40的内径被设定为与筒状部18的外径相对应的大小。具体而言，在大内径孔40中，面向薄壁部18a的部位的内径小于面向比该薄壁部18a靠基端侧的部位的内径。另外，在大内径孔40的内壁，于面向筒状部18的薄壁部18a的部位形成有沿着该大内径孔40的周向的圆环状的密封槽44，在面向筒状部18的外螺纹18b的部位形成有与该外螺纹18b螺纹连接的内螺纹46。此外，如图3等所示，由于后述的理由，优选在大内径孔40的内壁中的比密封槽44靠供给方向的上游侧的位置与薄壁部18a的外周面之间形成有成为氢气的流通路径的间隙。
如图2和图3所示，在密封槽44的内部设有密封部件48和背托部件50，其中，背托部件50配置于比该密封部件48靠供给方向的上游侧的位置。另外，在密封槽44的面向背托部件50的面上设有锥状的槽锥面52，该槽锥面52随着从供给方向的上游侧朝向供给方向的下游侧而远离薄壁部18a的外周面。即，密封槽44的内周面由槽锥面52和等径面54构成，其中，等径面54设置于比该槽锥面52靠供给方向的下游侧的位置，在轴向上的不同位置内径大致相等。
作为密封部件48，例如可以使用o型圈。为了使该密封部件48以被压缩的状态配置于密封槽44的等径面54和薄壁部18a的外周面之间，而通过与这些等径面54和薄壁部18a的外周面之间的距离(密封间隙)的关系来设定密封部件48的径向上的厚度等。据此，对筒状部18的外周面和接口30的供排孔34的内周面之间进行密封。
背托部件50例如可以使用背托环(backupring)。另外，背托部件50的在面向密封槽44的槽锥面52的面上设有锥状的部件锥面58，该部件锥面58的直径从供给方向的上游侧向下游侧扩大。
如图3所示，背托部件50的径向上的最大厚度t1小于密封槽44的形成有槽锥面52的部分的最大深度t2。此外，在本实施方式中，密封槽44的形成有槽锥面52的部分的最大深度t2与形成有等径面54的部分的深度相等。因此，如后述所示，在朝向供给方向的上游侧的按压力未被施加给背托部件50的状态下，在薄壁部18a的外周面和背托部件50之间形成有间隙p。
部件锥面58相对于背托部件50的轴向的倾斜角度θa大于槽锥面52相对于供排孔34的轴向的倾斜角度θb。因此，在朝向供给方向的上游侧的按压力未被施加给背托部件50的状态下，在槽锥面52和部件锥面58之间形成有相离的部分。即，部件锥面58配置成，供给方向的下游侧的端部58a与槽锥面52接触，朝向供给方向的上游侧，部件锥面58与槽锥面52相离，且距离变大。
另外，如后述所示，背托部件50在被施加了朝向供给方向的上游侧的按压力的情况下，其部件锥面58沿着槽锥面52(参照图5)。在处于该状态时，优选进一步设定背托部件50的形状，以满足以下关系。
即，如图5所示，设第一直线l1与第二直线l2的距离为d1，其中，第一直线l1为经过供给方向的下游侧的部件锥面58的端部58a而沿着供排孔34的轴向的直线；第二直线l2为经过供给方向的上游侧的部件锥面58的端部58b而沿着供排孔34的轴向的直线。另外，设第一直线l1与第三直线l3的距离为d2，其中，第三直线l3为经过背托部件50的面向薄壁部18a的外周面的、供给方向的下游侧的端部50a而沿着供排孔34的轴向的直线。在这种情况下，优选d1和d2满足d1≧0.5d2的关系。
如图1和图2所示，在比密封槽44靠供给方向的下游侧的位置形成有接合部60，该接合部60通过使外螺纹18b和内螺纹46螺纹连接来接合筒状部18的外周面和大内径孔40的内周面。
在大内径孔40的内部，为了支承筒状部18，还设置有套管62。套管62例如为金属制，如图2所示，具有圆环状的头部64和与该头部64一体设置的筒状的圆筒部66。在套管62上，沿圆筒部66的轴向贯通形成有通孔68。
头部64形成为其周面的直径从供给方向的上游侧的一端面侧向供给方向的下游侧的另一端面侧扩大的锥状。在大内径孔40内，头部64的一端面与形成于小内径孔42和大内径孔40之间的台阶面抵接，头部64的另一端面与筒状部18的顶端面抵接。
圆筒部66被插入到筒状部18的内侧，据此，通孔68与供排孔34的中内径孔38及小内径孔42、和内胆14的内部连通。另外，圆筒部66的外周面以隔着筒状部18沿着大内径孔40的内周面旋转的方式设置。即，筒状部18被夹持在圆筒部66的外周面和大内径孔40的内周面之间。
此外，从更良好地夹持筒状部18的观点来看，优选圆筒部66被压入到筒状部18内。在这种情况下，圆筒部66向大内径孔40的内周面侧按压筒状部18，因此，筒状部18的外周面被按压到大内径孔40的内周面而与之接触，由此容易地使所述密封间隙维持一定。
如上所述，套管62为仅由头部64和圆筒部66构成的简单的结构，因此，能够容易地安装于大内径孔40和筒状部18。
本实施方式所涉及的高压储罐10基本上具有上述结构。在该高压储罐10中，如上所述，通过将高压软管连接于接口30的中内径孔38，而经由该高压软管、供排孔34和通孔68将氢气从氢气补给源(未图示)供给到内胆14内。这样，通过被供给的氢气，高压储罐10的内部处于加压状态时，氢气从供给方向的上游侧进入密封槽44。
据此，如图4所示，密封部件48被按压到密封槽44的供给方向的下游侧的内壁44a而与之接触，并且压缩变形，因此，能够提高密封部件48对薄壁部18a的外周面和密封槽44的等径面54的密封性。即，能够良好地对筒状部18的外周面和供排孔34的内周面之间进行密封。
因此，如上所述，在大内径孔40(供排孔34)的比密封槽44靠供给方向的上游侧的部位与薄壁部18a的外周面之间形成成为氢气的流通路径的间隙，由此能够有效地将氢气从供给方向的上游侧导入到密封槽44，从而能够提高由密封部件48带来的密封性。
此时，背托部件50为未被施加朝向供给方向的上游侧的按压力的状态，因此，如上所述，能够维持在薄壁部18a的外周面和背托部件50之间形成有间隙p(参照图3)的状态。即，在密封槽44内，氢气也会进入到间隙p，因此，能够使由该氢气产生的按压力作用于薄壁部18a的外周面中的、密封部件48未按压的部分。
据此，能够使面向密封槽44的薄壁部18a的整个外周面产生大致均等的表面压力，因此，能够避免按压力被集中地施加给薄壁部18a的、密封部件48按压的部分。其结果，能够抑制薄壁部18a上产生由蠕变等引起的收缩变形。即，能够抑制薄壁部18a的外周面与密封槽44的内周面的距离(密封间隙)的增大，因此，能够长期良好地对薄壁部18a的外周面和密封槽44的内周面之间进行密封。
另一方面，被收装于内胆14内的氢气能够经由被安装于中内径孔38的开闭阀门排出，被供给给与燃料电池系统连接的配管等(均未图示)。如此一来，当通过排出氢气而使高压储罐10的内部压力减小时，密封槽44的内部的氢气从供给方向的上游侧排出，或者穿过内胆14而进入到该内胆14和加强层12之间的氢气从供给方向的下游侧到达密封槽44内。据此，在密封槽44中，比密封部件48靠供给方向的下游侧的内压相较于比密封部件48靠供给方向的上游侧的内压而变高。
其结果，如图5所示，从供给方向的下游侧朝向上游侧的按压力被施加给密封部件48，据此，密封部件48被按压到背托部件50而与之接触。
然后，经由密封部件48而被施加了所述按压力的背托部件50的部件锥面58被按压到密封槽44的槽锥面52而与之接触。据此，能够使背托部件50产生径向的分力。
另外，这样被施加了朝向供给方向的上游侧的按压力的背托部件50变形成：与槽锥面52相离的部件锥面58的供给方向的上游侧接近槽锥面52，整个部件锥面58与槽锥面52接触。
此时，第一直线l1和第二直线l2的距离d1与第一直线l1和第三直线l3的距离d2满足上述关系。据此，在背托部件50如上述那样发生变形的情况下，能够在使端部58a与槽锥面52保持接触的状态下，容易地使端部50a与薄壁部18a的外周面接触。
即，即使在使该背托部件50的径向上的最大厚度t1小于密封槽44的最大深度t2的情况下，也能够在背托部件50被施加了朝向供给方向的上游侧的按压力的状态下，使面向密封部件48的一侧的径向上的两个端部58a、50a分别良好地与槽锥面52及薄壁部18a的外周面紧贴。
在此，参照图6a和图6b的同时对背托部件70被施加了朝向供给方向的上游侧的按压力的情况进行说明，其中背托部件70为第一直线l1和第二直线l2的距离d1a与第一直线l1和第三直线l3的距离d2a不满足上述关系，即d1a＜0.5d2a的部件。此外，在图6a和图6b中，省略了密封部件48的图示。另外，对于图6a和图6b所示的结构要素中的与图1～图5所示的结构要素相同或者具有同样的功能和效果的部件标注相同的附图标记，并且省略详细的说明。
在该背托部件70中，当以整个部件锥面58与槽锥面52接触的方式发生变形时，在图6a中由曲线所示的箭头方向上容易产生力矩。据此，如图6b所示，在背托部件70以进一步旋转的方式发生变形的情况下，存在端部58a和槽锥面52的紧贴性容易降低的担忧。
因此，从更良好地提高背托部件50的端部58a、50a与槽锥面52及薄壁部18a的外周面的各自的紧贴性的观点来看，优选d1和d2满足d1≧0.5d2的关系。
综上所述，根据该高压储罐10，即使在朝向供给方向的上游侧的按压力被施加给了密封部件48的情况下，也能够避免密封部件48在比密封槽44靠供给方向的上游侧的位置露出到薄壁部18a的外周面和供排孔34的内周面的间隙中。而且，也能够有效地抑制密封部件48露出到背托部件50的径向上的两个端部58a、50a与密封槽44的槽锥面52及薄壁部18a的外周面之间。
因此，在高压储罐10中，不需要使用能耐得住因露出而产生的应力的特殊的密封部件，或者增加维护次数。其结果，能够通过简单的结构长期良好地对内胆14(筒状部18的外周面)与接口30(供排孔34的内周面)之间进行密封。
本发明并不特别局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内，可以进行各种变形。
例如，在上述实施方式所涉及的高压储罐10中，背托部件50的径向上的最大厚度t1小于密封槽44的形成有槽锥面52的部分的最大深度t2，但是并不特别局限于此。t1和t2也可以为相等的大小，还可以为t1被设定地稍大于t2。