高压容器的制作方法

本发明涉及一种高压容器。

背景技术：

日本未审专利申请公报no.2016-102547(jp2016-102547a)描述了一项与压力容器有关的技术，该压力容器包括：由树脂制成并且具有气障性质的衬套；和由纤维增强树脂制成并且置放在衬套的外侧上的外层。在该压力容器中，衬套的端部被向内折回，并且盖部被插入向内折回的部分中。

技术实现要素：

在上述相关技术中，衬套的端部被形成为向内折回。因此，衬套不能由简单方法诸如挤出成型来生产。这增加了生产衬套的成本。在另一方面，如果替代带有向内折回的端部的衬套而采用带有不被向内折回的端部的衬套，则有必要采取措施以在衬套和盖部之间维持充分的可密封性。

本发明提供一种高压容器，该高压容器被构造为在维持充分的可密封性的同时使得采用具有简单形状的衬套成为可能。

本发明的一个方面涉及一种高压容器，该高压容器包括衬套、外层、盖部和密封部件。衬套具有圆筒形状。衬套由第一树脂制成。外层被接合到衬套的外周表面。外层由第二树脂制成，第二树脂具有低于第一树脂的线性膨胀系数的线性膨胀系数。盖部由金属制成。盖部被至少部分地置放在衬套的内周表面的径向内侧。盖部被构造为提供在高压容器的内部空间和高压容器的外部之间的连通。密封部件被置放在衬套的内周表面和盖部之间。密封部件被构造为密封在衬套的内周表面和盖部之间的间隙。

在根据本发明的以上方面的高压容器中，外层被接合到具有圆筒形状并且由第一树脂制成的衬套的外周表面。外层由第二树脂制成，第二树脂具有低于第一树脂的线性膨胀系数的线性膨胀系数。在本发明的以上方面，衬套具有圆筒形状，即，衬套具有简单形状。因此，衬套能够由简单的方法诸如挤出成型将来生产。这降低了生产衬套的成本。

外层由第二树脂制成，第二树脂具有低于第一树脂的线性膨胀系数的线性膨胀系数，并且衬套和外层被以集成方式相互接合。由金属制成的盖部被至少部分地沿着径向置放在衬套的内周表面内侧，并且盖部被构造为在高压容器的内部空间和高压容器的外侧之间提供连通。密封部件被置放在衬套的内周表面和盖部之间，并且密封部件密封在衬套的内周表面和盖部之间的间隙。

在线性膨胀系数方面相互不同的第一树脂和第二树脂还在由于温度变化引起的膨胀和收缩速率方面相互不同。这可以在第一树脂和第二树脂之间引起膨胀和收缩程度的差异(尺度差异)。

鉴于此，如果衬套和由具有低于衬套的线性膨胀系数(即，第一树脂的线性膨胀系数)的线性膨胀系数的第二树脂制成的外层不以集成方式相互接合，则衬套相对于外层沿着轴向方向膨胀和收缩。与此相比，在本发明以上方面，外层和衬套被以集成方式相互接合。因此，因为外层与衬套相比较少可能沿着轴向方向膨胀和收缩，所以衬套沿着轴向方向的膨胀和收缩受到外层抑制(即，被至少部分地防止)。

在本发明的以上方面，密封部件被置放在衬套的内周表面和盖部之间。因此，例如当衬套沿着轴向方向膨胀和收缩时，密封部件响应于衬套的膨胀和收缩而滑动，从而导致密封部件的磨损。然而，在本发明以上方面，衬套和外层被以集成方式相互接合，从而衬套沿着轴向方向的膨胀和收缩受到外层抑制。结果，密封部件的滑动受到抑制。

在根据本发明的以上方面的高压容器中，外层可以被接合到衬套从而从外侧覆盖衬套，从而衬套的外周表面在外层和衬套在此处相互接触的整个接触部位之上接触外层的内表面。

在以上构造中，外层被接合到衬套的外周表面，并且因此外层在此处与衬套相接触的接触部位基本上覆盖衬套的整个外周表面。因为外层在整个接触部位之上被接合到衬套，所以整个衬套的膨胀和收缩受到抑制。

在根据本发明的以上方面的高压容器中，盖部可以包括设置在盖部的第一端侧上并且插入衬套中的插入部、设置在盖部的第二端侧(该第二端侧处于盖部相对于第一端侧的相反侧上)上的突出部，和设置在插入部和突出部之间的中央部，并且插入部的外径可以小于中央部的外径。

在根据本发明的以上方面的高压容器中，插入部可以包括保持部，该保持部的外径小于插入部的其余部分的外径，并且密封部件可以被置放在保持部上。

在根据本发明的以上方面的高压容器中，盖部可以包括沿着盖部的径向方向延伸并且位于中央部和插入部之间的台阶部，并且衬套和外层中的每一个的沿着衬套和外层的纵向方向的一端可以与台阶部相接触。

根据本发明的以上方面的高压容器可以进一步包括增强层，增强层由碳纤维增强树脂制成，并且置放在外层的径向外侧。

在根据本发明的以上方面的高压容器中，增强层可以被设置在盖部的中央部的外周表面和盖部的突出部的外周表面的至少一部分上。

根据本发明的以上方面的高压容器可以进一步包括保持板，保持板具有环形形状并且被紧固到插入部的端表面。

在根据本发明的以上方面的高压容器中，保持部可以被设置在插入部的第一端侧上从而保持板被紧固于此的、插入部的端表面是保持部的端表面，并且保持板的外径可以大于保持部的外径。

根据本发明的以上方面的高压容器可以包括两个盖部，并且该两个盖部中的一个可以被置放在衬套和外层每一个沿着纵向方向的一端处，并且该两个盖部中的另一个可以被置放在衬套和外层每一个沿着纵向方向的另一端处。

根据本发明的以上方面的高压容器产生如下的有利效果：使得能够在维持充分的可密封性的同时采用具有简单形状的衬套。

此外，根据本发明的以上方面的高压容器产生如下的有利效果：抑制了整个衬套的膨胀和收缩。

附图说明

将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中：

图1是概略地示意根据本发明的实施例的高压容器的侧视图；

图2是沿着图1中的线ii-ii截取的放大截面视图；并且

图3是示意根据对照示例的高压容器的放大截面视图，图3对应于图2。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。

安装在车辆(未示意)中的罐模块例如是在图1中示意的多个高压罐10的组件，每一个高压罐10用作高压容器。这种罐模块的示例包括沿着车辆高度方向布置在燃料电池车辆的地板面板(未示意)下方的多个高压罐10的组件。

高压容器的构造

首先，将描述作为根据本实施例的高压容器的一个示例的高压罐10的构造。

如在图1中示意地，高压罐10具有大致圆筒形状。高压罐10例如被如此置放，使得高压罐10的轴向方向(即，纵向方向)平行于车辆宽度方向或者车辆前后方向。高压罐10的直径被设定为使得高压罐10能够被容纳在沿着车辆高度方向在地板面板(未示意)下方的空闲空间中。

如在图2中示意地，高压罐10包括具有大致圆筒形状的本体部12，以及分别地置放在本体部12沿着它的轴向方向(即，它的纵向方向)的相反端部处的两个盖部14。本体部12被构造为在其中存储流体(在本实施例中，氢)。本体部12包括具有大致圆筒形状的衬套16，和衬套16的外周被其覆盖的外层18。

在本实施例中，衬套16由例如具有气障性质的尼龙树脂制成。外层18由薄片形式的碳纤维增强塑料(cfrp)制成。换言之，衬套16由第一树脂制成，该第一树脂的线性膨胀系数高于外层18的线性膨胀系数。此外，在本实施例中，外层18通过例如焊接或者粘接被接合到衬套16的外周表面16a，从而衬套16的外周表面16a被外层18覆盖。以此方式，外层18被以集成方式接合到衬套16。

每一个盖部14具有大致柱状形状。盖部14包括插入部20和突出部24。盖部14具有设置在其中的连通通道22。

插入部20被设置在盖部14沿着它的纵向方向的第一端14a侧上。插入部20具有的外径小于盖部14沿着它的纵向方向的中央部14b的外径。插入部20被构造成插入本体部12中。插入部20具有凹部28，其朝向本体部12(衬套16)的内部空间26打开。

凹部28包括：具有大致柱状形状的柱状凹部30；和具有渐缩形状的渐缩部32。渐缩部32靠近本体部12的内部空间26，并且柱状凹部30远离本体部12的内部空间26。渐缩部32的直径沿着从柱状凹部30朝向本体部12的内部空间26的方向逐渐地增大。

如上所述的在盖部14中设置凹部28使得高压罐10的容量大于当无任何凹部28被设置在盖部14中时的容量。

此外，每一个盖部14的插入部20的端部20a具有保持部34。保持部34具有的外径小于插入部20的其余部分的外径。在图2中示意的盖部14的上侧部分的截面视图中，保持部34和插入部20的其余部分的轴向端表面形成大致l形状。例如，挡圈36和o形环38(密封部件的一个示例)被保持在保持部34上。

在挡圈36和o形环38被保持在保持部34上的情况下，具有环形形状的保持板40与插入部20的端表面20a1相接触。螺纹孔42(例如，在本实施例中，四个螺纹孔42，)被设置在插入部20的端部20a中，从而螺栓44能够被旋拧到螺纹孔42中。在保持板40保持与插入部20的端表面20a1相接触的情况下，保持板40利用螺栓44被紧固到盖部14。

如上所述，保持板40被紧固到盖部14，从而防止了挡圈36和o形环38被从保持部34拆卸。设置在保持板40中的孔40a具有的直径对应于凹部28的渐缩部32的最大直径。

在盖部14的插入部20插入在本体部12中的情况下(即，在盖部14的插入部20被沿着径向置放在衬套16的内周表面16b内侧的情况下)，挡圈36和o形环38被压靠(被装配)在衬套16的内周表面16b上。即，o形环38密封在盖部14和衬套16的内周表面16b之间的间隙以防止存储在衬套16中的流体泄漏。

如上所述，每一个盖部14的插入部20具有的外径小于盖部14的中央部14b的外径。即，台阶部46被设置在盖部14的中央部14b和插入部20之间。在盖部14的插入部20被置放在衬套16中的情况下，衬套16和外层18每一个沿其纵向方向的一端与台阶部46相接触。在这种状态中，盖部14的中央部14b的外周表面14b1和外层18的外周表面18a基本相互齐平。

连通通道22被设置在每一个盖部14沿着纵向方向的中央部14b中。连通通道22沿着盖部14的中心轴线p延伸通过盖部14。连通通道22在衬套16的内部空间26(即，高压罐10的内部空间)和高压罐10的外侧27之间提供连通。

突出部24被设置在每一个盖部14沿着它的纵向方向的第二端14c侧上。突出部24沿着盖部14的中心轴线p突出。突出部24具有大致圆筒形状，从而突出部24的内部空间与连通通道22连通。内螺纹部48被设置在突出部24的内周表面24a上。

被连接到多个其它高压罐(未示意)的连通通道的连接管能够被连接到突出部24。当连接管(未示意)被连接到突出部24时，高压罐的本体部的内部空间相互连通。连接管设置有阀(未示意)，从而通过连接管流动的流体的量能够得到调节。连接管被连接到例如燃料电池堆(未示意)。

如在图1中示意地，增强层50被设置在外层18的径向外侧和该两个盖部14每一个的外表面的至少一个部分上。增强层50由包含多根纤维52的碳纤维增强塑料(cfrp)制成。在图1中，每一根纤维52的粗度被夸大从而使得更加易于辨识纤维52，并且纤维52的数目小于纤维52的实际数目从而使得更加易于辨识每一根纤维52的纤维方向。

增强层50的纤维52被缠绕在盖部14的、靠近突出部24的基部24b的部分上，并且然后被线性地缠绕在本体部12的外层18上。更加具体地，纤维52被缠绕在盖部14中的一个盖部的、靠近突出部24的基部24b的部分上，并且然后在相对于本体部12的轴向方向以预定角度θ朝向另一个盖部14延伸的同时被缠绕在本体部12的外层18上(见图2)(所谓的“螺旋缠绕”)。

增强层50增强高压罐10自身沿着轴向方向的耐压性。因为纤维52相对于本体部12的轴向方向被以预定角度θ缠绕在本体部12上，所以抑制了增强层50被从本体部12拆卸。缠绕增强层50的纤维52的上述方式只是一个示例，并且缠绕纤维52的方式不限于上述方式。

高压容器的操作和有利效果

接着，将描述作为根据本实施例的高压容器的一个示例的高压罐10的操作和有利效果。

首先，将参考图3描述根据对照示例的高压罐100。在高压罐100中，衬套102的端部102a设置有向内折回的折回部104，并且盖部106被插入折回部104中。o形环108被置放在折回部104和盖部106之间。o形环108防止了被存储在衬套102中的流体的泄漏。

在这个对照示例中，衬套102的端部102a设置有折回部104。这种构造使得衬套102自身的形状是复杂的。

与此相比，在本实施例中，如在图2中示意地，衬套16具有圆筒形状。即，衬套16具有简单的形状。因此，衬套16能够由简单方法诸如挤出成型来生产。这降低了生产成本。此外，通过挤出成型来生产衬套16使得衬套16能够是薄的。因此，能够使得高压罐10更轻。

在本实施例中，外层18被接合到衬套16的外周表面16a，从而衬套16和外层18以集成方式相互接合。此外，盖部14的插入部20被至少部分地沿着径向置放在衬套16的内周表面16b内侧。另外，o形环38被置放在衬套16的内周表面16b和盖部14的插入部20之间。

衬套16由第一树脂制成，该第一树脂具有的线性膨胀系数高于外层18(即，纤维增强树脂)的线性膨胀系数。通常使用的树脂(在本实施例中，尼龙树脂)和纤维增强树脂在线性膨胀系数方面高度地相互不同。纤维增强树脂具有低线性膨胀系数并且因此其由于温度变化引起的膨胀和收缩几乎不发生，而通常使用的树脂由于温度变化而膨胀和收缩。

例如，虽然未示意，但是如果衬套16和由纤维增强树脂制成的外层18不以集成方式相互接合，则衬套16相对于外层18沿着轴向方向膨胀和收缩。在高温下，衬套16的膨胀可以受到增强层50抑制。然而，在低温下，衬套16沿着轴向方向收缩。然而，在本实施例中，外层18被以集成方式接合到衬套16。因此，衬套16沿着轴向方向的收缩能够受到外层18抑制。因此，衬套16沿着轴向方向的膨胀和收缩受到外层18抑制。

在本实施例中，如上所述，o形环38被置放在衬套16的内周表面16b和每一个盖部14的插入部20之间。因此，例如，当衬套16膨胀和收缩时，o形环38响应于衬套16的膨胀和收缩而滑动，这导致o形环38磨损。然而，在本实施例中，衬套16和外层18被以集成方式相互接合，从而衬套16的膨胀和收缩受到外层18抑制。结果，o形环38的滑动受到抑制。因此，在衬套16的内周表面16b和每一个盖部14的插入部20之间的可密封性能够得到维持。换言之，根据本实施例，能够在维持充分的可密封性时采用具有简单形状的衬套16。

在本实施例中，衬套16的外周表面16a被外层18覆盖，并且因此外层18在此处与衬套16相接触的接触部位54基本上覆盖衬套16的整个外周表面16a。因为在本实施例中外层18在整个接触部位54之上被接合到衬套16，所以整个衬套16的膨胀和收缩受到抑制。注意接触部位54不需要基本上覆盖衬套16的整个外周表面16a。

在本实施例中，衬套16由尼龙树脂制成。然而，衬套16的材料不限于尼龙树脂，只要衬套由抑制被存储在本体部12中的气体通过衬套16渗透的材料制成即可。

在本实施例中，外层18由纤维增强树脂制成。然而，外层18的材料不限于纤维增强树脂，只要外层18由具有比衬套16的线性膨胀系数低的线性膨胀系数的树脂制成即可。

在本实施例中，氢气被存储在高压罐10的内部空间26中。然而，存储在高压罐10中的流体不限于氢气，并且另一种气体或者液体诸如lpg可以被存储在高压罐10中。

虽然已经描述了本发明的一个示例性实施例，但是应该理解，本发明不限于该示例性实施例，并且可以在所附权利要求的技术范围内对于前面的实施例做出各种修改和改变。