专利名称：用于压力容器的衬套以及制造该衬套的方法
技术领域：
本发明涉及用于压力容器的衬套，该压力容器用于例如在汽车工业、家居工业、军事工业、航空工业、医药工业等中存储用作发电燃料的氢气或天然气，或用于存储氧气，以及一种生产该衬套的方法。
在本文中以及在所附权利要求中使用的术语“铝”除了纯铝之外还包括铝合金。
背景技术：
为了控制空气污染，近年来已努力开发可产生清洁排放物的天然气汽车和燃料电池汽车。这些汽车中安装有被填充燃料天然气或氢气直至高压的压力容器，并且希望将容器填充气体至更高的压力以便行驶更长的距离。
已知一种用于这种高压容器的衬套。已知的衬套包括管状主体和一对用于封闭该主体的相对端开口的顶板。该衬套包括由铝压出型材制成的并且形式为具有相对的开口端的空心圆柱体的主体，和两个顶板，每个顶板表现为圆顶的形式，通过模铸用铝制成并且分别焊接在主体的相对端上。主体的内表面上连接有多个加强壁，该加强壁的横截面为放射形。每个顶板的内表面上连接有加强壁，并且该加强壁的位置与该主体内的加强壁的位置相对应(见例如公报JP-A No.9-42595)。
为了用作压力容器，衬套具有螺旋缠绕加强层以及环箍加强层，该加强层是通过沿纵向围绕主体并部分围绕两个顶板缠绕加强纤维以获得螺旋缠绕纤维层、将该纤维层浸渍环氧树脂并固化该树脂形成的，该环箍加强层是通过沿圆周围绕主体缠绕加强纤维以获得环箍纤维层、将该纤维层浸渍环氧树脂并固化树脂形成的。
上述公报内公开的压力容器衬套具有由加强壁的抵抗径向力的作用提供的令人满意的耐压强度。但是，如果衬套沿其纵向受到更大的力，则应力集中作用在主体与顶板的焊接接头上，可能会使衬套在接头部断裂，这是因为主体的加强壁没有连接到顶板的加强壁。为了防止发生这种断裂，需要使压力容器的螺旋缠绕加强层的厚度增加，这会带来重量更大的问题。此外，在形成螺旋缠绕纤维层时，纤维可能由于滑动接触或由于被卡住而破裂，从而不能提供所需的耐压能力。
本发明的一个目标是克服上述问题并提供一种用于压力容器的抵抗纵向力的耐压强度增加的衬套，以及一种用于生产该衬套的方法。
发明内容
为了实现上述目标，本发明包括以下模式。
1)一种压力容器衬套，包括管状主体和用于封闭该主体的各个相对端开口的顶板，该主体中固定地设有沿该主体的纵向延伸的加强件，用于将该主体的内部分成多个空间，该顶板连接到该加强件上。
2)根据段落1)的压力容器衬套，其中，每个顶板和该加强件之间的接头的组合长度至少为该加强件的与该顶板的内表面接触的部分的组合长度的60％。
3)根据段落1)的压力容器衬套，其中，顶板通过摩擦搅动连接到该加强件。
4)根据段落1)的压力容器衬套，其中，顶板独立于主体形成，并分别连接到主体的相对端。
5)根据段落1)的压力容器衬套，其中，一个顶板与主体的一端一体地形成，另一个顶板独立于该主体形成并连接到该主体的另一端。
6)根据段落1)的压力容器衬套，其中，至少一个顶板的形式为向外凸出的圆顶，并且该加强件的与该圆顶状顶板相邻的端部向外突出到主体之外并装配在该圆顶状顶板内。
7)根据段落1)的压力容器衬套，其中，至少一个顶板具有平的内表面。
8)一种用于制造根据段落1)的压力容器衬套的方法，包括挤出成形具有相对开口端的管状主体和沿主体的纵向延伸的加强件并形成两个顶板，将加强件插入主体并将主体连接到加强件，以及将两个顶板分别连接到主体的相对端并将两个顶板连接到加强件。
9)根据段落8)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过摩擦搅动从主体的外部将主体连接到加强件。
10)根据段落8)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过锻造形成一个顶板，并且当通过锻造形成所述一个顶板时在所述一个顶板的外表面上与所述一个顶板一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将两个顶板分别连接到主体的相对端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到所述一个顶板的内表面。
11)根据段落8)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过摩擦搅动从顶板的外部将顶板连接到加强件。
12)一种用于制造根据段落1)的压力容器衬套的方法，包括以一体组件的形式挤出成形具有相对开口端的管状主体和沿该主体的纵向延伸并将该主体的内部分成多个空间的加强件，并形成两个顶板，以及将两个顶板分别连接到主体的相对端并将这两个顶板连接到该加强件。
13)根据段落12)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过锻造形成一个顶板，并且当通过锻造形成所述一个顶板时在所述一个顶板的外表面上与所述一个顶板一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将两个顶板分别连接到主体的相对端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到所述一个顶板的内表面。
14)根据段落12)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过摩擦搅动从顶板的外部将顶板连接到加强件。
15)一种用于制造根据段落1)的压力容器衬套的方法，包括以一体组件的形式通过锻造形成具有相对开口端的管状主体和用于封闭该主体的其中一个开口端的顶板，形成用于封闭该主体的另一个开口端的顶板，挤出成形沿该主体的纵向延伸的加强件，将该加强件插入主体并将主体连接到加强件，以及将独立于主体形成的顶板连接到主体的另一端并将两个顶板连接到加强件上。
16)根据段落15)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，当通过锻造形成主体和顶板的一体组件时，在该顶板的外表面上与该顶板一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将独立于主体形成的顶板连接到主体的另一端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到顶板的内表面。
17)根据段落15)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过锻造形成用于封闭主体的另一开口端的顶板，并通过锻造在要形成的顶板的外表面上一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将独立于主体形成的顶板连接到主体的另一端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到顶板的内表面。
18)根据段落15)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过摩擦搅动从主体的外部将主体连接到加强件。
19)根据段落15)的用于制造压力容器衬套的方法，其中，通过摩擦搅动从顶板的外部将顶板连接到加强件。
20)一种包括根据段落1)-7)中的任一项的压力容器衬套的压力容器，该压力容器衬套在其外周向表面上覆盖有纤维加强树脂层。
21)一种燃料电池系统，包括燃料氢压力容器、燃料电池和用于从中将燃料氢气从压力容器输送到燃料电池的压力管路，该燃料氢压力容器包括根据段落20)的压力容器。
22)一种燃料电池汽车，其中安装有根据段落21)的燃料电池系统。
23)一种包括根据段落21)的燃料电池系统的热电联合系统。
24)一种天然气供给系统，包括天然气压力容器和用于从中输送来自压力容器的天然气的压力管路，该天然气压力容器是根据段落20)的压力容器。
25)一种热电联合系统，包括根据段落24)的天然气供给系统、发电机和发电机驱动装置。
26)一种天然气汽车，包括根据段落24)的天然气供给系统和使用天然气作为燃料的发动机。
对于段落1)到7)中所述的压力容器衬套，固定地设置在主体内的加强件被连接到两个顶板。这种设置使得衬套抵抗纵向力的耐压强度提高。当该衬套用于压力容器时，螺旋缠绕纤维层的厚度可较小，或者可省去螺旋缠绕纤维层，从而使高压容器的重量减小。此外，该构造提高了生产率并减小了生产成本。
此外，当被填充进压力容器衬套的高压气体例如氢气或天然气的温度升高时，该气体的热量被传递到加强件并从加强件通过主体和顶板消散到外部，从而减小气体的温升，并允许将更大量的气体填充到容器内以确保填充效率提高。
段落2)中所述的压力容器衬套可靠地提高了抵抗纵向力的耐压强度。
根据段落7)的压力容器衬套相对于衬套的整个长度具有增加的容量。
段落8)到19)中所述的方法使得可比较容易地制造段落1)中所述的压力容器衬套。
根据段落13)的压力容器衬套制造方法使得可相对缩短接口部从顶板的突出长度。该接口部通常具有带螺纹的通孔以便将阀以螺纹接合的方式装配在其中，并且限定该孔的带螺纹的内周向表面需要采取圆柱形表面的形式。可通过段落13)中所述的方法在限定孔的内周向表面的整个长度上形成内螺纹部分，结果可以使接口部从顶板的突出长度较小。
如段落13)中所述方法的情况一样，段落16)和17)中所述的压力容器制造方法可用于相对缩短接口部从顶板的突出长度。
图1是示出本发明的实施例1的压力容器衬套的透视图。
图2是示出包括图1的压力容器衬套的高压容器的纵向剖视图。
图3是用于制造图1的压力容器衬套的主体和加强件的坯体的透视图。
图4是示出用于制造图1的压力容器衬套的主体、两个顶板和加强件的透视图。
图5是示出在用于制造图1的压力容器衬套的方法中如何将顶板连接到加强件上的局部透视图。
图6是示出在用于制造图1的压力容器衬套的方法中如何将顶板连接到加强件上的放大局部剖视图。
图7是示出在用于制造图1的压力容器衬套的方法中连接到加强件的其中一个顶板的局部透视图。
图8是示出在用于制造图1的压力容器衬套的方法中连接到加强件的另一个顶板的局部透视图。
图9是示出在用于制造图1的压力容器衬套的方法中如何将主体连接到顶板上的放大局部剖视图。
图10是示出本发明的实施例2的压力容器衬套的透视图。
图11是示出包括图10的压力容器衬套的高压容器的纵向剖视图。
图12是用于制造图10的压力容器衬套的其中一个顶板的透视图。
图13是示出在制造图10的压力容器衬套的方法中如何将其中一个顶板连接到加强件的局部透视图。
图14是示出在制造图10的压力容器衬套的方法中连接到加强件的其中一个顶板的局部透视图。
图15是示出在制造图10的压力容器衬套的方法中将其中一个顶板连接到加强件的一种改变的方式的局部透视图。
图16是示出本发明的实施例3的压力容器衬套的透视图。
图17是示出用于制造图16的压力容器衬套的主体、其中一个顶板、另一个顶板和加强件的透视图。
图18是示出本发明的实施例4的压力容器衬套的透视图。
图19是包括图18的压力容器衬套的高压容器的纵向剖视图。
图20是示出用于制造本发明的实施例4的压力容器衬套的主体、加强件和两个顶板的透视图。
具体实施例方式
下面将参照
本发明的实施例。在附图中，相同部分将用相同标号指示并且将不再重复说明。
实施例1此实施例在图1到9中示出。
图1示出此实施例的压力容器衬套。图2示出其中使用该衬套的用于高压氢气的压力容器。图3到9示出用于制造压力容器衬套的方法。
参照图1，压力容器衬套1包括在其相对端开口的铝制主体2，和铝制顶板3、4，每个顶板的形式为用于封闭各端开口的向外凸出的圆顶。
主体2在内部具有与该主体2成一体的并沿主体2纵向延伸的加强件5，该加强件将主体2的内部分成多个空间。主体2和加强件5使用JISA2000合金、JIS A5000合金、JIS A60000合金和JIS A7000合金中的一种一体地挤出形成。加强件5包括多个例如4个加强壁5A，该加强壁从主体2的内周向表面朝主体2的中心线延伸并在该中心线上相互连接。根据此实施例，所有加强壁5A围绕主体2的中心线以相等角度间隔开。但是，根据实施例1，加强壁5A的数量以及围绕中心线的相邻每对加强壁5A之间的角间隔并不局限于上述情况。主体2的内部被加强壁5A分成数量与壁5A的数量相等的并具有相对开口端的空间。加强件5具有向外突出超过主体2的相对端开口并装配在各个圆顶形顶板3、4内的相对端。
其中一个顶板3具有接口部6，该接口部具有用于保持衬套1的内部与外部从中连通的通孔6a。接口部6的限定孔6a的内周向表面在其整个长度上表现为圆柱形表面的形式，并在11处有螺纹(见图2)。两个顶板3、4是使用JIS A2000合金、JIS A5000合金、JIS A60000合金和JIS A7000合金中的一种通过锻造制成的。
主体2和每个顶板3、4相互对接，并且对接部通过在整个圆周上从外部摩擦搅动(焊接)而连接。接头具有焊缝7。加强件5的相对端与各个顶板3、4的内表面支承接触，并且加强壁5A从顶板3、4的外部通过摩擦搅动连接到顶板3、4。接头具有焊缝8。每个顶板3、4和加强件5之间的接头的组合长度优选地至少为加强壁5的与顶板3或4的内表面接触的部分的组合长度的至少60％。
参照图2，压力容器衬套1整体上被例如由碳纤维加强树脂制成的纤维加强树脂层9覆盖以便用作高压容器10。如在上述公报内公开的压力容器衬套一样，纤维加强树脂层9包括通过沿纵向围绕主体2并部分围绕两个顶板3、4缠绕加强纤维形成的螺旋缠绕加强层、通过沿圆周围绕主体2缠绕加强纤维形成的环箍加强层，以及浸渍这些加强层并被固化的树脂。要使用的树脂是热固性树脂或光塑性树脂。环箍加强层并不总是必需的。
压力容器衬套1是通过下文参照图3到9说明的方法制造的。
使用具有多孔分流挤压模(porthole die)的挤出机(未示出)，首先通过挤出成形生产一体的坯体15，如图3所示，该坯体包括空心圆柱形主体形成部16和多个例如四个加强壁17，该加强壁从主体形成部16的内周向表面朝主体的中心线延伸并在中心线上相互连接。坯体15的横截面形状与主体2和加强件5相同。随后，通过切除主体形成部16的相对端部和利用切割使加强壁17的相对端部的形状形成为与两个顶板3、4的内表面的形状一致，来形成主体2和加强件5的一体组件(见图3内的虚线)。此外，通过锻造形成两个顶板3、4。此时，在每个顶板3、4的外表面上在其中央处一体地形成实心圆柱形突出部18(见图4)。两个顶板3、4的形状相同并且使用相同模具生产。
然后，围绕加强件5的突出超过主体2的各端的部分装配顶板3、4，使顶板3、4的端面与主体2的各个端面对接，并使加强件5的相对端与顶板3、4支承接触。
随后，将加强件5的相对端通过摩擦搅动连接到顶板3、4。首先准备摩擦搅动连接工具20，该工具包括实心圆柱形转子21以及销状探针22，该转子具有在转子的前端与转子一体地设置的小直径部分21a，并沿转子的轴向从转子延伸出位于该转子和该小直径部分之间的锥形部分，该销状探针22沿轴向从转子的小直径部分21a的端部延伸出并与该小直径部分成一体，该销状探针的直径小于该部分21a(见图5)。转子21和探针22由比主体2和顶板3、4更硬并且具有可承受将在连接期间产生的摩擦热的耐热性的材料制成。
在使工具20旋转的同时，在其中一个顶板3的与主体2相邻的端部并在与加强件5的其中一个加强壁5A对应的位置从外部将探针20放入该顶板，并且围绕探针22的小直径部分21a的肩部压在顶板3的外表面上。探针22的长度使得被放入的探针22的外端此时将位于加强壁5A内(见图6)。通过将肩部压在顶板上，可防止在连接开始时和连接过程中将产生的软化部分的金属材料分散，并且可阻止得到的接头形成毛刺或类似的表面不规则状态。
随后，使主体2和顶板3的工件与摩擦搅动连接工具20相对于彼此移动，从而朝凸出部18移动探针22。通过探针22的旋转生成摩擦热，以软化顶板3和加强壁5A的基材金属，并且软化部分因受到探针22的旋转力而被搅动和混合，进一步塑性地流动以填充因探针22的通过而留下的凹槽，此后快速散失摩擦热以便在冷却时凝固。这些现象随着探针22的运动重复出现，以将顶板3逐渐连接到加强壁5A上并形成焊缝8。探针22进一步通过突出部18的周边移动到其外端面，并且在该端面的中心从该突出部缩回。通过缩回探针22而在突出部18的端面的中心形成孔23(见图5)。针对所有加强壁5A重复进行这一过程以将顶板3连接到加强件5上(见图7)。当将顶板连接到所有加强壁5A时共同形成探针缩回孔23(见图7)。另一个顶板4也按照与上述方式相同的方式连接到加强件5上。
此后，在顶板3的突出部18内形成从该突出部的外端面延伸到顶板3的内表面的通孔6a，并且通孔6a在11处在内部形成螺纹。此外，从另一个顶板4切除突出部(见图8)。
随后，在旋转的同时，摩擦搅动连接工具20的探针22在沿圆周方向的一个位置从外部放入主体2和顶板3的对接接头，并且工具20的小直径部分21a的围绕探针22的肩部压在主体2和顶板3上(见图9)。探针22的长度使得探针22的前端此时优选地定位在距离主体2和顶板3、4的内周向表面至少0.1mm到不超过主体2和顶板3、4的壁厚的1/2的距离处。如果此距离小于0.1mm，则可能在稍后要说明的通过探针22的摩擦搅动连接期间沿圆周在主体2和顶板3的内周向表面中形成V形凹槽，从而不能提供令人满意的耐压性。或者，如果该距离超过主体2和顶板3的壁厚的1/2，则主体2和顶板3的要连接的部分的厚度相对于主体2和顶板3的整个厚度减小，从而也使得可能无法获得足够的耐压性。尽管软化部分的材料可能在连接开始时和连接期间分散，但是与主体和顶板挤压接触的小直径部分21a的肩部可生成令人满意的接头，该肩部防止出现上述问题，并通过肩部在主体2和顶板3上的滑动运动进一步生成摩擦热，并将主体2和顶板的与肩部接触的部分及其附近部分软化到更大程度，同时防止在接头的表面上形成毛刺或类似的不规则状态。
然后，使主体2和顶板3的工件与摩擦搅动连接工具20相对于彼此移动，以便在圆周上沿对接接头移动探针22。由探针22的旋转生成的摩擦热以及由肩部在主体2和顶板3上的滑动运动生成的摩擦热软化主体2和顶板3的在该对接接头附近的基材金属，并且该软化部分由于受到探针22的旋转力而被搅动和混合，进一步塑性地流动以填充因探针22通过而留下的凹槽，此后快速散失摩擦热以便在冷却时凝固。这些现象随着探针22的运动重复出现，从而连接主体2和顶板3。在探针22沿对接接头在整个圆周上运动之后返回初始位置时，主体2和顶板3在整个圆周上连接。此时形成焊缝7。
在探针22返回其中探针放入对接接头的初始位置之后，或者在探针22移动通过此位置之后，探针22移动到设置在主体2和顶板3的对接接头处的接触件(未示出)的位置，在该位置探针22缩回。以与上述方式相同的方式，另一个顶板4也通过摩擦搅动连接到主体2上。这样，制造出压力容器衬套1。
实施例2此实施例在图10-15中示出。
在此实施例的压力容器衬套30的情况下，在其中一个顶板31上设置有接口部32，该接口部具有限定延伸穿过接口部32的孔32a的内周向表面。该内周向表面与顶板31的内表面的接头是圆形的(见图11)。接口部32在内部在除圆形部分32b处之外的11处有螺纹。内螺纹部分11的长度等于实施例1的通孔6a的整个长度。除了此特征之外，此实施例的衬套30与所述实施例1的压力容器衬套1相同。
如图11所示，实施例2的压力容器衬套30整个被例如由碳纤维加强树脂制成的纤维加强树脂层9覆盖以便用作高压容器10。如在上述公报内公开的压力容器衬套一样，纤维加强树脂层9包括通过沿纵向围绕主体2并部分围绕两个顶板31、4缠绕加强纤维形成的螺旋缠绕加强层、通过沿圆周围绕主体2缠绕加强纤维制成的环箍加强层，以及浸渍这些加强层并被固化的树脂。要使用的树脂是热固性树脂或光塑性树脂。环箍加强层并不总是必需的。
接下来，将仅说明用于制造实施例2的压力容器衬套30的方法与用于制造实施例1的压力容器衬套1的方法的不同之处。
在通过锻造形成其中一个顶板31时，与该顶板一体地形成具有通孔32a的接口部32(见图12)。因此，在接口部32的限定孔32a的内周向表面和顶板31的内表面之间的接头处形成圆形部分32b。此外，在通过摩擦搅动将顶板31连接到加强件5的加强壁5A上时，可使用如图13所示的接触件35使探针22缩回。接触件35采取截面为直角三角形的形式，并且定位成使得相互形成直角的两个侧面接触顶板31的外表面和接口部32的周向表面，从而斜坡35a朝外。探针22移动到接触件35的斜坡35a然后缩回。因此，在接口部32上没有形成位于顶板31的外表面上的焊缝7(见图14)。
此外，当通过摩擦搅动将顶板31连接到加强件5的加强壁5A上时，可使用如图15所示的截头圆锥形接触件36使探针22缩回。接触件36具有用于使接口部32从中插入的孔36a，并且定位成使得接口部32a插入孔36a。
在通过摩擦搅动将顶板31连接到加强件5的加强壁5A上时，探针22移动到接触件36的截头圆锥形外周向表面36b然后缩回。可仅使用一个接触件36通过摩擦搅动将顶板31连接到所有加强壁5A上。
实施例3此实施例在图16和17中示出。
除了形式为向外凸出的圆顶的不具有接口部6的顶板41与主体2一体地设置，以及包括多个加强壁42A并且形状与实施例1的加强件5相同的加强件42独立于主体2制造、被放置在主体2内并通过摩擦搅动与主体2相连接之外，此实施例的压力容器衬套40的结构与实施例1的压力容器衬套1相同。主体2和加强件42的加强壁42A的接头具有焊缝43。主体2与加强件42的连接长度优选地至少为加强件42的整个长度的60％，并且根据此实施例，通过摩擦搅动使加强件42在主体2的整个长度上连接到主体2。
尽管未示出，但是压力容器衬套40整个被例如由碳纤维加强树脂制成的纤维加强树脂层覆盖以便用作高压容器。纤维加强树脂层的构造与所述实施例1和实施例2中的构造相同。
该压力容器衬套通过下文将说明的方法制造。
如图17所示通过锻造一体地制成主体2和顶板41。在顶板41的外表面上在其中心一体地形成朝外突出的实心圆柱形突出部41。加强件42通过挤压成形而制成，并且其相对端部通过切割形成一定形状以适配于两个顶板3、41的各自的内表面并与其支承接触。具有突出部18的顶板3通过锻造形成。
然后，将加强件42放入主体2，并且该加强件42的一端与顶板41的内表面支承接触。在旋转摩擦搅动连接工具20的同时，在对应于一个加强壁42A的位置将探针22从外部放入主体2的开口端部，并且小直径部分21a的围绕探针22的肩部压在主体2的外周向表面上。探针22的长度使得被放入的探针22的外端此时将位于加强壁42A内。通过将肩部压在主体上，可防止在连接开始时和连接过程中将产生的软化部分的金属材料分散，从而获得令人满意的接头，并且通过该被挤压的肩部还可防止所获得的接头形成毛刺或类似的表面不规则状态。
随后，使主体2和顶板41的工件与摩擦搅动连接工具20相对于彼此移动，从而沿主体2的纵向移动探针22。在探针22到达主体2的另一端时，包含主体2和顶板41的工件与连接工具20的相对移动方向改变，以便朝突出部44移动探针22。探针22沿突出部44的外周向表面移动到外端面，并从该突出部44的端面的中心缩回。因此，如对实施例1所详细说明的一样，主体2和顶板41通过摩擦搅动连接到加强件42的加强壁42A。针对所有加强壁42A重复这一过程，以便将主体2和顶板41连接到加强件42上。然后，从顶板41切除突出部44。
以与实施例1的情况相同的方式通过摩擦搅动将另一个顶板3连接到加强件42和主体2上，在突出部18内形成通孔6a，并且限定孔6a的内周向表面在11处具有螺纹。这样，制造出压力容器衬套40。
在实施例3中，可使用实施例2的顶板31代替顶板3。此外，可使用独立于实施例1的主体2制成的顶板4代替与主体2成一体的顶板41。
此外，在根据所述的实施例3通过锻造一体地制成主体2和顶板41时，可与顶板41一体地形成具有通孔的接口部。该接口部的形状与所述实施例2的接口部相同。在此情况下，所述实施例1的顶板4用作另一个顶板。
实施例4此实施例在图18-20中示出。
在根据此实施例的压力容器衬套50的情况下，与主体2成一体的加强件5的长度等于主体2的长度，并且主体2的各端部与加强件5的对应端部位于同一平面上。衬套5具有相对顶板51、52，每个顶板的形式为具有平的内表面的平板。其中一个顶板51具有接口部53，该接口部在其整个长度上具有形式为圆柱形表面的并限定通孔53a的内周向表面。除此之外，衬套50的构造与所述实施例1的压力容器衬套1相同。
如图19所示，实施例4的压力容器衬套50整个被例如由碳纤维加强树脂制成的纤维加强树脂层9覆盖以便用作高压容器10。纤维加强树脂层9的构造与所述实施例1和实施例2中的构造相同。
压力容器衬套50通过下文将说明的方法制造。
首先使用具有多孔分流挤压模的挤出机(未示出)挤压成形如图20所示的主体2和加强件5的一体组件。通过锻造分别形成两个顶板51、52。此时，在其中一个顶板51的外表面的中心上与该顶板一体地形成具有通孔53a的接口部53，并且在另一个顶板52的外表面的中心上与该顶板一体地形成向外突出的实心圆柱形突出部18。由于顶板51是平板，所以即使在通过锻造形成顶板51的同时形成具有孔53a的接口部5，该接口部5的限定孔的内周向表面与顶板51的内表面的接头也不会像所述实施例2的圆形部分一样是圆形的。
在旋转摩擦搅动连接工具20的同时，在与加强件5的其中一个加强壁5A对应的位置从外部将探针22放入顶板51的具有接口部53的周向边缘部，并且小直径部分21a的围绕探针22的肩部压在顶板51的外表面上。探针22的长度使得被放入的探针22的外端此时将位于加强壁5A内。尽管未示出，但是与所述实施例2的情况一样，图13所示的接触件35或图15所示的接触件36位于接口部53上。
此后，主体2和顶板51的工件与连接工具20相对于彼此移动，从而朝接口部53移动探针22，以通过摩擦搅动将顶板51连接到加强壁5A上。探针22进一步移动到接触件35或36，由此探针22缩回。这一过程针对所有加强壁5A重复进行以便将顶板51连接到加强件5上。
随后，通过摩擦搅动将另一个顶板52连接到加强件5的所有加强壁5A上。除了从突出部18的外端面缩回探针22之外，此操作执行的方式与通过摩擦搅动将顶板51连接到加强件5的方式相同。
然后，以与所述实施例1的情况相同的方式通过摩擦搅动将两个顶板51、52连接到主体2。随后使限定通孔53a的内周向表面在11处形成螺纹，并从顶板52切除突出部18。这样，制造出压力容器衬套50。
所述实施例4中的顶板51的接口部53可通过与实施例1中的顶板3的接口部6相同的方式形成。更具体地说，接口部53可这样形成，即，在通过锻造形成顶板51时在顶板52上形成突出部，当通过摩擦搅动将顶板51连接到加强件5时从突出部的外端面缩回探针，然后从该突出部的外端面到该顶板51的内表面形成通孔53a。
在实施例2到4的压力容器衬套中，主体、顶板和加强件由JIS A2000合金、JIS A5000合金、JIS A53000合金和JIS A7000中的一种制成。
在所有前述实施例中，主体的横截面为圆形，但这并不是限制性的；主体可以为其它形状，例如椭圆形。
包含根据实施例1到4中的任何一个的压力容器衬套的高压容器用在燃料电池系统中以用作燃料氢压力容器，该燃料电池系统包括燃料氢压力容器、燃料电池和用于将燃料氢气从压力容器输送到燃料电池的压力管路。该燃料电池系统安装在汽车内。该燃料电池系统还用在热电联合系统中。
该高压容器还用在天然气供给系统中以用作天然气压力容器，该天然气供给系统包括天然气压力容器和用于从该压力容器输送天然气的压力管路。该天然气供给系统与发电机和发电机驱动装置一起用在热电联合系统中。天然气供给系统还用在配备有使用天然气作为燃料的发动机的天然气汽车中。
该高压容器还用在氧气供给系统中以用作氧压力容器，该氧气供给系统包括氧压力容器和用于从该压力容器输送氧气的压力管路。
工业应用性本发明提供了一种适于用在压力容器中的压力容器衬套，该压力容器用于例如在汽车工业、家居工业、军事工业、航空工业、医药工业等中存储用作发电燃料的氢气或天然气，或用于存储氧气。本发明的压力容器衬套的抵抗纵向力的耐压强度提高。
权利要求
1.一种压力容器衬套，包括管状主体和用于封闭该主体的各个相对端开口的顶板，该主体中固定地设有沿该主体的纵向延伸的加强件，用于将该主体的内部分成多个空间，该顶板连接到该加强件上。
2.根据权利要求1的压力容器衬套，其特征在于，每个顶板和该加强件之间的接头的组合长度至少为该加强件的与该顶板的内表面接触的部分的组合长度的60％。
3.根据权利要求1的压力容器衬套，其特征在于，顶板通过摩擦搅动连接到该加强件。
4.根据权利要求1的压力容器衬套，其特征在于，顶板独立于主体形成，并分别连接到主体的相对端。
5.根据权利要求1的压力容器衬套，其特征在于，一个顶板与主体的一端一体地形成，另一个顶板独立于该主体形成并连接到该主体的另一端。
6.根据权利要求1的压力容器衬套，其特征在于，至少一个顶板的形式为向外凸出的圆顶，并且该加强件的与该圆顶状顶板相邻的端部向外突出到主体之外并装配在该圆顶状顶板内。
7.根据权利要求1的压力容器衬套，其特征在于，至少一个顶板具有平的内表面。
8.一种用于制造根据权利要求1的压力容器衬套的方法，包括挤出成形具有相对开口端的管状主体和沿主体的纵向延伸的加强件并形成两个顶板，将加强件插入主体并将主体连接到加强件，以及将两个顶板分别连接到主体的相对端并将两个顶板连接到加强件。
9.根据权利要求8的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过摩擦搅动从主体的外部将主体连接到加强件。
10.根据权利要求8的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过锻造形成一个顶板，并且当通过锻造形成所述一个顶板时在所述一个顶板的外表面上与所述一个顶板一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将两个顶板分别连接到主体的相对端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到所述一个顶板的内表面。
11.根据权利要求8的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过摩擦搅动从顶板的外部将顶板连接到加强件。
12.一种用于制造根据权利要求1的压力容器衬套的方法，包括以一体组件的形式挤出成形具有相对开口端的管状主体和沿该主体的纵向延伸并将该主体的内部分成多个空间的加强件，并形成两个顶板，以及将两个顶板分别连接到主体的相对端并将这两个顶板连接到该加强件。
13.根据权利要求12的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过锻造形成一个顶板，并且当通过锻造形成所述一个顶板时在所述一个顶板的外表面上与所述一个顶板一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将两个顶板分别连接到主体的相对端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到所述一个顶板的内表面。
14.根据权利要求12的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过摩擦搅动从顶板的外部将顶板连接到加强件。
15.一种用于制造根据权利要求1的压力容器衬套的方法，包括以一体组件的形式通过锻造形成具有相对开口端的管状主体和用于封闭该主体的其中一个开口端的顶板，形成用于封闭该主体的另一个开口端的顶板，挤出成形沿该主体的纵向延伸的加强件，将该加强件插入主体并将主体连接到加强件，以及将独立于主体形成的顶板连接到主体的另一端并将两个顶板连接到加强件上。
16.根据权利要求15的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，当通过锻造形成主体和顶板的一体组件时，在该顶板的外表面上与该顶板一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将独立于主体形成的顶板连接到主体的另一端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到顶板的内表面。
17.根据权利要求15的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过锻造形成用于封闭主体的另一开口端的顶板，并通过锻造在要形成的顶板的外表面上一体地形成向外延伸的突出部，并且该方法包括在将独立于主体形成的顶板连接到主体的另一端并将两个顶板连接到加强件之后，通过形成通孔来提供接口部，该通孔从该突出部的外端面延伸到顶板的内表面。
18.根据权利要求15的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过摩擦搅动从主体的外部将主体连接到加强件。
19.根据权利要求15的用于制造压力容器衬套的方法，其特征在于，通过摩擦搅动从顶板的外部将顶板连接到加强件。
20.一种包括根据权利要求1到7中的任一项的压力容器衬套的压力容器，该压力容器衬套在其外周向表面上覆盖有纤维加强树脂层。
21.一种燃料电池系统，包括燃料氢压力容器、燃料电池和用于从中将燃料氢气从压力容器输送到燃料电池的压力管路，该燃料氢压力容器包括根据权利要求20的压力容器。
22.一种燃料电池汽车，其中安装有根据权利要求21的燃料电池系统。
23.一种包括根据权利要求21的燃料电池系统的热电联合系统。
24.一种天然气供给系统，包括天然气压力容器和用于从中输送来自压力容器的天然气的压力管路，该天然气压力容器是根据权利要求20的压力容器。
25.一种热电联合系统，包括根据权利要求24的天然气供给系统、发电机和发电机驱动装置。
26.一种天然气汽车，包括根据权利要求24的天然气供给系统和使用天然气作为燃料的发动机。
全文摘要
本发明公开了一种压力容器衬套(1)，该压力容器衬套(1)包括管状主体(2)和用于封闭主体(2)的相对端开口的顶板(3、4)。该主体(2)中设有与该主体(2)成一体的并沿该主体(2)的纵向延伸的加强件(5)，该加强件用于将主体(2)的内部分成多个空间。两个顶板(3、4)分别连接到该加强件(5)的相对端上。压力容器衬套(1)的抵抗纵向力的耐压强度提高。
文档编号F17C1/08GK1918423SQ200580004430
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月8日 优先权日2004年2月9日
发明者岛田毅昭, 吉田泰树, 桑原宏和, 纳康弘, 菅野快治, 川又保二, 山崎英世 申请人:昭和电工株式会社