高压储罐的制作方法

本发明涉及一种高压储罐，该高压储罐具有：收装流体的树脂制的内胆、和形成有给排(供给和排出)孔的嘴部件，该给排孔用于向该内胆供给流体以及从该内胆排出流体。

背景技术：

高压储罐作为收装气体、液体等流体的容器而被广泛使用。例如，在燃料电池车上搭载有作为收装用于向燃料电池系统供给的氢气的高压储罐。

这种高压储罐具有树脂制且由中空体构成的内胆，该内胆的外表面由纤维增强塑料制的加强层覆盖。在该内胆上突出形成有筒状部，在该筒状部安装有形成有给排孔的嘴部件，该给排孔用于向该内胆内部供给流体以及从该内胆内部排出流体。在给排孔设置有阀，通过操作该阀来开闭给排孔。

在这样的高压储罐中，一般通过密封部件对内胆与嘴部件之间进行密封。例如，在日本发明专利公开公报特开2015-31307号中记载有：在将嘴部件插入到筒状部的内部的结构中，通过安装于该嘴部件的外周面的密封部件，来对所述外周面与筒状部的内周面之间进行密封。但是，在该结构中，会有如下担忧，即，由于流体的内压，筒状部被向离开密封部件的方向推压。并且，由于内胆的原材料为树脂，会想到筒状部的内周面因蠕变而引起收缩变形。在发生这样的状况时，由于筒状部的内周面和嘴部件的外周面之间的距离(密封间隙)增大，因此难以得到充分的密封性能。

因此，例如如日本发明专利公开公报特开2013-137092号中记载的那样，考虑到如下一种结构，与上述相反而将筒状部插入嘴部件的给排孔内，将密封部件夹装在该筒状部的外周面与给排孔的内周面之间。在这种情况下，密封部件安装于嘴部件的内周面，并且，内压作用在将筒状部向密封部件侧推压的方向上。据此，筒状部与嘴部件推压接触而形成所谓的自密封结构，因此，能够将密封间隙维持在大致固定，而对筒状部与嘴部件之间进行良好的密封。

此外，在该结构中，流体的压力也从筒状部的突出端面侧作用于该筒状部，因此，当筒状部的强度不足时容易从嘴部件脱离。另外，当由于温度下降、蠕变等导致筒状部收缩变形时，密封间隙增大，结果会导致密封性下降。为了避免上述问题，在日本发明专利公开公报特开2013-137092号记载的内胆中，通过在筒状部的顶端面内内置金属制的加强部件，来提高该筒状部的强度。

技术实现要素：

但是，如日本发明专利公开公报特开2013-137092号中那样，在树脂制的筒状部的顶端面内内置金属制的加强部件会导致结构复杂化，会由于进行加强部件向筒状部的组装作业而相应地使制造工序复杂化。另外，在这种高压储罐中，希望提高自密封结构的耐用性，长期维持良好的密封性。

本发明的主要目的在于提供一种高压储罐，能够以简单的结构将内胆与嘴部件的密封间隙维持固定，据此，能够长期地表现出良好的密封性。

根据本发明的一实施方式，提供一种能够供给和排出流体的高压储罐，该高压储罐具有：内胆，其为树脂制，用于收装流体，且突出形成有筒状部，该筒状部在内部设有插入孔；嘴部件，其设有供所述筒状部插入的给排孔；套环，其具有圆筒部，该圆筒部插入所述插入孔并且在内部设有与所述内胆连通的通孔，通过该圆筒部的外周面和所述给排孔的内周面夹持所述筒状部；和密封部件，其配置于在所述给排孔的内周面所设置的密封槽内，对该给排孔的内周面与所述筒状部的外周面之间进行密封，在所述嘴部件和所述套环的至少任意一方上形成有流体导入路径，该流体导入路径用于从所述筒状部的突出端侧经由所述给排孔的内周面与所述筒状部的外周面之间，朝向所述密封槽内引导所述流体。

在本发明所涉及的高压储罐中，内胆的筒状部沿嘴部件的给排孔的内周面配置，且在筒状部的外周面与给排孔的内周面之间配置密封部件。据此，流体的内压作用于将筒状部向密封部件侧推压的方向，由此形成所谓的自密封结构。其结果，即使作用有高的内压，也能够将夹持密封部件的筒状部的外周面与嘴部件的内周面之间的距离(密封间隙)维持固定，据此，能够对彼此之间进行良好的密封。并且，上述的具有筒状部的内胆能够容易地由吹塑成形而形成，且与嘴部件的组装性也良好。

另外，在该高压储罐中，筒状部被套环的外周面和给排孔的内周面夹持。因此，在流体的压力从突出端面侧作用于筒状部的情况、因温度下降、蠕变等导致在筒状部产生收缩变形的情况下，也能够抑制筒状部离开给排孔的内周面。也就是说，能够长期良好地维持密封间隙。并且，套环由沿插入孔的内周面侧设置的简单的结构构成。因此，能够避免如将套环内置于筒状部的壁内的情况下那样使结构复杂化等，并且套环能够容易地组装于嘴部件和筒状部。

并且，在该高压储罐中，在嘴部件和套环的至少任意一方上形成有流体导入路径。通过该流体导入路径，将流体从筒状部的突出端侧，经由给排孔的内周面与筒状部的外周面之间导入密封槽内，而能够提高密封槽的内压。其结果，能够从筒状部的内周面侧和外周面侧对筒状部的与密封槽相向的部位施加大致均等的压力。因此，能够避免筒状部侵入密封槽内，据此，也能够长期良好地维持密封间隙。

另外，如上所述，通过将流体从筒状部的突出端侧导入密封槽内，密封部件被向与导入流体侧相反一侧(筒状部的基端侧)推压。据此，密封部件在密封槽内被压缩，而能够容易地维持表现出良好的密封性的状态。

如上所述，根据本发明所涉及的高压储罐，能够以简单的结构使内胆和嘴部件之间的密封间隙长期维持固定，据此，能够长期地表现出良好的密封性。

在上述的高压储罐中，优选所述流体导入路径的至少一部分由嘴部件槽形成，该嘴部件槽设置于所述给排孔的内周面，且与所述密封槽连通。在这种情况下，通过形成于筒状部的外周面与嘴部件槽之间的流体导入路径这样的简单的结构，能够将流体导入密封槽内，因此，能够长期良好地维持密封间隙。

在上述的高压储罐中，优选所述流体导入路径的至少一部分由沿径向贯通所述圆筒部的内周面及外周面的通孔形成。在这种情况下，流体从圆筒部的内侧经由通孔，被导入该圆筒部的外周面与筒状部的内周面之间，进一步经由筒状部的突出端侧，流经给排孔的内周面与筒状部的外周面之间，被导入密封槽内。即，通过在圆筒部的通孔内所形成的流体导入路径这样的简单的结构，能够将流体导入密封槽内，据此，能够长期良好地维持密封间隙。

在上述的高压储罐中，优选所述套环具有头部，该头部设于所述圆筒部的一端侧的周缘，而与所述筒状部的突出端面抵接，所述流体导入路径的至少一部分由设置于所述头部的套环槽形成。在这种情况下，通过在套环槽内所形成的流体导入路径这样的简单的结构，能够将流体从筒状部的突出端侧，经由筒状部的外周面与给排孔的内周面之间导入密封槽内。其结果，能够长期良好地维持密封间隙。

在上述的高压储罐中，优选所述流体导入路径的至少一部分由轴向槽形成，该轴向槽在所述套环的外周面以从轴向的一端延伸至另一端的方式设置。在这种情况下，通过在筒状部的内周面与轴向槽之间所形成的流体导入路径这样的简单的结构，能够将流体从筒状部的基端侧向突出端侧引导，进一步将该流体经由给排孔的内周面与筒状部的外周面之间导入密封槽内。据此，能够长期良好地维持密封间隙。

上述的目的、特征及优点，通过参照附图对以下实施方式所做的说明可以更加容易理解。

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筒状部的轴向的主要部分的概略剖视图。

图2是图1的高压储罐的开口侧的放大剖视图。

图3是图1的套环(collar)的立体图。

图4是本发明的其他实施方式所涉及的高压储罐的开口侧的放大剖视图。

图5是图4的套环的立体图。

具体实施方式

下面，举出优选实施方式并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能够适合用于例如被搭载于燃料电池车的、作为收装用于向燃料电池系统供给的氢气的装置。因此，在本实施方式中，是对高压储罐收装作为流体的用于向燃料电池系统供给的氢气的例子进行的说明，但不特别地限定于此。本发明所涉及的高压储罐还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在内胆14的中空内部收装氢气，其中，内胆14的外周由纤维增强塑料制的加强层12覆盖。此外，内胆14的中空内部的图示省略。内胆14由多个树脂层构成，在中途指向内部而凹陷的一端部上突出形成有筒状部18。此外，以下也将面向内胆14的中空内部一侧的面称为内表面，将其背面(露出面)称为外表面。

如图2所示，内胆14的多个树脂层以内侧层20、阻挡层22和外侧层24作为主体而构成，并按照该顺序从内胆14的内表面侧向外表面侧层叠。内侧层20由最内层20a和第1粘结层20b这两层构成，其中，最内层20a构成内胆14的内表面，第1粘结层20b被夹装于该最内层20a和阻挡层22之间。外侧层24由被层叠于阻挡层22的第2粘结层24a、和构成内胆14的外表面的最外层24b构成。

阻挡层22例如由乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)树脂等氢的渗透性十分低的材料构成。最内层20a和最外层24b由高密度聚乙烯(HDPE)树脂构成，对阻挡层22进行保护。

作为第1粘结层20b和第2粘结层24a，能够优选采用聚乙烯类树脂，尤其优选采用低密度聚乙烯(LDPE)树脂。第1粘结层20b和第2粘结层24a分别对最内层20a与阻挡层22之间、以及阻挡层22与最外层24b之间进行密封。在这样结构的内胆14中，能够通过阻挡层22来阻挡渗入到内侧层20的氢分子向外侧层24扩散、以及阻挡渗入到外侧层24的氢分子向内侧层20扩散。

通过将包含有上述所有树脂层的内胆14的厚度设为1mm以上，能够得到在该内胆14的制造上和高压储罐10的组装上所需的刚性。

在筒状部18，于其内部形成有与内胆14的中空内部连通的插入孔19。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靠基端侧形成有外螺纹18b。薄壁部18a为厚度比其他部位小的部位。该薄壁部18a的厚度如上所述优选为1mm以上，以得到充足的刚性。

如图1所示，嘴部件30外装于筒状部18。嘴部件30例如为金属制，具有筒状的突出部32，沿着该突出部32的轴心贯通形成有给排(供给和排出)孔34。另外，嘴部件30还具有从突出部32的基端呈圆盘状扩展的肩部36，该肩部36的外周面和内胆14一起被加强层12覆盖。因此，嘴部件30成为如下形状：肩部36被内胆14和加强层12覆盖，突出部32以从加强层12的开口露出的方式突出。

突出部32的外径大致固定不变，另一方面，突出部32的内径，即，给排孔34的直径根据部位不同而不同。具体而言，给排孔34由中内径部38、大内径部40和小内径部42构成，其中，中内径部38位于轴向上的突出部32侧，大内径部40位于肩部36侧，小内径部42设置于上述中内径部38和大内径部40之间。中内径部38通过阀以能够拆装的方式连接高压软管(均未图示)。

筒状部18插入大内径部40内，据此筒状部18的外周面沿大内径部40的内周面配置。因此，大内径部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，在大内径部40，与薄壁部18a相向的部位的内径小于与比该薄壁部18a靠基端侧的部位相向的部位的内径。另外，在大内径部40的内壁上，于与筒状部18的薄壁部18a相向的部位形成有沿着该大内径部40的周向的圆环状的密封槽44，在与筒状部18的外螺纹18b相向的部位形成有与该外螺纹18b螺纹连接的内螺纹46。

并且，在大内径部40的内壁上形成有沿轴向延伸，并且与密封槽44连通的嘴部件槽47，该嘴部件槽47在周向上以大致等间隔形成有4个。此外，在图1中，示出有4个嘴部件槽47中的2个。通过该嘴部件槽47，如后述那样，在大内径部40的内周面与筒状部18的外周面之间，形成第1流体导入路径A(参照图2)。

在密封槽44内配置有由O型圈构成的密封部件48。如图2所示，设定密封槽44的内壁面与外侧层24之间的距离(密封间隙)，以使得密封部件48在密封槽44的内壁面与薄壁部18a的外侧层24之间维持在被压缩的状态。据此，筒状部18的外周面与嘴部件30的给排孔34的内周面之间被密封。

另外，通过使外螺纹18b和内螺纹46螺纹连接，而形成将筒状部18的外周面和大内径部40的内周面连接的连接部50。该连接部50配置得比密封部件48靠筒状部18的基端侧。

为了支承筒状部18，在大内径部40的内部还配置有套环52。套环52例如为金属制，如图3所示，具有圆环状的头部54、和与该头部54一体设置的筒状的圆筒部56。在套环52上沿圆筒部56的轴向贯通形成有通孔58。

头部54在其一端面形成有沿径向延伸的径向槽60，该径向槽60在周向上等间隔形成有4个。通过该径向槽60，如后述那样，在形成于小内径部42和大内径部40之间的台阶面、与头部54的一端面之间形成第2流体导入路径B(参照图2)。另外，头部54的周面形成为从一端面侧向另一端面侧扩径的锥状。如图1和图2所示，在大内径部40内，头部54的一端面与形成于小内径部42和大内径部40之间的台阶面抵接，头部54的另一端面与筒状部18的突出端面抵接。

如图3所示，在圆筒部56形成有沿径向贯通该圆筒部56的内周面及外周面的通孔62，该通孔62在周向上等间隔形成有6个。也就是说，如图2所示，通孔62与插入孔19及通孔58连通。通过该通孔62，如后述那样，在圆筒部56的内周面侧与外周面侧之间形成第3流体导入路径C(参照图2)。

圆筒部56插入筒状部18的插入孔19内，据此，通孔58与给排孔34及内胆14的内部连通。另外，圆筒部56的外周面隔着筒状部18沿大内径部40的内周面环绕配置。也就是说，筒状部18被夹持于圆筒部56的外周面与大内径部40(给排孔34)的内周面之间。

此外，从更好地夹持筒状部18的观点来看，优选圆筒部56被压入筒状部18内。其理由在于，在这种情况下，圆筒部56将筒状部18向大内径部40的内周面侧推压，据此，筒状部18的外周面与大内径部40的内周面推压接触。

本实施方式所涉及的高压储罐10基本上为上述的结构。具有上述的筒状部18的内胆14适用公知的吹塑成形法能够容易地得到。另外，套环52为仅由头部54和圆筒部56构成的简单的结构，因此，能够容易地安装于大内径部40和筒状部18。即，高压储罐10能够由简单的结构要素，容易地进行制造。

在该高压储罐10中，如上所述，通过将高压软管连接于嘴部件30的中内径部38，将氢气经由该高压软管、给排孔34和通孔58从氢供给源(未图示)供给到内胆14内。据此，收装于内胆14内的氢气能够经由安装于中内径部38的开闭阀排出，而供给给连接于燃料电池系统的配管等(均未图示)。

这样一来，即使反复进行氢气的给排，高压储罐10也表现出良好的耐用性和密封性。即，在高压储罐10中，如上所述，筒状的筒状部18沿大内径部40的内周面配置，且在筒状部18的外周面与大内径部40的内周面之间配置密封部件48。据此，由于氢气的内压作用于将筒状部18向密封部件48侧推压的方向，因此，形成所谓的自密封结构。其结果，即使作用高的内压，也能够将密封间隙维持固定，从而对彼此之间进行良好的密封。

另外，筒状部18如上述那样被套环52的圆筒部56和大内径部40的内周面夹持。因此，即使从筒状部18的顶端面侧被附加氢气的压力，也能够抑制该筒状部18从大内径部40的内周面剥离。另外，由于也能够抑制因温度下降、蠕变等而导致的收缩变形，而能够长期良好地维持密封间隙。

该套环52由如上所述的简单的结构形成，因此能够避免如将套环52内置于筒状部18的壁内的情况下那样使结构复杂化。另外，由于套环52的缘部不会抵接于筒状部18(内胆14)，因此，能够避免应力集中于筒状部18、产生疲劳损伤等。也就是说，能够提高高压储罐10的耐用性。

另外，内胆14内的氢气的一部分通过形成于台阶面和套环52的径向槽60之间的第2流体导入路径B，被导入大内径部40的内周面与头部54的外周面之间，其中，台阶面形成于给排孔34的小内径部42和大内径部40之间。该氢气通过形成于嘴部件槽47与筒状部18的外周面之间的第1流体导入路径A被进一步导入密封槽44内。

内胆14内的氢气的另一部分经由由套环52的通孔62形成的第3流体导入路径C，从圆筒部56的内侧(通孔58)被导入该圆筒部56的外周面与筒状部18的内周面之间。该氢气从筒状部18的内周侧将筒状部18向嘴部件30的大内径部40方向推压。据此，能够提高密封部件48的自密封功能。并且，该氢气向筒状部18的突出端侧流通，进一步经由形成于大内径部40的内周面与筒状部18的外周面之间的第1流体导入路径A，被导入密封槽44内。

也就是说，在本实施方式所涉及的高压储罐10中，通过第1流体导入路径A、第2流体导入路径B、和第3流体导入路径C形成流体导入路径，该流体导入路径用于从筒状部18的突出端侧经由给排孔34的内周面与筒状部18的外周面之间，朝向密封槽44内引导流体。通过该流体导入路径，能够将氢气有效导入密封槽44内，从而提高该密封槽44的内压。其结果，能够从筒状部18的内周面侧和外周面侧对筒状部18的与密封槽44相向的部位施加大致均等的压力。因此，能够避免筒状部18侵入密封槽44内，从而能够长期良好地维持密封间隙。

另外，如上所述，在从筒状部18的突出端侧被导入氢气而内压升高的密封槽44内，密封部件48被向与导入氢气侧相反一侧(筒状部18的基端侧)推压。因此，密封部件48在密封槽44内被压缩，而能够容易地维持表示良好的密封性的状态。

在此，筒状部18的比密封部件48靠顶端侧的部位由于其端面、内周面和外周面的任何一个都暴露于氢气中，因此，与比密封部件48靠后端侧的部位相比，氢分子容易渗入内部。当氢分子渗入并滞留在筒状部18的内部时，有产生裂纹、气孔(气泡)的担忧。

然而，在本实施方式所涉及的高压储罐10中，如上所述，将筒状部18的外周面和大内径部40的内周面连接的连接部50，配置得比密封部件48靠筒状部18的基端侧。据此，能够抑制氢分子渗入构成筒状部18的连接部50的部位，因此能够良好地维持由连接部50进行连接的连接状态。

如上所述，根据本实施方式所涉及的高压储罐10，能够通过简单的结构使内胆14与嘴部件30之间的密封间隙长期地维持固定，据此，能够长期地表现出良好的密封性。

本发明并不特别地局限于上述实施方式，在不脱离的本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形。

例如，也可以如图4和图5所示的本发明的其他实施方式所涉及的高压储罐70那样，代替上述的套环52，而具有套环72，在这种情况下，也能够得到与上述的高压储罐10同样的作用效果。

此外，在图4和图5所示的结构要素中，对与图1～图3所示的结构要素相同或实现同样功能和效果的结构要素标注相同的附图标记，省略对其的详细说明。

具体而言，除了在外周面设置轴向槽74来代替上述的径向槽60和通孔62之外，套环72采用与套环52同样的结构。即，在套环72的外周面形成有从轴向的一端延伸到另一端的轴向槽74，该轴向槽74在周向上等间隔形成有4个。通过该轴向槽74在筒状部18的内周面与轴向槽74之间形成第4流体导入路径D(参照图4)。

在该高压储罐70中，内胆14内的氢气的一部分通过第4流体导入路径D，从筒状部18的基端侧向突出端侧在筒状部18的内周面与套环72的外周面之间进行流通。该氢气从筒状部18的内周侧将筒状部18向嘴部件30的大内径部40方向推压。据此，能够提高密封部件48的自密封功能。并且，该氢气通过形成于嘴部件槽47与筒状部18的外周面之间的第1流体导入路径A被导入密封槽44内。

也就是说，在该实施方式所涉及的高压储罐70中，通过第1流体导入路径A和第4流体导入路径D形成流体导入路径，该流体导入路径用于从筒状部18的突出端侧经由给排孔34的内周面与筒状部18的外周面之间，朝向密封槽44内引导流体。通过该流体导入路径，能够将氢气有效导入密封槽44内，从而能够提高该密封槽44的内压。其结果，能够从筒状部18的内周面侧和外周面侧对筒状部18的与密封槽44相向的部位施加大致均等的压力，因此，能够避免筒状部18侵入密封槽44内，从而能够长期良好地维持密封间隙。

在上述的实施方式所涉及的高压储罐10、70中，将筒状部18的外周面和大内径部40的内周面连接的连接部50，通过使筒状部18的外螺纹18b和大内径部40的内螺纹46螺纹连接而形成。但是对此没有特别的限定，例如，也可以通过将筒状部18的外周面和大内径部40的内周面通过粘结剂进行粘结而形成连接部。在这种情况下，如上所述，也能够抑制氢分子渗入构成筒状部18的连接部的部位，因此，能够良好地维持由连接部进行连接的连接状态。

在上述的实施方式所涉及的高压储罐10中，通过第1流体导入路径A、第2流体导入路径B和第3流体导入路径C形成流体导入路径，在上述的实施方式所涉及的高压储罐70中，通过第1流体导入路径A和第4流体导入路径D形成流体导入路径，但不特别地局限于此。流体导入路径例如也可以通过由第1流体导入路径A～第4流体导入路径D中任意两个以上的组合而形成，也可以仅由第1流体导入路径A～第4流体导入路径D中的任意一个形成，还可以由第1流体导入路径A～第4流体导入路径D全体构成。

即，嘴部件30也可以不设置嘴部件槽47。另外，套环52也可以仅设置径向槽60和通孔62的任意一方，而不设置双方。另外，套环52也可以与套环72同样而设置轴向槽74。并且，嘴部件槽47、径向槽60、通孔62、轴向槽74均不限定于上述的个数、配置、形状等。