本发明涉及一种高压容器以及一种制造高压容器的方法。
背景技术：
高压氢罐被公开在第2002-188794号日本专利申请公开(jp2002-188794a)中。高压氢罐包含以筒的形状形成的内衬以及缠绕在内衬上并由纤维加强树脂形成的加强层。通过此布置，内衬的刚性被增大，从而使得高压氢可存放在罐内。
技术实现要素：
然而，因为jp2002-188794a中所公开的高压氢罐是筒状的大罐，所以高压氢罐在车辆上的安装可导致车辆中的车厢空间或行李空间的减小。也就是说，车辆空间可能未被有效利用。为了解决此问题，可考虑提供多个小直径罐，其中所述小直径罐足够小而安装在车辆中可用的空间中。然而，多个罐的提供可导致部件数量的增多并导致繁杂构造。因此，还有一些改进空间，以便提供简单的构造同时有效地利用车辆中的空间。
本发明提供一种高压容器和一种制造高压容器的方法，它们可提供简单的构造，同时有效地利用车辆空间。
根据本发明的第一方面的高压容器包含：多个本体部，所述多个本体部并排布置，本体部中的每一个具有圆筒状并在本体部的轴向相反端部中的至少一个处具有开口；盖，所述盖被构造成将本体部的开口作为一个整体来封闭；以及连通通路，所述连通通路设置在盖的内部并被构造成将本体部的内部彼此连通。
根据本发明的上述方面，本体部并排布置，并且本体部中的每一个以圆筒状形成，并且在其轴向相反端部中的至少一个处开口。因此，通过提供具有适用于车辆中可用的空间的直径的多个本体部，可以确保所需量的流体存放在本体部中，同时将对车辆中的车厢空间和行李空间的影响减到最小。
此处，本体部的开口作为一个整体由盖封闭。并且，将本体部的内部彼此连通的连通通路设置在盖中。也就是说，盖使得可以封闭本体部的所有开口，同时允许本体部的内部彼此连通；因此，不需要提供个别地封闭本体部的开口的构件。因此，如上所述的高压容器具有如下优良效果：容器被简单地构造，同时有效地利用车辆空间。
在如上所述的高压容器中，本体部中的每一个可被具有与本体部的周向方向相对应的纤维方向的第一纤维加强树脂构件覆盖，并且第一纤维加强树脂构件和盖可作为一个整体沿本体部的轴向方向被具有与本体部的轴向方向相对应的纤维方向的第二纤维加强树脂构件覆盖。
利用上述布置，本体部在周向方向上的刚性和耐压性由第一纤维加强树脂构件改进，并且轴向方向上的刚性和耐压性由第二纤维加强树脂构件改进。此外，第二纤维加强树脂构件在本体部的轴向方向上将本体部中的每一个本体部和盖作为一个整体来覆盖；因此，即使由于本体部内所存放的流体的压力，负荷在轴向上向外施加到盖时，本体部的开口也可由于第二纤维加强树脂构件而被盖保持封闭。因此，如上所述的高压容器具有如下优良效果：可改进高压容器的耐压性。
在这方面，“作为一个整体”表示本体部中的每一个本体部和盖相对于彼此而定位的状况。
在如上所述的高压容器中，盖可大体上呈在本体部的轴向方向上向外圆化的半圆柱的形状，并且第二纤维加强树脂构件可沿盖的外周表面的圆弧而对盖进行覆盖。
利用上述布置，当由于本体部内所存放的流体的压力，负荷在轴向上向外施加到盖时，负荷传递到对盖进行覆盖的第二纤维加强树脂构件，但传递到第二纤维加强树脂构件的负荷可被分散或分布，这是因为第二纤维加强树脂构件沿着盖的圆弧状外周表面而对盖进行覆盖。因此，如上所述的高压容器具有如下优良效果：可改进高压容器的耐压性。
在如上所述的高压容器中，盖可设有阀构件，阀构件控制在连通通路中流动的流体的量。
因为盖设有控制在连通通路中流动的流体的量的阀构件，所以不需要为相应本体部设置阀构件。因此，与两个或更多个罐简单地彼此连接的布置相比，部件的数量可减少。因此，如上所述的高压容器具有如下优良效果：高压容器可被简单地构造，同时有效地利用车辆空间。
本发明的第二方面提供一种制造高压容器的方法，该高压容器包含：多个本体部，所述多个本体部并排布置，本体部中的每一个具有圆筒状并在本体部的轴向相反端部中的至少一个处具有开口；盖，所述盖被构造成将本体部的开口作为一个整体封闭；以及连通通路，所述连通通路设置在盖的内部并被构造成将本体部的内部彼此连通。该方法包含：第一步骤：沿着本体部的周向方向在本体部中的每一个上缠绕第一纤维加强树脂构件，第一纤维加强树脂构件具有对应于本体部的周向方向的纤维方向；以及第二步骤：沿着本体部的轴向方向在本体部中的每一个本体部和盖上一体地缠绕第二纤维加强树脂构件，第二纤维加强树脂构件具有对应于本体部的轴向方向的纤维方向。
根据以上方法，本体部在周向方向上的刚性和耐压性由第一纤维加强树脂构件改进，并且本体部在轴向方向上的刚性和耐压性由第二纤维加强树脂构件改进。此外，第二纤维加强树脂构件缠绕在作为一个整体的本体部中的每一个本体部和盖上；因此，即使由于本体部内所存放的流体的压力，负荷在轴向上向外施加到盖时，本体部的开口也可由于第二纤维加强树脂构件而被盖保持封闭。因此，如上所述的制造方法具有如下优良效果：可改进高压容器的耐压性。
在如上所述的方法中，盖可大体上形成为在本体部的轴向方向上向外圆化的半圆柱的形状，并且第二纤维加强树脂构件可沿着盖的外周表面的圆弧而缠绕。
根据以上方法，当由于本体部内所存放的流体的压力，负荷在轴向上向外施加到盖时，负荷传递到对盖进行覆盖的第二纤维加强树脂构件，但传递到第二纤维加强树脂构件的负荷可被分散或分布，这是因为第二纤维加强树脂构件沿着盖的圆弧状外周表面对盖进行覆盖。因此，如上所述的制造方法具有如下优良效果：可进一步改进高压容器的耐压性。
附图说明
将在下文参照附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术与工业意义，其中相似附图标记表示相似元件，且其中：
图1a是如从车辆上方所观察的示出作为根据一个实施例的高压容器的罐模块的平面图；
图1b是如从车辆的一侧所观察的示出图1a的罐模块的侧视图；
图1c是如从车辆的后方所观察的示出图1a的罐模块的后视图；
图2是沿着图1a中的线ii-ii截取的示出一种状况的放大截面视图；并且
图3是沿着图1b中的线iii-iii截取的示出一种状况的放大截面视图。
具体实施方式
参照图1a到图3，将描述根据本发明的一个实施例的高压容器。在图中，箭头fr表示在车辆纵向方向上的前侧，并且箭头out表示在车辆宽度方向上的外侧，而up表示在车辆竖直方向上的上侧。
如图1a、图1b和图1c所示，罐模块12是通过将多个罐体10组装在一起来提供的。更具体来说，罐模块12由第一罐体14、第二罐体16和第三罐体18组成。作为一个示例，罐模块12位于燃料电池车辆的地板(未示出)的车辆下侧上。
第一罐体14中的每一个第一罐体均形成为圆筒状，其具有对应于车辆纵向方向或前后方向的轴向方向(纵向方向)。如图2所示，第一罐体14包含本体部20、第一纤维加强树脂构件22和第二纤维加强树脂构件24。本体部20形成为圆筒状，并且在其轴向相反端部处开口。作为一个示例，本体部20由铝合金形成。本体部20的直径被确定成使得本体部20可容纳在地板的车辆下侧上可用的空间中。
第一纤维加强树脂构件22通过在本体部20的外周表面36上缠绕片状cfrp(碳纤维加强树脂)而形成。在第一纤维加强树脂构件22的内部中，碳纤维(未示出)布置在本体部20的周向方向上。换句话说，第一纤维加强树脂构件22的纤维方向是本体部20的周向方向。
如图1a和图1c所示，第一纤维加强树脂构件22缠绕在上面的第一罐体14的多个(在此实施例中，九个)本体部20在车辆宽度方向上并排布置。并且，各自具有基本上与第一罐体14相同的构造的第二罐体16的一对左侧本体部和右侧本体部42放置在因此布置的第一罐体14的在车辆宽度方向上的外侧上。
如同第一罐体14的本体部20，第二罐体16的本体部42形成为圆筒状，并且在其轴向相反端部处开口。作为一个示例，本体部42具有与第一罐体14的本体部20大致相同的直径，并且由铝合金形成。在轴向方向上测量的第二罐体16的本体部42的长度被设定成比第一罐体14的本体部20的长度短。如同第一罐体14的本体部20，第一纤维加强树脂构件22(未示出)缠绕在第二罐体16的本体部42的外周表面上。
第一罐体14的本体部20在轴向方向上的一侧(车辆后侧)上的端部以及第二罐体16的本体部42在轴向方向上的一侧(车辆后侧)上的端部在车辆纵向方向上位于大致相同的位置处。盖28插入到本体部20在轴向方向上的一侧(车辆后侧)上的端部以及本体部42在轴向方向上的一侧(车辆后侧)上的端部中。第一罐体14和第二罐体16沿着车辆的地板而放置。
如图2所示，盖28大体上形成半圆柱的形状，其具有对应于车辆宽度方向的轴向方向，并且在本体部20的轴向方向上向外圆化。如图3所示，盖28具有本体部插入部分46和连通通路48。本体部插入部分46位于对应于第一罐体14的相应本体部20和第二罐体16的相应本体部42的位置处，并且每一本体部插入部分46大体上形成为在对应本体部20、42的轴向方向上向内突起的柱的形状。本体部插入部分46的外周表面50与对应本体部20、42的内周表面邻接接触。并且，通过将每一本体部插入部分46的外部边缘部分开槽而形成的密封件接纳部分52设置在本体部插入部分46的远端部分处，并且o形环54被接纳在密封件接纳部分52中。o形环54在本体部20、42的径向方向上弹性变形。本体部20在轴向方向上的一侧(车辆后侧)上的端部以及本体部42在轴向方向上的一侧(车辆后侧)上的端部分别由本体部插入部分46封闭。
连通通路48形成在盖28内，并且包含多个第一连通通路56以及第二连通通路58。第一连通通路56沿着本体部20、42的轴向方向在本体部插入部分46内延伸，并且在轴向方向上朝向内侧开口。第二连通通路58在车辆宽度方向上将第一连通通路56彼此连接。通过此布置，第一罐体14的本体部20的内部和第二罐体16的本体部42的内部彼此连通。
如图1a和图1b所示，盖34插入到第一罐体14的本体部20在轴向方向上的另一侧(车辆前侧)上的端部以及第二罐体16的本体部42在轴向方向上的另一侧(车辆前侧)上的端部中。
盖34具有第一盖构成部分62、一对左侧第二盖构成部分和右侧第二盖构成部分64以及一对左侧盖连接部分和右侧盖连接部分66。第一盖构成部分62大体上形成为半圆柱的形状，其具有对应于车辆宽度方向的轴向方向，并且在本体部20的轴向方向上向外圆化。如在车辆宽度方向上所观察的，第二盖构成部分64被设置成邻近于第一盖构成部分62的相反端部。盖连接部分66连接第一盖构成部分62在车辆宽度方向上的相反端部与第二盖构成部分64在车辆宽度方向上的内端部。第一盖构成部分62、第二盖构成部分64以及盖连接部分66形成为一体结构。
第一盖构成部分62具有基本上与盖28相同的构造，并且封闭第一罐体14的本体部20在轴向方向上的另一侧(车辆前侧)上的相应端部。第二盖构成部分64具有基本上与盖28相同的构造，并且封闭左侧第二罐体和右侧第二罐体16的本体部42在轴向方向上的另一侧(车辆前侧)上的相应端部。第一盖构成部分62内所设置的连通通路(未示出)以及第二盖构成部分64内所设置的连通通路(未示出)在车辆纵向方向上由盖连接部分66内所设置的连通通路(未示出)连接。也就是说，第一罐体14的本体部20的内部和第二罐体16的本体部42的内部彼此连通。
如图2所示，第二纤维加强树脂构件24设置在第一纤维加强树脂构件22和盖28、34的外表面上(也参见图1b)。更具体来说，第二纤维加强树脂构件24是类似于第一纤维加强树脂构件22的片状cfrp(碳纤维加强树脂)，并且第二纤维加强树脂构件24沿着本体部20的轴向方向一体缠绕在第一纤维加强树脂构件22和盖28、34的外表面上。在第二纤维加强树脂构件24的内部中，碳纤维(未示出)布置在本体部20的轴向方向上。换句话说，第二纤维加强树脂构件24的纤维方向是本体部20的轴向方向。第二纤维加强树脂构件24中的纤维量是第一纤维加强树脂构件22中的纤维量的一半。在此实施例中，缠绕在本体部20上的第二纤维加强树脂构件24的区域被塑形以便不遵循本体部20的周向方向(参见图1b和图1c)。然而，本发明不限于此布置，而是第二纤维加强树脂构件24可按圆弧形状形成，从而遵循本体部20的周向方向。
如图1a、图1b和图1c所示，如同第一罐体14，第二罐体16中的每一个第二罐体均设有第二纤维加强树脂构件24。更具体来说，第二纤维加强树脂构件24沿着本体部42的轴向方向一体缠绕在第二罐体16的第一纤维加强树脂构件22和盖28、34的外表面上。
第三罐体18具有基本上与第一罐体14相同的构造。更具体来说，第三罐体18中的每一个第三罐体均具有在对应于车辆宽度方向的轴向方向上延伸并具有与第一罐体14相同的直径的本体部70、在周向方向上缠绕在本体部70的外周表面上的第一纤维加强树脂构件22、设置在本体部70的轴向相反端部处的一对左侧盖和右侧盖76，以及缠绕在第三罐体18的第一纤维加强树脂构件22和盖76的外表面上的第二纤维加强树脂构件24。第三罐体18的轴向长度被设定为大致等于从布置在车辆宽度方向上的第一罐体14在车辆宽度方向上的一个端部到车辆宽度方向上的另一端部的距离。如图1b所示，第三罐体18由第一层级部分92和第二层级部分94构成。在第一层级部分92中，多个(在此实施例中，七个)第三罐体18并排布置在车辆纵向方向上，并且也安装在第一罐体14的车辆后端部分上。第一层级部分92包含提供第一层级部分92的车辆前端部分的第三罐体18a、邻近于第三罐体18a而定位的第三罐体18b、提供第一层级部分92的车辆后端部分的第三罐体18c以及邻近于第三罐体18c而定位的第三罐体18d。第二层级部分94由分别安装在第三罐体18a、18b、18c、18d上的第三罐体18e组成。第三罐体18被放置在形成在车辆的横梁(未示出)附近的可用空间中。
第三罐体18的本体部70在轴向方向上的一侧上的端部以及本体部70在轴向方向上的另一侧上的端部作为一个整体分别由一对左盖和右盖76封闭。盖76中的每一个具有第一盖构成构件78、第二盖构成构件80以及第三盖构成构件82，它们各自大体上按具有对应于车辆纵向方向的轴向方向并在本体部70的轴向方向上向外圆化的半圆柱的形状形成。盖76还具有连接第一盖构成构件78与第二盖构成构件80的第一连接部分84，以及连接第三盖构成构件82与第二盖构成构件80的第二连接部分86。第一盖构成构件78、第二盖构成构件80、第三盖构成构件82、第一连接部分84以及第二连接部分86形成为一体结构。
第一盖构成构件78、第二盖构成构件80以及第三盖构成构件82具有基本上与盖28相同的构造。左盖和右盖76的第一盖构成构件78分别封闭被安装在第三罐体18a和第三罐体18b上的两个第三罐体18e的本体部70的轴向相反端部。并且，左盖和右盖76的第二盖构成构件80分别封闭第一层级部分92中的所有本体部70的轴向相反端部。此外，左盖和右盖76的第三盖构成构件82分别封闭被安装在第三罐体18c和第三罐体18d上的两个第三罐体18e的本体部70的轴向相反端部。第一盖构成构件78内所设置的连通通路(未示出)以及第二盖构成构件80内所设置的连通通路(未示出)在车辆竖直方向上由对应第一连接部分84内所设置的连通通路(未示出)连接。类似地，第三盖构成构件82的连通通路(未示出)以及第二盖构成构件80的连通通路(未示出)在车辆竖直方向上由对应第二连接部分86内所设置的连通通路(未示出)连接。也就是说，第三罐体18的本体部70的内部彼此连通。
盖28中的连通通路48设有作为阀构件的阀49(参见图3)。阀49使得可以控制在连通通路48中流动的流体的量。类似地，阀49也设置在盖34、76中的连通通路中。接着，盖28、34、76分别连接到未图示的一个或多个燃料电池堆叠体、一根或多根供应管道等等。
接下来，将描述制造高压容器的方法。如图2所示，如上所述，在第一罐体14的本体部20的外周表面上，在本体部20的周向方向上缠绕第一纤维加强树脂构件22。类似地，在第二罐体16的本体部42以及第三罐体18的本体部70上，也在本体部42、70的相应周向方向上缠绕第一纤维加强树脂构件22。此步骤对应于本发明的“第一步骤”。
如图1c所示，在车辆宽度方向上并排布置第一纤维加强树脂构件22在第一步骤中缠绕在上面的本体部20、42，并且将盖28、34分别插入到本体部20、42的轴向相反端部中。接着，沿着本体部42的轴向方向，在第一纤维加强树脂构件22缠绕在上面的本体部20、42和盖28、34上一体缠绕第二纤维加强树脂构件24。类似地，如图1b所示，在车辆纵向方向上并排布置第一纤维加强树脂构件22在第一步骤中缠绕在上面的本体部70，并且将盖76分别插入到本体部70的轴向相反端部中。接着，沿着本体部70的轴向方向，在第一纤维加强树脂构件22缠绕在上面的本体部70和盖76上一体缠绕第二纤维加强树脂构件24。此步骤对应于本发明的“第二”步骤。在第二步骤中，单个第二纤维加强树脂构件24可一个接一个地缠绕在每一组本体部20、42、70和盖28、34、76上，或者多个第二纤维加强树脂构件24可同时缠绕在本体部20、42和盖28、34上(或本体部70和盖76上)。接着，将第二纤维加强树脂构件24缠绕在上面的第三罐体18放置在并且固定到第二纤维加强树脂构件24缠绕在上面的第一罐体14和第二罐体16上，以使得罐模块12被制造。
接下来，将描述此实施例的操作和效果。
在此实施例中，本体部20、42、70中的每一个本体部均以圆筒状形成，并且在其轴向相反端部处开口，如图1a到图1c所示。因此以多个提供的本体部20、42并排布置。类似地，以多个提供的本体部70并排布置。因此，通过提供各自具有适用于车辆中可用的空间的直径的本体部20、42、70，可以确保所需量的流体存放在本体部20、42、70中，同时将对车辆中的车厢空间和行李空间的影响减到最小。
这里，本体部20、42、70的开口整体由盖28、34、76封闭。并且，将本体部20、42、70的内部彼此连通的连通通路48等设置在盖28、34、76中。因为本体部20、42、70的所有开口可由盖28、34、76封闭，所以不需要用于个别地封闭本体部20、42、70的开口的构件。并且，因为盖28、34、76的连通通路48等设有可控制在连通通路48等中流动的流体的量的阀49，所以不需要在本体部20、42、70中的每一个中设置阀49。因此，与其中多个罐简单地连接的布置相比，部件的数量可减少。因此，可以提供简单的布置，同时有效地利用车辆空间。
本体部20、42、70中的每一个本体部均用其中纤维方向是本体部20、42、70的周向方向的第一纤维加强树脂构件22覆盖，并且本体部20、42、70中的每一个以及对应盖28、34、76作为一个整体沿着本体部20、42、70的轴向方向被其中纤维方向是本体部20、42、70的轴向方向的第二纤维加强树脂构件24覆盖。因此，本体部20、42、70在周向方向上的刚性和耐压性由第一纤维加强树脂构件22改进，并且本体部20、42、70在轴向方向上的刚性和耐压性由第二纤维加强树脂构件24改进。此外，第二纤维加强树脂构件24沿着本体部的轴向方向将本体部20、42、70中的每一个以及盖28、34、76中的对应一个作为一个整体来覆盖；因此，即使由于本体部20、42、70内所存放的流体的压力，负荷在轴向上向外施加到盖28、34、76时，本体部20、42、70的开口也可由于第二纤维加强树脂构件24而被盖28、34、76保持封闭。因此，可改进罐体10的耐压性。
此外，盖28、34、76中的每一个盖均大体上形成为在对应本体部20、42、70的轴向方向上向外圆化的半圆柱的形状，并且第二纤维加强树脂构件24沿着盖28、34、76的外周表面的圆弧而对盖28、34、76进行覆盖。就这来说，当由于本体部20、42、70内所存放的流体的压力，负荷在轴向上向外施加到盖28、34、76时，负荷传递到对盖28、34、76进行覆盖的第二纤维加强树脂构件24；然而，因为第二纤维加强树脂构件24沿着盖28、34、76的圆弧状外周表面而对盖28、34、76进行覆盖，所以传递到第二纤维加强树脂构件24的负荷可被分布或分散。以此方式，可进一步改进罐体10的耐压性。
此外，在第一步骤中，在形成为圆筒状并在其至少一个端部处开口的本体部20、42、70中的每一个上，沿着本体部20、42、70的周向方向，缠绕其中纤维方向是本体部20、42、70的周向方向的第一纤维加强树脂构件22。并且，在第二步骤中，在本体部20、42、70中的每一个以及对应盖28、34、76上，沿着本体部20、42、70的轴向方向一体地缠绕其中纤维方向是本体部20、42、70的轴向方向的第二纤维加强树脂构件24。通过此布置，本体部20、42、70在周向方向上的刚性和耐压性由第一纤维加强树脂构件22改进，并且轴向方向上的刚性和耐压性由第二纤维加强树脂构件24改进。此外，第二纤维加强树脂构件24一体缠绕在本体部20、42、70中的每一个以及对应盖28、34、76上；因此，即使由于本体部20、42、70内所存放的流体的压力，负荷在轴向上向外施加到盖28、34、76时，本体部20、42、70的开口也可由于第二纤维加强树脂构件24而被盖28、34、76保持封闭。以此方式，可改进罐体10的耐压性。
虽然在所说明的实施例中盖28、34、76中的每一个大体上形成为半圆柱的形状，但盖28、34、76的形状不限于此，而盖28、34、76可形成为其它形状(例如，正方形柱)。
虽然本体部20、42、70由铝合金形成，但本体部20、42、70的材料不限于此，而本体部20、42、70可由抑制其中所存放的氢的渗透的材料(例如，尼龙树脂)形成。虽然氢存放在罐体10中，但可存放其它气体或液体，例如lpg(液化石油气)。
虽然在所说明的实施例中本体部20、42、70中的每一个在其轴向相反端部处开口，但本体部20、42、70中的每一个可形成为具有底部的圆筒状，并且可仅在其一个轴向端部处开口，以使得仅该轴向端部由对应盖28、34、76封闭。
虽然第一罐体14的内部和第二罐体16的内部经由盖28、34的连通通路48等彼此并联连通，但罐体的布置不限于此，而是罐体的内部可彼此串联连通(如在车辆的平面中所观察，经由单个蜿蜒通道，包含第一罐体14和第二罐体16的内部以及盖28、34的连通通路48等)。此布置可也适用于第三罐体18。
虽然上文已描述本发明的实施例，但本发明不限于上述实施例，而是可通过除如上所述的修改之外的各种修改来实施，而不偏离本发明的原理。