CN101300447B - 箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种箱。箱的开口部分突出到箱的内部。在向内突出部分(14)中，装配件(20)围绕基本为圆柱状的阀(32)突出到箱的内侧。另外，内周壁(18)突出到箱的内部从而围绕装配件(20)。此外，设置有围绕内周壁(18)的金属环(44)，并且从内周壁(18)在突出方向上的端部连接金属螺母(42)。金属环(44)和金属螺母(42)起用于支持内周壁(18)的支持部件的作用，并显著提高了内周壁(18)与装配件(20)之间的密封性。

Description

箱
技术领域
本发明涉及一种箱，更具体而言，涉及一种箱的密封结构。
背景技术
箱，例如用于储存车辆中使用的燃料气体(以气体状态储存的燃料)等的箱是常规使用的。通常，这样的箱具有形成于其周壁的一部分上的开口，在所述开口中插入一阀以确保燃料气体等保持为被密封在箱的内部。已经提出了与箱的密封结构相关的各种技术，尤其是用于密封开口部分的结构。
例如，在日本专利公报JP 2003-247696(专利文献1)中提出了一种箱的开口部分朝向箱的内部区域突出的结构。由于开口部分突出到箱的内部区域中，所以期望填充于箱中的燃料气体等的压力产生紧固开口部分的作用。另一方面，还已知箱的开口部分朝向箱的外侧突出的结构。
发明内容
使箱的开口部分突出到箱的内部区域中以提供具有较好的密封性能的箱。在传统技术的背景下，本申请的发明人对结构进行了严谨的研究和开发以进一步改进密封性能，实现简易的制造，或提供其它的优点。
在上述背景下设想出的本发明提供了一种与箱的密封结构相关的改进的技术。
为了实现该改进的技术，根据本发明的优选实施例的箱设置有形成于周壁上的开口，并且包括形成所述周壁的周壁部件和支持所述周壁部件的支持部件。在所述箱中，所述周壁部件具有在开口部分内突出到所述箱的内部区域中从而围绕所述开口的向内突出部分，所述支持部件从所述开口在径向方向上的外侧支持所述周壁部件的向内突出部分。
在上述结构中，例如，支持部件可以防止周壁部件的向内突出部分沿开口的径向方向向外延伸。在这种情况下，需要支持部件是硬度大于周壁部件的部件。结果，例如，能够防止向内突出部分沿开口的径向方向向外扩张。
另一方面，例如，在假定周壁部件的向内突出部分由树脂衬套构成以及使向内突出部分经由O形环(O形圈)或其它部件与由例如由金属制成的装配件相接触的情况下，可设想由于金属的热膨胀系数与树脂不同，所以随着温度变化会在由树脂制成的向内突出部分与由金属制成的装配件之间产生间隙，这可能对密封性能产生不利的影响。
与上述假定的结构不同，因为在本申请的结构中例如通过由金属制成的支持部件来支持由树脂制成的向内突出部分，所以能够防止由温度变化导致的在向内突出部分与装配件之间产生间隙。此外，在由支持部件从外侧支持开口部分的情况下，可以抑制箱的开口部分中开口面积的增大(即，直径的扩大)。
这里，支持部件不是必须由金属制成，也可以由例如硬树脂制成。优选地，支持部件由比周壁部件的向内突出部分(例如，树脂衬套)硬的材料制成，换句话说，由在外力的作用下变形小的材料制成。
在一个构型中，所述支持部件包括用于从所述周壁部件的向内突出部分在突出方向上的端部紧固所述向内突出部分的螺母。在另一构型中，所述支持部件包括从所述开口在径向方向上的外侧围绕所述周壁部件的向内突出部分的环。
在又一构型中，所述支持部件是硬度大于所述周壁部件的部件。在另一构型中，所述周壁部件的向内突出部分由树脂制成，并且包含在所述支持部件中的所述螺母或所述环中的至少一者由金属制成。
在另一构型中，还设置有用于从所述开口在径向方向上的内侧支持所述周壁部件的向内突出部分的装配件，并且所述周壁部件的向内突出部分保持在所述支持部件中的环与所述装配件之间。在另一构型中，在所述周壁部件的向内突出部分与所述装配件之间设置有密封材料。
在另一构型中，所述支持部件中的环具有锥形形状，其中所述环的直径沿所述向内突出部分的突出方向朝向所述箱的内部区域减小。
此外，为了实现改进技术的设置，根据本发明的一个构型的箱具有形成于周壁上的开口，并且包括形成所述周壁的周壁部件和支持所述周壁部件的支持部件。在所述箱中，所述周壁部件具有在开口部分内突出到所述箱的内部区域中从而围绕所述开口的向内突出部分，并且所述支持部件从所述开口在径向方向上的外侧支持所述周壁部件的向内突出部分。此外，所述箱还包括用于从所述开口在径向方向上的内侧支持所述周壁部件的向内突出部分的装配件，并且在所述支持部件与所述装配件相接触处建立了接触区域(接触范围)。另外，所述支持部件和所述装配件在所述接触区域上彼此保持紧密接触，以防止所述支持部件朝向所述箱的内部区域移动。
在上述结构中，例如，当由于在形成箱的过程中应用的热处理或其它工艺而使周壁部件延伸从而施加试图移动支持部件的力时，由于支持部件和装配件彼此保持紧密接触，所以可防止支持部件朝向箱的内部区域移动。结果，例如，可以防止在周壁部件与装配件等相接触处的表面上产生间隙。
在另一构型中，所述支持部件具有沿围绕所述开口的圆周形成为朝向所述开口在径向方向上的内部区域突出的突出表面，并且所述装配件具有与所述支持部件的突出表面相对应的侧面部分，所述侧面部分的外径尺寸大于所述支持部件的突出表面的内径尺寸。此外，所述装配件被插入到所述支持部件中以使所述支持部件的突出表面与所述装配件的侧面部分相接触，由此使得所述突出表面和所述侧面部分起所述接触区域的作用，在所述接触区域中所述装配件的侧面部分由所述支持部件的突出表面紧固以使所述支持部件和所述装配件彼此保持紧密接触。
在一个构型中，所述装配件由线性膨胀系数比所述支持部件大的材料形成。相应地，通过加热而使所述装配件产生比所述支持部件大的膨胀，以使所述支持部件与所述装配件在所述接触区域上紧密接触。
根据本发明，提供了一种具有改进的密封结构的箱。结果，例如，可以防止向内突出部分在开口的径向方向上向外扩张。此外，由于通过由金属制成的支持部件支持由树脂制成的向内突出部分，所以还可防止由于温度变化导致的在向内突出部分与装配件之间产生间隙。
附图说明
图1是示出根据本发明的箱的主要部分的截面图。
图2是示出根据本发明的箱中的向内突出部分的放大的截面图。
图3是示出根据本发明的箱中的另一种向内突出部分的放大的截面图。
具体实施方式
参照附图，下文中将说明本发明的优选实施例。
图1中，示出了根据本发明的箱的优选实施例。图1是示出箱10的主要部分的截面图。
本实施例中的箱10用于储存燃料气体，例如填充于箱10内侧(箱内部)的氢气或天然气，并且配备有容器状的箱主体12。箱主体12的周壁包括位于外侧的外周壁16和位于内侧的内周壁18。例如，外周壁16是碳纤维的长丝缠绕体。例如，内周壁18是由尼龙树脂等形成的树脂衬套。或者，内周壁18可以由铝形成。
箱主体12具有由金属制成的基本为筒形形状的装配件20。例如，装配件20可以由不锈钢或铝制成。然而，应当指出，装配件20不限于金属装配件，也可以由硬树脂制成。在装配件20的外端上，以横截面基本为矩形的圆环状(圈状)形成突出的凸缘部分22。此外，装配件20具有形成于箱内部区域上的突出的外周部分24，该外周部分24是以截面基本为三角形的圆环状形成的。此外，装配件20从外周部分24突出到箱内部中。
装配件20嵌入外周壁16与内周壁18之间，使得装配件20中从凸缘部分22到外周部分24的区域起周壁的一部分的作用。外周壁16保持在装配件的凸缘部分22与外周部分24之间，而装配件20的外周部分24保持在外周壁16与内周壁18之间。此外，装配件20沿内周壁18突出到箱内部中。
装配件20在内部具有以基本为圆柱的形状形成的开口，该开口起箱主体12的开口的作用。装配件20的开口上连接有基本为圆柱状的阀32。在阀32的中央部分上沿轴向方向形成有外螺纹，在阀32的外螺纹连接到(螺纹连接到)在装配件20的开口内形成的内螺纹上时，装配件20的开口被阀32封闭。
阀32的外侧部分34形成为直径大于阀32的其它部分的直径扩大部，并且阀32的该直径扩大部与装配件20的凸缘部分22相接触。此外，在装配件20的凸缘部分22与阀32的直径扩大部相接触处插入有O形环60。O形环60可以是，例如弹性较好的橡胶部件，并且设置成围绕基本为筒形的阀32的侧面。另外，装配件20的凸缘部分22经由O形环60与阀32的直径扩大部相接触，从而确保密封性能。此外，还可以在装配件20的外周部分24与内周壁18相接触处的表面上设置O形环62，以附加地确保装配件20的外周部分24与内周壁18之间的密封性能。
在根据本实施例的箱10中，开口部分突出到箱的内部区域中。在开口部分的向内突出部分14中，装配件20突出到箱内部从而围绕基本为筒形的阀32。此外，内周壁18也突出到箱内部从而围绕装配件20。此外，还设置有包围内周壁18的金属环44，并且从内周壁18在突出方向上的端部连接有金属螺母42。金属环44或金属螺母42起用于支持内周壁(树脂衬套)18的支持部件的作用。此外，在向内突出部分14中，在阀32与装配件20之间的连接表面上以及在装配件20与内周壁18之间的接触表面上设置有O形环(图1中示出为截面基本为矩形的黑色区域)。
图2是示出向内突出部分14的放大的截面图。在向内突出部分14中，阀32具有筒形形状，阀32的侧面被装配件20围绕。阀32具有截面为矩形的环形槽，在所述槽中插入有圆环状的O形环64。O形环64是诸如弹性较好的橡胶部件之类的部件，在O形环64弹性变形的状态下由装配件20将所述O形环保持在阀32中，从而密封阀32与装配件20之间的交界面。结果，可以防止容纳在箱内部中的燃料气体等从阀32与装配件20之间的交界面泄漏。
在向内突出部分14中，装配件20也具有筒形形状，其中沿装配件20的中央轴线形成有圆柱形状的开口，阀32插入在所述开口中。另外，装配件20的侧面由内周壁18围绕。此外，装配件20具有截面为矩形的环形槽，在所述槽中插入有两个圆环状的O形环66和68。O形环66和68是诸如弹性较好的橡胶部件之类的部件，在O形环66和68弹性变形的状态下由内周壁18将所述O形环保持在装配件20中，从而密封装配件20与内周壁18之间的交界面。以这种方式，可以抑制或防止箱内部的燃料气体或其它成分从装配件20与内周壁18之间的交界面泄漏。
此外，在向内突出部分14中，金属环44设置成围绕内周壁18。另外，从内周壁18的位于箱内部的端部连接圆环状的金属螺母42。金属环44或金属螺母42起用于支持内周壁(树脂衬套)18的支持部件的作用。更具体地，例如，即使在O形环66和68的弹性力作用成使得内周壁(树脂衬套)18向开口的在径向方向上的外侧延伸的情况下，金属环44和金属螺母42也使得内周壁(树脂衬套)18不经受在径向方向上向外的变形。考虑到所述功能，金属环44和金属螺母42由硬度大于内周壁18的金属(诸如不锈钢或铝)制成。
另一方面，在将诸如氢气之类的气体填充到箱内或从箱内移出的过程中，由于吸热、放热或环境的影响或其它因素，在向内突出部分14处通常会发生显著的温度变化。此外，金属的热膨胀系数与树脂差异很大。因此，在不连接金属环44和金属螺母42的状态下，存在随着温度变化在内周壁(树脂衬套)18与装配件20之间产生间隙的可能。然而，由于本实施例中，由金属环44和金属螺母42从开口在径向方向上的外侧支持内周壁(树脂衬套)18，所以即使在温度变化过程中，也不会在内周壁(树脂衬套)18与装配件20之间产生间隙。
如上所述，本实施例中通过金属环44和金属螺母42显著地提高了密封内周壁18与装配件20之间的交界面的密封性能。应当指出，尽管可将支持部件嵌入到内周壁18中，但在易于制造方面，更优选如2所示的将支持部件从外部设置到内周壁18(设置在内周壁18的径向外侧)的构型。在这样的构型中，由于支持部件可以简单地连接到内周壁18的外侧，所以装配变得简单而且可简化制造过程。此外，除在内周壁18的外侧设置金属环44外，还可以在内周壁18的内部区域中设置备用环(挡圈)。
此外，金属环44可以形成为锥形形状，其中金属环44的直径沿内周壁18的突出方向减小，即，朝向箱的内部区域减小。在这种情况下，期望向内突出部分14中的内周壁18、装配件20、阀32、金属螺母42以及其它部件的形状形成为与金属环44的锥形形状相对应。
下面，将再参照图1来说明根据本实施例的箱10的制造方法。
首先，制造内周壁(树脂衬套)18，在所述内周壁18中金属环44插入向内突出部分14中。这里，在由图1中的虚线表示的接合部分70处，内周壁18被分成包括在图1的垂直方向上的上部和下部的两件。应当指出，在图1中未示出下部的底部。以后再使内周壁18的分离形成的上部和下部彼此连接。
图1中示出的内周壁18的上部经由O形环封闭地连接到装配件20。然后，从内周壁18的位于箱内部的端部插入圆环状的金属螺母42，从而可靠地密封装配件20与内周壁18之间的交界面。
以与用于形成上部的方式类似的方式构成附图中省略的内周壁18的下部，在接合部分70处通过诸如激光之类的加热装置使内周壁18的上部和下部彼此焊接。然后，在焊接成一体的内周壁18的外表面周围长丝缠绕(纤维缠绕)浸透树脂(例如，环氧树脂)的碳纤维，从而覆盖内周壁18，然后使内周壁18干燥以形成具有两层式结构的箱主体12，所述两层式结构包括内周壁18和外周壁16。
此外，穿过O形环将阀32插入到在所形成的箱主体12内的装配件20中。应当指出，可以插入具有阀功能和减压功能二者的减压调节器或调节器阀来代替阀32。此外，箱主体12可连接有由氨基甲酸乙酯制成的用于保护箱主体12的角部的保护垫50。以这种方式，完成了根据本实施例的箱10。
下面，将说明本发明的另一优选实施例(变型例)。
图3是示出在此变型例中的向内突出部分14的放大的截面图。当将图3所示的箱与图1和2所示的箱相比较时，会注意到用于在向内突出部分14中支持内周壁(树脂衬套)18的支持部件方面存在差异。
更具体地，在图1和2所示的构型中金属环44和金属螺母42起支持部件的作用，而在图3所示的变型例中，以与金属环44和金属螺母42的整体形状相匹配的形状形成的插入环(镶嵌垫环)46起支持部件的作用。
除支持部件外，在图3所示的变型例中的部件与图1和2所示的实施例相同。即，在图3的变型例中，在向内突出部分14中阀32具有筒形形状，并且阀32的侧表面被装配件20围绕。阀32具有截面为矩形的环形槽，在所述槽中插入有O形环64。O形环64由诸如弹性很好的橡胶之类的材料制成，在O形环64弹性变形的状态下，通过装配件20将所述O形环64保持在阀32中，从而密封阀32与装配件20之间的交界面。结果，可以防止箱的燃料气体或其它成分从阀32与装配件20之间的交界面泄漏。
此外，在向内突出部分14中，装配件20具有筒形形状，在所述装配件20中沿装配件20的中心轴线以圆柱形状形成有开口，阀32插入所述开口中。这样，装配件20的侧表面被内周壁18围绕。此外，装配件20具有横截面为矩形的环形槽，在所述环形槽中插入有两个O形环66和68。O形环66和68由诸如弹性很好的橡胶之类的材料制成，在O形环66和68弹性变形的状态下由内周壁18将所述O形环保持在装配件20中，从而密封装配件20与内周壁18之间的交界面。以此方式，可以防止箱的燃料气体或其它成分从装配件20与内周壁18之间的交界面泄漏。
另外，在图3所示的变型例中，由金属制成的插入环46设置成在向内突出部分14中围绕内周壁18。插入环46起用于支持内周壁(树脂衬套)18的支持部件的作用。换句话说，例如，当O形环66和68的弹性力作用成使内周壁(树脂衬套)18向开口在径向方向上的外侧延伸时，由金属制成的插入环46使内周壁18不经受在径向方向上向外的变形。
此外，在图3所示的变型例中，在接触表面48处使插入环46与装配件20相接触。接触表面48是插入环46的在沿径向方向突出到内部区域内部的部分中的内周面与具有筒形形状的装配件20的外周面相接触的表面。从而，在图3所示的变型例中，插入环46与装配件20在接触表面48处保持紧密接触。
为了实现紧密接触的能力，装配件20形成为，使得在接触表面48中装配件20的外径尺寸大于插入环46的内径尺寸。因此，在形成插入有插入环46的内周壁18之后，将具有较大外径尺寸的装配件20压配合到插入环46中。另外，当压配合装配件20时，插入环46在接触表面48上在径向方向上向外延伸，从而形成如图3所示的结构关系。以此方式，在接触表面48上产生使插入环46在径向方向上朝向内部区域紧固装配件20的力，并且通过所述力使插入环46与装配件20紧密接触。
这里，上述的利用在接触表面48中装配件20的外径尺寸与插入环46的内径尺寸之间的直径尺寸差产生的紧密接触能力，可以与由将在下文中说明的、装配件20与插入环46之间的线性膨胀差提供的紧密接触的能力相组合地使用。在这种结合利用能力的情况中，由于可以减小在接触表面48中装配件20与插入环46之间的直径尺寸差，所以装配件20可以构造成更容易被插入到插入环46中，从而减小插入所需的压配合负载。
如上所述，在图3所示的变型例中，装配件20与插入环46通过过盈配合相匹配。此外，由于在接触表面48上插入环46与装配件20彼此保持紧密接触，所以防止了插入环46朝向箱的内部区域移动。尽管在此示例中，为了实现上述紧密接触的能力，例如，装配件20和插入环46二者都由铝材料制成，但可选地，装配件20和插入环46二者都可以由不锈钢材料等制成。
根据本发明的箱具有上述的包括内周壁18和外周壁(图1中由附图标记16表示)的两层式结构，所述外周壁通过在内周壁18的外表面上长丝缠绕浸渍有树脂(例如，环氧树脂)的碳纤维从而用碳纤维覆盖内周壁18而形成。在长丝缠绕的碳纤维成形之后，执行加热硬化或其它处理。在加热硬化处理过程中，作为树脂衬套的内周壁18膨胀，在某些情况下，内周壁18的膨胀可能产生试图使插入环46朝向箱的内部区域移动的力。
如果允许插入环46相对于装配件20自由滑动，则由于内周壁18伴随加热硬化处理的膨胀，插入环46可移动到箱的内部区域，而可能在装配件20与内周壁18之间或者在外周壁(图1中由附图标记16表示)与内周壁18之间形成间隙。
与此不同，由于在如图3所示的变型例中在接触表面48上插入环46与装配件20保持紧密接触，所以可防止插入环46朝向箱的内部区域移动。因此，可以消除在装配件20与内周壁18之间或在外周壁与内周壁18之间形成间隙的可能。
此外，可以利用装配件20与插入环46之间的线性膨胀差来实现紧密接触能力。更具体地，装配件20可以由线性膨胀系数比制成插入环46的材料大的材料制成，以使由加热引起的装配件20在径向方向上朝向外侧的膨胀大于插入环46的膨胀，从而在接触表面48上实现插入环46与装配件20之间紧密接触。作为实现线性膨胀差的材料组合的示例，例如，装配件20可以由铝材料制成，而插入环46可以由不锈钢制成。
此外，可以通过在插入环46和装配件20中的一者上形成突起并且在插入环46和装配件20中的另一者上形成对应于所述突起的孔，来防止插入环46朝向箱的内部区域移位；通过将突起配合到孔内可以防止插入环46的移位。
与插入环46和装配件20相关的上述各个紧密接触结构可以单独使用，或与一个或多个其它结构相组合地使用。
此外，可以在插入环46与内周壁18之间的接触表面处在插入环46侧形成孔，来实现将内周壁18插入到所述孔中的结构。例如，可以利用插入环46来形成插入有插入环46的内周壁18，在所述插入环46中在内周侧面上预先形成有沿径向方向延伸的多个孔。通过此构型，可以防止内周壁18相对于插入环46的相对转动，通过使插入环46和装配件20彼此保持紧密接触，还可以防止内周壁18相对于装配件20的相对转动。这里，可以使用能够与装配件20相匹配的插入环46。
以上说明了本发明的优选实施例，根据这些实施例的箱可以被填充例如用作燃料气体的氢，并且可以被安装在配备有燃料电池的车辆中。在此公开的实施例仅作为示例性的例子，并且不应当被看作是对本发明的范围进行限制。

Claims (10)

1.一种箱(10)，包括：
形成箱主体(12)的周壁并包括外周壁(16)和内周壁(18)的周壁部件(16，18)；
形成于所述周壁上的开口；以及
支持所述周壁部件(16，18)的支持部件(42，44，46)，其中
所述周壁部件(16，18)在所述开口的开口部分内具有突出到所述箱(10)的内部区域中从而围绕所述开口的向内突出部分(14)；
一装配件(20)从所述开口的内侧支持所述周壁部件(16，18)的向内突出部分(14)；
一阀(32)连接到所述装配件(20)；
所述支持部件(42，44，46)包括设置成围绕所述内周壁(18)的环(44)；以及
所述支持部件(42，44，46)设置在位于所述箱(10)内部的所述周壁部件(16，18)的内周壁(18)的外侧，以从所述开口在所述开口的径向方向上的外侧支持所述周壁部件(16，18)的向内突出部分(14)。
2.根据权利要求1所述的箱(10)，其中
所述支持部件包括用于从所述周壁部件(16，18)的向内突出部分(14)在突出方向上的端部紧固所述向内突出部分(14)的螺母(42)。
3.根据权利要求1或2所述的箱(10)，其中
所述支持部件(42，44，46)由硬度大于所述周壁部件(16，18)的材料制成。
4.根据权利要求3所述的箱(10)，其中
所述周壁部件(16，18)的向内突出部分(14)由树脂制成，并且
所述环(44，46)由金属制成。
5.根据权利要求4所述的箱(10)，其中
所述周壁部件(16，18)的向内突出部分(14)保持在所述支持部件(42，44，46)中的所述环(44)与所述装配件(20)之间。
6.根据权利要求5所述的箱(10)，其中
在所述周壁部件(16，18)的向内突出部分(14)与所述装配件(20)之间设置有密封材料。
7.根据权利要求6所述的箱(10)，其中
所述支持部件(42，44，46)中的所述环(44，46)具有锥形形状，其中所述环(44，46)的直径沿所述向内突出部分(14)的突出方向朝向所述箱(10)的内部区域减小。
8.根据权利要求1所述的箱(10)，其中
在所述支持部件(42，44，46)与所述装配件(20)相接触处建立了接触区域，并且其中
所述支持部件(42，44，46)和所述装配件(20)在所述接触区域上彼此保持紧密接触，以防止所述支持部件(42，44，46)朝向所述箱(10)的内部区域移动。
9.根据权利要求8所述的箱，其中
所述支持部件(42，44，46)具有沿围绕所述开口的圆周形成为朝向所述开口在径向方向上的内部区域突出的突出表面；
所述装配件(20)具有与所述支持部件(42，44，46)的突出表面相对应的侧面部分，并且所述侧面部分的外径尺寸大于所述支持部件(42，44，46)的突出表面的内径尺寸；以及
所述装配件(20)被插入到所述支持部件(42，44，46)中以使所述支持部件(42，44，46)的突出表面与所述装配件(20)的侧面部分相接触，由此使得所述突出表面和所述侧面部分起所述接触区域的作用，在所述接触区域中所述装配件(20)的侧面部分由所述支持部件(42，44，46)的突出表面紧固以使所述支持部件(42，44，46)和所述装配件(20)彼此保持紧密接触。
10.根据权利要求8所述的箱(10)，其中
所述装配件(20)由线性膨胀系数比所述支持部件(42，44，46)大的材料形成；以及
通过加热而使所述装配件(20)产生比所述支持部件(42，44，46)大的膨胀，以使所述支持部件(42，44，46)与所述装配件(20)在所述接触区域上紧密接触。
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