CN102197255B - 罐 - Google Patents

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Abstract

在高压罐的螺纹结构中，存在因重复使用而使螺纹部的强度变差的课题，因此提供一种能够抑制螺纹部的强度变差的结构的罐。为了实现该目的，本发明涉及的罐的构成包括：接口管(11)，该接口管具有相对于罐轴方向的内侧在外侧的直径较大、且形成有螺纹的接口管螺纹部(42)；和阀(50(50t))，该阀具有只与接口管螺纹部(42)的一部分对应的阀螺纹部(51(51t))。在该罐中，例如通过使用阀螺纹部(51t、51p)的位置不同的试验用阀(50t)和制品用阀(50p)，由此在接口管(11)上安装制品用阀(50p)时，能够使用强度不变差的接口管的螺纹部(42(42p))。

Description

罐
技术领域
本发明涉及罐(タンク)。更详细地说，本发明涉及在填充氢气等的高压罐中的阀紧固结构的改进。 
背景技术
作为用于储藏氢等的高压罐，利用在设置于罐主体的罐开口部的接口管(口金)上安装阀总成(内置有高压阀等的部件)的结构。另外，在接口管上安装阀总成时，多利用阀总成的阴螺纹部分与接口管的阳螺纹部分螺纹接合这样简单的螺纹结构(例如，参照专利文献1)。 
专利文献1：日本特开2007-263290号公报。 
然而，在如上所述的高压罐的螺纹结构中，存在每次重复使用时会使螺纹部的强度变差的问题。 
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种抑制螺纹部的强度变差的结构的罐。 
为了解决该课题，本发明人进行了各种研究。在高压罐中必须对每个壳体(高压罐的主体)进行膨胀量和气密性的评价试验，此时，需要在接口管上安装试验用阀。作为这样的试验用阀，为了能够多次使用，例如对铝制的接口管采用不锈钢制的阀等，采用比接口管更坚硬的材料。然而如果在评价试验结束后取下试验用阀，再安装制品用阀时，有时由于磨损而会从接口管的螺纹部产生卡咬或飞边、垃圾等异物(以下，在本说明书中将它们统称为切屑)，或产生卡咬的问题。在这样的状况下，本发明人对即使在接口管等上使用铝的情况下如何确保耐久性进行了反复研究，直到 获得了与解决该课题相关的新的发现。 
本发明涉及的罐是基于该发现所做出的，包括：接口管，该接口管具有相对于罐轴方向的内侧在外侧的直径较大、且形成有螺纹的接口管螺纹部；和阀，该阀具有只与接口管螺纹部的一部分对应的阀螺纹部。在该罐中，通过使用阀螺纹部的位置不同的试验用阀和制品用阀，由此在接口管上安装制品用阀时，能够使用不使强度变差的接口管的螺纹部。 
该罐中，在接口管的孔中可以形成有台阶。在这种情况下，通过该台阶，能够在安装阀时容易地判断接口管螺纹部的使用区域一直延伸到达哪个位置。 
或者，在该罐中，接口管螺纹部可以是锥状。 
另外，优选地，在上述的罐中，在罐轴方向外侧形成该罐的评价试验用接口管螺纹部，且在罐轴方向内侧形成制品用接口管螺纹部，试验用接口管螺纹部与用于进行该罐的评价试验的试验用阀的阀螺纹部螺纹接合，制品用接口管螺纹部与制品用阀的阀螺纹部螺纹接合。 
另外，优选地，制品用阀的阀螺纹部是与试验用接口管螺纹部也螺纹接合的螺纹部。在这种情况下，优选地，制品用阀的阀螺纹部是与试验用接口管螺纹部的全部区域螺纹接合的螺纹部。制品用阀的阀螺纹部通过与制品用接口管螺纹部和试验用接口管螺纹部的两方进行螺纹接合，由此能够使该制品用阀相对于接口管进一步稳固地紧固。 
在这样的罐中，例如接口管为铝制，阀为不锈钢制。 
根据本发明能够实现抑制了螺纹部的强度变差的结构。 
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式中的燃料电池系统的构成例的图； 
图2是表示本发明涉及的罐(高压罐)的主要部分的剖视图； 
图3是高压罐的一侧的剖视图； 
图4是图3中用虚线包围的部分的放大图； 
图5是表示本发明的一个实施方式的图，是表示试验用阀的试验用阀螺纹部与接口管的试验用接口管螺纹部螺纹接合的状态的图；
图6是表示制品用阀的制品用阀螺纹部与接口管的制品用接口管螺纹部螺纹接合的状态的图； 
图7是表示本发明的另一实施方式的图，是表示制品用阀的制品用阀螺纹部与接口管的制品用接口管螺纹部和试验用接口管螺纹部的两方螺纹接合的状态的图； 
图8是表示本发明的再一实施方式的图，是表示接口管螺纹部和阀总成（组件，アッセンブリ）的螺纹部是锥状的情况的图； 
图9是作为参考表示以往的接口管的结构例的图。 
图中符号说明： 
1：高压罐（罐）；11：接口管；11h：（接口管的）孔；42：接口管螺纹部；42p：制品用接口管螺纹部；42t：试验用接口管螺纹部；50p：制品用阀（阀）；50t：试验用阀（阀）；51p：制品用阀的阀螺纹部；51t：试验用阀的阀螺纹部；52：台阶。 
具体实施方式
下面，基于附图表示的实施方式的一个例子，对本发明的构成进行详细地说明。 
图1～图6表示本发明涉及的罐及其制造方法的实施方式。以下，对将本发明涉及的罐（以下，也称为高压罐）1适用于作为燃料电池系统100中的燃料供给源的高压储氢罐的情况进行说明。 
首先，从本实施方式中的燃料电池系统的概况开始进行说明（参照图1）。该燃料电池系统100构成为包括以下部分的系统：燃料电池2、将作为氧化气体的空气（氧）供给到燃料电池2的氧化气体配管系统30、将作为燃料气体的氢气供给到燃料电池2的燃料气体配管系统40、和统一控制系统整体的控制部70。 
燃料电池2例如由固体高分子电解质型构成，具备将多个单电池层积的层叠结构。燃料电池2的单电池在由离子交换膜构成的电解质一侧的面上具有空气极，在另一个面上具有燃料极，还具有从两侧夹持空气极和燃料极的一对隔板。对一方的隔板的燃料气体流路供给燃料气体，对另一方的隔板的氧化气体流路供给氧化气体，通过该气体供给使燃料电池2产生电力。 
氧化气体配管系统30包括：使供给到燃料电池2的氧化气体流动的供给路17、和使从燃料电池2排出的氧化废气流动的排出路12。在供给路17上设置有：经由过滤器13获取氧化气体的压缩机14、和对由压缩机1加压输送的氧化气体进行加湿的加湿器15。在排出路12中流动的氧化废气，在通过背压调整阀16在加湿器15中用于水分交换后，最终作为废气被排放到系统外的大气中。 
燃料气体配管系统40包括：作为燃料供给源的高压储氢罐(在本说明书中称为高压罐)1、使从高压罐1供给到燃料电池2的氢气流动的供给路22、用于将从燃料电池2排出的废氢气(燃料废气)返回到供给路22的合流点A的循环路23、将循环路23内的废氢气加压输送到供给路22的泵24、以及与循环路23分支连接的排出路25。 
高压罐1例如适合作为燃料电池车的燃料气体供给用罐，特别是虽未图示，但能够用于例如将三个高压罐1搭载于车身的后部等。高压罐1构成燃料电池系统100的一部分，通过燃料气体配管系统40将燃料气体供给到燃料电池2。贮存于高压罐1的燃料气体，例如是氢气、压缩天然气这样的可燃性的高压气体。 
本实施方式的高压罐1构成为，例如能够以35MPa这样的压力贮存氢气。当开启高压罐1的主截止阀26(主止弁)时，氢气流出到供给路22。然后，氢气被喷射器29调整了流量和压力后，进一步在下游被机械式调压阀27及其它减压阀最终减压到例如200kPa左右，并供给到燃料电池2。主截止阀26和喷射器29安装于图1中用虚线的框线表示的阀总成50中，阀总成50与高压罐1连接。 
在供给路22的合流点A的上游侧设置有断流阀28(遮断弁)。氢气的循环系统通过将供给路22的合流点A的下游侧流路、燃料电池2的隔 板中形成的燃料气体流路以及循环路23按顺序连通而构成。排出路25上的清洗阀33(パ一ジ弁)在燃料电池系统100运行时适宜地开阀，从而将废氢气中的杂质与废氢气一起排出到省略了图示的氢气稀释器。通过对清洗阀33的开阀，来降低循环路23内的废氢气中杂质的浓度，并提高循环供给的废氢气中的氢气浓度。 
控制部70构成为在内部具有CPU、ROM、RAM的微型计算机。CPU按照控制程序执行所希望的运算，进行喷射器29的流量控制等各种处理和控制。ROM存储在CPU中处理的控制程序和控制数据。RAM主要作为用于控制处理的各种操作区域来使用。控制部70输入气体系统(30、40)和省略图示的制冷系统中使用的各种压力传感器和温度传感器等的检测信号，并对各构成要素输出控制信号。 
接下来，说明高压罐1的结构。 
图2是表示高压罐1的主要部分的剖视图。高压罐1具有：例如两端是大致半球状的圆筒形状的罐主体10、和安装在该罐主体10的长度方向的一个端部的接口管11。 
罐主体10具有例如双层结构的壁层，具有作为内壁层的内衬20和在其外侧作为外壁层的树脂纤维层(加强层)的例如CFRP层21。 
内衬20形成为与罐主体10大致相同的形状。内衬20例如由聚乙烯树脂、聚丙烯树脂或其他硬质树脂等形成(以下，也称为树脂内衬20)。 
在树脂内衬20的有接口管11的前端侧，形成有向内侧弯曲的折返部30。折返部30以从外侧的CFRP层21分隔开的方式朝向罐主体10的内侧折返。折返部30例如具有越靠近折返的前端直径逐渐减小的缩径部30a、和与该缩径部30a的前端连接且直径不变的圆筒部30b。由该圆筒部30b形成树脂内衬20的开口部。 
接口管11具有大致圆筒形状，被嵌入到树脂内衬20的开口部中。接口管11例如由铝或铝合金构成，例如通过压铸法等制造成规定的形状。接口管11例如通过嵌入成型(镶嵌造型)而安装于树脂内衬20。 
接口管11例如在前端侧(高压罐1的轴方向的外侧)形成凸缘部11a， 例如在该凸缘部11a的后方侧(高压罐1的轴方向的内侧)相对于高压罐1的轴(轴线)形成有环状的凹部11b。凹部11b向轴侧突出弯曲而成为R形状。相同的R形状的CFRP层21的前端部附近与该凹部11b气密性接触。 
例如对与CFRP层21接触的凹部11b的表面实施例如氟类的树脂等固体润滑涂层C。由此降低CFRP层21与凹部11b之间的摩擦系数。 
接口管11的凹部11b的更后方侧，例如形成为与树脂内衬20的折返部30的形状相适合的形状，例如形成与凹部11b连续且直径较大的突出部11c，从该突出部11c向后方形成有直径不变的接口管圆筒部11d。上述树脂内衬20的折返部30的缩径部30a紧贴在突出部11c的表面，圆筒部30b紧贴在接口管圆筒部11d的表面。在圆筒部30b与接口管圆筒部11d之间插装有密封部件40、41。 
阀总成50在外部的气体供给线(供给路22)和高压罐1的内部之间控制燃料气体的进气排气。在阀总成50的外周面与接口管11的内周面之间插装有密封部件60、61。 
CFRP层21例如通过FW成型(细丝缠绕成型，フィラメントヮィンディング成形)，将浸渍有树脂的加强纤维卷绕在树脂内衬20的外周面和接口管11的凹部11b，并通过使该树脂固化而形成。CFRP层21的树脂例如使用环氧树脂、改性环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。另外，作为加强纤维能够使用碳纤维、金属纤维等。 
接下来，对本实施方式的高压罐1中的接口管11和阀总成50的紧固结构进行说明(参照图3、图4等)。另外，在图4、图5等中为了简单地表示接口管11，而与图2中的接口管11的外形和细节不同，但不妨碍本发明的适用。 
该紧固结构中的接口管11具有接口管螺纹部42，该接口管螺纹部42形成为相比罐轴方向的内侧在外侧的内径增大。例如在本实施方式的情况下，在该接口管螺纹部42上为所谓的两阶结构，即：在罐轴方向外侧形成试验用接口管螺纹部42t，在罐轴方向内侧形成制品用接口管螺纹部42p。 在试验用接口管螺纹部42t上螺纹接合用于进行该高压罐1的评价试验的试验用阀50t的阀螺纹部51(51t)。另外，制品用阀50p的阀螺纹部51(51p)至少螺纹接合在制品用接口管螺纹部42p上(参照图5、图6)。另外，在图4等中将试验用接口管螺纹部42t、制品用接口管螺纹部42p分别用点划线的框包围表示(参照图4等)。 
另外，在该高压罐1的接口管11的孔11h中形成有由上述接口管螺纹部42p、42t的内径差产生的台阶52(参照图4等)。这样的台阶52的优点在于，在安装阀时能够容易地确认并把握接口管螺纹部42中的试验用接口管螺纹部42t和制品用接口管螺纹部42p的各个区域(作为螺纹部的使用区域)一直到达哪个位置。 
另外，在本实施方式中，作为安装于接口管11的阀总成50，使用试验用阀50t和制品用阀50p这样的阀螺纹部的位置相互不同的两种阀。试验用阀50t是形成有只与接口管11的试验用接口管螺纹部42t螺纹接合的试验用阀螺纹部51(51t)的阀(参照图5)，因此安装于各个壳体(高压罐1)将罐主体10密封，形成为用于进行膨胀量和气密性的评价试验的状况。 
另一方面，制品用阀50p是形成有至少与接口管11的制品用接口管螺纹部42p螺纹接合的制品用阀螺纹部51(51p)的阀(参照图6)。本实施方式的制品用阀螺纹部51p为了要与制品用接口管螺纹部42p螺纹接合，而形成为直径小于试验用阀50t的试验用阀螺纹部51t的小直径(参照图5、图6)。 
另外，试验用阀50t和制品用阀50p的材质虽未特殊限定，然而在本实施方式中，相对于铝制的接口管1，为比该铝坚硬的不锈钢制。 
在此，反观以往的高压罐，存在在评价试验中也只利用制品用的螺纹部这样的问题(参照图9)。因此，难以避免由于磨损而从接口管产生切屑的情况，因此不可缺少地要用高压对罐内进行长时间清洗。另外，一旦使阀螺纹部与接口管螺纹部螺纹接合并紧固，然后取下并在此处安装制品用阀时，会产生卡咬(かじり)因此有可能产生某种缺陷。 
此外，在高压罐是作为例如上述实施方式中的燃料电池系统10的燃料供给源的氢气罐的情况下，还存在从氢脆化的观点出发能够使用的材料受到限制这样的背景。即，例如如果在填充氢气的高压罐1的情况下，从避免由氢气引起脆化的观点出发，现状为接口管11能够使用的金属材料被限定于不锈钢(SUS)、钛(Ti)、铝(Al)这样的材料。以往，接口管11和阀总成50均大多为不锈钢制，然而从使往往重量较大的高压罐1轻型化的观点出发，可以在能够使用的金属中采用最轻型的铝作为接口管材料。然而，虽然能够轻型化但却存在以下问题：在紧固阀总成时，会损伤两者的接触面(例如螺纹接合的螺纹部等)，因而有时无法进行再利用。另一方面，关于评价试验用的阀，为了能够多次使用，因此使用比接口管11更坚硬的不锈钢材料。因此，为了使使用了不锈钢制的试验用阀时的接口管11的切屑不留在高压罐1内，就必须用高压进行长时间清洗。即，根据现有技术的内容可知，若产生切屑，用高压对罐内进行长时间清洗是不可避免的。 
与此相对，根据本实施方式的高压罐1，通过如上所述的紧固结构的接口管11和阀总成50(试验用阀50t、制品用阀50p)能够获得以下的作用效果。即，在对每个壳体(高压罐1)进行膨胀量和/或气密性的评价试验时，成为在接口管11上安装试验用阀50t的状态(参照图5)。此时，试验用阀50t的试验用阀螺纹部51t只与接口管11的试验用接口管螺纹部42t螺纹接合。因此，接口管11的制品用接口管螺纹部42p，在评价试验时不使用，因此不会产生强度变差的情况。 
在评价试验后，从接口管11上取下试验用阀50t，取而代之安装制品用阀50p(参照图6)。如上所述，该制品用阀50p的制品用阀螺纹部51p是直径小于试验用阀50的试验用阀螺纹部51t的小直径，且形成为与制品用接口管螺纹部42p进行螺纹接合。因此，在将该制品用阀50p安装于接口管11时，由于能够使用未产生磨损或强度变差的、新的且未使用的制品用接口管螺纹部42p，因此在螺纹接合时，能够避免产生切屑或产生由卡咬引起的缺陷。 
总之，在本实施方式的高压罐1中，通过使评价试验用和制品用的螺纹部成为不同的两阶结构，由此能够抑制安装了制品用阀50p时因磨损而产生切屑，进而无需用高压进行长时间的清洗。另外，由此也能够确保由轻型的铝材料构成的接口管11的耐久性。 
而且，评价试验时所使用的试验用接口管螺纹部42t，相比该制品用接口管螺纹部42p位于罐轴方向外侧，即靠近接口管11的孔11h的开口端(参照图5等)。此外，在制品用接口管螺纹部42p与试验用接口管螺纹部42t之间形成有台阶52。因此，在结构上具有以下优点：在接口管11上安装或取下试验用阀50时，假设即使产生了切屑，该切屑也难以进入到高压罐1内。 
另外，上述的实施方式是本发明的优选实施的一个例子，然而不限定于此，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变形来实施。例如在上述的各实施方式中，虽然制品用阀50p的制品用阀螺纹部51p形成为只与接口管11的制品用接口管螺纹部42p进行螺纹接合(参照图6)，然而该制品用阀螺纹部51p还优选形成为也与接口管11的试验用接口管螺纹部42t进行螺纹接合。通过制品用阀50p的制品用阀螺纹部51p与制品用接口管螺纹部42p和试验用接口管螺纹部42t两方进行螺纹接合，因此相对于接口管11该制品用阀50p能够进一步稳定地紧固。例如在图7表示的形态中，制品用阀50p的制品用阀螺纹部51p成为两阶结构，从而使得该制品用阀螺纹部51p的小径部与制品用接口管螺纹部42p螺纹接合，并且大径部与试验用接口管螺纹部42t螺纹接合(参照图7)。另外，在这种情况下，优选地，制品用阀50p的制品用阀螺纹部51p是也与试验用接口管螺纹部42的全部区域螺纹接合的螺纹部。 
此外，在上述的实施方式中，例示说明了在罐轴方向外侧形成试验用接口管螺纹部42t，在罐轴方向内侧形成制品用接口管螺纹部42p这样所谓的两阶结构的台阶状的接口管螺纹部42(参照图4等)，然而这只不过是本发明的优选的一个例子。除此以外，在接口管螺纹部42(以及阀总成的螺纹部)不是台阶状而是例如锥状的情况下也能够适用本发明(参照图 8)。在这种情况下，例如，能够在大径的部分(罐轴方向外侧的部分)形成试验用接口管螺纹部42t和试验用阀螺纹部51t，在细径的部分(罐轴方向内侧的部分)形成制品用接口管螺纹部42p和制品用阀螺纹部51p。这样通过将试验用和制品用所使用的螺纹部分开，由此在接口管11上安装制品用阀50p时，能够使制品用阀螺纹部51p与未使用状态的制品用接口管螺纹部42p螺纹接合。另外，在此表示的是另一个例子，但总之只要是以相对于罐轴方向的内侧(靠近中心)在外侧的直径较大的方式形成接口管螺纹部42，形成与该接口管螺纹部42的一部分(如果是在本实施方式的情况下，为试验用接口管螺纹部42t或者制品用接口管螺纹部42p)对应的阀螺纹部(如果是在本实施方式的情况下，为试验用阀螺纹部51t或者制品用阀螺纹部51p)，就能够直到在接口管11上安装制品用阀50p为止，抑制螺纹部的强度变差。当然，与上述的情况同样，通过以使制品用阀50p的制品用阀螺纹部51p以也与接口管11的试验用接口管螺纹部42t螺纹接合的方式形成，由此能够使紧固力更牢固。 
另外，在上述的实施方式中，例示了在罐轴方向外侧(靠近开口端)形成了试验用接口管螺纹部42t，在罐轴方向内侧(靠近中心)形成了制品用接口管螺纹部42p的接口管螺纹部42，然而也可以是与此相反的结构，即，在罐轴方向内侧形成试验用接口管螺纹部42，在罐轴方向外侧形成制品用接口管螺纹部42p。在这样的情况，直到在接口管11上安装制品用阀50p为止，也能够抑制螺纹部的强度变差。但是，如果从抑制安装、取下试验用阀50t时产生的切屑进入到高压罐1内部的观点出发，通常优选在罐轴方向外侧形成有试验用接口管螺纹部42。在罐轴方向外侧形成有试验用接口管螺纹部42的情况下，在评价试验时，以首先使用轴方向外侧的螺纹部(试验用接口管螺纹部42t)，然后使用轴方向内侧的螺纹部(制品用接口管螺纹部42p)的方式，按照从外侧到内侧的顺序使用螺纹部，因此更易于抑制切屑进入到高压罐1的内部。 
此外，到此为止的实施方式中，对高压罐1是作为燃料电池系统100中的燃料供给源的氢气罐的情况进行了说明，但这只不过是本发明的优选 方式的例子，还能够将本发明适用于填充氢气以外的气体或液体的罐。 
另外，如果从将阀(50t、50p)安装于接口管11时获得牢固的紧固力的观点出发，优选各螺纹部(42t、42p、51t、51p)的直径较大。这样如果将螺纹部大径化易于获得紧固力，就能够缩短在罐轴方向上该螺纹部的长度，因此能够实现接口管11和阀50t、50p的小型化。然而，当接口管11的孔11h过于大径化时，则可能产生切屑变得易进入，或降低接口管11本身的强度的问题，因此优选保持上述问题的平衡并且适宜地设定。 
产业上的实用性 
本发明优选适用于填充氢气等的高压罐等，具有阀紧固结构的各种罐。 

Claims (8)

1.一种罐，包括：
接口管，该接口管具有形成有螺纹、且相对于罐轴方向的内侧在外侧的直径较大的接口管螺纹部；
评价试验用阀，该评价试验用阀具有只与所述接口管螺纹部的一部分对应的阀螺纹部；和制品用阀，该制品用阀具有只与所述接口管螺纹部的另一部分对应的阀螺纹部，
在罐轴方向外侧和罐轴方向内侧的任意一侧形成有用于每个该罐的壳体的评价试验的评价试验用接口管螺纹部，在另一侧形成有该罐的制品用接口管螺纹部。
2.根据权利要求1所述的罐，其中，在所述接口管的孔中形成有台阶。
3.根据权利要求1所述的罐，其中，所述接口管螺纹部是锥状。
4.根据权利要求1所述的罐，其中，在罐轴方向外侧形成所述评价试验用接口管螺纹部，且在罐轴方向内侧形成所述制品用接口管螺纹部，所述试验用接口管螺纹部与用于进行该罐的评价试验的试验用阀的阀螺纹部螺纹接合，所述制品用接口管螺纹部与制品用阀的阀螺纹部螺纹接合。
5.根据权利要求4所述的罐，其中，所述制品用阀的阀螺纹部是与所述试验用接口管螺纹部也螺纹接合的螺纹部。
6.根据权利要求5所述的罐，其中，所述制品用阀的阀螺纹部是与所述试验用接口管螺纹部的全部区域螺纹接合的螺纹部。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的罐，其中，所述接口管为铝制，所述阀为不锈钢制。
8.一种罐，包括：
接口管，该接口管具有相对于罐轴方向的内侧在外侧的直径较大、且形成有螺纹的接口管螺纹部；
在该接口管中，在罐轴方向的外侧和罐轴方向的内侧的任意一侧形成有与该罐的评价试验用的阀对应的评价试验用接口管螺纹部，在另一侧形成有与该罐的制品用阀对应的制品用接口管螺纹部。
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