CN108626565B - 高压储罐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压储罐。高压储罐(10)具有：树脂制的内胆(12)，其能够将流体收装于内侧；加强层(14)，其覆盖内胆(12)的外表面；接口(20)，其形成有用于将流体供给到内胆(12)或者将流体从内胆(12)排出的供排孔(44)；阻隔层(16)；和隔壁部件(24)。接口(20)具有在内侧形成有供排孔(44)的筒状的突出部(40)。阻隔层(16)覆盖加强层(14)的外表面，阻挡流体的全部或者至少一部分的渗透，并且形成有使突出部(40)露出的开口(16c)。隔壁部件(24)形成收装突出部(40)和阻隔层(16)的开口(16c)的闭合空间(70)。

Description

高压储罐
技术领域
本发明涉及一种具有内胆、加强层和接口的高压储罐，其中，内胆能够将流体收装于内侧，为树脂制；加强层覆盖内胆的外表面；接口形成有用于将流体供给到内胆的内部或者将流体从内胆的内部排出的供排孔。
背景技术
高压储罐作为收装气体、液体等流体的容器被广泛使用。例如，作为收装用于供给给燃料电池系统的氢气的容器而搭载于燃料电池车上。
作为这种高压储罐，已知一种具有树脂制的内胆、加强层和接口的高压储罐，其中，内胆能够将流体收装于内侧；加强层由纤维增强树脂等构成，用于覆盖该内胆的外表面；接口形成有用于将流体供给到该内胆的内部或者将流体从该内胆的内部排出的供排孔。在该供排孔例如固定有阀门等固定部件，经由该固定部件能够将流体供给到内胆的内部，以及将被收装于内胆的内部的流体排出。
但是，与由铝等构成的金属内胆相比，树脂制的内胆有流体易于渗透的倾向。因此，为了抑制流体渗透内胆而泄漏到高压储罐的外部，例如在日本发明专利公开公报特开2005-273724号中提出了一种将局部形成有金属层的树脂膜粘贴于内胆的内表面的技术。据此，流体对内胆的设有金属层的部分的渗透受到抑制。
发明内容
然而，为了得到使所述树脂膜粘贴于内表面的内胆，首先准备将内胆沿与轴向正交的方向二等分的形状(大致半球状)的2个内胆单元。然后，在使所述树脂膜从这些内胆单元的各自的开口部粘贴于该内胆单元的内表面之后，需要将该内胆单元的开口侧的端部彼此接合。因此，在具有这种内胆的高压储罐中，结构会变得复杂，或者制造工序会变得繁琐。
本发明的主要目的在于，提供一种能够通过简单的结构来抑制流体泄漏的高压储罐。
根据本发明的一技术方案，提供了一种高压储罐，其具有：树脂制的内胆，其能够将流体收装于内侧；加强层，其覆盖所述内胆的外表面；和接口，其形成有用于将所述流体供给到所述内胆或者将所述流体从所述内胆排出的供排孔，所述接口具有在内侧形成有所述供排孔的筒状的突出部，所述高压储罐还具有阻隔层和隔壁部件，其中，所述阻隔层覆盖所述加强层的外表面，阻挡所述流体的全部或者至少一部分的渗透，并且形成有使所述突出部露出的开口；所述隔壁部件形成收装所述突出部和所述阻隔层的所述开口的闭合空间。
在该高压储罐中，由于加强层的外表面由阻隔层覆盖，因此，即使在收装于内胆的内部的流体渗透内胆和加强层的情况下，也能够抑制该流体渗透阻隔层。在该阻隔层设有使接口的突出部露出的开口，该开口与突出部一起被收装在形成于隔壁部件的内部的闭合空间。因此，进入到加强层的外表面和阻隔层之间的流体移动到阻隔层的开口侧之后，经由该开口被回收到闭合空间。
另外，如上述所示，突出部也被收装于闭合空间，因此，经由形成于突出部的内侧的供排孔而从内胆的内部漏出的流体也被回收到闭合空间。并且，能够将如上述所示那样回收到闭合空间的流体例如引导到高压储罐的外部的适当的位置。据此，能够有效地抑制流体泄漏到高压储罐的外部。
综上所述，根据该高压储罐，例如与在内胆的内表面设置对流体具有阻隔性的膜的情况不同，能够避免结构变得复杂、制造工序变得繁琐。其结果，能够通过简单的结构有效地抑制流体泄漏到高压储罐的外部。
另外，如上述所示，由于阻隔层被设置在加强层的外表面侧，因此能够使加强层的内表面与内胆的外表面直接接触。其结果，能够良好地发挥加强层对内胆的加强效果，因此，能够在良好地维持高压储罐的强度不变的状态下抑制流体的泄漏。
再者，以形成收装突出部和阻隔层的开口的闭合空间的方式设置隔壁部件即可，不需要由隔壁部件覆盖内胆和加强层整体。因此，与由隔壁部件覆盖内胆和加强层整体的情况相比，能够提高将高压储罐固定于设置位置的结构的设计自由度。
在上述的高压储罐中，优选所述加强层由碳纤维增强树脂构成，高压储罐还具有玻璃纤维增强树脂层，该玻璃纤维增强树脂层覆盖所述阻隔层的外表面的至少一部分。在这种情况下，能够有效地提高高压储罐的强度。另外，由于具有玻璃纤维增强树脂层，因此，能够实现如下情况等：在维持高压储罐的强度不变的状态下减小由碳纤维增强树脂构成的加强层的厚度。
再者，通过在加强层的外表面和玻璃纤维增强树脂层之间配设阻隔层，据此，无需设想由阻隔层覆盖的情况，就能够设计玻璃纤维增强树脂层的形状。即，能够提高玻璃纤维增强树脂层的形状的自由度。因此，通过以覆盖加强层的除弯曲的圆顶状部外的部位的外表面的方式设置玻璃纤维增强树脂层，能够避免对刚性高于碳纤维的玻璃纤维施加弯曲力。其结果，能够更容易地得到高强度且可有效地抑制流体泄漏的高压储罐。
在上述的高压储罐中，优选所述阻隔层由膜构成，该膜卷绕于所述加强层的外表面，用于阻挡所述流体的全部或者至少一部分的渗透。在这种情况下，能够容易地形成阻隔层，以达到与高压储罐的用途等相对应的所期望的厚度。
在上述的高压储罐中，优选所述高压储罐由固定带固定，该固定带以沿着所述高压储罐的外周面的至少一部分的方式设置。如上述所示，在该高压储罐中，能够提高固定该高压储罐的结构的设计自由度。具体而言，由于不需要由隔壁部件覆盖高压储罐的外周面，因此能够沿着该外周面来设置固定带。如上所述，通过使用固定带，来能够容易且良好地将高压储罐固定于其设置位置。
在上述的高压储罐中，优选在所述阻隔层的至少经由所述固定带施加了按压力的部位和所述加强层的外表面之间形成有能够使所述流体流通的流通通路。在这种情况下，即使在通过固定带的紧固力等，阻隔层被按压到加强层的外表面的情况下，通过流通通路也能够使流体在彼此之间流通。据此，即使由固定带固定高压储罐，也能够将进入到加强层的外表面和阻隔层之间的流体经由流通通路和阻隔层的开口良好地引导到闭合空间来进行回收。
在上述的高压储罐中，优选所述高压储罐搭载于车辆，具有连通所述闭合空间与所述车辆的外部的连通机构。在这种情况下，即使流体从形成于内胆、加强层、阻隔层和接口的内部的流体收装部漏出，也能够使该流体不泄漏到高压储罐的外部而回收到形成于隔壁部件的内部的闭合空间，从而良好地引导到车辆的外部。
上述的目的，特征及优点通过参照附图所说明的下面的实施方式的说明应易于被理解。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的高压储罐的主视示意图。
图2是图1的主要部分的放大剖面图。
图3是沿图1的III-III的向视剖面图。
具体实施方式
下面，参照附图，列举优选的实施方式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例如搭载于燃料电池车上，能够作为收装用于供给给燃料电池系统的氢气的容器来适当地使用。因此，在本实施方式中，对高压储罐以用于供给给燃料电池系统的氢气作为流体进行收装的例子进行说明，但是并不特别局限于此。本发明所涉及的高压储罐也能够收装氢气以外的流体。
如图1～图3所示，本发明的实施方式所涉及的高压储罐10具有：内胆12；加强层14，其覆盖内胆12的外表面等；阻隔层16，其覆盖加强层14的外表面；和玻璃纤维增强树脂层18，其覆盖阻隔层16的外表面的一部分。另外，高压储罐10在轴向上的两端侧分别具有接口20、22、隔壁部件24、26和连通机构28、30。此外，本实施方式所涉及的高压储罐10在轴向上的一端侧和另一端侧具有大致相同的结构，因此，对一端侧进行说明，而省略对另一端侧的具体说明。
如图2所示，内胆12为由树脂构成的中空体，能够将氢气收装于其内部。具体而言，内胆12具有：主体部32；凹陷部34，其朝向该主体部32的内部凹陷；和筒状部36，其从该凹陷部34向主体部32的外部突出。
在筒状部36的突出端(顶端)侧设有厚度小于其他部位的薄壁部36a，在筒状部36的比薄壁部36a靠基端侧的位置设有外螺纹36b。另外，在筒状部36的外侧安装有接口20。
接口20例如为金属制，具有筒状的突出部40和从该突出部40的基端向径向外侧扩展的肩部42，沿突出部40的轴向贯通形成有供排孔44。
肩部42被设置为，与突出部40相反的一侧的端面42a与内胆12的凹陷部34的外表面接触。另外，肩部42的位于突出部40侧的外表面42b与内胆12一起由加强层14所覆盖。即，接口20形成为，肩部42与内胆12一起由加强层14所覆盖，突出部40以从加强层14的开口14a露出的方式突出的形状。此外，在本实施方式中，突出部40的基端侧的一部分由该加强层14所覆盖与加强层14的厚度相对应的厚度。
突出部40的外径大致一定，另一方面，突出部40的内径、即供排孔44的直径根据部位的不同而不同。具体而言，供排孔44由中内径孔44a、大内径孔44b和小内径孔44c构成，其中，中内径孔44a位于轴向上的突出部40侧；大内径孔44b位于肩部42侧；小内径孔44c设置于这些中内径孔44a和大内径孔44b之间。
筒状部36被插入到大内径孔44b内，据此，筒状部36的外周面沿大内径孔44b的内周面配设。即，大内径孔44b的内径被设定为与筒状部36的外径相对应的大小。具体而言，在大内径孔44b中，面向薄壁部36a的部位的内径小于面向比该薄壁部36a靠基端侧的位置的部位的内径。另外，在大内径孔44b的内壁，于面向筒状部36的薄壁部36a的部位形成有沿着该大内径孔44b的周向的圆环状的密封槽46，在面向筒状部36的外螺纹36b的部位形成有与该外螺纹36b螺纹连接的内螺纹48。
在密封槽46的内部配设有由O型圈构成的密封部件50。密封槽46的内壁面和薄壁部36a的外周面的距离(密封间隙)被设定为能够维持密封部件50在彼此之间被压缩的状态。据此，对筒状部36的外周面和接口20的供排孔44的内周面之间进行密封。
在比密封槽46靠筒状部36的基端侧的位置形成有接合部52，该接合部52通过使外螺纹36b和内螺纹48螺纹连接来接合筒状部36的外周面和大内径孔44b的内周面。
在大内径孔44b的内部，为了支承筒状部36，还配设有套管54。套管54例如为金属制，具有圆环状的套管头部56和与该套管头部56一体设置的筒状的圆筒部58。另外，在套管54上，沿圆筒部58的轴向贯通形成有通孔60。通孔60的直径与供排孔44的小内径孔44c的内径大致相等。
在大内径孔44b内，套管头部56的一端面与形成于小内径孔44c和大内径孔44b之间的台阶面抵接，套管头部56的另一端面与筒状部36的顶端面抵接。圆筒部58被插入到筒状部36的内侧，据此，通孔60与供排孔44的中内径孔44a及小内径孔44c和内胆12的内部连通。另外，圆筒部58的外周面以隔着筒状部36沿着大内径孔44b的内周面环绕的方式配设。即，筒状部36被夹持在圆筒部58的外周面和大内径孔44b的内周面之间。
此外，从更良好地夹持筒状部36的观点来看，优选圆筒部58被压入到筒状部36内。在这种情况下，圆筒部58向大内径孔44b的内周面侧按压筒状部36，因此，筒状部36的外周面被按压到大内径孔44b的内周面而与之接触，由此容易地使上述密封间隙维持一定。
在供排孔44例如固定有由电磁阀等构成的固定部件62，经由该固定部件62，氢气被供给到内胆12的内部或者从内胆12的内部排出。即，例如在固定部件62贯插有氢气供给管和氢气排出管(均未图示)，其中，氢气供给管连接于氢气补给源；氢气排出管连接于燃料电池系统。
固定部件62具有头部64和插入部66。头部64例如为直径与突出部40的外径大致相等的圆柱状。插入部66为从头部64的一端面的大致中心突出而被插入到供排孔44的内部的圆柱状，在其基端侧设有大径部66a，在其顶端侧设有小径部66b。大径部66a被插入到中内径孔44a，以使其周面与中内径孔44a的内周面接触。小径部66b被插入到小内径孔44c和通孔60，以使其周面与小内径孔44c和通孔60的内周面接触。
加强层14例如由使用碳纤维作为增强纤维的碳纤维增强树脂(CFRP)构成，如上述所示，覆盖内胆12的外表面和接口20的肩部42的外表面42b。另外，在加强层14设有开口14a和圆顶状部14b，其中，开口14a使接口20的突出部40露出；圆顶状部14b弯曲成圆顶状。
阻隔层16例如通过将设置有铝蒸镀层的由树脂构成的膜16a(参照图3)卷绕到加强层14的外表面多层直到达到所期望的厚度为止等方式形成，具有阻挡氢气的全部或者至少一部分的渗透的性质、即气体阻隔性。
另外，如图3所示，在本实施方式中，在膜16a的表面形成有凹凸部16b。据此，在膜16a和加强层14的外表面之间形成有彼此相离的部分，该相离的部分成为能够使氢气流通的流通通路68。此外，在图2中省略了膜16a的凹凸部16b的图示，在图3中仅图示了卷绕的膜16a中的两层。另外，在阻隔层16设有开口16c，该开口16c使接口20的突出部40露出。
如图1所示，玻璃纤维增强树脂层18由玻璃纤维增强树脂(GFRP)构成，例如设置为覆盖加强层14的除圆顶状部14b外的部分的外表面。
隔壁部件24形成收装接口20的突出部40和阻隔层16的开口16c的闭合空间70。在本实施方式中，隔壁部件24为有底圆筒状，其开口侧的端部24a安装于未图示的安装部，由此能够在隔壁部件24的内部形成闭合空间70。
另外，在隔壁部件24上，为了使上述的氢气供给管和氢气排出管经由闭合空间70和固定部件62与内胆12的内部连通而设有供氢气供给管和氢气排出管贯插的贯插孔(未图示)。贯插孔与氢气排出管及氢气供给管各管之间例如由密封部件(未图示)等来维持气密性。
连通机构28例如由经由形成于隔壁部件24的贯通孔24b而与闭合空间70连通的连通管构成。在本实施方式中，连通机构28连通燃料电池车(未图示)的车辆的外部和闭合空间70。
本实施方式所涉及的高压储罐10基本上具有上述结构。该高压储罐10通过固定带72固定于燃料电池车的规定位置。固定带72例如由金属构成，其以沿着玻璃纤维增强树脂层18的外周面的至少一部分的方式设置。
并且，如上述所示，氢气从氢气补给源(未图示)经由氢气供给管和固定部件62被供给到内胆12内。当由于如此而被供给的氢气使得内胆12的内部变为高压状态时，与该内部处于低压状态的情况相比，氢气容易渗透内胆12。
据此，即使在渗透内胆12的氢气进一步渗透加强层14的情况下，由于该加强层14的外表面由阻隔层16覆盖，因此也能够抑制氢气渗透该阻隔层16。在该阻隔层16设有使接口20的突出部40露出的开口16c，该开口16c与突出部40一起被收装在形成于隔壁部件24的内部的闭合空间70。因此，进入到加强层14的外表面和阻隔层16之间的氢气移动到阻隔层16的开口16c侧之后，经由该开口16c被回收到闭合空间70。
另外，如上述所示，突出部40也被收装于闭合空间70，因此，经由形成于突出部40的内侧的供排孔44而从内胆12的内部漏出的氢气也被回收到闭合空间70。并且，如上述所示那样而能够将回收到闭合空间70的氢气经由连通机构28引导到车辆外部的适当位置。
综上所述，根据该高压储罐10，例如与在内胆12的内表面设置对氢气具有阻隔性的树脂膜(未图示)的情况不同，能够避免结构变得复杂、制造工序变得繁琐。其结果，能够通过简单的结构有效地抑制氢气泄漏到高压储罐10的外部。
另外，如上述所示，由于阻隔层16被设置在加强层14的外表面侧，因此能够使加强层14的内表面与内胆12的外表面直接接触。其结果，能够良好地发挥加强层14对内胆12的加强效果，因此，能够在良好地维持高压储罐10的强度不变的状态下抑制氢气的泄漏。
再者，以形成收装突出部40和阻隔层16的开口16c的闭合空间70的方式设置隔壁部件24即可，不需要由隔壁部件24覆盖内胆12和加强层14整体。因此，与由隔壁部件24覆盖内胆12和加强层14整体的情况相比，能够提高将高压储罐10固定于设置位置的结构的设计自由度。即，能够以沿着从隔壁部件24露出的玻璃纤维增强树脂层18的外周面的方式设置固定带72，即将固定带72设置于高压储罐10的罐体部分。据此，能够容易且良好地将高压储罐10固定于其设置位置。
在该高压储罐10中，如上述所示，加强层14由碳纤维增强树脂构成，以覆盖阻隔层16的外表面的一部分的方式设置有玻璃纤维增强树脂层18。据此，能够有效地提高高压储罐10的强度。另外，由于具有玻璃纤维增强树脂层18，因此，能够实现如下情况等：在维持高压储罐10的强度不变的状态下减小加强层14的厚度。
再者，通过在加强层14的外表面和玻璃纤维增强树脂层18之间配设阻隔层16，据此，无需设想由阻隔层16覆盖的情况，就能够设计玻璃纤维增强树脂层18的形状。即，能够提高玻璃纤维增强树脂层18的形状的自由度。因此，如上述所示，通过以覆盖加强层14的除弯曲的圆顶状部14b外的部位的外表面的方式设置玻璃纤维增强树脂层18，能够避免对刚性高于碳纤维的玻璃纤维施加弯曲力。其结果，能够更容易地得到高强度且可有效地抑制氢气泄漏的高压储罐10。
在该高压储罐10中，如上述所示，阻隔层16由卷绕于加强层14的外表面的膜16a构成。因此，能够容易地形成阻隔层16，以达到与高压储罐10的用途等相对应的所期望的厚度。
另外，如上述所示，通过设置于膜16a的凹凸部16b，在膜16a和加强层14的外表面之间形成有流通通路68。因此，即使在经由玻璃纤维增强树脂层18对阻隔层16施加固定带72的紧固力的情况下，也能够在膜16a和加强层14的外表面之间维持形成有流通通路68的状态。因此，即使用固定带72固定高压储罐10，也能够将进入到加强层14的外表面和阻隔层16之间的氢气经由流通通路68和阻隔层16的开口16c良好地引导到闭合空间70来进行回收。
本发明并不特别局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内，可以进行各种变形。
例如，在上述的实施方式所涉及的高压储罐10中，采用了以覆盖加强层14的除圆顶状部14b外的部分的外表面的方式设置玻璃纤维增强树脂层18的结构，但是并不特别局限于此。玻璃纤维增强树脂层18也可以设置为覆盖加强层14整体的外表面。再者，也可以在玻璃纤维增强树脂层18的外侧配置阻隔层16。另外，高压储罐10也可以不具有玻璃纤维增强树脂层18。
在上述的实施方式所涉及的高压储罐10中，采用了阻隔层16由卷绕多层于加强层14的外表面的膜16a形成的结构，但是并不特别局限于此。例如，阻隔层16也可以由1层的膜16a构成，还可以由以达到所期望的厚度的方式一体成形的具有透气性的材料构成。再者，阻隔层16也可以由硬质橡胶材料、树脂体构成。
另外，采用了在膜16a的表面形成有凹凸部16b的结构，但是，膜16a也可以为未形成有凹凸部16b的平坦状。在这种情况下，例如也可以通过在阻隔层16的至少经由固定带72施加了按压力的部位和加强层14的外表面之间配置垫圈(未图示)来形成流通通路68。另外，在阻隔层16和加强层14的外表面之间也可以不形成流通通路68。
在上述的实施方式所涉及的高压储罐10中，采用了连通机构28连通燃料电池车的车辆的外部和闭合空间70的结构，但是并不特别局限于此。例如，连通机构28也可以与检测氢气的检测机构连接。另外，也可以采用在对回收到闭合空间70的氢气实施稀释处理之后将其释放到车辆的外部的结构。

Claims (6)

1.一种高压储罐(10)，具有：树脂制的内胆(12)，其能够将流体收装于内侧；加强层(14)，其覆盖所述内胆(12)的外表面；和接口(20)，其形成有用于将所述流体供给到所述内胆(12)或者将所述流体从所述内胆(12)排出的供排孔(44)，其特征在于，
所述加强层(14)由直接接触所述内胆(12)的外表面的碳纤维增强树脂构成，
所述接口(20)具有在内侧形成有所述供排孔(44)的筒状的突出部(40)，
所述高压储罐(10)还具有：
阻隔层(16)，其覆盖所述加强层(14)的外表面，阻挡所述流体的全部或者至少一部分的渗透，并且形成有使所述突出部(40)露出的开口(16c)；和
隔壁部件(24)，其形成收装所述突出部(40)和所述阻隔层(16)的所述开口(16c)的闭合空间(70)，
进入所述加强层(14)和所述阻隔层(16)之间的所述流体经由所述开口(16c)由所述流体的流通通路(68)回收到所述闭合空间(70)，所述流通通路(68)仅形成在所述隔壁部件(24)的外侧。
2.根据权利要求1所述的高压储罐(10)，其特征在于，
所述加强层(14)由碳纤维增强树脂构成，
所述高压储罐(10)还具有玻璃纤维增强树脂层(18)，该玻璃纤维增强树脂层(18)覆盖所述阻隔层(16)的外表面的至少一部分。
3.根据权利要求1或2所述的高压储罐(10)，其特征在于，
所述阻隔层(16)由膜(16a)构成，该膜(16a)卷绕于所述加强层(14)的外表面，用于阻挡所述流体的全部或者至少一部分的渗透。
4.根据权利要求1所述的高压储罐(10)，其特征在于，
所述高压储罐(10)由固定带(72)固定，该固定带(72)以沿着所述高压储罐(10)的外周面的至少一部分的方式设置。
5.根据权利要求4所述的高压储罐(10)，其特征在于，
在所述阻隔层(16)的至少经由所述固定带(72)被施加了按压力的部位和所述加强层(14)的外表面之间形成有能够使所述流体流通的流通通路(68)。
6.根据权利要求1所述的高压储罐(10)，其特征在于，
所述高压储罐(10)搭载于车辆，
具有连通所述闭合空间(70)与所述车辆的外部的连通机构(28)。
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