CN108730757B - 高压容器 - Google Patents

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Abstract

高压容器(10)具有：主体部(12)，其形成为圆筒状，并且轴向的至少一侧的端部开口；插堵件(20)，该插堵件(20)的至少一部分插入所述主体部(12)的开口的所述端部的内部，从而封堵所述端部；第一加强层(14)，其设置于所述主体部(12)的外周面(18)，并且由以所述主体部(12)的周向作为纤维方向的纤维强化树脂构成；以及第二加强层(16)，其由包含纤维(78)的纤维强化树脂构成，并与所述第一加强层(14)一体化，其中，所述纤维(78)配设为：在所述主体部(12)的轴向观察下通过所述插堵件(20)的中心部(28)，并且在与所述主体部(12)的轴向正交的方向观察下与所述主体部(12)的轴向平行。

Description

高压容器
技术领域
优选的实施形态涉及一种高压容器。
背景技术
在日本特开2002-188794号公报中公开了一种作为容器的高压氢罐。该高压氢罐构成为包括套筒和加强层，其中，套筒形成为桶形，加强层卷绕于套筒，且由纤维强化树脂构成。借助该结构，能够提高套筒的刚性，因而能够将高压的氢收纳于内部。
然而，日本特开2002-188794号公报所公开的高压氢罐是桶形的较大的结构，因而存在为了将该高压氢罐向车辆搭载而导致车厢空间、行李空间减少的情况。即，存在无法高效地利用车辆空间的可能性。为了解决这一点，考虑设置多个能够配置于车辆的空余空间的程度的小径的圆筒状罐。然而，在为圆筒状罐的情况下，为了封堵轴向的两端部而需要设置插堵件，但因罐内部的流体的压力而在插堵件产生使插堵件从罐主体脱离的方向的载荷。因此，为了高效地利用车辆空间且使罐的耐压性提高，存在改进的余地。
发明内容
优选的实施形态提供一种能够使容器的耐压性提高的高压容器。
本公开的第一形态的高压容器具有：主体部，其形成为圆筒状，并且轴向的至少一侧的端部开口；插堵件，该插堵件的至少一部分插入上述主体部的开口的上述端部的内部，从而封堵上述端部；第一加强层，其设置于上述主体部的外周面，并且由以上述主体部的周向作为纤维方向的纤维强化树脂构成；以及第二加强层，其由包含纤维的纤维强化树脂构成，并与上述第一加强层一体化，其中，上述纤维配设为：在上述主体部的轴向观察下通过上述插堵件的中心部，并且在与上述主体部的轴向正交的方向观察下与上述主体部的轴向平行。
根据第一形态的高压容器，主体部形成为圆筒状，并且主体部的轴向(以下，简称为“轴向”)的至少一侧的端部开口，通过在端部的内部插入插堵件的至少一部分而将端部封堵。在主体部的外周面设置有由纤维强化树脂构成的第一加强层，该纤维强化树脂以主体部的周向作为纤维方向。因此，主体部的周向以及径向的耐压性提高。
而且，设置有与第一加强层一体化的第二加强层。该第二加强层与第一加强层同样由纤维强化树脂构成，第二加强层的纤维配设为在轴向观察下通过插堵件的中心部。因此，即便在沿轴向对主体部中的轴向的端部输入朝向轴向外侧的载荷的情况下，也能够借助第二加强层以及与该第二加强层一体化的第一加强层来无偏倚地承受朝向轴向外侧的载荷。另外，第二加强层的纤维配设为在与轴向正交的方向观察下与轴向平行。即，纤维的纤维方向与轴向为相同方向，因而能够利用第二加强层的纤维更可靠地承受朝向轴向外侧的载荷。因此，能够使高压容器本身的轴向的耐压性提高。
本公开的第二形态的高压容器在第一形态的基础上，还具备连结部件，该连结部件连结多个上述插堵件，在上述插堵件设置有连通流路，该连通流路将上述主体部的内部与外部连通。在上述插堵件的上述主体部的轴向的外侧端部，在外周侧设置有突出部，该突出部向上述主体部的轴向的外侧突出。在该突出部的内部设置有紧固孔，上述连结部件经由从外部插入的紧固部件而被紧固于上述紧固孔，在上述连结部件的内部设置有与上述连结部件的外部连通的连结流路，上述插堵件的连通流路与上述连结部件的连结流路经由设置于上述紧固部件的内部的内部流路连通。
根据第二形态的高压容器，还具备连结部件，该连结部件连结多个上述插堵件，在插堵件的轴向的外侧端部，在外周侧设置有突出部，该突出部向轴向外侧突出。在插堵件的内部设置有将主体部的内部与外部连通放入连通流路，在插堵件的突出部的内部设置有紧固孔，从外部将紧固部件插入紧固孔来紧固连结部件。该连通流路经由设置于紧固部件的内部的内部流路与连通于连结部件的外部的连结流路连通。因此，能够经由插堵件的突出部将高压容器的内部的流体向外部供给，并能够从外部向高压容器内收纳流体。因此，在插堵件，除突出部以外不需要设置连通孔，因而能够使更多的第二加强层的纤维配设于除突出部以外的部位。
本公开的第三形态的高压容器在第二形态的基础上，在上述插堵件以在上述主体部的轴向观察下隔着上述插堵件的中心部的方式而设置有一对上述突出部。
根据第三形态，在插堵件以在轴向观察下隔着插堵件的中心部的方式而设置有一对突出部，因而连结部件经由一对紧固部件向插堵件进行紧固。因此，能够使连结部件向插堵件进行安装的安装刚性提高。
另外，突出部设置于插堵件的除中心部以外的部位，因而能够使第二加强层的纤维配设为通过插堵件的中心部。因此，第二加强层的纤维配设为通过插堵件的除中心部以外的部位，由此能够防止纤维在插堵件上滑动而导致未钩挂于插堵件。
本公开的第四形态的高压容器在第一形态的基础上，在上述插堵件中的插入上述主体部的内部的部位形成有凹部，该凹部朝向上述主体部的内部开口，且朝向上述主体部的轴向外侧凹陷。
根据第四形态，在插堵件的插入主体部的内部的部位形成有凹部，该凹部朝向主体部的内部开口，且朝向主体部的轴向外侧凹陷。因此，能够通过凹部使高压容器内部的容量进一步增加。
本公开的第五形态的高压容器在第一形态的基础上，上述第二加强层设置于上述第一加强层的外侧以及上述插堵件的外表面。
根据第五形态，第二加强层设置于第一加强层的外侧以及插堵件的外表面。因此，在沿轴向对主体部的轴向的端部输入朝向轴向外侧的载荷的情况下，能够借助第二加强层的纤维来可靠地承受朝向轴向外侧的载荷。因此，能够使高压容器本身的轴向的耐压性提高。
本公开的第六形态的高压容器在第二或第三形态的基础上，上述第二加强层的上述纤维在上述插堵件的轴向外侧端部卷绕于除上述突出部以外的范围。
根据第六形态，第二加强层的纤维在插堵件的轴向外侧端部卷绕于除突出部以外的范围。因此，在沿轴向对主体部的轴向的端部输入朝向轴向外侧的载荷的情况下，能够借助第二加强层的纤维来可靠地承受朝向轴向外侧的载荷。因此，能够使高压容器本身的轴向的耐压性提高。
附图说明
基于如下附图对优选实施方式详细地进行描述，其中：
图1是表示一个实施方式所涉及的高压容器的简要侧视图；
图2是表示沿轴向剖切一个实施方式所涉及的高压容器的主要部位分的状态的放大剖视图；
图3是在轴向观察下简要地表示一个实施方式所涉及的高压容器的插堵件的轴向外侧端部的第二加强层的纤维的简图；以及
图4是表示从轴向内侧观察一个实施方式所涉及的高压容器的状态的立体图。
具体实施方式
以下，使用图1～图3对本发明的一个实施方式进行说明。
设置于未图示的车辆的罐模块能够通过组合多个图1所示的作为高压容器的高压罐10而构成，作为一个例子，构成为使排列在燃料电池车辆的地板面板(未图示)的车辆下侧的多个高压罐10彼此连结。
高压罐10作为一个例子而形成为车辆宽度方向或车辆前后方向为轴向(长度方向)的近似圆柱状。如图2所示，该高压罐10构成为包括主体部12、第一加强层14以及第二加强层16。主体部12形成为轴向的两端部开口的圆筒状，且作为一个例子由铝合金构成。此外，主体部12形成为能够收纳于地板面板的车辆下侧的空余空间内的直径尺寸。
在高压罐10的主体部12的轴向一侧的第一端部与另一侧的第二端部的各内部，分别插入有一对插堵件20。插堵件20形成为朝向轴向外侧凸出的近似半球状。该插堵件20具有主体插入部22(参照图4)、连通流路24(参照图2)以及突出部30(参照图4)。主体插入部22配置在与主体部12对应的位置，形成为具有朝向轴向内侧突出且朝向主体部12的内部开口的后述的凹部32的近似圆筒状。主体插入部22的外周面23与主体部12的内周面对置。
设置于主体插入部22的内部的凹部32在插堵件20插入至主体部12的状态下呈朝向轴向外侧凹陷的形状。该凹部具有锥形部34和半球部36，锥形部34配设于主体插入部22的前端部中的端面38侧，并且形成为朝向轴向外侧缩径。另外，半球部36配设于凹部32的轴向外侧，并且形成为近似半球状。此外，在半球部36设置有连通流路24的开口。
在主体插入部22设置有垫片收纳部26，在该垫片收纳部26收纳有O型环27。O型环27沿主体部12的径向弹性变形，从而与主体部12的内周面抵接。
在主体插入部22的端面38形成有多个(在本实施方式中，作为一个例子而形成有4个)紧固孔54(参照图4)。另外，在端面38抵接有形成为圆盘状的保持板56，该保持板56形成有连通孔60，该连通孔60在轴向观察下在中心部与插堵件20的凹部32连续。并且，在保持板56形成有贯通孔62，该贯通孔62在与插堵件20的端面38的紧固孔54对应的位置沿板厚方向贯通，通过使螺栓64分别插通于该贯通孔62和端面38的紧固孔54并进行紧固，从而将保持板56安装于端面38。此外，保持板56的直径设定为与主体插入部22的一般部(除垫片收纳部26以外的部位)大致相同。即，保持板56的外周面68与主体部12的内周面对置。通过以上的插堵件20的主体插入部22来分别封堵主体部12的轴向一侧的第一端部与另一侧的第二端部。
突出部30在插堵件20插入于主体部12的状态下设置于插堵件20的轴向外侧端部72的外周侧。具体而言，如图3所示，突出部30以在轴向观察下隔着插堵件20的轴向外侧端部72中的与轴C对应的中心部28的方式而设置有一对。如图2所示，各突出部30形成为朝向轴向外侧突出的圆柱状。在突出部30的内部形成有紧固孔74，该紧固孔74在内周面形成有攻丝部，并且在其中一个突出部30的紧固孔74的底部76设置有连通流路24的开口。
连通流路24形成于插堵件20的内部。该连通流路24在主体插入部22的内部形成为L字形，构成为连通高压罐10的主体部12，进而连通高压罐10的内外的结构。
在插堵件20的突出部30紧固有连结部件40。连结部件40作为一个例子而形成为金属制的近似板状，在排列有多个的高压罐10的突出部30的轴向外侧端面42抵接有连结部件40的板厚方向一侧的端面44。另外，在连结部件40中的与突出部30的紧固孔74对应的位置分别形成有在板厚方向贯通的贯通孔46。此外，在连结部件40的内部形成有多个连结流路48，它们沿与板厚方向正交的方向延伸配置。具体而言，连结流路48在贯通孔46的侧面设置有一个开口。另外，连结流路48的另一个开口设置在邻接的未图示的其他高压罐10的、与设置有连通流路24的紧固孔74对应地形成于连结部件40的其他贯通孔46的侧面。此外，对于设置于连结部件40的端部的连结流路48而言，另一个开口向连结部件40的外部开口。
连结部件40与插堵件20被插入至连结部件40的贯通孔46以及插堵件20的突出部30的紧固孔74并与之旋合的、作为紧固部件的螺栓50、52紧固。其中，在与形成有连通流路24的紧固孔74对应的连结部件40的贯通孔46，形成有O型环收纳部47、49，该O型环收纳部47、49在轴向外侧与轴向内侧分别向贯通孔46的径向外侧进行切口而成。在该O型环收纳部47、49的内部分别收纳有O型环51，O型环51沿贯通孔46的径向弹性变形，从而与螺栓50的未图示的螺纹牙抵接。
另外，在与形成有连通流路24的紧固孔74旋合的螺栓50，在前端部形成有O型环收纳部58，该O型环收纳部58形成为向螺栓50的径向内侧凹陷的形状。在该O型环收纳部58的内部收纳有O型环61，O型环61沿螺栓50的径向弹性变形，从而与紧固孔74的内周面抵接。
在螺栓50，在内部形成有内部流路66。该内部流路66由沿螺栓50的轴向连通的轴向流路66A和沿螺栓50的径向连通的径向流路66B形成。轴向流路66A在螺栓50的底面70的中心部具有开口。另外，径向流路66B在螺栓50的外周面的、与连结部件40的连结流路48对应的位置具有开口。因此，高压罐10的内部的流体能够从插堵件20的连通流路24经由螺栓50的内部流路66向连结部件40的连结流路48流动。形成为以上的结构的连通流路24、螺栓50的内部流路66以及连结流路48构成为将多个高压罐10的内部彼此相互连通且向连结部件40的外部连通。此外，从螺栓50的径向流路66B的开口向连结部件40的连结流路48流动的流体能够一边沿螺栓50的未图示的螺纹牙彼此之间流动一边向连结部件40的连结流路48流动，因而螺栓50的径向流路66B的开口与连结部件40的连结流路48的开口可以不必位于对应的位置。
在连结部件40的连结流路48设置有未图示的阀，由此能够控制在连结流路48内流动的流体的量。而且，连结流路48与未图示的燃料电池组等连接。
接下来，高压罐10的第一加强层14为片状的CFRP(碳纤维强化树脂)，并且卷绕于主体部12的外周面18。在该第一加强层14的内部，未图示的碳纤维沿主体部12的周向排列。换言之，第一加强层14的纤维方向为主体部12的周向。
第二加强层16设置于第一加强层14的径向外侧以及一对插堵件20的外侧面。该第二加强层16由在内部具有多个纤维78的CFRP(碳纤维强化树脂)构成(参照图3)。此外，在图中，为了易于理解地表示纤维78，与实际相比以夸张的方式图示粗细，并且为了易于理解地表示纤维78的纤维方向，较少地图示根数。
如图3所示，第二加强层16的纤维78卷绕于插堵件20的轴向外侧端部72。具体而言，在轴向观察下，通过插堵件20的中心部28且直线地卷绕于插堵件20的除突出部30以外的范围。换言之，纤维78以通过插堵件20的轴向外侧端部72的测地线的方式进行卷绕。此外，如图1所示，卷绕于插堵件20的轴向外侧端部72的纤维78在与轴向正交的方向上进行观察时，从沿轴向插入至主体部12的第一端部的一个插堵件20朝向插入至主体部12的第二端部的另一个插堵件20而卷绕于主体部12的第一加强层14上。另外，纤维78在另一个插堵件20的轴向外侧端部72与一个插堵件20同样以通过测地线的方式进行卷绕。而且，纤维78从插入至主体部12的第二端部的另一个插堵件20朝向插入至主体部12的第一端部的一个插堵件20沿轴向卷绕于第一加强层14上。多次重复以上内容而形成为层状(参照图3中双点划线)，从而形成第二加强层16。而且，第二加强层16与第一加强层14分别在主体部12以及插堵件20卷绕有纤维78之后，在相同的时机实施烧固的工序，从而被一体化。此外，在图2中，为了分别容易理解地示出第一加强层14与第二加强层16，图示为不同的部件。
(第一实施方式的作用、效果)
接下来，对本实施方式的作用以及效果进行说明。
在本实施方式中，如图2所示，主体部12形成为圆筒状，且轴向的至少一侧的端部开口，通过向端部的内部插入插堵件20的主体插入部22而将端部封堵。在主体部12的外周面18设置有由纤维强化树脂构成的第一加强层14，该纤维强化树脂将主体部12的周向作为纤维方向。因此，主体部12的周向以及径向的耐压性提高。
而且，设置有与第一加强层14一体化的第二加强层16。该第二加强层16与第一加强层14同样由纤维强化树脂构成，第二加强层16的纤维配设为在主体部12的轴向观察下通过插堵件20的中心部28。因此，即便在沿轴向对主体部12的轴向的端部输入朝向轴向外侧的载荷的情况下，也能够借助第二加强层16以及与该第二加强层16一体化的第一加强层14来无偏倚地承受朝向轴向外侧的载荷。另外，第二加强层16的纤维78配设为在与轴向正交的方向上观察时与高压罐10的轴向平行。即，纤维78的纤维方向与高压罐10的轴向为相同方向，因而能够利用第二加强层16的纤维78来更可靠地承受朝向轴向外侧的载荷。因此，能够提高高压罐10自身的轴向的耐压性。由此，能够使高压罐10的耐压性提高。
另外，在插堵件20的轴向外侧端部72，在外周侧设置有向轴向外侧突出的突出部30。在插堵件20的突出部30设置有紧固孔74，该紧固孔74供螺栓50从外部插入，且能够实现紧固。在插堵件20的内部设置有将主体部12的内部与外部连通的连通流路24。该连通流路24经由设置于螺栓50的内部的内部流路66而与连通于连结部件40的外部的连结流路48连通。因此，能够经由插堵件20的突出部30将高压罐10的内部的流体向外部供给，并能够从外部向高压罐10内收纳流体。因此，在插堵件20，除突出部30以外不需要设置连通流路24，因而能够使更多的第二加强层16的纤维78配设于除突出部30以外的部位。由此，能够使轴向的耐压性进一步提高。
并且，在插堵件20，以在主体部12的轴向观察下隔着插堵件20的中心部28的方式设置有一对突出部30(参照图3)，因而连结部件40经由一对螺栓50、52而被紧固于插堵件20。因此，能够使将连结部件40向插堵件20进行安装的安装刚性提高。由此，能够使将连结部件40向插堵件20进行安装的安装状态稳定。
此外，突出部30设置于插堵件20的除中心部28以外的部位，因而能够将第二加强层16的纤维78配设为使其通过插堵件20的中心部28。因此，第二加强层16的纤维78配设为通过插堵件20的除中心部28以外的部位，由此能够防止纤维78在插堵件20上滑动而导致未钩挂于插堵件20的情况。
另外，在插堵件20中的插入至主体部12的内部的部位形成有凹部32，该凹部32朝向主体部12的内部开口，且朝向主体部12的轴向外侧凹陷。因此，能够通过凹部32使高压罐10内部的容量进一步增加。由此，能够使高压罐10的内部容量增加。
并且，凹部32形成为近似半球状，因而即便在高压罐10内收纳有高压的流体的情况下，也能够抑制应力集中在一部分的情况。
此外，在上述实施方式中，设置于插堵件20的凹部32形成为近似半球状，但并不局限于此，也可以形成为圆筒状等其他形状。
另外，插堵件20构成为分别插入至主体部12的轴向一侧的第一端部和轴向另一侧的第二端部的内部，但并不局限于此，也可以构成为仅在主体部12的轴向的至少一侧的端部设置有插堵件20。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述情况，在不脱离其主旨的范围内，除上述情况以外，当然也能够进行各种变形来实施。

Claims (8)

1.一种高压容器(10)，其中，
所述高压容器(10)具有：
主体部(12)，其形成为圆筒状，且轴向的至少一侧的端部开口；
插堵件(20)，该插堵件(20)的至少一部分插入所述主体部(12)的开口的所述端部的内部，从而封堵所述端部；
第一加强层(14)，其设置于所述主体部(12)的外周面(18)，并且由以所述主体部(12)的周向作为内部纤维的延伸方向即纤维方向的纤维强化树脂构成；
第二加强层(16)，其由包含纤维(78)的纤维强化树脂构成，并与所述第一加强层(14)一体化，其中，所述纤维(78)配设为：在所述主体部(12)的轴向观察下通过所述插堵件(20)的中心部(28)，并且在与所述主体部(12)的轴向正交的方向观察下与所述主体部(12)的轴向平行；以及
能够将多个所述插堵件(20)相互连结的连结部件(40)和紧固部件(50、52)，
所述高压容器(10)构成为多个所述插堵件各自的至少一部分插入设置有多个的所述高压容器各自的主体部的至少一侧的端部的开口，
在各所述插堵件(20)设置有将所述主体部(12)的内部与外部连通的连通流路(24)，
在各所述插堵件(20)的内部设置有紧固孔(74)，所述连结部件(40)经由从外部插入所述紧固孔的所述紧固部件(50、52)而被紧固于所述多个所述插堵件(20)，
在所述连结部件(40)的内部设置有与所述连结部件(40)的外部连通的连结流路(48)，各所述插堵件(20)的连通流路(24)与所述连结部件(40)的连结流路(48)经由设置于所述紧固部件(50)的内部的内部流路(66)连通。
2.根据权利要求1所述的高压容器(10)，其中，
在各所述插堵件(20)的所述主体部(12)的轴向的外侧端部(72)，在外周侧设置有朝向所述主体部(12)的轴向的外侧突出的突出部(30)，
在该突出部(30)的内部设置有紧固孔(74)，所述连结部件(40)经由从外部插入的所述紧固部件(50、52)而被紧固于所述紧固孔(74)。
3.根据权利要求2所述的高压容器(10)，其中，
在各所述插堵件(20)以在所述主体部(12)的轴向观察下隔着所述插堵件的中心部(28)的方式而设置有一对所述突出部(30)。
4.根据权利要求1所述的高压容器，其中，
在所述插堵件(20)的插入所述主体部(12)的内部的部位形成有凹部(32)，该凹部(32)朝向所述主体部(12)的内部开口，并且朝向所述主体部(12)的轴向外侧凹陷。
5.根据权利要求2或3所述的高压容器，其中，
在各所述插堵件(20)的插入所述主体部(12)的内部的部位形成有凹部(32)，该凹部(32)朝向所述主体部(12)的内部开口，并且朝向所述主体部(12)的轴向外侧凹陷。
6.根据权利要求1所述的高压容器，其中，
所述第二加强层(16)设置于所述第一加强层(14)的外侧以及所述插堵件(20)的外表面。
7.根据权利要求2或3所述的高压容器，其中，
所述第二加强层(16)设置于各所述第一加强层(14)的外侧以及各所述插堵件(20)的外表面。
8.根据权利要求2或3所述的高压容器，其中，
所述第二加强层(16)的所述纤维(78)在各所述插堵件(20)的轴向外侧端部(72)卷绕于除所述突出部(30)以外的范围。
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