CN112413391A - 高压储罐 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压储罐。构成高压储罐(10)的内胆(12)具有随着靠向端部而收缩的收缩部(13a、13b)、圆筒形状部(15)、介于收缩部与圆筒形状部(15)之间的弯曲部(14a、14b)。在内胆(12)上安装有接头(20)。在该接头(20)上形成有用于进行流体供排的供排孔(18)，并且设置有介于内胆(12)和加强层(16)之间的凸缘部(30)。在凸缘部(30)与加强层(16)之间配设有保护部件(50)。并且，在弯曲部与加强层(16)之间夹装有多孔材料(94)。据此，能够使进入到内胆与加强层之间的气体通过该内胆的弯曲部与加强层之间而从两者之间排出，并且能够避免内胆变形。

Description

高压储罐

技术领域

本发明涉及一种具有内胆(liner)、加强层和接头的高压储罐(high pressuretank)。

背景技术

高压储罐作为收容气体、液体等流体的容器而被广泛使用。例如，作为收容用于向燃料电池系统供给的氢气的装置而被搭载于燃料电池车辆。

作为这种高压储罐，已知一种具有树脂制的内胆、加强层和接头的高压储罐，其中，内胆将流体收容在其中空内部；加强层由为了加强该内胆而覆盖其外面的纤维增强树脂构成；接头上形成有用于对该内胆的中空内部进行流体供排的供排孔。如日本发明专利公开公报特开2009-174700号的图1所示，内胆的长度方向两端部为收缩部，收缩部彼此之间为圆筒形状部。另外，在圆筒形状部和收缩部之间夹设有截面呈弧形的弯曲部。

然而，在上述结构的高压储罐中，若在内胆中填充高压的氢气，则该氢气透过内胆(以下，将透过了内胆的氢气等气体也记作“透过气体”)，进入内胆与加强层之间。因此，在日本发明专利公开公报特开2009-174700号中，提出了一种方案，即为了将该透过气体从内胆和加强层之间排出，而在内胆和加强层之间形成通气层。该通气层例如作为成为加强层的纤维增强树脂的内层部分而形成。根据日本发明专利公开公报特开2009-174700号的特别是

段的记载，与充分展宽而螺旋缠绕的外侧的纤维相比，增大抑制展宽而组合缠绕的内侧的纤维的厚度，据此能够得到具有沿着内侧的纤维的空隙的通气层。

发明内容

通过利用纤维缠绕法将纤维增强树脂缠绕于内胆来制作加强层。为了抑制内胆在填充高压气体时膨胀，而使增强纤维尽可能张紧。因此，内胆被施加从纤维增强树脂朝向内胆的内侧的推压力。

在此，增强纤维的张紧程度被设定为在弯曲部最大。这是因为，弯曲部的截面为弧形，因此若不以紧固力比环向缠绕大的螺旋缠绕来缠绕，则容易松弛。因此，施加于内胆的推压力在弯曲部最大。因此，如日本发明专利公开公报特开2009-174700号所记载的那样，在将纤维增强树脂的内层部分作为通气层的情况下，在弯曲部存在该通气层从外层被压溃的担忧。

当发生这样的情况时，在弯曲部，透过气体的流通路径被堵塞。即，难以将透过了圆筒形状部的透过气体经过弯曲部从收缩部排出。换言之，透过气体容易滞留在内胆与加强层之间。由于透过气体为高压，因此，当内胆内的氢气被消耗而使内胆的内压下降时，内胆被透过气体推压。其结果，可能会引起内胆变形。

本发明的主要目的在于，提供一种能够使进入到内胆与加强层之间的气体通过该内胆的弯曲部与加强层之间而从两者之间排出的高压储罐。

本发明的另一目的在于，提供一种能够避免内胆变形的高压储罐。

根据本发明的一技术方案，提供一种高压储罐，其具有树脂制的内胆、加强层和接头，其中，所述加强层覆盖所述内胆的外表面；所述接头上形成有用于对所述内胆进行流体供排的供排孔，在所述高压储罐中，所述内胆具有收缩部、圆筒形状部和弯曲部，其中，所述收缩部随着靠向端部而收缩；所述弯曲部介于所述收缩部与所述圆筒形状部之间，所述接头具有凸缘部和筒部，其中，所述凸缘部介于所述内胆与所述加强层之间；所述筒部与所述凸缘部连接，并且向所述加强层的外侧露出，在所述凸缘部与所述加强层之间配设有被填充于该凸缘部与该加强层之间的间隙中的保护部件，在所述弯曲部与所述加强层之间夹装(介装)有多孔材料。

根据本发明，在加强层对内胆的推压力最大的弯曲部与所述加强层之间夹装多孔材料。由于多孔材料包括开气孔，因此，在流体进入到弯曲部与加强层之间的情况下，该流体可经由开气孔流通。即，能够使流体通过弯曲部和加强层之间而从两者之间排出。因此，能够有效地防止流体滞留在弯曲部与加强层之间或者因滞留的流体推压内胆的结果而导致内胆变形。

并且，能够减小用于防止因滞留的流体而使内胆变形的内胆内压(保护残压)，由此能够减少高压储罐内的剩余流体的量。因此，在流体为氢气时，例如能够实现搭载有高压储罐的燃料电池车辆的续航距离的增加。

上述目的、特征和优点通过参照附图说明的以下实施方式的说明可易于理解。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的高压储罐的沿着长度方向(轴线方向)的整体概略侧面剖视图。

图2是图1的主要部分放大图。

具体实施方式

以下，列举优选的实施方式，参照附图对本发明所涉及的高压储罐详细地进行说明。

图1是本实施方式所涉及的高压储罐10的沿着长度方向(轴线方向)的整体概略侧面剖视图。该高压储罐10具有由聚酰胺(PA)树脂等树脂材料构成的内胆12。该内胆12是中空体，在其内部例如能够收容氢气等各种流体。

内胆12从图1的左方朝向右方按顺序具有第一收缩部13a、第一弯曲部14a、圆筒形状部15、第二弯曲部14b、第二收缩部13b。第一收缩部13a和第二收缩部13b是随着靠向内胆12的长度方向端部而收缩并呈拱形的闭塞端部。另外，圆筒形状部15是长形的筒状体，其长度方向的各端部经由第一弯曲部14a和第二弯曲部14b而与第一收缩部13a和第二收缩部13b连接。内胆12从第一收缩部13a到第二收缩部13b为止被加强层16覆盖。

在第一收缩部13a和第二收缩部13b上分别设置有形成有供排孔18的接头20。参照图2，若例示第一收缩部13a来具体说明，则在第一收缩部13a的顶面形成有朝向内胆12的内部换言之朝向圆筒形状部15凹陷的凹陷部22。并且，从该凹陷部22以朝向远离圆筒形状部15的方向的方式突出形成有筒状部24。在筒状部24的外周壁设置有外螺纹26。

接头20例如由金属构成，具有凸缘部30和筒部32，其中，凸缘部30介于内胆12和加强层16之间；筒部32与该凸缘部30一体相连且直径比该凸缘部30小。凸缘部30的底面是与凹陷部22的外表面抵接的内胆侧抵接端面34，另一方面，内胆侧抵接端面34的背面是与内胆12一起被加强层16覆盖的加强层覆盖端面36。另外，凸缘部30的外周缘部呈从内胆侧抵接端面34到加强层覆盖端面36沿筒部32的轴线方向切割出缺口的形状。因此，在接头20的侧部形成有平坦侧面38。平坦侧面38沿筒部32的轴线方向具有规定的长度。

通过内胆侧抵接端面34与平坦侧面38的交叉而形成有第一角部40，并且通过平坦侧面38与加强层覆盖端面36的交叉而形成有第二角部42。第一角部40面对内胆12，第二角部42面对加强层16。上述第一角部40和第二角部42均为钝角，换言之，内胆侧抵接端面34与平坦侧面38之间的交叉角θ1、平坦侧面38与加强层覆盖端面36之间的交叉角θ2均为钝角。

通过形成有平坦侧面38，作为由该平坦侧面38、内胆12和加强层16围绕的空间而形成有环状间隙44。如后所述，在环状间隙44中填充有保护部件50的一部分。

供排孔18从凸缘部30延伸到筒部32。在供排孔18的内周壁形成有内螺纹52，所述外螺纹26与该内螺纹52旋合。通过该旋合，接头20被外装于筒状部24。

在比内螺纹52靠流体供给方向上游侧的位置形成有环状凹陷的密封槽54。在该密封槽54的内部配设有由O形圈构成的密封部件56。利用该密封部件56对筒状部24的外周面与供排孔18的内周面之间进行密封。

在接头20上还形成有截面形状分别为圆形的插入孔60和接头侧通路62。插入孔60从凸缘部30的内胆侧抵接端面34朝向筒部32侧以规定长度延伸，并与接头侧通路62的一端侧连通。插入孔60和接头侧通路62在接头20的周向上隔开一定间隔而设置有多个。

在插入孔60中插入有插塞(plug)64。插塞64例如是由与接头20相同的金属形成的圆筒体，沿轴线方向贯通形成有插塞侧通路66。接头侧通路62与插塞侧通路66连接，并且在接头20的内部相对于高压储罐10的轴线方向稍微倾斜地延伸后，朝向供排孔18的内周面弯折。这些插塞侧通路66和接头侧通路62作为将进入到内胆12与接头20之间的流体向供排孔18引导的流体引导通路而发挥功能。

在供排孔18的内部还配设有轴环72。轴环72例如由金属制成，具有圆环状的头部74和筒状的圆筒部76，其中，该圆筒部76与该头部74一体设置，且直径小于该头部74。筒状部24被圆筒部76的外周面和凸缘部30的供排孔18的内周面夹持，据此被牢固地支承。另外，在轴环72上，沿圆筒部76的轴线方向贯通形成有与供排孔18连通的通孔80。

并且，在凸缘部30和加强层16之间配设有保护部件50。保护部件50具有圆环主体部84和环状突部86，其中，环状主体84形成为大致圆环形；环状突部86从环状主体部84突出，且截面呈大致三角形。如从图2所理解的那样，环状突部86从环状主体部84的面对内胆12的端面指向内胆12突出。

环状突部86进入环状间隙44，并且与接头20的平坦侧面38及内胆12抵接。即，环状突部86被填充在该环状间隙44中。

一方的圆环主体部84的宽度比环状突部86的宽度宽。因此，圆环主体部84具有：第一被夹持部位88，其进入到接头20的凸缘部30与加强层16之间；和第二被夹持部位90，其进入到内胆12与加强层16之间。换言之，第一被夹持部位88被填充在凸缘部30与加强层16之间的微小间隙中，第二被夹持部位90被填充在内胆12与加强层16之间的微小间隙中。因此，保护部件50通过内胆12、加强层16和接头20被牢固地定位固定。

虽然在图2中夸张地示出，但圆环主体部84的厚度极小。因此，由第二被夹持部位90和内胆12形成的台阶极小。因此，能够避免在增强纤维被缠绕在内胆12上以形成加强层16时，应力作用在增强纤维上。

这样构成的保护部件50例如能够通过将熔融聚乙烯注射成型来制作。

并且，如图2详细所示，从圆筒形状部15的位于第一弯曲部14a附近的部分开始直到保护部件50的第二被夹持部位90为止，于内胆12与加强层16之间夹装有作为多孔材料的多孔带材94。即，多孔带材94介于第一弯曲部14a和加强层16之间。多孔带材94例如由多孔聚四氟乙烯树脂的长形的膜体构成。这种多孔带材94容易获得。

多孔带材94是长形且软质的带材，能够易于缠绕在内胆12上。另外，多孔带材94是开气孔彼此沿厚度方向和长度方向以三维连接的多孔体。因此，透过了内胆12的流体(例如，透过气体)可以经由开气孔流通。

多孔带材94的面对保护部件50的第二被夹持部位90的一侧的端部与该第二被夹持部位90对接接触。包括该对接接触部位在内，多孔带材94的厚度被设定为比保护部件50的第二被夹持部位90小。

另外，多孔带材94的面对加强层16的一侧的端面被实施了防水处理。通过防水处理，不仅是水分，具有亲水基的树脂也被多孔带材94排斥。

第二收缩部13b也具有与以上结构同样的结构。因此，对相同的结构要素标注相同的附图标记，并省略其详细说明。此外，圆筒形状部15的中间部未缠绕多孔带材94。

覆盖内胆12的加强层16由纤维增强树脂构成。通过将增强纤维缠绕在内胆12上，然后将基材树脂浸渍在该增强纤维中，来设置加强层16。作为增强纤维和基材树脂的典型的优选例，可分别列举碳纤维和环氧树脂。

在制作高压储罐10时，在设置有接头20和保护部件50的内胆12的第一弯曲部14a和第二弯曲部14b上设置多孔材料。在采用由上述那样的膜体构成的多孔带材94作为多孔材料的情况下，只要缠绕多孔带材94即可。这样，在使用多孔带材94的情况下，能够易于在第一弯曲部14a和第二弯曲部14b上设置多孔材料。

典型地，多孔带材94以从第一弯曲部14a或第二弯曲部14b的附近延伸至2个保护部件50的各第二被夹持部位90的方式根据需要缠绕多圈。此外，在多孔带材94和保护部件50的对接接触部位，以使多孔带材94的厚度小于保护部件50的厚度的方式来设定多孔带材94的缠绕圈数和重叠程度。

在此时对多孔带材94的外表面实施防水处理。为此，例如可以喷射防水喷雾。或者，也可以在缠绕多孔带材94之前实施防水处理。

接着，通过已知的纤维缠绕法，将浸渍有树脂的增强纤维(以下也记为“浸渍纤维”)缠绕在内胆12、接头20、保护部件50和多孔带94的外侧。此时，浸渍纤维在内胆12的圆筒形状部15上以环向缠绕的方式缠绕，而在第一弯曲部14a、第一收缩部13a、第二弯曲部14b和第二收缩部13b上以螺旋缠绕的方式缠绕。这是因为，如上所述，若在第一弯曲部14a、第一收缩部13a、第二弯曲部14b和第二收缩部13b上以环向缠绕的方式缠绕，则浸渍纤维容易松弛。

因此，浸渍纤维在第一弯曲部14a和第二弯曲部14b张紧。其结果，如图2夸张所示，浸渗纤维的层厚在位于第一弯曲部14a和第二弯曲部14b的外侧的部位处变小。因此，在第一弯曲部14a和第二弯曲部14b，从浸渍纤维(加强层16)施加给内胆12的推压力最大。

如上所述，多孔带材94被实施了防水处理。因此，多孔带材94排斥包含在浸渍树脂中的树脂。因此，能够避免多孔带材94的开气孔被树脂堵塞。

除此之外，作为保护部件50的一部分的第二被夹持部位90进入到内胆12与加强层16之间。因此，由于接头20与加强层16之间的台阶被填充，所以浸渍树脂卡在台阶上而张紧，其结果，能够避免损伤。

在浸渍树脂的缠绕结束后，例如实施加热。据此，通过所述树脂固化，而形成有作为层叠体的加强层16。

本实施方式所涉及的高压储罐10基本上如上那样构成，接着，对其作用效果进行说明。

当在高压储罐10的内部储存氢气等流体时，该流体通过筒状部24的供排孔18和轴环72的通孔80而被供给到内胆12的中空内部。此时，内胆12由于其内压上升而稍微膨胀。另一方面，在放出所储存的流体时，流体通过轴环72的通孔80和筒状部24的供排孔18而从内胆12的中空内部排出。随着内胆12的内压下降，内胆12稍微收缩。

随着流体供给而内胆12膨胀，载荷施加于接头20的凸缘部30。通过在流体被排出时内胆12收缩，而去除该载荷。因此，通过反复对高压储罐10进行流体的供排，来对凸缘部30反复进行载荷的施加和去除。

在此，在本实施方式中，如图2所示，在凸缘部30的外周缘部形成有以规定的长度延伸的平坦侧面38，并且，在内胆侧抵接端面34与平坦侧面38之间夹设有钝角的第一角部40，在平坦侧面38与加强层覆盖端面36之间夹设有钝角的第二角部42。即，在凸缘部30的外周缘部不存在敏锐的边缘形状部。

换言之，凸缘部30的外周缘部为厚壁。因此，即使反复进行载荷的施加和去除，疲劳也不容易累积。因此，在凸缘部30上不容易发生疲劳失效。即，能够消除在凸缘部30的外周缘部发生疲劳失效的担忧。

而且，在本实施方式中，在环状间隙44中填充有保护部件50的环状突部86(参照图2)。因此，在内胆12的与第一角部40的抵接部位还抵接有环状突部86的顶部。因此，当内胆12膨胀时，从内胆12施加的载荷被分散到凸缘部30和保护部件50。即，由于避免了应力集中在该抵接部位，因此，避免了疲劳累积在所述抵接部位而发生疲劳失效。

这样，在本实施方式中，由于保护部件50介于凸缘部30与加强层16之间并填充于两者间的间隙(包括环状间隙44)，因此，能够消除内胆12发生疲劳失效的担忧。

另外，保护部件50由于由树脂构成，而显示出足够的弹性。因此，当内胆12膨胀并且推压接头20时，保护部件50被稍微压溃。通过该压溃，从接头20朝向加强层16的推压力(载荷)被缓和。因此，作用于接头20的来自加强层16的反作用力变小。据此，作用于接头20和加强层16的载荷变小，因此，避免了该接头20或加强层16损伤。

除此之外，由于环状突部86也被压溃，因此，在内胆12和加强层16的与环状突部86抵接的部位，来自内胆12的推压力和来自加强层16的反作用力也被缓和。因此，也保护了内胆12。

结果，通过将具有环状突部86的保护部件50夹装在凸缘部30与加强层16之间，内胆12、加强层16和接头20不易损伤。即，能够将高压储罐10构成为耐用性优异的储罐。

而且，通过设置保护部件50，而阻止了多孔带材94向接头20侧移动。即，通过保护部件50，防止了多孔带材94移位。

另外，当氢气作为流体被填充到内胆12内时，该内胆12的内压变大。在该情况下，氢气透过内胆12而成为滞留在内胆12与加强层16之间的透过气体。随着内胆12内的氢气被消耗(排出)而内压变小，透过气体从内胆12内的氢气的约束中解放出来。

在此，在圆筒形状部15，由加强层16对内胆12施加的推压力较小。因此，当内胆12的内压变小时，透过到圆筒形状部15的外侧的透过气体能够比较易于向第一弯曲部14a或第二弯曲部14b移动。

与此相对，在第一弯曲部14a或第二弯曲部14b，由加强层16对内胆12施加的推压力较大。这是因为，如上所述，在第一弯曲部14a或第二弯曲部14b，浸渍树脂的张紧程度大，因此，由加强层16施加给内胆12的推压力大。由于该推压力大，第一弯曲部14a或第二弯曲部14b与加强层16之间的间隙(透过气体的流通路径)相应地变小，因此，透过气体原本不容易越过第一弯曲部14a或第二弯曲部14b而到达保护部件50。

在此，在本实施方式中，从圆筒形状部15的位于第一弯曲部14a或第二弯曲部14b附近的部分开始直到设置于两端的保护部件50的各第二被夹持部位90为止，分别设置有多孔带材94。因此，从圆筒形状部15移动到多孔带材94的透过气体经由多孔带材94内部存在的三维连接的开气孔进行流通，而到达保护部件50。这样，通过在从加强层16施加给内胆12的压力为最大的第一弯曲部14a、第二弯曲部14b上配设多孔带材94，透过气体能够易于在该第一弯曲部14a和该第二弯曲部14b中流通。

而且，在本实施方式中，在多孔带材94和保护部件50(第二被夹持部位90)的对接接触部位，将多孔带材94的厚度设定为小于第二被夹持部位90的厚度。因此，能够将通过多孔带材94的开气孔后的透过气体易于引导到第二被夹持部位90与内胆12之间。

如图2中由箭头所示，透过气体通过内胆12的凹陷部22与保护部件50(第二被夹持部位90)之间、以及凹陷部22与内胆侧抵接端面34之间，并进一步通过插塞侧通路66、接头侧通路62而被引导到供排孔18。即，透过气体在供排孔18中与从内胆12内放出的氢气合流。这样，透过气体经由插塞侧通路66和接头侧通路62被安全地排出到高压储罐10的外部。

如上所述，根据本实施方式，通过在第一弯曲部14a和第二弯曲部14b设置多孔材料(多孔带材94)，能够易于将透过了内胆12的透过气体从内胆12与加强层16之间排出。因此，即使在内胆12的内压下降的情况下，也能够避免滞留在内胆12与加强层16之间的透过气体推压该内胆12。因此，有效地防止了内胆12的变形。

通常，为了防止因滞留的透过气体而导致内胆12变形，通过使流体(氢气等)在内胆12内残留规定量，从而得到规定的内胆内压(保护残压)。与此相对，在本实施方式中，如上所述，能够易于将透过气体排出到高压储罐10的外部，因此，即使减小保护残压，也能够避免内胆12变形。因此，能够减少残留在高压储罐10内的流体的量。当流体为氢气时，例如能够实现搭载了高压储罐10的燃料电池车辆的续航距离的增加。

本发明不特别限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。

例如，也可以在圆筒形状部15上设置接头20和保护部件50。此外，接头20和保护部件50的个数也可以是一个。

并且，也可以不设置第一被夹持部位88和第二被夹持部位90中的任一个而构成保护部件。

Claims (8)

1.一种高压储罐(10)，其具有树脂制的内胆(12)、加强层(16)和接头(20)，其中，所述加强层覆盖所述内胆的外表面；所述接头(20)上形成有用于对所述内胆进行流体供排的供排孔(18)，

其特征在于，

所述内胆具有收缩部(13a、13b)、圆筒形状部(15)和弯曲部(14a、14b)，其中，所述收缩部随着靠向端部而收缩；所述弯曲部介于所述收缩部与所述圆筒形状部之间，

所述接头具有凸缘部(30)和筒部(32)，其中，所述凸缘部介于所述内胆与所述加强层之间；所述筒部与所述凸缘部连接，并且向所述加强层的外侧露出，

在所述凸缘部与所述加强层之间配设有保护部件(50)，该保护部件被填充于所述凸缘部与所述加强层之间的间隙中，

在所述弯曲部与所述加强层之间夹装有多孔材料(94)。

2.根据权利要求1所述的高压储罐，其特征在于，

所述接头和所述保护部件设置于所述收缩部，并且所述多孔材料从所述弯曲部延伸到所述保护部件。

3.根据权利要求2所述的高压储罐，其特征在于，

在所述多孔材料和所述保护部件的对接接触部位，所述多孔材料的厚度比所述保护部件小。

4.根据权利要求

中任一项所述的高压储罐，其特征在于，

所述保护部件的一部分进入到所述内胆与所述加强层之间。

5.根据权利要求

中任一项所述的高压储罐，其特征在于，

所述多孔材料的面对所述加强层的表面被实施了防水处理。

6.根据权利要求

中任一项所述的高压储罐，其特征在于，

所述多孔材料由带材构成。

7.根据权利要求

中任一项所述的高压储罐，其特征在于，

所述加强层对所述内胆施加推压力，并且所述推压力在所述弯曲部最大。

8.根据权利要求7所述的高压储罐，其特征在于，

所述加强层由纤维增强树脂构成，所述纤维增强树脂在所述圆筒形状部上以环向缠绕的方式缠绕，且在所述弯曲部上以螺旋缠绕的方式缠绕。

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