CN112780940B - 压力容器 - Google Patents

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Abstract

一种压力容器，具备：容器主体：在至少一端侧具有圆筒状的开口端部；纤维增强树脂制的包覆部，包覆容器主体的外表面；及圆筒状的接头，通过将在内表面具有突起部的多个接头主体在开口端部的周向上连结而构成，通过使突起部咬入于包覆开口端部的外周面的包覆部而安装于开口端部的外周面，其中，接头的接头主体通过使形成于接头主体的周向上的端部的嵌合部嵌合而连结。

Description

压力容器
技术领域
本发明涉及压力容器。
背景技术
以下的压力容器是以往已知的：该压力容器具备圆筒状的内衬和使用碳纤维增强树脂(CFRP)而形成且加强内衬的加强部(加强层)，在内部贮存氢(例如，参照日本特开2018-112204)。在该压力容器中的内衬的端部牢固地安装接头。即，设置于接头的突起部向加强部(加强层)咬入。
发明内容
作为接头，可考虑以下构造：将多个(例如8个)接头主体利用径向被设为厚度方向的薄板状的连结部连结，通过使各连结部局部地变形而向作为容器主体的内衬的开口端部安装(参照图12)。若设为这样的构造，则存在能够削减构成接头的部件件数的优点。
然而，在这样的构造中，在使各连结部局部地变形而向内衬的开口端部安装接头时，由于为了该变形而施加的力的不均等，无法将各接头主体向径向内侧均等地压入，可能会在1个或多个连结部产生龟裂等。
于是，本发明的目的在于，得到在向容器主体中的开口端部安装接头时能够防止在该接头产生龟裂等的压力容器。
为了达成上述的目的，本发明的第一方案所记载的压力容器具备：容器主体，在至少一端侧具有圆筒状的开口端部，在内部填充气体；纤维增强树脂制的包覆部，包覆所述容器主体的外表面；及圆筒状的接头，通过将在内表面具有突起部的多个接头主体在所述开口端部的周向上连结而构成，通过使所述突起部咬入于包覆所述开口端部的外周面的所述包覆部而所述圆筒状的接头安装于所述开口端部的外周面，所述接头的所述接头主体通过使形成于所述接头主体的所述周向上的端部的嵌合部嵌合而连结。
根据第一方案所记载的发明，通过使突起部咬入于包覆容器主体的开口端部的外周面的包覆部而安装于该开口端部的外周面的圆筒状的接头通过将多个接头主体在开口端部的周向上连结而构成。即，该接头的所述接头主体通过使形成于各接头主体的周向上的端部的嵌合部嵌合而连结。因此，在向容器主体安装接头时，不会使连结各接头主体的部位局部地变形。由此，能够防止在接头中的连结各接头主体的部位产生龟裂等。
另外，第二方案所记载的压力容器根据第一方案所记载的压力容器，所述嵌合部由形成于所述接头主体的所述周向上的第一端部的凹部和形成于所述接头主体的所述周向上的第二端部的凸部构成，所述接头的所述接头主体通过将相邻的一方的所述接头主体的所述凸部嵌合于相邻的另一方的所述接头主体的所述凹部而连结。
根据第二方案所记载的发明，嵌合部由形成于接头主体的周向上的第一端部的凹部和形成于接头主体的周向上的第二端部的凸部构成，接头的所述接头主体通过将相邻的一方的接头主体的凸部嵌合于相邻的另一方的接头主体的凹部而连结。因此，各接头主体简单地被连结。
另外，第三方案所记载的压力容器根据第二方案所记载的压力容器，所述凸部构成为被压入于所述凹部。
根据第三方案所记载的发明，凸部被压入于凹部。因此，与在凸部与凹部之间具有间隙的结构相比，嵌合部处的密封性提高。
另外，第四方案所记载的压力容器根据第二方案所记载的压力容器，在所述凸部的向所述凹部嵌合的方向的下游侧的端部形成有至少向所述开口端部的径向鼓出的鼓出部，所述鼓出部构成为被压入于所述凹部。
根据第四方案所记载的发明，在凸部的向凹部嵌合的方向的下游侧的端部以至少向开口端部的径向鼓出的方式形成的鼓出部被压入于凹部。因此，与在鼓出部与凹部之间具有间隙的结构相比，嵌合部处的密封性提高。
如以上这样，根据本发明，在向压力容器的容器主体中的开口端部安装接头时，能够防止在该接头产生龟裂等。
附图说明
本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的标号表示同样的要素，其中：
图1是将本实施方式的压力容器的开口端部侧放大示出的剖视图。
图2是示出使第一实施方式的接头的卡定爪向包覆压力容器的开口端部的加强层咬入前的状态的立体图。
图3是图2中的X-X线向视剖视图。
图4是示出使第一实施方式的接头的卡定爪向包覆压力容器的开口端部的加强层咬入后的状态的立体图。
图5是图4中的Y-Y线向视剖视图。
图6是将第一实施方式的接头的卡定爪放大示出的剖视图。
图7是示出第一实施方式的嵌合前的接头的主视图。
图8是将图7中的接头的一部分放大示出的主视图。
图9是示出第一实施方式的嵌合后的接头的与图8相当的主视图。
图10是将第二实施方式的嵌合前的接头的一部分放大示出的主视图。
图11是示出第二实施方式的嵌合后的接头的与图10相当的主视图。
图12是将比较例的接头局部放大而示出的主视图。
具体实施方式
以下，基于附图来对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，为了便于说明，将在各图中适当示出的箭头S设为压力容器10的轴向，将箭头R设为压力容器10的径向，将箭头C设为压力容器10的周向。因此，在以下的说明中，在没有特殊记载而记载为轴向、径向、周向的情况下，分别表示压力容器10(包括后述的开口端部14)的轴向、径向、周向。
如图1所示，本实施方式的压力容器10构成了搭载于燃料电池汽车(图示省略)的罐模块(图示省略)的一部分。需要说明的是，罐模块构成为包括经由后述的紧固部18等而互相连接的多个压力容器10。
压力容器10构成为包括在内部填充气体的氢的作为容器主体的内衬12、将内衬12的外表面从外侧包覆而加强的作为包覆部的加强层16及在形成于内衬12的两端的圆筒状的开口端部14的外周面经由加强层16而安装的圆筒状的接头20。
内衬12使用聚酰胺合成树脂等树脂材料而形成为大致圆筒状。更具体地说，该内衬12具有在其长度方向(轴向)的中间部处内径及外径恒定的圆筒状的主干部12A和构成其长度方向(轴向)的两侧部分且随着朝向与主干部12A相反的一侧(轴向外侧)而逐渐收缩的肩部12B。
并且，该内衬12具有构成其长度方向(轴向)的两端部分(比肩部12B靠轴向外侧的部分)且与主干部12A及肩部12B相比内径及外径更小且大致恒定的圆筒状的开口端部14。
加强层16通过将纤维增强树脂制的带(图示省略)在内衬12的外表面的整体缠绕多层而形成。另外，加强层16的厚度构成为随着从内衬12的主干部12A侧朝向开口端部14侧而变厚。而且，在加强层16中，与内衬12的开口端部14对应的部分的外径(安装后述的接头20之前的外径)大致恒定。需要说明的是，在本实施方式中，作为纤维增强树脂(FRP)的一例而使用碳纤维增强树脂(CFRP)。
另外，在由加强层16覆盖的内衬12的开口端部14从该加强层16上安装接头20。并且，在该接头20安装紧固部18。由此，内衬12的一侧的开口端部14由紧固部18堵塞，且内衬12的另一侧的开口端部(图示省略)经由紧固部(图示省略)而与其他的压力容器10连接。需要说明的是，在图1中，示出了内衬12中的由紧固部18堵塞的一侧的开口端部14。
<第一实施方式>
接着，对第一实施方式的接头20的结构进行说明。
如图2、图4、图7所示，接头20使用金属材料而形成为圆筒状。具体而言，接头20由在周向上配置的多个(在本实施方式中是8个)接头主体22构成。接头主体22以径向为厚度方向而在轴向上延伸，并且在从轴向观察时形成为朝向径向外侧弯曲的板状。
并且，接头主体22的轴向外侧的端面被设为与开口端部14(加强层16)的端面配置成共面的平坦面23，在接头主体22的轴向内侧的端部一体形成有朝向径向外侧弯折的凸缘部24。需要说明的是，各凸缘部24在从轴向观察时形成为顶角是钝角的大致二等边三角形状。
如图1、图3、图5、图7所示，在各接头主体22的内周面(内表面)形成有作为突起部的多个卡定爪26，通过该多个卡定爪26，各接头主体22的内周面被设为滚花形状。各卡定爪26在沿着轴向及径向切断的剖视下形成为突出方向的顶端侧(径向内侧)尖锐的锯条状。
更详细地说，如图6所示，各卡定爪26的朝向内衬12的主干部12A侧的面被设为随着朝向径向内侧而向轴向外侧倾斜的倾斜面26A。另外，各卡定爪26的与朝向内衬12的主干部12A侧的面相反一侧的面成为了沿着径向的垂直面26B。
并且，倾斜面26A与垂直面26B交叉的部位成为了各卡定爪26的顶端部26C。通过各卡定爪26的顶端部26C向包覆着开口端部14的外周面的加强层16的外周部咬入，接头20构成为向开口端部14牢固地(以不能旋转的方式)安装。
另外，如图1、图3、图5、图7所示，在各接头主体22的外周面(外面)形成有螺纹槽28(在图2、图4中省略了螺纹槽28)。构成为，通过该螺纹槽28，在接头20安装于开口端部14时(在各接头主体22被连结时)，形成沿着周向且轴向的螺旋状的阳螺纹部29。需要说明的是，后述的紧固部18的阴螺纹部19与该阳螺纹部29螺合。
另外，如图7～图9所示，在各接头主体22的周向上的端部形成有用于将各接头主体22在周向上连结的嵌合部30。嵌合部30由在接头主体22的周向上的第一端部形成的凹部32和在接头主体22的周向上的第二端部形成的凸部34构成。
更具体地说明，凹部32在从轴向观察时在接头主体22的第一端部中的径向大致中央部切口形成为以周向为长度方向的细长的大致矩形状。需要说明的是，凹部32的轴向的长度被设为与除了凸缘部24之外的接头主体22的轴向的长度相同的长度。
凸部34在从轴向观察时在接头主体22的第二端部中的径向大致中央部突出形成为以周向为长度方向的细长的大致矩形状。需要说明的是，凸部34的轴向的长度被设为与除了凸缘部24之外的接头主体22的轴向的长度相同的长度。另外，凸部34的顶端面34A被设为形成为圆弧状的圆弧面。
并且，通过将相邻的一方的接头主体22的凸部34嵌合于相邻的另一方的接头主体22的凹部32，各接头主体22在周向上被连结。也就是说，形成圆筒状的接头20。需要说明的是，凹部32的周向上的深度(长度)形成为比凸部34的周向上的突出长度稍深(长)。换言之，在使凸部34嵌合于凹部32时，在凹部32的底面32A与凸部34的顶端面34A之间形成空隙(参照图9)。
因此，在凸部34嵌合于凹部32时，构成为相邻的一方的接头主体22的周向上的端面22A与相邻的另一方的接头主体22的周向上的端面22B抵接。换言之，构成为在相邻的一方的接头主体22的周向上的端面22A与相邻的另一方的接头主体22的周向上的端面22B之间不形成间隙。
而且，凹部32的径向上的宽度形成为比凸部34的径向上的宽度略小(凸部34的径向上的宽度形成为比凹部32的径向上的宽度略大)。因而，在凸部34向凹部32嵌合时，凸部34相对于凹部32压入。由此，构成为，即使在通过RTM(树脂含浸成形)而在加强层16中含浸有树脂的情况下，也以该树脂不会从接头20的径向内侧向径向外侧漏出的方式密封。
在具备被设为以上这样的结构的第一实施方式的接头20的压力容器10中，接着对其作用进行说明。
首先，对将第一实施方式的接头20向内衬12的开口端部14安装的工序进行说明。将8个接头主体22通过将各凸部34向各凹部32临时压入而临时连结，形成大致圆筒状的接头20。然后，如图2、图3所示，将该大致圆筒状的接头20以向内衬12的开口端部14的外周侧(加强层16的外周侧)嵌入的方式配置(接头配置工序)。由此，形成于接头20的各接头主体22的多个卡定爪26的顶端部26C与加强层16的外周面接近(具有间隙)而配置。
接着，如图4、图5所示，使接头20的嵌合部30嵌合，使接头20缩径(接头嵌合工序)。即，使临时压入于各凹部32的各凸部34更深地压入。由此，各接头主体22向径向内侧移动(缩径)，相邻的一方的接头主体22的端面22A与相邻的另一方的接头主体22的端面22B抵接，多个卡定爪26向加强层16咬入。通过以上，接头20经由加强层16而安装于内衬12的开口端部14。
在此，对图12所示的比较例进行说明。在该比较例的接头40中，8个接头主体42由以径向为厚度方向的薄板状的连结部44连结，构成为通过使各连结部44局部地变形而向内衬12的开口端部14安装。在该构造中，由于为了该变形而施加的力的不均等，无法将各接头主体42向径向内侧均等地压入，可能会在1个或多个连结部44产生龟裂K等。
相对于此，本实施方式的接头20通过将8个接头主体22利用嵌合部30在周向上连结而构成。即，该接头20通过使形成于各接头主体22的周向上的端部的嵌合部30分别嵌合而连结。因此，在向内衬12的开口端部14安装接头20时，不会使连结各接头主体22的部位局部地变形。由此，能够防止在接头20中的连结各接头主体22的部位产生龟裂等。
而且，该嵌合部30由在接头主体22的周向上的第一端部形成的凹部32和在接头主体22的周向上的第二端部形成的凸部34构成，接头20的接头主体22通过将相邻的一方的接头主体22的凸部34嵌合于相邻的另一方的接头主体22的凹部32而连结。因此，能够将各接头主体22简单地连结。
另外，凸部34被压入于凹部32。因而，在凹部32与凸部34之间不会形成径向的间隙。另外，在凹部32的底面32A与凸部34的顶端面34A之间形成有空隙。因而，相邻的一方的接头主体22的周向上的端面22A与相邻的另一方的接头主体22的周向上的端面22B牢固地抵接，在各端面22A与各端面22B之间也不会形成间隙。
换言之，若凸部34的顶端面34A与凹部32的底面32A抵碰，则相邻的一方的接头主体22的周向上的端面22A与相邻的另一方的接头主体22的周向上的端面22B的抵接被阻碍，可能会在各端面22A与各端面22B之间形成间隙。在本实施方式中的接头20中，不会产生这样的现象。
因此，与在从轴向观察时在凹部32与凸部34之间具有径向的间隙的结构及在各端面22A与各端面22B之间具有间隙的结构相比，能够使嵌合部30处的密封性提高。更具体而言，即使在通过RTM(树脂含浸成形)而在加强层16中含浸有树脂的情况下，也能够以该树脂不会从接头20的径向内侧向径向外侧漏出的方式密封。
另外，若向开口端部14安装接头20，则由形成于各接头主体22的外周部的螺纹槽28构成螺旋状的阳螺纹部29。因此，通过使形成于紧固部18的螺旋状的阴螺纹部19与该阳螺纹部29螺合，能够将紧固部18安装于内衬12的开口端部14(紧固部连接工序)。
在此，如上所述，接头20使相邻的一方的接头主体22的端面22A与相邻的另一方的接头主体22的端面22B抵接。因此，接头20的内径的尺寸管理容易进行，即使开口端部14缩径，接头20也不会缩径。由此，能够防止螺合于接头20的紧固部18变松而脱落这样的不良情况的发生。
<第二实施方式>
接着，对第二实施方式的接头21的结构进行说明。需要说明的是，对与上述第一实施方式的接头20同等的部位标注相同的标号，适当省略详细的说明。
如图10、图11所示，在构成该接头21的嵌合部31的凸部36的顶端部(向凹部32嵌合的方向的下游侧的端部)形成有在从轴向观察时呈大致圆形状鼓出的鼓出部38。在该第二实施方式中，仅被设为具有鼓出部38的凸部36这一点与第一实施方式不同。
在从轴向观察时，鼓出部38的直径形成为比凹部32的径向的宽度略大(凹部32的径向的宽度成为比鼓出部38的直径略小)。因此，该鼓出部38构成为相对于凹部32压入。需要说明的是，构成为在除了鼓出部38之外的凸部36与凹部32之间在径向上形成些许间隙。
在具备被设为以上这样的结构的第二实施方式的接头21的压力容器10中，接着对其作用进行说明。需要说明的是，关于与上述第一实施方式共通的作用，适当省略其说明。
如图10、图11所示，凸部36的鼓出部38向凹部32压入。因而，在凹部32与鼓出部38之间不会形成径向的间隙。另外，在凹部32的底面32A与鼓出部38的顶端面38A之间形成有空隙。因而，与第一实施方式同样，相邻的一方的接头主体22的周向上的端面22A与相邻的另一方的接头主体22的周向上的端面22B牢固地抵接，在各端面22A与各端面22B之间也不会形成间隙。
因此，与在从轴向观察时在凹部32与鼓出部38之间具有径向的间隙的结构及在各端面22A与各端面22B之间具有间隙的结构相比，能够使嵌合部31处的密封性提高。尤其是，在从轴向观察时，凸部36的顶端部被设为呈大致圆形状鼓出的鼓出部38，因此，在向凹部32压入后，能够相对于该凹部32始终确保径向的密封点。
需要说明的是，在除了鼓出部38之外的凸部36与凹部32之间在径向上形成些许间隙。然而，由于由该凹部32和凸部36构成了迷宫构造，所以能够抑制密封性的降低。另外，若凸部36的顶端部被设为呈大致圆形状鼓出的鼓出部38，则存在以下优点：即使在凸部36相对于凹部32倾斜插入时，该鼓出部38也容易向凹部32进入。
以上，基于附图对本实施方式的压力容器10进行了说明，但本实施方式的压力容器10不限定于图示的结构，能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当设计变更。例如，内衬12只要在至少一端侧具有圆筒状的开口端部14即可。
另外，在第一实施方式中，凸部34的顶端面34A也可以在从轴向观察时不被设为形成为圆弧状的圆弧面。不过，若将凸部34的顶端面34A设为圆弧面，则存在容易使凸部34相对于凹部32进入的优点。
另外，在第二实施方式中，凸部36的鼓出部38不限定于在从轴向观察时形成为大致圆形状的结构。鼓出部38只要以能够确保充分的密封性的方式至少向径向鼓出即可，例如，鼓出部38的顶端面38A也可以被设为平坦面。
另外，构成接头20的接头主体22的数量不限定于图示的8个。构成接头20的接头主体22的数量根据开口端部14的外径(也包括加强层16的厚度)及接头主体22的周向上的长度等而适当设计变更。
另外，向内衬12填充的气体不限定于氢。例如，氦、氮等气体也能够向内衬12填充。另外，加强层16只要是纤维增强树脂(FRP)制即可，不限定于碳纤维增强树脂(CFRP)制。
另外，只要构成为相邻的一方的接头主体22的周向上的端面22A和相邻的另一方的接头主体22的周向上的端面22B牢固地抵接即可，也可以在凹部32的底面32A与凸部34的顶端面34A或鼓出部38的顶端面38A之间不形成空隙。

Claims (1)

1.一种压力容器，具备：
容器主体，在至少一端侧具有圆筒状的开口端部，在内部填充气体；
纤维增强树脂制的包覆部，包覆所述容器主体的外表面；及
圆筒状的接头，通过将在内表面具有突起部的多个接头主体在所述开口端部的周向上连结而构成，通过使所述突起部咬入于包覆所述开口端部的外周面的所述包覆部而所述圆筒状的接头安装于所述开口端部的外周面，
所述接头的所述接头主体通过使形成于所述接头主体的所述周向上的端部的嵌合部嵌合而连结，
所述嵌合部由形成于所述接头主体的所述周向上的第一端部的凹部和形成于所述接头主体的所述周向上的第二端部的凸部构成，
所述接头的所述接头主体通过使相邻的一方的所述接头主体的所述凸部嵌合于相邻的另一方的所述接头主体的所述凹部而连结，
在所述凸部的向所述凹部嵌合的方向的下游侧的端部形成有至少向所述开口端部的径向鼓出的鼓出部，所述鼓出部构成为被压入于所述凹部，所述鼓出部在从轴 向观察时呈圆形状，
在所述鼓出部与所述凹部之间，在所述容器主体的周向上形成有间隙，在所述容器主体的径向上没有形成间隙。
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