CN115539822A - 压力容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压力容器，能够提高温度降低时的可靠性。压力容器具备气体收容部(110)、阀、密封构件和金属制的管状构件(140)。气体收容部(110)由合成树脂制的内衬(111)和覆盖该内衬(111)的外表面的纤维强化树脂层(112)形成，并具有在前端形成有开口部(113)的颈部(114)。阀具有插入部，该插入部从开口部(113)插入于颈部(114)并形成将气体收容部(110)的内部空间与外部空间连通的气体流路。密封构件将颈部(114)与插入部之间密封。管状构件(140)在颈部(114)处设置在内衬(111)与纤维强化树脂层(112)之间，并配置于密封构件的周围。管状构件(140)具有埋设于内衬(111)且内表面(141)和外表面(142)被内衬(111)的合成树脂材料覆盖的锚定部(143、144)。

Description

压力容器
技术领域
本公开涉及压力容器。
背景技术
以往，已知有以高压填充氢气等气体的气罐。下述专利文献1公开了一种气罐，在安装有接口构件的内衬的外周侧具有通过纤维缠绕法层叠纤维而成的纤维强化层。在该以往的气罐的纤维强化层的内层部分设置有具有在纤维间产生的微细的空隙的通气层(专利文献1、摘要、权利要求1、第0007段、图3)。
根据该以往的气罐，在高压状态下透过了内衬的气体不会滞留在内衬与纤维强化层之间，而是经由由在构成纤维强化层的纤维之间产生的微细的空隙构成的通气层从内衬与接口构件之间的间隙逐渐向外部放出。由此，与在纤维强化层形成槽部的情况相比，能够确保足够的强度，并且抑制滞留在内衬与纤维强化层之间的高浓度的气体在短时间内向外部流出的不良情况。另外，在气罐内被减压时，还能够抑制内衬因内衬与纤维强化层之间的高压气体而向内侧变形的情况(专利文献1、第0008段)。
在该以往的气罐中，内衬的口部具有内侧延伸部和圆筒状的被嵌合部，该被嵌合部的内侧成为口部。内侧延伸部从内衬的肩部的内端缘向中心轴线侧以越靠近小径侧则越位于内衬内侧的方式倾斜并延伸。圆筒状的被嵌合部从内侧延伸部的与肩部相反的一侧沿着内衬的轴线方向向内衬内突出。在该被嵌合部的外周一体地设置有嵌入环。嵌入环将安装在被嵌合部与接口构件的压入于该被嵌合部的嵌合部之间的O形环勒紧(专利文献1、第0028段～第0029段、图2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-174700号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在上述以往的气罐中，如上所述，嵌入环与内衬一体地设置于作为内衬的口部的一部分的圆筒状的被嵌合部的外周，将安装在内衬的被嵌合部与接口构件的嵌合部之间的O形环勒紧。在这种构造中，当气罐的温度降低时，合成树脂制的内衬和金属制的嵌入环一起收缩。于是，由于内衬与嵌入环之间的热膨胀系数之差，作用有使内衬从嵌入环剥离的应力，有可能使气罐的可靠性降低。
本公开提供一种能够提高温度降低时的可靠性的压力容器。
用于解决课题的技术方案
本公开的一个方式为一种压力容器，其特征在于，具备：气体收容部，具有合成树脂制的内衬和覆盖该内衬的外表面的纤维强化树脂层，并设置有在前端具有开口部的颈部；阀，具有从所述开口部插入于所述颈部的插入部、和设置于该插入部并将所述气体收容部的内部空间与外部空间连通的气体流路；密封构件，将所述颈部与所述插入部之间密封；及金属制的管状构件，在所述颈部处设置在所述内衬与所述纤维强化树脂层之间，并配置于所述密封构件的周围，所述管状构件具有锚定部，该锚定部埋设于所述内衬且内表面和外表面被所述内衬的合成树脂材料覆盖。
在上述方式的压力容器中，也可以是，所述内衬在所述颈部的前端部具有外径扩大的扩径部，所述锚定部埋设于所述内衬的所述扩径部，且越接近所述颈部的前端则越被扩径。
在上述方式的压力容器中，也可以是，所述气体收容部具有肩部，该肩部与所述颈部的基端部连接且与所述颈部相比被扩径，所述锚定部埋设于所述肩部的所述内衬，且越远离所述颈部则越被扩径，所述锚定部的所述外表面相对于所述颈部的中心轴的倾斜角比所述肩部的所述内衬的外表面相对于所述中心轴的倾斜角小。
在上述方式的压力容器中，也可以是，所述内衬在所述颈部的前端部具有外径扩大的扩径部，所述锚定部埋设于所述内衬的所述扩径部，且具有在径向上贯通所述管状构件的贯通孔。
在上述方式的压力容器中，也可以是，所述锚定部具有倾斜面，该倾斜面与所述内表面之间形成锐角并且与所述外表面之间形成钝角，所述内表面和所述倾斜面被所述内衬的合成树脂材料覆盖。
发明效果
根据本公开的上述方式，能够提供一种能够提高温度降低时的可靠性的压力容器。
附图说明
图1是表示本公开所涉及的压力容器的实施方式1的剖视图。
图2是图1所示的压力容器的气体收容部的颈部的放大剖视图。
图3是说明图2所示的气体收容部的内衬的制造方法的剖视图。
图4是表示本公开所涉及的压力容器的实施方式2的相当于图2的放大剖视图。
图5是说明图4所示的气体收容部的内衬的制造方法的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本公开所涉及的压力容器的实施方式。
[实施方式1]
图1是表示本公开所涉及的压力容器的实施方式1的剖视图。本实施方式的压力容器100例如是搭载于燃料电池汽车或氢能源汽车，并填充高压的氢气的罐。压力容器100例如具备气体收容部110、阀120、密封构件130和管状构件140。另外，在图1所示的例子中，压力容器100具有将阀固定于气体收容部110的阀固定件150。
气体收容部110具有合成树脂制的内衬111和覆盖该内衬111的外表面的纤维强化树脂层112。另外，气体收容部110设置有在前端具有开口部113的颈部114。更详细而言，气体收容部110具有：圆筒状的颈部114；与该颈部114连接且与颈部114相比被扩径的肩部115；与该肩部115连接的圆筒状的主体部116；及与主体部116连接的圆顶状或半球状的端部117。肩部115例如以从颈部114朝向主体部116描绘平滑的曲线的方式逐渐扩径，具有圆顶状或半球状的形状。
内衬111是形成收容气体的内部空间IS的具有气体阻隔性的合成树脂制的内容器。作为内衬111的原材料，例如可以使用聚酰胺、聚乙烯、乙烯-乙烯醇共聚树脂(EVOH)、聚酯、环氧树脂等。在使用聚酰胺6作为内衬111的原材料的情况下，内衬111的线膨胀系数例如为13×10-5[1/K]左右。
纤维强化树脂层112通过覆盖收容气体的内衬111的外表面，由此作为确保内衬110的强度的加强层发挥功能。纤维强化树脂层112例如通过将浸渍有未固化的树脂的纤维束卷绕于内衬111并使浸渍于纤维束的树脂固化，从而设置成覆盖内衬111的外表面。作为纤维强化树脂层112的纤维束的原材料，例如可以使用玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维或碳纤维。另外，从轻量性和机械强度的观点出发，优选使用碳纤维作为纤维强化树脂层112的纤维束的原材料。
作为浸渍于纤维强化树脂层112的纤维束的树脂，例如可以使用聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺或聚酰胺等热塑性树脂。另外，作为浸渍于纤维强化树脂层112的纤维束的树脂，例如也可以使用酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂或环氧树脂等热固性树脂。
阀固定件150例如是安装于气体收容部110的圆筒状的颈部114的外侧的圆筒状的金属制的构件。阀固定件150通过设置于内周面的防脱的突起咬入颈部114的外周面，由此固定于颈部114的外侧。在阀固定件150的外周面设置有用于固定阀120的螺纹牙。
阀120例如是具有圆筒状的插入部121和气体流路122的金属制的构件，该插入部121从气体收容部110的开口部113插入于颈部114，该气体流路122设置于该插入部121并将气体收容部110的内部空间IS与外部空间OS连通。另外，阀120例如具有安装于气体收容部110的颈部114的前端部的凹状的安装部123。安装部123通过将设置于与阀固定件150的外周面相对的内周面的螺纹牙与设置于阀固定件150的外周面的螺纹牙螺合，从而经由阀固定件150固定于气体收容部110的圆筒状的颈部114的前端部。
阀120的插入部121在安装部123的螺纹牙与阀固定件150的螺纹牙螺合的状态下，插入到气体收容部110的圆筒状的颈部114的内衬111的内侧。插入部121具有将气体收容部110的内部空间IS与外部空间OS连通的气体流路122。
密封构件130将气体收容部110的颈部114与阀120的插入部121之间密封。更具体而言，密封构件130例如是配置在插入部121的外周面与颈部114的内衬111之间的O形环，将气体收容部110的颈部114与阀120的插入部121之间气密地密封。密封构件130例如配置在形成于阀120的插入部121的外周面的凹槽中。
管状构件140是在气体收容部110的颈部114处设置于内衬111与纤维强化树脂层112之间，并配置于密封构件130的周围的金属制的管状或环状的构件。管状构件140有时被称为嵌入环。管状构件140例如是为了在向气体收容部110的内部空间IS填充气体而气体收容部110的内压上升时，防止由纤维强化树脂层112的膨胀而引起的密封构件130的密封性下降而设置的。
金属制的管状构件140的线膨胀系数比合成树脂制的内衬111的线膨胀系数小。管状构件140的材料没有特别限定，例如可以使用不锈钢。在管状构件140的原材料为不锈钢(SUS316L)的情况下，管状构件140的线膨胀系数例如为约1.6×10-5[1/K]左右，为内衬111的线膨胀系数的八分之一以下。因此，在压力容器100的温度降低时，内衬111的收缩量大于管状构件140的收缩量。
图2是图1所示的压力容器100的气体收容部110的颈部114的放大剖视图。管状构件140具有埋设于内衬111且内表面141和外表面142被内衬111的合成树脂材料覆盖的锚定部143、144。另外，管状构件140也可以仅具有锚定部143、144中的任一个。锚定部143、144例如可以遍及管状构件140的周向的整周设置，也可以在管状构件140的周向上局部地设置。
第一锚定部143在管状构件140的中心轴CA方向上，设置于管状构件140的位于颈部114的前端的开口部113附近的前端部。另外，第二锚定部144在管状构件140的中心轴CA方向上，设置于管状构件140的位于从气体收容部110的颈部114的基端部到肩部115的前端部的基端部。
在图2所示的例子中，内衬111在颈部114的前端部具有外径扩大的扩径部111a。扩径部111a例如在颈部114的中心轴CA方向上，从颈部114的前端的开口部113设置到管状构件140的形成有锚定部143的前端部。另外，颈部114及管状构件140的中心轴CA例如与气体收容部110的中心轴CA一致。
在图2所示的例子中，内衬111的壁厚例如在扩径部111a处比其他部分厚。第一锚定部143埋设于内衬111的扩径部111a，且越接近颈部114的前端则越被扩径。第一锚定部143的内表面141和外表面142被内衬111的合成树脂材料覆盖。即，在图2所示的例子中，在第一锚定部143的外表面142与纤维强化树脂层112之间形成有内衬111的合成树脂材料的薄层。
另外，内衬111例如在肩部115的与颈部114的基端部连接的前端部具有与扩径部111a同样地比其他部分厚的厚壁部111b。第二锚定部144埋设于内衬111的设置于气体收容部110的肩部115的厚壁部111b，且越远离颈部114则越被扩径。
该第二锚定部144的外表面142相对于颈部114的中心轴CA的倾斜角α比内衬111的厚壁部111b的外表面相对于颈部114的中心轴CA的倾斜角β小。由此，锚定部144的外表面142被内衬111的合成树脂材料覆盖，在锚定部144与纤维强化树脂层112之间形成有内衬111的合成树脂材料的层。
图3是说明图2所示的气体收容部110的内衬111的制造方法的剖视图。内衬111例如在气体收容部110的中心轴CA方向上分成几个部分而成型，通过利用熔接等将所成型的多个部分接合而一体化。在此，对构成气体收容部110的颈部114、肩部115及主体部116的一部分的内衬111的前端部的制造方法进行说明。
首先，将管状构件140固定于内衬111的模具D。此时，在模具D的内壁面与管状构件140的锚定部143、144的外表面142之间形成空隙G。锚定部143、144之间的管状构件140的直管部145的外表面142与模具D的内壁面紧贴。在该状态下，进行从模具D的浇口D1注入熔融的内衬111的合成树脂材料并使其向箭头方向流动的注塑成型。
在该注塑成型时，熔融的内衬111的合成树脂材料进入到空隙G与管状构件140的锚定部143、144之间的空隙G。由此，锚定部143、144的内表面141和外表面142被内衬111的合成树脂材料覆盖。这样，内衬111和管状构件140通过嵌件成型而一体化。在此，与模具D的内壁面紧贴的管状构件140的直管部145的外表面142未被内衬111的合成树脂材料覆盖，而是从内衬111露出，成为与纤维强化树脂层112接触的状态。
另外，也可以在锚定部143、144之间的管状构件140的直管部145的外表面142与模具D的内壁面之间形成空隙G。在该情况下，不仅锚定部143、144的内表面141和外表面142，管状构件140的直管部145的内表面141和外表面142也被内衬111的合成树脂材料覆盖。即，管状构件140整体埋设于内衬111的合成树脂材料，管状构件140的外表面整体被内衬111的合成树脂材料覆盖。
以下，将本实施方式的压力容器100的作用与上述以往的气体罐对比来进行说明。在上述以往的气罐中，如上所述，嵌入环与内衬一体地设置于作为内衬的口部的一部分的圆筒状的被嵌合部的外周，将安装在内衬的被嵌合部与接口构件的嵌合部之间的O形环勒紧。在这种构造中，当气罐的温度降低时，合成树脂制的内衬和金属制的嵌入环一起收缩。于是，由于内衬与嵌入环之间的热膨胀系数之差，作用有使内衬从嵌入环剥离的应力，有可能使气罐的可靠性降低。
与此相对，本实施方式的压力容器100具备气体收容部110、阀120、密封构件130和金属制的管状构件140。气体收容部110具有合成树脂制的内衬111和覆盖该内衬111的外表面的纤维强化树脂层112，并设置有在前端具有开口部113的颈部114。阀120具有：插入部121，从开口部113插入于颈部114；及气体流路122，设置于该插入部121并将气体收容部110的内部空间IS与外部空间OS连通。密封构件130将颈部114与插入部121之间密封。管状构件140在颈部114处设置在内衬111与纤维强化树脂层112之间，并配置于密封构件130的周围。并且，管状构件140具有埋设于内衬111且内表面141和外表面142被内衬111的合成树脂材料覆盖的锚定部143、144。
根据这样的结构，本实施方式的压力容器100通过在纤维强化树脂层112的内侧配置于密封构件130的周围的管状构件140，能够抑制气体收容部110的内压上升时的由纤维强化树脂层112的膨胀引起的密封构件130的密封性下降。另外，管状构件140的锚定部143、144埋设于内衬111，锚定部143、144的内表面141和外表面142被内衬111的合成树脂材料覆盖。因此，在压力容器100的温度降低时，即使内衬111的收缩量变得比管状构件140的收缩量大，内衬111也被锚定部143、144约束于管状构件140，防止了内衬111从管状构件140剥离的情况。由此，能够提高压力容器100的温度降低时的可靠性。
另外，在本实施方式的压力容器100中，内衬111在颈部114的前端部具有外径扩大的扩径部111a。另外，管状构件140的锚定部143埋设于内衬111的扩径部111a，且越接近颈部114的前端则越被扩径。
通过这样的结构，本实施方式的压力容器100能够扩大被内衬111的合成树脂材料覆盖的锚定部143的内表面141及外表面142的面积，由此能够利用锚定部143牢固地约束内衬111。另外，即使由于内衬111与管状构件140之间的线膨胀系数之差而在管状构件140的中心轴CA方向上作用有应力，也能够利用靠颈部114的前端侧被扩径的锚定部143更可靠地约束内衬111，由此防止内衬111的剥离。
另外，在本实施方式的压力容器100中，气体收容部110具有与颈部114的基端部连接且与颈部114相比被扩径的肩部115。管状构件140的锚定部144埋设于肩部115的内衬111，且越远离颈部114则越被扩径。并且，锚定部144的外表面142相对于颈部114的中心轴CA的倾斜角α比肩部115的内衬111的外表面相对于中心轴CA的倾斜角β小。
通过这样的结构，本实施方式的压力容器100能够扩大被内衬111的合成树脂材料覆盖的锚定部144的内表面141及外表面142的面积，由此能够利用锚定部144牢固地约束内衬111。另外，即使由于内衬111与管状构件140之间的线膨胀系数之差而在管状构件140的中心轴CA方向上作用有应力，也能够利用越远离颈部114越则被扩径的锚定部144更可靠地约束内衬111，由此防止内衬111的剥离。
而且，锚定部144的外表面142相对于颈部114的中心轴CA的倾斜角α比肩部115的内衬111的外表面相对于中心轴CA的倾斜角β小。因此，越远离颈部114，则使覆盖锚定部144的外表面142的内衬111的合成树脂材料的厚度越增加，能够利用锚定部144更牢固地约束内衬111。
如以上所说明的那样，根据本实施方式，能够提供一种压力容器100，该压力容器100能够利用管状构件140的锚定部143、144约束内衬111而提高温度降低时的可靠性。
[实施方式2]
接着，引用实施方式1的图1，参照图4及图5来说明本公开所涉及的压力容器的实施方式2。图4是表示本公开所涉及的压力容器的实施方式2的相当于实施方式1的图2的放大剖视图。图5是说明图4所示的气体收容部110的内衬111的制造方法的剖视图。
本实施方式的压力容器100中，管状构件140的锚定部146、147的结构与上述实施方式1的压力容器100不同。本实施方式的压力容器100的其他结构与上述实施方式1的压力容器100相同，因此对相同的部分标注相同的标号并省略说明。
与上述实施方式1的压力容器100同样地，在本实施方式的压力容器100中，内衬111在颈部114的前端部具有外径扩大的扩径部111a。并且，在本实施方式的压力容器100中，管状构件140的第一锚定部146埋设于内衬111的扩径部111a，并具有在径向上贯通管状构件140的贯通孔148。
通过这样的结构，如图5所示，在从模具D的浇口D1注入熔融的内衬111的合成树脂材料而将管状构件140嵌入成型于内衬111时，锚定部146的内表面141和外表面142被合成树脂材料覆盖。而且，熔融的合成树脂材料被填充于贯通孔148。由此，能够将成型后的内衬111牢固地固定于管状构件140的锚定部146。
另外，与上述实施方式1的压力容器100同样地，在本实施方式的压力容器100中，第二锚定部147埋设于气体收容部110的肩部115的内衬111。而且，在本实施方式的气体收容部110中，第二锚定部147具有与内表面141之间形成锐角并且与外表面142之间形成钝角的倾斜面149。并且，锚定部147的内表面141和倾斜面149被内衬111的合成树脂材料覆盖。
根据这样的结构，如图5所示，在从模具D的浇口D1注入熔融的内衬111的合成树脂材料而将管状构件140嵌入成型于内衬111时，利用从内表面141侧绕入的合成树脂材料覆盖锚定部147的外侧的倾斜面149。其结果是，如图4所示，成为锚定部147咬入内衬111的合成树脂材料的状态，并成为在锚定部147的外侧存在内衬111的合成树脂材料的状态。由此，能够将成型后的内衬111牢固地固定于管状构件140的锚定部147。
因此，根据本实施方式，与上述实施方式1同样地，能够提供一种压力容器100，该压力容器100能够利用管状构件140的锚定部146、147约束内衬111而提高温度降低时的可靠性。
以上，使用附图详细描述了本公开所涉及的压力容器的实施方式，但具体的结构并不限定于该实施方式，即使存在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等，它们也包含于本公开。
标号说明
100 压力容器
110 气体收容部
111 内衬
111a 扩径部
112 纤维强化树脂层
113 开口部
114 颈部
115 肩部
120 阀
121 插入部
122 气体流路
130 密封构件
140 管状构件
141 内表面
142 外表面
143 锚定部
144 锚定部
146 锚定部
147 锚定部
148 贯通孔
149 倾斜面
CA 中心轴
IS 内部空间
OS 外部空间
α 倾斜角
β 倾斜角

Claims (5)

1.一种压力容器，其特征在于，具备：
气体收容部，具有合成树脂制的内衬和覆盖该内衬的外表面的纤维强化树脂层，并设置有在前端具有开口部的颈部；
阀，具有从所述开口部插入于所述颈部的插入部、和设置于该插入部并将所述气体收容部的内部空间与外部空间连通的气体流路；
密封构件，将所述颈部与所述插入部之间密封；及
金属制的管状构件，在所述颈部处设置在所述内衬与所述纤维强化树脂层之间，并配置于所述密封构件的周围，
所述管状构件具有锚定部，该锚定部埋设于所述内衬且内表面和外表面被所述内衬的合成树脂材料覆盖。
2.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，
所述内衬在所述颈部的前端部具有外径扩大的扩径部，
所述锚定部埋设于所述内衬的所述扩径部，且越接近所述颈部的前端则越被扩径。
3.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，
所述气体收容部具有肩部，该肩部与所述颈部的基端部连接且与所述颈部相比被扩径，
所述锚定部埋设于所述肩部的所述内衬，且越远离所述颈部则越被扩径，
所述锚定部的所述外表面相对于所述颈部的中心轴的倾斜角比所述肩部的所述内衬的外表面相对于所述中心轴的倾斜角小。
4.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，
所述内衬在所述颈部的前端部具有外径扩大的扩径部，
所述锚定部埋设于所述内衬的所述扩径部，且具有在径向上贯通所述管状构件的贯通孔。
5.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，
所述锚定部具有倾斜面，该倾斜面与所述内表面之间形成锐角并且与所述外表面之间形成钝角，所述内表面和所述倾斜面被所述内衬的合成树脂材料覆盖。
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