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Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckbehälter.
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Stand der Technik
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JP 2002 - 188 794 A offenbart einen Hochdruckwasserstofftank, der als ein Behälter (Kessel) dient. Der Hochdruckwasserstofftank ist gestaltet, um eine Ummantelung (einen Mantel), die (der) in einer Tonnenform ausgebildet ist, und eine Verstärkungsschicht aufzuweisen, die um die Ummantelung herumgewickelt ist und durch faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Diese Gestaltung verbessert die Steifigkeit (Festigkeit) der Ummantelung, so dass der Hochdruckwasserstofftank Hochdruckwasserstoff im Inneren halten (aufnehmen) kann.
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Jedoch gibt es, da der Hochdruckwasserstofftank, der in
JP 2002 - 188 794 A offenbart ist, ein großer Tank ist, der wie eine Tonne geformt (ausgebildet) ist, Fälle, in denen der Insassenraum (Kabinenraum) und/oder ein Kofferraum reduziert ist, um den Hochdruckwasserstofftank in einem Fahrzeug einzubauen. Das heißt, es besteht die Gefahr, dass der Fahrzeugraum nicht effizient verwendet werden kann. Um dieses Problem zu lösen, ist es vorstellbar, mehrere kleine offene zylindrische Tanks vorzusehen, die in einem leeren Raum in dem Fahrzeug angeordnet werden können. Jedoch ist es in dem Fall eines offenen zylindrischen Tanks erforderlich, Deckel vorzusehen, um beide axialen Endabschnitte des offenen zylindrischen Tanks zu verschließen, jedoch treten wegen des Drucks des Fluids innerhalb des Tanks Lasten in den Deckeln in den Richtungen auf, in denen sich die Deckel von dem Tankkörper lösen. Folglich gibt es einen Bedarf zur Verbesserung, um den Druckwiderstand des Tanks zu verbessern, während der Fahrzeugraum effizient (wirksam) verwendet wird.
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Weitere Hochdruckbehälter gemäß dem Stand der Technik sind in
JP 2011 - 185 360 A ,
JP 2014 - 133 304 A ,
DE 10 2014 109 373 A1 ,
US 2015 / 0 192 251 A1 ,
US 2017 / 0 254 477 A1 ,
WO 2014 / 139 531 A1 und
US 2018 / 0 299 067 A1 gezeigt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Hochdruckbehälter (Kessel) vorzusehen, der den Druckwiderstand des Behälters (Kessels) verbessern kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Hochdruckbehälter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Ein Hochdruckbehälter gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung weist Folgendes auf: einen Körperabschnitt, der in einer offenen zylindrischen Form ausgebildet ist, wobei zumindest ein Endabschnitt in einer axialen Richtung des Körperabschnitts offen ist; einen Deckel, wobei zumindest ein Teil des Deckels innerhalb einer Öffnung des zumindest einen Endabschnitts des Körperabschnitts eingesetzt ist, um dadurch den Endabschnitt zu verschließen; eine erste Verstärkungsschicht, die an einer Außenumfangsfläche des Körperabschnitts vorgesehen ist und durch einen faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, der eine Faserrichtung hat, die mit einer Umfangsrichtung des Körperabschnitts übereinstimmt; und eine zweite Verstärkungsschicht, die mit der ersten Verstärkungsschicht integriert ist und durch einen faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, der Fasern aufweist, die durch einen Mittenabschnitt des Deckels aus Sicht der axialen Richtung des Körperabschnitts hindurchtreten und die parallel zu der axialen Richtung des Körperabschnitts aus Sicht einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung des Körperabschnitts angeordnet sind.
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Gemäß diesem Hochdruckbehälter ist der Körperabschnitt in einer offenen zylindrischen Form ausgebildet, wobei zumindest ein Endabschnitt des Körperabschnitts in seiner axialen Richtung (nachstehend vereinfacht als „die axiale Richtung“ bezeichnet) offen ist und zumindest ein Teil des Deckels innerhalb (in) des (den) Endabschnitts (Endabschnitt) eingesetzt ist, um dadurch den Endabschnitt zu verschließen. Die erste Verstärkungsschicht, die durch einen faserstoffverstärkten Kunststoff gebildet ist, der eine Faserrichtung hat, die mit der Umfangsrichtung des Körperabschnitts übereinstimmt, ist an der Außenumfangsfläche des Körperabschnitts vorgesehen. Folglich ist der Druckwiderstand des Körperabschnitts in seiner Umfangsrichtung und radialen Richtung verbessert.
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Zusätzlich ist die zweite Verstärkungsschicht, die mit der ersten Verstärkungsschicht integriert ist, vorgesehen. Die zweite Verstärkungsschicht ist durch einen faserstoffverstärkten Kunststoff auf die gleiche Weise wie die erste Verstärkungsschicht gebildet, und die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht sind angeordnet, um durch den Mittenabschnitt (zentralen Abschnitt) des Deckels aus Sicht der axialen Richtung hindurchzutreten. Folglich können selbst in einem Fall, in dem Lasten, die in der axialen Richtung nach außen gerichtet sind, entlang der axialen Richtung zu den Endabschnitten in der axialen Richtung des Körperabschnitts eingegeben worden sind, die Lasten, die in der axialen Richtung nach außen gerichtet sind, gleichmäßig durch die zweite Verstärkungsschicht und die erste Verstärkungsschicht, die mit der zweiten Verstärkungsschicht integriert ist, erhalten (aufgenommen) werden. Des Weiteren sind die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht parallel zu der axialen Richtung aus Sicht einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung angeordnet. Das heißt, die Faserrichtung der Fasern und die axiale Richtung sind dieselbe Richtung, so dass Lasten, die in der axialen Richtung nach außen gerichtet sind, zuverlässiger durch die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht erhalten (aufgenommen) werden können. Aus diesem Grund kann der Druckwiderstand in der axialen Richtung des Hochdruckbehälters verbessert werden.
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Bevorzugt weist der Hochdruckbehälter des Weiteren ein Kopplungsbauteil, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Deckeln miteinander zu koppeln, und ein Befestigungsbauteil auf, wobei zumindest ein Teil von jedem der Vielzahl von Deckeln entsprechend gestaltet ist, um in die Öffnung des zumindest einen Endabschnitts des Körperabschnitts von jedem der Vielzahl von Hochdruckbehältern eingesetzt zu werden, wobei ein Verbindungsströmungsweg, der eine Innenseite und eine Außenseite des Körperabschnitts verbindet, in jedem Deckel vorgesehen ist. Ein Vorsprungsabschnitt, der in der axialen Richtung des Körperabschnitts nach außen vorsteht, ist an einer Außenumfangsseite eines Endabschnitts, der an einem äußeren Ende jedes Deckels in der axialen Richtung des Körperabschnitts positioniert ist, vorgesehen. Ein Befestigungsloch ist innerhalb des Vorsprungsabschnitts vorgesehen, wobei das Kopplungsbauteil an dem Vorsprungsabschnitt durch das Befestigungsbauteil, das von einer Außenseite in das Befestigungsloch eingesetzt ist, befestigt ist, und ein Kopplungsströmungsweg, der mit einer Außenseite des Kopplungsbauteils in Verbindung steht, ist innerhalb des Kopplungsbauteils vorgesehen, wobei der Verbindungsströmungsweg in jedem Deckel und der Kopplungsströmungsweg in dem Kopplungsbauteil miteinander über einen inneren Strömungsweg, der innerhalb des Befestigungsbauteils vorgesehen ist, in Verbindung stehen.
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Hier weist der Hochdruckbehälter des Weiteren das Kopplungsbauteil, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Deckeln miteinander zu koppeln, und das Befestigungsbauteil auf. Zumindest ein Teil von jedem der Vielzahl von Deckeln ist entsprechend gestaltet, um in die Öffnung des zumindest einen Endabschnitts des Körperabschnitts von jedem der Vielzahl von Hochdruckbehältern eingesetzt zu werden. Der Vorsprungsabschnitt, der in der axialen Richtung nach außen vorsteht, ist an der Außenumfangsseite des Endabschnitts in dem in axialer Richtung äußeren Ende jedes Deckels vorgesehen. Der Verbindungsströmungsweg, der das Innere (die Innenseite) und das Äußere (die Außenseite) des Körperabschnitts verbindet, ist in jedem Deckel vorgesehen, das Befestigungsloch ist innerhalb des Vorsprungsabschnitts jedes Deckels vorgesehen, und das Kopplungsbauteil ist als ein Ergebnis befestigt, bei dem das Befestigungsbauteil von der Außenseite in das Befestigungsloch eingesetzt wird/ist. Der Verbindungsströmungsweg steht über den inneren Strömungsweg, der innerhalb des Befestigungsbauteils vorgesehen ist, mit dem Kopplungsströmungsweg, der mit der Außenseite des Kopplungsbauteils in Verbindung steht, in Verbindung. Aus diesem Grund kann das Fluid innerhalb des Hochdruckbehälters zu der Außenseite über den Vorsprungsabschnitt jedes Deckels zugeführt werden und kann das Fluid in den Hochdruckbehälter von der Außenseite eingebracht werden. Folglich ist es nicht erforderlich, ein Verbindungsloch irgendwo in jedem Deckel außerhalb des Vorsprungsabschnitts vorzusehen, so dass mehr Fasern der zweiten Verstärkungsschicht an dem Teil jedes Deckels, der unterschiedlich zu dem Vorsprungsabschnitt positioniert ist, angeordnet werden können.
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Bevorzugt ist der Vorsprungsabschnitt als ein Paar Vorsprungsabschnitte vorgesehen, die gegenüberliegend zu dem Mittenabschnitt jedes Deckels aus Sicht der axialen Richtung des Körperabschnitts angeordnet sind.
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Demgemäß ist der Vorsprungsabschnitt als ein Paar Vorsprungsabschnitte vorgesehen, die gegenüber (jenseits) des Mittenabschnitts jedes Deckels aus Sicht der axialen Richtung vorgesehen sind, so dass das Kopplungsbauteil an jedem Deckel über ein Paar der Befestigungsbauteile befestigt ist/wird. Folglich kann die Steifigkeit (Festigkeit) der Anbringung des Kopplungsbauteils an jedem Deckel verbessert werden.
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Des Weiteren sind die Vorsprungsabschnitte an einem Bereich des Deckels, der außerhalb des Mittenabschnitts positioniert ist, vorgesehen, so dass die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht angeordnet sein können, um durch den Mittenabschnitt jedes Deckels hindurchzutreten. Folglich kann verhindert werden, dass die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht an jedem Deckel abgleiten (sich verschieben) und an jedem Deckel nicht länger halten, als ein Ergebnis, dass die Fasern angeordnet sind, um durch einen Bereich jedes Deckels, der außerhalb des Mittenabschnitts positioniert ist, hindurchzutreten.
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Bevorzugt ist ein Aussparungsabschnitt, der in Richtung der Innenseite des Körperabschnitts offen ist und in der axialen Richtung des Körperabschnitts nach außen ausgespart ist, in dem Teil des Deckels ausgebildet, der innerhalb des Körperabschnitts eingesetzt ist.
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Demgemäß ist der Aussparungsabschnitt, der in Richtung der Innenseite des Körperabschnitts offen ist und der in der axialen Richtung nach außen ausgespart ist, in dem Teil des Deckels ausgebildet, der in den Körperabschnitt eingesetzt ist. Folglich kann die Kapazität (das Volumen) innerhalb des Hochdruckbehälters durch den Aussparungsabschnitt weiter erhöht (vergrößert) sein/werden.
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Bevorzugt ist die zweite Verstärkungsschicht an einer äußeren Seite (Außenseite) der ersten Verstärkungsschicht und an einer Außenfläche des Deckels vorgesehen.
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Demgemäß ist die zweite Verstärkungsschicht an einer äußeren Seite der ersten Verstärkungsschicht und einer Außenfläche des Deckels vorgesehen. Folglich können in einem Fall, in dem Lasten, die in der axialen Richtung nach außen gerichtet sind, entlang der axialen Richtung zu den Endabschnitten in der axialen Richtung des Körperabschnitts eingegeben worden sind, die Lasten zuverlässig durch die zweite Verstärkungsschicht aufgenommen werden. Der Druckwiderstand in der axialen Richtung des Hochdruckbehälters kann verbessert werden.
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Bevorzugt sind die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht in einem Bereich an dem Endabschnitt jedes Deckels bis auf einen Bereich, in dem der Vorsprungsabschnitt vorgesehen ist, gewickelt.
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Demgemäß sind die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht in einem Bereich an dem Endabschnitt jedes Deckels bis auf einen Bereich, in dem der Vorsprungsabschnitt vorgesehen ist, gewickelt. Folglich können in einem Fall, in dem Lasten, die in der axialen Richtung nach außen gerichtet sind, entlang der axialen Richtung zu den Endabschnitten in der axialen Richtung des Körperabschnitts eingegeben worden sind, die Lasten zuverlässig durch die zweite Verstärkungsschicht aufgenommen werden. Der Druckwiderstand in der axialen Richtung des Hochdruckbehälters kann verbessert werden/sein.
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Figurenliste
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist nachstehend ausführlich auf der Grundlage der nachstehenden Figuren beschrieben, in denen Folgendes gezeigt ist:
- 1 ist eine schematische Seitenansicht, die einen Hochdruckbehälter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die als ein Schnitt entlang einer axialen Richtung einen Hauptbereich des Hochdruckbehälters gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 3 ist eine schematische Zeichnung, die aus Sicht in der axialen Richtung Fasern einer zweiten Verstärkungsschicht an einem in axialer Richtung äußeren Endabschnitt eines Deckels des Hochdruckbehälters gemäß dem Ausführungsbeispiel schematisch zeigt; und
- 4 ist eine Perspektivansicht, die den Deckel des Hochdruckbehälters gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Sicht von einer Innenseite in der axialen Richtung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist mittels 1 bis 4 nachstehend beschrieben.
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Ein Tankmodul (Behältermodul), das in einem Fahrzeug vorgesehen ist, das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist durch Kombinieren von mehr als einem Hochdrucktank 10 gebildet, der als ein Hochdruckbehälter (Kessel) dient, der in 1 gezeigt ist. Als ein Beispiel hat das Tankmodul eine Gestaltung, in der die Hochdrucktanks 10 in einer Vielzahl nebeneinander an der Fahrzeugunterseite eines Bodenpaneels (nicht gezeigt in den Zeichnungen) eines Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet sind und miteinander gekoppelt sind.
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Die Hochdrucktanks 10 sind jeweils in einer im Wesentlichen geschlossenen zylindrischen Form ausgebildet, dessen axiale Richtung (Längsrichtung) mit einer Fahrzeugbreitenrichtung oder einer Fahrzeuglängsrichtung als ein Beispiel übereinstimmt. Wie in 2 gezeigt ist, ist jeder der Hochdrucktanks 10 gestaltet, um einen Körperabschnitt 12, eine erste Verstärkungsschicht 14 und eine zweite Verstärkungsschicht 16 aufzuweisen. Der Körperabschnitt 12 ist in einer offenen zylindrischen Form ausgebildet, deren axialen Endabschnitte offen sind, und ist durch eine Aluminiumlegierung als ein Beispiel gebildet. Es ist anzumerken, dass der Körperabschnitt 12 eine radiale Abmessung hat, die in einem leeren Raum an der Fahrzeugunterseite des Bodenpaneels aufgenommen werden kann.
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Ein Paar Deckel (Deckelpaar) 20 ist entsprechend innerhalb eines ersten Endabschnitts an einer axialen Seite und einem zweiten Endabschnitt an der anderen axialen Seite des Körperabschnitts 12 des Hochdrucktanks 10 eingesetzt. Die Deckel 20 sind in im Wesentlichen domartigen Formen (Domformen) ausgebildet, die in der axialen Richtung nach außen konvex sind. Jeder der Deckel 20 hat einen Körpereinsetzabschnitt 22 (siehe 4), einen Verbindungsströmungsweg 24 (siehe 2) und Vorsprungsabschnitte 30 (siehe 4). Der Körpereinsetzabschnitt 22 ist in einer Position korrespondierend zu dem Körperabschnitt 12 angeordnet und ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet, die in der axialen Richtung des Körperabschnitts 12 nach innen vorsteht. Der Körpereinsetzabschnitt 22 hat einen nachstehend beschriebenen Aussparungsabschnitt 32, der in Richtung einer Innenseite des Körperabschnitts 12 offen ist. Eine Außenumfangsfläche 23 des Körpereinsetzabschnitts 22 liegt einer Innenumfangsfläche des Körperabschnitts 12 gegenüber.
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Der Aussparungsabschnitt 32, der innerhalb des Körpereinsetzabschnitts 22 vorgesehen ist, hat eine Form, die in der axialen Richtung in einem Zustand, in dem der Deckel 20 in den Körperabschnitt 12 eingesetzt ist, nach außen ausgespart ist. Der Aussparungsabschnitt 32 hat einen kegelförmigen Abschnitt (konischen Abschnitt, Konusabschnitt) 34 und einen domförmigen Abschnitt 36. Der kegelförmige Abschnitt 34 ist an einer Seite einer Endfläche 38 des distalen Endes des Körpereinsetzabschnitts 22 angeordnet und ist derart ausgebildet, dass sich dessen Durchmesser in der axialen Richtung nach außen verringert. Des Weiteren ist der domförmige Abschnitt 36 an der in axialer Richtung äußeren Seite des Aussparungsabschnitts 32 angeordnet und ist in einer im Wesentlichen domartigen Form (Domform) ausgebildet. Es ist anzumerken, dass eine Öffnung des Verbindungsströmungswegs 24 an dem domförmigen Abschnitt 36 vorgesehen ist.
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Ein Dichtungsaufnahmeabschnitt 26 ist in dem Körpereinsetzabschnitt 22 vorgesehen, und ein O-Ring 27 ist in dem Dichtungsaufnahmeabschnitt 26 aufgenommen. Der O-Ring 27 ist mit der Innenumfangsfläche des Körperabschnitts 12 als ein Ergebnis in Anlagekontakt, indem er entlang der radialen Richtung des Körperabschnitts 12 elastisch verformt wird/ist.
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Mehrere (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier als ein Beispiel) Befestigungslöcher 54 sind an der Endfläche (Stirnfläche) 38 des Körpereinsetzabschnitts 22 (siehe 4) ausgebildet. Des Weiteren ist eine Halterungsplatte 56, die in einer Scheibenform ausgebildet ist, in Anlagekontakt mit der Endfläche 38 und ist ein Verbindungsloch 60, das mit dem Aussparungsabschnitt 32 des Deckels 20 in Verbindung steht, an einem zentralen Abschnitt (Mittenabschnitt, mittigen Abschnitt) der Halterungsplatte 56 aus Sicht der axialen Richtung ausgebildet. Des Weiteren sind Durchgangslöcher 62, die durch die Halterungsplatte 56 in dessen Dickenrichtung hindurch verlaufen, an der Halterungsplatte 56 in Positionen korrespondierend zu den Befestigungslöchern 54 an der Endfläche 38 des Deckels 20 ausgebildet und sind Schrauben 64 in die Durchgangslöcher 62 hindurchgeführt und in den Befestigungslöchern 54 an der Endfläche 38 befestigt, wodurch die Halterungsplatte 56 an der Endfläche 38 angebracht ist. Es ist anzumerken, dass der Durchmesser der Halterungsplatte 56 im Wesentlichen identisch zu dem des allgemeinen Abschnitts (des Teils, der von dem Dichtungsaufnahmeabschnitt 26 verschieden ist) des Körpereinsetzabschnitts 22 festgelegt ist. Das heißt, eine Außenumfangsfläche 68 der Halterungsplatte 56 liegt der Innenumfangsfläche des Körperabschnitts 12 gegenüber. Der erste Endabschnitt an der einen axialen Seite und der zweite Endabschnitt an der anderen axialen Seite des Körperabschnitts 12 sind durch die Körpereinsetzabschnitte 22 der Deckel 20, die vorstehend beschrieben sind, verschlossen.
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Die Vorsprungsabschnitte 30 sind an einer Außenumfangsseite eines äußeren Endabschnitts 72 in der axialen Richtung des Deckels 20, der in den Körperabschnitt 12 eingesetzt worden ist, vorgesehen. Insbesondere sind, wie in 3 gezeigt ist, die Vorsprungsabschnitte 30 als ein Paar, das gegenüber einem Mittenabschnitt (zentralen Abschnitt, mittigen Abschnitt) 28, der zu einer Achse C korrespondiert, an dem äußeren Endabschnitt 72 des Deckels 20 aus Sicht der axialen Richtung vorgesehen. Wie in 2 gezeigt ist, ist jeder Vorsprungsabschnitt 30 in einer geschlossenen zylindrischen Form ausgebildet, die in der axialen Richtung nach außen vorsteht. Innerhalb der Vorsprungsabschnitte 30 sind Befestigungslöcher 74 ausgebildet, die Gewindeabschnitte haben, die in deren Innenumfangsfläche ausgebildet sind, und eine Öffnung des Verbindungsströmungswegs 24 ist an einem Bodenabschnitt 76 des Befestigungslochs 74 in einem der Vorsprungsabschnitte 30 vorgesehen.
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Der Verbindungsströmungsweg 24 ist innerhalb des Deckels 20 ausgebildet. Der Verbindungsströmungsweg 24 ist in einer L-Form innerhalb des Körpereinsetzabschnitts 22 ausgebildet und verbindet die Innenseite und die Außenseite des Körperabschnitts 12 des Hochdrucktanks 10.
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Ein Kopplungsbauteil 40 ist an den Vorsprungsabschnitten 30 des Deckels 20 befestigt. Das Kopplungsbauteil 40 ist im Wesentlichen in einer Form einer Platte ausgebildet, die als ein Beispiel aus Metall hergestellt ist, und eine Endfläche 44 des Kopplungsbauteils 40 an einer Seite in der Dickenrichtung des Kopplungsbauteils 40 ist in Anlagekontakt mit äußeren Endflächen 42 in der axialen Richtung der Vorsprungsabschnitte 30 der Vielzahl von nebeneinander angeordneten Hochdrucktanks 10. Des Weiteren sind Durchgangslöcher 46, die durch das Kopplungsbauteil 40 in dessen Dickenrichtung verlaufen, in dem Kopplungsbauteil 40 in Positionen korrespondierend zu den Befestigungslöchern 74 in den Vorsprungsabschnitten 30 ausgebildet. Es ist anzumerken, dass mehr als ein Kopplungsströmungsweg 48, der sich entlang einer Richtung orthogonal zu der Dickenrichtung des Kopplungsbauteils 40 erstreckt, innerhalb des Kopplungsbauteils 40 ausgebildet ist. Insbesondere ist eine Öffnung des Kopplungsströmungswegs 48 an einer Seitenfläche des Durchgangslochs 46 vorgesehen. Des Weiteren ist die andere Öffnung des Kopplungsströmungswegs 48 an einer Seitenfläche eines anderen Durchgangslochs 46 vorgesehen, das an dem Kopplungsbauteil 40 korrespondierend zu einem Befestigungsloch 74 ausgebildet ist, an dem ein Verbindungsströmungsweg 24 in einem anderen benachbarten Hochdrucktank 10, der in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, vorgesehen ist. Es ist anzumerken, dass eine Öffnung des Kopplungsströmungswegs 48, der an einem Endabschnitt des Kopplungsbauteils 40 vorgesehen ist, zu der Außenseite des Kopplungsbauteils 40 offen ist.
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Das Kopplungsbauteil 40 und der Deckel 20 sind miteinander durch Schrauben 50 und 52 befestigt, die als Befestigungsbauteile dienen, die in die Löcher 46 in dem Kopplungsbauteil 40 eingesetzt sind und mit den Befestigungslöchern 74 in den Vorsprungsabschnitten 30 des Deckels 20 verschraubt sind. In dem Durchgangsloch 46 des Kopplungsbauteils 40, das zu dem Befestigungsloch 74 korrespondiert, in dem der Verbindungsströmungsweg 24 ausgebildet ist, sind O-Ringaufnahmeabschnitte 47 und 49 ausgebildet. Die O-Ringaufnahmeabschnitte 47 und 49 sind in einer radialen Richtung des Durchgangslochs 46 nach außen ausgespart ausgebildet und sind an einer äußeren Seite und einer inneren Seite in der axialen Richtung des Durchgangslochs 46 angeordnet. O-Ringe 51 sind innerhalb der O-Ringaufnahmeabschnitte 47 und 49 aufgenommen, und die O-Ringe 51 sind mit Gewinden (nicht gezeigt in den Zeichnungen) der Schrauben 50 als ein Ergebnis in Anlagekontakt, dass diese entlang der radialen Richtung des Durchgangslochs 46 elastisch verformt sind.
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Des Weiteren ist ein O-Ringaufnahmeabschnitt 58, der in einer Form ausgebildet ist, die in der radialen Richtung der Schraube 50 nach innen ausgespart ist, in einem distalen Endabschnitt der Schraube 50 ausgebildet, die in das Befestigungsloch 74 geschraubt ist, in dem der Verbindungsströmungsweg 24 ausgebildet ist. Ein O-Ring 61 ist innerhalb des O-Ringaufnahmeabschnitts 58 aufgenommen, und der O-Ring 61 ist mit der Innenumfangsfläche des Befestigungslochs 74 als ein Ergebnis in Anlagekontakt, dass er entlang der radialen Richtung der Schraube 50 elastisch verformt ist.
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Ein innerer Strömungsweg 66 ist innerhalb der Schraube 50 ausgebildet. Der innere Strömungsweg 66 ist durch einen axialen Strömungsweg 66A, der entlang der axialen Richtung der Schraube 50 in Verbindung steht und einen radialen Strömungsweg 66B ausgebildet, der entlang der radialen Richtung der Schraube 50 in Verbindung steht. Der axiale Strömungsweg 66A hat eine Öffnung in einem zentralen Abschnitt (Mittenabschnitt, mittigen Abschnitt) einer Bodenfläche 70 der Schraube 50. Des Weiteren hat der radiale Strömungsweg 66B eine Öffnung in einer Position in einer Außenumfangsfläche der Schraube 50 korrespondierend zu dem Kopplungsströmungsweg 48 in dem Kopplungsbauteil 40. Folglich kann das Fluid innerhalb des Hochdrucktanks 10 von dem Verbindungsströmungsweg 24 in dem Deckel 20 über den inneren Strömungsweg 66 in der Schraube 50 zu dem Kopplungsströmungsweg 48 in dem Kopplungsbauteil 40 strömen. Der Verbindungsströmungsweg 24, der innere Strömungsweg 66 in der Schraube 50 und der Kopplungsströmungsweg 48, die die vorstehend beschriebenen Gestaltungen haben, stehen mit den Innenseiten der Vielzahl von Hochdrucktanks 10 miteinander in Verbindung und stehen des Weiteren mit der Außenseite des Kopplungsbauteils 40 in Verbindung. Es ist anzumerken, dass das Fluid, das von der Öffnung des radialen Strömungswegs 66B in der Schraube 50 strömt, in Richtung des Kopplungsströmungswegs 48 in dem Kopplungsbauteil 40 strömen kann, während es entlang den Räumen zwischen den Gewinden (nicht gezeigt in den Zeichnungen) der Schraube 50 strömt, so dass die Öffnung des radialen Strömungswegs 66B und die Öffnung des Kopplungsströmungswegs 48 nicht zwangsweise in korrespondierenden Positionen angeordnet sein müssen.
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Ein Ventil, das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist in dem Kopplungsströmungsweg 48 in dem Kopplungsbauteil 40 vorgesehen, und das Ventil kann das Volumen des Fluids, das in dem Kopplungsströmungsweg 48 strömt, steuern. Zusätzlich ist der Kopplungsströmungsweg 48 mit einem Brennstoffzellenstapel (Brennstoffzellenstack) oder dergleichen, der in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, verbunden.
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Nachstehend ist die erste Verstärkungsschicht 14 des Hochdrucktanks 10 eine kohlenstofffaserverstärkte Kohlenstoffplatte (CFRP-Platte) und ist um eine Außenumfangsfläche 18 des Körperabschnitts 12 gewunden (gewickelt). Innerhalb der ersten Verstärkungsschicht 14 sind Kohlenstofffasern, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, entlang der Umfangsrichtung des Körperabschnitts 12 angeordnet. In anderen Worten stimmt die Faserrichtung der ersten Verstärkungsschicht 14 mit der Umfangsrichtung des Körperabschnitts 12 überein.
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Die zweite Verstärkungsschicht 16 ist an einer in radialer Richtung äußeren Seite der ersten Verstärkungsschicht 14 und an Außenflächen des Deckelpaares 20 vorgesehen. Die zweite Verstärkungsschicht 16 ist durch kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFRP) gebildet, der mehrere (eine Vielzahl von) Fasern 78 innerhalb hat (siehe 3). Es ist anzumerken, dass in den Zeichnungen die Fasern 78 dicker dargestellt sind, als sie tatsächlich sind, um sie in einer Weise zu zeigen, die einfach zu verstehen ist, und sind die Fasern 78 auch in einer geringeren Anzahl dargestellt, als sie tatsächlich aufweisen, um die Festlegungsrichtung der Fasern 78 in einer Weise zu zeigen, die einfach zu verstehen ist.
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Wie in 3 gezeigt ist, sind die Fasern 78 der zweiten Verstärkungsschicht 16 über den in axialer Richtung äußeren Endabschnitt 72 des Deckels 20 gewickelt. Insbesondere sind die Fasern 78 geradlinig (linear) gewickelt, um durch den Mittenabschnitt 28 des Deckels 20 und in einem Bereich mit Ausnahme der Vorsprungsabschnitte 30 des Deckels 20 aus Sicht der axialen Richtung hindurchzutreten (zu verlaufen). In anderen Worten sind die Fasern 78 gewickelt, um durch Nulllinien des in axialer Richtung äußeren Endabschnitts 72 des Deckels 20 hindurchzutreten (zu verlaufen). Es ist anzumerken, dass die Fasern 78, die über den in axialer Richtung äußeren Endabschnitt 72 des Deckels 20 gewickelt sind, auf die erste Verstärkungsschicht 14 des Körperabschnitts 12 von dem einen Deckel 20, der in den ersten Endabschnitt des Körperabschnitts 12 eingesetzt ist, in Richtung des anderen Deckels 20, der in den zweiten Endabschnitt des Körperabschnitts 12 eingesetzt ist, entlang der axialen Richtung aus Sicht einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung gewickelt sind, wie in 1 gezeigt ist.
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Des Weiteren sind die Fasern 78 gewickelt, um durch Nulllinien an dem in axialer Richtung äußeren Endabschnitt 72 des anderen Deckels 20 in derselben Weise hindurchzutreten (zu verlaufen) wie die an dem einen Deckel 20. Zusätzlich sind die Fasern 78 auf die erste Verstärkungsschicht 14 entlang der axialen Richtung von dem anderen Deckel 20, der in den zweiten Endabschnitt des Körperabschnitts 12 eingesetzt ist, zu dem einen Deckel 20, der in dem ersten Endabschnitt des Körperabschnitts 12 eingesetzt ist, gewickelt. Die zweite Verstärkungsschicht 16 wird durch mehrmaliges Wiederholen des vorstehenden Prozesses ausgebildet, um eine Schicht auszubilden (siehe die doppeltstrichpunktierte Linie in 3). Zusätzlich sind die zweite Verstärkungsschicht 16 und die erste Verstärkungsschicht 14 miteinander integriert, indem der Schritt zum Erwärmen und Aushärten dieser Schichten zu dem gleichen Zeitpunkt hinzugefügt (ausgeführt) wird, nachdem die Fasern 78 um den Körperabschnitt 12 und die Deckel 20 herum gewickelt worden sind. Es ist anzumerken, dass in 2 die erste Verstärkungsschicht 14 und die zweite Verstärkungsschicht 16 als separate (getrennte) Bauteile dargestellt sind, um sie in einer Weise zu zeigen, die einfach zu verstehen ist.
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(Funktionsweise und Wirkungen des Ausführungsbeispiels)
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Nachstehend sind die Funktionsweise und Wirkungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wie in 2 gezeigt ist, der Körperabschnitt 12 in einer offenen zylindrischen Form ausgebildet, wobei zumindest ein Endabschnitt des Körperabschnitts 12 in dessen axialer Richtung offen ist, und ist der Körpereinsetzabschnitt 22 des Deckels 20 innerhalb des Endabschnitts (in den Endabschnitt) eingesetzt, um dadurch den Endabschnitt zu verschließen. Die erste Verstärkungsschicht 14, die durch faserstoffverstärkten Kunststoff gebildet ist, dessen Faserrichtung mit der Umfangsrichtung des Körperabschnitts 12 übereinstimmt, ist an der Außenumfangsfläche 18 des Körperabschnitts 12 vorgesehen. Folglich ist der Druckwiderstand des Körperabschnitts 12 in dessen Umfangsrichtung und radialer Richtung verbessert.
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Zusätzlich ist die zweite Verstärkungsschicht 16, die mit der ersten Verstärkungsschicht 14 integriert ist, vorgesehen. Die zweite Verstärkungsschicht 16 ist durch faserstoffverstärkten Kunststoff auf dieselbe Weise wie die erste Verstärkungsschicht 14 gebildet, und die Fasern der zweiten Verstärkungsschicht 16 sind angeordnet, um durch den Mittenabschnitt 28 des Deckels 20 aus Sicht der axialen Richtung des Körperabschnitts 12 hindurchzutreten (zu verlaufen). Folglich können selbst in einem Fall, in dem Lasten, die in der axialen Richtung nach außen gerichtet sind, entlang der axialen Richtung zu Endabschnitten des Körperabschnitts 12 eingegeben worden sind, die Lasten gleichmäßig durch die zweite Verstärkungsschicht 16 und die erste Verstärkungsschicht 14, die mit der zweiten Verstärkungsschicht 16 integriert ist, aufgenommen werden. Des Weiteren sind die Fasern 78 der zweiten Verstärkungsschicht 16 parallel zu der axialen Richtung des Hochdrucktanks 10 aus Sicht einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung angeordnet. Das heißt, die Faserrichtung der Fasern 78 und die axiale Richtung des Hochdrucktanks 10 entsprechen derselben Richtung, so dass Lasten, die in der axialen Richtung nach außen gerichtet sind, zuverlässiger durch die Fasern 78 der zweiten Verstärkungsschicht 16 aufgenommen werden können. Aus diesem Grund kann der Druckwiderstand in der axialen Richtung des Hochdrucktanks 10 verbessert werden/sein. Deswegen kann der Druckwiderstand des Hochdrucktanks 10 verbessert sein.
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Des Weiteren sind die Vorsprungsabschnitte 30, die in der axialen Richtung nach außen vorstehen, an der Außenumfangsseite (äußeren Umfangsseite) des in axialer Richtung äußeren Endabschnitts 72 des Deckels 20 vorgesehen. Das Befestigungsloch 74, in das die Schraube 50 eingesetzt ist und von der Außenseite befestigt (angezogen) wird, ist in einem der Vorsprungsabschnitte 30 des Deckels 20 vorgesehen. Der Verbindungsströmungsweg 24, der das Innere und das Äußere des Körperabschnitts 12 verbindet, ist innerhalb des Deckels 20 vorgesehen. Der Verbindungsströmungsweg 24 steht über dem inneren Strömungsweg 66, der innerhalb der Schraube 50 vorgesehen ist, mit dem Kopplungsströmungsweg 48 in Verbindung, der mit der Außenseite des Kopplungsbauteils 40 in Verbindung steht. Aus diesem Grund kann das Fluid innerhalb des Hochdrucktanks 10 zu der Außenseite über den Vorsprungsabschnitt 30 des Deckels 20 zugeführt werden und kann das Fluid in den Hochdrucktank 10 von der Außenseite eingebracht werden. Folglich ist es nicht erforderlich, den Verbindungsströmungsweg 24 irgendwo in dem Deckel 20 außerhalb der Vorsprungsabschnitte 30 vorzusehen, so dass mehr Fasern 78 der zweiten Verstärkungsschicht 16 an dem Teil des Deckels, der unterschiedlich zu den Vorsprungsabschnitten 30 positioniert ist, angeordnet werden können. Deswegen kann der Druckwiderstand in der axialen Richtung des Hochdrucktanks 10 weiter verbessert werden.
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Des Weiteren sind die Vorsprungsabschnitte 30 als ein Paar an dem Deckel 20 gegenüberliegend (jenseits) dem (des) Mittenabschnitt(s) 28 des Deckels 20 aus Sicht der axialen Richtung des Körperabschnitts 12 vorgesehen (siehe 3), so dass das Kopplungsbauteil 40 an dem Deckel 20 über das Schraubenpaar 50 und 52 befestigt werden kann. Folglich kann die Steifigkeit (Festigkeit) der Anbringung des Kopplungsbauteils 40 an dem Deckel 20 verbessert werden. Deswegen kann der Zustand der Anbringung des Kopplungsbauteils 40 an dem Deckel 20 stabilisiert werden.
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Des Weiteren sind die Vorsprungsabschnitte 30 an Teilen vorgesehen, die außerhalb des Mittenabschnitts 28 des Deckels 20 positioniert sind, so dass die Fasern 78 der zweiten Verstärkungsschicht 16 angeordnet werden können, um durch den Mittenabschnitt 28 des Deckels 20 hindurchzutreten (zu verlaufen). Folglich kann verhindert werden, dass die Fasern 78 der zweiten Verstärkungsschicht 16 an bzw. von dem Deckel 20 gleiten (sich verschieben) und nicht länger an dem Deckel 20 verbleiben, als Ergebnis davon, dass die Fasern 78 durch Teile des Deckels 20, die außerhalb des Mittenabschnitts 28 positioniert sind, hindurchgehend angeordnet sind.
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Des Weiteren ist der Aussparungsabschnitt 32, der in Richtung der Innenseite des Körperabschnitts 12 offen ist, und in der axialen Richtung des Körperabschnitts 12 nach außen ausgespart ist, in dem Teil des Deckels 20, der innerhalb des Körperabschnitts 12 eingesetzt ist, ausgebildet. Folglich kann die Kapazität (das Volumen) innerhalb des Hochdrucktanks 10 durch den Aussparungsabschnitt 32 weiter erhöht (vergrößert) sein/werden.
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Des Weiteren kann, da der Aussparungsabschnitt 32 in einer im Wesentlichen Domform ausgebildet ist, verhindert werden, dass eine Belastung (Spannung, Beanspruchung) teilweise konzentriert wird, selbst in einem Fall, in dem ein Hochdruckfluid in dem Hochdrucktank 10 gehalten (aufgenommen) wird (ist).
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Es ist anzumerken, dass obwohl in dem Ausführungsbeispiel der Aussparungsabschnitt 32, der in dem Deckel 20 vorgesehen ist, in einer im Wesentlichen Domform ausgebildet ist, der Aussparungsabschnitt 32 nicht darauf beschränkt ist und er auch in einer anderen Form wie zum Beispiel einer offenen zylindrischen Form ausgebildet sein kann.
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Des Weiteren ist, obwohl der Hochdrucktank 10 eine Gestaltung hat, in der die Deckel 20 in dem ersten Endabschnitt an der einen axialen Seite und dem zweiten Endabschnitt an der anderen axialen Seite des Körperabschnitts 12 eingesetzt sind, der Hochdrucktank 10 nicht darauf beschränkt und er kann ferner eine Gestaltung haben, in der ein Deckel 20 an nur zumindest einem Endabschnitt in der axialen Richtung des Körperabschnitts 12 vorgesehen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist vorstehend beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, was vorstehend beschrieben ist, und sie kann in einer Vielzahl von Weisen zusätzlich zu denen, die vorstehend beschrieben sind, in einem Ausmaß modifiziert und implementiert werden, das nicht von dem Schutzumfang der Ansprüche abweicht.
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Ein Hochdruckbehälter (10) weist Folgendes auf: einen Körperabschnitt (12), der in einer offenen zylindrischen Form ausgebildet ist; einen Deckel (20), wobei zumindest ein Teil des Deckels innerhalb einer Öffnung des zumindest einen Endabschnitts des Körperabschnitts (12) eingesetzt ist, um dadurch den Endabschnitt zu verschließen; eine erste Verstärkungsschicht (14), die an einer Außenumfangsfläche (18) des Körperabschnitts (12) vorgesehen ist und durch einen faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, der eine Faserrichtung hat, die mit einer Umfangsrichtung des Körperabschnitts (12) übereinstimmt; und eine zweite Verstärkungsschicht (16), die durch einen faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, der Fasern (78) aufweist, die durch einen Mittenabschnitt (28) des Deckels (20) aus Sicht der axialen Richtung des Körperabschnitts (12) hindurchtreten und die parallel zu der axialen Richtung des Körperabschnitts (12) aus Sicht einer Richtung orthogonal zu der axialen Richtung des Körperabschnitts (12) angeordnet sind.
