用於壓力容器的襯套以及製造該襯套的方法
2023-06-19 04:38:06 2
專利名稱：用於壓力容器的襯套以及製造該襯套的方法
技術領域：
本發明涉及用於壓力容器的襯套，該壓力容器用於例如在汽車工業、家居工業、軍事工業、航空工業、醫藥工業等中存儲用作發電燃料的氫氣或天然氣，或用於存儲氧氣，以及一種生產該襯套的方法。
在本文中以及在所附權利要求中使用的術語「鋁」除了純鋁之外還包括鋁合金。
背景技術：
為了控制空氣汙染，近年來已努力開發可產生清潔排放物的天然氣汽車和燃料電池汽車。這些汽車中安裝有被填充燃料天然氣或氫氣直至高壓的壓力容器，並且希望將容器填充氣體至更高的壓力以便行駛更長的距離。
已知一種用於這種高壓容器的襯套。已知的襯套包括管狀主體和一對用於封閉該主體的相對端開口的頂板。該襯套包括由鋁壓出型材製成的並且形式為具有相對的開口端的空心圓柱體的主體，和兩個頂板，每個頂板表現為圓頂的形式，通過模鑄用鋁製成並且分別焊接在主體的相對端上。主體的內表面上連接有多個加強壁，該加強壁的橫截面為放射形。每個頂板的內表面上連接有加強壁，並且該加強壁的位置與該主體內的加強壁的位置相對應(見例如公報JP-A No.9-42595)。
為了用作壓力容器，襯套具有螺旋纏繞加強層以及環箍加強層，該加強層是通過沿縱向圍繞主體並部分圍繞兩個頂板纏繞加強纖維以獲得螺旋纏繞纖維層、將該纖維層浸漬環氧樹脂並固化該樹脂形成的，該環箍加強層是通過沿圓周圍繞主體纏繞加強纖維以獲得環箍纖維層、將該纖維層浸漬環氧樹脂並固化樹脂形成的。
上述公報內公開的壓力容器襯套具有由加強壁的抵抗徑向力的作用提供的令人滿意的耐壓強度。但是，如果襯套沿其縱向受到更大的力，則應力集中作用在主體與頂板的焊接接頭上，可能會使襯套在接頭部斷裂，這是因為主體的加強壁沒有連接到頂板的加強壁。為了防止發生這種斷裂，需要使壓力容器的螺旋纏繞加強層的厚度增加，這會帶來重量更大的問題。此外，在形成螺旋纏繞纖維層時，纖維可能由於滑動接觸或由於被卡住而破裂，從而不能提供所需的耐壓能力。
本發明的一個目標是克服上述問題並提供一種用於壓力容器的抵抗縱向力的耐壓強度增加的襯套，以及一種用於生產該襯套的方法。
發明內容
為了實現上述目標，本發明包括以下模式。
1)一種壓力容器襯套，包括管狀主體和用於封閉該主體的各個相對端開口的頂板，該主體中固定地設有沿該主體的縱向延伸的加強件，用於將該主體的內部分成多個空間，該頂板連接到該加強件上。
2)根據段落1)的壓力容器襯套，其中，每個頂板和該加強件之間的接頭的組合長度至少為該加強件的與該頂板的內表面接觸的部分的組合長度的60％。
3)根據段落1)的壓力容器襯套，其中，頂板通過摩擦攪動連接到該加強件。
4)根據段落1)的壓力容器襯套，其中，頂板獨立於主體形成，並分別連接到主體的相對端。
5)根據段落1)的壓力容器襯套，其中，一個頂板與主體的一端一體地形成，另一個頂板獨立於該主體形成並連接到該主體的另一端。
6)根據段落1)的壓力容器襯套，其中，至少一個頂板的形式為向外凸出的圓頂，並且該加強件的與該圓頂狀頂板相鄰的端部向外突出到主體之外並裝配在該圓頂狀頂板內。
7)根據段落1)的壓力容器襯套，其中，至少一個頂板具有平的內表面。
8)一種用於製造根據段落1)的壓力容器襯套的方法，包括擠出成形具有相對開口端的管狀主體和沿主體的縱向延伸的加強件並形成兩個頂板，將加強件插入主體並將主體連接到加強件，以及將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將兩個頂板連接到加強件。
9)根據段落8)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過摩擦攪動從主體的外部將主體連接到加強件。
10)根據段落8)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過鍛造形成一個頂板，並且當通過鍛造形成所述一個頂板時在所述一個頂板的外表面上與所述一個頂板一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到所述一個頂板的內表面。
11)根據段落8)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過摩擦攪動從頂板的外部將頂板連接到加強件。
12)一種用於製造根據段落1)的壓力容器襯套的方法，包括以一體組件的形式擠出成形具有相對開口端的管狀主體和沿該主體的縱向延伸並將該主體的內部分成多個空間的加強件，並形成兩個頂板，以及將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將這兩個頂板連接到該加強件。
13)根據段落12)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過鍛造形成一個頂板，並且當通過鍛造形成所述一個頂板時在所述一個頂板的外表面上與所述一個頂板一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到所述一個頂板的內表面。
14)根據段落12)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過摩擦攪動從頂板的外部將頂板連接到加強件。
15)一種用於製造根據段落1)的壓力容器襯套的方法，包括以一體組件的形式通過鍛造形成具有相對開口端的管狀主體和用於封閉該主體的其中一個開口端的頂板，形成用於封閉該主體的另一個開口端的頂板，擠出成形沿該主體的縱向延伸的加強件，將該加強件插入主體並將主體連接到加強件，以及將獨立於主體形成的頂板連接到主體的另一端並將兩個頂板連接到加強件上。
16)根據段落15)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，當通過鍛造形成主體和頂板的一體組件時，在該頂板的外表面上與該頂板一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將獨立於主體形成的頂板連接到主體的另一端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到頂板的內表面。
17)根據段落15)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過鍛造形成用於封閉主體的另一開口端的頂板，並通過鍛造在要形成的頂板的外表面上一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將獨立於主體形成的頂板連接到主體的另一端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到頂板的內表面。
18)根據段落15)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過摩擦攪動從主體的外部將主體連接到加強件。
19)根據段落15)的用於製造壓力容器襯套的方法，其中，通過摩擦攪動從頂板的外部將頂板連接到加強件。
20)一種包括根據段落1)-7)中的任一項的壓力容器襯套的壓力容器，該壓力容器襯套在其外周向表面上覆蓋有纖維加強樹脂層。
21)一種燃料電池系統，包括燃料氫壓力容器、燃料電池和用於從中將燃料氫氣從壓力容器輸送到燃料電池的壓力管路，該燃料氫壓力容器包括根據段落20)的壓力容器。
22)一種燃料電池汽車，其中安裝有根據段落21)的燃料電池系統。
23)一種包括根據段落21)的燃料電池系統的熱電聯合系統。
24)一種天然氣供給系統，包括天然氣壓力容器和用於從中輸送來自壓力容器的天然氣的壓力管路，該天然氣壓力容器是根據段落20)的壓力容器。
25)一種熱電聯合系統，包括根據段落24)的天然氣供給系統、發電機和發電機驅動裝置。
26)一種天然氣汽車，包括根據段落24)的天然氣供給系統和使用天然氣作為燃料的發動機。
對於段落1)到7)中所述的壓力容器襯套，固定地設置在主體內的加強件被連接到兩個頂板。這種設置使得襯套抵抗縱向力的耐壓強度提高。當該襯套用於壓力容器時，螺旋纏繞纖維層的厚度可較小，或者可省去螺旋纏繞纖維層，從而使高壓容器的重量減小。此外，該構造提高了生產率並減小了生產成本。
此外，當被填充進壓力容器襯套的高壓氣體例如氫氣或天然氣的溫度升高時，該氣體的熱量被傳遞到加強件並從加強件通過主體和頂板消散到外部，從而減小氣體的溫升，並允許將更大量的氣體填充到容器內以確保填充效率提高。
段落2)中所述的壓力容器襯套可靠地提高了抵抗縱向力的耐壓強度。
根據段落7)的壓力容器襯套相對於襯套的整個長度具有增加的容量。
段落8)到19)中所述的方法使得可比較容易地製造段落1)中所述的壓力容器襯套。
根據段落13)的壓力容器襯套製造方法使得可相對縮短接口部從頂板的突出長度。該接口部通常具有帶螺紋的通孔以便將閥以螺紋接合的方式裝配在其中，並且限定該孔的帶螺紋的內周向表面需要採取圓柱形表面的形式。可通過段落13)中所述的方法在限定孔的內周向表面的整個長度上形成內螺紋部分，結果可以使接口部從頂板的突出長度較小。
如段落13)中所述方法的情況一樣，段落16)和17)中所述的壓力容器製造方法可用於相對縮短接口部從頂板的突出長度。
圖1是示出本發明的實施例1的壓力容器襯套的透視圖。
圖2是示出包括圖1的壓力容器襯套的高壓容器的縱向剖視圖。
圖3是用於製造圖1的壓力容器襯套的主體和加強件的坯體的透視圖。
圖4是示出用於製造圖1的壓力容器襯套的主體、兩個頂板和加強件的透視圖。
圖5是示出在用於製造圖1的壓力容器襯套的方法中如何將頂板連接到加強件上的局部透視圖。
圖6是示出在用於製造圖1的壓力容器襯套的方法中如何將頂板連接到加強件上的放大局部剖視圖。
圖7是示出在用於製造圖1的壓力容器襯套的方法中連接到加強件的其中一個頂板的局部透視圖。
圖8是示出在用於製造圖1的壓力容器襯套的方法中連接到加強件的另一個頂板的局部透視圖。
圖9是示出在用於製造圖1的壓力容器襯套的方法中如何將主體連接到頂板上的放大局部剖視圖。
圖10是示出本發明的實施例2的壓力容器襯套的透視圖。
圖11是示出包括圖10的壓力容器襯套的高壓容器的縱向剖視圖。
圖12是用於製造圖10的壓力容器襯套的其中一個頂板的透視圖。
圖13是示出在製造圖10的壓力容器襯套的方法中如何將其中一個頂板連接到加強件的局部透視圖。
圖14是示出在製造圖10的壓力容器襯套的方法中連接到加強件的其中一個頂板的局部透視圖。
圖15是示出在製造圖10的壓力容器襯套的方法中將其中一個頂板連接到加強件的一種改變的方式的局部透視圖。
圖16是示出本發明的實施例3的壓力容器襯套的透視圖。
圖17是示出用於製造圖16的壓力容器襯套的主體、其中一個頂板、另一個頂板和加強件的透視圖。
圖18是示出本發明的實施例4的壓力容器襯套的透視圖。
圖19是包括圖18的壓力容器襯套的高壓容器的縱向剖視圖。
圖20是示出用於製造本發明的實施例4的壓力容器襯套的主體、加強件和兩個頂板的透視圖。
具體實施例方式
下面將參照
本發明的實施例。在附圖中，相同部分將用相同標號指示並且將不再重複說明。
實施例1此實施例在圖1到9中示出。
圖1示出此實施例的壓力容器襯套。圖2示出其中使用該襯套的用於高壓氫氣的壓力容器。圖3到9示出用於製造壓力容器襯套的方法。
參照圖1，壓力容器襯套1包括在其相對端開口的鋁製主體2，和鋁製頂板3、4，每個頂板的形式為用於封閉各端開口的向外凸出的圓頂。
主體2在內部具有與該主體2成一體的並沿主體2縱向延伸的加強件5，該加強件將主體2的內部分成多個空間。主體2和加強件5使用JISA2000合金、JIS A5000合金、JIS A60000合金和JIS A7000合金中的一種一體地擠出形成。加強件5包括多個例如4個加強壁5A，該加強壁從主體2的內周向表面朝主體2的中心線延伸並在該中心線上相互連接。根據此實施例，所有加強壁5A圍繞主體2的中心線以相等角度間隔開。但是，根據實施例1，加強壁5A的數量以及圍繞中心線的相鄰每對加強壁5A之間的角間隔並不局限於上述情況。主體2的內部被加強壁5A分成數量與壁5A的數量相等的並具有相對開口端的空間。加強件5具有向外突出超過主體2的相對端開口並裝配在各個圓頂形頂板3、4內的相對端。
其中一個頂板3具有接口部6，該接口部具有用於保持襯套1的內部與外部從中連通的通孔6a。接口部6的限定孔6a的內周向表面在其整個長度上表現為圓柱形表面的形式，並在11處有螺紋(見圖2)。兩個頂板3、4是使用JIS A2000合金、JIS A5000合金、JIS A60000合金和JIS A7000合金中的一種通過鍛造製成的。
主體2和每個頂板3、4相互對接，並且對接部通過在整個圓周上從外部摩擦攪動(焊接)而連接。接頭具有焊縫7。加強件5的相對端與各個頂板3、4的內表面支承接觸，並且加強壁5A從頂板3、4的外部通過摩擦攪動連接到頂板3、4。接頭具有焊縫8。每個頂板3、4和加強件5之間的接頭的組合長度優選地至少為加強壁5的與頂板3或4的內表面接觸的部分的組合長度的至少60％。
參照圖2，壓力容器襯套1整體上被例如由碳纖維加強樹脂製成的纖維加強樹脂層9覆蓋以便用作高壓容器10。如在上述公報內公開的壓力容器襯套一樣，纖維加強樹脂層9包括通過沿縱向圍繞主體2並部分圍繞兩個頂板3、4纏繞加強纖維形成的螺旋纏繞加強層、通過沿圓周圍繞主體2纏繞加強纖維形成的環箍加強層，以及浸漬這些加強層並被固化的樹脂。要使用的樹脂是熱固性樹脂或光塑性樹脂。環箍加強層並不總是必需的。
壓力容器襯套1是通過下文參照圖3到9說明的方法製造的。
使用具有多孔分流擠壓模(porthole die)的擠出機(未示出)，首先通過擠出成形生產一體的坯體15，如圖3所示，該坯體包括空心圓柱形主體形成部16和多個例如四個加強壁17，該加強壁從主體形成部16的內周向表面朝主體的中心線延伸並在中心線上相互連接。坯體15的橫截面形狀與主體2和加強件5相同。隨後，通過切除主體形成部16的相對端部和利用切割使加強壁17的相對端部的形狀形成為與兩個頂板3、4的內表面的形狀一致，來形成主體2和加強件5的一體組件(見圖3內的虛線)。此外，通過鍛造形成兩個頂板3、4。此時，在每個頂板3、4的外表面上在其中央處一體地形成實心圓柱形突出部18(見圖4)。兩個頂板3、4的形狀相同並且使用相同模具生產。
然後，圍繞加強件5的突出超過主體2的各端的部分裝配頂板3、4，使頂板3、4的端面與主體2的各個端面對接，並使加強件5的相對端與頂板3、4支承接觸。
隨後，將加強件5的相對端通過摩擦攪動連接到頂板3、4。首先準備摩擦攪動連接工具20，該工具包括實心圓柱形轉子21以及銷狀探針22，該轉子具有在轉子的前端與轉子一體地設置的小直徑部分21a，並沿轉子的軸向從轉子延伸出位於該轉子和該小直徑部分之間的錐形部分，該銷狀探針22沿軸向從轉子的小直徑部分21a的端部延伸出並與該小直徑部分成一體，該銷狀探針的直徑小於該部分21a(見圖5)。轉子21和探針22由比主體2和頂板3、4更硬並且具有可承受將在連接期間產生的摩擦熱的耐熱性的材料製成。
在使工具20旋轉的同時，在其中一個頂板3的與主體2相鄰的端部並在與加強件5的其中一個加強壁5A對應的位置從外部將探針20放入該頂板，並且圍繞探針22的小直徑部分21a的肩部壓在頂板3的外表面上。探針22的長度使得被放入的探針22的外端此時將位於加強壁5A內(見圖6)。通過將肩部壓在頂板上，可防止在連接開始時和連接過程中將產生的軟化部分的金屬材料分散，並且可阻止得到的接頭形成毛刺或類似的表面不規則狀態。
隨後，使主體2和頂板3的工件與摩擦攪動連接工具20相對於彼此移動，從而朝凸出部18移動探針22。通過探針22的旋轉生成摩擦熱，以軟化頂板3和加強壁5A的基材金屬，並且軟化部分因受到探針22的旋轉力而被攪動和混合，進一步塑性地流動以填充因探針22的通過而留下的凹槽，此後快速散失摩擦熱以便在冷卻時凝固。這些現象隨著探針22的運動重複出現，以將頂板3逐漸連接到加強壁5A上並形成焊縫8。探針22進一步通過突出部18的周邊移動到其外端面，並且在該端面的中心從該突出部縮回。通過縮回探針22而在突出部18的端面的中心形成孔23(見圖5)。針對所有加強壁5A重複進行這一過程以將頂板3連接到加強件5上(見圖7)。當將頂板連接到所有加強壁5A時共同形成探針縮回孔23(見圖7)。另一個頂板4也按照與上述方式相同的方式連接到加強件5上。
此後，在頂板3的突出部18內形成從該突出部的外端面延伸到頂板3的內表面的通孔6a，並且通孔6a在11處在內部形成螺紋。此外，從另一個頂板4切除突出部(見圖8)。
隨後，在旋轉的同時，摩擦攪動連接工具20的探針22在沿圓周方向的一個位置從外部放入主體2和頂板3的對接接頭，並且工具20的小直徑部分21a的圍繞探針22的肩部壓在主體2和頂板3上(見圖9)。探針22的長度使得探針22的前端此時優選地定位在距離主體2和頂板3、4的內周向表面至少0.1mm到不超過主體2和頂板3、4的壁厚的1/2的距離處。如果此距離小於0.1mm，則可能在稍後要說明的通過探針22的摩擦攪動連接期間沿圓周在主體2和頂板3的內周向表面中形成V形凹槽，從而不能提供令人滿意的耐壓性。或者，如果該距離超過主體2和頂板3的壁厚的1/2，則主體2和頂板3的要連接的部分的厚度相對於主體2和頂板3的整個厚度減小，從而也使得可能無法獲得足夠的耐壓性。儘管軟化部分的材料可能在連接開始時和連接期間分散，但是與主體和頂板擠壓接觸的小直徑部分21a的肩部可生成令人滿意的接頭，該肩部防止出現上述問題，並通過肩部在主體2和頂板3上的滑動運動進一步生成摩擦熱，並將主體2和頂板的與肩部接觸的部分及其附近部分軟化到更大程度，同時防止在接頭的表面上形成毛刺或類似的不規則狀態。
然後，使主體2和頂板3的工件與摩擦攪動連接工具20相對於彼此移動，以便在圓周上沿對接接頭移動探針22。由探針22的旋轉生成的摩擦熱以及由肩部在主體2和頂板3上的滑動運動生成的摩擦熱軟化主體2和頂板3的在該對接接頭附近的基材金屬，並且該軟化部分由於受到探針22的旋轉力而被攪動和混合，進一步塑性地流動以填充因探針22通過而留下的凹槽，此後快速散失摩擦熱以便在冷卻時凝固。這些現象隨著探針22的運動重複出現，從而連接主體2和頂板3。在探針22沿對接接頭在整個圓周上運動之後返回初始位置時，主體2和頂板3在整個圓周上連接。此時形成焊縫7。
在探針22返回其中探針放入對接接頭的初始位置之後，或者在探針22移動通過此位置之後，探針22移動到設置在主體2和頂板3的對接接頭處的接觸件(未示出)的位置，在該位置探針22縮回。以與上述方式相同的方式，另一個頂板4也通過摩擦攪動連接到主體2上。這樣，製造出壓力容器襯套1。
實施例2此實施例在圖10-15中示出。
在此實施例的壓力容器襯套30的情況下，在其中一個頂板31上設置有接口部32，該接口部具有限定延伸穿過接口部32的孔32a的內周向表面。該內周向表面與頂板31的內表面的接頭是圓形的(見圖11)。接口部32在內部在除圓形部分32b處之外的11處有螺紋。內螺紋部分11的長度等於實施例1的通孔6a的整個長度。除了此特徵之外，此實施例的襯套30與所述實施例1的壓力容器襯套1相同。
如圖11所示，實施例2的壓力容器襯套30整個被例如由碳纖維加強樹脂製成的纖維加強樹脂層9覆蓋以便用作高壓容器10。如在上述公報內公開的壓力容器襯套一樣，纖維加強樹脂層9包括通過沿縱向圍繞主體2並部分圍繞兩個頂板31、4纏繞加強纖維形成的螺旋纏繞加強層、通過沿圓周圍繞主體2纏繞加強纖維製成的環箍加強層，以及浸漬這些加強層並被固化的樹脂。要使用的樹脂是熱固性樹脂或光塑性樹脂。環箍加強層並不總是必需的。
接下來，將僅說明用於製造實施例2的壓力容器襯套30的方法與用於製造實施例1的壓力容器襯套1的方法的不同之處。
在通過鍛造形成其中一個頂板31時，與該頂板一體地形成具有通孔32a的接口部32(見圖12)。因此，在接口部32的限定孔32a的內周向表面和頂板31的內表面之間的接頭處形成圓形部分32b。此外，在通過摩擦攪動將頂板31連接到加強件5的加強壁5A上時，可使用如圖13所示的接觸件35使探針22縮回。接觸件35採取截面為直角三角形的形式，並且定位成使得相互形成直角的兩個側面接觸頂板31的外表面和接口部32的周向表面，從而斜坡35a朝外。探針22移動到接觸件35的斜坡35a然後縮回。因此，在接口部32上沒有形成位於頂板31的外表面上的焊縫7(見圖14)。
此外，當通過摩擦攪動將頂板31連接到加強件5的加強壁5A上時，可使用如圖15所示的截頭圓錐形接觸件36使探針22縮回。接觸件36具有用於使接口部32從中插入的孔36a，並且定位成使得接口部32a插入孔36a。
在通過摩擦攪動將頂板31連接到加強件5的加強壁5A上時，探針22移動到接觸件36的截頭圓錐形外周向表面36b然後縮回。可僅使用一個接觸件36通過摩擦攪動將頂板31連接到所有加強壁5A上。
實施例3此實施例在圖16和17中示出。
除了形式為向外凸出的圓頂的不具有接口部6的頂板41與主體2一體地設置，以及包括多個加強壁42A並且形狀與實施例1的加強件5相同的加強件42獨立於主體2製造、被放置在主體2內並通過摩擦攪動與主體2相連接之外，此實施例的壓力容器襯套40的結構與實施例1的壓力容器襯套1相同。主體2和加強件42的加強壁42A的接頭具有焊縫43。主體2與加強件42的連接長度優選地至少為加強件42的整個長度的60％，並且根據此實施例，通過摩擦攪動使加強件42在主體2的整個長度上連接到主體2。
儘管未示出，但是壓力容器襯套40整個被例如由碳纖維加強樹脂製成的纖維加強樹脂層覆蓋以便用作高壓容器。纖維加強樹脂層的構造與所述實施例1和實施例2中的構造相同。
該壓力容器襯套通過下文將說明的方法製造。
如圖17所示通過鍛造一體地製成主體2和頂板41。在頂板41的外表面上在其中心一體地形成朝外突出的實心圓柱形突出部41。加強件42通過擠壓成形而製成，並且其相對端部通過切割形成一定形狀以適配於兩個頂板3、41的各自的內表面並與其支承接觸。具有突出部18的頂板3通過鍛造形成。
然後，將加強件42放入主體2，並且該加強件42的一端與頂板41的內表面支承接觸。在旋轉摩擦攪動連接工具20的同時，在對應於一個加強壁42A的位置將探針22從外部放入主體2的開口端部，並且小直徑部分21a的圍繞探針22的肩部壓在主體2的外周向表面上。探針22的長度使得被放入的探針22的外端此時將位於加強壁42A內。通過將肩部壓在主體上，可防止在連接開始時和連接過程中將產生的軟化部分的金屬材料分散，從而獲得令人滿意的接頭，並且通過該被擠壓的肩部還可防止所獲得的接頭形成毛刺或類似的表面不規則狀態。
隨後，使主體2和頂板41的工件與摩擦攪動連接工具20相對於彼此移動，從而沿主體2的縱向移動探針22。在探針22到達主體2的另一端時，包含主體2和頂板41的工件與連接工具20的相對移動方向改變，以便朝突出部44移動探針22。探針22沿突出部44的外周向表面移動到外端面，並從該突出部44的端面的中心縮回。因此，如對實施例1所詳細說明的一樣，主體2和頂板41通過摩擦攪動連接到加強件42的加強壁42A。針對所有加強壁42A重複這一過程，以便將主體2和頂板41連接到加強件42上。然後，從頂板41切除突出部44。
以與實施例1的情況相同的方式通過摩擦攪動將另一個頂板3連接到加強件42和主體2上，在突出部18內形成通孔6a，並且限定孔6a的內周向表面在11處具有螺紋。這樣，製造出壓力容器襯套40。
在實施例3中，可使用實施例2的頂板31代替頂板3。此外，可使用獨立於實施例1的主體2製成的頂板4代替與主體2成一體的頂板41。
此外，在根據所述的實施例3通過鍛造一體地製成主體2和頂板41時，可與頂板41一體地形成具有通孔的接口部。該接口部的形狀與所述實施例2的接口部相同。在此情況下，所述實施例1的頂板4用作另一個頂板。
實施例4此實施例在圖18-20中示出。
在根據此實施例的壓力容器襯套50的情況下，與主體2成一體的加強件5的長度等於主體2的長度，並且主體2的各端部與加強件5的對應端部位於同一平面上。襯套5具有相對頂板51、52，每個頂板的形式為具有平的內表面的平板。其中一個頂板51具有接口部53，該接口部在其整個長度上具有形式為圓柱形表面的並限定通孔53a的內周向表面。除此之外，襯套50的構造與所述實施例1的壓力容器襯套1相同。
如圖19所示，實施例4的壓力容器襯套50整個被例如由碳纖維加強樹脂製成的纖維加強樹脂層9覆蓋以便用作高壓容器10。纖維加強樹脂層9的構造與所述實施例1和實施例2中的構造相同。
壓力容器襯套50通過下文將說明的方法製造。
首先使用具有多孔分流擠壓模的擠出機(未示出)擠壓成形如圖20所示的主體2和加強件5的一體組件。通過鍛造分別形成兩個頂板51、52。此時，在其中一個頂板51的外表面的中心上與該頂板一體地形成具有通孔53a的接口部53，並且在另一個頂板52的外表面的中心上與該頂板一體地形成向外突出的實心圓柱形突出部18。由於頂板51是平板，所以即使在通過鍛造形成頂板51的同時形成具有孔53a的接口部5，該接口部5的限定孔的內周向表面與頂板51的內表面的接頭也不會像所述實施例2的圓形部分一樣是圓形的。
在旋轉摩擦攪動連接工具20的同時，在與加強件5的其中一個加強壁5A對應的位置從外部將探針22放入頂板51的具有接口部53的周向邊緣部，並且小直徑部分21a的圍繞探針22的肩部壓在頂板51的外表面上。探針22的長度使得被放入的探針22的外端此時將位於加強壁5A內。儘管未示出，但是與所述實施例2的情況一樣，圖13所示的接觸件35或圖15所示的接觸件36位於接口部53上。
此後，主體2和頂板51的工件與連接工具20相對於彼此移動，從而朝接口部53移動探針22，以通過摩擦攪動將頂板51連接到加強壁5A上。探針22進一步移動到接觸件35或36，由此探針22縮回。這一過程針對所有加強壁5A重複進行以便將頂板51連接到加強件5上。
隨後，通過摩擦攪動將另一個頂板52連接到加強件5的所有加強壁5A上。除了從突出部18的外端面縮回探針22之外，此操作執行的方式與通過摩擦攪動將頂板51連接到加強件5的方式相同。
然後，以與所述實施例1的情況相同的方式通過摩擦攪動將兩個頂板51、52連接到主體2。隨後使限定通孔53a的內周向表面在11處形成螺紋，並從頂板52切除突出部18。這樣，製造出壓力容器襯套50。
所述實施例4中的頂板51的接口部53可通過與實施例1中的頂板3的接口部6相同的方式形成。更具體地說，接口部53可這樣形成，即，在通過鍛造形成頂板51時在頂板52上形成突出部，當通過摩擦攪動將頂板51連接到加強件5時從突出部的外端面縮回探針，然後從該突出部的外端面到該頂板51的內表面形成通孔53a。
在實施例2到4的壓力容器襯套中，主體、頂板和加強件由JIS A2000合金、JIS A5000合金、JIS A53000合金和JIS A7000中的一種製成。
在所有前述實施例中，主體的橫截面為圓形，但這並不是限制性的；主體可以為其它形狀，例如橢圓形。
包含根據實施例1到4中的任何一個的壓力容器襯套的高壓容器用在燃料電池系統中以用作燃料氫壓力容器，該燃料電池系統包括燃料氫壓力容器、燃料電池和用於將燃料氫氣從壓力容器輸送到燃料電池的壓力管路。該燃料電池系統安裝在汽車內。該燃料電池系統還用在熱電聯合系統中。
該高壓容器還用在天然氣供給系統中以用作天然氣壓力容器，該天然氣供給系統包括天然氣壓力容器和用於從該壓力容器輸送天然氣的壓力管路。該天然氣供給系統與發電機和發電機驅動裝置一起用在熱電聯合系統中。天然氣供給系統還用在配備有使用天然氣作為燃料的發動機的天然氣汽車中。
該高壓容器還用在氧氣供給系統中以用作氧壓力容器，該氧氣供給系統包括氧壓力容器和用於從該壓力容器輸送氧氣的壓力管路。
工業應用性本發明提供了一種適於用在壓力容器中的壓力容器襯套，該壓力容器用於例如在汽車工業、家居工業、軍事工業、航空工業、醫藥工業等中存儲用作發電燃料的氫氣或天然氣，或用於存儲氧氣。本發明的壓力容器襯套的抵抗縱向力的耐壓強度提高。
權利要求
1.一種壓力容器襯套，包括管狀主體和用於封閉該主體的各個相對端開口的頂板，該主體中固定地設有沿該主體的縱向延伸的加強件，用於將該主體的內部分成多個空間，該頂板連接到該加強件上。
2.根據權利要求1的壓力容器襯套，其特徵在於，每個頂板和該加強件之間的接頭的組合長度至少為該加強件的與該頂板的內表面接觸的部分的組合長度的60％。
3.根據權利要求1的壓力容器襯套，其特徵在於，頂板通過摩擦攪動連接到該加強件。
4.根據權利要求1的壓力容器襯套，其特徵在於，頂板獨立於主體形成，並分別連接到主體的相對端。
5.根據權利要求1的壓力容器襯套，其特徵在於，一個頂板與主體的一端一體地形成，另一個頂板獨立於該主體形成並連接到該主體的另一端。
6.根據權利要求1的壓力容器襯套，其特徵在於，至少一個頂板的形式為向外凸出的圓頂，並且該加強件的與該圓頂狀頂板相鄰的端部向外突出到主體之外並裝配在該圓頂狀頂板內。
7.根據權利要求1的壓力容器襯套，其特徵在於，至少一個頂板具有平的內表面。
8.一種用於製造根據權利要求1的壓力容器襯套的方法，包括擠出成形具有相對開口端的管狀主體和沿主體的縱向延伸的加強件並形成兩個頂板，將加強件插入主體並將主體連接到加強件，以及將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將兩個頂板連接到加強件。
9.根據權利要求8的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過摩擦攪動從主體的外部將主體連接到加強件。
10.根據權利要求8的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過鍛造形成一個頂板，並且當通過鍛造形成所述一個頂板時在所述一個頂板的外表面上與所述一個頂板一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到所述一個頂板的內表面。
11.根據權利要求8的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過摩擦攪動從頂板的外部將頂板連接到加強件。
12.一種用於製造根據權利要求1的壓力容器襯套的方法，包括以一體組件的形式擠出成形具有相對開口端的管狀主體和沿該主體的縱向延伸並將該主體的內部分成多個空間的加強件，並形成兩個頂板，以及將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將這兩個頂板連接到該加強件。
13.根據權利要求12的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過鍛造形成一個頂板，並且當通過鍛造形成所述一個頂板時在所述一個頂板的外表面上與所述一個頂板一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將兩個頂板分別連接到主體的相對端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到所述一個頂板的內表面。
14.根據權利要求12的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過摩擦攪動從頂板的外部將頂板連接到加強件。
15.一種用於製造根據權利要求1的壓力容器襯套的方法，包括以一體組件的形式通過鍛造形成具有相對開口端的管狀主體和用於封閉該主體的其中一個開口端的頂板，形成用於封閉該主體的另一個開口端的頂板，擠出成形沿該主體的縱向延伸的加強件，將該加強件插入主體並將主體連接到加強件，以及將獨立於主體形成的頂板連接到主體的另一端並將兩個頂板連接到加強件上。
16.根據權利要求15的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，當通過鍛造形成主體和頂板的一體組件時，在該頂板的外表面上與該頂板一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將獨立於主體形成的頂板連接到主體的另一端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到頂板的內表面。
17.根據權利要求15的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過鍛造形成用於封閉主體的另一開口端的頂板，並通過鍛造在要形成的頂板的外表面上一體地形成向外延伸的突出部，並且該方法包括在將獨立於主體形成的頂板連接到主體的另一端並將兩個頂板連接到加強件之後，通過形成通孔來提供接口部，該通孔從該突出部的外端面延伸到頂板的內表面。
18.根據權利要求15的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過摩擦攪動從主體的外部將主體連接到加強件。
19.根據權利要求15的用於製造壓力容器襯套的方法，其特徵在於，通過摩擦攪動從頂板的外部將頂板連接到加強件。
20.一種包括根據權利要求1到7中的任一項的壓力容器襯套的壓力容器，該壓力容器襯套在其外周向表面上覆蓋有纖維加強樹脂層。
21.一種燃料電池系統，包括燃料氫壓力容器、燃料電池和用於從中將燃料氫氣從壓力容器輸送到燃料電池的壓力管路，該燃料氫壓力容器包括根據權利要求20的壓力容器。
22.一種燃料電池汽車，其中安裝有根據權利要求21的燃料電池系統。
23.一種包括根據權利要求21的燃料電池系統的熱電聯合系統。
24.一種天然氣供給系統，包括天然氣壓力容器和用於從中輸送來自壓力容器的天然氣的壓力管路，該天然氣壓力容器是根據權利要求20的壓力容器。
25.一種熱電聯合系統，包括根據權利要求24的天然氣供給系統、發電機和發電機驅動裝置。
26.一種天然氣汽車，包括根據權利要求24的天然氣供給系統和使用天然氣作為燃料的發動機。
全文摘要
本發明公開了一種壓力容器襯套(1)，該壓力容器襯套(1)包括管狀主體(2)和用於封閉主體(2)的相對端開口的頂板(3、4)。該主體(2)中設有與該主體(2)成一體的並沿該主體(2)的縱向延伸的加強件(5)，該加強件用於將主體(2)的內部分成多個空間。兩個頂板(3、4)分別連接到該加強件(5)的相對端上。壓力容器襯套(1)的抵抗縱向力的耐壓強度提高。
文檔編號F17C1/08GK1918423SQ200580004430
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月8日 優先權日2004年2月9日
發明者島田毅昭, 吉田泰樹, 桑原宏和, 納康弘, 菅野快治, 川又保二, 山崎英世 申請人:昭和電工株式會社