高壓容器的密封結構的製作方法

2023-07-04 10:23:01 2

專利名稱：高壓容器的密封結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及高壓容器的密封結構。
背景技術：
壓縮天然氣(CNG)作為減小溫室效應的清潔能源受到關注，並期 待將其作為代替汽油的機動車用燃料等廣泛利用。但是，由於與液體或 固體相比，氣體的密度更低，因此，需要採取使氣體容積減小的高壓化 措施以裝載更多的燃料，這樣就需要採用用於容納該高壓氣體的高壓容 器。因此，迄今為止， 一般採用鋼製或鋁合金制的高壓容器作為CNG用 高壓容器。雖然金屬制的高壓容器具有高強度且對防止洩漏具有高可靠 性的優點，但存在著重量大這一問題，在作為機動車用燃料進行使用的 情況下，就要犧牲燃料效率和行駛性能。
鑑於上述問題，近年來，以容器的輕量化為目的，在日本專利第 3523802號公報中提出了按如下所述形成的多層結構的壓力容器利用浸 漬樹脂後的纖維強化層來覆蓋金屬制或合成樹脂制的薄壁容器(內襯)， 然後使樹脂硬化後形成。
以往，如特許第3523802號公報的圖2所示，其一體地成型樹脂內 襯和接口部(mouth piece),裝配纖維強化樹脂層(FRP: fiber reinforced plastics),然後進行纖維強化樹脂層的樹脂硬化。在此情況下，若在硬化 後發現洩漏通路，則在硬化後洩漏通路的修補就不能進行修理，就有可 能使製造合格率降低。

發明內容
本發明的目的在於提供一種高壓容器的密封結構，該高壓容器的密 封結構在硬化前裝配時可以分階段地採取密封措施。
本發明是一種用於解決上述課題的高壓容器的密封結構，該高壓容 器的密封結構具有樹脂內襯，該樹脂內襯容納氣體或液體；纖維強化 樹脂層，該纖維強化樹脂層用於增強該樹脂內襯的外表面；以及金屬制 的接頭部，該接頭部突出於該纖維強化樹脂層的外表面，用於注入和排 出氣體或液體，其特徵在於，在樹脂內襯上形成有氣體或液體的注排口， 該注排口從高壓容器內突出到外部，在注排口的突出部分和接頭部上形 成有結合結構，接頭部經由結合結構與樹脂內襯結合起來以遮蔽注排口。
根據該結構，通過在樹脂內襯的注排口形成結合結構，使樹脂內襯 可與接頭部結合起來，從而在將硬化前的纖維強化樹脂層安裝在樹脂內 襯的外表面之前，可以確認存在潛在洩漏通路可能性的金屬部件與樹脂 部件之間密封性能。進而，若密封性能存在問題的話，在纏繞或手工層 疊(handlayup)纖維強化樹脂之前，可卸下接頭部對安裝在內襯和接頭 部的注排用閥門間的密封採取措施。
進而，由於在接頭部形成用於遮蔽注排口外表面的結合部，通過內 襯側的膨脹，擠壓內襯與接頭部的接合面，對兩者間的洩漏通路具有自 密封的功能。
在上述結構的基礎上，本發明可以在接頭部與內襯的突出部分之間 夾設密封部件。
根據該結構，接頭部與內襯部通過結合結構被結合起來，只要對浸 漬樹脂後的強化纖維進行長絲纏繞或手工層疊之前，都可以將兩者卸下 來而容易地插入或充填O型密封圈或密封膠等密封部件。
在上述結構的基礎上，本發明的接頭部具有結合部，該結合部經 由結合結構與樹脂內襯結合起來以遮蔽注排口的外表面；和圓板狀的面 接觸部，該面接觸部形成該結合部的基部，並與樹脂內襯的外表面進行 面接觸，面接觸部的外表面形成為與樹脂內襯的外表面連續的面。
接頭部作為高壓容器的一部分，必須牢固地進行固定。此外，必須 儘量減小可能成為洩漏通路的部分。因此，注排口的基部被形成為圓板 狀來加大與內襯和纖維強化樹脂層接觸的面積，在接頭部與內襯相結合 的表面上巻繞已浸漬樹脂的強化纖維。此時，如果在內襯的外表面與接
頭部圓板部的外表面之間的接縫上存在階梯差，就會在巻繞的纖維中產 生摺痕，導致強度下降。
但是，根據本結構，不會產生階梯差，可以形成連續的外表面，可 以防止在巻繞的纖維中產生摺痕。
在上述結構的基礎上，本發明在結合後的接頭部與內襯的突出部分 之間，形成空隙，該空隙在容器外側方向具有開口，可以使密封部件插 入該空隙中。
根據該結構，作為本發明的基本結構，利用在樹脂硬化前可以確認 密封部的這一特點，可以主動地設置可以目視的空隙，在該空隙中插入 密封部件，就可以進行密封。作為密封部件，既可以應用與空隙的形狀 一致的固體，也可以應用通過之後的固化進行硬化的樹脂，可以應用任 一種。
在上述結構的基礎上，本發明可以通過吹塑成型來成型樹脂內襯。 根據該結構，通過吹塑成型來形成內襯，擴大了可以採用的形狀的 自由度，可以使內襯成為與本發明的高壓容器所容納的空間相匹配的形 狀。
在上述結構的基礎上，可以通過長絲纏繞法形成纖維強化樹脂層。 作為形成纖維強化樹脂層的方法，雖然還有手工層疊法，但若根據
本結構，就能夠成為耐壓強度高並輕量化的結構。
本發明可以提供可在樹脂硬化前分階段地採取密封措施的高壓容器
的密封結構。


圖1是本發明所述的高壓容器的側視圖。
圖2是圖1的A部詳細剖視圖，是表示本發明的第1實施方式所述 的樹脂內襯和接頭部的結合結構的圖。
圖3是圖1的A部詳細剖視圖，是表示本發明的第2實施方式所述 的樹脂內襯和接頭部的結合結構的圖。
圖4是表示本發明的第3實施方式所述的樹脂內襯和接頭部的結合
結構的分解立體圖。
圖5是表示本發明的第4實施方式所述的在樹脂內襯和接頭部的結
合結構中結合閥門和鎖緊螺母的狀態的放大剖視圖。
具體實施方式
[第1實施方式]
以下，首先，對應用本實施方式的高壓容器的結構的一例進行說明， 然後，對第l實施方式所述的高壓容器的密封結構進行說明。
圖1是高壓容器的側視圖，給出了局部剖面。高壓容器1由如下部
分構成樹脂內襯2，其容納氣體或液體；纖維強化樹脂層3，其增強該 樹脂內襯2的外表面；以及金屬制的接頭部4，其突出於該纖維強化樹脂 層3的外表面，用於注入和排出氣體或液體。
樹脂內襯2是用於容納氣體或液體的容器，其根據容納的物體和充 填條件來選擇材料。材料例如可使用高密度聚乙烯(HDPE)、聚醯胺、 聚酮、聚苯硫醚(PPS)等，通過旋轉成型或吹塑成型(blow molding) 等進行成型。
完成狀態的高壓容器的大部分由樹脂內襯2所佔有。通常，選擇相 對高壓環境可以謀求更輕量的形狀，例如，如圖1所示，可選擇形成為 圓筒形的主體部以及在該主體部的軸向兩端部形成為大致半球狀蓋部的 形狀，或者選擇球形。但是，作為機動車用燃料箱，在插設在有限空間 中的情況下，有時要求其為扁平形狀等多種形態，在這樣的情況下，優 選通過吹塑成型進行成型。
在樹脂內襯2上安裝接頭部4，然後，通過長絲纏繞法(filament winding法)，將浸漬樹脂後的強化纖維，巻繞到樹脂內襯2和接頭部4 的外表面，或者利用手工層疊法通過層疊進行安裝。並且，對樹脂內襯2 和接頭部4的結合結構，將在後面敘述。
纖維強化樹脂層3是所謂FRP (纖維強化塑料)，成為耐壓結構中的 主要結構要素。在將浸漬樹脂後的纖維(或者織布)的形狀加工為產品 形狀之後，通過使樹脂硬化，形成纖維強化樹脂層3。
由於在纖維強化樹脂層3中使用的樹脂具有高強度，因此一般是環 氧類樹脂。但是，在要求熱穩定性等情況下，也可以使用酚醛類樹脂。 其次，纖維大多使用高強度且髙彈性的纖維，例如， 一般是碳纖維、玻
璃纖維、二氧化矽纖維、芳族聚醯胺纖維(Kevlar纖維)等。在這些纖 維或編織這些纖維而成的布中浸漬上述樹脂，就成為所謂浸漬料坯。
為了將浸漬料坯安裝到樹脂內襯2和接頭部4的結合體上，如上所 述具有如下方法長絲纏繞法，其通過織機巻繞浸漬料坯化後的纖維； 和手工層疊法，其將浸漬料坯化後的織布層疊在外表面上。但一般使用 長絲纏繞法，因為長絲纏繞法可以保持纖維的連續性，可以容易地實現 高強度，並且容易使容器薄壁化。
在長絲纏繞法中存在如下等繞制方法環帶繞制，其在圖1中的圓 筒部分的周圍(沿周向)巻繞纖維；軸向繞制，其沿軸向進行繞制；螺 旋繞制，其相對環帶繞制的纖維方向帶有角度。根據壓力負載時的高壓 容器內的應力發生情況，可以適當地選擇繞制方法和圈數以及繞制角度 等。
對浸漬料坯的形狀加工完成後，例如，在浸漬作為熱硬化性樹脂的 環氧樹脂的情況下，在樹脂內襯2和接頭部4的結合體的外表面上安裝 了浸漬料坯而成半成品，通過將該半成品放入到設定為預定溫度的硬化 槽(高壓釜)中一定時間，使樹脂硬化，形成纖維強化樹脂層3，成為制 成品。
這樣地，使用了纖維強化樹脂的高壓容器，即使在樹脂硬化後還檢 測出所容納的氣體或液體發生洩漏，由於該結合結構不能拆卸，因此難 以進行修補。
其次，參考圖2，對本實施方式所述的高壓容器的密封結構進行說 明。圖2是圖1的A部詳細圖，是表示樹脂內襯2和接頭部4的結合結 構的圖。
樹脂內襯2上形成氣體或液體的注排口 21，該注排口從高壓容器1 內突出到外部(圖2的B方向)，在注排口21的突出部分22和接頭部4 上形成有結合結構23、 43，接頭部4通過結合結構23、 43與樹脂內襯2
結合起來以遮蔽注排口21。
在本實施方式中，在注排口21上切出螺紋S2作為結合結構23,在 接頭部4上切出螺紋S4作為結合結構43，螺紋S4與螺紋S2相螺合， 使樹脂內襯2與接頭部4結合起來。螺紋S2、 S4可以選擇為各種形狀， 但在相對壓力負載方向提高密封性的情況下，使用錐形螺紋，此外，在 設置有充填密封材料的間隙的情況下或使位置調整餘量具有餘量的情況 下，優選是設有間隙的梯形螺紋或英制梯形螺紋(ACME screw threads) 等螺紋。
並且，此處，對樹脂內襯和接頭部的結合結構採用螺紋結合進行了 說明，但並不僅限於螺紋結合，例如，當然可以釆用鎖扣式結合等。
通過這樣構成結合部，在試裝配時，可以確認結合結構23、 43間的 螺合狀態，以及樹脂內襯2和接頭部4抵接的部分的相抵狀態，進而， 在將兩者結合起來的狀態下，可以進行洩漏檢査，確認有無洩漏通路， 如有必要的話可以進行修補。
如圖2所示，接頭部4具有結合部44，其具有遮蔽注排口21外 表面的結合結構43;圓板狀的面接觸部45，其形成該結合部44的基部， 並與樹脂內襯2的外表面25形成面接觸。外表面25上與面接觸部45所 接觸的樹脂內襯2的表面，就成為凹部26，面接觸部45的外表面與樹脂 內襯2的凹部以外的外表面25形成連續的面。並且，接頭部4使用高比 強度的鋁合金、不鏽鋼合金等金屬材料。
這樣地，由於在樹脂內襯2的外表面與接頭部4的圓板狀的外表面 的接縫上不存在階梯差，因此，在由長絲纏繞法繞制的纖維上不會產生 摺痕，可以防止因纖維的折斷等在樹脂硬化後導致局部強度的降低。
此外，將面接觸部45與凹部26之間的接觸面展寬是為了實現如下 效果在成品狀態下當被加載為高壓時，在可能成為潛在洩漏通路的接 觸面與容器內壓力室之間存在壓力差，通過該壓力差，內側的樹脂內襯2
側膨脹，還起到堵塞洩漏通路的自密封的作用。 [第2實施方式]
其次，參考圖3，對第2實施方式所述的高壓容器的密封結構進行
說明。圖3是圖1的A部詳細圖，是表示樹脂內襯2和接頭部4的結合 結構的圖。
本實施方式與第1實施方式不同的部分在於，在可能成為潛在洩漏 通路的樹脂內襯2和接頭部4的接觸部上，在拐角50附近插設O型密封 圈OL作為密封部件。如第1實施方式中所述，該部分在加載壓力時，具 有通過自密封來堵塞洩漏通路的效果，進而通過插設均勻地遮蔽孔口根 部的周圍並利用彈性變形進行密封的O型密封圈OL，就可以提高密封效 果。
進而，通過在該部分插設O型密封圈OL可實現如下效果當在高 壓容器1中通過注入或充填高壓氣體或液體而向高壓容器1內加載壓力， 使樹脂內襯2的突出部分22的根部產生變形時，只要在O型密封圈OL 的彈性形變內，就可以吸收變形量，從而可以防止在樹脂內襯2和接頭 部4之間產生由變形引起的洩漏通路，同時通過使樹脂內襯2和接頭部4 接觸，使負載進行直接傳遞，以此可以防止一方的構造部件使另一方變 形。
並且，在本實施方式中插設O型密封圈OL，但也可以將充填材料 充填到該位置，進而，還可以使其與壓力負載時的變位量匹配，安裝改 變圈徑的多個O型密封圈，或者與O型密封圈OL—起，安裝圈的截面 並非圓形的所謂保護墊圈(backupring)。作為充填材料，可以充填密封 膠或樹脂。安裝本實施方式中所述的0型密封圈OL的位置，就是安裝 位置的一例，但也可以安裝在螺紋S2、 S4的前後。
上述密封部分的處理，只要是在繞制浸漬樹脂後的強化纖維(長絲 纏繞)之前，或者手工層疊織物(hand lay up)之前的話，就都可以通過 上述結合結構23、 43的存在， 一邊確認密封狀態， 一邊進行處理。
其次，參考圖4，對第3實施方式所述的高壓容器的密封結構進行 說明。圖4 (a)是從圖2的右手方向觀察樹脂內襯102和接頭部104的 結合結構的正面放大圖，圖4 (b)是放大表示樹脂內襯102的結合結構 123的側面的分解立體圖。
本實施方式與第1實施方式不同的部分在於，在結合後的接頭部104 與樹脂內襯102的結合結構123之間形成空隙G,該空隙G在容器外側 方向具有開口，從而可以使密封部件插入該空隙中。
若詳細進行說明，在本實施方式中，也與第1實施方式相同，在注 排口 121上切削螺紋1S2，在接頭部104的結合結構143上切削螺紋l&, 將螺紋1S4螺合在螺紋1S2上，使樹脂內襯102與接頭部104結合起來。 此時，如圖4 (b)所示，螺紋1S2與第1實施方式的螺紋Sl不同(參考 圖2)，沿螺紋1S2的軸向具有2個對部分螺紋部進行倒稜後形成的倒稜 部分F、 F。當將樹脂內襯102與接頭部104結合起來時，該倒稜部分 (chamfering) F、 F如圖4 (a)所示，就成為朝向容器外開口，且可以 進行目視的狀態，可以從該開口 OP將樹脂或密封部件充填到倒稜部分F 的空隙G中。
並且，也可以準備好與空隙G形狀相匹配的塊體(未圖示)並將其 插入倒稜部分F的空隙G中，然後充填樹脂或密封部件以填埋其餘空隙。 [第4實施方式]
其次，參考圖5，對第4實施方式所述的高壓容器的密封結構進行 說明。圖5是表示在本實施方式所述的樹脂內襯和接頭部的結合結構中， 結合有閥門和鎖緊螺母的狀態的放大剖視圖。
本實施方式是在實際安裝到機動車用車輛上時，通過鎖緊螺母70將 必要的閥門60安裝在接頭部4上的情況，作為基本結構的樹脂內襯202 與接頭部4相結合的結合結構23、 43，與第1實施方式相同(參考圖2)。
閥門60被插入樹脂內襯202的注排口21中(參考圖2)，為了密封 兩者之間，在樹脂內襯202的防脫壁27與閥門60之間的空隙中，插入O 型密封圈0L-2和墊圈BU。墊圈BU具有這樣的作用在加載壓力下， 即使在樹脂內襯202、接頭部4變形時，O型密封圈OL-2的位置也不會 產生偏移，能可靠地密封。
插入O型密封圈OL-2與上述第2實施方式相同可實現如下效果 在高壓容器1中通過注入或充填高壓氣體或液體而向高壓容器1內加載 壓力，使樹脂內襯202的突出部分22 (參考圖2)的根部產生變形時，
只要在O型密封圈的彈性形變內，就可以吸收變形量，從而可以防止在
樹脂內襯202與閥門60之間產生由變形引起的洩漏通路，同時通過使樹 脂內襯202和閥門60接觸，使負載進行直接傳遞，以此可以防止一方的 構造部件使另一方變形。
以上，對本發明，對其理想的實施方式進行了說明。但本發明並不 僅限於附圖中所述的結構，在不脫離其主旨的範圍內，可以進行設計變 更。特別地，作為螺紋結合，對樹脂內襯與接頭部的結合結構進行了說 明。但並不僅限於螺紋結合，例如，當然可以採用鎖扣式結合等。
權利要求
1. 一種高壓容器的密封結構，該高壓容器的密封結構具有樹脂內襯，該樹脂內襯容納氣體或液體；纖維強化樹脂層，該纖維強化樹脂層用於增強該樹脂內襯的外表面；以及金屬制的接頭部，該接頭部突出於所述纖維強化樹脂層的外表面，用於注入和排出所述氣體或液體，其特徵在於，在所述樹脂內襯上形成有氣體或液體的注排口，該注排口從所述高壓容器內突出到外部，在所述注排口的突出部分和接頭部形成有結合結構，所述接頭部經由所述結合結構與所述樹脂內襯結合起來以遮蔽所述注排口。
2. 如權利要求1中所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 在所述接頭部與所述樹脂內襯的突出部分之間夾設密封部件。
3. 如權利要求2中所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 所述密封部件是O型密封圈，該O型密封圈插設在接近所述高壓容器內側的位置。
4. 如權利要求1所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於，所述接頭部具有結合部，該結合部經由所述結合結構與所述樹脂內襯結合起來以遮 蔽所述注排口的外表面；和圓板狀的面接觸部，該面接觸部形成該結合部的基部，並與所述樹 脂內襯的外表面進行面接觸，所述面接觸部的外表面形成為與所述樹脂內襯的外表面連續的面。
5. 如權利要求2所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 所述接頭部具有-結合部，該結合部經由所述結合結構與所述樹脂內襯結合起來以遮蔽所述注排口的外表面；和圓板狀的面接觸部，該面接觸部形成該結合部的基部，並與所述樹 脂內襯的外表面進行面接觸，所述面接觸部的外表面形成為與所述樹脂內襯的外表面連續的面。
6. 如權利要求3所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 所述接頭部具有-結合部，該結合部經由所述結合結構與所述樹脂內襯結合起來以遮 蔽所述注排口的外表面；和圓板狀的面接觸部，該面接觸部形成該結合部的基部，並與所述樹 脂內襯的外表面進行面接觸，所述面接觸部的外表面形成為與所述樹脂內襯的外表面連續的面。
7. 如權利要求1至6中任何一項所述的高壓容器的密封結構，其特 徵在於，在結合後的所述接頭部與所述內襯的突出部分之間形成空隙，該空 隙在所述高壓容器的外側方向具有開口， 使密封部件插入該空隙中。
8. 如權利要求1至6中任何一項所述的高壓容器的密封結構，其特 徵在於，所述樹脂內襯通過吹塑成型而成。
9. 如權利要求7所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 所述樹脂內襯通過吹塑成型而成。
10. 如權利要求1至6中任何一項所述的高壓容器的密封結構，其特 徵在於，所述纖維強化樹脂層的形成方法是長絲纏繞法。
11. 如權利要求7所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 所述纖維強化樹脂層的形成方法是長絲纏繞法。
12. 如權利要求8所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 所述纖維強化樹脂層的形成方法是長絲纏繞法。
13. 如權利要求9所述的高壓容器的密封結構，其特徵在於， 所述纖維強化樹脂層的形成方法是長絲纏繞法。
全文摘要
本發明提供一種高壓容器的密封結構，在由浸漬樹脂後的纖維強化層包覆合成樹脂制等的薄壁容器後使樹脂硬化而成形為多層結構的高壓容器中，在硬化前裝配時可以採取密封措施。高壓容器的密封結構(1)具有容納氣體或液體的樹脂內襯(2)；增強該樹脂內襯(2)外表面的纖維強化樹脂層(3)；和突出於該纖維強化樹脂層的外表面並用於注入和排出氣體或液體的金屬制接頭部(4)，其特徵在於，在樹脂內襯(2)上形成有從高壓容器內突出到外部的氣體或液體的注排口(21)，在注排口(21)的突出部分(22)和接頭部(4)形成有結合結構(23、43)，接頭部(4)由結合結構(23、43)與樹脂內襯(2)結合起來以遮蔽注排口(21)。
文檔編號F17C13/06GK101382235SQ200810212478
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月2日 優先權日2007年9月4日
發明者中村和廣, 佐藤庄司, 秋田健次 申請人:八千代工業株式會社