高压储罐和应变检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种将气体以高压状态进行储存的高压储罐和检测高压储罐的应变的应变检测装置。

背景技术：

2.在燃料电池系统中，成为燃料的氢气被储存在高压储罐中。例如，被搭载在燃料电池车辆上的高压储罐需要轻且坚固。因此，高压储罐的内胆由树脂形成，在其外部，通过碳纤维增强塑料(称为cfrp)等加强部件而形成有加强层。
3.氢气虽是少量却透过树脂制的内胆而滞留在内胆与加强层之间。将透过内胆的气体称为透过气体。随着时间的推移，透过气体滞留在内胆与加强层之间。在日本发明专利公开公报特开2011-231900号中公开了通过在内胆与加强层之间设置微小球而在内胆与加强层之间形成中间层。作为中间层的空间作为气体流道发挥功能。透过气体在该气体流道中流通，并从接口的周围向高压储罐的外部排出。

技术实现要素：

4.根据日本发明专利公开公报特开2011-231900号的技术，在形成气体流道的阶段，加强层的碳纤维所含有的热固性树脂(环氧树脂等)将气体流道堵塞。如果气体流道被堵塞，则透过气体的通气性恶化，使得透过气体容易滞留在气体流道中。在透过气体滞留在气体流道中的状态下，如果氢气消耗而使内胆的内压下降，则担忧发生内胆的变形、所谓翘曲(buckling)。
5.本发明是考虑到这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够良好地保持形成于内胆与加强层之间的气体流道的通气性的高压储罐和应变检测装置。
6.本发明的第一技术方案为：一种高压储罐，其具有：内胆，其为树脂制，用于将气体以高压状态进行储存；加强层，其覆盖所述内胆的外表面；和接口，其被安装于所述内胆，所述高压储罐的特征在于，在所述接口上形成有流通孔和气体排出通道，其中，所述流通孔使所述气体从所述内胆的外部向内部或者从所述内胆的内部向外部流通；所述气体排出通道使透过了所述内胆的所述气体从所述内胆与所述加强层之间向所述流通孔流通，在所述内胆和所述加强层之间形成有气体流道，该气体流道将透过了所述内胆的所述气体引导至所述气体排出通道，所述气体流道由线状部件和片材形成，其中，所述线状部件沿着所述内胆的所述外表面配置；所述片材以从所述加强层侧覆盖所述线状部件的方式被粘贴在所述内胆的所述
外表面上，据此在所述线状部件的周围形成所述气体能够流通的空间。
7.本发明的第二技术方案为：一种应变检测装置，其检测第一技术方案的高压储罐的应变，其特征在于，所述线状部件是金属丝，所述应变检测装置具有检测所述金属丝的伸缩的检测器。
8.根据本发明，能够良好地保持形成于内胆与加强层之间的气体流道的通气性。
9.通过参照附图对以下实施方式所做的说明，上述的目的、特征及优点应易于被理解。
附图说明
10.图1是示意性地表示高压储罐的剖面的图。图2是示意性地表示接口及其周边结构的剖面的图。图3是示意性地表示接口的内胆侧端面的图。图4是示意性地表示内胆的外观的图。图5是示意性地表示图4的v-v剖面的图。图6是表示应变检测装置的结构的图。
具体实施方式
11.下面，列举优选的实施方式，参照附图对本发明所涉及的高压储罐和应变检测装置详细地进行说明。
12.[1.高压储罐10的结构]在下面的说明中，假设燃料电池车辆等燃料电池系统所使用的高压储罐10。燃料电池系统将储存在高压储罐10中的氢气和空气中的氧供给到燃料电池组来进行发电。
[0013]
如图1所示，高压储罐10具有以高压状态储存氢气的内胆12、覆盖内胆12的外表面14的加强层16、以及被安装于内胆12的接口18。高压储罐10在轴线a延伸的方向(轴线方向)上较长。
[0014]
内胆12由树脂形成。内胆12具有位于轴线方向的两端的收敛部20和被收敛部20夹持的主体部22。收敛部20是随着从内胆12的中央侧靠向一端侧而朝轴线a收敛的形状。主体部22是以轴线a为中心的大致圆筒形状。例如，内胆12由两个半体12r、12l在中央组合而构成。
[0015]
加强层16通过纤维缠绕(filament winding)而形成。纤维缠绕是例如一边使环氧树脂等热固性树脂浸渍到纤维状加强材料中一边在内胆12的外表面14和接口18上多次卷绕而层叠的制法。
[0016]
接口18由铝等金属形成。接口18以使轴线a成为中心的方式被安装在内胆12的轴线方向的两端。此外，接口18也可以仅被安装在内胆12的一端。
[0017]
如图2所示，接口18具有：筒部24，其沿轴线方向延伸；和凸缘部26，其从内胆12侧的筒部24的端部沿放射方向扩展。在接口18中位于内胆12侧的内胆侧端面28与内胆12的外表面14接触。在接口18的内部形成有沿轴线方向贯通的流通孔30。流通孔30使氢气从内胆12的外部向内部或从内胆12的内部向外部流通。另外，在接口18的内部，除了流通孔30以
外，还形成有气体排出孔34，该气体排出孔34将形成于内胆侧端面28的开口32与流通孔30连通。另外，如图3所示，在内胆侧端面28上形成有多个气体排出槽36。气体排出槽36形成在位于内胆侧端面28的周缘的透过气体的导入口38与开口32之间。将导入口38、气体排出槽36、开口32和气体排出孔34称为气体排出通道40。气体排出通道40使透过气体从内胆12与加强层16之间向流通孔30流通。
[0018]
如图2所示，在流通孔30的内周形成有内螺纹42。另一方面，从内胆12突出有被穿孔的突出部44，在突出部44的外周形成有外螺纹46。通过将接口18的内螺纹42嵌入到内胆12的外螺纹46中，从而将接口18安装在内胆12上。此外，突出部44由嵌在内周侧的套环48加强。在筒部24与突出部44之间设置有o型环50。
[0019]
如图1所示，在内胆12与加强层16之间形成有气体流道52，该气体流道52将透过气体引导至图3所示的气体排出通道40的导入口38。使用图4和图5来说明气体流道52。
[0020]
如图4所示，气体流道52分别形成在一方的内胆12的半体12r和另一方的内胆12的半体12l中。气体流道52具有：第一流道52a，其在内胆12的中央侧与一端侧之间从一方延伸到另一方；第二流道52b，其在内胆12的中央侧沿内胆12的周向延伸；和第三流道52c，其在内胆12的一端侧沿内胆12的周向延伸。
[0021]
气体流道52通过将第一流道52a、第二流道52b和第三流道52c按照第一流道52a、第二流道52b、第一流道52a、第三流道52c、第一流道52a、第二流道52b
…
的顺序相连而形成。也可以将全部的第一流道52a、全部的第二流道52b和全部的第三流道52c相连而形成一个气体流道52。另外，第一流道52a、第二流道52b和第三流道52c可以分成多个组，来形成多个气体流道52。在图4所示的实施方式中，在半体12r和半体12l中分别形成有气体流道52，但也可以遍及半体12r和半体12l形成气体流道52。此外，气体流道52只要至少包含第一流道52a即可，第二流道52b和第三流道52c不是必须的。
[0022]
第一流道52a的一部分或第三流道52c的一部分与形成于接口18的导入口38重叠。在图4所示的实施方式中，第一流道52a的端部和第三流道52c与导入口38的位置、即内胆12和接口18的边界重叠。通过该结构，在气体流道52中流通的透过气体被引导到气体排出通道40。
[0023]
如图5所示，气体流道52由一条以上的线状部件54和片材56形成。线状部件54例如是金属丝，沿着内胆12的外表面14配置。线状部件54的延伸方向成为气体流道52的延伸方向。此外，从防止高压储罐10的强度下降的观点出发，线状部件54的直径以细为宜。例如，线状部件54的直径优选为1mm以下。另外，图5所示的气体流道52由并排的四条线状部件54形成，但也可以由一条线状部件54形成。
[0024]
片材56由片状部件58和粘接部件60、62构成。片状部件58是相对于浸渍在纤维状加强部件中的树脂材料具有防水性的树脂，例如ptfe。粘接部件60、62是带状的部件，例如是弹性模量与内胆12大致相同的树脂。此外，片材56也可以代替片状部件58和粘接部件60、62而由具有粘着性的片状部件58构成。
[0025]
粘接部件60以从加强层16侧覆盖线状部件54的方式被粘贴在内胆12的外表面14和线状部件54上。片状部件58从加强层16侧覆盖粘接部件60。粘接部件62以覆盖内胆12的外表面14和片状部件58的边界的方式被粘贴在内胆12的外表面14和片状部件58上。如此一来，将片材56粘贴到内胆12的外表面14上，据此在线状部件54的周围形成由内胆12和片材
56限定的空间64。该空间64使透过气体流通。
[0026]
[2.透过气体的流动]随着时间的推移，被储存在内胆12中的氢气透过内胆12。滞留在内胆12与加强层16之间的透过气体透过片材56而流入到气体流道52的空间64。或者，透过气体从内胆12直接流入到气体流道52的空间64。第二流道52b的内部的透过气体朝向第一流道52a流通。第一流道52a的内部的透过气体朝向第三流道52c流通。第三流道52c内部的透过气体流入到导入口38，按照气体排出槽36、开口32、气体排出孔34的顺序在气体排出通道40中流通，并被排出到流通孔30。
[0027]
[3.应变检测装置70]金属丝的线状部件54也作为应变仪发挥功能。使用图6来对将线状部件54用作应变仪的应变检测装置70进行说明。
[0028]
应变检测装置70具有：线状部件54，其被粘贴于高压储罐10；检测器72，其检测线状部件54的伸缩；和判定器74，其基于检测器72输出的信号来进行应变判定。检测器72具有被连接于一条线状部件54的两端的电桥电路、放大电桥电路的输出信号的放大器、和将放大器的输出转换成数字信号的a/d转换器等。判定器74例如由个人计算机构成。
[0029]
当在内胆12上产生翘曲(buckling)时，线状部件54随着内胆12的变形而伸缩。翘曲容易在内胆12的轴线方向的中央部分发生。因此，被设置于第一流道52a的内部或第三流道52c的内部的线状部件54伸缩。检测器72检测线状部件54的电阻值。当由检测器72检测到的电阻值超过规定范围时，判定器74判定为在内胆12中发生了应变。
[0030]
[4.变形例]在线状部件54的导热率高且线状部件54与接口18接触的情况下，通过接口18和线状部件54，能够使高压储罐10的外部的热传导到内胆12的外表面14。
[0031]
在上述实施方式中，假定了燃料电池车辆等燃料电池系统所使用的高压储罐10，但本发明不限于此。当然，高压储罐10也可以储存氢气以外的气体。
[0032]
[5.从实施方式获得的技术思想]从上述实施方式可掌握的技术思想记载如下。
[0033]
本发明的第一方式为：一种高压储罐10，其具有：内胆12，其为树脂制，用于将气体以高压状态进行储存；加强层16，其覆盖所述内胆12的外表面14；和接口18，其被安装于所述内胆12，所述高压储罐10的特征在于，在所述接口18上形成有流通孔30和气体排出通道40，其中，所述流通孔30使所述气体从所述内胆12的外部向内部或者从所述内胆12的内部向外部流通；所述气体排出通道40使透过了所述内胆12的所述气体从所述内胆12与所述加强层16之间向所述流通孔30流通，在所述内胆12和所述加强层16之间形成有气体流道52，该气体流道52将透过了所述内胆12的所述气体引导至所述气体排出通道40，所述气体流道52由线状部件54和片材56形成，其中，
所述线状部件54沿着所述内胆12的所述外表面14配置；所述片材56以从所述加强层16侧覆盖所述线状部件54的方式被粘贴在所述内胆12的所述外表面14上，据此在所述线状部件54的周围形成所述气体能够流通的空间64。
[0034]
根据上述结构，由于沿着内胆12的外表面14形成有气体流道52，因此能够使透过气体在形成于接口18的气体排出通道40中流通。
[0035]
另外，根据上述结构，作为气体流道52而形成有由内胆12和片材56封闭的空间64，因此能够防止加强层16(cfrp)所包含的环氧树脂堵塞气体流道52而导致通气性恶化。另外，即使在气体流道52的周围产生了较高的压力，由于线状部件54维持气体流道52内的空间64，因此也能够防止气体流道52被堵塞而导致通气性恶化。因此，能够良好地保持形成在内胆12与加强层16之间的气体流道52的通气性。
[0036]
在高压储罐10被设置于燃料电池车辆的情况下，能够通过高效地排出透过气体来降低内胆12的内压的容许下限值。其结果，能够更多地使用储存在高压储罐10中的氢气，并且能够延长燃料电池车辆的后续距离。
[0037]
另外，根据上述结构，由于在线状部件54与加强层16之间夹设有片材56，因此能够防止在内胆12膨胀或收缩时因线状部件54与加强层16相互摩擦而导致加强层16损伤的情况。
[0038]
在第一方式中，可以采用如下结构：所述气体流道52由与所述气体流道52一起延伸的多个所述线状部件54形成，彼此相邻的两个所述线状部件54并排配置。
[0039]
根据上述结构，能够利用多个线状部件54扩大气体流道52的内部的空间64，从而能够促进气体的流通。
[0040]
在第一方式中，可以采用如下结构：在所述接口18中的面向所述内胆12的部分(内胆侧端面28)上形成有所述气体排出通道40的导入口38，所述气体流道52的一部分与所述气体排出通道40的所述导入口38重叠。
[0041]
根据上述结构，气体流道52的一部分与气体排出通道40的导入口38重叠，因此，在制造储罐时，能够防止树脂流入气体流道52与气体排出通道40之间。另外，根据上述结构，能够使透过了内胆12的气体从气体流道52适当地向气体排出通道40流通。
[0042]
在第一方式中，可以采用如下结构：所述内胆12具有位于所述内胆12的轴线方向的两端的收敛部20和被所述收敛部20夹持的主体部22，所述气体流道52的一部分在所述主体部22中沿周向延伸。
[0043]
内胆12的翘曲主要发生在内胆12的主体部22。根据上述结构，能够检测出主体部22在周向上的应变。
[0044]
在第一方式中，可以采用如下结构：所述片材56由配置在所述加强层16侧的片状部件58和配置在所述内胆12侧的带状的粘接部件60构成，所述片状部件58是相对于浸渍在纤维状加强部件中的树脂材料具有防水性的树脂，
所述粘接部件60是弹性模量与所述内胆12相同的树脂。
[0045]
根据上述结构，由于片状部件58具有防水性，因此，能够防止加强层16(cfrp)所包含的环氧树脂流入气体流道52。由于粘接部件60是弹性模量与内胆12相同的树脂，因此，能够追随内胆12的膨胀和收缩。因此，能够防止伴随着内胆12的膨胀和收缩而产生的片材56的剥离和片材56自身的破损。
[0046]
本发明的第二方式为：一种应变检测装置70，其检测第一方式的高压储罐10的应变，其特征在于，所述线状部件54是金属丝，所述应变检测装置70具有检测所述金属丝的伸缩的检测器72。
[0047]
根据上述结构，作为气体流道52的构成部件的线状部件54还具有检测内胆12的应变(翘曲等)的功能，因此，不需要在内胆12上设置用于检测应变的部件。
[0048]
此外，本发明所涉及的高压储罐和应变检测装置不限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下，当然能够采用各种结构。

技术特征：

1.一种高压储罐(10)，其具有：内胆(12)，其为树脂制，用于将气体以高压状态进行储存；加强层(16)，其覆盖所述内胆的外表面(14)；和接口(18)，其被安装于所述内胆，所述高压储罐的特征在于，在所述接口上形成有流通孔(30)和气体排出通道(40)，其中，所述流通孔使所述气体从所述内胆的外部向内部或者从所述内胆的内部向外部流通；所述气体排出通道使透过了所述内胆的所述气体从所述内胆与所述加强层之间向所述流通孔流通，在所述内胆和所述加强层之间形成有气体流道(52)，该气体流道将透过了所述内胆的所述气体引导至所述气体排出通道，所述气体流道由线状部件(54)和片材(56)形成，其中，所述线状部件沿着所述内胆的所述外表面配置；所述片材以从所述加强层侧覆盖所述线状部件的方式被粘贴在所述内胆的所述外表面上，据此在所述线状部件的周围形成所述气体能够流通的空间(64)。2.根据权利要求1所述的高压储罐，其特征在于，所述气体流道由与所述气体流道一起延伸的多个所述线状部件形成，彼此相邻的两个所述线状部件并排配置。3.根据权利要求1所述的高压储罐，其特征在于，在所述接口中的面向所述内胆的部分(28)上形成有所述气体排出通道的导入口(38)，所述气体流道的一部分与所述气体排出通道的所述导入口重叠。4.根据权利要求1所述的高压储罐，其特征在于，所述内胆具有位于所述内胆的轴线方向的两端的收敛部(20)和被所述收敛部夹持的主体部(22)，所述气体流道的一部分在所述主体部中沿周向延伸。5.根据权利要求1所述的高压储罐，其特征在于，所述片材由配置在所述加强层侧的片状部件(58)和配置在所述内胆侧的带状的粘接部件(60)构成，所述片状部件是对于浸渍在纤维状加强部件中的树脂材料具有防水性的树脂，所述粘接部件是弹性模量与所述内胆相同的树脂。6.一种应变检测装置，其检测权利要求1～5中任一项所述的高压储罐的应变，其特征在于，所述线状部件是金属丝，所述应变检测装置具有检测所述金属丝的伸缩的检测器(72)。

技术总结

本发明提供一种高压储罐。高压储罐(10)具有用于将气体以高压状态进行储存的树脂制的内胆(12)、覆盖内胆的外表面(14)的加强层(16)，在内胆(12)和加强层(16)之间形成有将透过了内胆(12)的气体引导至气体排出通道(40)的气体流道(52)，气体流道(52)由线状部件(54)和片材(56)形成，其中，线状部件(54)沿着内胆(12)的外表面(14)配置；片材(56)以从加强层(16)侧覆盖线状部件(54)的方式被粘贴在内胆(12)的外表面(14)上，据此在线状部件(54)的周围形成气体能够流通的空间(64)。据此，能够良好地保持形成于内胆与加强层之间的气体流道的通气性。的通气性。的通气性。