高压氢容器的制作方法

1.本发明涉及贮藏高压氢的高压氢容器。


背景技术：

2.例如，在氢气站中使用的贮藏高压氢的高压氢容器采用在高压钢瓶(cylinder)(圆筒体)的开口端螺纹固定盖的构造。这样的用于氢贮藏的容器的填充于高压钢瓶内部的氢气体由设置于高压钢瓶的内周面与盖的外周面之间的o形环等树脂制密封部件密封(例如参见专利文献1)。
3.但是，根据专利文献1中公开的内容，树脂制密封部件会渗透微量的氢。因此，氢到达至形成于高压钢瓶的开口端部的内螺纹部，以应力集中的螺纹底为起点，发生由氢引起的破坏。为了解决该问题，专利文献1中公开的高压氢容器，做成在位于内螺纹部与树脂制密封部件之间的间隙部设有贯通孔来排出间隙部内的气体的构造，并且将包含氧的气体导入间隙部。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2020-56457号公报


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.专利文献1中公开的高压氢容器使渗透树脂制密封部件并滞留于间隙部的氢从贯通孔排出。因此，虽然配置有与间隙部相邻并产生高应力的内螺纹部，但高压氢容器抑制了由渗透树脂制密封部件并滞留于间隙部的氢引起的开裂。但是，在将高压的氢贮藏于金属制的容器内的情况下，在容器内以规定浓度存在的氢分子侵入构成金属制的容器的金属组织内，并向金属组织内扩散。即，在专利文献1的高压氢容器中，高压钢瓶内的氢侵入构成高压钢瓶的金属组织的内部，氢在金属组织内扩散并到达内螺纹部。内螺纹部由于与紧固固定于高压钢瓶的开口端的盖的螺合而应力集中，因此与容器的其它部分相比产生了高应力。另外，专利文献1中的高压钢瓶具有设置于内周面的与中心轴垂直的抵接面。并且，在盖与抵接面抵接，在盖上产生轴向力，盖紧固固定于内螺纹部。由此，高压氢容器中不仅内螺纹部有应力集中，在抵接面周边也有应力集中。因此，存在内螺纹部及抵接面周边的产生应力的部分受在金属组织内扩散的氢的影响而成为开裂等破损的起点的课题。
9.本发明用于解决上述课题，其目的在于提供抑制由于氢向金属组织内扩散而引起的破损的高压氢容器。
10.用于解决课题的手段
11.本发明涉及的高压氢容器具备用于贮藏高压氢的金属制的筒体和堵塞前述筒体的端部的盖部件，前述筒体具备：接合部，其用于在该筒体的中心轴方向上将前述盖部件固定于端部；筒部，其成为贮藏高压氢的贮藏部的外廓；和密封面，其在前述中心轴方向上配
置于前述接合部与前述筒部之间并形成于该筒体的内表面，前述盖部件具备：密封部，其抵接于前述筒体的前述密封面；和固定部，其固定于前述筒体的前述接合部，在将前述密封面中与前述密封部抵接的区域设为抵接区域、将从前述抵接区域至前述筒体的外表面的壁厚设为壁厚h、将前述筒体的包含前述接合部在内的从前述接合部至前述抵接区域的一部分中产生规定应力σ以上的应力的部分设为应力产生部、将前述抵接区域与前述应力产生部之间的距离设为距离l时，前述壁厚h与前述距离l的关系至少满足h《l。
12.发明的效果
13.根据本发明的高压氢容器，由于通过将盖部件固定于筒体而产生规定应力的应力产生部与抵接区域之间的距离l满足h《l的关系，因此构成筒体的金属材料不受氢扩散的影响。因此，能够抑制氢向高压氢容器的金属组织内扩散对强度的影响，能够提供即使施加高负荷，可靠性也高的高压氢容器。
附图说明
14.图1是示出实施方式1涉及的高压氢容器100的剖视图。
15.图2是图1的内螺纹部15及密封面16的周边的放大图。
16.图3是示出实施方式1涉及的高压氢容器100的密封部23的附近的金属组织内的氢扩散状态的图。
17.图4是示出氢气体的压力与侵入金属组织内的初期的氢量的相关关系的图。
18.图5是示出氢扩散系数d与扩散流量j的相关关系的图。
19.图6是示出实施方式1涉及的高压氢容器100的内螺纹部15的周边的应力产生状态的一例的图。
20.图7是示出施加于金属材料的应力与施加应力的循环数的关系的图。
具体实施方式
21.以下，参见附图详细说明本发明的高压氢容器的优选实施方式。需要说明的是，以下说明的实施方式是本发明的合适具体例，因此进行了技术上优选的多种限定，但除非以下的说明中有表示特别限定本发明的记载，否则本发明的范围不限于这些方式。
22.实施方式1.
23.《高压氢容器100＞
24.图1示出实施方式1涉及的高压氢容器100的剖视图。图1中示出的高压氢容器100示意性地表示出其构造。高压氢容器100例如设置于向车辆等供给氢的氢气站，在内部贮藏有高压的氢。燃料电池式的车辆例如具备以75mpa左右的高压贮藏氢的罐。为了向这样的车辆的罐中填充氢，需要能够将内部的压力维持比车辆的罐更高压的高压氢容器100。虽然高压氢容器100在每次向燃料电池式的车辆供给氢时内部的压力下降，但是内部的压力维持在较高的状态。即，高压氢容器100在高压力的区域受到周期性的压力变动。而且，若考虑向车辆供给氢的频率，则高压氢容器100需要承受高压力和高循环的压力变动，并且能够长期维持耐久性。
25.《高压氢容器100的构成＞
26.如图1所示，实施方式1涉及的高压氢容器100具备金属制的筒体10和紧固固定于
筒体10的开口端的盖体20。金属制的筒体10为圆筒形状，两端开口。在开口端形成有内螺纹部15。内螺纹部15是形成于筒体10的内表面的螺纹。另外，在筒体10的中心轴方向(沿着图1的中心轴c的方向)上在中央部配置有筒部13，所述筒部13形成贮藏氢的贮藏部12的外廓。筒部13是圆筒形状的部分。实施方式1中，筒部13中配置贮藏部12的部分的壁厚设定为例如t＝50mm。有时将盖体20及将盖体20固定于筒体10的端部的部件称为盖部件。
27.在筒体10的中心轴方向上，在筒部13与内螺纹部15之间形成有密封面16。密封面16是形成于筒体10的内表面的面，其抵接于盖体20的密封部23，是使高压氢容器100的内部的氢不泄漏的部分。为了保持密封性，密封面16的与密封部23抵接的部分可以由光滑的面构成。
28.实施方式1中，盖体20具备第1部件21和第2部件22，前述第1部件21具备密封部23，前述第2部件22具备外螺纹部25。第1部件21是将贮藏氢的贮藏部12的中心轴方向的端部堵塞的部件。第1部件21形成为大致圆柱形，在实施方式1中，形成为外径尺寸比筒体10的密封面16小。在第1部件21的外周面形成有槽21a(参见图2)，密封部件24嵌入其中。密封部件24例如为o形环，但也可以采用其它构造的密封部件。
29.图2是图1的内螺纹部15及密封面16的周边的放大图。内螺纹部15从筒体10的开口端19形成于规定的区间。内螺纹部15的旁边配置有退刀部(clearance portion)17。退刀部17是形成于在内螺纹部15与密封面16之间的筒体10的内表面的阶梯形状、即内径尺寸比内螺纹部15大的部分，成为加工内螺纹部15时的工具的退避处。实施方式1中，退刀部17的两端为倾斜面，分别与内螺纹部15及密封面16连接。通过使筒体10的内径的变化变缓来缓和由于贮藏部12的压力及内螺纹部15的紧固所产生的应力。
30.在中心轴方向上，在退刀部17旁边形成有密封面16。实施方式1中，密封面16的内径尺寸比退刀部17小，形成为与筒部13的内径尺寸相同，但可以配合盖体20的密封部23来适当设定内径尺寸。通过密封面16与密封部件24抵接，从而以从贮藏部12不泄漏氢的方式进行密封。需要说明的是，将配置有密封面16的部分的筒体10的壁厚设为壁厚h。该壁厚h和上述贮藏部12中的筒体10的壁厚t也可以设定为不同的值。即，在筒体10的密封面16与贮藏部12的内表面之间也可以形成阶梯。实施方式1中，作为一例，示出h＝t的构成。
31.(筒体10)
32.筒体10例如由低合金钢构成。即，筒体10例如由铬钼钢、镍铬钼钢、锰铬钢、锰钢、或渗硼钢等钢材构成。另外，筒体10是两端开口的圆筒形状，在两端部的内周面形成有内螺纹部15、螺纹加工时的工具的退刀部17、及密封面16。另外，筒体10的中央部的内侧是成为贮藏部12的筒部13。需要说明的是，实施方式1中，筒体10是两端开口的圆筒形状，但也可以是一端开口的有底筒形状。另外，筒体10不限定于圆筒形状，可以是椭圆筒等其它形状。
33.筒体10的内周面通过加工来除去脱碳层。另外，在除去脱碳层后，通过向筒体10的内周面照射质量大的喷丸来赋予残余压缩应力。残余压缩应力也可以赋予于筒部13、密封面16、退刀部17、及内螺纹部15。
34.退刀部17及内螺纹部15有时滞留从密封部23泄漏的氢气体。退刀部17及内螺纹部15的应力产生部m的强度有时因泄漏的氢气体而降低。因此，为了排出滞留的氢气体，也可以设置将外部与由退刀部17形成的空间连通的排出孔(未图示)。另外，也可以设置多个连通外部与退刀部17的孔，以使退刀部17的气体与外部的空气循环的方式构成。
35.(盖体20)
36.盖体20接合于筒体10的端部。盖体20配置于贮藏部12的中心轴方向，封闭筒体10的端部。盖体20具备面向贮藏部12配置的第1部件21和固定于筒体10的内螺纹部15的第2部件22。第1部件21称为插塞(plug)，是封闭贮藏部12的部件。第2部件22称为压盖螺母(gland nut)，是将插塞固定于轴向的部件。
37.(第1部件21)
38.第1部件21在向贮藏部12填充氢气体时与高压氢气体接触，因此由对低温的氢气体的强度高的材料构成。即，第1部件21由即使在低温下也能确保强度的材料构成，例如由奥氏体系不锈钢构成。第1部件21形成为大致圆柱形状，并形成为至少外径尺寸比密封面16的内径尺寸小。第1部件21的端面构成贮藏部12的轴向的面。
39.第1部件21的外周面具备密封部23。实施方式1中，密封部23具备槽21a和密封部件24。槽21a上配置有例如o形环作为密封部件24。密封部件24的外周面抵接于筒体10的密封面16。筒体10的密封面16中，与密封部件24抵接的区域称为抵接区域18。密封部件24的外径尺寸设定为比密封面16的内径尺寸大。由此，第1部件21通过密封部件24以压入筒体10的内侧的方式插入。作为密封部件24的o形环被密封面16压迫而填充于槽21a的内部，将槽21a的底面与密封面16之间的间隙封闭。通过由这些密封部23及密封面16构成的构造，从而以不从贮藏部12泄漏高压氢气体的方式被封入。
40.(第2部件22)
41.第2部件22具备与筒体10的内螺纹部15螺合的外螺纹部25和抵接于第1部件21的端面28的端面29。第2部件22抑制第1部件21从贮藏部12的高压氢气体受到的轴向的力，将盖体20固定于筒体10的端部。第2部件22所具备的外螺纹部25与筒体10的内螺纹部15螺合，盖体20的轴向的位置被固定。实施方式1中，筒体10和盖体20不具有在轴向上相互抵接的面。因此，在筒体10的内螺纹部15与第2部件22的外螺纹部25的螺合部，第1部件21的密封部23与筒体10的密封面16的摩擦力及由贮藏部12的高压氢气体产生的力成为轴向力而施加。通过该轴向力而产生内螺纹部15与外螺纹部25的紧固力，盖体20被固定于筒体10的端部。需要说明的是，第1部件21和筒体10也可以构成为在轴向上抵接。另外，第2部件22和筒体10也可以构成为在轴向上抵接。在此情况下，内螺纹部15与外螺纹部25的紧固力通过在轴向上抵接所产生的轴向力产生。
42.实施方式1中，第1部件21形成为圆柱形状或圆盘形状，但也可以在中央部接合配管。配管将液体氢或氢气体从外部供给于贮藏部12。或者，配管将贮藏于贮藏部12的氢气体向外部排出。高压氢容器100以高压的状态贮藏氢气体，例如向搭载于车辆等的氢罐中填充氢气体。盖体20的第1部件21由于设置有配管从而在供给液体氢或氢气体时有时会暴露在低温下，因此希望是奥氏体系不锈钢等即使在低温下也能确保强度的材质。另外，盖体20的第2部件22不与氢气体接触，不会直接暴露在低温下。因此，第2部件22只要能够确保作为固定部的外螺纹部25的强度即可，也可以采用与筒体10相同的低合金钢。
43.实施方式1中，第1部件21与第2部件22分离，因此能够分别由不同的材料构成，能够确保耐久性并降低成本。实施方式1中，通过仅第1部件21为奥氏体系不锈钢，第2部件22采用其它材质，从而能够降低成本并确保盖体20的固定强度及盖体20的耐久性。需要说明的是，第1部件21与第2部件22也可以成为一体。通过形成为一体，从而具有能够减少构成高
压氢容器100的部件数量的优点。
44.(接合部周边的应力产生部m与密封部23的位置关系)
45.实施方式1中，筒体10的第2部件22与内螺纹部15螺合，从贮藏部12由高压氢施加压力，因此在各部分产生规定的应力σ。筒体10中，作为容易产生应力集中的部位，具有退刀部17及内螺纹部15的谷底15a。此处，将从图1及2中示出的从高压氢容器100的密封部23与密封面16抵接的抵接区域18至产生应力集中的退刀部17或内螺纹部15的谷底15a的距离中较短一者设为距离l，将从抵接区域18至筒体10的外表面的距离设为壁厚h。实施方式1涉及的高压氢容器100中，距离l与壁厚h的关系满足h《l。通过这样的设定，容易产生应力集中的退刀部17及内螺纹部15能够抑制由于受到贮藏部12的氢的影响而发生氢脆化的开裂等破损产生。
46.(氢向构成高压氢容器100的金属扩散的例子)
47.图3是示出实施方式1涉及的高压氢容器100的密封部23的附近的金属组织内的氢扩散状态的图。图3是在规定条件下通过对贮藏部12内的氢气体向高压氢容器的金属组织内的扩散进行解析而得到的图示。实施方式1涉及的高压氢容器100的筒体10由低合金钢构成，因此氢从填充于贮藏部12的氢气体所接触的面侵入金属组织并扩散。实施方式1涉及的高压氢容器100中，氢从密封部23与密封面16抵接的抵接区域18扩散至密封面16附近的区域。另外，在筒部13中，氢从内表面扩散至筒部13的外表面。但是，与筒体10的径向相比，在轴向上氢扩散不多。因此，扩散于金属组织内的氢不会到达筒体10的退刀部17及内螺纹部15。侵入金属组织内的氢以规定的条件在金属组织内扩散，但由于容易在壁厚较薄的筒体10的径向上扩散，因此氢不会扩散到在轴向上位于远离抵接区域18的退刀部17及内螺纹部15。需要说明的是，在盖体20中，在第1部件21的中心轴c附近的区域中，氢以在壁厚方向上渗透的方式扩散。
48.图3示出高压氢容器100特别是在使用铬钼钢(scm435)并将95mpa的氢气体填充于贮藏部12的情况下，氢向各部的金属组织内扩散状态。另外，图3是氢向高压氢容器100的各部的金属组织内扩散而成为稳定状态时的图。高压氢容器100的贮藏部12的氢随着时间的经过向金属组织内侵入，不久渗透筒体10。图3中，氢渗透筒体10的筒部13，成为渗透筒部13的氢流出至设置有高压氢容器100的大气压下的环境的状态。在该状态下，在筒体10的金属组织内扩散的氢量向筒体10的壁厚方向扩散，但向轴向的扩散较少。另外，图3中，贮藏部12内的初期氢浓度为0.181[重量ppm]，氢扩散系数d为2.3
×
10-10
[m2/s]。
[0049]
图3的表示高压氢容器100中的氢扩散状态的图基于以下示出的金属组织内的氢扩散流量j求出。
[0050]
[数学式1]
[0051][0052]
此处，
[0053]
j：扩散流量[ppm
·
mm/s]
[0054]
d：扩散系数[mm2/s]
[0055]
归一化浓度
[0056]
c：氢浓度[ppm]
[0057]
s：溶解度[ppm
·
mm/n
1/2
]
[0058]
p：静水应力(σ
x
+σy+σz)/3[mpa]
[0059]
κ
p
：浓度依赖的静水应力(系数)有效系数。
[0060]
图4是示出氢气体的压力与侵入金属组织内的初期的氢量的相关关系的图。图4是通过高压氢渗透试验求出的图，表示氢的压力p与侵入铬钼钢(scm435)的氢量c0的关系。根据图4可知，侵入铬钼钢的氢量c0随着压力p的增加而增大。如图4所示，成为c0＝0.523p
(1/2)
exp(-1000/t)的关系。此处，t为温度。图3中示出的高压氢容器100的贮藏部12的内部的压力设定为95mpa，因此，由图3可知，初期的氢量c0为0.181重量ppm。
[0061]
图5是示出氢扩散系数d与扩散流量j的相关关系的图。图5是通过与图4相同的高压氢渗透试验求出的图。将氢气体导入铬钼钢(scm435)的容器内，根据从导入开始至氢渗透容器并达到稳定状态为止的行为来求出氢扩散系数d。另外，在高压氢容器100与外部气体的接触面，将氢浓度设为0[重量ppm]。需要说明的是，图5中，t为时间[s]，x表示距金属与氢气体相接触的表面的距离[m]。图3示出图5中的作为氢扩散系数d＝2.3
×
10-10
[m2/s]的高压氢容器100的氢扩散状态。
[0062]
需要说明的是，在求出图3中示出的向高压氢容器100的氢扩散状态时，溶解度s使用强度及组织与铬钼钢(scm435)类似的材料的值，为0.076033[ppm
·
mm/n
1/2
](参考文献：fujii t.,hazama t.,nakajima h.,and horita r.:current solutions to hydrogen problems in steels,(1982),361,asm international materials,park,ohio.)。另外，对于静水应力有效系数κ
p
，使用对下述各浓度的系数进行线性插补而求出。
[0063]
0.00ppm：0.00000[n
1/2
/mm]
[0064]
1.00ppm：0.10803[n
1/2
/mm]
[0065]
3.00ppm：0.54014[n
1/2
/mm]
[0066]
(在高压氢容器100产生的应力)
[0067]
图6示出实施方式1涉及的高压氢容器100的内螺纹部15的周边的应力产生状态的一例的图。图6中示出在高压氢容器100的贮藏部12填充有95mpa的氢气体的状态下的筒体10与盖体20接合的部分的周边的静水应力分布。图6中，筒体10及盖体20由于贮藏部12的高压氢的压力而在整体上产生一定程度的应力，但与构成筒体10及盖体20的材料的拉伸强度相比足够低。但是，在筒体10中，退刀部17的底部17a及位于内螺纹部15的贮藏部12侧的谷底15a产生高应力σ。应力σ是xyz的3个方向的应力的平均的静水应力，由σ＝(σ
x
+σy+σz)/3求出。静水应力越高，金属组织越容易受氢的影响。
[0068]
实施方式1中，高压氢容器100的应力产生部m是包含内螺纹部15、密封面16的附近、退刀部17在内的区域，是指产生规定应力σ以上的应力的部位。规定应力σ是例如金属材料的拉伸强度的1/3。实施方式1中，图6中示出的退刀部17的底部17a及内螺纹部15的贮藏部12侧的部分的谷底15a相当于应力产生部m。如图6所示，实施方式1涉及的高压氢容器100中，将距抵接区域18最近的退刀部17的底部17a设为应力产生部m，从抵接区域18至应力产生部m的距离l设定为比从抵接区域18至筒体10的外表面的壁厚h大。在以往，未考虑金属组织内的氢扩散，距离l与壁厚h的关系被设定为能够承受贮藏部12内的压力的程度。即，高压氢容器只要能够承受压力，则设定为距离l尽可能小。但是，实施方式1中，如图3所示，在氢在金属组织内扩散并到达应力产生部m前，形成为氢渗透筒体10并流出至筒体10的外部，因
此应力产生部m不受氢的影响。
[0069]
如上所述，距离l与壁厚h的关系为h《l。详细而言，若将系数设为k，则h＝k
·
l，系数k取比1小的值。系数k根据筒体10的材质、筒体10中产生的应力分布、及贮藏部12的氢的浓度而变动，但在实施方式1的高压氢容器100中，k《1。需要说明的是，实施方式1涉及的高压氢容器100的贮藏部12内的压力设定为作为使用状态的100mpa以下的压力，将构成筒体10的铬钼钢的拉伸强度930mpa的1/3、即310mpa以上的部位作为应力产生部m。图6中示出的高压氢容器100在退刀部17的底部17a的应力产生部m产生350mpa左右的应力，在内螺纹部15的谷底15a的应力产生部m产生490mpa左右的应力。
[0070]
图7是示出施加于金属材料的应力与施加应力的循环数的关系的图。金属材料在施加反复的应力时会导致破坏，但若应力下降，则即使施加106～107循环以上的反复应力也不会破坏。此时的应力称为疲劳极限度。金属材料在氢的影响下，在反复应力次数少的低循环区域中，与没有氢的影响的情况相比，导致金属材料破坏的应力变低。但是，反复应力只要在疲劳极限应力以下，则能够无视氢的影响。因此，通过将应力产生部m的基准设为产生金属材料的疲劳极限应力以上的应力的部位，从而能够将距离l设定为更小。通过将距离l设定为尽可能小，从而即使在受到氢的影响的环境下，也能够确保充分的强度，并且使高压氢容器100的贮藏部12以外的部分的大小变小。
[0071]
另外，高压氢容器100填充有75mpa～100mpa的高压氢，例如向车辆的氢罐供给，因此以高频率发生压力的变动。例如，由于车辆的氢罐以75mpa贮藏氢，因此高压氢容器100的贮藏部12需要至少维持在比75mpa高的压力。因此，高压氢容器100在向氢罐等供给氢并且贮藏部12的压力降低后，向贮藏部12供给液体氢或氢气体，使其再次成为高压。因此，高压氢容器100的筒体10例如在75mpa～100mpa等的高压区域内频繁受到压力的变动。由于该压力变动，筒体10处于经常产生应力的状态，特别是在容易产生应力集中、的筒体10与盖体20的接合部产生高应力，并且反复承受应力振幅。高压氢容器100需要即使反复承受这样的高应力的振幅也不会破坏的高强度。
[0072]
实施方式1涉及的高压氢容器100由于需要上述那样的高强度，因此使用具有高的拉伸强度且疲劳强度也高的低合金钢。但是，低合金钢由于拉伸强度高、韧性优异，因此疲劳强度也高，但若氢侵入金属组织内，则韧性降低，导致破损。以往，仅考虑了氢对氢所接触的面的影响，但实施方式1涉及的高压氢容器100抑制由于在氢所接触的部件的金属组织内扩散的氢的影响而引起的部件的强度降低。高压氢容器100通过适当设定从应力产生部m至密封部23与密封面16的抵接区域18的距离l，从而能够抑制强度降低，并且最大限度地确保贮藏部12，提高容积效率。
[0073]
筒体10的内螺纹部15有时称为接合部。另外，盖体20的外螺纹部25有时称为固定部。需要说明的是，实施方式1中的内螺纹部15及外螺纹部25也可以为其它方式的接合构造。筒体10与盖体20的接合例如也可以通过嵌合、焊接、或利用螺栓进行固定等其它接合手段进行接合。在变更筒体10与盖体20的接合的情况下，相对于实施方式1涉及的高压氢容器100而言，应力产生部m的位置变更，但即使在该情况下，通过满足距离l比壁厚h大这一条件，能够确保高压氢容器100的强度。即，如图6所示，将高压氢容器100的内部的压力设为规定的条件，掌握在筒体10产生的应力，确定应力产生部m。此时，密封部23所抵接的抵接区域18与应力产生部m的距离l成为比壁厚h大，因此高压氢容器100能够不受贮藏的氢的影响而
确保强度。
[0074]
需要说明的是，实施方式1中，应力产生部m设定为产生“金属材料的拉伸应力的1/3”以上的应力的部位，但也可以设定为产生“金属材料的疲劳极限应力”的部位。
[0075]
图6中示出的高压氢容器100与图3中相同，例如为以下的尺寸。
[0076]
从抵接区域18至筒体10的外周的壁厚h：50mm
[0077]
退刀部17的底部17a的壁厚h2：36mm
[0078]
内螺纹部15的轴向长度s：217mm
[0079]
第1部件21的壁厚e：110mm
[0080]
筒体10的外径：
[0081]
第2部件22的壁厚：42mm
[0082]
另外，图6中示出的高压氢容器100的应力分布表示贮藏部12内的压力为95mpa，并且筒体10和盖体20在内螺纹部15及外螺纹部的状态。在上述这样的高压氢容器100中，从抵接区域18至应力产生部m的距离l为65.5mm。该距离l是应力产生部m为产生310mpa以上的应力的部位时的、与距抵接区域18最近的应力产生部m的距离l，相当于图6中示出的距离l1，310mpa作为“金属材料的拉伸应力的1/3”的应力。需要说明的是，应力产生部m为产生465mpa以上的应力的部位时，465mpa作为“金属材料的疲劳极限应力”，距离l为图6中示出的距离l2、即86mm。对于满足图6中示出的h《l的高压氢容器100而言，应力产生部m能够无视由于贮藏于筒体10的氢产生的影响，即使受到由内部的高压氢产生的应力振幅，也能够防止破坏。
[0083]
需要说明的是，实施方式1中，图6中示出的壁厚h与筒体10的壁厚t相同，但例如在图6中的筒体10的外周面具有阶梯13a(如图2中以虚线表示的形状)的情况下，从抵接区域18至阶梯13a的最短距离h为壁厚h。
[0084]
如上所述，求出高压氢容器100在施加了贮藏部12的压力的状态下的应力的产生状态，确定应力产生部m的位置。应力产生部m是如上所述的应力σ为金属材料的拉伸应力的1/3以上、或金属材料的疲劳极限应力以上的部分。根据高压氢容器100的形状不同，应力产生部m有时相当于多个部位，但在该情况下，是距与密封部件24抵接的抵接区域18的距离最近的应力产生部m。此时，高压氢容器100构成为从抵接区域18至应力产生部m的距离l与壁厚h的关系满足h《l。通过将距离l设计为在比壁厚h大的基础上尽可能小，从而应力产生部m不会受到氢的影响且强度不会降低。需要说明的是，在应力产生部m存在多个部位的情况下，将抵接区域18与应力产生部m的最短距离设为距离l，高压氢容器100构成为满足h《l的条件。
[0085]
另外，实施方式1涉及的高压氢容器100是第1部件21或第2部件22与筒体10在轴向上抵接的构造，因此，如图6所示，应力产生部m位于退刀部17或内螺纹部15的谷底15a。通过这样的构成，高压氢容器100满足h《l，因此应力产生部m不受氢的影响，能够在贮藏高压的氢的状态下确保强度。需要说明的是，例如，在以使第1部件21与筒体10在轴向上抵接的方式构成高压氢容器的情况下，应力产生部m位于其轴向抵接部的周边，因此可以构成为抵接区域18与其轴向抵接部的距离为l，高压氢容器满足h《l。
[0086]
(实施例)
[0087]
相对于从抵接区域18至筒体10的外周的壁厚h而言，实施使从抵接区域18至应力
产生部m的距离l变化时的氢扩散解析，表1示出聚积于应力产生部m的最大氢浓度[ppm]的结果。
[0088]
表1
[0089][0090]
如表1所示，在实施例的情况下，氢的影响未波及应力产生部m，能够在贮藏高压的氢的状态下确保强度。另一方面，在如比较例那样不满足h《l的情况下，氢聚积于应力产生部m，因此，结果是在贮藏部12贮藏有高压的氢的状态下，高压氢容器100的疲劳强度降低。
[0091]
以上的实施方式示出的构成表示一例，在不脱离主旨的范围内，也可以省略、变更构成的一部分。
[0092]
附图标记说明
[0093]
10筒体、12贮藏部、13筒部、15内螺纹部、15a谷底、16密封面、17退刀部、17a底部、18抵接区域、19开口端、20盖体、21第1部件、21a槽、22第2部件、23密封部、24密封部件、25外螺纹部、26密封部、27端面、100高压氢容器、c中心轴、c0氢量、d氢扩散系数、h壁厚、j扩散流量、k系数、l距离、m应力产生部、p压力、s溶解度、t壁厚、κ
p
静水应力有效系数、σ应力、归一化浓度。

技术特征：
1.高压氢容器，其具备：用于贮藏高压氢的金属制的筒体；和堵塞所述筒体的端部的盖部件，所述筒体具备：接合部，其用于在该筒体的中心轴方向上将所述盖部件固定于端部；筒部，其成为贮藏高压氢的贮藏部的外廓；和密封面，其在所述中心轴方向上配置于所述接合部与所述筒部之间并形成于该筒体的内表面，所述盖部件具备：密封部，其抵接于所述筒体的所述密封面；和固定部，其固定于所述筒体的所述接合部，在将所述密封面中与所述密封部抵接的区域设为抵接区域、将从所述抵接区域至所述筒体的外表面的壁厚设为壁厚h、将所述筒体的包含所述接合部在内的从所述接合部至所述抵接区域的一部分中产生规定应力σ以上的应力的部分设为应力产生部、将所述抵接区域与所述应力产生部之间的距离设为距离l时，所述壁厚h与所述距离l的关系至少满足h<l。2.如权利要求1所述的高压氢容器，其中，所述盖部件具备：第1部件，其具备所述密封部且位于所述筒部侧；和第2部件，其具备所述固定部，所述第1部件的外径尺寸比所述密封面的内径尺寸小。3.如权利要求1或2所述的高压氢容器，其中，所述盖部件具备：第1部件，其具备所述密封部且位于所述筒部侧；和第2部件，其具备所述固定部，所述第1部件由奥氏体系不锈钢形成。4.如权利要求1～3中任一项所述的高压氢容器，其中，所述接合部是形成于所述筒体的端部的内周面的内螺纹部，所述固定部是形成于所述盖部件的外螺纹部，所述接合部与所述固定部相互螺合。5.如权利要求1～4中任一项所述的高压氢容器，其中，所述密封部是安装于所述盖部件的o形环。6.如权利要求1～5中任一项所述的高压氢容器，其中，在所述筒部填充有高压氢的使用状态下，所述应力σ是构成所述筒体的金属材料的拉伸强度的1/3。7.如权利要求1～5中任一项所述的高压氢容器，其中，在所述筒部填充有高压氢的使用状态下，所述应力σ是构成所述筒体的金属材料的疲劳极限应力。8.如权利要求1～7中任一项所述的高压氢容器，其中，所述应力σ是静水应力。9.如权利要求1～8中任一项所述的高压氢容器，其中，将至少根据所述贮藏部的氢浓
度及产生于所述筒体的静水应力而变动的系数设为系数k时，所述壁厚h与所述距离l的关系能够由h＝k
·
l表示，所述系数k取k<1.0的值。10.如权利要求1～9中任一项所述的高压氢容器，其中，所述筒体由低合金钢构成。11.如权利要求1～10中任一项所述的高压氢容器，其中，所述应力产生部包含多个应力产生部，所述距离l是所述抵接区域与所述多个应力产生部中最接近所述抵接区域的所述应力产生部之间的距离。

技术总结
提供抑制由于氢向金属组织内扩散而引起的破损的高压氢容器。本发明涉及的高压氢容器具备用于贮藏高压氢的金属制的筒体和堵塞筒体的端部的盖部件，筒体具备：接合部，其用于在该筒体的中心轴方向上将盖部件固定于端部；筒部，其成为贮藏高压氢的贮藏部的外廓；和密封面，其在中心轴方向上配置于接合部与筒部之间并形成于该筒体的内表面，盖部件具备：密封部，其抵接于筒体的密封面；和固定部，其固定于筒体的接合部，在将密封面中与密封部抵接的区域设为抵接区域，将从抵接区域至筒体的外表面的壁厚设为壁厚H、将筒体的包含接合部在内的从接合部至抵接区域的一部分中产生规定应力σ以上的应力的部分设为应力产生部、将抵接区域与应力产生部之间的距离设为距离L时，壁厚H与距离L的关系至少满足H<L。距离L的关系至少满足H<L。距离L的关系至少满足H<L。


技术研发人员：冈野拓史 松原和辉 高木周作 石川信行 高野俊夫
受保护的技术使用者：杰富意钢铁株式会社
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2023/9/26