CN102939496A - 高压罐及高压罐的制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于在内部贮存流体的高压罐（10）具备：内衬（40）；及纤维强化树脂层（50），其包含纤维并覆盖内衬（40）的表面。内衬（40）具有：圆筒状的内衬圆筒部（42）；内衬圆顶部（44），其为与内衬圆筒部（42）的两侧分别连接的圆顶状的内衬圆顶部，且该内衬圆顶部的外表面相对于内衬圆筒部（42）的外表面倾斜规定角度θ而与内衬圆筒部（42）连接。纤维强化树脂层（50）具有环箍层（52），环箍层（52）形成在内衬圆筒部（42）的外表面上，且通过将纤维以相对于内衬圆筒部（42）的中心轴大致垂直的方式进行卷绕的环箍卷绕来形成。环箍层（52）形成为，在所述环箍层（52）与内衬圆顶部（44）的边界部，环箍层（52）的外表面相对于内衬圆顶部（44）的外表面成比规定角度θ小的角度。

Description

高压罐及高压罐的制造方法
技术领域
本发明涉及用于以比常压高的压力将流体贮存在内部的高压罐及高压罐的制造方法。
背景技术
近年来，利用燃料气体的燃烧能量、因燃料气体的电化学反应而生成的电能来进行驱动的车辆的开发不断发展。在车辆上有时搭载有贮存天然气、氢等燃料气体的高压罐。
为了延长车辆的可行驶距离，优选以更高的填充压（例如，70Mpa）将燃料气体向高压罐填充。为了向高压罐填充高压的燃料气体，需要提高高压罐的强度。以往，为了提高高压罐的强度，已知有在内衬的外周面卷绕浸渍有树脂的纤维而形成加强层的技术。具体而言，构成内衬的大致圆筒状的主体部由环箍层进行加强，且在主体部的两端部分别连续而接连的半球面状的圆顶部由螺旋层进行加强的技术（例如，专利文献1）。环箍层主要为了确保周方向的强度而使用，螺旋层主要为了确保长度方向（轴向）的强度而使用。
另外，已知有一种取代环箍层而在内衬的外侧具备由高角度卷绕（也称为“高角度螺旋卷绕”）形成的外侧纤维层的高压罐（例如，专利文献2）。由高角度卷绕形成外侧纤维层的理由是因为，在环箍卷绕中，当在圆顶状的圆顶部外表面卷绕纤维时，纤维沿着圆顶部表面滑动而不能形成环箍层。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-45660号公报
专利文献2：日本特开2004-293571号公报
发明内容
在此，在层叠有纤维强化树脂层的高压罐中，在大致圆筒状的圆筒部与形成在圆筒部的两侧的圆顶状的圆顶部的边界部分，纤维强化树脂层的厚度会发生变化或刚性会发生变化，因此有时会产生应力集中。该应力集中在边界部分中的尤其是圆顶部侧产生。由此，边界部分优选由加强层进行加强。在此，边界部分中的圆顶部侧部分也称为“肩部”。以往，高压罐的圆筒部与圆顶部的边界部分形成在与内衬的部分中的圆筒状的内衬圆筒部与连接在内衬圆筒部的两侧的圆顶状的内衬圆顶部的边界部分对应的位置。由此，肩部由于利用环箍卷绕进行的纤维的卷绕变得困难，因此考虑通过高角度螺旋卷绕来形成加强层。然而，通常高角度螺旋卷绕与环箍卷绕相比，相对于作用在高压罐上的圆周方向的应力的阻力低。由此，与环箍卷绕相比，高角度螺旋卷绕必须增多纤维的卷绕次数。即，使用高角度螺旋卷绕而形成了加强层的高压罐的纤维的使用量增多。这种问题并不局限于用于填充燃料气体的高压罐，在用于以比常压高的压力来填充流体的高压罐中是共通的问题。
本发明为了解决上述的课题而作出，其目的在于提供一种抑制高压罐的强度下降并减少纤维使用量的技术。
本发明为了解决上述的课题的至少一部分而作出，能够作为以下的方式或适用例而实现。
[适用例1]一种高压罐，用于在内部贮存流体，其中，所述高压罐具备：内衬；及纤维强化树脂层，其包含纤维并覆盖所述内衬的表面，所述内衬具有：圆筒状的内衬圆筒部；及内衬圆顶部，其为与所述内衬圆筒部的两侧分别连接的圆顶状的内衬圆顶部，且该内衬圆顶部的外表面相对于所述内衬圆筒部的外表面倾斜规定角度而与所述内衬圆筒部连接，所述纤维强化树脂层具有环箍层，该环箍层以覆盖所述内衬圆筒部的外表面的方式形成在所述内衬圆筒部的外表面上，且通过将所述纤维以相对于所述内衬圆筒部的中心轴大致垂直的方式进行卷绕的环箍卷绕来形成，所述环箍层形成为，在所述环箍层与所述内衬圆顶部的边界部，所述环箍层的外表面相对于所述内衬圆顶部的外表面成比所述规定角度小的角度。
根据适用例1的高压罐，高压罐的圆筒部与圆顶部的边界部分可以通过覆盖内衬圆筒部的外表面的环箍层进行加强。即，准备内衬圆顶部相对于内衬圆筒部倾斜规定角度的内衬，在内衬圆顶部的外表面形成规定形状的环箍层，由此能够对包括高压罐的肩部的边界部分进行预先加强。由此，不用形成高角度螺旋层，而能够抑制高压罐的强度下降。而且，无需形成高角度螺旋层，因此能够减少纤维使用量。而且，关于环箍层，在环箍层与内衬圆顶部的边界部，以环箍层的外表面相对于内衬圆顶部的外表面成比规定角度小的角度的方式形成环箍层。由此，即使在跨环箍层和内衬圆顶部而卷绕纤维时，也能够顺畅地进行该卷绕。即，在强度确保的方面上能够进行优选的纤维的卷绕，从而能够抑制高压罐的强度下降。
[适用例2]在适用例1记载的高压罐中，所述环箍层具有：环箍圆筒部，其具有一定的厚度；及环箍圆顶部，其位于所述环箍圆筒部与所述内衬圆顶部之间，随着从所述环箍圆筒部朝向所述内衬圆顶部而厚度从所述一定的厚度逐渐减小。
根据适用例2记载的高压罐，关于环箍圆顶部，随着朝向规定方向而厚度减小，由此，在环箍层与内衬圆顶部的边界部，能够容易地形成环箍层的外表面相对于内衬圆顶部的外表面成比规定角度小的角度的环箍层。
[适用例3]在适用例1或适用例2记载的高压罐中，所述环箍圆筒部通过将所述纤维层叠规定数量而形成，随着从所述环箍圆筒部朝向所述内衬圆顶部使所述纤维的层叠数量从所述规定数量逐渐减少，由此形成所述环箍圆顶部。
根据适用例3记载的高压罐，关于环箍圆顶部，通过随着朝向规定的方向而减少纤维的层叠数量，在环箍层与内衬圆顶部的边界部，能够容易地形成环箍层的外表面相对于内衬圆顶部的外表面成比规定角度小的角度的环箍层。
[适用例4]在适用例1至适用例3中的任一适用例记载的高压罐中，所述环箍层形成为，在所述边界部，所述环箍层的外表面的切线的斜度与所述内衬圆顶部的外表面的切线的斜度一致。
根据适用例4记载的高压罐，在环箍层与内衬圆顶部的边界部，使环箍层的外表面的切线的斜度与所述内衬圆顶部的外表面的切线的斜度一致，从而即使在跨环箍层和内衬圆顶部而进一步卷绕纤维时，也能够更顺畅地进行卷绕。由此，在强度确保的方面上能够进行更优选的纤维的卷绕，能够进一步抑制高压罐的强度下降。
[适用例5]在适用例1至适用例4中的任一适用例记载的高压罐中，所述纤维强化树脂层还包括螺旋层，该螺旋层形成在所述环箍层的外表面上和所述内衬圆顶部的外表面上，该螺旋层通过螺旋卷绕形成，该螺旋卷绕为所述螺旋层的所述纤维在所述环箍层上绕所述中心轴一圈之前在所述内衬圆顶部使所述纤维的卷绕方向折回的方式的卷绕。
根据适用例5记载的高压罐，能够顺畅地进行跨环箍层和内衬圆顶部的螺旋层的形成，能够可靠地实现由螺旋层对高压罐的加强。
[适用例6]在适用例5记载的高压罐中，所述纤维强化树脂层由利用所述环箍卷绕形成的第一种层和利用所述螺旋卷绕形成的第二种层构成。
根据适用例6记载的高压罐，利用不包含高角度螺旋层的纤维强化树脂层，对包括高压罐的圆筒部和圆顶部的肩部在内的边界部分进行加强。由此，不用形成高角度螺旋层，就能够对高压罐进行加强，并且能够减少纤维使用量。
附图说明
图1是用于说明作为本发明的实施例的高压罐10的结构的图。
图2是表示为了成形纤维强化树脂层而使用的各种卷绕方法的图。
图3是用于说明实施例的高压罐10的制造方法的图。
图4是用于说明高压罐10的效果的图。
图5是用于说明在模拟中使用的高压罐的图。
图6是表示作为参考例的高压罐10a的纤维强化树脂层50a的详细结构的图。
图7是用于说明参考例的强度解析模拟的结果的图。
图8是用于说明实施例的强度解析模拟的结果的图。
具体实施方式
接下来，按照以下的顺序，说明本发明的实施方式。
A.实施例：
B.变形例：
A.实施例：
A-1.整体结构：
图1是用于说明作为本发明的实施例的高压罐10的结构的图。图1（A）是高压罐10的剖视图。而且，图1（B）是图1（A）的局部放大剖视图，省略了后述的纤维强化树脂层50的图示。
如图1（A）所示，高压罐10具备内衬40、将内衬40的表面覆盖的纤维强化树脂层50、两个接头部14。内衬40中，接头部14具有开口部14a。需要说明的是，高压罐10也可以是仅具备2个接头部14中的1个的结构。
内衬40是也被称为高压罐10的内壳或内容器的部分，在内部具有贮存流体的空间部25。内衬40具有气体屏蔽性，抑制氢气等气体向外部的透过。内衬40使用尼龙系树脂、聚乙烯系树脂等合成树脂、不锈钢等金属来制造。在本实施例中，内衬40使用尼龙系树脂而一体成形。
纤维强化树脂层50是由纤维加强热硬化性树脂而成的层，利用纤维缠绕法（以下，也称为“FW法”）向内衬40的表面卷绕纤维而形成。而且，纤维强化树脂层50是层叠了多个纤维而成的结构。FW法是指将浸渍有热硬化性树脂的强化纤维向心轴（在本实施例中为内衬40）卷绕并使热硬化性树脂发生热硬化的方法。需要说明的是，关于纤维的卷绕方法在后面叙述。作为热硬化性树脂，可以使用环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。在本实施例中，使用环氧树脂。
作为强化纤维，可以使用金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维等无机纤维、芳族聚酰胺纤维等合成有机纤维、或棉等天然有机纤维的各种纤维，而且，这些纤维既可以单独使用，也可以混合2种以上使用。在本实施例中，作为强化纤维，使用碳纤维。
接下来，说明高压罐10的整体形状。高压罐10具有大致圆筒状的圆筒部20和位于圆筒部20的两侧的圆顶状的圆顶部30。圆顶部30在内衬圆筒部42的中心轴AX方向上随着从圆筒部20分离而缩径。最缩径的部分开口，并向开口插入接头部14。
如图1（B）所示，内衬40具有圆筒状的内衬圆筒部42和位于内衬圆筒部42的两侧的圆顶状的内衬圆顶部44。内衬圆顶部44在内衬圆筒部42的中心轴AX方向上随着从内衬圆筒部42分离而缩径。而且，内衬圆顶部44的外表面为等张力曲面。在内衬圆筒部42与内衬圆顶部44的边界部，以外表面的切线成为不连续的方式成形出内衬圆筒部42和内衬圆顶部44。即，以使内衬圆筒部42与内衬圆顶部44的边界部的、各部42、44的外表面的切线不成为相同的方式成形内衬40。进而换言之，在边界部，以内衬圆顶部44的外表面的切线44f相对于内衬圆筒部42的外表面的切线42f倾斜角度θ（在本实施例中为23°）的方式成形内衬40。
A-2.纤维强化树脂层50的详细结构：
在说明纤维强化树脂层50的结构之前，使用图2，说明形成树脂强化树脂层时使用的一般的纤维的卷绕方法。图2是表示为了成形纤维强化树脂层而使用的各种卷绕方法的图。图2（A）~（C）中图示了用于将纤维51卷绕在内衬40上的导向件15。
图2（A）是用于说明环箍卷绕的图，表示利用环箍卷绕而向内衬40卷绕纤维51的情况。“环箍卷绕”是将纤维51相对于内衬圆筒部42的中心轴AX大致垂直地卷绕，并沿着中心轴AX方向使卷绕位置（导向件15的位置）移动的方法。即，“环箍卷绕”是以中心轴AX与纤维51的卷绕方向所成的角度α（“卷绕角度α”）成为大致垂直的方式卷绕的方法。需要说明的是，“基于环箍卷绕的纤维51的卷绕角度大致垂直”包括90°及为了使纤维彼此不重合而错开纤维的卷绕位置所能够产生的90°前后的角度。利用该环箍卷绕所形成的层称为“环箍层”。
图2（B）是用于说明低角度螺旋卷绕的图，表示通过低角度螺旋卷绕而向内衬40卷绕纤维51的情况。“低角度螺旋卷绕”是具有如下卷绕角度α的卷绕方法：在内衬圆筒部42处，在纤维51绕着中心轴AX围绕一圈之前在内衬圆顶部44使纤维51的卷绕方向折回的程度的卷绕角度α。通过该低角度螺旋卷绕而形成的层称为“低角度螺旋层”。
图2（C）是用于说明高角度螺旋卷绕的图，表示利用高角度螺旋卷绕而向内衬40卷绕纤维51的情况。“高角度螺旋卷绕”是具有如下卷绕角度α的卷绕方法：能够在将纤维51的卷绕方向折回之前在内衬圆筒部42处使纤维51绕中心轴AX围绕至少一圈的程度的卷绕角度α。利用该高角度螺旋卷绕而形成的层称为“高角度螺旋层”。
图3是用于说明实施例的高压罐10的制造方法的图。图3（A）~（B）仅表示说明所需的高压罐10的一部分。如图3（A）所示，准备在内衬圆筒部42与内衬圆顶部44的边界部处外表面的切线不连续的内衬40。
如图3（B）所示，接下来，以覆盖内衬圆筒部42的外表面整个区域的方式层叠环箍层52。需要说明的是，在与后述的其他的环箍层区别使用时，将层叠在内衬圆筒部42的外表面上的环箍层52称为“外表面环箍层52”。外表面环箍层52由环箍圆筒部52a和环箍圆顶部52b构成。
环箍圆筒部52a是层叠了规定数量（在本实施例中为13层）的纤维而成的结构。即环箍圆筒部52a是具有一定的厚度的层。环箍圆顶部52b在中心轴AX方向上形成在环箍圆筒部52a与内衬圆顶部44之间。环箍圆顶部52b形成为接近内衬圆顶部44侧的部分的厚度比环箍圆筒部52a侧的厚度减小。即，环箍圆顶部52b随着从环箍圆筒部52a朝向内衬圆顶部44而纤维的层叠数量逐渐减少。在本实施例的情况下，以环箍圆顶部52b和内衬圆顶部44的外表面形成相同的等张力曲面的方式，使环箍圆顶部52b的纤维的层叠数量变化。换言之，以在环箍圆顶部52b与内衬圆顶部44的边界部、环箍圆顶部52b的外表面的切线的斜度与内衬圆顶部44的外表面的切线的斜度一致的方式形成环箍圆顶部52b。在此，为了便于说明，向内衬40层叠了外表面环箍层52后的物体也称为“环箍层叠内衬41”。
当着眼于环箍层叠内衬41的形状时，环箍层叠内衬41具有大致圆筒状的层叠圆筒部22和连接在层叠圆筒部22的两侧的圆顶状的层叠圆顶部32。层叠圆顶部32由内衬圆顶部44和环箍圆顶部52b构成，其外表面是等张力曲面。
如图3（C）所示，在层叠了外表面环箍层52之后，以覆盖内衬圆顶部44的外表面整个区域和外表面环箍层52的外表面整个区域的方式层叠低角度螺旋层54。需要说明的是，在与后述的其他的低角度螺旋层区别使用时，将层叠在外表面环箍层52的外表面上的低角度螺旋层54称为“外表面低角度螺旋层54”。
在纤维强化树脂层50中的比外表面低角度螺旋层54靠外侧处还层叠有多个环箍层56和多个低角度螺旋层57。需要说明的是，在图3（C）中，示意性地图示了多个环箍层56和多个低角度螺旋层57。构成纤维强化树脂层50的层的具体的层叠形态在后面叙述。
按照上述的顺序将纤维51卷绕于内衬40之后，为了使热硬化性树脂硬化而对高压罐10进行加热。由此，制造出本实施例的高压罐10。形成了纤维强化树脂层50后的高压罐10如图3（C）所示，具有大致圆筒状的圆筒部20和随着从圆筒部20分离而外径缩径的圆顶部30。圆筒部20包括内衬圆筒部42的一部分，圆顶部30包括内衬圆筒部42的另一部分及内衬圆顶部44。而且，圆筒部20包括环箍圆筒部52a，圆顶部30包括环箍圆顶部52b（图3（B））。
图4是用于说明高压罐10的效果的图。图4是高压罐10的局部剖视图，对于纤维强化树脂层50中的说明所需的外表面环箍层52施加了阴影线。高压罐10的圆筒部20具有环箍层52、56和低角度螺旋层54、57（图3（C）），圆顶部30中的与内衬圆顶部44对应的部分仅具有低角度螺旋层54、57（图3（C））。由此，内衬圆筒部42上的纤维强化树脂层50比内衬圆顶部44上的纤维强化树脂层50的厚度大。在实施例的高压罐10的情况下，内衬圆顶部44上的纤维强化树脂层50仅由低角度螺旋层形成。这是因为，在内衬圆顶部44中，仅通过低角度螺旋层就能够进行从中心轴AX观察到的圆周方向和中心轴AX方向的强化。另一方面，圆筒部20的低角度螺旋层以中心轴AX方向的强化为主，在内衬圆筒部42上必须卷绕圆周方向强化用的环箍层。因此，在圆筒部20和圆顶部30，纤维强化树脂层50的厚度不同。因此，高压罐的圆筒部20和圆顶部30产生的应力能够形成差别，在圆筒部20与圆顶部30的边界部、在圆顶部30侧的边界部分33（肩部33）要共有位移时，产生2次应力（剪切面应力和弯曲应力）。即，纤维强化树脂层50中的肩部33与其他的部分相比会发生应力集中。
在本实施例中，在高压罐10的制造后，能够成为产生应力集中的肩部33的部分由外表面环箍层52（详细而言是环箍圆顶部52b）来加强。由此，不使用高角度螺旋卷绕就能够对肩部33进行加强。而且，与为了肩部33的加强而形成了高角度螺旋层的高压罐相比能够减少纤维使用量，因此能够在更短的时间内制造高压罐。
另外，在环箍圆顶部52b与内衬圆顶部44的边界部，环箍圆顶部52b的外表面和内衬圆顶部44的外表面形成等张力曲面（图3（B））。即，由此，按照预先设定的低角度螺旋卷绕的卷绕规格而能够形成低角度螺旋层54、57。换言之，环箍圆顶部52b的外表面和内衬圆顶部44的外表面形成等张力曲面，由此，例如基于网眼理论等，能够进行低角度螺旋卷绕。由此，能够可靠地实现由低角度螺旋层进行的加强，从而能够抑制高压罐10整体的强度下降。
A-3.纤维变形的模拟：
接下来，以下说明表示了本实施例的高压罐10与使用高角度螺旋层进行了加强的参考例的高压罐10a同样地能够进行肩部33的加强的模拟。
图5是用于说明在模拟中使用的高压罐的图。图5（A）是用于说明参考例的高压罐10a的局部剖视图。图5（B）是用于说明本实施例的高压罐10的局部剖视图。图5（A）、（B）是一起示意性地表示高压罐10、10a中的、圆筒部20、20a与圆顶部30、30a的边界部附近的内衬40、40a和纤维强化树脂层50、50a的剖面的图。参考例的高压罐10a与本实施例的高压罐10的区别是内衬40、40a的形状和纤维强化树脂层50、50a的结构。需要说明的是，关于参考例的高压罐10a，接头部14（图1（A））、纤维强化树脂层50、50a的材质（CFRP）与本实施例的高压罐10相同。
图6是表示参考例的高压罐10a的纤维强化树脂层50a的详细结构的图。图6中，层编号是按照层叠的纤维层而从下层依次标注的编号。而且，图6中的“○”记号表示形成于各层的纤维层的种类。例如，层编号1、2是低角度螺旋层，层编号3是环箍层，层编号4~6是高角度螺旋层。需要说明的是，在此“1层”是将无间隙地覆盖应加强区域的状态计数为1层。参考例的高压罐10a的纤维强化树脂层50a是57层，纤维强化树脂层50a的厚度为最大36.2mm。
返回图5，继续高压罐10、10a的说明。如图5（A）所示，参考例的高压罐10a的内衬40a具有圆筒状的内衬圆筒部42a和位于内衬圆筒部42a的两侧的圆顶状的内衬圆顶部44a。内衬圆顶部44a的外表面是等张力曲面。与实施例的高压罐10的内衬40的区别在于，参考例的高压罐10a在内衬圆筒部42a与内衬圆顶部44a的边界部，内衬圆筒部42a的外表面与内衬圆顶部44a的外表面的切线的斜度相同。
参考例的纤维强化树脂层50a是将低角度螺旋层54、高角度螺旋层58、环箍层56层叠多个而成的结构。低角度螺旋层54以覆盖内衬40a整个区域的方式形成。高角度螺旋层58以覆盖内衬圆筒部42a整个区域和内衬圆顶部44a的一部分的方式形成。具体而言，高角度螺旋层58形成为不仅覆盖内衬圆筒部42a，而且覆盖内衬圆筒部42a与内衬圆顶部44a的边界部分中的、内衬圆顶部44a侧的边界部分33（肩部33）。即，高压罐10a为了肩部33的加强而使用高角度螺旋层58。环箍层56为了确保圆周方向的强度，而以覆盖内衬圆筒部42a整个区域的方式形成。各层54、56、58的层叠顺序如图6所示那样。
关于本实施例的高压罐10的内衬40的结构及纤维强化树脂层50的概略结构，如上述那样，因此这里使用图5（B）说明纤维强化树脂层50的详细结构。纤维强化树脂层50由总计47层构成，层编号1~13是外表面环箍层52，层编号14、15是外表面低角度螺旋层54，层编号16~19是环箍层56，层编号20、21是低角度螺旋层57，层编号22~25是环箍层56，层编号26、27是低角度螺旋层57，层编号28~30是环箍层56，层编号31~47是低角度螺旋层57。而且，纤维强化树脂层50的厚度是最大28.5mm。
图7是用于说明参考例的强度解析模拟的结果的图。强度解析模拟是向高压罐10a施加了180Mpa的内压时的模拟。而且，模拟使用有限要素法进行。图7（A）的图形的横轴是表示从内衬圆筒部42a的中央部朝向接头部14（图1（A））的方向且沿着高压罐10a的外表面的方向上距内衬圆筒部42a的中央部的距离X。而且，图7（A）的图形的纵轴表示在距离X处的环箍层56、高角度螺旋层58（图5（A））的纤维方向的变形（以下，将纤维方向的变形也称为“纤维变形”）的大小。图7（B）是与图7（A）所示的距离X对应的高压罐10a的概略剖视图。需要说明的是，在图7（B）中，概念性地利用虚线表示在高角度螺旋层58的内衬圆顶部44a的一部分及内衬圆筒部42a的层叠范围。
如图7（A）所示，在参考例的高压罐10a中，肩部33与高压罐10a的中央部相比纤维方向变形（纤维变形）减小。即，利用高角度螺旋层58对肩部33进行加强，由此减少高压罐10a的破裂的起点成为肩部33的可能性。
图8是用于说明实施例的强度解析模拟的结果的图。强度解析模拟是向高压罐10施加了180Mpa的内压时的模拟。而且，模拟使用有限要素法进行。图8（A）的图形的横轴、纵轴如图7（A）中说明那样。但是，图8（A）表示环箍层52、56（图5（S））的纤维方向变形的大小。而且，图8（B）是与图8（A）所示的距离X对应的高压罐10的概略剖视图。需要说明的是，在图8（B）中，概念性地由虚线表示在外表面环箍层52的内衬圆筒部42的层叠范围。
如图8（A）所示，不使用高角度螺旋层58制造的实施例的高压罐10与使用高角度螺旋层58制造的参考例的高压罐10a同样地，在肩部33比高压罐10的中央部的纤维变形减小。即，可知本实施例的高压罐10通过形成外表面环箍层52而能够实现肩部33的加强。
B.变形例：
需要说明的是，上述实施例的结构要素中的权利要求书的范围的独立权利要求记载的要素以外的要素是附加的要素，可以适当省略。而且，并不局限于本发明的上述实施例、实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施，例如还能够进行如下的变形。
B-1.第一变形例：
在上述实施例中，以使环箍圆顶部52b的外表面的切线的斜度与内衬圆顶部44的外表面的切线的斜度一致的方式构成环箍圆顶部52b的纤维（图3（B）），但并未限定于此。即，只要以形成比通过图3（A）所示的内衬圆筒部42的外表面的切线42f和内衬圆顶部44的外表面的切线44f形成的角度θ更小的角度的方式形成外表面环箍层52即可。例如，环箍圆顶部52b的外表面形成的曲面与内衬圆顶部44的外表面形成的曲面也可以不相同。即便如此，也能够与上述实施例同样地，利用作为环箍层的外表面环箍层52对肩部33进行加强。
B-2.第二变形例：
在上述实施例中，以环箍圆顶部52b的外表面形成等张力曲面的方式，在环箍圆顶部52b改变纤维的层叠数量而使厚度变化（图3（B）），但也可以取代使层叠数量变化的情况而使纤维的粗细变化来使环箍圆顶部52b的厚度变化。即，图3（B）所示的环箍圆顶部52b也可以构成为随着从环箍圆筒部52a朝向内衬圆顶部44而使纤维的粗细逐渐减小。即便如此，也能够与上述实施例同样地利用外表面环箍层对肩部33进行加强。
B-3.第三变形例：
在上述实施例中，外表面环箍层52中的环箍圆筒部52a的纤维的层叠数为13，但并未限定于此。可以根据使用的纤维的种类、外表面环箍层52以外的层（例如，环箍层56、低角度螺旋层54、57）的层叠数量、低角度螺旋层54、57的卷绕角度、纤维的种类等规格，以使肩部33的纤维变形比高压罐10的中央部的纤维变形减小的方式，决定外表面环箍层52的环箍圆筒部52a和环箍圆顶部52b的纤维的层叠数量。而且，可以根据外表面环箍层52的层叠规格，在外表面环箍层52与内衬圆顶部44的边界部，以使环箍圆顶部52b的外表面和内衬圆顶部44的外表面形成相同的等张力曲面的方式，决定内衬40的倾斜角度θ（图3（A））。需要说明的是，在使用了CFRP作为本实施例的纤维强化树脂层的高压罐10中，优选将倾斜角度θ设定为20°以上。这是因为，如此，能够形成可更可靠地使肩部33的纤维变形比高压罐10中央部的纤维变形减小的纤维强化树脂层50。
B-4.第四变形例：
适用了本发明的高压罐10由于肩部33被加强，因此能够为了贮存比常压高的流体而使用。例如，可以作为用于贮存高压的氢气的氢罐而使用，或可以作为用于贮存高压的天然气的天然气罐而使用。而且，还可以将这些气体罐搭载于车辆、船舶、航空器等各种移动体上作为燃料气体源而使用。此外，也可以将这些气体罐作为固定型气体罐来使用。
标号说明
10、10a…高压罐
14…接头部
14a…开口部
15…导向件
20…圆筒部
22…层叠圆筒部
30…圆顶部
32…层叠圆顶部
33…边界部分（肩部）
40、40a…内衬
41…环箍层叠内衬
42…内衬圆筒部
42a…内衬圆筒部
42f…切线
44…内衬圆顶部
44a…内衬圆顶部
44f…切线
50…纤维强化树脂层
50a…纤维强化树脂层
51…纤维
52…外表面环箍层
52…环箍层
52a…环箍圆筒部
52b…环箍圆顶部
54…低角度螺旋层（外表面低角度螺旋层）
56…环箍层
57…低角度螺旋层
58…高角度螺旋层
AX…中心轴

Claims (7)

1.一种高压罐，用于在内部贮存流体，其特征在于，
所述高压罐具备：
内衬；及
纤维强化树脂层，其包含纤维并覆盖所述内衬的表面，
所述内衬具有：
圆筒状的内衬圆筒部；及
内衬圆顶部，其为与所述内衬圆筒部的两侧分别连接的圆顶状的内衬圆顶部，且该内衬圆顶部的外表面相对于所述内衬圆筒部的外表面倾斜规定角度而与所述内衬圆筒部连接，
所述纤维强化树脂层具有环箍层，
该环箍层以覆盖所述内衬圆筒部的外表面的方式形成在所述内衬圆筒部的外表面上，且通过将所述纤维以相对于所述内衬圆筒部的中心轴大致垂直的方式进行卷绕的环箍卷绕来形成，
所述环箍层形成为在所述环箍层与所述内衬圆顶部的边界部，所述环箍层的外表面相对于所述内衬圆顶部的外表面成比所述规定角度小的角度。
2.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于，
所述环箍层具有：
环箍圆筒部，其具有一定的厚度；及
环箍圆顶部，其位于所述环箍圆筒部与所述内衬圆顶部之间，随着从所述环箍圆筒部朝向所述内衬圆顶部而厚度从所述一定的厚度逐渐减小。
3.根据权利要求1或2所述的高压罐，其特征在于，
所述环箍圆筒部通过将所述纤维层叠规定数量而形成，
随着从所述环箍圆筒部朝向所述内衬圆顶部使所述纤维的层叠数量从所述规定数量逐渐减少，由此形成所述环箍圆顶部。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的高压罐，其特征在于，
所述环箍层形成为，在所述边界部，所述环箍层的外表面的切线的斜度与所述内衬圆顶部的外表面的切线的斜度一致。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的高压罐，其特征在于，
所述纤维强化树脂层还包括螺旋层，
该螺旋层形成在所述环箍层的外表面上和所述内衬圆顶部的外表面上，该螺旋层通过螺旋卷绕来形成，该螺旋卷绕为所述螺旋层的所述纤维在所述环箍层上绕所述中心轴一圈之前在所述内衬圆顶部使所述纤维的卷绕方向折回的方式的卷绕。
6.根据权利要求5所述的高压罐，其特征在于，
所述纤维强化树脂层由利用所述环箍卷绕形成的第一种层和利用所述螺旋卷绕形成的第二种层构成。
7.一种制造方法，是用于在内部贮存流体的高压罐的制造方法，其特征在于，
所述高压罐的制造方法包括如下工序：
（a）准备内衬，所述内衬具有圆筒状的内衬圆筒部和内衬圆顶部，所述内衬圆顶部是与所述内衬圆筒部的两侧分别连接的圆顶状的2个内衬圆顶部，所述内衬圆顶部的外表面相对于所述内衬圆筒部的外表面倾斜规定角度而与所述内衬圆筒部连接；及
（b）以覆盖所述内衬的表面的方式将含有纤维的纤维强化树脂层形成于所述内衬，
所述工序（b）包括如下工序：通过将所述纤维相对于所述内衬圆筒部的中心轴大致垂直地卷绕的环箍卷绕而以覆盖所述内衬圆筒部的外表面的方式形成环箍层，以在所述环箍层与所述内衬圆顶部的边界部所述环箍层的外表面相对于所述内衬圆顶部的外表面成比所述规定角度小的角度的方式形成所述环箍层。
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