CN103347685A - 用于高压罐的制造方法和高压罐 - Google Patents

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Abstract

一种制造高压罐的方法，包括：在每个衬里圆顶部分（44）的至少一部分的外表面和衬里圆筒部分（42）的外表面上形成低角度螺旋层（52）的步骤，在衬里圆筒部分（42）上的低角度螺旋层（52）的外表面上形成内部环层（54）的步骤，和通过在每个衬里圆顶部分（44）上的低角度螺旋层（52）和内部环层（54）的外表面上交替地层叠低角度螺旋层和外部环层来形成混合层（56）的步骤。然后，在衬里圆筒部分（42）上，内部环层（54）的厚度和在混合层（56）中的外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着纤维增强塑料层的厚度方向与衬里（40）相邻的纤维增强塑料层的75%的范围内。

Description

用于高压罐的制造方法和高压罐
技术领域
本发明涉及一种用于高压罐的制造方法和一种高压罐。
背景技术
近年来，已经研制了一种利用在燃料气体燃烧时的能量或者由燃料气体的电化学反应产生的电能驱动的车辆。这种车辆可以配备有存储燃料气体诸如天然气和氢气的高压罐。在该情形中，为了在延长车辆的巡航范围时在考虑高压罐在车辆上的可安装性的情况下减小高压罐的尺寸，要求在较高的填充压力下利用燃料气体填充高压罐。
为了在较高的填充压力下利用燃料气体填充高压罐，有必要提高高压罐的强度。然后，作为用于提高高压罐的强度的技术，已知一项使用细丝缠绕方式在金属或者树脂衬里（内壳）的外表面上形成纤维增强塑料（FRP）层的技术。然后，当衬里具有带有圆筒的形状的圆筒部分和具有圆顶的形状并且设置在圆筒部分的两端上的圆顶部分时，通过细丝缠绕方式形成的纤维增强塑料层通常主要地包括通过环向缠绕方式形成的环层和通过螺旋缠绕方式形成的螺旋层。环层主要用于提高针对沿着衬里的周向方向施加的内部压力的强度（在下文中，还被称作“衬里周向强度”）。在另一方面，螺旋层主要用于提高针对沿着衬里的轴向方向施加的内部压力的强度（在下文中，还被称作“衬里轴向强度”）。
附带说一句，在现有技术中，已经提出了用于提高包括在衬里的外表面上的纤维增强塑料层的高压罐的强度的各种技术。例如，可以以如此方式提高高压罐的强度，即使得由交替地层叠的环层和螺旋层形成纤维增强塑料层（例如，见日本专利申请公报No.2008-45660（JP-A-2008-45660）、日本专利申请公报No.2004-293571（JP-A-2004-293571）和日本专利申请公报No.8-216277（JP-A-8-216277）。
然而，在高压罐的可靠性、即耐压性和耐久性方面，在JP-A-2008-45660、JP-A-2004-293571和JP-A-8-216277中描述的技术存在改进的空间。
发明内容
本发明通过细丝缠绕方式提高了包括在衬里的外表面上形成的纤维增强塑料层的高压罐的可靠性。
本发明的一方面涉及一种用于高压罐的制造方法，该高压罐用于存储流体。该制造方法包括：制备衬里的步骤，所述衬里具有圆筒部分和圆顶部分，其中圆筒部分具有圆筒的形状，而圆顶部分具有圆顶的形状并且设置在圆筒部分的两端上；以及纤维增强塑料层形成步骤：以细丝缠绕方式在衬里的外表面上形成纤维增强塑料层，其中纤维增强塑料层形成步骤包括：内部螺旋层形成步骤：通过以螺旋缠绕方式将利用热固性树脂浸渍的纤维缠绕在每个圆顶部分的至少一部分的外表面和圆筒部分的外表面上，来形成内部螺旋层；内部环层形成步骤：通过以环向缠绕方式将利用热固性树脂浸渍的纤维在圆筒部分上的内部螺旋层的外表面上缠绕多层，来形成内部环层；以及混合层形成步骤：通过在每个圆顶部分上的内部螺旋层的外表面和内部环层的外表面上层叠外部螺旋层和外部环层来形成混合层，其中所述外部螺旋层通过以螺旋缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维而形成，而所述外部环层通过以环向缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维而形成，并且内部螺旋层形成步骤、内部环层形成步骤和混合层形成步骤包括如下步骤：形成内部螺旋层、内部环层和混合层，使得在圆筒部分上，内部环层的厚度和外部环层的厚度之和的90%或者更多被布置在沿着纤维增强塑料层的厚度方向与衬里相邻的纤维增强塑料层的75%的范围内。
环向缠绕比螺旋缠绕更加显著地呈现提高衬里周向强度的效果。另外，当高压罐填充有高压气体时，在于衬里的圆筒部分的外表面上形成的纤维增强塑料层中沿着衬里周向方向施加的应力朝向内层侧（内侧）增加（厚壁圆筒理论）。
利用根据以上方面的用于高压罐的制造方法，在通过内部螺旋层形成步骤增强衬里（具体地，圆顶部分）的强度之后，执行内部环层形成步骤，从而在内部环层形成步骤执行时抑制衬里的变形是可能的。当在内部压力被施加到衬里的状态中在向纤维施加相对高的张力时执行内部环层形成步骤时，这是特别地有效的。进而，利用根据以上方面的、高压罐的制造方法，显著地呈现提高衬里周向强度的效果的环向缠绕在沿着衬里周向方向施加的应力相对大的内层侧处集中性地层叠，从而有效地提高衬里周向强度是可能的。注意在衬里的圆筒部分上的纤维增强塑料层的厚度是在衬里的圆筒部分上的纤维增强塑料层的厚度基本恒定的区域中的厚度。这还适用于在衬里的圆筒部分上的内部环层的厚度和外部环层的厚度。然后，通过经验确认，可以利用根据以上方面的、高压罐的制造方法提高高压罐的可靠性。
另外，如与现有技术相比较，可以有效地利用由纤维增强塑料层中的每层展示的、提高高压罐的强度的效果，从而为了获得等价于现有技术的、高压罐的性能（耐压性和耐久性），构成纤维增强塑料层的层的总数可以减小。因此，减小高压罐的尺寸、重量和成本是可能的。另外，为了获得等价于现有技术的、高压罐的性能，当使用在强度或者刚度方面是低级的纤维时，减少高压罐的成本是可能的。另外，当构成纤维增强塑料层的层的数目等于现有技术的数目时，提高高压罐的强度是可能的。另外，当高压罐的外形与现有技术的相同时，增加衬里的容量是可能的。因此，当高压罐填充有燃料气体并且然后安装在例如车辆上时，延长车辆的巡航范围是可能的。
注意，在根据以上方面的用于高压罐的制造方法中，在内部螺旋层中包括的热固性树脂、在内部环层中包括的热固性树脂和在混合层（外部螺旋层和外部环层）中包括的热固性树脂可以具有相同的类型或者它们中的至少一个可以具有不同的类型。另外，在内部螺旋层中包括的纤维、在内部环层中包括的纤维和在混合层中包括的纤维可以具有相同的类型或者它们中的至少一个可以具有不同的类型。
在根据以上方面的用于高压罐的制造方法中，在内部螺旋层形成步骤中的螺旋缠绕可以使得在构成内部螺旋层的纤维围绕衬里的中心轴线在圆筒部分的外表面上行进之前，纤维的缠绕方向在圆顶部分中的任一个圆顶部分上转向。
螺旋缠绕被大致地分类成：具有相对大的缠绕角度使得在纤维围绕衬里的中心轴线至少在衬里的圆筒部分上行进之后，纤维的缠绕方向在衬里的圆顶部分中的任一个圆顶部分上转向的螺旋缠绕（在下文中，还被称作“高角度螺旋缠绕”）；和具有相对小的缠绕角度使得在纤维围绕衬里的中心轴线在衬里的圆筒部分上行进之前，纤维的缠绕方向在衬里的圆顶部分中的任一个圆顶部分上转向的螺旋缠绕（在下文中，还被称作“低角度螺旋缠绕”）。然后，低角度螺旋缠绕比高角度螺旋缠绕更加显著地呈现提高衬里的轴向强度的效果。
利用根据以上方面的用于高压罐的制造方法，在内部螺旋层形成步骤中使用低角度螺旋缠绕，从而有效地提高衬里的轴向强度是可能的。另外，为了在衬里轴向强度方面获得相同的强度，低角度螺旋缠绕如与高角度螺旋缠绕相比较能够减小缠绕的数目，即，纤维的使用，从而减小高压罐的尺寸、重量和成本是可能的。
在根据以上方面的用于高压罐的制造方法中，内部环层形成步骤可以包括如下步骤：形成内部环层，使得在圆筒部分上，内部环层的厚度随着内部环层的一部分接近在圆筒部分和每个圆顶部分之间的边界部分而减小。
利用根据以上方面的用于高压罐的制造方法，内部环层的每个边缘被以倾斜形状形成，以由此使得抑制在内部环层的每个边缘处的纤维缠绕形状的损失成为可能。另外，内部环层的每个边缘被以倾斜形状形成，以在将低角度螺旋缠绕用于形成混合层中的外部螺旋层时缠绕纤维时抑制纤维的弯曲，即，纤维的缠绕位置的偏差，从而有效地利用由低角度螺旋缠绕展示的、提高衬里的轴向强度的效果是可能的。
注意，内部环层的每个边缘被以倾斜形状形成的模式可以是缠绕的纤维的数目在衬里的圆筒部分与每个圆顶部分的边界部分处部分地改变的模式，或者纤维的厚度在边界部分处部分地改变的模式。除了内部环层的每个边缘之外的部分的厚度是基本恒定的。
在根据以上方面的用于高压罐的制造方法中，衬里可以具有在圆筒部分和每个圆顶部分之间的边界部分处的不连续形状，并且内部螺旋层形成步骤和内部环层形成步骤可以包括如下步骤：形成内部螺旋层和内部环层，使得在每个圆顶部分上的内部螺旋层和内部环层的外表面形成均匀应力表面。
利用根据以上方面的用于高压罐的制造方法，在衬里的每个圆顶部分上的内部螺旋层和内部环层的外表面形成均匀应力表面，从而在这些层的以上外表面上形成的混合层中的外部螺旋层被以均匀应力形成并且可以被有效地利用以改进高压罐的强度。
在根据以上方面的用于高压罐的制造方法中，在混合层形成步骤中的螺旋缠绕可以使得在构成外部螺旋层的纤维围绕衬里的中心轴线行进之前，纤维的缠绕方向在圆顶部分中的任一个圆顶部分上转向。
利用根据以上方面的用于高压罐的制造方法，衬里的轴向强度被有效地改进，并且减小高压罐的尺寸、重量和成本是可能的。
注意，本发明的上述方面可以不仅被实现为上述的用于高压罐的制造方法而且还被实现为利用上述制造方法制造的高压罐。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中：
图1A和图1B是示意根据本发明的实施例的高压罐的示意性构造的视图；
图2A至图2C是示意用于形成纤维增强塑料层的纤维的各种缠绕方法的视图；
图3A至图3C是示意高压罐的制造方法的一部分的视图；
图4是示出对于根据该实施例的高压罐以及根据第一和第二对照实施例的高压罐在纤维增强塑料层（FRP层）中的环层的位置和高压罐的爆裂压力之间的关联的曲线图；
图5是示出在对于根据该实施例的高压罐和根据第三对照实施例的高压罐的加速循环测试中耐久循环的数目的曲线图；并且
图6是示出对于根据该实施例的高压罐和根据第四对照实施例的高压罐，为了通过预定加速循环测试所需要的纤维增强塑料层的厚度的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。
A.高压罐的构造
图1A和图1B是示意根据本发明的实施例的高压罐10的示意性构造的视图。图1A示出高压罐10的截面视图。另外，图1B示出图1A的局部放大视图。注意，在图1B中，省略了纤维增强塑料层50（在以后描述）的示意。
如在图1A中所示，高压罐10包括衬里40、纤维增强塑料层50和两个端接头14。纤维增强塑料层50覆盖衬里40的表面。每个端接头14具有开口14a。注意，在本实施例中，高压罐10包括两个端接头14；替代地，高压罐10可以包括单个端接头14。
衬里40形成高压罐10的内壳体。衬里40是中空部件并且是所谓的内壳。衬里40的内部具有空间25。空间25存储流体。衬里40具有气体屏障性质并且抑制气体诸如氢气渗透到外部。使用合成树脂诸如尼龙基树脂和聚乙烯基树脂或者金属诸如铝和不锈钢制造衬里40。在本实施例中，使用尼龙基树脂使衬里40一体地成型。可以通过连接多个部件来形成衬里40。
纤维增强塑料层50形成在衬里40的外表面上，并且是利用纤维增强热固性树脂的层。在本实施例中，以细丝缠绕方式形成纤维增强塑料层50。细丝缠绕是利用热固性树脂浸渍的纤维围绕心轴（在本实施例中，衬里40）缠绕并且然后热固性树脂被热固化的方法。注意将在以后描述缠绕纤维的方法。热固性树脂可以是环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。在本实施例中，使用环氧树脂。另外，纤维可以是各种纤维，即，无机纤维诸如金属纤维、玻璃纤维、碳纤维和氧化铝纤维，合成有机纤维诸如聚芳基酰胺纤维，或者天然有机纤维诸如棉花。这些纤维可以单独使用或者可以将两个或更多个类型的纤维混合使用。在本实施例中，使用碳纤维作为纤维。
高压罐10具有圆筒部分20和圆顶部分30。圆筒部分20具有大致圆筒形的形状。圆顶部分30每个都具有圆顶的形状，并且位于圆筒部分20的两侧上。每个圆顶部分30被形成为使得直径随着一部分在沿着衬里圆筒部分42的中心轴线Ax的方向上从圆筒部分20离开而减小。具有最小直径的部分是敞开的，并且端接头14插入在开口中。
如在图1B中所示，衬里40具有衬里圆筒部分42和衬里圆顶部分44。衬里圆筒部分42具有圆筒的形状。衬里圆顶部分44每个都具有圆顶的形状，并且设置在衬里圆筒部分42的两端上。每个衬里圆顶部分44被形成为使得直径随着一部分在沿着衬里圆筒部分42的中心轴线Ax的方向上从衬里圆筒部分42离开而减小。另外，每个衬里圆顶部分44的外表面是均匀应力表面。注意衬里40被如此成型，使得在衬里圆筒部分42和每个衬里圆顶部分44之间的边界部分40b处，衬里圆筒部分42的外表面的切线42f与每个衬里圆顶部分44的外表面的切线44f不连续。换言之，衬里40被如此成型，使得在衬里圆筒部分42和每个衬里圆顶部分44之间的边界部分40b处，衬里圆筒部分42的外表面的切线42f不与每个衬里圆顶部分44的外表面的切线44f一致。进而，换言之，衬里40被如此成型，使得在衬里圆筒部分42和每个衬里圆顶部分44之间的边界部分40b处，每个衬里圆顶部分44的外表面的切线44f相对于衬里圆筒部分42的外表面的切线42f以一定角度θ倾斜。
另外，如根据图1A显而易见地，在高压罐10中的在圆筒部分20和每个圆顶部分30之间的边界部分的位置在沿着中央轴线AX的方向上不同于在衬里40中的在衬里圆筒部分42和衬里圆顶部分44中的相应的一个衬里圆顶部分之间的边界部分40b的位置。
B.用于高压罐的制造方法
在描述用于高压罐10的制造方法之前，将描述用于形成纤维增强塑料层的纤维的一般缠绕方法。
图2A至图2C是示意用于形成纤维增强塑料层的纤维的各种缠绕方法的视图。在本说明书中，将描述环向缠绕和螺旋缠绕。注意，对于螺旋缠绕，将描述低角度螺旋缠绕和高角度螺旋缠绕（在以后描述）。
图2A是示意环向缠绕的视图。图2A示出纤维51以环向缠绕方式围绕衬里40缠绕的状态。“环向缠绕”是如下方法：缠绕纤维51使得纤维51的缠绕方向基本垂直于衬里圆筒部分42的中心轴线AX并且缠绕位置（卷筒15的位置）在沿着中心轴线AX的方向上移动。即，“环向缠绕”是缠绕纤维51使得由中心轴线AX和纤维51的缠绕方向形成的角度α（“缠绕角度α”）基本垂直的方法。注意条件“以环向缠绕方式缠绕的纤维51的缠绕角度基本垂直”包括90度和当纤维的缠绕位置偏离使得纤维并不相互交迭时可能出现的大约90度的角度。以环向缠绕方式形成的层被称为“环层”。
图2B是示意低角度螺旋缠绕的视图。图2B示出以低角度螺旋缠绕方式围绕衬里40缠绕纤维51的状态。“低角度螺旋缠绕”是如下缠绕方法：在纤维51围绕中心轴线AX在衬里圆筒部分42中行进之前，纤维51的缠绕方向在衬里圆顶部分44中的任一个衬里圆顶部分上转向，并且该缠绕方法具有相对小的缠绕角度α。以低角度螺旋缠绕方式形成的层被称为“低角度螺旋层”。
图2C是示意高角度螺旋缠绕的视图。图2C示出以高角度螺旋缠绕方式围绕衬里40缠绕纤维51的状态。“高角度螺旋缠绕”是如下缠绕方法：在纤维51围绕中央轴线AX至少在衬里圆筒部分42上行进之后，纤维51的缠绕方向在衬里圆顶部分44中的任一个衬里圆顶部分上转向，并且该缠绕方法具有相对大的缠绕角度α。以高角度螺旋缠绕方式形成的层被称为“高角度螺旋层”。
图3A至图3C是示意用于高压罐10的制造方法的一部分的视图。图3A到图3C示出高压罐10的局部截面视图。注意省略了衬里圆筒部分42的中心轴线AX的示意；然而，绘图的水平方向是沿着衬里圆筒部分42的中心轴线AX的方向。
首先，制备具有上述形状的衬里40（见图1），将内部压力施加到衬里40，并且然后如在图3A中所示，将利用热固性树脂浸渍的纤维以低角度螺旋缠绕方式围绕衬里圆顶部分44的外表面和衬里圆筒部分42的外表面缠绕以形成低角度螺旋层52（内部螺旋层形成步骤）。注意，在本实施例中，低角度螺旋层52的数目是一个。
随后，如在图3B中所示，将利用热固性树脂浸渍的纤维以环向缠绕方式围绕低角度螺旋层52的外表面在衬里圆筒部分42上缠绕多层以由此形成内部环层54（内部环层形成步骤）。此时，内部环层54被形成为使得，在衬里圆筒部分42上，内部环层54的厚度随着内部环层54的一部分接近在衬里圆筒部分42和每个衬里圆顶部分44之间的边界部分40b而减小。在本实施例中，每次形成单个内部环层54时，环向缠绕的转向位置，即，在内部环层54中的每一层的端部均在沿着中心轴线AX的方向上从边界部分40b（朝向衬里圆筒部分42的中心）偏离。注意，在本实施例中，为了有效地改进衬里40的周向强度，在将内部压力施加到衬里40的状态中在将相对高的张力施加到纤维时形成内部环层54。
接着，如在图3C中所示，通过以低角度螺旋缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维形成的低角度螺旋层（外部螺旋层）和通过以环向缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维形成的环层（外部环层）在每个衬里圆顶部分44的低角度螺旋层52和内部环层54的外表面上交替地层叠以形成混合层56（混合层形成步骤）。注意，在本实施例中，内部螺旋层形成步骤、内部环层形成步骤和混合层形成步骤包括如下步骤：形成低角度螺旋层52、单个内部环层54和混合层56，使得在衬里圆筒部分42上，内部环层54的厚度和在混合层56中的外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着纤维增强塑料层50的厚度方向与衬里40相邻的纤维增强塑料层50的60%的范围内。另外，在形成混合层56时交替地层叠低角度螺旋层（外部螺旋层）和环层（外部环层）不仅包括以单层交替地层叠低角度螺旋层和环层的模式而且还包括以多层交替地层叠低角度螺旋层和环层的模式。当以多个层交替地层叠低角度螺旋层和环层时，交替地层叠的低角度螺旋层和环层的数目可以是相同的或者可以是不同的。
然后，在形成混合层56之后，在低角度螺旋层52、内部环层54和混合层56中包括的热固性树脂被热固化。通过以上制造步骤，完成了高压罐10。
C.实施例的有利效果
将描述根据本实施例的高压罐10的有利的效果。这里，将描述对于高压罐10的爆裂压力、在加速循环测试中的耐久循环的数目和纤维增强塑料层50的厚度的有利的效果。
C1.爆裂压力
图4是示出对于根据该实施例的高压罐10以及根据第一和第二对照实施例的高压罐在纤维增强塑料层（FRP层）中的环层的位置和高压罐的爆裂压力之间的关联的曲线图。虽然在图中没有示出，但是在根据该实施例的高压罐10和根据第一和第二对照实施例的高压罐之间，衬里40的形状、环层和低角度螺旋层的总数等等是相同的，但是，在纤维增强塑料层中的环层的位置是不同的。在图4中，在纤维增强塑料层中的环层的位置意味着：在衬里圆筒部分42上内部环层54的厚度和在混合层56中的外部环层的厚度之和的90%或更多占据纤维增强塑料层的在厚度方向上与衬里40相邻的一部分。
如在图4中所示，在根据该实施例的高压罐10中，在衬里圆筒部分42上内部环层54的厚度和在混合层56中的外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着厚度方向与衬里40相邻的纤维增强塑料层50的60%的范围内。作为其对照，在根据第一对照实施例的高压罐中，在衬里圆筒部分42上，内部环层54的厚度和在混合层56中的外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着厚度方向与衬里40相邻的纤维增强塑料层的100%的范围内。另外，在根据第二对照实施例的高压罐中，在衬里圆筒部分42上，内部环层54的厚度和在混合层56中的外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着厚度方向与衬里40相邻的纤维增强塑料层的80%的范围内。即，如与根据第一和第二对照实施例的高压罐相比较，在根据该实施例的高压罐10中，在纤维增强塑料层中，环层与衬里40相邻地集中层叠。
然后，如在图4中所示，在根据第一对照实施例的高压罐的爆裂压力是1时，根据第二对照实施例的高压罐的爆裂压力是1.02，并且根据该实施例的高压罐10的爆裂压力是1.06。即，在根据该实施例的高压罐10中，如与根据第一对照实施例的高压罐相比较，爆裂压力提高了6%。
C2.加速循环测试
图5是示出对于根据该实施例的高压罐10和根据第三对照实施例的高压罐在加速循环测试中的耐久循环的数目的曲线图。虽然在图中没有示出，但是在根据该实施例的高压罐10和根据第三对照实施例的高压罐之间，衬里40的形状以及内部环层54和混合层56的层构造是相同的。然后，根据该实施例的高压罐10包括低角度螺旋层52，而根据第三对照实施例的高压罐并不包括低角度螺旋层52。
如在图5中所示，在对于根据第三对照实施例的高压罐的加速循环测试中的耐久循环是数目是1时，在对于根据该实施例的高压罐10的加速循环测试中的耐久循环的数目是2.6。即，如与根据第三对照实施例的高压罐相比较，在根据该实施例的高压罐10中，在加速循环测试中耐久循环的数目提高了160%。
C3.纤维增强塑料层的厚度
图6是示出对于根据该实施例的高压罐10和根据第四对照实施例的高压罐，为了通过预定加速循环测试所需要的纤维增强塑料层的厚度的曲线图。虽然在图中没有示出，但是在根据该实施例的高压罐10和根据第四对照实施例的高压罐之间，衬里40的形状和内部环层54的层构造是相同的。然后，根据该实施例的高压罐10包括低角度螺旋层52，而根据第四对照实施例的高压罐并不包括低角度螺旋层52。另外，在根据该实施例的高压罐10和根据第四对照实施例的高压罐之间，改变混合层56的厚度以改变纤维增强塑料层的厚度。
如在图6中所示，在根据第四对照实施例的高压罐中的纤维增强塑料层的厚度是1时，在根据该实施例的高压罐10中的纤维增强塑料层50的厚度是0.6。即，如与根据第四对照实施例的高压罐相比较，在根据该实施例的高压罐10中，为了通过预定的加速循环测试，纤维增强塑料层的厚度能够减小40%。
如上所述，在根据本实施例的、高压罐10的制造方法中，通过内部螺旋层形成步骤增强了衬里40（具体地，衬里圆顶部分44）的强度，并且然后执行内部环层形成步骤，从而即使在将内部压力施加到衬里40的状态中向纤维51施加相对高的张力时执行内部环层形成步骤时，在执行内部环层形成步骤时抑制衬里40的变形也是可能的。进而，在根据本实施例的、高压罐10的制造方法中，显著地呈现提高衬里40的周向强度的效果的环向缠绕（环层）在沿着衬里40的周向方向施加的应力根据厚壁圆筒理论相对大的内层侧处集中地层叠，从而有效地提高衬里40的周向强度是可能的。然后，如在图4和图5中所示，通过经验确认，利用根据本实施例的、高压罐10的制造方法，可以提高高压罐10的可靠性。
另外，如与现有技术相比较，在根据本实施例的、高压罐10的制造方法中，可以有效地利用由纤维增强塑料层50中的每一层展示的、提高高压罐10的强度的效果，从而为了获得等价于现有技术的、高压罐的性能（耐压性和耐久性），如在图6中所示构成纤维增强塑料层50的层的总数可以减小。因此，减小高压罐的尺寸、重量和成本是可能的。另外，为了获得等价于现有技术的、高压罐的性能，当使用在强度或刚度方面是低级的纤维时，减少高压罐的成本是可能的。另外，当构成纤维增强塑料层50的层的数目等于现有技术的数目时，提高高压罐的强度是可能的。另外，当高压罐的外形与现有技术的相同时，增加衬里的容量是可能的。因此，当高压罐填充有燃料气体并且然后安装在例如车辆上时，延长车辆的巡航范围是可能的。
另外，在根据本实施例的用于高压罐10的制造方法中，在内部螺旋层形成步骤和混合层形成步骤中使用低角度螺旋缠绕，从而有效地提高沿着衬里40的中心轴线AX的方向的强度是可能的。另外，如与高角度螺旋缠绕相比较，低角度螺旋缠绕能够减小缠绕的数目，即，纤维51的使用，从而在沿着衬里40的中心轴线AX的方向的强度方面获得相同的强度，从而减小高压罐的尺寸、重量和成本是可能的。
另外，利用根据本实施例的用于高压罐10的制造方法，如在图3B中所示，在内部环层形成步骤中内部环层54的每个边缘被以倾斜形状形成以由此使得抑制在内部环层54的每个边缘处的纤维51的缠绕形状损失成为可能。另外，内部环层54的每个边缘被以倾斜形状形成以在混合层56中形成低角度螺旋层时抑制纤维51的弯曲，即，纤维51的缠绕位置的偏差，以由此使得有效地利用由低角度螺旋层展示的、提高沿着衬里40的中心轴线AX的方向的强度的效果成为可能。
另外，在根据本实施例的用于高压罐10的制造方法中，每个衬里圆顶部分44上的低角度螺旋层52和内部环层54的外表面形成均匀应力表面，从而在这些层的外表面上形成的混合层56中的低角度螺旋层在均匀应力下形成并且可以被有效地利用以提高高压罐10的强度。
D.可替代实施例
以上描述了本发明的实施例；然而，本发明的方面不限于以上实施例。在不偏离本发明的范围的情况下，本发明的方面可以被以各种形式实现。例如，以下可替代实施例是可能的。
D1.第一可替代实施例
在以上实施例中，在纤维增强塑料层50中使用低角度螺旋层52；然而，本发明的方面不限于这种构造。替代低角度螺旋层52地，可以使用高角度螺旋层。这也适用于混合层56中的低角度螺旋层。
D2.第二可替代实施例
在以上实施例中，在衬里圆筒部分42上，内部环层54的厚度和混合层56中的外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着厚度方向与衬里40相邻的纤维增强塑料层的60%的范围内；然而，本发明的方面不限于这种构造。还能够适用的是，在衬里圆筒部分42上，内部环层54的厚度和混合层56中的外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着厚度方向与衬里40相邻的纤维增强塑料层的75%的范围内。
D3.第三可替代实施例
在以上实施例中，纤维增强塑料层50由单个低角度螺旋层52形成；然而，可以基于高压罐10要求的强度和制造高压罐10要求的强度选来择性地设定低角度螺旋层52的数目。这还适用于纤维增强塑料层50中的其它层中的每一层的层构造。
D4.第四可替代实施例
在以上实施例中，通过交替地层叠低角度螺旋层（外部螺旋层）和环层（外部环层）来形成混合层56；然而，本发明的方面不限于这种构造。混合层56只是需要由外部螺旋层和外部环层形成。
D5.第五可替代实施例
在以上实施例中，构成纤维增强塑料层50的热固性树脂和纤维每个由相同的类型形成；然而，至少部分的热固性树脂和纤维可以由不同的类型形成。

Claims (12)

1.一种用于高压罐的制造方法，所述高压罐用于存储流体，所述制造方法的特征在于包括：
制备衬里的步骤，所述衬里具有圆筒部分和圆顶部分，其中所述圆筒部分具有圆筒的形状，而所述圆顶部分具有圆顶的形状并且设置在所述圆筒部分的两端上；以及
纤维增强塑料层形成步骤：以细丝缠绕方式在所述衬里的外表面上形成纤维增强塑料层，其中
所述纤维增强塑料层形成步骤包括：
内部螺旋层形成步骤：通过以螺旋缠绕方式将利用热固性树脂浸渍的纤维缠绕在每个圆顶部分的至少一部分的外表面和所述圆筒部分的外表面上，来形成内部螺旋层；
内部环层形成步骤：通过以环向缠绕方式将利用热固性树脂浸渍的纤维在所述圆筒部分上的所述内部螺旋层的外表面上缠绕多层，来形成内部环层；以及
混合层形成步骤：通过在每个圆顶部分上的内部螺旋层的外表面和内部环层的外表面上层叠外部螺旋层和外部环层来形成混合层，其中所述外部螺旋层通过以螺旋缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维而形成，而所述外部环层通过以环向缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维而形成，并且
所述内部螺旋层形成步骤、所述内部环层形成步骤和所述混合层形成步骤包括如下步骤：形成所述内部螺旋层、所述内部环层和所述混合层，使得在所述圆筒部分上，所述内部环层的厚度和所述外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着所述纤维增强塑料层的厚度方向与所述衬里相邻的所述纤维增强塑料层的75%的范围内。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中
在所述内部螺旋层形成步骤中的所述螺旋缠绕使得在构成所述内部螺旋层的纤维围绕所述衬里的中心轴线在所述圆筒部分的外表面上行进之前，所述纤维的缠绕方向在所述圆顶部分中的任一个圆顶部分上转向。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中
所述内部环层形成步骤包括如下步骤：形成所述内部环层，使得在所述圆筒部分上，所述内部环层的厚度随着所述内部环层的一部分接近在所述圆筒部分和每个圆顶部分之间的边界部分而减小。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其中
所述衬里具有在所述圆筒部分和每个圆顶部分之间的边界部分处的不连续形状，并且
所述内部螺旋层形成步骤和所述内部环层形成步骤包括如下步骤：形成所述内部螺旋层和所述内部环层，使得在每个圆顶部分上的内部螺旋层和内部环层的外表面形成均匀应力表面。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的制造方法，其中
在所述混合层形成步骤中的所述螺旋缠绕使得在构成所述外部螺旋层的纤维围绕所述衬里的中心轴线行进之前，所述纤维的缠绕方向在所述圆顶部分中的任一个圆顶部分上转向。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的制造方法，其中
所述内部螺旋层形成步骤、所述内部环层形成步骤和所述混合层形成步骤包括如下步骤：形成所述内部螺旋层、所述内部环层和所述混合层，使得在所述圆筒部分上，所述内部环层的厚度和所述外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着所述纤维增强塑料层的厚度方向与所述衬里相邻的所述纤维增强塑料层的60%的范围内。
7.一种高压罐，所述高压罐用于存储流体，所述高压罐的特征在于包括：
衬里，所述衬里具有圆筒部分和圆顶部分，其中所述圆筒部分具有圆筒的形状，而所述圆顶部分具有圆顶的形状并且设置在所述圆筒部分的两端上；以及
纤维增强塑料层，所述纤维增强塑料层以细丝缠绕方式形成在所述衬里的外表面上，其中
所述纤维增强塑料层包括：
内部螺旋层，所述内部螺旋层通过将利用热固性树脂浸渍的纤维缠绕在每个圆顶部分的至少一部分的外表面和所述圆筒部分的外表面上而形成；
内部环层，所述内部环层通过以环向缠绕方式将利用热固性树脂浸渍的纤维在所述圆筒部分上的所述内部螺旋层的外表面上缠绕多层而形成；以及
混合层，所述混合层由在每个圆顶部分上的内部螺旋层和内部环层的外表面上的外部螺旋层和外部环层形成，其中所述外部螺旋层通过以螺旋缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维而形成，而所述外部环层通过以环向缠绕方式缠绕利用热固性树脂浸渍的纤维而形成，并且
在所述圆筒部分上，所述内部环层的厚度和所述外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着所述纤维增强塑料层的厚度方向与所述衬里相邻的所述纤维增强塑料层的75%的范围内。
8.根据权利要求7所述的高压罐，其中
在所述内部螺旋层中包括的热固性树脂、在所述内部环层中包括的热固性树脂和在所述混合层中包括的热固性树脂具有相同的类型。
9.根据权利要求7所述的高压罐，其中
在所述内部螺旋层中包括的热固性树脂、在所述内部环层中包括的热固性树脂和在所述混合层中包括的热固性树脂中的至少一个具有不同的类型。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的高压罐，其中
在所述内部螺旋层中包括的纤维、在所述内部环层中包括的纤维和在所述混合层中包括的纤维具有相同的类型。
11.根据权利要求7至9中的任一项所述的高压罐，其中
在所述内部螺旋层中包括的纤维、在所述内部环层中包括的纤维和在所述混合层中包括的纤维中的至少一个具有不同的类型。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的高压罐，其中
在所述圆筒部分上，所述内部环层的厚度和所述外部环层的厚度之和的90%或更多被布置在沿着所述纤维增强塑料层的厚度方向与所述衬里相邻的所述纤维增强塑料层的60%的范围内。
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