DE10163029A1

DE10163029A1 - Hochdruckwasserstofftank und Herstellungsverfahren davon

Info

Publication number: DE10163029A1
Application number: DE10163029A
Authority: DE
Inventors: Koichi Takaku; Shuichi Togasawa; Yasuki Yoshida
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2002-09-12
Also published as: US20020088806A1; JP2002188794A

Abstract

Um zu verhindern, dass Wasserstoff des Wasserstofftanks durchdringt und ein Aufwölbungsphänomen auftrittt, besitzt ein Hochdruckwasserstofftank 10 eine aus hochdichtem Polyethylen hergestellte Auskleidung 11. Eine Schale 12, die durch Wickeln eines faserverstärkten Materials zur Aushärtung hergestellt ist, ist an der Außenseite dieser Auskleidung 11 gebildet, um die Auskleidungssynthese zu verbessern. Eine Wasserstoffbarrierelage 14 ist auf der Innenseite der Auskleidung 11 ausgeschichtet. Diese Wasserstoffbarrierelage 14 verhindert, dass eingefüllter Wasserstoff die Auskleidung 11 nach außen durchdringt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdruckwasserstofftank zum Speichern von Wasserstoff bei hohem Druck und das Herstellungsverfahren davon.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

in den letzten Jahren ist ein elektrisches Brennstoffzellenfahrzeug vom Aspekt der Umwelt bemerkenswert, um die Ausgabemenge von Kohlendioxid zu begrenzen, die globale Erwärmung verursacht usw. Das elektrische Brennstoffzellenfahrzeug ist mit einer Brennstoffzelle ausgestattet, die Elektrizität erzeugt, wobei es Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (OZ) in der Luft elektrochemisch reagieren lässt, und die von der Brennstoffzelle erzeugte Elektrizität wird dem Motor zugeführt, um eine Antriebskraft herzustellen. Dieses elektrische Brennstoffzellenfahrzeug ist mit einem Hochdruckwasserstofftank ausgestattet (einem Hochdruckwasserstoffspeicherbehälter, nachfolgend einfach als "Wasserstofftank" bezeichnet), aus dem Grund, dass, im Vergleich zu Flüssigwasserstoff usw., der Umgang leicht ist usw. Auch ist es das Fahrzeug, das eine Brennkraftmaschine hatte, jedoch das Wasserstofffahrzeug, dessen Brennstoff an der Stelle von Benzin Wasserstoff ist, vom Aspekt der Umwelt her ebenfalls bemerkenswert, und auch dieses Wasserstofffahrzeug ist aus dem gleichen Grund mit einem Wasserstofftank ausgestattet.

Als der Wasserstofftank, der bei einem solchen elektrischen Brennstoffzellenfahrzeug und dem Wasserstofffahrzeug verwendet wird, kam in früheren Tagen ein solcher auf, wie er in Fig. 7 angegeben ist. Wie in Fig. 7 angegeben, ist ein Wasserstofftank 20 mit einem Körper eines Behälters ausgestattet.

Ein Wasserstofftank 20 besitzt ein hochdichtes Harz ausgezeichneter Verarbeitung, hoher mechanischer Festigkeit und hoher Undurchlässigkeit für Wasserstoff, wie etwa eine tonnenförmige Harzauskleidung 21, die aus hochdichtem Polyethylen hergestellt ist. Eine Carbonfaser, als faserverstärktes Material, ist um diese Auskleidung 21 herumgewickelt, um eine Schale 22 zu bilden, um die Festigkeit zu verbessern. Ferner sind eine Decknabe 23A und eine Endnabe 23B an einem vorderen bzw. hinteren Abschnitt der Auskleidung 21 angeordnet. Ferner ist ein Tankeingangs-Solenoidventil SV in der Decknabe 23A installiert.

Da der Wasserstofftank 20 mit einem solchen Körper eines Behälters ausgestattet ist, ist er im Vergleich zu einem aus Stahl oder Aluminium hergestellten Tank sehr leichtgewichtig, wobei er bevorzugt für ein elektrisches Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Wasserstofffahrzeug mit einem großen Bedarf an Leichtgewichtigkeit verwendet wird. Zu diesem Zweck sollte die Aktualität der Verwendung eines in Fig. 7 gezeigten Wasserstofftanks 20 für ein elektrisches Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Wasserstofffahrzeug verbessert werden.

Jedoch wird als Auskleidung 21 in dem herkömmlichen Wasserstofftank ein hochdichtes Polyethylen verwendet. Dieses hochdichte Polyethylen kann eine luftdichte Eigenschaft für Erdgas usw. aufzeigen, das pin relativ großes Molekulargewicht hat, wobei aber Wasserstoff, der ein kleines Molekulargewicht hat, dieses Polyethylen durchdringt, solange nicht die Dicke einer Auskleidung 21 vergrößert wird. Da es nicht erwünscht ist, dass Wasserstoff zur Außenseite des Wasserstofftanks hindurchdringt, war die herkömmliche Gegenmaßnahme, eine Lage der Auskleidung 21 dick zu machen.

Obwohl man eine Lage der Auskleidung 21 dick machte, bestand jedoch das Problem, dass Wasserstoff, der zur Außenseite des Wasserstofftanks 20 dringt, unvermeidbar sein kann, da ein Wasserstoffdurchtritt nicht vollständig verhindert werden kann, und es entsteht auch das Problem, dass das Gewicht zunimmt. Wenn ferner Wasserstoff in den Wasserstofftank 20 in Quantitäten eingefüllt wird und sich in dem Hochdruckzustand befindet, oder wenn die Wasserstoffimpermeabilität einer Schale 22 höher ist als die einer Auskleidung 21, würde Wasserstoff mit dem hohen Druck zwischen der Auskleidung 21 und der Schale 22 verbleiben. Wenn der Druck durch plötzliche Abnahme des Wasserstoffs im Wasserstofftank 20 sinkt, indem das Tankeingangs-Solenoidventil SV in dem Zustand öffnet, dass Wasserstoff zwischen dieser Auskleidung 21 und einer Schale 22 verbleibt, dehnt sich der zwischen einer Auskleidung 21 und einer Schale 22 verbleibende Wasserstoff aus. Infolgedessen verformt und durchbricht der ausgedehnte Wasserstoff eine Auskleidung 21, sodass das Risiko eines sogenannten Aufwölbungsphänomens auftrat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Durchdringen von Wasserstoff eines Wasserstofftanks und ein Auftreten eines Aufwölbungsphänomens zu verhindern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Hochdruckwasserstofftank gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung, der das Ziel erreicht, ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Harzbehälterkörper besitzt, in dessen Innenseite Hochdruckwasserstoff gefüllt wird, und eine Wasserstoffbarrierelage, die ein Material hoher Undurchlässigkeit für Wasserstoff aufweist, auf die Innenseite des Behälterkörpers aufgeschichtet ist.

In der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 ist die Wasserstoffbarrierelage aus einem Material, das eine hohe Wasserstoffimpermeabilität hat, auf der Innenseite eines Behälterkörpers ausgebildet. Anders gesagt, ist diese Lage ein Material mit der Eigenschaft, für Wasserstoff kaum permeabel zu sein, das eine höhere Impermeabilität als die eines Behälterkörpers hat. Zu diesem Zweck kann in den Hochdruckwasserstofftank gefüllter Wasserstoff sicher daran gehindert werden, den Tank nach außen zu durchdringen. In diesem Fall kann bevorzugt als einen Behälterkörper aufweisendes Harz ein hochdichtes Polyethylen, ein hochdichtes Polypropylen usw. verwendet werden, wegen der geeigneten Festigkeit, der geringen Kosten, der leichten Verarbeitung und, was schwerer wiegt, der relativ hohen Luftdichtigkeit.

Wenn zusätzlich eine Barrierelage an der Außenseite eines Behälterkörpers vorgesehen ist, tritt ein Aufwölbungsphänomen auf, sodass Wasserstoff zwischen der Barrierelage und einem Behälterkörper verbleibt, sodass sich der Behälterkörper verformt und durch die Dekompression bricht. Jedoch sieht die vorliegende Erfindung eine Barrierelage an der Innenseite eines Behälterkörpers vor, sodass dieses Aufwölbungsphänomen niemals auftritt.

Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 2 ist ein in Anspruch 1 beschriebener Hochdruckwasserstofftank, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Behälterkörpers durch ein faserverstärktes Material verstärkt ist.

Es besteht die Möglichkeit, dass das Aufwölbungsphänomen auftritt, wenn der Wasserstoff zwischen den Behälterkörper und ein faserverstärktes Material eindringt unter der Bedingung, dass die Außenseite des Behälterkörpers durch ein faserverstärktes Material verstärkt ist.

Andererseits wird gemäß der vorliegenden Erfindung von Anspruch 2 ein für Wasserstoff hochimpermeables Material auf die Innenfläche des Behälterkörpers des Hochdruckwasserstofftanks geschichtet, wobei die Außenseite des Behälterkörpers durch das faserverstärkte Material verstärkt ist. Diese Wasserstoffimpermeabilität des Materials ist höher als die eines Behälterkörpers. Aus diesem Grund kann unter der Bedingung, dass Wasserstoff kaum zwischen einen Behälterkörper und ein faserverstärktes Material eindringen kann, das Auftreten eines Aufwölbungsphänomens wirkungsvoll verhindert werden. Aus der Perspektive des geringen Gewichts, der Festigkeit, der Verarbeitung und Verhinderung eines Aufwölbungsphänomens umfasst eine Wasserstoffimpermeabilität die Aufeinanderfolge hoher Wasserstoffimpermeabilität, die bei der Wasserstoffbarrierelage am höchsten ist, die eines Behälterkörpers am zweithöchsten ist und die eines faserverstärkten Materials am dritthöchsten ist.

Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 3 ist ein in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beschriebener Hochdruckwasserstofftank, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus der Wasserstoffbarrierelage gebildetes Material aus Synthetikgummi hergestellt ist.

Nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 3 ist eine Wasserstoffbarrierelage durch Synthetikgummi gebildet, der bevorzugt als Wasserstoffbarrierelage verwendet wird. Da der Synthetikgummi intermolekular eingedickt ist, ist die Wasserstoffimpermeabilität sehr hoch. Demzufolge ist es bevorzugt, dies als Material zur Bildung eines Wasserstoffbarrierelage zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 4 ist das Herstellungsverfahren eines Hochdruckwasserstofftanks, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 3 beschrieben ist, gekennzeichnet durch das Auftragen einer Beschichtung der Wasserstoffbarrierelage auf die Innenseite des Behälterkörpers.

Nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 4 wird die Wasserstoffbarrierelage direkt auf die Innenseite des Behälterkörpers aufgetragen. Dieses Verfahren bildet bei der Aufschichtung der Wasserstoffbarrierelage separat eine Wasserstoffbarrierelage, und demzufolge kann ein Hochdruckwasserstofftank leicht hergestellt werden im Vergleich zu etwa das Aufkleben auf die Innenseite eines Behälterkörpers.

Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 5 ist das Herstellungsverfahren eines Hochdruckwasserstofftanks, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 3 beschrieben ist, gekennzeichnet durch das Anordnen eines Dehnungselements, das aus einem die Wasserstoffbarrierelage aufweisenden Material hergestellt ist, auf die Innenseite des Behälterkörpers im durch den Einstrom von Luft aufpumpbaren Zustand, und Fließen von Luft in ein Material, das die Wasserstoffbarrierelage aufweist, um in der Innenseite des Behälterkörpers aufzupumpen und aufzuschichten.

Wenn nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 5 ein Behälterkörper gebildet wird, wird in der Innenseite ein Dehnungselement angeordnet, das aus einem eine Wasserstoffbarrierelage aufweisenden Material hergestellt ist. Das Aufpumpen dieses Dehnungselements gestattet es, dass sich die Wasserstoffbarrierelage auf die Innenseite eines Behälterkörpers aufschichtet. Da keine Beschichtung notwendig ist, um eine Wasserstoffbarrierelage aufzuschichten, kann daher die Wasserstoffbarrierelage leichter ausgebildet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine teilperspektivische aufgeschnittene Draufsicht eines elektrischen Brennstoffzellenfahrzeugs, das mit einem Wasserstofftank ausgestattet ist.

Fig. 2 ist eine teilgeschnittene Vorderansicht eines Wasserstofftanks.

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Angabe der Beziehung der Durchdringungsgeschwindigkeit von Wasserstoff zum Durchdringen, eines Drucks und von Wasserstoff aus einem Wasserstofftank.

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Angabe der Beziehung der Durchdringungsgeschwindigkeit von Wasserstoff zum Durchdringen, einer Temperatur und von Wasserstoff aus einem Wasserstofftank.

Fig. 5 ist ein Prozessdiagramm zur schematischen Angabe des ersten Herstellungsverfahrens eines Wasserstofftanks.

Fig. 6 ist eine teilgeschnittene Vorderansicht zur schematischen Angabe des zweiten Herstellungsverfahrens eines Wasserstofftanks.

Fig. 7 ist eine teilgeschnittene Vorderansicht eines herkömmlichen Wasserstofftanks.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Es folgt eine detaillierte Erläuterung der Ausführung in Bezug auf die vorliegende Erfindung.

Fig. 1 ist eine teilperspektivische aufgeschnittene Draufsicht eines mit einem Wasserstofftank ausgestatteten elektrischen Brennstoffzellenfahrzeugs.

Ein in Fig. 1 angegebenes Fahrzeug ist ein elektrisches Brennstoffzellenfahrzeug F, wobei ein Wasserstofftank 10 am oberen Abschnitt des Hinterrads des Heckteils des Fahrzeugs quer installiert ist. Ferner ist dieses elektrische Brennstoffzellenfahrzeug F mit einer Brennstoffzelle und einem Motor zu Fahrzwecken (nicht gezeigt) ausgestattet. Wasserstoff wird in die Brennstoffzelle aus einem Wasserstofftank 10 geliefert, um Elektrizität zu erzeugen, indem Sauerstoff und Wasserstoff in der Luft elektrochemisch reagieren gelassen wird. Die erzeugte elektrische Energie wird einem Motor zu Fahrzwecken zugeführt, sodass das elektrische Brennstoffzellenfahrzeug F fährt.

Wie in Fig. 2 angegeben, ist der Wasserstofftank 10 ein Hochdruckwasserstoffspeicherbehälter mit Tonnenprofil, der mit einer Auskleidung 11 und einer Schale 12 ausgestattet ist, die ein Harzbehälterkörper sind. Ferner ist eine jeweilige Nabe 13 sowohl am Vorder- als auch am Hinterabschnitt des Behälterkörpers ausgebildet, und zusätzlich ist eine Wasserstoffbarrierelage 14 auf die Innenseite des Behälterkörpers aufgeschichtet.

Die Auskleidung 11 weist als Material ein hochdichtes Polyethylen auf. Ein hochdichtes Polyethylen besitzt nicht nur die Eigenschaft geringen Gewichts und hoher mechanischer Festigkeit, sondern ist auch ein Material, das in der Lage ist, trotz des geringen Gewichts eine Konfiguration als Tank ausreichend einzuhalten. Dies ermöglicht, dass ein Tank, im Vergleich zu einem Stahltank, signifikant leichter ist.

Diese Auskleidung 11 hat eine Tonnenform, die auf der form des Wasserstofftanks 10 beruht. Ferner spielt die Auskleidung 11 eine Rolle bei der Absicherung der Luftdichtigkeit (einer Eigenschaft als Gasbarriere) in dem Wasserstofftank 10. Da jedoch das Molekulargewicht von Wasserstoff gering ist, ist hochdichtes Polypropylen in gewissem Ausmaß luftdicht, zeigt jedoch keine ausreichend gute Luftdichtigkeit, um Wasserstoff vollständig abzusperren. Jedoch lässt sich eine ausgezeichnete Luftdichtigkeit erreichen, indem man die Dicke der Verkleidung 11 vergleichsweise dick macht, wie etwa 10 mm.

Die Auskleidung 11 besitzt einen Vorderrand 11A, einen Hinterrand 11B und einen Schalenabschnitt 11C, der zwischen beiden Rändern 11A und 11B angeordnet ist. Beide Ränder 11A und 11 B haben eine Pfannenform, um sich jeweils zur einen Seite zu öffnen, und der Schalenabschnitt 11C hat eine zylindrische Form. Ferner ist der Durchmesser beider Ränder von 11A und 11B gleich einem Durchmesser des Schalenabschnitts 11C. Die jeweiligen Öffnungen beider Ränder 11A und 11B sind einander gegenüberliegend angeordnet, um einen Schalenabschnitt 11C einzuklemmen, um eine Wärmeverschmelzung zwischen der Öffnung eines Vorderrands 11A und einer Seitenöffnung des Schalenabschnitts 11C herzustellen. Ähnlich wird eine Wärmeverschmelzung zwischen der Öffnung eines Hinterrands 11B und der anderen Seitenöffnung des Schalenabschnitts 11C hergestellt. Durch diesen Abschnitt, der durch Wärmeverschmelzung hergestellt ist, werden beide Randabschnitte 11A und 11B und der Schalenabschnitt 11C miteinander verbunden, um die Auskleidung 11 zu integrieren.

Die Schale 12 ist aus einem faserverstärkten Material gebildet, wie etwa FVK, und ist um die Auskleidung 11 herumgewickelt, um die Stabilität der Auskleidung 11 zu verstärken. Wasserstoff wird in den Wasserstofftank 10 durch extrem hohen Druck von etwa maximal 25 MPa befüllt. Diese Kapazität liegt jenseits der Auskleidung 11 für die Stabilität und Haltbarkeit, und daher kann die Bildung einer Schale 12 kompensieren, um diese Stabilität und Haltbarkeit zu verbessern. Nach dem Wickeln einer durch Epoxyharz klebenden Carbonfaser um die Auskleidung 11 herum wird diese Schale 12 durch Aushärtung von Epoxyharz gebildet. Falls eine Carbonfaser um die Auskleidung 11 herumgewickelt wird, dreht sich die Auskleidung 11 um die Nabe 13 als Tragwelle.

Die Nabe 13 ist mit einer Decknabe 13A und einer Endnabe 13B ausgestattet. Sowohl die Decknabe 13A als auch die Endnabe 13B sind aus einem Material gebildet, wie etwa Aluminiumlegierung, mit geringem Gewicht und hoher mechanischer Festigkeit. Die Decknabe 13A besitzt ein Durchgangsloch und hat eine zylindrische Form, die an der einen Seite der Randspitze mit einem Flanschabschnitt ausgestattet ist. Die Decknabe 13A ist an der Mitte des Vorderrands 11A in einer Auskleidung 11 als vorstehender Zylinderabschnitt befestigt.

Ein Durchgangsloch in einer Decknabe 13A ist verjüngt, um ein Tankeingangs-Solenoidventil SV anzubringen. Das Durchgangsloch spielt eine Rolle der Ausström- und Einströmöffnung für Wasserstoff einschließlich dem Befüllen und Abgeben von Wasserstoff.

Andererseits besitzt die Endnabe 13B einen konkaven Abschnitt, der eine zylindrische Form hat, die an der einen Randseite mit einem Flanschabschnitt ausgestattet ist. Die Endnabe 13B ist befestigt, sodass ein zylindrischer Abschnitt in der Mitte des Hinterrands 11B an der Auskleidung 11 vorsteht.

Ferner ist ein konkaver Abschnitt der Endnabe 13B verjüngt, um eine Tragwelle (nicht gezeigt) anbringen zu können. Diese Tragwelle dient zur Drehung der Auskleidung 11, wenn eine Carbonfaser um eine Auskleidung 11 herumgewickelt wird.

Da der Wasserstofftank 10 nach der Formung einer Schale 12 an einem Umfang einer Auskleidung 11, legt eine Decknabe 13A einen flanschförmigen spitzen Randabschnitt im Wasserstofftank 10 frei und es steht ein zylindrischer Abschnitt über die Außenseite des Wasserstofftanks 10 vor, um eine Luftdichtigkeit sicherzustellen, und wird befestigt. Andererseits legt auch die Endnabe 13B einen flanschförmigen spitzen Rand im Wasserstofftank 10 frei und es steht ein zylindrischer Abschnitt über die Außenseite des Wasserstofftanks 10 vor, um die Luftdichtigkeit sicherzustellen, und wird befestigt.

Das Tankeingangs-Solenoidventil SV besitzt eine Konstruktion, die mit einem Einwegventil ausgestattet ist, für eine magnetische Betätigung des EIN/AUS-Ventils. Das magnetisch betätigte EIN/AUS-Ventil ist mit einem Wasserstoffzufuhrrohr verbunden, um Wasserstoff in eine Brennstoffzelle zu leiten. Und auf der Basis der Steuerung einer Steuereinheit (nicht gezeigt) wird ein EIN (offen) und AUS (geschlossen) ausgeführt, wobei in dem EIN-Zustand Wasserstoff in dem Wasserstofftank 10 in das Wasserstoffzufuhrrohr (eine Brennstoffzelle) ausgegeben wird. Andererseits wird im AUS-Zustand die Wasserstoffausgabe unterbrochen. In Fig. 1 ist ein Einwegventil mit einer Wasserstoffeinfüllöffnung (nicht gezeigt) des elektrischen Brennstoffzellenfahrzeugs verbunden.

Anschließend bewirkt das Ausüben eines höheren Drucks als dem Innendruck des Wasserstofftanks 10, dass sich ein Einwegventil unabhängig vom Zustand des magnetisch betätigten EIN/AUS-Ventils öffnet. Andererseits bewirkt, wenn nur ein niedrigerer Druck als in dem Wasserstofftank 10 anliegt, dass das Einwegventil schließt (gewöhnlich geschlossen). Die Befüllung mit Wasserstoff erfolgt über dieses Einwegventil. Anders gesagt, arbeitet das magnetisch betätigte EIN/AUS-Ventil, wenn Wasserstoff ausgegeben wird, und das Einwegventil arbeitet, wenn mit Wasserstoff eingefüllt wird.

Die Wasserstoffbarrierelage 14 ist für Wasserstoff hoch undurchlässig, in anderen Worten ist es ein Material mit niedrigem Gaspermeabilitätskoeffizient und ist aus einem Material gebildet, das bei der Gebrauchstemperatur für den Wasserstofftank 10 eine hohe Undurchlässigkeit für Wasserstoff aufweist. Konkret wird bevorzugt als dieses Material ein Synthetikgummi, wie etwa Stickstoff-Gummi (NBR), Fluorgummi (FKM), hydrogenierten Stickstoffgummi (NEM) usw., verwendet. Als anderes Beispiel ist auch hochluftdichtes Harz, wie etwa Nylon, verwendbar.

Ferner ist eine stabile Schalenform 15, die aus Polyurethan hergestellt ist, an dem Schulterabschnitt der Vorder- und Rückseite der Schale 12 angebracht. Es folgt eine Erläuterung der Funktion eines Wasserstofftanks mit der obigen Konstruktion.

In Bezug auf den Wasserstofftank 10 der vorliegenden Erfindung wird Wasserstoff in den Wasserstofftank 10 über das Tankeingangs-Solenoidventil SV eingefüllt. Das Einfüllen von Wasserstoff in den Wasserstofftank 10 bewirkt, dass die Innenseite des Wasserstofftanks 10 einem extrem hohen Druck von angenähert maximal 25 MPa ausgesetzt wird. Wasserstoffmoleküle versuchen, durch diesen Druck eine Auskleidung 11 und eine Schale 12 zu durchdringen. Jedoch ist die Wasserstoffbarrierelage 14, die für Wasserstoff undurchlässig ist, in dem Wasserstofftank 10 ausgebildet. Da diese nicht erlaubt, dass Wasserstoff in dem Wasserstofftank 10 die Wasserstoffbarrierelage 14 durchdringt, kann eine Wasserstoffdurchdringung aus dem Wasserstofftank 10 verhindert werden.

Ferner dringt wegen der Wasserstoffbarrierelage 14 Wasserstoff nicht zwischen eine Auskleidung 11 und eine Schale 12 ein, weil diese auf die Innenseite der Auskleidung 11 aufgeschichtet ist. Auch wenn daher z. B. der Druck innerhalb des Wasserstofftanks 10 durch plötzliche Wasserstoffentleerung aus dem Inneren des Wasserstofftanks 10 abnimmt, kann niemals ein Aufpumpen von Wasserstoff zwischen einer Auskleidung 11 und einer Schale 12 auftreten. Demzufolge kann ein Aufwölbungsphänomen sicher verhindert werden.

Das Folgende ist nun eine Beschreibung des Effekts der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Fig. 3 und 4. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben das Experiment ausgeführt, um die Wasserstoffimpermeabilität in dem Wasserstofftank in Bezug auf die vorliegende Erfindung zu untersuchen. Das Experiment wurde unter Verwendung des in dieser Ausführung angegebenen Wasserstofftanks 10 ausgeführt. Konkret wurde die Wasserstoffmenge (die Durchdringungsgeschwindigkeit), die von dem Wasserstofftank 10 pro Stunde durchdringt, bei veränderlichem Druck und veränderlicher Temperatur in dem Wasserstofftank 10 gemessen.

Ferner wurde auch in ähnlicher Weise für den in Fig. 7 angegebenen herkömmlichen Wasserstofftank 20 die Wasserstoffmenge, die aus dem Wasserstofftank 20 durchdringt, bei veränderlichem Druck und veränderlicher Temperatur in dem Wasserstofftank 20 gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt. Wie in Fig. 3 angegeben, nimmt in dem Wasserstofftank 20 nach dem Stand der Technik, wenn der Druck in dem Wasserstofftank 20 zunimmt, die Durchdringungsgeschwindigkeit von Wasserstoff proportional zur Druckzunahme zu. Demzufolge nimmt die Wasserstoffmenge zu, wenn der Durchdringungsdruck in dem Wasserstofftank 20 stark zunimmt.

Andererseits war im Falle des Wasserstofftanks 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, obwohl die Temperatur in dem Wasserstofftank 10 erhöht wurde, eine Durchdringungsgeschwindigkeit von Wasserstoff aus dem Wasserstofftank 10 nur leicht erhöht.

Die Ergebnisse stellten sicher, dass Wasserstoff kaum aus dem Wasserstofftank 10 dringt, obwohl der Druck in dem Wasserstofftank 10 erhöht wird.

Darüber hinaus wird, wie in Fig. 4 gezeigt, in dem Wasserstofftank 20 gemäß dem Stand der Technik, wenn die Temperatur im Wasserstofftank erhöht wird, die Durchdringungsgeschwindigkeit von Wasserstoff beschleunigt, um bei zunehmender Temperatur zuzunehmen. Daher nimmt die Wasserstoffmenge zu, wenn der Durchdringungsdruck in dem Wasserstofftank 20 stark zunimmt. Andererseits wurde im Falle des Wasserstofftanks 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, obwohl die Temperatur in dem Wasserstofftank 10 erhöht wurde, eine Durchdringungsgeschwindigkeit von Wasserstoff aus dem Wasserstofftank 10 nur leicht erhöht. Die Ergebnisse stellten sicher, dass Wasserstoff kaum aus dem Wasserstofftank 10 dringt, obwohl die Temperatur in dem Wasserstofftank 10 erhöht wird.

Anschließend folgt die Erläuterung des Herstellungsverfahrens des Wasserstofftanks gemäß der vorliegenden Erfindung. Zu allererst wird das erste Herstellungsverfahren erläutert. Das erste Herstellungsverfahren ist in Fig. 5(a) angegeben, um separat einen Vorderrand 11A, einen Hinterrandabschnitt 11B und einen Schalenabschnitt 11C, die eine Auskleidung 11 aufweisen, etwa durch Spritzguss, zu bilden. Hiervon wird die Decknabe 13A in dem Vorderrandabschnitt 11A ausgebildet, und andererseits wird die Endnabe 13B in dem Hinterrand 11B ausgebildet. Zweitens wird ein Synthetikgummi, der die Wasserstoffbarrierelage 14 bildet und für Wasserstoff undurchlässig ist, auf die Innenseite des Vorderrands 11A, des Hinterrands 11B und des Schalenabschnitts 11C jeweils zur Beschichtung gesprüht.

Anschließend wird die Wärmeverschmelzung zwischen der Öffnung eines Vorderrands 11A und einer Seitenöffnung eines Schalenabschnitts 11C der Auskleidung 11 und zwischen der Öffnung eines Hinterrands 11B und der anderen Seitenöffnung eines Schalenabschnitts 11C der Auskleidung 11 jeweils hergestellt. Auf diese Weise wird die Auskleidung 11 konfiguriert, in der an der Innenseite eine Wasserstoffbarrierelage 14 ausgebildet ist.

Nachdem die Auskleidung 11 gebildet wurde, wird anschließend, wie in Fig. 5(b) gezeigt, bei rotierender Auskleidung 11, eine Kohlenstofffaser, die eine Schale 12 aufweist, um die Außenseite einer Auskleidung 11 gewickelt, worin ein Epoxyharz daran anhaftet. Nachdem auf diese Weise eine Kohlenstofffaser um die gesamte Außenseite der Auskleidung 11 herumgewickelt ist, wird ein Epoxyharz ausgehärtet, um eine Schale 12 zu bilden.

Nachdem eine Schale 12 gebildet ist, das Tankeingangs-Solenoidventil SV an dem Vorderrand 11A der Auskleidung 11 angebracht ist, werden zusätzlich stabile Schalenformen 15 an einem Schulterabschnitt an Vorder- und Rückseite einer Schale 12 angebracht. Auf diese Weise wird der Wasserstofftank 10 ausgebildet. Bevor auf diese Weise eine Auskleidung 11 gebildet wird, gestattet eine Beschichtung eines Materials, das eine Wasserstoffbarrierelage 14 bildet, auf die Innenseite eine leichte Ausbildung einer Wasserstoffbarrierelage 14 innerhalb einer Auskleidung 11.

Anschließend folgt die Erläuterung des zweiten Herstellungsverfahrens. Wie in dem ersten Herstellungsverfahren dient das zweite Herstellungsverfahren zur separaten Bildung eines Vorderrands 11A, eines Hinterrandabschnitts 11B und eines Schalenabschnitts 11C, die eine Auskleidung 11 aufweisen, wie etwa durch Spritzguss. Auch in dem zweiten Herstellungsverfahren, wie in Fig. 6 angegeben, parallel hierzu, wird durch ein Material, das eine Wasserstoffbarrierelage 14 aufweist, ein ballraumförmiges Expansionselement 14A durch ein Material gebildet, das eine Wasserstoffbarrierelage 14 aufweist. Dieses Expansionselement 14A dient zum Aufpumpen durch den Einstrom von Luft. Anschließend wird die Wärmeverschmelzung zwischen der Öffnung eines Vorderrands 11A und einer Seitenöffnung eines Schalenabschnitts 11C der Auskleidung 11 und zwischen der Öffnung eines Hinterrands 11B und der anderen Seitenöffnung eines Schalenabschnitts 11C der Auskleidung 11 jeweils unter dem Zustand durchgeführt, dass diese Lufteinströmöffnung des Expansionselements 14A an der Decknabe 13A des Vorderrands 11A angebracht wird, der eine Auskleidung 11 aufweist. Auf diese Weise wird eine Auskleidung 11 gebildet. Nach der Bildung einer Auskleidung 11 wird Luft von einer Einlassöffnung des Expansionselements 14A zugeführt, um das Expansionselement 14A aufzupumpen. Wenn das Expansionselement 14A aufgepumpt ist, verschließt dieses Expansionselement 14A zusammen die Innenseite einer Auskleidung 11 zu einem Zustand, in dem es die Innenseite der Auskleidung 11 abdeckt. Folglich, das Expansioiselement 14A und die Auskleidung 11 sind als Beispiel verbunden, ist eine Wasserstoffbarrierelage 14 auf die Innenseite der Auskleidung 11 aufgeschichtet.

Wenn auf diese Weise die Wasserstoffbarrierelage 14 in der Innenfläche der Auskleidung 11 aufgeschichtet wird, erfolgt das Aufwickeln einer Kohlenstofffaser, die eine Schale 12 aufweist, um die Außenfläche der Auskleidung 11 bei Rotation einer Auskleidung 11 in der gleichen Weise des ersten Herstellungsverfahrens. Wickeln der Kohlenstofffaser um die gesamte Außenfläche der Auskleidung 11 auf diese Weise, Aushärten des Epoxyharzes zur Bildung einer Schale 12.

Wenn die Schale 12 gebildet ist, während gleichzeitiger Anbringung des Tankeingangs-Solenoidventils SV an dem Vorderrand 11A der Auskleidung 11, werden stabile Schalenformen 15 an einem Schulterabschnitt in der Vorder- und Rückseite einer Schale 12 angebracht.

Auf diese Weise wird der Wasserstofftank 10 gebildet. Wenn die Auskleidung 11 gebildet wird, bewirkt das Aufschichten der Wasserstoffbarrierelage 14 durch Aufpumpen eines Expansionselements 14A ein leichtes Herstellungsverfahren, weil kein Prozess zum Beschichten eines Materials vorhanden ist, das eine Wasserstoffbarrierelage 14 aufweist, im Vergleich zum ersten Herstellungsverfahren.

Oben erwähnt war die Erläuterung einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführung beschränkt ist. Obwohl das Beispiel der Ausrüstung eines Wasserstofftanks mit einem elektrischen Brennstoffzellenfahrzeug erläutert wurde, ist z. B. eine andere Verwendung verfügbar. Ferner ist natürlich auch ein anderes Verfahren zur Herstellung eines Wasserstofftanks akzeptabel, anstatt des einen in der Ausführung angegebenen Verfahrens.

Darüber hinaus kann etwa auch Naturgummi anstatt von Synthetikgummi als Material verwendet werden, das die Wasserstoffbarrierelage aufweist. Da jedoch Naturgummi weniger überragend ist als Synthetikgummi im Hinblick etwa auf Feuerfestigkeit, ist die Verwendung eines Synthetikgummis bevorzugt. Andererseits ist bei der Bildung einer Wasserstoffbarrierelage in der Innenseite der Auskleidung eine Beschichtung eines Rohmaterials verfügbar, das eine Wasserstoffbarrierelage bildet. Ferner ist es natürlich nicht erforderlich zu sagen, dass die Bildung einer Wasserstoffbarrierelage auf der gesamten Innenfläche der Auskleidung bevorzugt ist, wobei jedoch auch die Bildung auf einem Abschnitt der Innenseite einer Auskleidung verfügbar ist.

Wie oben beschrieben, kann, nach der Erfindung in Bezug auf Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung, sicher verhindert werden, dass in einen Hochdruckwasserstofftank gefüllter Wasserstoff zur Außenseite dringt.

Nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 2 bewirkt dies die Herstellung des Zustands, dass Wasserstoff kaum zwischen einen Behälterkörper und ein faserverstärktes Material eindringen kann, wodurch daher ein Aufwölbungsphänomen wirkungsvoll verhindert werden kann.

Da nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 3 ein Synthetikgummi als Material zur Bildung der Wasserstoffbarrierelage verwendet wird, kann eine hohe Undurchlässigkeit für Wasserstoff erhalten werden, die das Durchdringen von Wasserstoff sicher verhindern kann.

Nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 4 kann ein Hochdruckwasserstofftank leicht hergestellt werden. Nach der vorliegenden Erfindung von Anspruch 5 kann ein Hochdruckwasserstofftank leichter hergestellt werden.

Um zu verhindern, dass Wasserstoff des Wasserstofftanks durchdringt und ein Aufwölbungsphänomen auftritt, besitzt ein Hochdruckwasserstofftank 10 eine aus hochdichtem Polyethylen hergestellte Auskleidung 11. Eine Schale 12, die durch Wickeln eines faserverstärkten Materials zur Aushärtung hergestellt ist, ist an der Außenseite dieser Auskleidung 11 gebildet, um die Auskleidungssynthese zu verbessern. Eine Wasserstoffbarrierelage 14 ist auf der Innenseite der Auskleidung 11 aufgeschichtet. Diese Wasserstoffbarrierelage 14 verhindert, dass eingefüllter Wasserstoff die Auskleidung 11 nach außen durchdringt.

Claims

1. Hochdruckwasserstofftank, der einen Harz-Behälterkörper aufweist, in dessen Innenseite Hochdruckwasserstoff gefüllt wird, und eine Wasserstoffbarrierelage, die aus einem Material höherer Undurchlässigkeit für Wasserstoff als der des Behälterkörpers hergestellt ist, auf die Innenseite des Behälterkörpers aufgeschichtet ist.

2. Hochdruckwasserstofftank nach Anspruch 1, worin die Außenseite des Behälterkörpers durch ein faserverstärktes Material verstärkt ist, und eine Impermeabilität für Wasserstoff die Aufeinanderfolge hoher Impermeabilität für Wasserstoff hat, die in der Wasserstoffbarrierelage am höchsten ist, im Behälterkörper am zweithöchsten ist und im faserverstärkten Material am dritthöchsten ist.

3. Hochdruckwasserstofftank nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das die Wasserstoffbarrierelage bildende Material aus einem Synthetikgummi hergestellt ist.

4. Herstellungsverfahren eines Hochdruckwasserstofftanks nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Wasserstoffbarrierelage auf die Innenseite des Behälterkörpers aufgeschichtet wird.

5. Herstellungsverfahren eines Hochdruckwasserstofftanks nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Positionieren eines Expansionselements, das aus einem die Wasserstoffbarrierelage bildenden Material hergestellt ist, innerhalb des Behälterkörpers im durch den Einstrom von Luft aufpumpbaren Zustand, und, nach dem Aufpumpen durch den Einstrom von Luft, Aufschichten eines Materials, das die Wasserstoffbarrierelage bildet, auf die Innenseite des Behälterkörpers.