DE102017127853A1 - Hochdrucktank - Google Patents

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Abstract

Ein Hochdrucktank (100) umfasst eine Auskleidung (10), eine Trennmittelschicht (30), die auf einer Oberfläche der Auskleidung (10) angeordnet ist, sowie eine Verstärkungsschicht (40), die auf der Trennmittelschicht (30) ausgebildet ist. Die Verstärkungsschicht (40) umfasst ein Harz sowie eine Faser (CF). Die Dicke der Trennmittelschicht (30) ist gleich oder kleiner als der Durchmesser der Faser (CF) der Verstärkungsschicht (40).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdrucktank.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Als Hochdrucktank ist beispielsweise ein Hochdrucktank bekannt, der einen Aufbau hat, bei dem, wie z.B. in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung JP 2016 - 176599 A beschrieben ist, eine Trennmittelschicht zwischen einer Auskleidung und einer Verstärkungsschicht ausgebildet ist.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es kann vorkommen, dass ein Harz, das in der Verstärkungsschicht vorhanden ist, und ein Antiadhäsiv- bzw. Trennmittel miteinander aufgrund der Dicke der Antihaftmittel- bzw. Trennmittelschicht vermischt werden. Dann ist es möglich, dass die Lösbarkeit der Auskleidung bezüglich der Verstärkungsschicht niedriger als gewöhnlich ist, so dass die Auskleidung und die Verstärkungsschicht aneinander hängen bleiben können und die Ausdehnung und Kontraktion der Auskleidung, die mit einer Temperaturänderung oder dergleichen einhergeht, behindert wird. Aus diesem Grund besteht Bedarf an einer Technologie, die geeignet ist, ein Hängenbleiben zwischen der Auskleidung und der Verstärkungsschicht zu vermeiden.
  • Die Erfindung kann in den nachfolgenden Aspekten realisiert werden.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Hochdrucktank mit einer Auskleidung, einer Trennmittelschicht, die auf einer Oberfläche der Auskleidung angeordnet ist, sowie einer Verstärkungsschicht, die auf der Trennmittelschicht ausgebildet ist. Die Verstärkungsschicht umfasst ein Harz sowie eine Faser. Die Dicke der Trennmittelschicht ist gleich oder kleiner als der Durchmesser der Faser der Verstärkungsschicht. Gemäß dem Aspekt der Erfindung kann, da die Dicke der Trennmittelschicht kleiner ist als der Durchmesser der Faser der Verstärkungsschicht, eine Situation, bei welcher das Harz der Verstärkungsschicht und das Trennmittel der Trennmittelschicht miteinander vermischt werden, verhindert werden. Aus diesem Grund kann ein Hängenbleiben der Auskleidung und der Verstärkungsschicht verhindert werden.
  • Bei dem Hochdrucktank gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt der Erfindung kann die Faser eine Glasfaser oder eine Karbonfaser sein.
  • Bei dem Hochdrucktank gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt der Erfindung kann die Dicke der Trennmittelschicht 1 µm bis 6 µm sein, und die Dicke der Verstärkungsschicht kann 20 mm bis 30 mm sein.
  • Die Erfindung kann zudem auf verschiedene Art und Weise realisiert werden, beispielsweise als Verfahren zum Herstellen des Hochdrucktanks.
  • Figurenliste
  • Die Merkmale und Vorteile, sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen; hierbei zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht, die einen schematischen Aufbau eines Hochdrucktanks zeigt;
    • 2 eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II aus 1;
    • 3 eine Bezugsansicht eines Abschnitts A aus 2; und
    • 4 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A aus 2.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine Schnittansicht, die einen schematischen Aufbau eines Hochdrucktanks 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der Hochdrucktank 100 speichert Wasserstoff unter hohem Druck von beispielsweise 10 MPa bis 70 MPa und ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug installiert. Der Hochdrucktank 100 umfasst eine Auskleidung 10, ein Mundstück 20, eine Antihaftmittel- bzw. Trennmittelschicht 30 sowie eine Verstärkungsschicht 40.
  • Die Auskleidung 10 hat einen Zylinderteil 12 und zwei Kuppelteile 14, die an den beiden Enden des Zylinderteils 12 angeordnet sind. Die Auskleidung 10 umfasst beispielsweise Harz mit Gasbarriere-Eigenschaften gegen Wasserstoff, z.B. Polyethylen, Nylon, Polypropylen oder Polyester. Zudem besteht die Auskleidung 10 der vorliegenden Ausführungsform aus Harz, jedoch kann die Auskleidung 10 auch aus Metall bestehen. Die Verstärkungsschicht 40 ist am Außenumfang des zylindrischen Teils 12 und der Kuppelteile 14 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind Mundstücke 20 jeweils an beiden Enden der Auskleidung 10 in Längsrichtung angeordnet, wobei auch nur ein Mundstück 20 an einem Ende vorgesehen sein kann.
  • Die Verstärkungsschicht 40 wird beispielsweise gebildet durch: Bündeln von etwa 10000 Glasfasern oder Karbonfasern bis 40000 Glasfasern oder Karbonfasern (nachfolgend vereinfacht als „Fasern“ bezeichnet) und Imprägnieren der Fasern mit einem wärmehärtenden Harz wie beispielsweise Epoxid, wodurch ein Faserbündel ausgebildet wird, Wickeln des ausgebildeten Faserbündels auf die Antihaftmittel- bzw. Trennmittelschicht 30 (später beschrieben) am Außenumfang der Auskleidung 10 durch ein Faserwickelverfahren und thermisches Härten des gewickelten Faserbündels. Als das Harz zum Imprägnieren des Faserbündels kann beispielsweise ein anderes wärmehärtendes Harz wie ungesättigtes Polyesterharz verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Durchmesser einer Faser CF der Verstärkungsschicht 40 etwa 6 µm. Der Durchmesser der Faser CF kann größer als oder kleiner als 6 µm sein. Zudem kann eine Schutzschicht zum Verbessern der Festigkeit des Hochdrucktanks 100 an einer Außenfläche der Verstärkungsschicht 40 angeordnet sein. Die Verstärkungsschicht kann beispielsweise einen glasfaserverstärkten Kunststoff umfassen.
  • Die Trennmittelschicht 30 wird durch Aufbringen eines Antiadhäsiv- bzw. Trennmittels auf die Oberfläche der Auskleidung 10 durch Sprühen oder Wischen und Trocknen des Trennmittels gebildet. Die Aufbringungsmenge pro Einheitsfläche (das Gewicht pro Einheitsfläche) des Trennmittels wird vorab so bestimmt, dass die Dicke (nachfolgend als „Schichtdicke“ bezeichnet) der Trennmittelschicht 30 eine vorgegebene Dicke erreicht. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Trennmittelschicht 30 im gesamten Bereich zwischen der Auskleidung 10 und der Verstärkungsschicht 40 angeordnet. Die Trennmittelschicht 30 verhindert das Festhängen der Auskleidung 10 an der Verstärkungsschicht 40.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird Polyethylenwachs, das ein wasserlösliches wachsbasiertes Trennmittel darstellt, als Trennmittel verwendet. Zudem kann ein silikonbasiertes Trennmittel, ein fluorinbasiertes Trennmittel oder dergleichen als Trennmittel verwendet werden. Die Trennmittelschicht 30 kann ferner nur in einem Bereich zwischen dem Zylinderteil 12 und der Verstärkungsschicht 40 in einem Bereich zwischen der Auskleidung 10 und der Verstärkungsschicht 40 angeordnet sein. Die Trennmittelschicht 30 kann auch als „Antihaftschicht“ bezeichnet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 größer als Null und gleich oder kleiner als der Durchmesser der Faser CF der Verstärkungsschicht 40. Die Schichtdicke kann durch Ausführen einer Bildanalyse und Komponentenanalyse in zumindest einem Teilabschnitt des Hochdrucktanks 100 (vorzugsweise dem Zylinderteil 12) unter Verwendung eines Elektronenmikroskops ausgeführt werden, um einen Mittelwert der Dicke der Trennmittelkomponenten zu erhalten. In einem Zustand, bei welchem sich die Verstärkungsschicht 40 von der Auskleidung 10 abschält, kann die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 durch Messen der Schichtdicke der Trennmittelschicht 30, die an der Seite der Auskleidung 10 anhaftet, und der Schichtdicke der Trennmittelschicht 30, die an der Seite der Verstärkungsschicht 40 anhaftet, und durch Addieren der jeweiligen Schichtdicken berechnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist, obgleich die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 kleiner oder gleich dem Durchmesser der Faser CF der Verstärkungsschicht 40 ist, besonders bevorzugt, dass die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 gleich oder kleiner als die Hälfte des Durchmessers der Faser CF der Verstärkungsschicht 40 ist.
  • 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II-II aus 1. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Trennmittelschicht 30 auf der Oberfläche der Auskleidung 10 angeordnet. Zudem ist die Verstärkungsschicht 40 auf der Trennmittelschicht 30 angeordnet. Die Dicke der Trennmittelschicht 30 ist beispielsweise 1 µm bis 6 µm und die Dicke der Verstärkungsschicht 40 ist beispielsweise 20 mm bis 30 mm.
  • 3 zeigt eine Bezugsansicht eines Abschnitts A aus 2. Wie in 2 gezeigt ist, gibt es, wenn die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 größer als der Durchmesser der Faser CF der Verstärkungsschicht 40 ist, während dem Herstellen des Hochdrucktanks 100, genauer gesagt während des Wärmehärtens der Verstärkungsschicht 40, einen Fall, bei welchem die Fasern CF in der Trennmittelschicht 30 versinken, und dass die Fasern CF imprägnierende Epoxidharz sowie das Trennmittel 31 der Trennmittelschicht 30 miteinander vermischt werden können. In diesem Fall kann, beispielsweise während der Verwendung des Hochdrucktanks 100, ein Abschälen an einer Position P zwischen den Fasern CF in der Verstärkungsschicht 40 auftreten, und die Auskleidung 10 und die Verstärkungsschicht 40 können aneinander hängen bleiben.
  • 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A aus 2. Wie in 4 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 gleich oder kleiner als der Durchmesser der Faser CF der Verstärkungsschicht 40. Aus diesem Grund können während der Herstellung des Hochdrucktanks 100 die Fasern CF nicht leicht in die Trennmittelschicht 30 eintauchen. Als Ergebnis kann eine Situation, bei welcher das Epoxidharz, das die Fasern CF imprägniert, und die Trennmittelschicht 30 miteinander vermischt werden, verhindert werden. Aus diesem Grund wird das Hängenbleiben der Auskleidung 10 und der Verstärkungsschicht 40 aneinander verhindert, und die Verstärkungsschicht 40 kann sich leicht von der Auskleidung 10 lösen. Zudem kann, in einem Fall, bei welchem die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 gleich oder kleiner als die Hälfte des Durchmessers der Faser CF der Verstärkungsschicht 40 ist, eine Situation, bei welcher ein Mittelabschnitt mit der größten Breite der Faser CF in der Trennmittelschicht untergeht, verhindert werden. Daher kann sich die Auskleidung 10 leichter von der Verstärkungsschicht 40 lösen. Das bedeutet, je kleiner die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 ist, desto höher als normal kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Lösbarkeit der Auskleidung 10 bezüglich der Verstärkungsschicht 40 ausgestaltet werden.
  • Bei dem Hochdrucktank 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, wie vorstehend beschrieben ist, da die Dicke der Trennmittelschicht 30 kleiner als der Durchmesser der Faser CF der Verstärkungsschicht 40 ist, eine Situation, bei welcher das Epoxidharz der Verstärkungsschicht 40 und das Trennmittel der Trennmittelschicht 30 miteinander vermischt werden, verhindert werden. Aus diesem Grund kann ein Hängenbleiben der Auskleidung 10 und der Verstärkungsschicht 40 aneinander verhindert werden. Als Ergebnis kann eine Situation, bei welcher die Ausdehnung und Kontraktion der Auskleidung 10, die mit einer Temperaturänderung oder dergleichen einhergehen, behindert wird, unterdrückt werden. Zudem kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schichtdicke der Trennmittelschicht 30 relativ dünn ausgebildet werden. Die Aufbringungsmenge des Trennmittels der Trennmittelschicht 30 kann somit verringert werden. Aus diesem Grund können die Herstellungskosten für den Hochdrucktank 10 verringert werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene andere Art und Weise in einem Umfang ausgeführt werden, der nicht von der Idee der Erfindung abweicht. Beispielsweise können die technischen Merkmale der Ausführungsform, welche den technischen Merkmalen eines jeden der in der „KURZFASSUNG DER ERFINDUNG“ beschriebenen Aspekte entsprechen, in geeigneter Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, oder um einen Teil oder alle der vorstehend beschriebenen Effekte zu erzielen. Jedes der technischen Merkmale kann in geeigneter Weise weggelassen werden, sofern das technische Merkmal in dieser Anmeldung nicht als Wesentlich beschrieben ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016 [0002]
    • JP 176599 A [0002]

Claims (3)

  1. Hochdrucktank (100), aufweisend: eine Auskleidung (10); eine Trennmittelschicht (30), die auf einer Oberfläche der Auskleidung (10) angeordnet ist; sowie eine Verstärkungsschicht (40), die auf der Trennmittelschicht (30) ausgebildet ist, wobei die Verstärkungsschicht (40) derart ausgestaltet ist, dass sie ein Harz sowie eine Faser (CF) umfasst, wobei eine Dicke der Trennmittelschicht (30) gleich oder kleiner als ein Durchmesser der Faser der Verstärkungsschicht (40) ist
  2. Hochdrucktank (100) nach Anspruch 1 wobei die Faser (CF) eine Glasfaser oder eine Karbonfaser ist.
  3. Hochdrucktank (100) nach Anspruch 1, wobei: die Dicke der Trennmittelschicht (30) 1 µm bis 6 µm ist, und die Dicke der Verstärkungsschicht (40) 20 mm bis 30 mm ist.
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