DE102018101509A1 - Hochdrucktank - Google Patents

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Abstract

Ein Hochdrucktank umfasst: eine Auskleidung; ein Epoxidharz; Fasern; und eine faserverstärkte Epoxidharzschicht, die auf der äußeren Seite der Auskleidung ausgebildet ist. Das Epoxidharz hat einen Kontaktwinkel auf Polytetrafluorethylen ((C2F4)n) von 70° oder weniger in einem nicht ausgehärteten Zustand.

Description

  • HINTERGRUND
  • GEBIET
  • Die hier offenbarte Technik betrifft einen Hochdrucktank.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein bekannter Hochdrucktank, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, wie beispielsweise unter Hochdruck gesetztem Wasserstoffgas, umfasst eine Auskleidung mit einer Gasbarriereneigenschaft und einer kohlenstofffaserverstärkten Harzschicht (äußerer Mantel), die auf einer Oberfläche der Auskleidung ausgebildet ist (siehe, beispielsweise, JP-A-1996-285189 ).
  • In einem solchen Hochdrucktank kann, beispielsweise aufgrund einer Veränderung des Volumens in dem Hochdrucktank als Folge von mehrfachem Befüllen und Entleeren des Fluids, eine Rissbildung im äußeren Mantel auftreten. Eine Technik, um das Auftreten von Rissen im äußeren Mantel des Hochdrucktanks zu unterbinden, wird nachfolgend offenbart.
  • Die hier offenbarte Technik wurde entwickelt, um zumindest einen Teil des oben erwähnten Problems zu lösen und kann in den folgenden Aspekten erzielt werden.
  • KURZFASSUNG
  • (1) In einem Aspekt der hier offenbarten Technik wird ein Hochdrucktank bereitgestellt. Der Hochdrucktank weist Folgendes auf: eine Auskleidung; und eine faserverstärkte Epoxidharzschicht, die auf einer äußeren Seite der Auskleidung ausgebildet ist. Die faserverstärkte Epoxidharzschicht kann ein Epoxidharz und Fasern umfassen. Das Epoxidharz hat einen Kontaktwinkel auf Polytetrafluorethylen ((C2F4)n) von 70° oder weniger in einem nicht ausgehärteten Zustand.
  • Bei dem Hochdrucktank gemäß dem vorliegenden Aspekt hat das nicht ausgehärtete Epoxidharz eine gute Benetzbarkeit und dringt leicht zwischen die Fasern vor, da das nicht ausgehärtete Epoxidharz einen Kontaktwinkel auf Polytetrafluorethylen ((C2F4)n) von 70° oder weniger hat. Daher füllt das Epoxidharz, wenn es ausgehärtet ist, den Freiraum zwischen den Fasern, wodurch die Bildung von Hohlräumen (winzigen Kavitäten) in der faserverstärkten Epoxidharzschicht unterbunden wird. Folglich wird die Konzentration von Belastung in der faserverstärkten Epoxidharzschicht vermindert, wodurch das Auftreten von Rissen in der faserverstärkte Epoxidschicht aufgrund einer Veränderung des Volumens als Folge des Befüllens und Entleerens einer Flüssigkeit in dem Hochdrucktank unterbunden werden kann.
  • (2) In dem Hochdrucktank gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann die faserverstärkte Epoxidharzschicht in Berührung mit der Auskleidung ausgebildet sein. Bei den Schichten, die auf der äußeren Seite der Auskleidung ausgebildet sind (nachfolgend auch als „äußerer Mantel“ bezeichnet), findet eine Rissbildung am wahrscheinlichsten in der Schicht statt, die in Kontakt mit der Auskleidung (innersten Schicht des äußeren Mantels) ausgebildet ist. Bei dem Hochdrucktank gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird die faserverstärkte Epoxidharzschicht, in der das Auftreten von Rissen weniger wahrscheinlich ist, in Kontakt mit der Auskleidung ausgebildet, wodurch die Rissbildung in dem äußeren Mantel weiter unterbunden werden kann.
  • (3) Bei dem Hochdrucktank gemäß dem oben beschriebenen Aspekt können die Fasern Kohlenstofffaser sein und der Hochdrucktank kann ferner eine auf einer äußeren Seite der faserverstärkten Epoxidharzschicht ausgebildete faserverstärkte Harzschicht aufweisen. Die faserverstärkte Harzschicht kann umfassen: Fasern mit einer höheren Schlagzähigkeit als die Kohlenstofffasern; und ein duroplastisches Harz. Diese Konfiguration verbessert die Schlagzähigkeit und kann daher einen Hochdrucktank mit größerer Festigkeit erzielen.
  • (4) Bei dem Hochdrucktank gemäß dem oben beschriebenen Aspekt können die Fasern, die eine höhere Schlagzähigkeit als die Kohlenstofffasern aufweisen, Glasfasern oder Aramidfasern sein. Diese Konfiguration erlaubt eine einfache Herstellung eines Hochdrucktanks mit höherer Festigkeit.
  • Die hier offenbarte Technik kann durch beliebige verschiedene Aspekte implementiert werden. Zum Beispiel kann die Technik in Aspekten wie einem einen Hochdrucktank umfassendes Brennstoffzellensystem implementiert sein, einem mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten beweglichen Körper, einem Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks und dergleichen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Hochdrucktanks gemäß einer Ausführungsform der Technik der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 2 ist ein Diagramm, das Bestandteile des Epoxidharzes darstellt, die in einer Verstärkerschicht umfasst sind.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks darstellt.
    • 4 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer Verstärkerschicht gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch darstellt.
    • 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Kontaktwinkel des Epoxidharzes und der Beständigkeit des Hochdrucktanks darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • A1. Erste Ausführungsform:
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Hochdrucktanks 100 gemäß einer Ausführungsform der Technik der vorliegenden Offenbarung darstellt. 1 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie durch die Mittelachse des Hochdrucktanks 100 vorgenommen wurde. Zum Beispiel ist der Hochdrucktank 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit komprimiertem Wasserstoff gefüllt. Zum Beispiel ist der Hochdrucktank 100 in einem Brennstoffzellenfahrzeug installiert und versorgt eine Brennstoffzelle mit Wasserstoff. Der Hochdrucktank 100 kann in einem anderen Fahrzeug als Brennstoffzellenfahrzeugen installiert sein, wie beispielsweise einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug und kann in anderen beweglichen Körpern wie beispielsweise einem Schiff, einem Luftfahrzeug und einem Roboter installiert sein. Der Hochdrucktank 100 kann ein stationäres Gerät sein, das in einem Wohngebäude, einem Gebäude oder dergleichen installiert ist.
  • Der Hochdrucktank 100 ist ein hohler Behälter, der Folgendes umfasst: einen zylindrischen Abschnitt 102 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt; und Kuppelabschnitten 104, die eine halbkugelförmige Gestalt aufweisen, die an beiden Enden des zylindrischen Abschnitts 102 angeordnet sind und integral mit dem zylindrischen Abschnitt 102 ausgebildet sind. In 1 werden die Grenzen zwischen dem zylindrischen Abschnitt 102 und den Kuppelabschnitten 104 als Strichlinien dargestellt. Die Mittelachse des Hochdrucktanks 100 stimmt mit der des zylindrischen Abschnitts 102 überein.
  • Der Hochdrucktank 100 umfasst eine Auskleidung 10, eine Verstärkerschicht 20, eine Schutzschicht 25, ein Mündungsstück 30 und ein Mündungsstück 40. Die Auskleidung 10, an der das Mündungsstück 30 und das Mündungsstück 40 befestigt sind werden nachfolgend als „Tankhauptkörper“ bezeichnet.
  • Die Auskleidung 10 besteht aus Nylonharz und hat eine Eigenschaft (welche als Gasbarriereneigenschaft bekannt ist) zur Abdichtung von Wasserstoff oder dergleichen, das einen Innenraum füllt, sodass der Wasserstoff oder dergleichen nicht entweicht. Die Auskleidung 10 kann auch aus einem anderen Kunstharz mit der Gasbarriereneigenschaft bestehen, wie beispielsweise auf Polyethylen basiertem Harz, oder kann aus Metall wie beispielsweise Aluminium oder nichtrostendem Stahl bestehen.
  • Die Verstärkerschicht 20 ist ausgebildet, die äußere Oberfläche des Tankhauptkörpers zu bedecken. Insbesondere ist die Verstärkerschicht 20 ausgebildet, die Außenoberfläche der Auskleidung 10 vollständig zu bedecken und die Mündungsstücke 30 und 40 teilweise zu bedecken. Die Verstärkerschicht 20 besteht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP), welches ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Kohlenstofffasern ist und Druckfestigkeit aufweist. Eine physische Eigenschaft des Epoxidharzes wird später beschrieben. Die Verstärkerschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird auch als „faserverstärkte Epoxidharzschicht“ bezeichnet. Die Schutzschicht 25 ist auf der Verstärkerschicht 20 ausgebildet. Die Schutzschicht 25 besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFRP), welches ein Verbundwerkstoff aus duroplastischem Harz und Glasfasern ist, und hat eine höhere Schlagzähigkeit als die Verstärkerschicht 20. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Schlagzähigkeit mit der Schlagzähigkeitsprüfung nach Charpy geprüft (ISO 179-1). Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Epoxidharz, das dasselbe ist wie dasjenige in der Verstärkerschicht 20, als duroplastisches Harz verwendet. Das duroplastische Harz, das in der Schutzschicht 25 umfasst ist, kann ein Epoxidharz mit einer physikalischen Eigenschaft sein, die sich von der des Epoxidharzes unterscheidet, das in der Verstärkerschicht 20 umfasst ist, oder es kann ein weiteres duroplastisches Harz sein, wie beispielsweise ungesättigtes Polyesterharz. Das Epoxidharz mit einer anderen physischen Eigenschaft als der des in der Verstärkerschicht 20 umfassten Epoxidharzes wird erzielt, indem der Typ oder die Menge des Härters und des Härtungsbeschleunigers sowie das Molekulargewicht des Epoxidharzes angepasst wird, welche sich von dem in der Verstärkerschicht 20 enthaltenen unterscheidet. Die Schutzschicht 25 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird auch als „faserverstärkte Harzschicht“ bezeichnet.
  • Die Mündungsstücke 30 und 40 sind jeweils an einem entsprechenden Ende von zwei Öffnungsenden der Auskleidung 10 befestigt. Das Mündungsstück 30 fungiert als Öffnung des Hochdrucktanks 100 und fungiert auch als Befestigungsabschnitt zur Befestigung eines Rohrs oder eines Ventils zu dem Tankhauptkörper. Die Mündungsstücke 30 und 40 fungieren auch als Befestigungsabschnitte zur Befestigung des Tankhauptkörpers an einer Filamentwickelvorrichtung (nachfolgend als „FW-Vorrichtung“ bezeichnet), wenn die Verstärkerschicht 20 und die Schutzschicht 25 ausgebildet werden.
  • 2 ist ein Diagramm, das Komponenten des Epoxidharzes darstellt, die in der Verstärkerschicht 20 umfasst sind. Das Epoxidharz, das in der Verstärkerschicht 20 umfasst ist, umfasst 50 bis 70 Gew.% Epoxidharz vom Typ Bisphenol A, das als Hauptmittel dient, 30 bis 50 Gew.% Phthalsäureanhydrid, das als Härter dient, 1,0 Gew.% oder weniger Amin, das als Härtungsbeschleuniger dient, und 0,2 Gew.% oder weniger eines silikonbasierten Tensids, das als Tensid dient. Das in der Verstärkerschicht 20 umfasste Epoxidharz hat eine solche Zusammensetzung, dass das Hauptmittel und der Härter innerhalb des Bereichs in 2 fallen und die Summe derselben 100 Gew.% ausmachen.
  • Das in der Verstärkerschicht 20 umfasste Epoxidharz hat einen Kontaktwinkel auf einer Polytetrafluorethylen((C2F4)n)-Platte von 70° oder weniger in einem nicht ausgehärteten Zustand. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Kontaktwinkel auf Polytetrafluorethylen ((C2F4)n) auch einfach als „Kontaktwinkel“ bezeichnet. Der Kontaktwinkel wird mittels dem folgenden Verfahren gemessen.
  • <Verfahren zur Messung des Kontaktwinkels>
    • Messvorrichtung: Kyowa Interface Science Co., Ltd., CA-X150
    • Polytetrafluorethylen((C2F4)n)-Platte: The Nilaco Corporation, Teflonplatte, Produktnummer 965653 (Teflon ist eine eingetragene Marke)
    • Messverfahren: Messen des Kontaktwinkels an sieben Punkten 10 Sekunden nachdem Harztropfen auf die Oberfläche der Teflonplatte auftreffen und Bilden des Durchschnitts der fünf Punkte unter Ausschluss der Maximal- und Minimalwerte.
  • Der Kontaktwinkel ist ein Index der Benetzbarkeit und ein kleinerer Kontaktwinkel weist auf eine bessere Benetzbarkeit hin. Polytetrafluorethylen ((C2F4)n), das eine wasserabweisende Oberfläche hat, erlaubt ein stabiles Messen des Kontaktwinkels des Epoxidharzes. Aus diesem Grund wird der Kontaktwinkel auf einer Polytetrafluorethylen((C2F4)n)-Platte hier als Index der Benetzbarkeit verwendet. Das in der Verstärkerschicht 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasste Epoxidharz hat einen Kontaktwinkel von 70° oder weniger, was auf eine gute Benetzbarkeit hinweist.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 100 darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Hochdrucktank 100 (1) durch ein Filamentwickelverfahren (FW-Verfahren) ausgebildet. In Schritt S12 werden die Auskleidung 10 und harzimprägnierte Fasern (harzimprägnierte Kohlenstofffasern und harzimprägnierte Glasfasern) vorbereitet. Insbesondere wird der Tankhauptkörper, der die Auskleidung 10 umfasst, an der das Mündungsstück 30 und das Mündungsstück 40 befestigt sind, an einer FW-Vorrichtung (nicht dargestellt) als Dorn befestigt. Die harzimprägnierten Kohlenstofffasern, die um eine Spule gewickelt werden, werden auf vorgegebene Positionen der FW-Vorrichtung gesetzt. Die Glasfasern, die um eine Spule gewickelt werden, werden auf vorgegebene Positionen der FW-Vorrichtung gesetzt. In der vorliegenden Ausführungsform werden Stränge (Bündel) von Kohlenstofffasern und Glasfasern verwendet. Zudem wird das oben beschriebene Epoxidharz als Harz verwendet. Wie oben beschrieben, hat das in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Epoxidharz eine gute Benetzbarkeit in einem nicht ausgehärteten Zustand und dringt daher ausreichend zwischen die Fasern ein.
  • In Schritt S14 werden harzimprägnierte Kohlenstofffasern um die äußere Oberfläche des Tankhauptkörpers gewunden. Insbesondere werden, wenn die FW-Vorrichtung zu arbeiten anfängt, um den Tankhauptkörper zum Drehen zu bringen, die harzimprägnierten Kohlenstofffasern von der Spule zugeführt und die harzimprägnierten Kohlenstofffasern werden um die äußere Oberfläche des Tankhauptkörpers gewunden. Bei diesem Prozess werden Umfangswickeln, Kreuzwickeln und andere Wickeltechniken auf geeignete Weise kombiniert, wobei die harzimprägnierten Kohlenstofffasern um die äußere Oberfläche des Tankhauptkörpers gewunden werden. Nachfolgend wird der Tankhauptkörper mit den um seine äußere Oberfläche gewundenen harzimprägnierten Kohlenstofffasern auch als „kohlenstofffaser-umwundener Tankhauptkörper“ bezeichnet. Nachdem die harzimprägnierten Kohlenstofffasern eine vorgegebene Anzahl gewunden wurden, um eine harzimprägniert Kohlenstofffaserschicht auszubilden, werden die harzimprägnierten Kohlenstofffasern abgeschnitten und das Wicklungsende (abschließendes Ende) wird unter Druck mit einem Wicklungsanfangsende (erstes Ende) harzimprägnierter Glasfasern verbunden (z. B. mittels Thermokompressionsbonden).
  • In Schritt S16 werden auf der harzimprägnierten Kohlenstofffaserschicht des kohlenstofffaser-gewundenen Tankhauptkörpers, der in Schritt S14 ausgebildet wurde, die harzimprägnierten Glasfasern auf dieselbe Weise wie in Schritt S14 gewunden, um eine harzimprägnierte Glasfaserschicht zu bilden.
  • In Schritt S18 werden der Fasern-umwundene Tankhauptkörper, der die Auskleidung 10 umfasst, dessen äußere Peripherie mit der in den Schritte S14 und 16 ausgebildeten harzimprägnierten Kohlenstofffaserschicht und der harzimprägnierten Glasfaserschicht ausgestattet ist, in einen Ofen platziert. Der Faser-umwundene Tankhauptkörper wird erwärmt, während er rotiert wird, sodass das Epoxidharz in der harzimprägnierten Kohlenstofffaserschicht und der harzimprägnierten Glasfaserschicht seine Aushärtungstemperatur erreicht (zum Beispiel etwa 160 °C). Zum Beispiel wird der faserumwundene Tankhauptkörper bei einer eingestellten Temperatur von 180 °C des Ofens 50 Minuten lang erwärmt und dann wird der faserumwundene Tankhauptkörper 20 Minuten lang bei einer eingestellten Temperatur von 160 °C erwärmt.
  • Während das Epoxidharz in Schritt S18 ausgehärtet wird, bilden sich die Verstärkerschicht 20 und die Schutzschicht 25. Folglich wird die eingestellte Temperatur des Ofens gesenkt und der Hochdrucktank 100 wird daraus entnommen. Auf diese Weise, da der Hochdrucktank 100 durch das FW-Verfahren ausgebildet wird, haben die Verstärkerschicht 20 und die Schutzschicht 25 jeweils eine Mehrzahl an Schichten, die der Anzahl an Wicklungen der harzimprägniert Kohlenstofffasern und der harzimprägnierten Glasfasern entspricht. Zum Beispiel kann die Verstärkerschicht 20 30 Schichten umfassen, während die Schutzschicht 25 2 Schichten umfassen kann.
  • Wie oben beschrieben hat bei dem Hochdrucktank 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das in der Verstärkerschicht 20 umfasste Epoxidharz einen Kontaktwinkel von 70° oder weniger und eine gute Benetzbarkeit in einem nicht ausgehärtetem Zustand und dringt daher leicht zwischen Kohlenstofffasersträngen ein, wenn die Fasern mit dem Harz imprägniert wurden. Daher füllt das Epoxidharz, wenn es ausgehärtet ist, den Freiraum zwischen den Fasern, wodurch die Bildung von Hohlräumen (winzigen Kavitäten) in der Verstärkerschicht 20 unterbunden wird. Folglich wird die Konzentration von Belastung auf der Verstärkerschicht 20 vermindert, wodurch das Auftreten von Rissen in der Verstärkerschicht 20 aufgrund einer Veränderung des Volumens als Folge des Befüllens und Entleerens von Wasserstoffgas in dem Hochdrucktank 100 unterbunden werden kann.
  • A2. Zweite Ausführungsform:
  • Ein Hochdrucktank gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst eine Verstärkerschicht 20A anstelle der Verstärkerschicht 20 in dem Hochdrucktank 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Der Hochdrucktank gemäß der zweiten Ausführungsform hat dieselbe Konfiguration wie der Hochdrucktank 100 gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Verstärkerschicht 20A, und die gleichen Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
  • 4 ist ein Diagramm, das die Konfiguration der Verstärkerschicht 20A gemäß der zweiten Ausführungsform schematisch darstellt. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Konfiguration des Hochdrucktanks 100 entlang einer geschnittenen Oberfläche durch die Mittelachse des Hochdrucktanks. Die Verstärkerschicht 20A umfasst eine erste Verstärkerschicht 21 und eine zweite Verstärkerschicht 22. Die erste Verstärkerschicht 21 wird auf der Auskleidung 10 ausgebildet (das heißt, in Kontakt mit der Auskleidung 10) und die zweite Verstärkerschicht 22 wird auf der ersten Verstärkerschicht 21 ausgebildet (das heißt, in Kontakt mit der ersten Verstärkerschicht 21). Die Schutzschicht 25 ist auf der zweiten Verstärkerschicht 22 ausgebildet (das heißt, in Kontakt mit der zweiten Verstärkerschicht 22). Das in der ersten Verstärkerschicht 21 umfasste Epoxidharz ist das gleiche wie das in der Verstärkerschicht 20 umfasste Epoxidharz gemäß der ersten Ausführungsform und weist einen Kontaktwinkel von 70° oder weniger auf. Das in der zweiten Verstärkerschicht 22 umfasste Epoxidharz hat einen Kontaktwinkel von mehr als 70°. Die erste Verstärkerschicht 21 in der vorliegenden Ausführungsform wird auch als „faserverstärkte Epoxidharzschicht“ bezeichnet.
  • Wie die Verstärkerschicht 20 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die Verstärkerschicht 20A gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Mehrzahl an Schichten, von denen jede Kohlenstofffasern umfasst. Zum Beispiel kann die erste Verstärkerschicht 21 5 Schichten umfassen, während die zweite Verstärkerschicht 22 25 Schichten umfassen kann.
  • Bei dem Hochdrucktank hält die innerste Schicht der Verstärkerschicht 20A, die eine Mehrzahl von Schichten umfasst, Belastung aufgrund des Innendrucks stand und daher ist es wahrscheinlich, dass eine Rissbildung zuerst an der innersten Schicht (Schicht, die in Kontakt mit der Auskleidung 10 ausgebildet wurde) der Verstärkerschicht 20A auftritt. In der innersten Schicht ausgebildete Risse werden sich zu der Außenseite hin entwickeln. Bei dem Hochdrucktank gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Rissbildung in der innersten Schicht des äußeren Mantels unterbunden werden, da das Epoxidharz, das in der ersten Verstärkerschicht 21 umfasst ist, welche auf der Auskleidung 10 ausgebildet ist, einen Kontaktwinkel von 70° oder weniger aufweist. Folglich kann das Auftreten von Rissen in dem äußeren Mantel unterbunden werden. Zudem kann das Auswählen unterschiedlicher Arten von Harz für die erste Verstärkerschicht 21 und die zweite Verstärkerschicht 22 in der Verstärkerschicht 20A, die das kohlenstofffaserverstärkte Epoxidharz umfasst, die Verwendung von Epoxidharztypen bewirken, die für die erforderliche Leistung geeignet sind, beispielsweise, um die erste Verstärkerschicht 21 mit einer hohen Rissunterbindungswirkung zu versehen und die zweite Verstärkerschicht 22 zu einem guten Zusammenwirken mit der Schutzschicht 25 zu bringen.
  • A3. Ergebnisse des Versuchs:
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Kontaktwinkel des Epoxidharzes und der Beständigkeit des Hochdrucktanks darstellt. Die Hochdrucktanks in den Beispielen 1 bis 3 und in dem Vergleichsbeispiel weisen jeweils Konfigurationen auf, die der Konfiguration des Hochdrucktanks 100 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich sind. Insbesondere unterscheiden sich allerdings die Hochdrucktanks der Beispiele 1 bis 3 und das Vergleichsbeispiel voneinander hinsichtlich des Kontaktwinkels des Epoxidharzes, das in der Verstärkerschicht 20 und der Schutzschicht 25 umfasst ist. Der Kontaktwinkel des Epoxidharzes beträgt 58° in Beispiel 1, 68° in Beispiel 2, 70° in Beispiel 3 und 79° in dem Vergleichsbeispiel. Das Epoxidharz, das in dem Hochdrucktank des Vergleichsbeispiels umfasst ist, weist ein Hauptmittel auf, das ein Epoxidharz vom Typ Bisphenol A mit einem Molekulargewicht ist, das sich von dem des Hauptmittels des Epoxidharzes unterscheidet, das in den Hochdrucktanks in den Beispielen 1 bis 3 umfasst ist, sowie ein Olefin-basiertes Tensid. Die Hochdrucktanks in den Beispielen 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel werden so angepasst, dass sie einen zufriedenstellenden Bruchzähigkeitswert, Zugelastizitätsmodul und Bruchdehnung als Hochdrucktank aufweisen. Insbesondere werden sie so angepasst, dass sie einen Bruchzähigkeitswert K1C größer gleich 1,6 erzielen [MPa·m1/2], ein Zugelastizitätsmodul größer gleich 1500 [MPa] und eine Bruchdehnung von größer gleich 4,5 [%].
  • Die Beispiele 1 bis 3 ergaben eine gute Beständigkeit, während das Vergleichsbeispiel eine schlechte Beständigkeit ergab. In 5 werden Ergebnisse mit guter Beständigkeit mit ○ gekennzeichnet und Ergebnisse mit schlechter Beständigkeit werden mit × gekennzeichnet. Die Bewertung der Beständigkeit wurde so ausgeführt, dass eine Druckzyklusprüfung bei Raumtemperatur 22.000 Mal nach einem Drucktest ausgeführt wurde und, wenn bei dem Hochdrucktank keine Flüssigkeitsundichtigkeit beobachtet wurde, ergab dies eine gute Beständigkeit, und wenn eine Undichtigkeit beobachtet wurde, ergab dies eine schlechte Beständigkeit. Bei dem Hochdrucktank in dem Vergleichsbeispiel wurde Undichtigkeit beobachtet, nachdem die Druckzyklusprüfung 10.100 Mal und 15.400 Mal durchgeführt wurde. Nachfolgend werden Einzelheiten des Drucktests und der Druckzyklusprüfung bei Raumtemperatur aufgelistet.
  • <Druckprüfung>
  • Gemäß dem Aufweitversuch (Ausdehnungsvolumen wurde nicht gemessen) in der nach KHKS0128 (2010) geforderten Prüfung, einem technischen Standard für Behälter in Fahrzeugbrennstoffvorrichtungen mit 70 MPa komprimiertem Wasserstoff, ist:
    • Anfänglicher Druck: 3 MPa Haltezeit: 60 (+30/-0) Sek
    • Druckanstiegsrate: 0,2 MPa / Sek oder weniger
    • Endgültiger Druck: 105 MPa Haltezeit: 30 (+15/-0) Sek
  • <Druckzyklusprüfung (Hydraulikdruck) bei Raumtemperatur)>
  • Gemäß der globalen technischen Regelung Nr. 13 (GTR Nr. 13), 5.1.1.2. und 6.2.2.2.:
    • Druckmedium: Leitungswasser
    • Umgebungstemperatur und Tankoberflächentemperatur: Raumtemperatur +/- 5 °C
    • Zyklus: 3 Mal/Min oder weniger (20 Sek/Zeit oder mehr)
    • Druck: Max 87,5 (+4/-0) MPa, Min 2 (+0/-2) MPa
    • Anzahl der Wiederholungen des Prüfungszyklus: 22.000 Zyklen
  • Wie aus den Versuchsergebnissen hervorgeht (5), konnte, wenn das Epoxidharz einen Kontaktwinkel von 70° oder weniger aufwies, das Auftreten von Rissen in dem äußeren Mantel des Hochdrucktanks zufriedenstellend unterbunden werden. Das Epoxidharz mit einem Kontaktwinkel von 70° oder weniger hat eine gute Benetzbarkeit in einem nicht ausgehärteten Zustand und dringt daher einfach zwischen Kohlenstofffasersträngen ein, wenn die Fasern mit dem Harz imprägniert wurden. Daher füllt das Epoxidharz, wenn es ausgehärtet ist, den Freiraum zwischen den Fasern, wodurch die Bildung von Hohlräumen (winzigen Kavitäten) in der Verstärkerschicht 20 unterbunden wird. Folglich wird die Konzentration von Belastung auf der Verstärkerschicht 20 vermindert, wodurch das Auftreten von Rissen in der Verstärkerschicht 20 aufgrund einer Veränderung des Volumens als Folge des Befüllens und Entleerens von Wasserstoffgas in dem Hochdrucktank 100 unterbunden werden kann.
  • Abwandlungen:
    1. (1) Die Flüssigkeit in dem Hochdrucktank 100 ist nicht auf den oben beschriebenen komprimierten Wasserstoff beschränkt, solange es sich um eine Hochdruckflüssigkeit wie komprimierten Stickstoff handelt.
    2. (2) Beispiele der in den Verstärkerschichten 20, 20A und der Schutzschicht 25 umfassten Fasern können verschiedene Faserarten umfassen, die als faserverstärktes Harz dienen können, wie beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Dyneema-Fasern, Zylon-Fasern und Borfasern. Die Faserarten werden vorzugsweise so gewählt, dass die Verstärkerschichten 20, 20A hohem Druck widerstehen können und die Schutzschicht 25 eine höhere Schlagzähigkeit hat als die Verstärkerschicht 20. Vorzugsweise werden Kohlenstofffaser für die Verstärkerschichten 20, 20A verwendet und Glasfasern oder Aramidfasern werden für die Schutzschicht 25 verwendet, sodass die Verstärkerschichten 20, 20A hohem Druck widerstehen können und die Schutzschicht 25 eine höhere Schlagzähigkeit hat als die Verstärkerschichten 20, 20A.
    3. (3) Die Schutzschicht 25 kann nur mittels duroplastischem Harz ausgebildet sein. Mit anderen Worten, die Schutzschicht 25 kann auch keine Fasern umfassen. In diesem Fall hat das duroplastische Harz eine höhere erwünschte Schlagzähigkeit als die Verstärkerschicht 20 und wird vorzugsweise für die Schutzschicht 25 gewählt. Um die Schutzschicht 25 nur unter Verwendung von duroplastischem Harz auszubilden, wird das duroplastische Harz durch ein bekanntes Verfahren, wie beispielsweise Sprühbeschichtung, aufgesprüht, und dann erwärmt, um die Schutzschicht 25 auszubilden. Zum Beispiel um die Schutzschicht 25 nur unter Verwendung von duroplastischem Harz auszubilden, werden mit Epoxidharz imprägnierte Kohlenstofffasern um die Auskleidung 10 gewunden, das duroplastische Harz wird durch ein bekanntes Verfahren aufgesprüht, wie beispielsweise durch Sprühbeschichten, und dann erwärmt, um das Epoxidharz und das duroplastische Harz auszuhärten, wodurch die Verstärkerschicht 20 und die Schutzschicht 25 ausgebildet werden.
    4. (4) Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen Konfiguration dar, bei denen die Verstärkerschicht 20 und die Schutzschicht 25 auf der Auskleidung 10 platziert sind, aber dies soll nicht in einem beschränkenden Sinn interpretiert werden. Die äußere Seite der Auskleidung 10 wird mit mindestens einer faserverstärkten Epoxidharzschicht ausgestattet, die Epoxidharz mit einem Kontaktwinkel von 70° oder weniger umfasst. Das heißt, in den oben beschriebenen Ausführungsformen kann auf die Schutzschicht 25 verzichtet werden. Ferner kann eine zusätzliche Schicht als mindestens eine der nachfolgenden ausgebildet sein: zwischen der Auskleidung 10 und der Verstärkerschicht 20, zwischen der Verstärkerschicht 20 und der Schutzschicht 25 und an der Außenseite der Schutzschicht 25.
    5. (5) Die oben beschriebenen Ausführungsformen stellen Beispiele dar, in denen die faserverstärkte Epoxidharzschicht, die das Epoxidharz mit einem Kontaktwinkel von 70° oder weniger umfasst, in Kontakt mit der Auskleidung 10 ausgebildet ist; allerdings ist die faserverstärkte Epoxidharzschicht, die das Epoxidharz mit einem Kontaktwinkel von 70° oder weniger umfasst, nicht gezwungenermaßen in Kontakt mit der Auskleidung 10 ausgebildet, solange sie an der Außenseite der Auskleidung 10 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, die innerste Schicht des äußeren Mantels ist nicht gezwungenermaßen eine faserverstärkte Epoxidharzschicht, die Epoxidharz mit einem Kontaktwinkel von 70° oder weniger umfasst. Zum Beispiel kann eine Schicht, die Epoxidharz mit einem Kontaktwinkel von mehr als 70° umfasst, zwischen der faserverstärkten Epoxidharzschicht, die das Epoxidharz mit einem Kontaktwinkel von 70° oder weniger umfasst, und der Auskleidung 10 ausgebildet sein. Ebenfalls in dieser Konfiguration kann die faserverstärkte Epoxidharzschicht, die das Epoxidharz mit dem Kontaktwinkel von 70° oder weniger umfasst, das Auftreten und das Entwickeln von Rissen und daher Undichtigkeit der in dem Hochdrucktank eingefüllten Flüssigkeit unterbinden.
    6. (6) Das Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 100 ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Erwärmungstemperatur und Erwärmungszeit kann abhängig von dem verwendeten Harztyp, der Form des Tanks und dergleichen auf geeignete Weise geändert werden. Der Hochdrucktank kann auch mittels, zum Beispiel, einem Bahnwickelverfahren hergestellt werden, bei dem eine Bahn faserverstärktes Harz verbunden wird, einem Harzinjektionsverfahren (RTM), bei dem eine Bahn Fasern verbunden wird und dann mit Harz imprägniert wird, oder dergleichen.
  • Die hier offenbarte Technologie ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen oder Abwandlungen beschränkt, sondern kann durch eine Vielzahl von anderen Konfigurationen umgesetzt werden, ohne von dem Schutzumfang der Technologie abzuweichen. Zum Beispiel können die technischen Merkmale von einer bzw. einem der obenstehenden Ausführungsformen, Beispiele und Abwandlungen, die den technischen Merkmalen von jedem der in der Kurzfassung beschriebenen Aspekten entsprechen, auf geeignete Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder um einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erreichen. Auf beliebige technische Merkmale kann auf geeignete Weise verzichtet werden, solange das technische Merkmal in der hiesigen Beschreibung nicht als essenziell beschrieben ist.
  • Die Offenbarung ist nicht auf irgendeine bzw. irgendeines der oben beschriebenen Ausführungsformen, Beispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern diese kann durch eine Vielzahl von anderen Konfigurationen umgesetzt werden, ohne von dem Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können die technischen Merkmale von einer bzw. einem der Ausführungsformen, Beispiele und Abwandlungen, die den technischen Merkmalen von jedem der in der KURZFASSUNG beschriebenen Aspekten entsprechen, auf geeignete Weise ersetzt oder kombiniert werden, um einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen oder um einen Teil oder die Gesamtheit der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erreichen. Auf ein beliebiges der technischen Merkmale kann auf geeignete Weise verzichtet werden, solange das technische Merkmal hierin nicht als essenziell 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 8285189 A [0002]

Claims (4)

  1. Hochdrucktank (100), aufweisend: eine Auskleidung (10); und eine faserverstärkte Epoxidharzschicht (20; 20A), die auf der äußeren Seite der Auskleidung (10) ausgebildet ist, wobei die faserverstärkte Epoxidharzschicht (20; 20A) ein Epoxidharz und Fasern umfasst, wobei das Epoxidharz einen Kontaktwinkel auf Polytetrafluorethylen ((C2F4)n) von 70° oder weniger in einem nicht ausgehärteten Zustand hat.
  2. Hochdrucktank (100) nach Anspruch 1, wobei die faserverstärkte Epoxidharzschicht (20; 20A) in Kontakt mit der Auskleidung (10) ausgebildet wird.
  3. Hochdrucktank (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern Kohlenstofffasern sind, wobei der Hochdrucktank (100) ferner eine faserverstärkte Harzschicht (25) aufweist, die an einer Außenseite der faserverstärkten Epoxidharzschicht (20; 20A) ausgebildet ist, wobei die faserverstärkte Harzschicht (25) Folgendes umfasst: Fasern mit einer höheren Schlagzähigkeit als die Kohlenstofffasern; und ein duroplastisches Harz.
  4. Hochdrucktank (100) nach Anspruch 3, wobei die Fasern mit der höheren Schlagzähigkeit als die Kohlenstofffasern Glasfasern oder Aramidfasern sind.
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US (2) US20180252365A1 (de)
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111102465A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 中国石油化工股份有限公司 一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法
JP7059963B2 (ja) * 2019-02-13 2022-04-26 株式会社豊田自動織機 圧力容器の製造方法及び圧力容器の製造装置
EP4150243A1 (de) * 2020-05-12 2023-03-22 Universal Hydrogen Co. Brennstoffspeichermodulanordnung
WO2022035968A1 (en) * 2020-08-12 2022-02-17 Alakai Technologies Corporation Fuel cell oxygen delivery system, method and apparatus for clean fuel electric aircraft
CN116096635A (zh) 2020-08-21 2023-05-09 环球氢公司 对氢驱动混合电动动力总成进行多模块控制的系统和方法
JP7287369B2 (ja) * 2020-09-11 2023-06-06 トヨタ自動車株式会社 タンクおよびタンクの製造方法
US11940097B2 (en) 2020-10-30 2024-03-26 Universal Hydrogen Co. Systems and methods for storing liquid hydrogen
CN114935104B (zh) * 2022-05-16 2024-01-23 大连理工大学 一种超薄碳纤维全缠绕储氢气瓶的制造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4527543A (en) * 1979-12-10 1985-07-09 State Industries, Inc. Water heater construction
DE3843986A1 (de) 1988-12-27 1990-07-05 Schering Ag Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten wickelkoerpern aus epoxidharzen und (1(2'aminoethyl)-1,3-diaza-cyclopenten-2-yl-2-)-heptan-3
CA2028414C (en) * 1989-10-25 2000-02-08 Owen H. Decker Method for increasing fiber strength translation in composite pressure vessels using matrix resin formulations containing surface-active agents
JPH03258853A (ja) * 1990-03-08 1991-11-19 Yokohama Rubber Co Ltd:The 熱硬化性樹脂組成物
JPH08285189A (ja) 1995-02-15 1996-11-01 Toray Ind Inc ガスボンベおよびその製造方法
JPH0996399A (ja) * 1995-07-25 1997-04-08 Toyoda Gosei Co Ltd 圧力容器
CN1243194C (zh) * 2004-04-08 2006-02-22 上海交通大学 50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶
US20100213198A1 (en) * 2008-04-18 2010-08-26 Ferus Inc. Composite structure vessel and transportation system for liquefied gases
JP2010038216A (ja) * 2008-08-04 2010-02-18 Toyota Motor Corp 圧力容器
JP5116807B2 (ja) * 2010-06-15 2013-01-09 本田技研工業株式会社 圧力容器
DE102010017413B4 (de) * 2010-06-17 2012-08-30 Xperion Gmbh Druckbehälter zum Speichern eines Fluides
JP2012042032A (ja) * 2010-08-23 2012-03-01 Toyota Motor Corp 高圧ガスタンクとその製造方法および製造装置
CA2827464C (en) * 2011-02-16 2016-07-19 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Production method for obtaining fiber-reinforced composite material, and epoxy resin composition used therein
US20120214088A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Gm Global Technology Operations, Inc. Hydrogen storage tank
JP2013253194A (ja) * 2012-06-08 2013-12-19 Mitsubishi Rayon Co Ltd エポキシ樹脂組成物
JP2014020440A (ja) * 2012-07-17 2014-02-03 Jfe Container Co Ltd 水素貯蔵用容器
JP6264244B2 (ja) * 2014-09-17 2018-01-24 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク
JP6210088B2 (ja) 2015-05-20 2017-10-11 トヨタ自動車株式会社 タンクの製造方法、および、タンクの製造装置

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