DE102021100511A1

DE102021100511A1 - Hochdrucktank

Info

Publication number: DE102021100511A1
Application number: DE102021100511.6A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Takami; Yoshihiro Nakata; Yasunori Nosaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2021-08-19
Also published as: JP7196871B2; US20210254787A1; US11603964B2; JP2021131113A; CN113280254A

Abstract

Ein Hochdrucktank (1) umfasst: eine Auskleidung (2), welche einen Körperabschnitt (2a) mit einer rohrförmigen Gestalt und seitliche Endabschnitte (2b, 2c), die jeweils eine Domgestalt aufweisen, umfasst, wobei die seitlichen Endabschnitte (2b, 2c) auf gegenüberliegenden Seiten des Körperabschnitts (2a) bereitgestellt sind; und eine Verstärkungsschicht (30), die aus faserverstärktem Harz hergestellt ist, das eine Außenfläche der Auskleidung (2) bedeckt. Die Verstärkungsschicht (30) umfasst ein rohrförmiges Element (31), welches den Körperabschnitt (2a) bedeckt, und Domelemente (32, 33), die mit gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Elements (31) verbunden sind, um die seitlichen Endabschnitte (2b, 2c) zu bedecken. Die Auskleidung (2) umfasst eine erste Harzschicht (24), die einen Speicherraum (5) zum Speichern von Gas definiert, und eine zweite Harzschicht (20), die zwischen der ersten Harzschicht (24) und zumindest dem rohrförmigen Element (31) bereitgestellt ist. Ein Elastizitätsmodul eines zweiten Harzes, welches die zweite Harzschicht (20) bildet, ist niedriger als ein Elastizitätsmodul eines ersten Harzes, welches die erste Harzschicht (24) bildet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdrucktank.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Ein Hochdrucktank zur Speicherung von Brenngas wird beispielsweise in einem Erdgasfahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug und dergleichen verwendet. Diese Art von Hochdrucktank umfasst einen Liner bzw. eine Auskleidung, um das Brenngas luftdicht zu halten, und eine Verstärkungsschicht, welche die Außenfläche der Auskleidung bedeckt.
Als einen solchen Hochdrucktank offenbart beispielsweise die japanische Patentanmeldung JP 2017- 141 947 A einen Hochdrucktank mit einer Auskleidung, die einen rohrförmigen Körperabschnitt und dorn- bzw. kuppelförmige seitliche Endabschnitte, die an gegenüberliegenden Seiten des Körperabschnitts vorgesehen sind, umfasst. Der Hochdrucktank ist mit einer Verstärkungsschicht aus faserverstärktem Harz versehen, welche die Außenfläche der Auskleidung bedeckt.
Kurzfassung der Erfindung
Bei dem in der JP 2017 - 141 947 A beschriebenen Hochdrucktank lässt sich die Harzauskleidung jedoch leichter ausdehnen und zusammenziehen als die aus faserverstärktem Harz hergestellte Verstärkungsschicht. Wenn das Gas in dem Tank aufgrund einer Befüllung oder eines Abführens des Gases während der Verwendung des Hochdrucktanks adiabatisch expandiert und komprimiert wird, dehnt und kontrahiert sich die durch die Verstärkungsschicht zurückgehaltene Auskleidung aufgrund einer thermischen Änderung, und die Auskleidung kann beschädigt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Hochdrucktank bereit, welcher eine Beschädigung einer Auskleidung unterdrücken kann, wenn sich die Auskleidung ausdehnt und zusammenzieht.
Ein Hochdrucktank gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest: eine Auskleidung, welche einen Körperabschnitt mit einer rohrförmigen Gestalt und seitliche Endabschnitte, die jeweils eine Domgestalt besitzen, umfasst, wobei die seitlichen Endabschnitte auf gegenüberliegenden Seiten des Körperabschnitts vorgesehen sind; und eine Verstärkungsschicht, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Außenfläche der Auskleidung bedeckt und aus einem faserverstärkten Harz hergestellt ist. Die Verstärkungsschicht umfasst ein rohrförmiges Element, welches derart konfiguriert ist, dass dieses den Körperabschnitt bedeckt, und Domelemente, welche mit gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Elements verbunden sind, um die seitlichen Endabschnitte zu bedecken. Die Auskleidung umfasst eine erste Harzschicht, welche einen Speicherraum zum Speichern von Gas definiert, und eine zweite Harzschicht, welche zwischen der ersten Harzschicht und zumindest dem rohrförmigen Element vorgesehen ist. Ein Elastizitätsmodul eines zweiten Harzes, welches die zweite Harzschicht bildet, ist niedriger als ein Elastizitätsmodul eines ersten Harzes, welches die erste Harzschicht bildet.
Gemäß dem vorstehenden Aspekt besitzt der Körperabschnitt der Auskleidung eine zweischichtige Struktur aus der ersten Harzschicht und der zweiten Harzschicht. Da der Elastizitätsmodul des zweiten Harzes, das die zweite Harzschicht bildet, niedriger ist als der Elastizitätsmodul des ersten Harzes, das die erste Harzschicht bildet, ist das zweite Harz weicher und leichter verformbar als das erste Harz. Daher kann die zweite Harzschicht, welche zwischen der ersten Harzschicht und zumindest dem rohrförmigen Element vorgesehen ist, als eine Pufferschicht fungieren, die eine thermische Spannung puffert, die durch eine Ausdehnung und eine Kontraktion der ersten Harzschicht erzeugt wird. Folglich kann beschränkt bzw. verhindert werden, dass die erste Harzschicht durch eine Ausdehnung und Kontraktion der ersten Harzschicht beschädigt wird, so dass das Gas stabil in der Auskleidung gehalten werden kann.
Bei dem vorstehenden Aspekt kann die zweite Harzschicht auch zwischen der ersten Harzschicht und den Domelementen vorgesehen sein, um die erste Harzschicht zu bedecken. Die Ausdehnung und Kontraktion der Auskleidung tritt wahrscheinlich an Grenzabschnitten zwischen dem Körperabschnitt der Auskleidung und den seitlichen Endabschnitten der Auskleidung auf. Da die zweite Harzschicht, welche als eine Pufferschicht dient, an den seitlichen Endabschnitten einschließlich dieser Grenzabschnitte angeordnet ist, kann eine Beschädigung der ersten Harzschicht zuverlässiger unterdrückt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Beschädigung der Auskleidung bei einer Ausdehnung und Kontraktion der Auskleidung zu verhindern.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen gleiche Zeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:

1 eine schematische Schnittansicht ist, welche eine Struktur eines Hochdrucktanks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Teil-Schnittansicht ist, welche die Struktur des in 1 gezeigten Hochdrucktanks zeigt;
3 ein Flussdiagramm ist, welches einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens des Hochdrucktanks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine schematische Schnittansicht ist, welche ein Formverfahren eines rohrförmigen Elements in einem in 3 gezeigten Vorbereitungsschritt darstellt;
5 eine Teil-Schnittansicht ist, welche ein Formverfahren von Domelementen in dem in 3 gezeigten Vorbereitungsschritt darstellt;
6 eine schematische Schnittansicht ist, welche die in dem in 3 gezeigten Vorbereitungsschritt ausgebildeten Domelemente darstellt;
7 eine schematische Schnittansicht ist, welche ein rohrförmiges Element darstellt, welches durch Beschichten des in 4 gezeigten rohrförmigen Elements mit einer Harzschicht in dem in 3 gezeigten Vorbereitungsschritt erhalten wird;
8 eine schematische Schnittansicht ist, welche Domelemente darstellt, die durch Beschichten der in 6 gezeigten Domelemente mit einer Harzschicht in dem in 3 gezeigten Vorbereitungsschritt erhalten werden;
9 eine schematische, perspektivische Ansicht ist, welche einen in 3 gezeigten Verbindungsschritt darstellt;
10 eine Teil-Schnittansicht des Domelements und des rohrförmigen Elements ist, welche den in 3 gezeigten Verbindungsschritt darstellt;
11 eine schematische Schnittansicht ist, welche eine erste Verstärkungsschicht und eine zweite Harzschicht nach dem in 3 gezeigten Verbindungsschritt darstellt;
12 eine schematische Schnittansicht ist, welche einen Schritt zur Bildung einer zweiten Verstärkungsschicht und einen Schritt zur Bildung einer ersten Harzschicht, wie in 3 gezeigt, darstellt;
13 eine schematische Schnittansicht ist, welche eine erste Modifikation des in 1 gezeigten Hochdrucktanks darstellt; und
14 eine Teil-Schnittansicht ist, welche eine zweite Modifikation des in 2 gezeigten Hochdrucktanks darstellt.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Hochdrucktanks 1 gemäß der vorliegenden Erfindung und eine Modifikation davon unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.
Nachfolgend wird der Hochdrucktank 1 als ein Tank beschrieben, der mit Hochdruck-Wasserstoffgas befüllt wird und an einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert ist. Der Hochdrucktank 1 kann jedoch auch für andere Zwecke verwendet werden. Das Gas, das in den Hochdrucktank 1 gefüllt werden kann, ist nicht auf Hochdruck-Wasserstoffgas beschränkt, und Beispiele dafür umfassen verschiedene komprimierte Gase, wie komprimiertes Erdgas (CNG), verschiedene verflüssigte Gase, wie verflüssigtes Erdgas (LNG) und Flüssiggas (LPG), und andere Gase.
Hochdrucktank 1
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist der Hochdrucktank 1 ein Hochdruck-Gasspeicherbehälter, der eine im Wesentlichen rohrförmige Gestalt besitzt und abgerundete Enden in Form einer Kuppel bzw. einer Domgestalt aufweist. Der Hochdrucktank 1 umfasst einen Liner bzw. eine Auskleidung 2, die eine Gassperreigenschaft besitzt, und einen Verstärkungsabschnitt 3, welcher aus faserverstärktem Harz besteht und eine Außenfläche der Auskleidung 2 bedeckt. Der Verstärkungsabschnitt 3 umfasst eine erste Verstärkungsschicht 30, welche die Außenfläche der Auskleidung 2 bedeckt, und eine zweite Verstärkungsschicht 34, welche eine Außenfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 bedeckt. An einem Ende des Hochdrucktanks 1 ist eine Öffnung vorgesehen, und ein Hals 4 ist um die Öffnung herum angebracht.
Die Auskleidung 2 entspricht einem Harzelement, welches einen mit Hochdruck-Wasserstoffgas gefüllten Speicherraum 5 definiert. Die Auskleidung 2 besitzt einen Körperabschnitt 2a und seitliche Endabschnitte 2b, 2c, die an den gegenüberliegenden Seiten des Körperabschnitts 2a vorgesehen sind. Der Körperabschnitt 2a erstreckt sich entlang einer axialen Richtung X des Hochdrucktanks 1 mit einer vorbestimmten Länge und besitzt eine rohrförmige Gestalt. Die seitlichen Endabschnitte 2b, 2c sind so vorgesehen, dass sich diese an die jeweiligen Seiten des Körperabschnitts 2a anschließen und jeweils eine Domgestalt besitzen. Die Durchmesser der seitlichen Endabschnitte 2b, 2c verringern sich jeweils mit zunehmendem Abstand von dem Körperabschnitt 2a, und ein rohrförmiger Abschnitt 2d ist an dem Abschnitt mit dem kleinsten Durchmesser des seitlichen Endabschnitts 2b vorgesehen. In dem rohrförmigen Abschnitt 2d ist ein Durchgangsloch 2e vorgesehen.
Ein Hals 4 wird durch Verarbeiten eines Metallmaterials, wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, in eine vorbestimmte Gestalt hergestellt. An dem Hals 4 ist ein Ventil 6 zum Beladen bzw. Befüllen und Abführen von Wasserstoffgas in und aus dem Speicherraum 5 angebracht. Das Ventil 6 ist mit einem Dichtungselement 6a versehen, das mit einer Innenfläche der Auskleidung 2 (erste Harzschicht 24) an einem Vorsprungsabschnitt 32b eines später zu beschreibenden Domelements 32 in Kontakt steht und den Speicherraum 5 des Hochdrucktanks 1 abdichtet.
Der Verstärkungsabschnitt 3 besitzt eine Funktion zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Hochdrucktanks 1, wie einer Steifigkeit und Druckbeständigkeit, durch Verstärken der Auskleidung 2, und besteht aus einem faserverstärkten Harz, bei dem Verstärkungsfasern (Endlosfasern) mit Harz imprägniert sind. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst der Verstärkungsabschnitt 3 die erste Verstärkungsschicht 30, welche die Außenfläche der Auskleidung 2 bedeckt, und die zweite Verstärkungsschicht 34, welche die Außenfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 bedeckt. Die erste Verstärkungsschicht 30 besitzt ein rohrförmiges Element 31, das eine rohrförmige Gestalt besitzt und den Körperabschnitt 2a der Auskleidung 2 bedeckt, und Domelemente 32, 33, welche mit den gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Elements 31 verbunden sind, um die seitlichen Endabschnitte 2b, 2c zu bedecken, und ist aus diesen Elementen integral ausgebildet. Die erste Verstärkungsschicht 30 der Ausführungsform kann als die „Verstärkungsschicht“ gemäß der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Die erste Verstärkungsschicht 30 wird durch Laminieren einer Mehrzahl von faserverstärkten Harzschichten ausgebildet, in denen die Verstärkungsfasern mit Harz imprägniert sind. Die Verstärkungsfasern des rohrförmigen Elements 31 sind in Umfangsrichtung in einem Winkel im Wesentlichen orthogonal zur axialen Richtung X des rohrförmigen Elements 31 ausgerichtet, mit anderen Worten, die Verstärkungsfasern des rohrförmigen Elements 31 sind in einer Umfangsrichtung des rohrförmigen Elements 31 ausgerichtet. Die Verstärkungsfasern der Domelemente 32, 33 sind nicht in der Umfangsrichtung des rohrförmigen Elements 31 ausgerichtet und erstrecken sich von den Umgebungen der Scheitelpunkte der Domelemente 32, 33 in Richtung hin zu den Umfangsrandabschnitten 32a, 33a in verschiedenen Richtungen, welche die Umfangsrichtung schneiden.
In der Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern des rohrförmigen Elements 31 und die Verstärkungsfasern der Domelemente 32, 33 nicht kontinuierlich bzw. endlos (nicht verbunden). Dies liegt daran, dass, wie später beschrieben wird, nachdem das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 separat ausgebildet wurden, die Domelemente 32, 33 an den gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Elements 31 angebracht werden.
Als die Verstärkungsfasern, welche die erste Verstärkungsschicht 30 (das heißt, das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33) bilden, können Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Kohlenstofffasern und dergleichen verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt eines geringen Gewichts, einer mechanischen Festigkeit und dergleichen ist es insbesondere bevorzugt, Kohlenstofffasern zu verwenden.
Das Harz (Matrixharz), mit dem die Verstärkungsfasern der ersten Verstärkungsschicht 30 imprägniert sind, ist nicht in besonderer Weise beschränkt, und es kann ein thermoplastisches Harz oder ein wärmehärtendes Harz verwendet werden. Beispiele für das thermoplastische Harz umfassen Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid, Polyacrylsäureester, Polyimid, Polyamid, Nylon 6 und Nylon 6,6. Beispiele für das wärmehärtende Harz umfassen ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz, ein Epoxidharz und dergleichen. Unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit usw. ist es insbesondere bevorzugt, das Epoxidharz zu verwenden. Das Epoxidharz besitzt in einem ungehärteten Zustand eine Fließfähigkeit und bildet nach dem thermischen Aushärten eine widerstandsfähige, vernetzte Struktur.
Die zweite Verstärkungsschicht 34 wird durch Laminieren einer Mehrzahl von faserverstärkten Harzschichten gebildet, in denen die Verstärkungsfasern mit Harz imprägniert sind. Die zweite Verstärkungsschicht 34 ist so vorgesehen, dass diese die Außenfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 bedeckt. Das heißt, in der Ausführungsform ist die zweite Verstärkungsschicht 34 eine Schicht, welche die Außenfläche des rohrförmigen Elements 31 und die Außenflächen der Domelemente 32, 33 bedeckt.
Insbesondere entspricht die zweite Verstärkungsschicht 34 einer Schicht aus einem faserverstärkten Harz, in dem Fasern über die beiden Domelemente 32, 33 ausgerichtet sind. Die Verstärkungsfasern der zweiten Verstärkungsschicht 34 sind durch Spiralwickeln eines mit Harz getränkten Faserbündels so ausgerichtet, dass diese mit Bezug auf die axiale Richtung X des rohrförmigen Elements 31 geneigt sind. Die Domelemente 32, 33 können durch die Verstärkungsfasern an dem rohrförmigen Element 31 festgehalten werden. Daher ist es bei Verwendung des Hochdrucktanks 1 möglich, die Domelemente 32, 33 daran zu hindern, sich aufgrund des Gasdrucks entlang der axialen Richtung X aus dem rohrförmigen Element 31 zu lösen.
Beispiele für die Verstärkungsfasern, welche die zweite Verstärkungsschicht 34 bilden, umfassen die gleichen Materialien, wie sie für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft beschrieben sind, und Beispiele für das Harz, mit dem die Verstärkungsfasern imprägniert sind, umfassen die gleichen Materialien, wie sie für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft beschrieben sind.
In der Ausführungsform besitzt die Auskleidung 2 eine zweischichtige Struktur aus der ersten Harzschicht 24, die aus einem ersten Harz hergestellt ist, und einer zweiten Harzschicht 20, die aus einem zweiten Harz hergestellt ist. Die Auskleidung 2 umfasst insbesondere die erste Harzschicht 24, welche den Speicherraum 5 zur Speicherung von Gas definiert, und die zweite Harzschicht 20, welche zwischen der ersten Harzschicht 24 und der ersten Verstärkungsschicht 30 (Verstärkungsabschnitt 3) vorgesehen ist. Die erste Harzschicht 24 ist auf der Seite des Speicherraums 5 angeordnet, während die zweite Harzschicht 20 auf der Seite der ersten Verstärkungsschicht 30 des Verstärkungsabschnitts 3 angeordnet ist.
Die erste Harzschicht 24 definiert den Speicherraum 5 zum Speichern von Gas und entspricht einer Schicht zum Halten von Hochdruckgas in dem Speicherraum 5. Das erste Harz, welches die erste Harzschicht 24 bildet, ist vorzugsweise ein Harz, das eine gute Leistungsfähigkeit beim Zurückhalten des geladenen bzw. gespeicherten Gases im Speicherraum 5 besitzt, das heißt, eine gute Gasbarriere- bzw. Gassperreigenschaft besitzt.
Die zweite Harzschicht 20 ist zwischen der ersten Harzschicht 24 und der ersten Verstärkungsschicht 30 vorgesehen, um die erste Harzschicht 24 zu bedecken. In der Ausführungsform umfasst die zweite Harzschicht 20 einen Körperbereich 21, der zwischen der ersten Harzschicht 24 und dem rohrförmigen Element 31 vorgesehen ist, und domförmige, seitliche Endbereiche 22, 23, die zwischen der ersten Harzschicht 24 und den Domelementen 32, 33 vorgesehen sind. Die seitlichen Endbereiche 22, 23 sind auf den gegenüberliegenden Seiten des Körperbereichs 21 kontinuierlich vorgesehen, und die zweite Harzschicht 20 entspricht einer kontinuierlichen Schicht, die aus dem Körperbereich 21 und den seitlichen Endbereichen 22, 23 aufgebaut ist.
Hier ist in dieser Ausführungsform der Elastizitätsmodul des zweiten Harzes, welches die zweite Harzschicht 20 bildet, niedriger als der Elastizitätsmodul des ersten Harzes, welches die erste Harzschicht 24 bildet. Der Elastizitätsmodul bezieht sich hier auf den Young'schen Modul und ist ein Längselastizitätsmodul. Unter der Annahme, dass die vorstehend erwähnte Bedingung des Elastizitätsmoduls erfüllt ist, wird ein thermoplastisches Harz oder ein wärmehärtendes Harz als das erste Harz, das die erste Harzschicht 24 bildet, und das zweite Harz, das die zweite Harzschicht 20 bildet, beispielhaft genannt.
Beispiele für das thermoplastische Harz für das erste Harz und das zweite Harz umfassen ein Harz auf Polypropylen-Basis, ein Harz auf Nylon-Basis (beispielsweise Nylon 6 oder Nylon 6,6), ein Harz auf Polycarbonat-Basis, ein Harz auf Acryl-Basis, ein Harz auf Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Basis, ein Harz auf Polyamid-Basis, ein Harz auf Polyethylen-Basis, ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Harz (EVOH), ein Harz auf Polyester-Basis und ein Flüssigkristall-Polymer.
Beispiele für das wärmehärtende Harz für das erste Harz und das zweite Harz umfassen ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz und ein Epoxidharz. Hier wird die Beziehung zwischen den Elastizitätsmodulen des ersten und des zweiten Harzes durch die Auswahl verschiedener Harze aus den vorstehend erwähnten Harzen erfüllt, und die Beziehung kann beispielsweise durch eine Anpassung von Additiven usw. (Art und Menge eines im Falle des wärmehärtenden Harzes hinzuzufügenden Härtungsmittels), welche den Harzen hinzuzufügen sind, erfüllt werden. Beispielsweise kann im Falle eines Epoxidharzes der Elastizitätsmodul im Bereich von 1000 MPa bis 9000 MPa angepasst werden, indem der Typ und die Menge des hinzuzufügenden Härtungsmittels angepasst werden. Somit können das erste Harz und das zweite Harz so gewählt werden, dass die Beziehung des Elastizitätsmoduls erfüllt ist.
Da der Elastizitätsmodul des zweiten Harzes, das die zweite Harzschicht 20 bildet, niedriger ist als der Elastizitätsmodul des ersten Harzes, das die erste Harzschicht 24 bildet, ist das zweite Harz weicher und leichter verformbar als das erste Harz. Daher kann die zweite Harzschicht 20, die zwischen der ersten Harzschicht 24 und zumindest dem rohrförmigen Element 31 vorgesehen ist, als eine Pufferschicht dienen, die eine thermische Spannung puffert, welche durch eine Ausdehnung und Kontraktion der ersten Harzschicht 24 erzeugt wird. Folglich kann verhindert werden, dass die erste Harzschicht 24 durch eine Ausdehnung und Kontraktion der ersten Harzschicht 24 beschädigt wird, so dass das Gas stabil in der Auskleidung 2 gehalten werden kann.
Insbesondere ist es wahrscheinlich, dass eine Ausdehnung und Kontraktion der Auskleidung 2 auch an Grenzabschnitten zwischen dem Körperabschnitt 2a der Auskleidung 2 und den seitlichen Endabschnitten 2b, 2c der Auskleidung 2 auftreten. Daher ist die zweite Harzschicht 20 vorzugsweise zwischen der ersten Harzschicht 24 und dem rohrförmigen Element 31 sowie zwischen der ersten Harzschicht 24 und den Domelementen 32, 33 vorgesehen, um die erste Harzschicht 24 zu bedecken. Bei einer solchen Konfiguration ist die zweite Harzschicht 20, welche als die Pufferschicht dient, an den seitlichen Endabschnitten 2b, 2c einschließlich der Grenzabschnitte angeordnet, so dass eine Beschädigung der ersten Harzschicht 24 zuverlässiger unterdrückt wird. Insbesondere liegt die Differenz zwischen dem Elastizitätsmodul des zweiten Harzes und dem Elastizitätsmodul des ersten Harzes als eine Bedingung, bei der ein solcher Effekt leicht zu beobachten ist, vorzugsweise in dem Bereich von 300 MPa bis 500 MPa.
Ferner ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des zweiten Harzes, das die zweite Harzschicht 20 bildet, vorzugsweise niedriger als der lineare Ausdehnungskoeffizient des ersten Harzes, das die erste Harzschicht 24 bildet. Damit werden die erste Verstärkungsschicht 30, welche aus dem faserverstärkten Harz hergestellt ist, die zweite Harzschicht 20, welche aus dem zweiten Harz hergestellt ist, und die erste Harzschicht 24, welche aus dem ersten Harz hergestellt ist, nicht auf einfache Art und Weise durch Wärme in dieser Reihenfolge expandiert und kontrahiert, wodurch eine Scherspannung aufgrund einer thermischer Ausdehnung und Kontraktion an einer Grenzfläche zwischen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20 weniger wahrscheinlich auftritt. Wenn das zweite Harz beispielsweise ein Epoxidharz (linearer Ausdehnungskoeffizient von 4,5 bis 6,5 × 10^-5/K) ist, können Nylon 6 (linearer Ausdehnungskoeffizient von 5,9 bis 10 × 10^-5 /K) und Nylon 6,6 (linearer Ausdehnungskoeffizient von 8,0 bis 10 × 10^-5/K) als das erste Harz verwendet werden.
Die Gasdurchlässigkeit des ersten Harzes ist höher als die Gasdurchlässigkeit des zweiten Harzes. Das heißt, das zweite Harz besitzt eine höhere Gasbarriereeigenschaft als das erste Harz. Entsprechend sammelt sich, wenn das in den Speicherraum 5 geladene Gas die erste Harzschicht 24 durchdringt, das passierte Gas nicht an der Grenzfläche zwischen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20 und wird von der zweiten Harzschicht 20 durch den Verstärkungsabschnitt 3 nach außen abgegeben. Dadurch ist es möglich, die erste Harzschicht 24 und die zweite Harzschicht 20 daran zu hindern, sich aufgrund des an der Grenzfläche zwischen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20 angesammelten Gases abzulösen.
Der Grad der Gasdurchlässigkeit des Harzes kann beispielsweise durch Messen der Gaspermeationsmenge des Harzes gemäß dem Japanischen Industriestandard (JIS) K 7126 oder dergleichen spezifiziert werden. Die Beziehung der Gasdurchlässigkeit zwischen dem ersten Harz und dem zweiten Harz kann durch geeignete Auswahl der Harze aus den vorstehend genannten erfüllt werden. Ferner kann im Falle eines thermoplastischen Harzes die Gasdurchlässigkeit durch Anpassen des durchschnittlichen Molekulargewichts des Monomers, des Polymerisationsgrads des Harzes vom Monomer zum Polymer und dergleichen eingestellt werden. Andererseits kann die Gasdurchlässigkeit im Falle eines wärmehärtenden Harzes durch Anpassen des durchschnittlichen Molekulargewichts des ungehärteten wärmehärtenden Harzes und des Typs und der Menge des Härtungsmittels eingestellt werden.
Es ist vorzuziehen, dass das erste Harz, welches die erste Harzschicht 24 bildet, und das zweite Harz, welches die zweite Harzschicht 20 bildet, Löslichkeitsparameter (SP) besitzen, die nahe beieinander liegen. Dabei stellt der SP-Wert einen Löslichkeitsparameter dar, und je näher die SP-Werte der Harze beieinander liegen, desto höher ist die Kompatibilität (Affinität). In der Ausführungsform ist es noch weiter vorzuziehen, dass die Differenz (absoluter Wert) im SP-Wert zwischen den Harzen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20 gleich 7 oder weniger ist.
Durch Einstellen der Differenz im SP-Wert auf 7 oder weniger wird die Kompatibilität zwischen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20 erhöht, und die Haftung zwischen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20 wird verbessert. Mit der verbesserten Haftung ist es möglich, die erste Harzschicht 24 und die zweite Harzschicht 20 daran zu hindern, sich aufgrund des Differenzbetrags einer Ausdehnung und Kontraktion zwischen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20, die durch eine Temperaturänderung verursacht wird, abzulösen, wenn der Hochdrucktank 1 verwendet wird. Beispielsweise liegt der SP-Wert im Falle eines Epoxidharzes im Bereich von 9,7 bis 10,9, im Falle von Nylon 6 liegt der SP-Wert bei etwa 11,6 und im Falle von Nylon 6,6 liegt der SP-Wert bei 13,6. Somit können durch die Auswahl dieser Harze als das erste Harz und das zweite Harz die SP-Werte die vorstehend erwähnte Beziehung erfüllen.
Die Beziehung des SP-Wertes zwischen dem ersten Harz und dem zweiten Harz kann durch geeignete Auswahl des ersten Harzes und des zweiten Harzes aus den vorstehend beispielhaft genannten Harzen erfüllt werden. Für das wärmehärtende Harz kann ein gewünschter SP-Wert durch Anpassen des Typs und der Menge des hinzuzufügenden Härtungsmittels, das im wärmehärtenden Harz enthalten ist, und dergleichen eingestellt werden. Andererseits kann für das thermoplastische Harz ein gewünschter SP-Wert durch Anpassen des durchschnittlichen Molekulargewichts und dergleichen eingestellt werden.
Wenn beispielsweise das Harz, welches das faserverstärkte Harz der ersten Verstärkungsschicht 30 bildet, ein Epoxidharz ist, ist das zweite Harz der zweiten Harzschicht 20 ein Epoxidharz, und das erste Harz der ersten Harzschicht 24 ist vorzugsweise Nylon 6 oder Nylon 6,6. Damit ist nicht nur die vorstehend beschriebene Beziehung des Elastizitätsmoduls zwischen den ersten und zweiten Harzen erfüllt, sondern auch die Beziehungen des linearen Ausdehnungskoeffizienten, des SP-Wertes und dergleichen zwischen den ersten und zweiten Harzen werden auf einfache Art und Weise erfüllt. Darüber hinaus ist, wenn das zweite Harz der zweiten Harzschicht 20 Nylon 6,6 ist, das erste Harz der ersten Harzschicht 24 vorzugsweise Nylon 6.
In der zweiten Harzschicht 20 können der Körperbereich 21 und die seitlichen Endbereiche 22, 23 aus dem gleichen Typ eines zweiten Harzes hergestellt sein, und alternativ können der Körperbereich 21 und die seitlichen Endbereiche 22, 23 aus verschiedenen Typen eines zweiten Harzes hergestellt sein.
Herstellungsverfahren des Hochdrucktanks 1
Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren des Hochdrucktanks 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Herstellungsverfahrens des Hochdrucktanks 1 darstellt. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Herstellungsverfahren des Hochdrucktanks 1 einen Vorbereitungsschritt S1, einen Verbindungsschritt S2, einen Schritt S3 zur Bildung der zweiten Verstärkungsschicht und einen Schritt S4 zur Bildung der ersten Harzschicht.
Vorbereitungsschritt S1
In dem Vorbereitungsschritt S1 können das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33, welche mit der als die zweite Harzschicht 20 dienenden Harzschicht beschichtet sind, separat vorbereitet werden. Alternativ können, wie nachstehend beschrieben, das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 separat ausgebildet und dann mit einer Harzschicht beschichtet werden.
Bildung des rohrförmigen Elements/Domelements
Die Bildung des rohrförmigen Elements 31 und die Bildung der Domelemente 32, 33 werden unabhängig voneinander durchgeführt. Daher können die Bildung des rohrförmigen Elements 31 und die Bildung der Domelemente 32, 33 parallel durchgeführt werden, oder es kann eine der Bildungen zuerst durchgeführt werden. Zunächst wird im Folgenden ein Bildungsverfahren des rohrförmigen Elements 31 beschrieben.
Bei dem Bildungsverfahren des in 7 gezeigten rohrförmigen Elements 31 wird das rohrförmige Element 31 beispielsweise durch Wickeln einer Faserschicht bzw. eines Faserbogens F1 um die Außenfläche eines säulenförmigen Dorns 100 ausgebildet, wie in 4 gezeigt. Ein Außendurchmesser des Dorns 100 entspricht einem Innendurchmesser des rohrförmigen Elements 31 und entspricht ebenso einem Durchmesser eines Innenumfangs jedes der Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 an deren äußersten Position. Das Material des Dorns 100 ist nicht in besonderer Weise beschränkt. Das Material ist jedoch vorzugsweise ein Metall, um eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten, um eine Verformung des Dorns 100 zu vermeiden, wenn der Faserbogen F1 gewickelt wird.
Bei der Bildung des rohrförmigen Elements 31 wird der bereitgestellte Faserbogen F1 mehrfach um den Dorn 100 gewickelt, während der Dorn 100 durch einen Rotationsmechanismus (nicht gezeigt) in einer Umfangsrichtung gedreht wird. Der Faserbogen F1 entspricht einem Bogen, in dem Verstärkungsfasern, die in einer Richtung ausgerichtet sind, mit Harz imprägniert sind. Der Faserbogen F1 wird so um den Dorn 100 gewickelt, dass die Verstärkungsfasern in der Umfangsrichtung des Dorns 100 ausgerichtet sind. Daher wird das rohrförmige Element 31 ausgebildet, in dem die Verstärkungsfasern in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind.
Als der Faserbogen F1 wird beispielsweise ein sogenannter unidirektionaler (UD) Bogen verwendet. Bei dem UD-Bogen handelt es sich um einen Bogen, bei dem eine Mehrzahl von Faserbündeln in einer Richtung ausgerichtet und mit einem Rückhaltefaden verwebt sind. Es kann jedoch auch ein Faserbogen verwendet werden, bei dem eine Mehrzahl von in einer einzelnen Richtung ausgerichteten Faserbündeln und eine weitere Mehrzahl von sich damit kreuzenden Faserbündeln, z.B. orthogonal dazu, gewebt sind.
Als die Verstärkungsfasern des Faserbogens F1 können die gleichen Materialien wie die für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft genannten verwendet werden, und Beispiele für das Harz, mit dem die Verstärkungsfaser imprägniert ist, umfassen die gleichen Materialien wie die für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft genannten.
Wenn das Harz der Faserschicht F1 ein wärmehärtendes Harz ist, wird der um den Dorn 100 gewickelte Faserbogen F1 erhitzt, so dass ungehärtetes wärmehärtendes Harz in einen vollständig ausgehärteten Zustand übergeht. Hier steht der Ausdruck „vollständig ausgehärteter Zustand“ für einen Zustand, in dem die Polymerisationsreaktion des ungehärteten wärmehärtenden Harzes abgeschlossen ist und das wärmehärtende Harz durch Erhitzen nicht weiter gehärtet wird. Falls jedoch die Formstabilität des rohrförmigen Elements 31 gewährleistet ist, wird der um den Dorn 100 gewickelte Faserbogen F1 erwärmt, so dass das ungehärtete wärmehärtende Harz in einen unvollständig ausgehärteten Zustand übergeht.
Der Ausdruck „unvollständig ausgehärteter Zustand“ steht hier für einen Zustand, in dem die Fließfähigkeit des wärmehärtenden Harzes verringert ist, um die Formstabilität in einem späteren Schritt sicherzustellen, wenn die Polymerisationsreaktion des ungehärteten wärmehärtenden Harzes durch Erhitzen fortschreitet. In der folgenden Beschreibung wird der vollständig ausgehärtete Zustand als vollständige Härtung bezeichnet, der unvollständig ausgehärtete Zustand wird als Vorhärtung bezeichnet, und die Zustände der vollständigen Härtung und der Vorhärtung werden kollektiv als thermische Härtung bezeichnet.
Ferner wird, wenn das Harz, mit dem der Faserbogen F1 imprägniert ist, ein thermoplastisches Harz ist, das thermoplastische Harz in einem erweichten Zustand abgekühlt, so dass das Harz in dem Faserbogen F1 verfestigt wird. Mit dem vorstehenden Prozess wird an jedem von Umfangsrandabschnitten 31a des rohrförmigen Elements 31 eine Endoberfläche 31d zum Anstoßen ausgebildet.
Nachdem das Harz thermisch gehärtet oder verfestigt ist, wird das rohrförmige Element 31 vom Dorn 100 entfernt. Die Formstabilität des rohrförmigen Elements 31 wird durch die thermische Aushärtung oder Verfestigung des Harzes verbessert. Daher kann das rohrförmige Element 31 auf einfache Art und Weise vom Dorn 100 entfernt werden, und eine Verformung des rohrförmigen Elements 31, wenn das rohrförmige Element 31 vom Dorn 100 entfernt wird, kann unterdrückt werden.
In der Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, bei dem der Faserbogen F1 um die Außenfläche des Dorns 100 gewickelt wird, um das rohrförmige Element 31 auszubilden. Das rohrförmige Element 31 kann jedoch auch durch Hoop- bzw. Umfangswickeln eines mit Harz imprägnierten Faserbündels auf der Außenfläche des Dorns 100 mittels eines Filamentwickel (FW)-Prozesses ausgebildet werden. Alternativ kann das rohrförmige Element 31 als ein anderes Verfahren durch einen sogenannten Zentrifugalwickel (CW)-Prozess ausgebildet werden, bei dem ein Faserbogen an einer Innenfläche des rotierenden Dorns 100 angebracht wird.
Bei dem Bildungsverfahren der in 6 gezeigten Domelemente 32, 33 wird ein mit Harz imprägniertes Faserbündel F2 beispielsweise durch den FW-Prozess um eine Außenfläche eines Dorns 200 gewickelt, wie in 5 gezeigt. Der Dorn 200 umfasst insbesondere einen Hauptkörperabschnitt 201 und einen Schaftabschnitt 202, der sich von einem Ende des Hauptkörperabschnitts 201 nach außen erstreckt.
Der Hauptkörperabschnitt 201 besitzt von einer axialen Richtung des Schaftabschnitts 202 aus betrachtet eine kreisförmige Gestalt. Eine Außenumfangsfläche des Hauptkörperabschnitts 201 in der Mitte in der axialen Richtung ist mit einer Nut 201a versehen, die sich über den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung erstreckt. Die Außenfläche des Dorns 200 besitzt eine Gestalt, in der die domförmigen seitlichen Endabschnitte 2b, 2c der Auskleidung 2 ohne den Körperabschnitt 2a miteinander verbunden sind, und ist mit der Nut 201a an einer Position entsprechend einer Naht zwischen den verbundenen seitlichen Endabschnitten 2b, 2c versehen. Der Schaftabschnitt 202 ist durch einen Rotationsmechanismus (nicht gezeigt) drehbar gelagert.
Bei der Bildung der Domelemente 32, 33 wird zunächst der Dorn 200 rotiert, um das Faserbündel F2 so zu wickeln, dass das Faserbündel F2 die Außenfläche des Dorns 200 bedeckt, wodurch ein Wickelkörper 35 ausgebildet wird. Während dieses Prozesses wird durch das Wickeln des Faserbündels F2 um die Außenfläche des Schaftabschnitts 202 der rohrförmige Vorsprungsabschnitt 32b mit einem Durchgangsloch 32c bereitgestellt, wie in 6 gezeigt. Das Faserbündel F2 wird in einem Winkel gewickelt, um mit Bezug auf die axiale Richtung des Schaftabschnitts 202 eine Überschneidung, beispielsweise mit 30 bis 50 Grad, vorzusehen. Das Material des Dorns 200 ist nicht in besonderer Weise beschränkt. Das Material ist jedoch vorzugsweise ein Metall, um eine ausreichende Festigkeit zu gewährleisten, um eine Verformung des Dorns 200 zu vermeiden, wenn das Faserbündel F2 gewickelt wird.
Als die Verstärkungsfasern des Faserbündels F2 können die gleichen Materialien verwendet werden, wie sie für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft beschrieben sind, und Beispiele für das Harz, mit dem die Verstärkungsfasern imprägniert sind, umfassen die gleichen Materialien, wie sie für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft beschrieben sind. Wenn das Harz des Faserbündels F2 ein thermoplastisches Harz ist, wird das Faserbündel F2 um den Dorn 200 gewickelt, wobei das thermoplastische Harz erhitzt und erweicht wird. Wenn das Harz des Faserbündels F2 hingegen ein wärmehärtendes Harz ist, wird das Faserbündel F2 um den Dorn 200 gewickelt, wobei sich das wärmehärtende Harz in einem ungehärteten Zustand befindet.
Als Nächstes wird der um die Außenfläche des Dorns 200 gewickelte Wickelkörper 35 unter Verwendung einer Schneidvorrichtung bzw. eines Schneidwerkzeugs 210 in zwei Teile geteilt (siehe 5). Nach dem vorstehenden Prozess, wie in 5 gezeigt, werden die geteilten Wickelkörper 35 vom Dorn 200 entfernt, um ein Paar der Domelemente 32, 33 zu bilden.
Insbesondere wird der Hals 4 an der Außenfläche des Vorsprungsabschnitts 32b in dem in 5 gezeigten Zustand angebracht. Wenn das Harz, mit dem das Faserbündel F2 des Wickelkörpers imprägniert ist, ein wärmehärtendes Harz ist, wird der Wickelkörper 35 unter den Bedingungen (Heiztemperatur und Heizzeit) der Vorhärtung oder der Vollhärtung thermisch gehärtet. Wenn das Harz, mit dem das Faserbündel F2 des Wickelkörpers 35 imprägniert ist, ein thermoplastisches Harz ist, wird das thermoplastische Harz im erweichten Zustand abgekühlt, so dass das Harz im Faserbündel F2 verfestigt wird.
Wenn das Harz, mit dem das Faserbündel F2 imprägniert ist, wie vorstehend beschrieben thermisch gehärtet oder verfestigt ist, wird eine Klinge des Schneidwerkzeugs 210 in die Nut 201a des Dorns 200 eingeführt, während der Dorn 200 rotiert wird. Mit dem vorstehenden Prozess schneidet das Schneidwerkzeug 210 das Faserbündel F2, so dass der Wickelkörper 35 in zwei Teile geteilt werden kann. Die beiden Domelemente 32, 33 werden durch Entfernen der geteilten Wickelkörper vom Dorn 200 gebildet. Mit dem vorstehenden Prozess werden an den Umfangsrandabschnitten 32a, 33a der Domelemente 32, 33 ringförmige Endoberflächen 32d, 33d zum Anstoßen ausgebildet. Das Schneidwerkzeug 210 ist nicht in besonderer Weise beschränkt. Das Schneidwerkzeug 210 kann jedoch beispielsweise ein Schneidwerkzeug sein, das eine Klinge an einer Außenumfangsfläche einer rotierenden Scheibe besitzt, ein Schneidwerkzeug mit einer Klinge an einer Seitenfläche einer dünnen Platte, oder eine Laserschneidevorrichtung, welche das Faserbündel F2 unter Verwendung eines Laserlichts schneidet.
Das Harz, mit dem das Faserbündel F2 imprägniert ist, wird von dem Schneidwerkzeug 210 in einem Zustand geschnitten, in dem das Harz thermisch gehärtet oder verfestigt ist. Daher wird eine Verformung des Faserbündels F2 während des Schneidens unterdrückt, und gleichzeitig kann auch eine Verformung der beiden Domelemente 32, 33 unterdrückt werden, wenn diese vom Dorn 200 entfernt werden.
Ferner wurde das Beispiel beschrieben, bei dem das Harz des Faserbündels F2 durch das Schneidwerkzeug 210 in einem Zustand geschnitten wird, in dem das Harz thermisch gehärtet oder verfestigt ist. Das Harz des Faserbündels F2 kann jedoch auch von dem Schneidwerkzeug 210 geschnitten werden, ohne dass es thermisch gehärtet oder verfestigt ist. In diesem Fall kann das Faserbündel F2 thermisch gehärtet oder verfestigt werden, nachdem dieses von dem Schneidwerkzeug 210 geschnitten wurde.
In der Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, bei dem das mit Harz imprägnierte Faserbündel F2 um die Außenfläche des Dorns 200 gewickelt ist. Es kann jedoch auch das nicht mit Harz imprägnierte Faserbündel F2 um die Außenfläche des Dorns 200 gewickelt werden, um den Wickelkörper auszubilden, und der Wickelkörper kann danach mit Harz imprägniert werden.
Ferner wurde in der Ausführungsform das Beispiel beschrieben, bei dem der Hals 4 an der Außenfläche des Vorsprungsabschnitts 32b angebracht wird, nachdem das Faserbündel F2 um die Außenfläche des Dorns 200 gewickelt wurde. Der Hals kann jedoch im Voraus an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Hauptkörperabschnitt 201 und dem Schaftabschnitt 202 des Dorns 200 angebracht werden, und das Faserbündel F2 kann in diesem Zustand um einen Teil des Halses, zusammen mit der Außenfläche des Dorns 200, gewickelt werden. In diesem Fall wird der Teil des Halses durch das Faserbündel F2 bedeckt und gehalten. Daher kann der Hals durch das Faserbündel F2 fest fixiert werden.
Beschichtung der Harzschicht
Wie in den 7 und 8 gezeigt, sind die Innenflächen des rohrförmigen Elements 31 und der beiden Domelemente 32, 33, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet werden, mit Harzschichten 21A bis 23A beschichtet. Die vorstehenden Innenflächen sind Kontaktflächen 31f bis 33f, die mit der Außenfläche der Auskleidung 2 in Kontakt kommen, und sind Oberflächen, die sich an der Innenseite des Hochdrucktanks 1 befinden. Wie in 7 gezeigt, entspricht die Harzschicht 21A, die auf der Kontaktfläche 3 1f des rohrförmigen Elements 31 beschichtet ist, dem Körperbereich 21 der in 1 gezeigten zweiten Harzschicht 20. Wie in 8 gezeigt ist, entsprechen die Harzschichten 22A, 23A, die auf den Kontaktflächen 32f, 33f der Domelemente 32, 33 beschichtet sind, den seitlichen Endbereichen 22, 23 der in 1 gezeigten zweiten Harzschicht 20.
Als ein Bildungsverfahren der Harzschichten 21A bis 23A kann die Harzschicht 21A durch Aufbringen des flüssigen oder erweichten zweiten Harzes auf die Kontaktfläche 31f ausgebildet werden, oder kann beispielsweise durch Anbringen eines aus dem zweiten Harz hergestellten Bogens ausgebildet werden. Die Harzschichten 22A, 23A können durch Aufbringen des flüssigen oder erweichten zweiten Harzes auf die Kontaktflächen 32f, 33f ausgebildet werden, oder können beispielsweise durch Anbringen eines aus dem zweiten Harz hergestellten Bogens ausgebildet werden.
Beispiele für das zweite Harz umfassen die gleichen Materialien wie diese für die zweite Harzschicht 20. In der Ausführungsform werden die Harzschichten 21A bis 23A einzeln ausgebildet, so dass es einfach möglich ist, verschiedene Arten von Harz für das zweite Harz zu verwenden, das die Harzschichten 21A bis 23A bildet.
Ferner kann als das Bildungsverfahren der Harzschichten 21A bis 23A ein wärmehärtendes Zweikomponenten-Mischharz, wie ein Epoxidharz, auf die Kontaktflächen 31f bis 33f aufgebracht und getrocknet werden, um die Harzschichten 21A bis 23A auszubilden. Zusätzlich können die Harzschichten 21A bis 23A, die aus einem thermoplastischen Harz, wie Nylon 6, hergestellt sind, ausgebildet werden, indem ein Harz, das ein thermoplastisches Harzmonomer, wie ε-Caprolactam, und einen Katalysator enthält, auf die Kontaktflächen 31f bis 33f aufgebracht wird und das aufgebrachte Harz auf eine Temperatur erhitzt wird, die gleich oder höher ist als die Temperatur, bei welcher die Polymerisationsreaktion des thermoplastischen Harzmonomers beginnt.
Wenn das zweite Harz ein wärmehärtendes Harz ist, kann das wärmehärtende Harz ungehärtet sein oder durch Erhitzen vorgehärtet werden, so dass das wärmehärtende Harz in einen unvollständig ausgehärteten Zustand übergeht. Ferner kann das wärmehärtende Harz durch Erhitzen vollständig ausgehärtet werden, so dass das wärmehärtende Harz in einen vollständig ausgehärteten Zustand übergeht. Wenn das zweite Harz ein thermoplastisches Harz ist, befindet sich das thermoplastische Harz in einem verfestigten Zustand.
In der Ausführungsform ist die Glasübergangstemperatur (Tg) des zweiten Harzes vorzugsweise niedriger als Tg des Matrixharzes, mit dem die Verstärkungsfasern des rohrförmigen Elements 31 und der Domelemente 32, 33 imprägniert sind. Dadurch können die Harzschichten 21A bis 23A bei einer Temperatur ausgebildet werden, die niedriger ist als Tg des Matrixharzes des rohrförmigen Elements 31 und der Domelemente 32, 33, so dass die Formstabilität bzw. Formbeständigkeit des rohrförmigen Elements 31 und der Domelemente 32, 33 sichergestellt werden kann. Bei dem wärmehärtenden Harz kann eine gewünschte Tg durch Anpassen des Typs und der Menge und dergleichen des hinzuzufügenden Härtungsmittels, das in dem wärmehärtenden Harz enthalten ist, eingestellt werden. Ferner kann im Falle des thermoplastischen Harzes eine gewünschte Tg durch Anpassen des durchschnittlichen Molekulargewichts des Monomers, des Polymerisationsgrads des Harzes vom Monomer zum Polymer und dergleichen eingestellt werden.
In der Ausführungsform werden die Bildung des rohrförmigen Elements und der Domelemente sowie die Beschichtung der Harzschicht separat durchgeführt. Die Bildung des rohrförmigen Elements und der Domelemente und die Beschichtung der Harzschicht können jedoch beispielsweise gleichzeitig durchgeführt werden. Insbesondere kann das rohrförmige Element 31 auf der Harzschicht ausgebildet werden, nachdem die Harzschicht auf der Oberfläche des in 4 gezeigten Dorns 100 unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet wurde. Gleichermaßen können die Domelemente 32, 33 ausgebildet werden, indem die Harzschicht auf der Oberfläche des in 5 dargestellten Dorns 200 unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet wird, dann der Wickelkörper 35 auf der Harzschicht ausgebildet wird und dann der Wickelkörper 35 geschnitten wird.
Verbindungsschritt S2
In dem Verbindungsschritt S2, wie in den 9 und 10 gezeigt, werden die Umfangsrandabschnitte 31a auf den gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Elements 31 und die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 verbunden. Ferner werden die auf dem rohrförmigen Element 31 beschichtete Harzschicht 21A und die auf den Domelementen 32, 33 beschichteten Harzschichten 22A, 23A verbunden.
Während des vorstehenden Verbindungsprozesses werden das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 miteinander verbunden, und die Harzschicht 21A und die Harzschichten 22A, 23A werden miteinander verbunden, indem veranlasst wird, dass die Endoberflächen 31d der Umfangsrandabschnitte 31a des rohrförmigen Elements 31 an die Endoberflächen 32d, 33d der Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 stoßen.
Folglich können, wie in 11 gezeigt, die erste Verstärkungsschicht 30, die das rohrförmige Element 31 und die beiden Domelemente 32, 33 besitzt, und die zweite Harzschicht 20, die den Körperbereich 21 und die seitlichen Endbereiche 22, 23 besitzt, gleichzeitig ausgebildet werden. Die Harzschicht 21A dient als der Körperbereich 21 der zweiten Harzschicht 20, und die Harzschichten 22A, 23A dienen als die seitlichen Endbereiche 22, 23 der zweiten Harzschicht 20.
Hier können das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 beispielsweise unter Verwendung eines Klebstoffs verbunden werden. Der Klebstoff ist vorzugsweise ein Klebstoff des gleichen Typs wie das Harz des faserverstärkten Harzes, welches das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 bildet. Wenn das Harz des faserverstärkten Harzes, welches das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 bildet, ein wärmehärtendes Harz ist, können das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 außerdem miteinander verbunden werden, indem veranlasst wird, dass das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 in einem Zustand aneinander stoßen, in dem das wärmehärtende Harz vorgehärtet ist, und dann das wärmehärtende Harz durch Erwärmen vollständig ausgehärtet wird, wie vorstehend beschrieben.
Wenn das Harz des faserverstärkten Harzes, welches das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 bildet, ein thermoplastisches Harz ist, können die Endoberflächen 31d der Umfangsrandabschnitte 31a des rohrförmigen Elements 31 und die Endoberflächen 32d, 33d der Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 erwärmt und dann dazu gebracht werden, in einem Zustand, in dem das thermoplastische Harz geschmolzen ist, aneinander zu stoßen, um thermisch verbunden (gefügt) zu werden.
Die Harzschicht 21A, welche auf dem rohrförmigen Element 31 beschichtet ist, und die Harzschichten 22A, 23A, welche auf den Domelementen 32, 33 beschichtet sind, können unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Klebstoffes verbunden werden. Der Klebstoff ist vorzugsweise ein Klebstoff des gleichen Typs wie das Harz des faserverstärkten Harzes, welches das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 bildet. Der Klebstoff kann jedoch beispielsweise aus dem Harz des gleichen Typs wie das Harz der Harzschichten 21A bis 23A hergestellt sein. Wenn das Harz der Harzschichten 21A bis 23A ein wärmehärtendes Harz ist, können die Harzschichten 21A bis 23A außerdem miteinander verbunden werden, indem veranlasst wird, dass die Harzschichten 21A bis 23A in einem Zustand aneinander stoßen, in dem das wärmehärtende Harz ungehärtet oder vorgehärtet ist, und dann das wärmehärtende Harz durch Erhitzen vollständig ausgehärtet wird. Wenn das Harz der Harzschichten 21A bis 23A ein thermoplastisches Harz ist, können jeweilige Endabschnitte der Harzschichten 21A bis 23A erwärmt werden und in einem Zustand aneinanderstoßen, in dem das thermoplastische Harz geschmolzen ist, um thermisch verbunden (gefügt) zu werden.
Schritt S3 zur Bildung der zweiten Verstärkungsschicht
In Schritt S3 zur Bildung der zweiten Verstärkungsschicht, wie in 12 gezeigt, wird die zweite Verstärkungsschicht 34 ausgebildet, um die Außenfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 zu bedecken.
In diesem Schritt wird das mit dem Harz imprägnierte Faserbündel, welches als die zweite Verstärkungsschicht 34 dient, durch Spiralwickeln unter Verwendung des FW-Prozesses in einer geschichteten Art und Weise um die Oberfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 gewickelt. Das Spiralwickeln entspricht einem Wickelverfahren, bei dem das Faserbündel diagonal bzw. schräg (in einem Bereich von 10° oder mehr und 60° oder weniger) zur axialen Richtung X des rohrförmigen Elements 31 über die Domelemente 32, 33 gewickelt wird. Die Anzahl an Schichten bzw. Lagen der gewickelten Faserbündel ist nicht in besonderer Weise beschränkt, solange die Festigkeit der zweiten Verstärkungslage 34 gewährleistet ist. Die Anzahl an Lagen des gewickelten Faserbündels beträgt jedoch beispielsweise etwa 2 bis 10.
Beispiele für die Verstärkungsfasern des Faserbündels umfassen die gleichen Materialien, wie sie für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft beschrieben sind, und Beispiele für das Harz, mit dem die Verstärkungsfasern imprägniert sind, umfassen die gleichen Materialien, wie sie für die erste Verstärkungsschicht 30 beispielhaft beschrieben sind.
Schritt S4 zur Bildung der ersten Harzschicht
Als nächstes wird in Schritt S4 zur Bildung der ersten Harzschicht, wie in 12 gezeigt, die erste Harzschicht 24 ausgebildet, um die Oberfläche der zweiten Harzschicht 20 zu bedecken, wobei die zweite Verstärkungsschicht 34, in der das Harz ungehärtet oder erweicht ist, so vorgesehen ist, dass diese die Oberfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 bedeckt. Die erste Harzschicht 24 wird durch Aufbringen des ersten Harzes ausgebildet.
Das Verfahren zum Aufbringen des ersten Harzes ist nicht in besonderer Weise beschränkt, solange die erste Verstärkungsschicht 30 auf der Oberfläche der zweiten Harzschicht 20 ausgebildet werden kann. Beispielsweise wird, wie in 12 gezeigt, eine Düse 300 durch das den Innenraum und den äußeren Raum der zweiten Harzschicht 20 verbindende Durchgangsloch 32c eingeführt und das erste Harz wird aus der Düse 300 ausgestoßen. Zu der Zeit des Ausstoßes wird die Düse 300 entlang der axialen Richtung X bewegt, und die erste Verstärkungsschicht 30 wird in der Umfangsrichtung rotiert. Dadurch wird das erste Harz auf die gesamte Oberfläche der zweiten Harzschicht 20 aufgebracht. Nach der Beschichtung wird die Düse 300 aus dem Innenraum durch das Durchgangsloch 32c herausgezogen. Beispiele für das erste Harz umfassen die gleichen Harze wie diejenigen, welche als das Harz beispielhaft beschrieben sind, das die erste Harzschicht 24 bildet, wie vorstehend beschrieben.
In der Ausführungsform ist die Glasübergangstemperatur (Tg) des ersten Harzes vorzugsweise niedriger als Tg des zweiten Harzes, das die zweite Harzschicht 20 bildet. Dadurch kann beim Aufbringen des ersten Harzes beschränkt werden, dass das zweite Harz der zweiten Harzschicht 20, das vollständig ausgehärtet oder verfestigt ist, übermäßig verflüssigt wird. Wie vorstehend beschrieben ist, kann bei dem wärmehärtenden Harz die gewünschte Tg durch Anpassen der Art und Menge des hinzuzugebenden Härtungsmittels, das im wärmehärtenden Harz enthalten ist, eingestellt werden. Ferner kann im Falle eines thermoplastischen Harzes die gewünschte Tg durch Anpassen des durchschnittlichen Molekulargewichts des Monomers, des Polymerisationsgrads des Harzes vom Monomer zum Polymer und dergleichen eingestellt werden.
Wenn das zweite Harz, das die zweite Harzschicht 20 bildet, ein ungehärtetes oder vorgehärtetes wärmehärtendes Harz ist, ist die Geliertemperatur des ersten Harzes vorzugsweise mindestens 10 °C niedriger als die Geliertemperatur des zweiten Harzes. Dadurch kann die Gestalt der Auskleidung 2 auf einfache Art und Weise beibehalten werden, da das erste Harz zuerst vollständig ausgehärtet wird, wenn die erste Harzschicht 24 und die zweite Harzschicht 20 einer Vollhärtung unterzogen werden. Unter demselben Gesichtspunkt ist es vorzuziehen, für das erste Harz ein Harz zu verwenden, das bei der Umgebungstemperatur der zweiten Harzschicht 20 (insbesondere bei Raumtemperatur) vollständig ausgehärtet ist. Wenn das erste Harz auf die Oberfläche der zweiten Harzschicht 20 aufgebracht wird, härtet das erste Harz aus, so dass die Gestalt der Auskleidung 2 auf einfache Art und Weise beibehalten werden kann.
Wenn das in der zweiten Verstärkungsschicht 34 enthaltene Harz und das erste Harz thermoplastische Harze sind, werden die Harze abgekühlt, um sich zu verfestigen. Wenn das thermoplastische Harz ein thermoplastisches Harzmonomer und einen Katalysator, der das thermoplastische Harzmonomer polymerisiert, umfasst, können die zweite Verstärkungsschicht 34 und die erste Harzschicht 24 durch Erhitzen auf eine Temperatur gleich oder höher als die Starttemperatur der Polymerisationsreaktion ausgebildet werden. Wenn es sich bei dem in der zweiten Verstärkungsschicht 34 enthaltenen Harz und dem ersten Harz um wärmehärtende Harze handelt, werden die Harze hingegen durch Erhitzen vollständig ausgehärtet. Wenn die Harze der ersten Verstärkungsschicht 30 und der zweiten Harzschicht 20 nicht vollständig ausgehärtet sind, werden diese Harze ebenfalls einer Vollhärtung unterzogen. Wenn die erste Verstärkungsschicht 30 und die zweite Harzschicht 20 vollständig ausgehärtet sind, wird die Vollhärtung der zweiten Verstärkungsschicht 34 und des ersten Harzes vorzugsweise unter einer Bedingung durchgeführt, dass das Harz der ersten Verstärkungsschicht 30 nicht verflüssigt wird, und unter einer Bedingung, dass das Harz der zweiten Harzschicht 20 in gewissem Umfang verflüssigt werden kann, aber nicht übermäßig verflüssigt wird.
Wenn das Harz vollständig ausgehärtet oder verfestigt ist, kann das Innere des Speicherraums 5 unter Druck gesetzt werden. Dadurch kann die Adhäsion bzw. die Haftfähigkeit zwischen der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20 verbessert werden.
Wie in 1 gezeigt, ist es durch die Bildung der ersten Harzschicht 24 möglich, die Auskleidung 2 auszubilden, welche die erste Harzschicht 24 und die zweite Harzschicht 20 besitzt. Wenn die erste Harzschicht 24 gebildet wird, werden ferner die Nähte zwischen dem Körperbereich 21 und den seitlichen Endbereichen 22, 23 der zweiten Harzschicht 20 mit der ersten Harzschicht 24 bedeckt. Daher kann die Luftdichtheit der Auskleidung 2 sichergestellt werden. Andererseits ist es durch die Bildung der zweiten Verstärkungsschicht 34 möglich, den Verstärkungsabschnitt 3 auszubilden, welcher die erste Verstärkungsschicht 30 und die zweite Verstärkungsschicht 34 besitzt. Ferner ist es durch die Bildung der zweiten Verstärkungsschicht 34 möglich, die Domelemente 32, 33 an dem rohrförmigen Element 31 festzuhalten.
Nachdem die zweite Verstärkungsschicht 34 zusammen mit der ersten Harzschicht 24 ausgebildet ist, wie vorstehend beschrieben, wird der Hochdrucktank 1 durch Anbringen des Ventils 6 am Hals 4, wie in 1 gezeigt, fertiggestellt.
In der Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, bei dem ein Faserbündel spiralförmig um die Oberfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 gewickelt wird und dann das erste Harz auf die Oberfläche der zweiten Harzschicht 20 aufgebracht wird. Ein Faserbündel kann jedoch auch spiralförmig um die Oberfläche der ersten Verstärkungsschicht 30 gewickelt werden, nachdem das erste Harz auf die Oberfläche der zweiten Harzschicht 20 aufgebracht wurde.
In der Ausführungsform werden die zweite Verstärkungsschicht 34 und die erste Harzschicht 24 gleichzeitig verfestigt oder vollständig ausgehärtet. Es kann jedoch entweder die zweite Verstärkungsschicht 34 oder die erste Harzschicht 24 zuerst verfestigt oder vollständig ausgehärtet werden, und dann kann die andere verfestigt oder vollständig ausgehärtet werden.
13 ist eine schematische Schnittansicht, welche eine Struktur des Hochdrucktanks 1 gemäß einer ersten Modifikation der Ausführungsform zeigt. Die in 13 gezeigte erste Modifikation unterscheidet sich von der Ausführungsform dahingehend, dass die Auskleidung 2 die zweite Harzschicht 20 nur auf dem Körperabschnitt 2a besitzt. Daher werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede beschrieben, und die gleichen Elemente und Abschnitte wie in der Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird weggelassen.
In dem Hochdrucktank 1 der ersten Modifikation besitzt die Auskleidung 2 eine zweischichtige Struktur aus der ersten Harzschicht 24 und der zweiten Harzschicht 20, die nur zwischen der ersten Harzschicht 24 und dem rohrförmigen Element 31 vorgesehen ist. Daher ist die zweite Harzschicht 20 nur aus dem Körperbereich 21 aufgebaut.
Der Körperabschnitt 2a der Auskleidung 2 besitzt einen größeren Oberflächenbereich als die seitlichen Endabschnitte 2b, 2c. Wenn sich die Auskleidung 2 ausdehnt und zusammenzieht, wird der Körperabschnitt 2a daher leichter von der ersten Verstärkungsschicht 30 zurückgehalten als die seitlichen Endabschnitte 2b, 2c. Entsprechend wird der Körperabschnitt 2a leichter beschädigt als die seitlichen Endabschnitte 2b, 2c. Daher ist in der ersten Modifikation die zweite Harzschicht 20 nur auf dem Körperabschnitt 2a vorgesehen, der durch die erste Verstärkungsschicht 30 leicht zurückgehalten wird, so dass es möglich ist, eine Beschädigung der ersten Harzschicht 24 aufgrund der Zurückhaltung durch die erste Verstärkungsschicht 30 wirkungsvoller zu unterdrücken, wenn sich die Auskleidung 2 ausdehnt und zusammenzieht.
Die Punkte, in denen sich das Herstellungsverfahren des Hochdrucktanks 1 der ersten Modifikation von dem in 3 gezeigten Herstellungsverfahren unterscheidet, werden im Folgenden beschrieben. Bei dem in 3 gezeigten Vorbereitungsschritt S1 werden die vorbereiteten Domelemente 32, 33 nicht mit den Harzschichten 22A, 23A beschichtet, wie in 6 gezeigt. Insbesondere werden die Kontaktflächen 32f, 33f der Domelemente 32, 33 nicht mit den Harzschichten 22A, 23A beschichtet, nachdem die Domelemente 32, 33 wie in den 5 und 6 gezeigt ausgebildet wurden. Bei dem in 3 gezeigten Verbindungsschritt S2 werden die Umfangsrandabschnitte 31a auf den gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Elements 31, das mit der Harzschicht 21A beschichtet ist, und die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33, die nicht mit den Harzschichten 22A, 23A beschichtet sind, verbunden. In dem in 3 gezeigten Schritt S4 zur Bildung der ersten Harzschicht wird die erste Harzschicht 24 so ausgebildet, dass diese die Kontaktflächen 32f, 33f der Domelemente 32, 33 und die Oberfläche der zweiten Harzschicht 20 (hier der Körperbereich 21) bedeckt. Auf diese Art und Weise kann die Auskleidung 2 ausgebildet werden, welche die erste Harzschicht 24 und die zweite Harzschicht 20, die nur zwischen der ersten Harzschicht 24 und dem rohrförmigen Element 31 vorgesehen ist, besitzt.
14 ist eine Teil-Schnittansicht, welche eine Struktur des Hochdrucktanks 1 gemäß einer zweiten Modifikation der Ausführungsform zeigt. Wie in 14 gezeigt ist, unterscheidet sich die zweite Modifikation von der Ausführungsform dahingehend, dass die Umfangsrandabschnitte 31a, 31a des rohrförmigen Elements 31 und die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 gepasst sind. Daher werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede beschrieben, und die gleichen Elemente und Abschnitte wie diese in der Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung derselben wird weggelassen.
In der zweiten Modifikation sind das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 so ausgebildet, dass die Dicken der Umfangsrandabschnitte 31a, 32a, 33a in der axialen Richtung X zu deren entsprechenden distalen Enden hin allmählich abnehmen. Bei solchen Gestaltungen ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Stufe in einem Verbindungsabschnitt zwischen der Außenfläche des rohrförmigen Elements 31 und den Außenflächen der Domelemente 32, 33 gebildet wird, wenn die Umfangsrandabschnitte 31 a, 31a des rohrförmigen Elements 31 und die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 übereinander gelegt werden.
Die Punkte, in denen sich das Herstellungsverfahren des Hochdrucktanks 1 der zweiten Modifikation von dem in 3 gezeigten Herstellungsverfahren unterscheidet, werden im Folgenden beschrieben. In dem in 3 gezeigten Vorbereitungsschritt S1 kann, um die Dicke der beiden Endabschnitte des rohrförmigen Elements 31 in der axialen Richtung X allmählich zu verringern, das Faserbündel so gewebt werden, dass die Dicke des Faserbündels an den Endabschnitten des in 4 gezeigten Faserbogens F1 in der axialen Richtung X (Breitenrichtung) allmählich abnimmt, oder eine Wickelbreite des Faserbogens F1 kann allmählich verringert werden. Darüber hinaus kann die Dicke allmählich verringert werden, indem auf beide Enden des rohrförmigen Elements 31 in der axialen Richtung X mit einer Walze usw. gedrückt wird. Die Dicke der Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 kann ebenfalls im Vergleich zur Dicke der anderen Abschnitte reduziert werden, indem auf die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a mit einer Walze usw. gedrückt wird.
Ferner werden in dem in 3 gezeigten Verbindungsschritt S2 die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 mit den Umfangsrandabschnitten 31a, 31a des rohrförmigen Elements 31 verbunden. Insbesondere werden die Umfangsrandabschnitte 31a des rohrförmigen Elements 31 und die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a der Domelemente 32, 33 gepasst bzw. montiert, wobei entweder die Umfangsrandabschnitte 31a oder die Umfangsrandabschnitte 32a, 33a auf der Innenseite liegen und die anderen auf der Außenseite liegen. Folglich kann die Verbindung zwischen dem rohrförmigen Element 31 und den Domelementen 32, 33 weiter verstärkt werden, so dass es möglich ist, die Domelemente 32, 33 und das rohrförmige Element 31 zuverlässiger gegen ein Lösen aufgrund von Gasdruck zu sichern.
In der zweiten Modifikation kann die zweite Harzschicht 20 nur zwischen der ersten Harzschicht 24 und dem rohrförmigen Element 31 ausgebildet sein, wie in der ersten Modifikation.
Ferner kann der Hochdrucktank 1 gemäß einer dritten Modifikation der Ausführungsform, obwohl in den Abbildungen nicht gezeigt, mit Verbindungselementen zwischen dem rohrförmigen Element 31 und den Domelementen 32, 33 versehen sein. Mit einer solchen Konfiguration kann die Haftfähigkeit zwischen dem rohrförmigen Element 31 und den Domelementen 32, 33 verbessert werden, so dass die Domelemente 32, 33 und das rohrförmige Element 31 zuverlässiger daran gehindert werden können, durch den Gasdruck getrennt zu werden. Da die Verbindungselemente auch zwischen dem Körperbereich 21 und den seitlichen Endbereichen 22, 23 vorgesehen sind, können die Verbindungselemente jeweils als ein Dichtungsmaterial dienen. Mit dieser Konfiguration kann die Luftdichtheit des in der Auskleidung 2 gespeicherten Hochdruckgases verbessert werden.
Die Verbindungselemente sind zwischen den Umfangsrandabschnitten 31a des rohrförmigen Elements 31, die den Körperbereich 21 umfassen, und den Umfangsrandabschnitten 32a, 33a der Domelemente 32, 33, welche die seitlichen Endbereiche 22, 23 umfassen, angeordnet. Das Verbindungselement kann eine Ringgestalt besitzen, die den Endoberflächen 31d bis 33d einschließlich der zweiten Harzschicht 20 entspricht, oder kann eine Gestalt besitzen, die zu den Umfangsrandabschnitten 31a und den Umfangsrandabschnitten 32a, 33a passt. Das Verbindungselement ist aus Harz hergestellt und ist vorzugsweise aus dem gleichen Harz hergestellt wie das faserverstärkte Harz, welches das rohrförmige Element 31 und die Domelemente 32, 33 bildet, oder kann aus dem gleichen Harz wie dieses der zweiten Harzschichten 20 hergestellt sein. In der dritten Modifikation kann die zweite Harzschicht 20 nur zwischen der ersten Harzschicht 24 und dem rohrförmigen Element 31 vorgesehen sein, wie in der ersten Modifikation.
Die hier offenbarte Ausführungsform soll in jeder Hinsicht als darstellend und nicht beschränkend betrachtet werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird eher durch die Ansprüche als durch die vorstehende Ausführungsform dargestellt und soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Schutzumfangs äquivalent zu diesen der Ansprüche umfassen.
Beispielsweise ist in der vorstehenden Ausführungsform die Gestalt des Körperabschnitts der Auskleidung und des rohrförmigen Elements rohrförmig, diese ist jedoch nicht auf die rohrförmige Gestalt beschränkt, solange die mit der Harzschicht beschichteten Domelemente mit den gegenüberliegenden Enden des mit der Harzschicht beschichteten rohrförmigen Elements verbunden werden können. Beispielsweise können der Körperabschnitt der Auskleidung und das rohrförmige Element eine längliche Gestalt (elliptische Gestalt), eine polygonale Gestalt oder dergleichen besitzen.
In der vorstehenden Ausführungsform wurde beispielsweise das Beispiel beschrieben, bei dem das Durchgangsloch nur in einem der Domelemente vorgesehen ist und der Hals nur an einem Ende des Hochdrucktanks vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und das Durchgangsloch kann in beiden Domelementen vorgesehen sein, und der Hals kann an beiden Enden des Hochdrucktanks vorgesehen sein.
Ferner wurde in der vorstehenden Ausführungsform das Beispiel beschrieben, bei dem die erste Verstärkungsschicht aus drei Elementen (rohrförmiges Element und Domelemente) aufgebaut ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann die erste Verstärkungsschicht aus vier oder mehr Elementen (zwei oder mehr rohrförmige Elemente und Domelemente) aufgebaut sein. In diesem Fall können, nachdem zwei oder mehr rohrförmige Elemente miteinander verbunden sind, die Domelemente an den gegenüberliegenden Enden der verbundenen rohrförmigen Elemente verbunden werden. Ferner können, nachdem ein rohrförmiges Element mit jedem der Domelemente verbunden ist, die rohrförmigen Elemente mit Domelementen miteinander verbunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017141947 A [0003]
JP 2017 [0004]
JP 141947 A [0004]

Claims

Hochdrucktank (1), aufweisend: eine Auskleidung (2), welche einen Körperabschnitt (2a) mit einer rohrförmigen Gestalt und seitliche Endabschnitte (2b, 2c), die jeweils eine Domgestalt besitzen, umfasst, wobei die seitlichen Endabschnitte (2b, 2c) an gegenüberliegenden Seiten des Körperabschnitts (2a) bereitgestellt sind; und eine Verstärkungsschicht (30), welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Außenfläche der Auskleidung (2) bedeckt und aus einem faserverstärkten Harz hergestellt ist, wobei: die Verstärkungsschicht (30) ein rohrförmiges Element (31), welches derart konfiguriert ist, dass dieses den Körperabschnitt (2a) bedeckt, und Domelemente (32, 33), welche mit gegenüberliegenden Seiten des rohrförmigen Elements (31) verbunden sind, um die seitlichen Endabschnitte (2b, 2c) zu bedecken, umfasst; die Auskleidung (2) eine erste Harzschicht (24), die einen Speicherraum (5) zum Speichern von Gas definiert, und eine zweite Harzschicht (20), welche zwischen der ersten Harzschicht (24) und zumindest dem rohrförmigen Element (31) bereitgestellt ist, umfasst; und ein Elastizitätsmodul eines zweiten Harzes, welches die zweite Harzschicht (20) bildet, niedriger ist als ein Elastizitätsmodul eines ersten Harzes, welches die erste Harzschicht (24) bildet.
Hochdrucktank (1) nach Anspruch 1, wobei die zweite Harzschicht (20) auch zwischen der ersten Harzschicht (24) und den Domelementen (32, 33) bereitgestellt ist, um die erste Harzschicht (24) zu bedecken.