DE112007002491T5

DE112007002491T5 - Druckbehälter

Info

Publication number: DE112007002491T5
Application number: DE112007002491T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Toyota-shi Otsubo; Takeshi Toyota-shi Ishikawa; Sachiko Toyota-shi Imaizumi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: JP2008144943A; CN101548128B; JP4457359B2; DE112007002491B4; US20100025411A1; WO2008072046A1; US8087537B2; CN101548128A

Abstract

Druckbehälter, der einen Metallsockel und eine CFRP-Schicht, die den Sockel kontaktiert, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass:
eine Metalloxidschicht auf zumindest einem Abschnitt eines ersten Kontaktbereichs gebildet ist, wo der Sockel die CFRP-Schicht kontaktiert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckbehälter, der z. B. in einem Brennstoffzellensystem bereitgestellt ist, und spezieller auf einen Druckbehälter, in welchem ein Metallsockel eine CFRP (kohlefaserverstärkter Kunststoff) Schicht kontaktiert.
2. Verwandter Stand der Technik
Ein Beispiel der vorgenannten Art des Druckbehälters ist in der japanischen Patentanmeldung Publikationsnummer 7-310895 ( JP-A-7-310895 ) beschrieben. Der beschriebene Druckbehälter ist ein Tank, in welchem eine aus Polyethylenharz hergestellte Auskleidungsschicht durch Aufbringen einer CFRP-Schicht auf eine äußere Oberfläche der Auskleidungsschicht verstärkt ist. Eine Öffnung des Tanks ist mit einem aus Aluminiumlegierung hergestellten Sockel ausgestattet.
In Allgemeinen tritt, wenn Leiter, welche wechselweise unterschiedliche Elektrodenpotenziale aufweisen, einander unter einer Bedingung, z. B. einer feuchten Bedingung, kontaktieren, galvanische Korrosion auf. Die galvanische Korrosion kann auch als Kontaktkorrosion, Potenzialunterschiedskorrosion, oder Störstromkorrosion bezeichnet werden. Wenn ein Druckbehälter in solch einer nassen Bedingung platziert wird, kann eine elektrolytische Zelle gebildet werden. In der elektrolytischen Zelle dient die Aluminiumlegierung, welche den Sockel bildet, als ein negativer Pol und der Kohlenstoff, welcher die CFRP-Schicht bildet, dient als ein positiver Pol. In diesem Fall kann der Sockel, welcher ein niedrigeres elektrisches Potenzial aufweist, korrodieren.
Um die vorgenannte Korrosion zu verhindern, ist bei dem in der japanischen Patentanmeldung Publikationsnummer 7-310895 ( JP-A-7-310895 ) beschriebenen Druckbehälter der Sockel mit einer elektrisch isolierenden Schicht durch Aufbringen eines elektrisch isolierenden Harzes auf den Sockel oder Anbringen eines elektrisch isolierenden Haftbandes auf dem Sockel ausgestattet.
Allerdings ist der Prozess zum Bilden der vorgenannten elektrisch isolierenden Schicht kompliziert, und des Weiteren ist es schwierig, die elektrisch isolierende Schicht einer vollständig einheitlichen Dicke unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren zu bilden. Daher bestand ein Bedarf für eine Verbesserung des Bildungsverfahrens.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt einen Druckbehälter, in welchem ein Überzug oder eine Schicht zum Unterdrücken von Korrosion eines Sockels einfach produziert werden kann, bereit.
Ein Druckbehälter entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung beinhaltet einen Metallsockel und eine CFRP-Schicht, die den Sockel kontaktiert. In dem Druckbehälter ist eine Metalloxidschicht auf zumindest einem Abschnitt eines ersten Kontaktbereichs, wo der Sockel die CFRP-Schicht kontaktiert, gebildet.
Entsprechend der vorgenannten Konfiguration kontaktiert der Sockel die CFRP-Schicht indirekt durch die Oxidschicht, d. h. die Isolierschicht, wodurch eine Korrosion des Sockels unterdrückt wird. Ferner ist es möglich, weil die Oxidschicht durch Oberflächenbehandlung gebildet werden kann, die Oxidschicht mit einheitlicher Dicke einfach zu bilden.
Bei dem Druckbehälter entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung kann der Sockel aus Aluminium oder Aluminiumoxid hergestellt sein, und die Oxidschicht kann durch Anodisieren des Sockels gebildet sein.
Entsprechend der vorgenannten Konfiguration kann die korrosionsbeständige Oxidschicht einheitlicher Dicke einfach hergestellt werden.
Bei dem Druckbehälter entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung befindet sich der erste Kontaktbereich auf einer äußeren Umfangsfläche des Sockels, so dass die Oxidschicht nur auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist.
Im Allgemeinen ist ein Innengewinde auf der inneren Umfangsfläche des Sockels vorgesehen, so dass ein Ventil oder desgleichen in das Innengewinde hineingeschraubt und damit verbunden ist. Ferner ist eine Abdichtoberfläche oder eine Abdichtvertiefung auf der inneren Umfangsfläche des Sockels vorgesehen, um einen Raum zwischen dem Ventil oder desgleichen und dem Sockel durch Bereitstellen eines Abdichtelements auf der Abdichtoberfläche oder in der Abdichtvertiefung abzudichten. Daher ist die Abmessung, oder die Form, der inneren Umfangsfläche des Sockels of genau eingestellt. Entsprechend der vorgenannten Erfindung ist die Oxidschicht nur auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet, wodurch es ermöglicht wird, eine Änderung der Abmessung oder der Form der inneren Umfangsfläche des Sockels zu vermeiden. Auf diese Weise kann die Abmessung oder die Form der inneren Umfangsfläche des Sockels einfach eingestellt werden.
Wenn der Druckbehälter die mit der CFRP-Schicht überzogene Auskleidungsschicht beinhaltet (d. h. die auf einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht und einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildete Auskleidungsschicht), kann ein Raum zwischen der äußeren Umfangsfläche des Sockels und der Auskleidungsschicht abgedichtet werden. In diesem Fall ist die Abmessung oder die Form des Abdichtabschnitts, welcher zum Bereitstellen der Abdichtung verwendet wird und welche auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels bereitgestellt ist, genau eingestellt.
Der Druckbehälter entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung kann ferner eine Auskleidungsschicht und einen Abdichtabschnitt beinhalten. Die Auskleidungsschicht kann auf einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht und einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet sein. Der Abdichtabschnitt kann auf einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet sein und mit einem Abdichtelement ausgestattet sein, um einen Raum zwischen dem Sockel und der Auskleidungsschicht abzudichten. Ferner kann sich bei dem Druckbehälter der erste Kontaktbereich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels befinden, und die Oxidschicht kann an einem anderen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels als dem Abdichtabschnitt gebildet sein, wobei der Abschnitt der äußeren Umfangsfläche zumindest den ersten Kontaktbereich beinhaltet.
Entsprechend der vorgenannten Konfiguration ist es leichter, die Abmessung oder die Form des Abdichtabschnitts einzustellen, weil die Oxidschicht nicht auf dem Abdichtabschnitt des Sockels gebildet ist. Ebenso kann die Oxidschicht leicht in dem Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet werden, die den ersten Kontaktbereich beinhaltet, wo es vorzuziehen ist, die Oxidschicht zu bilden.
Der Druckbehälter entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung kann ferner eine auf einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht und einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildete Auskleidungsschicht; und einen zweiten Kontaktbereich, wo der Sockel die Auskleidungsschicht kontaktiert, beinhalten. Der Druckbehälter kann so ausgestaltet sein, dass der erste und zweite Kontaktbereich sich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels befinden und die Oxidschicht auf dem ersten und zweiten Kontaktbereich gebildet ist, so dass die Oxidschicht nur auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist.
Ferner kann bei dem Druckbehälter entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung eine Oberfläche der Oxidschicht durch eine Abdichtbehandlung abgedichtet sein.
Ferner kann bei dem Druckbehälter entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung die Oxidschicht auf einem Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels, welche einer Außenseite des Druckbehälters ausgesetzt ist, gebildet sein.
Ferner kann bei dem Druckbehälter entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung die Oxidschicht Lubrizität aufweisen.
Die Oxidschicht kann eine Lubrizität in Abhängigkeit der Art der produzierten Oxidschicht aufweisen. Wenn die Oxidschicht Lubrizität aufweist, ist es möglich, eine Adhäsion zwischen der CFRP-Schicht und dem Sockel zu vermeiden. Folglich ist es möglich, eine Spannungskonzentration, die verursacht wird, wenn die CFRP-Schicht in der Bewegung eingeschränkt ist, zu vermeiden.
Ferner beinhaltet ein Druckbehälter entsprechend einen zweiten Aspekt der Erfindung einen Metallsockel und eine Metallauskleidungsschicht, die den Sockel kontaktiert. Bei dem Druckbehälter ist eine Metalloxidschicht auf zumindest einem Abschnitt eines Kontaktbereichs, wo der Sockel die Auskleidungsschicht kontaktiert, gebildet.
Entsprechend der vorgenannten Ausgestaltung kontaktiert der Sockel die Auskleidungsschicht indirekt durch die Oxidschicht, d. h. die Isolierschicht, wodurch eine Korrosion des Sockels unterdrückt wird. Ferner ist es möglich, die Oxidschicht einheitlicher Dicke durch Oberflächenbehandlung einfach zu bilden.
Entsprechend dem Druckbehälter der Erfindung ist es möglich, einen Überzug oder eine Schicht einfach zu bilden, um eine Korrosion des Sockels zu unterdrücken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das vorangegangene und/oder weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden, in welchen entsprechende Zahlzeichen verwendet werden, um entsprechende Elemente darzustellen, und wobei:
1 ein Diagramm ist, das ein Brennstoffzellenfahrzeug zeigt, in welchem ein Druckbehälter entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt ist;
2 eine Schnittansicht ist, die den Druckbehälter entsprechend der Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die eine Oxidschicht entsprechend der Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
4 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die einen Hauptabschnitt von 2 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Druckbehälter entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In der vorliegenden Präzisierung wird ein Hochdrucktank als ein Beispiel des Druckbehälters beschrieben werden.
1 zeigt ein Brennstoffzellenfahrzeug, in welchem ein Hochdrucktank entsprechend der Erfindung bereitgestellt ist. Ein Brennstoffzellenfahrzeug 100 beinhaltet z. B. drei Hochdrucktanks 1 an einem Hinterabschnitt eines Fahrzeugkörpers. Die Hochdrucktanks 1 bilden einen Teil des Brennstoffzellensystems, so dass Brennstoffgas von den Hochdrucktanks 1 zu einer Brennstoffzelle 104 durch eine Gasversorgungsleitung 102 zugeführt wird. Das in den Hochdrucktanks 1 gespeicherte Brennstoffgas ist ein brennbares Hochdruckgas, wie etwa verdichtetes Erdgas oder Wasserstoffgas. Es sollte beachtet werden, dass die Hochdrucktanks 1 auf andere Arten von Fahrzeugen, z. B. ein elektrisches Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, verschiedene Arten von bewegbaren Körpern, z. B. ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, und ein Roboter, und auf eine stationäre Art einer Brennstoffzelle zusätzlich zu dem Brennstoffzellenfahrzeug angewandt werden kann.
2 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptabschnitt eines jeden der Hochdrucktanks 1 zeigt. Der Hochdrucktank 1 beinhaltet einen Tankkörper 2 und einen Sockel 3, und eine Ventilbaueinheit 4 ist in den Sockel 3 hineingeschraubt und damit verbunden. Der gesamte Tankkörper 2 liegt in zylindrischer Form und fest verschlossen vor, und der Raum darin dient als ein Speicherraum 6, der zum Speichern eines Brennstoffgases bei einem höheren Druck als dem Normaldruck verwendet wird. Zum Beispiel wird Wasserstoffgas bei 35 MPa oder 70 MPa, oder komprimiertes Erdgas bei 20 MPa in dem Speicherraum 6 gespeichert. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird Wasserstoffgas als ein Beispiel des in den Hochdrucktanks 1 gespeicherten Hochdruckgases verwendet.
Der Tankkörper 2 weist z. B. eine Doppelschichtstruktur auf. Eine Schicht ist eine Harzauskleidung 10 mit Gasbarriereeigenschaften. Die andere Schicht ist eine auf einer äußeren Umfangsfläche der Harzauskleidung 10 angeordnete CFRP-Schicht 12, und die Harzauskleidung 10 ist innerhalb der CFRP-Schicht 12 angeordnet.
Die Harzauskleidung 10 kann als ein „innerer Mantel" oder ein „innerer Behälter" des Hochdrucktanks 1 bezeichnet werden. Das zum Bilden der Harzauskleidung 10 verwendete Material ist nicht besonders spezifiziert, und die Harzauskleidung 10 kann z. B. aus einem harten Harz wie etwa einem Polyethylenharz oder einem Polypropylenharz hergestellt sein. Ferner kann die Harzauskleidung 10 ebenso eine mehrere Schichten beinhaltende gestapelte Struktur sein, welche durch Kombinieren zweier oder mehrerer Arten der vorgenannten Harzschichten gebildet ist.
Die Harzauskleidung 10 beinhaltet einen gefalzten Abschnitt 11. Der gefalzte Abschnitt 11 ist auf einem Endabschnitt oder jedem der beiden Endabschnitte in einer Längsrichtung des Tankkörpers gebildet, und ist durch Falzen des Rands der Harzauskleidung 10 in Richtung der Innenseite des Tankkörpers 2 so gebildet, dass der Rand abseits von der CFRP-Schicht 12 gesetzt ist. Der gefalzte Abschnitt 11 beinhaltet einen gebogenen Abschnitt 16 und einen zylindrischen Abschnitt 17, welche kontinuierlich ineinander übergehen. Der gebogene Abschnitt 16 geht kontinuierlich in einen zylindrischen Körper 18 durch den Falzpunktabschnitt 19 über. Der zylindrische Körper 18 ist zylindrisch geformt und macht einen Hauptabschnitt der Harzauskleidung 10 aus.
Die CFRP-Schicht 12 (d. h. Faserverstärkungsschicht) kann alternativ als ein „äußerer Mantel" oder ein „äußerer Behälter" des Hochdrucktanks 1 bezeichnet werden. Die CFRP-Schicht 12 ist eine FRP (faserverstärkte Kunststoffe) Schicht, die durch Verstärken eines Matrixharzes (Kunststoff) mit einer Kohlefaser gebildet ist. Zum Beispiel kann ein Epoxyharz, ein modifiziertes Epoxyharz oder ein ungesättigtes Polyesterharz als das Matrixharz verwendet werden. Bei der Ausführungsform wird ein wärmehärtendes Epoxyharz als das Matrixharz eingesetzt. Ferner kann die Faserverstärkungsschicht unter Verwendung einer Metallfaser anstatt einer Kohlefaser als die Verstärkungsfaser gebildet sein.
Die CFRP-Schicht 12 überzieht die äußere Oberfläche der Harzauskleidung 10. Die CFRP-Schicht 12 ist beispielsweise mithilfe des Präzisionswickelverfahrens hergestellt, bei welchem die mit dem Epoxyharz imprägnierte Kohlefaser auf der Oberfläche der Harzauskleidung 10 gewickelt wird, und das Epoxyharz dann thermisch gehärtet wird. Die CFRP-Schicht 12 weist eine gestapelte Struktur auf, in welcher eine Mehrzahl von Ringschichten und helikalen Schichten gestapelt sind, und ist so strukturiert, dass die helikalen Schichten teilweise einen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Sockels 3 bedecken.
Der Sockel 3 ist aus Aluminium oder Aluminiumlegierung hergestellt, und in einer vorbestimmten Form z. B. mittels Spritzguss gefertigt. Der Sockel 3 ist an einem Ende oder die Sockel 30 sind an beiden Enden des Tankkörpers 2 in einer Längsrichtung davon angeordnet, und der/die Sockel 3 ist/sind an den/die entsprechende/n Rand/Ränder der Harzauskleidung 10 z. B. mittels Inserttechnik angebracht. Ein Bundabschnitt 29 des Sockels 3 ist zwischen dem gefalzten Abschnitt 11 der Harzauskleidung 10 und der CFRP-Schicht 12 sandwichartig angeordnet.
Der Sockel 3 beinhaltet einen Öffnungsabschnitt 30. Die Achse des Öffnungsabschnitts 30 entspricht einer Achse Y-Y des Tankkörpers 2. Die Ventilbaueinheit 4, eine Kappe oder desgleichen ist in den Öffnungsabschnitt 30 hineingeschraubt und damit verbunden. Zum Beispiel ist die Ventilbaueinheit 4 mit der außerhalb des Hochdrucktanks 1 angeordneten Gasversorgungsleitung 102 verbunden, so dass das Wasserstoffgas von dem Speicherraum 6 abgegeben wird und in die Gasversorgungsleitung 102 zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass ein Körper 40 der Ventilbaueinheit 4 aus Metall wie etwa rostfreiem Stahl und vorzugsweiser Aluminium oder Aluminiumlegierung, welches das gleiche Material wie das den Sockel 3 bildende ist, hergestellt ist.
Ein Innengewinde 31, in welches die Ventilbaueinheit 4 eingeführt ist, ist auf einer inneren Umfangsfläche des Sockels 3 gebildet. Ferner ist eine Abdichtoberfläche 32, auf welcher Abdichtelemente 70, 71 vorgesehen sind, um einen Raum zwischen der Ventilbaueinheit 4 und dem Sockel 3 abzudichten, auf der inneren Umfangsfläche des Sockels 3 gebildet. Die Abdichtoberfläche 32 weist beispielsweise einen vorbestimmten inneren Durchmesser auf und ist mit dem Innengewinde 31 durch eine ringförmige konisch zulaufende Oberfläche, deren Durchmesser graduell in Richtung des Inneren des Tankkörpers 12 abnimmt, ununterbrochen fortgesetzt.
Der Sockel 3 weist eine Oxidschicht 50 auf, die durch durchführen einer Oberflächenbehandlung auf einem Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 gebildet ist. Mit der gebildeten Oxidschicht 50 kontaktiert das Grundmaterial des Sockels 3 die CFRP-Schicht 12 nicht direkt, wodurch sie zwischen dem Sockel 3 und der CFRP-Schicht 12 isoliert.
Beispielsweise können Anodisieren (welches als eine „Alumitbehandlung" bezeichnet werden kann), chemische Umwandlungsbehandlung, oder Plattierung, etc. als das Verfahren der Oberflächenbehandlung eingesetzt werden. Bei der Ausführungsform wird ein Anodisierungsverfahren als das Verfahren der Oberflächenbehandlung eingesetzt, weil Anodisieren beim Bilden einer gleichförmigen und dicken Schicht und Bereitstellen von Korrosionsbeständigkeit unter all den oben aufgeführten Oberflächenbehandlungsverfahren vorteilhaft ist. Schwefelsäure anodisieren, Oxalsäure anodisieren, oder Chromsäure anodisieren können als das Anodisierungsverfahren eingesetzt werden, aber ein Anodisierungsverfahren ist nicht speziell auf die hierin beschriebenen Verfahren beschränkt. Bei der Ausführungsform wird Schwefelsäureanodisierung eingesetzt.
3 ist eine Schnittansicht, die die Struktur der Oxidschicht 50 zeigt. Die Oxidschicht 50 ist eine Schicht aus Aluminiumoxid, die durch Schmelzen der Oberfläche des Grundmaterials des Sockels 3, der aus Aluminium oder Aluminiumlegierung hergestellt ist, produziert ist, d. h. Schmelzen der äußeren Umfangsfläche des Sockels 3. Die Oxidschicht 50 beinhaltet eine Barriereschicht 51 und eine poröse Schicht 52.
Die Barriereschicht 51 ist auf einem Übergang zwischen dem Grundmaterial und der Oxidschicht 50 des Sockels 3 als ein Teil der Oxidschicht 50 gebildet. Die poröse Schicht 52 ist als eine Gruppe von Zellen gebildet. Jede Zelle liegt in der Form einer hexagonalen Säule vor und beinhaltet eine sehr kleine Pore 53 an deren Zentrum. Die poröse Schicht 52 ist mit der Barriereschicht 51 ununterbrochen fortgesetzt. Eine Oberfläche 54 der porösen Schicht 52 ist durch eine Abdichtbehandlung abgedichtet, so dass die Poren 53 bedeckt und abgedichtet sind. Auf diese Weise werden die Verschleißfestigkeit und Isolationsleistungsfähigkeit der Oxidschicht 50 verbessert. Insbesondere kann die Lubrizität der Oxidschicht 50 verbessert werden, wenn die Oberfläche 54 der porösen Schicht 52 durch eine Abdichtbehandlung abgedichtet ist, in welcher sehr kleine PTFE (Polytetrafluorethylen) Teilchen chemisch auf der Oberfläche 54 der porösen Schicht 52 adsorbiert sind.
Die Oxidschicht 50 weist eine gute Dickegleichförmigkeit auf. Die Dicke der Oxidschicht 50 ist basierend auf der Bedingung, unter welcher die Elektrolyse durchgeführt wird, und der Zeitdauer, während welcher die Elektrolyse durchgeführt wird, festgelegt. Zum Beispiel liegt die Dicke in einem Bereich von 3 bis 30 μm. Daher ist es verglichen mit dem Plattierungsverfahren einfacher, die Dicke einzustellen, wenn das Anodisierungsverfahren verwendet wird. Allerdings ist bekannt, dass es schwieriger ist, die Abmessungsgenauigkeit verglichen mit dem Plattierungsverfahren einzustellen, weil die Anodisierungsbehandlung die Dicke des Sockels 3 aufgrund der auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 erzeugten anodisierten Schicht verringert. Bei der Ausführungsform sind, unter Beachtung des Einstellens der Abmessungsgenauigkeit des Sockels 3, die Abschnitte, an welchen die Oxidschicht 50 gebildet ist, wie nachfolgend beschrieben eingeschränkt.
Wie in 4 gezeigt, ist die Oxidschicht 50 nur auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 gebildet. Dies liegt daran, dass die Abmessungen oder die Formen des Innengewindes 31 und der Abdichtoberfläche 32 davor bewahrt werden, sich zu verändern, selbst wenn der Sockel 3 anodisiert wird. Insbesondere kann, wenn die Abmessung oder die Form des Innengewindes 31 verändert wird, die Ventilbaueinheit 4 nicht fest in angemessener Weise hineingeschraubt werden. Ferner ist das Wasserstoffgas bei hohem Druck durch die auf der Abdichtoberfläche 32 bereitgestellten Abdichtelemente abgedichtet. Daher sollte das Spaltmaß zwischen der Abdichtoberfläche 32 und dem Körper 40 der Ventilbaueinheit 4 genau eingestellt sein, und es ist nicht vorzuziehen, dass die Dicke des Sockels 3 an dem Abschnitt, wo die Abdichtoberfläche 32 gebildet ist, verringert sei. Folglich ist es durch Bilden der Oxidschicht 50 nur auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 erleichtert, die Abmessung oder die Form der inneren Umfangsfläche des Sockels 3 einzustellen.
Andererseits kann die Oxidschicht 50 auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels 3, mit Ausnahme des Abschnitts, wo die Abdichtoberfläche 34 (Abdichtabschnitt) gebildet ist, gebildet sein, anstatt die Oxidschicht 50 auf der gesamten äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 zu bilden. Das heißt, die Oxidschicht 50 ist auf einem ersten Kontaktbereich 35, einem zweiten Kontaktbereich 36, einem dritten Kontaktbereich 37 und einer Flanschoberfläche 38 bei der gesamten äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 gebildet. Das macht es leichter, die Abmessung oder die Form der äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 unter Berücksichtigung des Bedarfs nach akkuratem Einstellen des Spaltmaßes wie oben beschrieben einzustellen.
Die Abdichtoberfläche 34 ist ein Bereich, der für axiales Abdichten eines Raums zwischen der Harzauskleidung 10 und dem Sockel 3 unter Verwendung von Abdichtelementen 80, 81, welche in auf der inneren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 17 der Harzauskleidung 10 gebildete Vertiefungen eingepasst sind, verwendet wird. Spezieller ist die Abdichtoberfläche 34 der zylindrische Bereich, der sich in der Richtung der Achse Y-Y erstreckt. Die Abdichtelemente 80, 81 sind auf der Abdichtoberfläche 34 vorgesehen.
Der erste Kontaktbereich 35 und der zweite Kontaktbereich 36 liegen entgegengesetzt einer Umfangsfläche des gefalzten Abschnitts 11, und kontaktieren die Umfangsfläche des gefalzten Abschnitts 11 direkt, wenn die Oxidschicht 50 nicht bereitgestellt ist. Die Abdichtoberfläche 34 ist zwischen dem ersten Kontaktbereich 35 und dem zweiten Kontaktbereich 36 angeordnet. Der dritte Kontaktbereich 37 liegt entgegengesetzt zu einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht 12, und kontaktiert die innere Umfangsfläche der CFRP-Schicht 12 direkt, wenn die Oxidschicht 50 nicht bereitgestellt ist. Der zweite Kontaktbereich 36 macht eine Hälfte einer äußeren Umfangsfläche des Bundabschnitts 29 aus, und der dritte Kontaktbereich 37 macht eine weitere Hälfte der äußeren Umfangsfläche des Bundabschnitts 29 aus. Es sollte beachtet werden, dass der in der Ausführungsform beschriebene erste Kontaktbereich 35 und der zweite Kontaktbereich 36 gemeinsam als der „zweite Kontaktbereich" oder der „Kontaktbereich" entsprechend der Erfindung angesehen werden können, und der in der Ausführungsform beschriebene dritte Kontaktbereich 37 kann als der „erste Kontaktbereich" entsprechend der Erfindung angesehen werden.
Die Flanschoberfläche 38 ist die Oberfläche, welche der Außenseite des Hochdrucktanks 1 ausgesetzt ist, d. h. die Oberfläche, die der Außenluft ausgesetzt sein kann. Eine Auflagefläche 39 ist mit der Flanschoberfläche 38 in einer im Wesentlichen rechtwinkligen Art ununterbrochen fortgesetzt, und stellt eine Endoberfläche des Sockels 3 in der Richtung der Achse Y-Y des Tankkörpers 12 dar. Die Ventilbaueinheit 4 ist auf der Auflageoberfläche 39 eingefasst. Bei der Ausführungsform ist die Oxidschicht 50 ebenso auf der Auflageoberfläche 39 gebildet. Die Oxidschicht mag nicht auf der Flanschoberfläche 38 oder der Auflageoberfläche 39 gebildet sein. Ferner kann die Abdichtoberfläche 34 weggelassen werden, und die Oxidschicht 50 kann auf der gesamten äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 gebildet sein.
Als Nächstes wird ein Beispiel der Prozessschritte zum Fertigen des Hochdrucktanks 1 entsprechend der Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird der Sockel 3 gefertigt. Dann wird der Bereich des Sockels 3, der nicht anodisiert werden muss (z. B. die innere Umfangsfläche und die Abdichtoberfläche), durch Maskierung bedeckt und dann wird der Sockel 3 anodisiert. Auf diese Weise wird die Oxidschicht 50 auf den Oberflächen des Sockels 3 gebildet, auf welchen die Oxidschicht 50 gebildet werden muss. Der bearbeitete Sockel 3 wird an die Harzauskleidung 10 mittels Inserttechnik angebracht. Als Nächstes wird die mit Epoxyharz imprägnierte Kohlefaser auf den äußeren Umfangsflächen des Sockels 3 und der Harzauskleidung 10 gewickelt, so dass die Kohlefaser die äußeren Umfangsflächen bedeckt, und dann wird das Epoxyharz thermisch gehärtet. Auf diese Weise wird die CFRP-Schicht 12 gebildet. Der Hochdrucktank 1, in welchem der Sockel 3 und der Tankkörper 2 integral gebildet sind, wird entsprechend der Folge der hierin beschriebenen Prozessschritte gefertigt.
Bei dem in der oberen Ausführungsform beschriebenen Hochdrucktank 1 ist die Oxidschicht 50 (Isolierschicht) auf dem gesamten Bereich, wo der Sockel 3 die CFRP-Schicht 12 kontaktiert, gebildet, wodurch der direkte Kontakt zwischen dem Sockel 3 und der CFRP-Schicht 12 vermieden wird. Folglich kann eine galvanische Korrosion des Sockels 3 vermieden werden. Des Weiteren kann, weil die Oxidschicht 50 durch Anodisieren gebildet ist, die Oxidschicht 50 einheitlicher Dicke einfach produziert werden. Dies macht es ferner möglich, die wärmebeständige Oxidschicht 50 herzustellen, die gegen Erwärmung beständig ist, wenn der Hochdrucktanks 1 gefertigt wird, d. h. wenn die thermische Härtung zum Bilden der CFRP-Schicht 12 durchgeführt wird.
Ferner kann, wenn die Oxidschicht 50 Lubrizität aufweist, eine Adhäsion zwischen der CFRP-Schicht 12 und dem Sockel 3 angemessen vermieden werden. Das macht es möglich, eine Einschränkung der Bewegung der CFRP-Schicht 12, z. B. die Bewegung der CFRP-Schicht 12 aufgrund der Änderungen des Innendrucks des Hochdrucktanks 1, zu vermeiden. Daher kann die Konzentration von Spannung auf dem Übergang zwischen der CFRP-Schicht 12 und dem Sockel 3 vermieden werden. Zusätzlich können, wenn die Oxidschicht 50 Lubrizität aufweist, die nachteiligen Effekte, z. B. Nachlassen der Leistungsfähigkeit aufgrund von Unreinheiten, die bei Verwendung des Gleitmittels von Betreff wären, und nachteilige Veränderungen über die Zeit, verringert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Metallauskleidung aus z. B. Aluminium als die Auskleidungsschicht anstelle der Harzauskleidung 10 verwendet werden. In diesem Fall kann die Oxidschicht 50 auf der gesamten Fläche, wo der Sockel 3 die Metallauskleidung kontaktiert, in der gleichen Weise wie oben beschrieben gebildet sein. Insbesondere ist es vorzuziehen, dass die Oxidschicht 50 durch Anodisieren der gesamten äußeren Umfangsfläche des Sockels 3 ohne Bereitstellen der Abdichtoberfläche 34 anodisiert sei.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf exemplarische Ausführungsformen davon beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die exemplarischen Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegenteil soll die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Ausgestaltungen abdecken. Zusätzlich sind, obwohl die verschiedenen Elemente der exemplarischen Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, welche exemplarisch sind, gezeigt sind, andere Kombinationen und Konfigurationen, einschließlich mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element, ebenso innerhalb der Wesensart und dem Umfang der Erfindung.
Zusammenfassung
Ein Druckbehälter (3) beinhaltet eine Metallbuchse (3) und eine CFRP-Schicht (12), die die Metallbuchse (3) kontaktiert. Eine Metalloxidschicht (50) ist auf einem ersten Kontaktbereich gebildet, wo die Buchse (3) die CFRP-Schicht (12) kontaktiert. Die Buchse (3) kann aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gefertigt sein, und die Oxidschicht (50) kann durch Anodisieren der Buchse (3) gebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 7-310895 A [0002, 0004]

Claims

Druckbehälter, der einen Metallsockel und eine CFRP-Schicht, die den Sockel kontaktiert, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass: eine Metalloxidschicht auf zumindest einem Abschnitt eines ersten Kontaktbereichs gebildet ist, wo der Sockel die CFRP-Schicht kontaktiert.
Druckbehälter nach Anspruch 1, wobei: der Sockel aus einem aus Aluminium und Aluminiumlegierung hergestellt ist, und die Oxidschicht durch Anodisieren des Sockels gebildet ist.
Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei: sich der erste Kontaktbereich auf einer äußeren Umfangsfläche des Sockels befindet, so dass die Oxidschicht lediglich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist.
Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: eine Auskleidungsschicht, die auf einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht und einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist; und einen Abdichtabschnitt, der auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist, und der mit einem Abdichtelement ausgestattet ist, um einen Raum zwischen dem Sockel und der Auskleidungsschicht abzudichten, wobei: sich der erste Kontaktbereich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels befindet, und die Oxidschicht an einem anderen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels als dem Abdichtabschnitt gebildet ist, wobei der Abschnitt der äußeren Umfangsfläche zumindest den ersten Kontaktbereich beinhaltet.
Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: eine Auskleidungsschicht, die auf einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht und einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist; und einen zweiten Kontaktbereich, wo der Sockel die Auskleidungsschicht kontaktiert, wobei: sich der erste und zweite Kontaktbereich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels befinden, und die Oxidschicht auf dem ersten und zweiten Kontaktbereich gebildet ist, so dass die Oxidschicht lediglich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: eine Oberfläche der Oxidschicht durch eine Abdichtbehandlung abgedichtet ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Oxidschicht auf einem Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist, welcher einer Außenseite des Druckbehälters ausgesetzt ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die Oxidschicht Lubrizität aufweist.
Druckbehälter, der einen Metallsockel und eine Metallauskleidungsschicht, die den Sockel kontaktiert, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass: eine Metalloxidschicht auf zumindest einem Teil eines Kontaktbereichs gebildet ist, wo der Sockel die Auskleidungsschicht kontaktiert.
Druckbehälter, der umfasst: einen Metallsockel; und eine CFRP-Schicht, die den Sockel kontaktiert, wobei: eine Metalloxidschicht auf zumindest einem Abschnitt eines ersten Kontaktbereichs gebildet ist, wo der Sockel die CFRP-Schicht kontaktiert.
Druckbehälter nach Anspruch 10, wobei: der Sockel aus einem aus Aluminium und Aluminiumlegierung hergestellt ist, und die Oxidschicht durch Anodisieren des Sockels gebildet ist.
Druckbehälter nach Anspruch 10 oder 11, wobei: sich der erste Kontaktbereich auf einer äußeren Umfangsfläche des Sockels befindet, so dass die Oxidschicht lediglich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist.
Druckbehälter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: eine Auskleidungsschicht, die auf einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht und einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist; und einen Abdichtabschnitt, der auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist, und der mit einem Abdichtelement ausgestattet ist, um einen Raum zwischen dem Sockel und der Auskleidungsschicht abzudichten, wobei: sich der erste Kontaktbereich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels befindet, und die Oxidschicht an einem anderen Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels als dem Abdichtabschnitt gebildet ist, wobei der Abschnitt der äußeren Umfangsfläche zumindest den ersten Kontaktbereich beinhaltet.
Druckbehälter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: eine Auskleidungsschicht, die auf einer inneren Umfangsfläche der CFRP-Schicht und einer äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist; und einen zweiten Kontaktbereich, wo der Sockel die Auskleidungsschicht kontaktiert, wobei: sich der erste und zweite Kontaktbereich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels befinden, und die Oxidschicht auf dem ersten und zweiten Kontaktbereich gebildet ist, so dass die Oxidschicht lediglich auf der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei: eine Oberfläche der Oxidschicht durch eine Abdichtbehandlung abgedichtet ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei: die Oxidschicht auf einem Abschnitt der äußeren Umfangsfläche des Sockels gebildet ist, welcher einer Außenseite des Druckbehälters ausgesetzt ist.
Druckbehälter nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei: die Oxidschicht Lubrizität aufweist.
Druckbehälter, der umfasst: einen Metallsockel; und eine Metallauskleidungsschicht, die den Sockel kontaktiert, wobei: eine Metalloxidschicht auf zumindest einem Abschnitt eines Kontaktbereichs gebildet ist, wo der Sockel die Auskleidungsschicht kontaktiert.