JP2009121652A - Pressure vessel - Google Patents

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秀介 稲木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure vessel capable of restraining stress concentration on a CFRP layer over a relatively long period. <P>SOLUTION: This pressure vessel 1 is provided by interposing a ring-shaped GFRP layer 90 in at least a part of a contact part between a base 3 and the CFRP layer 12. The GFRP layer 90 is preferably laminated in an artificially isotropic shape, and is preferably arranged to be sandwiched by a collar part 34 of the base 3 and the CFRP layer 12. The GFRP layer 90 is molded by a braiding method or a hand lay-up method, and is preferably formed thicker in a part positioned on the tip side of the collar part 34 more than a part positioned on its base end side. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば燃料電池システムに搭載される圧力容器に関するものである。   The present invention relates to a pressure vessel mounted on, for example, a fuel cell system.

燃料電池システムに適用される圧力容器には、例えば35MPaや70MPa高圧の水素ガスが貯留される。従来、CNGガス等を貯留するための圧力容器として、例えば特許文献1及び2に記載のものが知られている。   In a pressure vessel applied to the fuel cell system, for example, hydrogen gas having a high pressure of 35 MPa or 70 MPa is stored. Conventionally, as a pressure vessel for storing CNG gas or the like, for example, those described in Patent Documents 1 and 2 are known.

特許文献1に記載の圧力容器は、ポリエチレン樹脂からなるライナー層の外面をCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)層で補強したものであり、その口部を口金で構成している。口金のフランジ部とライナー層の内面との間にゴム製の弾性シール材が設けられ、ライナー層と口金との間の気密性が高められている。   The pressure vessel described in Patent Document 1 is obtained by reinforcing the outer surface of a liner layer made of polyethylene resin with a CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics) layer, and its mouth portion is formed of a base. An elastic sealing material made of rubber is provided between the flange portion of the base and the inner surface of the liner layer, and the airtightness between the liner layer and the base is enhanced.

特許文献2に記載の圧力容器は、上記同様に、ライナー層の外面をCFRP層で補強したものであるが、径方向外側に突出する口金の鍔部が、ライナー層とCFRP層とに挟まれている。
特開2005−48918号公報(図1) 特開平10−231997号公報(図1)
Similarly to the above, the pressure vessel described in Patent Document 2 is such that the outer surface of the liner layer is reinforced with the CFRP layer, but the flange portion of the base protruding radially outward is sandwiched between the liner layer and the CFRP layer. ing.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-48918 (FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 10-231997 (FIG. 1)

特許文献2に記載の圧力容器の構造では、鍔部の先端部に接するCFRP層の部分に応力が集中し、き裂等が発生するおそれがある。これは、容器内圧により口金が軸方向外側に押され、それにより鍔部の先端部がCFRP層の内面に強く接触するようになると考えられるからである。
もっとも、特許文献1に記載の弾性シール材を鍔部の先端部に設ければ、CFRP層への応力集中を抑制できなくもない。しかし、容器内圧が高圧の場合、ゴム製の弾性シール材は繰り返し圧力荷重を受けることで比較的短期間で破壊し、期待する応力緩和効果を得られないおそれがある。
In the structure of the pressure vessel described in Patent Document 2, stress concentrates on the portion of the CFRP layer that is in contact with the distal end portion of the flange portion, and there is a possibility that a crack or the like is generated. This is because it is considered that the base is pushed outward in the axial direction by the internal pressure of the container, so that the tip of the collar comes into strong contact with the inner surface of the CFRP layer.
But if the elastic sealing material of patent document 1 is provided in the front-end | tip part of a collar part, it will not be able to suppress the stress concentration to a CFRP layer. However, when the internal pressure of the container is high, the rubber-made elastic sealing material may be destroyed in a relatively short period of time due to repeated pressure loads, and the expected stress relaxation effect may not be obtained.

本発明は、比較的長期間に亘って、CFRP層への応力集中を抑制できる圧力容器を提供することを目的としている。   An object of this invention is to provide the pressure vessel which can suppress the stress concentration to a CFRP layer over a comparatively long period of time.

上記目的を達成するべく、本発明の圧力容器は、口金と、口金の外周面に接するCFRP層と、を有するものにおいて、口金とCFRP層との接触部分の少なくとも一部に、リング状のGFRP(Class Fiber Reinforced Plastics)層が介在しているものである。   In order to achieve the above object, the pressure vessel of the present invention has a base and a CFRP layer in contact with the outer peripheral surface of the base, and at least part of the contact portion between the base and the CFRP layer has a ring-shaped GFRP. (Class Fiber Reinforced Plastics) layer is interposed.

本発明によれば、口金が容器の内圧を受けても、その内圧による荷重が口金からCFRP層に直接的に作用することをリング状のGFRP層によって抑制できる。これにより、口金が接触するCFRP層の部分の応力を緩和でき、圧力容器の強度部材であるCFRP層への応力集中を周方向に亘って抑制できる。また、介在させる部材として、ゴムに比べて耐圧強度及び疲労強度に優れたGFRP層を用いているため、長期に亘る応力緩和効果を確保することができる。   According to the present invention, even when the die receives the internal pressure of the container, the ring-shaped GFRP layer can suppress the load caused by the internal pressure from acting directly on the CFRP layer. Thereby, the stress of the part of the CFRP layer which a nozzle contacts can be relieved, and the stress concentration to the CFRP layer which is a strength member of the pressure vessel can be suppressed in the circumferential direction. Moreover, since the GFRP layer which was excellent in the compressive strength and the fatigue strength compared with rubber | gum is used as the member to interpose, the stress relaxation effect over a long term can be ensured.

好ましくは、GFRP層は、擬似等方積層されてなるとよい。この構成によれば、GFRP層の全ての方向で弾性特性が同じになるので、応力緩和に好適となる。   Preferably, the GFRP layer is formed by quasi-isotropic lamination. According to this configuration, the elastic characteristics are the same in all directions of the GFRP layer, which is suitable for stress relaxation.

好ましくは、圧力容器は、CFRP層に外周側を被覆されたライナー層を更に有し、口金は、CFRP層とライナー層とに挟まれるように配置された鍔部を有するとよい。そして、GFRP層は、鍔部とCFRP層とに挟まれるように設けられるとよい。このような構成によれば、応力集中が起き易いCFRP層の部分について、それを効果的に緩和できる。また、鍔部によって、口金が外方に抜けることを抑制できる。   Preferably, the pressure vessel further includes a liner layer whose outer peripheral side is covered with a CFRP layer, and the base has a collar portion disposed so as to be sandwiched between the CFRP layer and the liner layer. The GFRP layer is preferably provided so as to be sandwiched between the collar portion and the CFRP layer. According to such a configuration, the portion of the CFRP layer where stress concentration is likely to occur can be effectively relaxed. Moreover, it can suppress that a nozzle | cap | die slips out by a collar part.

より好ましくは、GFRP層は、鍔部の先端側に位置する部位がその基端側に位置する部位よりも厚肉であるとよい。この構成によれば、応力集中が最も起き易い部分について、それを効果的に緩和できる。また、GFRP層を全て同じ肉厚で形成する場合に比べて、GRFR層を軽量化でき、圧力容器の軽量化に供することができる。   More preferably, in the GFRP layer, the portion located on the distal end side of the buttocks may be thicker than the portion located on the proximal end side. According to this configuration, it is possible to effectively relieve the portion where stress concentration is most likely to occur. Moreover, compared with the case where all GFRP layers are formed with the same thickness, the GRFR layer can be reduced in weight, and the pressure vessel can be reduced in weight.

より好ましくは、鍔部は、先端部が基端部よりも薄肉に形成されているとよい。   More preferably, it is good for the collar part to have the front-end | tip part formed thinner than the base end part.

好ましくは、鍔部の先端部には、GFRP層を設けるための凹部又は段部が形成されているとよい。この構成によれば、GFRP層を簡易に設けることができる。   Preferably, a recessed portion or a stepped portion for providing a GFRP layer is formed at the distal end portion of the collar portion. According to this configuration, the GFRP layer can be easily provided.

より好ましくは、GFRP層は、凹部又は段部に設けられた状態で、外表面がライナー層の外表面と面一であるとよい。この構成によれば、GFRP層とライナー層との間で外表面に段差がなくなるので、これら両方の外表面にCFRP層を段差なく位置させることが可能となる。これにより、CFRP層の強度を維持しながら、GFRP層を設けることが可能となる。   More preferably, the outer surface of the GFRP layer is flush with the outer surface of the liner layer in a state where the GFRP layer is provided in the recess or step. According to this configuration, since there is no step on the outer surface between the GFRP layer and the liner layer, the CFRP layer can be positioned on both the outer surfaces without any step. Thereby, it is possible to provide the GFRP layer while maintaining the strength of the CFRP layer.

好ましくは、GFRP層は、凹部又は段部に設けられた状態で、外表面が鍔部の基端部の外表面と面一であるとよい。この構成によれば、上記同様に、CFRP層の強度を維持しながら、GFRP層を設けることが可能となる。   Preferably, the outer surface of the GFRP layer is flush with the outer surface of the base end portion of the collar portion in a state where the GFRP layer is provided in the recess or step. According to this configuration, as described above, it is possible to provide the GFRP layer while maintaining the strength of the CFRP layer.

好ましくは、GFRP層は、ブレイディング法又はハンドレイアップ法により成形されたものであるとよい。また、GFRP層は、口金の軸線の周方向に亘って形成されることが好ましい。   Preferably, the GFRP layer is formed by a braiding method or a hand layup method. The GFRP layer is preferably formed over the circumferential direction of the axis of the die.

本発明の圧力容器によれば、GFRP層が設けられているので、CFRP層への応力集中を長期間に亘って抑制できる。   According to the pressure vessel of the present invention, since the GFRP layer is provided, stress concentration on the CFRP layer can be suppressed over a long period of time.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る圧力容器について説明する。ここでは、圧力容器として高圧タンクを例に説明する。   Hereinafter, a pressure vessel according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, a high-pressure tank will be described as an example of the pressure vessel.

図1は、本実施形態に係る高圧タンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。
燃料電池自動車100は、例えば3つの高圧タンク1を車体のリア部に搭載する。各高圧タンク1は、燃料電池システムの一部を構成し、ガス供給ライン102を通じて燃料電池104に燃料ガスを供給可能に構成される。高圧タンク1に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば圧縮天然ガス又は水素ガスである。なお、高圧タンク1は、燃料電池自動車のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置型にも適用できる。
FIG. 1 is a view showing a fuel cell vehicle equipped with a high-pressure tank according to the present embodiment.
The fuel cell automobile 100 has, for example, three high-pressure tanks 1 mounted on the rear part of the vehicle body. Each high-pressure tank 1 constitutes a part of the fuel cell system, and is configured to be able to supply fuel gas to the fuel cell 104 through the gas supply line 102. The fuel gas stored in the high-pressure tank 1 is a combustible high-pressure gas, for example, compressed natural gas or hydrogen gas. Note that the high-pressure tank 1 can be applied not only to fuel cell vehicles but also to vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles, as well as various moving bodies (for example, ships, airplanes, robots, etc.) and stationary types.

図2は、高圧タンク1の要部を示す断面図である。
高圧タンク1は、タンク本体2及び口金3を有すると共に、口金3にバルブアッセンブリ4がねじ込み接続される。タンク本体2は、全体として密閉円筒状からなり、その内部は、燃料ガスを常圧よりも高い圧力(すなわち高圧)で貯留する貯留空間6を構成する。例えば35MPaあるいは70MPaの水素ガス、または20MPaの圧縮天然ガスが貯留空間6内に貯留される。以下では、高圧タンク1が貯留する高圧ガスとして水素ガスを例に説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main part of the high-pressure tank 1.
The high-pressure tank 1 has a tank body 2 and a base 3, and a valve assembly 4 is screwed to the base 3. The tank body 2 has a sealed cylindrical shape as a whole, and the inside thereof constitutes a storage space 6 for storing fuel gas at a pressure higher than normal pressure (that is, high pressure). For example, 35 MPa or 70 MPa hydrogen gas or 20 MPa compressed natural gas is stored in the storage space 6. Below, hydrogen gas is demonstrated to an example as high pressure gas which the high pressure tank 1 stores.

タンク本体2は、例えば二層構造を有しており、その二層は、ガスバリア性を有する内側の樹脂ライナー10と、樹脂ライナー10の外周側に位置するCFRP層12である。   The tank body 2 has, for example, a two-layer structure, and the two layers are an inner resin liner 10 having gas barrier properties and a CFRP layer 12 positioned on the outer peripheral side of the resin liner 10.

樹脂ライナー10(ライナー層)は、高圧タンク1の内殻又は内容器とも換言される部分である。樹脂ライナー10の材質は、特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂を挙げることができる。また、これらの樹脂を二層以上に組み合わせて、複数層から成る積層体として樹脂ライナー10を構成してもよい。樹脂ライナー10は、返し部11を有する。返し部11は、タンク本体2の長手方向の一端部又は両端部に形成され、CFRP層12から離間するようにタンク本体2の内側へと折り返されている。返し部11は、湾曲部16と円筒部17とを連続してなり、湾曲部16は、折り返し部位19を介して、樹脂ライナー10の大部分を構成する円筒状の胴部18と連続している。なお、樹脂ライナー10に限らず、例えばアルミニウム等の金属でライナー層を構成してもよい。   The resin liner 10 (liner layer) is a part that can be referred to as an inner shell or an inner container of the high-pressure tank 1. The material of the resin liner 10 is not particularly limited, and examples thereof include a polyethylene resin, a polypropylene resin, and other hard resins. Further, these resins may be combined in two or more layers to constitute the resin liner 10 as a laminate composed of a plurality of layers. The resin liner 10 has a return portion 11. The return portion 11 is formed at one end portion or both end portions in the longitudinal direction of the tank body 2, and is folded back inside the tank body 2 so as to be separated from the CFRP layer 12. The return portion 11 is formed by continuously connecting the curved portion 16 and the cylindrical portion 17, and the curved portion 16 is continuously connected to the cylindrical body portion 18 that constitutes most of the resin liner 10 via the folded portion 19. Yes. The liner layer is not limited to the resin liner 10 and may be made of a metal such as aluminum.

CFRP層12は、高圧タンク1の外殻、シェル又は外容器とも換言される部分である。CFRP層12は、マトリックス樹脂(プラスチック)を炭素繊維で強化してなるFRP層である。マトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。一例を挙げると、CRPR層12は、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維を、例えばフィラメントワインディング法により樹脂ライナー10に巻きつけ、エポキシ樹脂を加熱硬化させることで形成される。そして、CFRP層12は、樹脂ライナー10の外表面を被覆する。また、CFRP層12の一部は、口金3の外周面及び後述するGFRP層90の表面にも接する。   The CFRP layer 12 is a part that can be referred to as an outer shell, a shell, or an outer container of the high-pressure tank 1. The CFRP layer 12 is an FRP layer formed by reinforcing a matrix resin (plastic) with carbon fibers. Examples of the matrix resin include an epoxy resin, a modified epoxy resin, and an unsaturated polyester resin. For example, the CRPR layer 12 is formed by, for example, winding a carbon fiber impregnated with a thermosetting epoxy resin around the resin liner 10 by, for example, a filament winding method, and curing the epoxy resin by heating. The CFRP layer 12 covers the outer surface of the resin liner 10. A part of the CFRP layer 12 is also in contact with the outer peripheral surface of the base 3 and the surface of a GFRP layer 90 described later.

口金3は、例えばステンレスなどの金属で形成されており、好ましくはアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。口金3は、タンク本体2の長手方向の一端部又は両端部に位置し、例えばインサート成形によりタンク本体2と一体成形される。口金3は、タンク本体2の軸線Y−Y上に軸心を有する開口部30を備える。開口部30は、タンク本体2の内外を連通するものであり、その内部にバルブアッセンブリ4が着脱自在に取り付けられる。例えば、バルブアッセンブリ4と外部のガス供給ライン102とが接続され、貯留空間6との間で水素ガスの給排がなされるようになっている。   The base 3 is made of a metal such as stainless steel, and is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. The nozzle | cap | die 3 is located in the one end part or both ends of the longitudinal direction of the tank main body 2, and is integrally molded with the tank main body 2 by insert molding, for example. The base 3 includes an opening 30 having an axial center on the axis YY of the tank body 2. The opening 30 communicates the inside and outside of the tank body 2, and the valve assembly 4 is detachably attached to the inside of the opening 30. For example, the valve assembly 4 and an external gas supply line 102 are connected to supply and discharge hydrogen gas to and from the storage space 6.

開口部30の内周面には、バルブアッセンブリ4に螺合されるめねじ31が形成され、さらには、めねじ31よりも貯留空間6側にシール面32が形成されている。シール面32は、例えば一定の内径からなり、バルブアッセンブリ4との間をシール部材70、71により軸シールされる。シール面32は、逆テーパ面35を介してめねじ31に連なっている。シール面32を内周面に有する円筒状のシール部33は、めねじ31を内周面に有する鍔部34に連続している。また、シール部33の外周面は、円筒部16の内周面に面接触している。   A female thread 31 that is screwed into the valve assembly 4 is formed on the inner peripheral surface of the opening 30, and a seal surface 32 is formed closer to the storage space 6 than the female thread 31. The seal surface 32 has, for example, a constant inner diameter, and is axially sealed between the valve assembly 4 and the seal members 70 and 71. The seal surface 32 is connected to the female screw 31 through the reverse tapered surface 35. The cylindrical seal portion 33 having the seal surface 32 on the inner peripheral surface is continuous with the flange portion 34 having the female screw 31 on the inner peripheral surface. Further, the outer peripheral surface of the seal portion 33 is in surface contact with the inner peripheral surface of the cylindrical portion 16.

着座部36は、鍔部34に連続しており、タンク本体2外へと延出されている。着座部36は、バルブアッセンブリ4が着座する座面37と、座面37と直角に連なる円筒状の内壁面38と、を有している。座面37は、口金3の軸線Y−Y方向における一方の端面であり、環状に形成されている。なお、口金3の軸線Y−Y方向における他方の端面39は、貯留空間6内に位置し、同様に環状に形成されている。   The seat portion 36 is continuous with the flange portion 34 and extends out of the tank body 2. The seat portion 36 includes a seat surface 37 on which the valve assembly 4 is seated, and a cylindrical inner wall surface 38 that is connected to the seat surface 37 at a right angle. The seat surface 37 is one end surface of the base 3 in the direction of the axis YY, and is formed in an annular shape. In addition, the other end surface 39 in the axis YY direction of the base 3 is located in the storage space 6 and is similarly formed in an annular shape.

次に、図3を参照して、口金3の鍔部34まわりの構造及びGFRP層90について説明する。   Next, the structure around the collar portion 34 of the base 3 and the GFRP layer 90 will be described with reference to FIG.

鍔部34は、軸線Y−Yを中心とした環状の部位であり、シール部33よりも径方向外側にまで延在している。鍔部34は、返し部11とCFRP層12との間に挟まれるように配置されている。より詳細には、鍔部34は、返し部11の湾曲部17とCFRP層12とによって画成される空間に位置し、且つ軸線Y−Y方向において湾曲部17及びCFRP層12に面接触した状態で挟まれている。そして、鍔部34は、先端が折り返し部位19に達する先端部34aを有しており、基端部34bから先端部34aにかけて軸線Y−Y方向の肉厚が小さくなるように形成されている。すなわち、鍔部34の先端部34aは、径方向内側の基端部34bよりも薄肉に形成されている。   The flange portion 34 is an annular portion centered on the axis YY, and extends to the outside in the radial direction from the seal portion 33. The collar portion 34 is disposed so as to be sandwiched between the return portion 11 and the CFRP layer 12. More specifically, the collar portion 34 is located in a space defined by the curved portion 17 of the return portion 11 and the CFRP layer 12 and is in surface contact with the curved portion 17 and the CFRP layer 12 in the axis YY direction. It is sandwiched between states. And the collar part 34 has the front-end | tip part 34a from which the front-end | tip reaches the folding | turning site | part 19, and it is formed so that the thickness of an axis line YY may become small from the base end part 34b to the front-end | tip part 34a. That is, the distal end portion 34a of the flange portion 34 is formed thinner than the proximal end portion 34b on the radially inner side.

先端部34aは、CFRP層12側の面に、GFRP層90を設けるための環状の段部34cを有している。段部34cは、鍔部34の先端から径方向内側に向かって形成されているが、基端部34bにまでは達していない。このため、段部34cの径方向の長さは、鍔部34の先端から基端部34bまでの長さをLとすると、例えば2L/3程度となっている。こうすることで、先端部34aにのみ、GFRP層90を設けている。なお、段部34にGFRP層90を設けるには、予め単品成形しておいたGFRP層90を段部34に単に嵌め込むか、あるいは嵌め込んだ後に接着すればよい。また、他の実施態様では、段部34cに代えて、先端部34aに形成した凹部にCFRP層90を設けてもよい。   The tip 34a has an annular step 34c for providing the GFRP layer 90 on the surface on the CFRP layer 12 side. The step 34c is formed radially inward from the distal end of the flange 34, but does not reach the proximal end 34b. For this reason, the length of the stepped portion 34c in the radial direction is, for example, about 2L / 3, where L is the length from the distal end of the flange portion 34 to the proximal end portion 34b. By doing so, the GFRP layer 90 is provided only at the tip 34a. In order to provide the GFRP layer 90 on the stepped portion 34, the GFRP layer 90 that has been molded in advance may be simply fitted into the stepped portion 34, or may be bonded after fitting. In another embodiment, the CFRP layer 90 may be provided in a recess formed in the tip 34a instead of the step 34c.

図3及び図4に示すように、GFRP層90は、軸線Y−Yを中心とするリング状の部材である。GFRP層90は、軸心に開口部91を有し、開口部91は、口金3の着座部36を挿通可能な大きさに形成され、鍔部34とCFRP層12とに挟まれるように段部34cに装着されている。GFRP層90は、先端部34aに位置する部位が、基端部34bに位置する部位よりも厚肉に形成されている。また、GFRP層90の肉厚は、段部34cの深さに対応しており、外表面92が樹脂ライナー10の外表面10a及び鍔部34の基端部34bの外表面と面一になっている。このため、CFRP層12が外表面10a及び鍔部34の基端部34bの外表面に段差無く位置するので、この部分において、CFRP層12の強度が適切に維持される。   As shown in FIGS. 3 and 4, the GFRP layer 90 is a ring-shaped member centered on the axis YY. The GFRP layer 90 has an opening 91 at the axial center, and the opening 91 is formed in a size that allows the seating portion 36 of the base 3 to be inserted, and is stepped so as to be sandwiched between the flange portion 34 and the CFRP layer 12. It is attached to the part 34c. The GFRP layer 90 is formed so that the portion located at the distal end portion 34a is thicker than the portion located at the proximal end portion 34b. The thickness of the GFRP layer 90 corresponds to the depth of the step portion 34c, and the outer surface 92 is flush with the outer surface of the outer surface 10a of the resin liner 10 and the base end portion 34b of the flange portion 34. ing. For this reason, since the CFRP layer 12 is located on the outer surface 10a and the outer surface of the base end portion 34b of the flange portion 34 without a step, the strength of the CFRP layer 12 is appropriately maintained in this portion.

GFRP層90は、マトリックス樹脂(プラスチック)をガラス繊維で強化してなるFRP層である。マトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。ここでは、CFRP層12と同じ熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられている。GFRP層90は、複数の層が積層されてなる積層板の態様を有している。好ましくは、GFRP層90は、各々の積層形態が異なるものであるとよく、より好ましくは、擬似等方積層されてなるものであるとよい。例えば、GFRP層90は、45°、90°、−45°、0°方向に対称積層させた擬似等方積層板であるとよい。このような擬似等方積層板とすることで、GFRP層90の全ての方向で弾性特性が同じになるので、応力緩和に好適となる。   The GFRP layer 90 is an FRP layer formed by reinforcing a matrix resin (plastic) with glass fibers. Examples of the matrix resin include an epoxy resin, a modified epoxy resin, and an unsaturated polyester resin. Here, the same thermosetting epoxy resin as the CFRP layer 12 is used. The GFRP layer 90 has an aspect of a laminated plate in which a plurality of layers are laminated. Preferably, the GFRP layer 90 is different from each other in the form of lamination, and more preferably is formed by quasi-isotropic lamination. For example, the GFRP layer 90 may be a quasi-isotropic laminate that is symmetrically laminated in 45 °, 90 °, −45 °, and 0 ° directions. By using such a quasi-isotropic laminate, the elastic characteristics are the same in all directions of the GFRP layer 90, which is suitable for stress relaxation.

GFRP層90は、各種の方法で製造することができる。例えば、ブレイディング法を用いた場合、ブレイディングマシンを用いてGFRPプリプレグから成形することで、積層板としてのGFRP層90を製造することができる。また、ハンドレイアップ方法を用いた場合、図5に示す製造用の型200にGFRPをハンドレイアップし、それを硬化炉で成形することで、積層板としてのGFRP層90を製造することができる。製造後のGFRP層90は段部34cに装着され、この装着状態で、フィラメントワインディング法によってCFRP層12が外側に形成される。このように、GFRP層12がない場合にCFRP層12が本来接触する口金3の外周面の部分(鍔部34の表面)に、GFRP層12が設けられることになる。   The GFRP layer 90 can be manufactured by various methods. For example, when the braiding method is used, the GFRP layer 90 as a laminate can be manufactured by molding from a GFRP prepreg using a braiding machine. Further, when the hand layup method is used, the GFRP layer 90 as a laminate can be manufactured by hand laying up the GFRP in the manufacturing mold 200 shown in FIG. 5 and molding it in a curing furnace. it can. The manufactured GFRP layer 90 is attached to the stepped portion 34c, and in this attached state, the CFRP layer 12 is formed outside by the filament winding method. As described above, when there is no GFRP layer 12, the GFRP layer 12 is provided on the outer peripheral surface portion (surface of the flange 34) of the base 3 with which the CFRP layer 12 originally contacts.

以上説明したように、本実施形態の高圧タンク1によれば、鍔部34とCFRP層12との接触部分にGFRP層90が介在する。これにより、応力集中が起きるCFRP層12の部分について、その応力集中をGFRP層90によって緩和することができる。特に、最も応力集中が起きる箇所(CFRP層12が先端部34aに面する部分)において、GFRP層90の部位を他の部位に比べて厚肉にしているので、GFRP層90を軽量化しつつ、応力緩和効果を高めることができる。また、介在層としてGFRP層90を用いているため、ゴム製のものに比べて、耐圧強度及び疲労強度を向上させることができ、長期に亘る応力緩和効果を確保することができる。さらに、車両100としてみれば、高圧タンク1の高強度及び高寿命により車両100の信頼性を向上することにも貢献できる。   As described above, according to the high-pressure tank 1 of the present embodiment, the GFRP layer 90 is interposed at the contact portion between the flange portion 34 and the CFRP layer 12. Thereby, the stress concentration can be relaxed by the GFRP layer 90 in the portion of the CFRP layer 12 where the stress concentration occurs. In particular, the portion where the stress concentration occurs most (the portion where the CFRP layer 12 faces the tip 34a) is thicker than the other portions of the GFRP layer 90, so the GFRP layer 90 is reduced in weight, The stress relaxation effect can be enhanced. In addition, since the GFRP layer 90 is used as the intervening layer, the pressure resistance and fatigue strength can be improved as compared with those made of rubber, and a stress relaxation effect can be ensured over a long period of time. Further, the vehicle 100 can contribute to improving the reliability of the vehicle 100 due to the high strength and long life of the high-pressure tank 1.

なお、他の実施態様では、GFRP層90を鍔部34の領域の一部ではなく、例えば、鍔部34の先端部34aから基端部34bにかけて設けてもよい。また、鍔部34以外の領域であって、CFRP層12と口金3の外周面との接触部分にGFRP層90を介在させてもよい。   In another embodiment, the GFRP layer 90 may be provided not from a part of the region of the collar part 34 but from, for example, the distal end part 34a to the base end part 34b of the collar part 34. Further, the GFRP layer 90 may be interposed in a region other than the flange portion 34 and in a contact portion between the CFRP layer 12 and the outer peripheral surface of the base 3.

実施形態に係る圧力容器を搭載した燃料電池自動車を示す図である。It is a figure which shows the fuel cell vehicle carrying the pressure vessel which concerns on embodiment. 実施形態に係る圧力容器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the pressure vessel which concerns on embodiment. 図2の要部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the principal part of FIG. 実施形態に係るGFRP層の斜視図である。It is a perspective view of the GFRP layer concerning an embodiment. 実施形態に係るGFRP層をハンドレイアップ法により製造する方法を示す図であり、(a)は製造用の型の斜視図であり、(b)はその型にGFRPをハンドレイアップした状態を示す斜視図である。It is a figure which shows the method of manufacturing the GFRP layer which concerns on embodiment by the hand layup method, (a) is a perspective view of the type | mold for manufacture, (b) is the state which hand-laid up GFRP to the type | mold. It is a perspective view shown.

符号の説明Explanation of symbols

1:高圧タンク(圧力容器)、2:タンク本体、3:口金、10:樹脂ライナー、10a:外表面、12:CFRP層、34:鍔部、34a:先端部、34b:基端部、34c:段部、90:GFRP層、92:外表面、Y−Y:軸線   1: high pressure tank (pressure vessel), 2: tank body, 3: base, 10: resin liner, 10a: outer surface, 12: CFRP layer, 34: collar, 34a: distal end, 34b: proximal end, 34c : Stepped portion, 90: GFRP layer, 92: Outer surface, YY: Axis

Claims (9)

口金と、当該口金の外周面に接するCFRP層と、を有する圧力容器において、
前記口金と前記CFRP層との接触部分の少なくとも一部に、リング状のGFRP層が介在している、圧力容器。
In a pressure vessel having a base and a CFRP layer in contact with the outer peripheral surface of the base,
A pressure vessel in which a ring-shaped GFRP layer is interposed in at least a part of a contact portion between the base and the CFRP layer.
前記GFRP層は、擬似等方積層されてなるものである、請求項1に記載の圧力容器。   The pressure vessel according to claim 1, wherein the GFRP layer is formed by quasi-isotropic lamination. 前記CFRP層に外周側を被覆されたライナー層を更に有しており、
前記口金は、前記CFRP層と前記ライナー層とに挟まれるように配置された鍔部を有し、
前記GFRP層は、前記鍔部と前記CFRP層とに挟まれるように設けられている、請求項1又は2に記載の圧力容器。
A liner layer coated on the outer periphery of the CFRP layer;
The base has a collar portion disposed so as to be sandwiched between the CFRP layer and the liner layer,
The pressure vessel according to claim 1 or 2, wherein the GFRP layer is provided so as to be sandwiched between the flange portion and the CFRP layer.
前記GFRP層は、前記鍔部の先端側に位置する部位がその基端側に位置する部位よりも厚肉である、請求項3に記載の圧力容器。   The pressure vessel according to claim 3, wherein the GFRP layer is thicker at a portion located on the distal end side of the collar than on a portion located on the proximal end side thereof. 前記鍔部は、先端部が基端部よりも薄肉に形成されている、請求項4に記載の圧力容器。   The pressure vessel according to claim 4, wherein a tip portion of the flange portion is formed thinner than a base end portion. 前記鍔部の先端部には、前記GFRP層を設けるための凹部又は段部が形成されている、請求項3ないし5のいずれか一項に記載の圧力容器。   The pressure vessel according to any one of claims 3 to 5, wherein a concave portion or a step portion for providing the GFRP layer is formed at a distal end portion of the flange portion. 前記GFRP層は、前記凹部又は段部に設けられた状態で、外表面が前記ライナー層の外表面と面一である。請求項6に記載の圧力容器。   The outer surface of the GFRP layer is flush with the outer surface of the liner layer in a state where the GFRP layer is provided in the recess or step. The pressure vessel according to claim 6. 前記GFRP層は、前記凹部又は段部に設けられた状態で、外表面が前記鍔部の基端部の外表面と面一である。請求項6又は7に記載の圧力容器。   The outer surface of the GFRP layer is flush with the outer surface of the base end portion of the flange portion in a state where the GFRP layer is provided in the recess or step. The pressure vessel according to claim 6 or 7. 前記GFRP層は、ブレイディング法又はハンドレイアップ法により成形されたものである、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の圧力容器。   The pressure vessel according to any one of claims 1 to 8, wherein the GFRP layer is formed by a braiding method or a hand layup method.
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