JP2011525864A - 貯蔵タンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

インナーライナ、アウターフィラメント巻回部および接続部を備える貯蔵タンクを製造する方法が提供されている。この方法は、パリソンを押出し、ライナを少なくとも一方の先端部でピンチし、次いで、これをブローすることによりライナをブロー成形するステップと、ピンチ部分が受容される適切な形状およびサイズのスロットを備える接続部を提供するステップと、ライナおよび接続部が固定されるよう、前記ピンチ部分を前記スロットに挿入するステップと、アウターフィラメント巻回部をライナおよび接続部の周囲に巻きつけるステップと、を含む。

Description

本発明は、貯蔵タンク、特に水素貯蔵タンクの製造方法に関する。

圧縮ガスは、燃料の輸送用として次第に普及しつつある選択肢である。ますます多くの車両が圧縮ガスを燃料として用いるため、このような車両の燃料系の排出をさらに重要視する必要がある。現在では、このような系からのガス透過の安全性リスクに対処する、圧縮ガス燃料系からの要件がある。しかしながら、現在は、圧縮ガス透過の環境問題に係る規制はない。このような規制が導入される場合には、現在の排出規制よりさらに厳しくなる可能性がある。

今日輸送車両で用いられている圧縮ガスタンクの圧倒的多数は、圧縮メタンガス（ＣＨ４）を貯蔵するために設計されており、タイプＩＩＩまたはタイプＩＶのものである。しかしながら、環境上の理由のために、燃料として圧縮水素（Ｈ２）に移行する要望がある。圧縮水素によって燃料供給されている市販車両は、現在は存在しない。

水素と比較してメタンのより大きい分子サイズのために、従来のタイプＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶタンクは、圧縮メタンガスで充填された場合に現行の透過要件を満たす。しかしながら、圧縮水素については、これらの従来のタンクは、特に、想定どおりより厳しい要件が導入された場合には、必ずしも要件を満たさない。

貯蔵タンクは、異なるカテゴリーに区分されている。タイプＩＩタンクはすべてのスチールタンクに関し、これは、一般にかなり重く、従って車両に関しては好まれない。タイプＩＩＩタンクは、アルミニウムライナを備える複合タンクである。これらのタンクは、優れた排出結果を示すが多少高価である。タイプＩＶタンクは、ポリマーライナを有する複合タンクである。タイプＩＶタンクはまた、タイプＩＩＩタンクと比してきわめて良好な排出結果を有するが、これらのタンクは、より軽量であると共に安価であるというさらなる利点を有する。従って、タイプＩＶタンクが、圧縮水素貯蔵タンク用の最も有力な候補である。

外側強化層（アウターシェル）と、円柱状の本体に突合せ溶接された半球状の末端キャップを備えるインナーライナとを有する圧力容器の製造方法を教示する本出願人による（特許文献１）に、タイプＩＶ貯蔵タンクの一例が示されている。通常の燃料タンクの技術分野において周知である従来のブロー成形技術を用いて、円柱状の本体を形成することが可能である。しかしながら、ライナの少なくとも一方の先端部にピンチが形成されてしまい、次いで、開放端を有する円柱状の本体を形成するために除去される。ピンチの除去ステップおよび末端キャップの溶接は、製造時間の増加および材料の浪費を意味する。従って、このような製造方法は、大量生産が促進されないという欠点を有する。

また、パリソンの先端部の圧縮によってもたらされ得るピンチは、高圧値、特に圧力容器用の用途におけるものに耐性でなければならない。ピンチでの内部圧力の影響下では、この後者は、分離し得、および、圧力容器における漏れが生じ得る。

本発明は、言及した欠点を回避すると共に材料および時間の利得がもたらされる方法を提供することを目的とし、さらに、タイプＩＶタンクにおけるタンクライナおよび末端キャップを個別のプロセスにおいて形成し、これらの両方を強固に接続することにより圧力容器のピンチを強化する問題を解消することを目的とする。ピンチが締め付けられるために、ピンチ分離の恐れが本発明によって提供される解決法によって大きく低減される。得られる接続は、フィラメント巻回プロセスに関連する力に耐えるために好適な、２つの部品間の機械的ロックとして作用する。

しかも、本方法の実施形態によるインナーライナは、優れた浸透品質を提供すると共に、圧縮水素用の貯蔵タンクに関して好適である。

国際公開第０７／１１０３９９号パンフレット

従って、本発明は、インナーライナと、アウターフィラメント巻回部と、接続部と、を含む貯蔵タンク製造するための方法に関し、前記方法は、
§パリソンを押出し、パリソンを少なくとも一方の先端部でピンチし、次いで、これをブローすることによりライナをブロー成形するステップと、
§ピンチ部分が受容される適切な形状およびサイズのスロットを備える接続部を提供するステップと、
§ライナおよび接続部が固定されるよう、前記ピンチ部分を前記スロットに挿入するステップと、
§アウターフィラメント巻回部をライナおよび接続部の周囲に巻きつけるステップと、
を含む。

本発明による方法では、良好な排出結果を有するインナーライナを、より経済的に製造することが可能である。特許文献１において教示されているとおり、インナーライナ全体を、または、末端キャップでさえも、複雑な射出成形プロセスを用いて形成する必要性はない。本発明の文脈において、この方法は、成形により形成される閉断面の押出されたパリソンから円柱状の本体を製造するステップを提供する。

このパリソンはブロー成形による形成工程に供され、すなわち、パリソンは金型の少なくとも２つの割型の間に挿入され、次いで、これらの割型が閉じられると共に、所定の温度で所定の時間の間、パリソンが金型の内部表面に対して押圧されるよう加圧ガスが吹き込まれる。

好ましくは、この方法は、吹込針の周囲に第１の先端部で、および、少なくとも２つの金型割型の間に第２の先端部でパリソンをピンチするステップを含む。

好ましくはまた、２つの金型割型の内部表面は、ライナの形状を有する円柱状の筐体が形成されるような、特に第２の先端部で適切な形状およびサイズのピンチが形成されるような特定の形状を有する。

より好ましくは、この方法は、筐体が延長部を有する金型の頂部でパリソンを一緒にピンチするステップ、ならびに、吹込針を、金型の内部がライナの成形の最中はシールされるよう針の周りをシールする金型の底部において筐体に挿入するステップを含む。

一般に、ブロー成形プロセスの最中のポリマーの延伸における限界のために、押出されたパリソンの直径は筐体の延長部の直径より大きい。従って、ピンチは、一般に、筐体の延長部の端部の部分であって、本発明による方法における接続部のスロットに挿入される部分を有する。

金型の頂部でのピンチは、好ましくは、円柱状の本体の製造プロセスの最中に、２つの金型割型によって意図的に形成される。ピンチの形状はまた、パリソンのブロー成形の後に、例えばピンチを機械加工することによっても形成されることが可能である。ピンチの形状の例は、プラスチック産業において通例用いられているスナップフィット形状を有する、逆円錐状、Ｔ−形状ボス、スタッド、または、ピンチである。

本発明によれば、接続部は、ライナおよび接続部の周囲にアウターフィラメント巻回部を巻き付ける前にライナに固定される。この接続部は、普通、少なくとも部分的に金属から形成される。

接続部は、筐体の延長部に合致すると共に連通ボスに対応する管状形状の延長部を有する。管状延長部の両方の端部は、貯蔵タンクの内部とその外部との間の連通流路が形成されるよう開放されている。従って、筐体の延長部の開放端は、ピンチの部分も除去されるよう、円柱状の本体が製造された後に機械加工される。

本発明によれば、スロットが（機械加工、成形等により）接続部に設けられている。このスロットは、一般に、Ｔ−スロットミルまたはあり型ミルで機械加工プロセスの最中に形成される。このスロットは、ライナの第２の先端部のピンチの形状に対応する形状を有していることが好ましい。スロットは、例えば、ライナのＴ−形状ピンチに対応するＴ−形状プロファイルを有していればよい。

本発明によれば、ライナおよび接続部の一方の先端部でのピンチは圧縮により、換言すると、ピンチを接続部のスロットに挿入することにより結合される。ピンチと接続部のスロットとの界面での圧縮力は、接続部およびピンチが、本発明によるプロセスの最中にライナが変形することなく係合するよう最適化される。これは、これらの２つの部分の間で界面最適化することにより、すなわち、ピンチとスロットとの間の設計された締嵌に基づく適切な寸法化および荷重変形シミュレーションによって達成され得る。

圧縮力はまた、ピンチがスロットに挿入されたときの成形されたライナの加圧によって生成されることが可能である。従って、ライナおよび接続部は金型に入れられることが可能であり、これにより、ライナは加圧されて、金型によって締め付けられる接続部に向かって押し出される。ピンチをスロットに挿入するステップはまた、成形プロセスの後、ライナがまだ暖かいうちにこの操作を実施することによりさらに補助されることも可能である。

好ましくは、エラストマーシールは、ライナと接続部との間に位置させて、アセンブリライナ／接続部のシーリング特性を高めることが可能である。

そのため、Ｏリングから構成され得るエラストマーシールが収容されるよう、溝を接続部に機械加工することが可能である。

また、接続部がライナに接続された場合に接続部の輪郭に変形するであろうリングをライナに追加することが好ましい場合がある。このリングは、ピンチ領域の外側に位置されることが可能であり、好ましくは、特にタンクが加圧された場合の変形が保証されるよう、例えばＶ字型の断面形状でライナに成形されることが可能である。

本発明によれば、アウターフィラメント巻回部は、ライナおよび接続部の周囲に、これらが組み立てられてから巻き付けられる。巻回は、ライナの先端部の周りに接続部の回転を誘起する可能性がある力を生成するが、接続部とライナとの間の強固な接続のために、接続部の回転が防止される。

フィラメント巻回は、少なくとも１０バール（ｂａｒ）の圧力の含有に好適である。これは、ライナの外側に巻かれた炭素繊維フィラメント複合体の形態で達成されることが可能であり、次いで、好ましくは、より耐衝撃性の材料層で巻かれる。好ましくは、インナーライナへのフィラメント巻回の機械的締嵌の他、これらの２つは結合されてはおらず、異なる割合で膨張および収縮する。

本発明による方法においては、ライナには、少なくとも１層の構造層および少なくとも１層のバリア層が設けられていることが好ましく、ライナ中のバリア層は、従来の燃料タンクの場合と同様に、２層の構造層の間に挟まれていることが好ましい。本発明のライナ全体におけるバリア層の存在は、その透過性能をさらに高める。その結果として、この好ましい実施形態を用いて製造されたインナーライナを備える貯蔵タンクは、貯蔵タンクから大気への排出を低減するために用いられることが可能である。これにより、例えば水素といったより小さな分子サイズの気体の保管も可能になる。

接着性層は、これらの２つの（または３つの）層を結合するために構造層とバリア層との間に設けられることが可能である。接着性層は、以下に記載のとおり、例えばＰＥ／ＥＶＯＨ構成への接着剤変性（adhesive modified）低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）などの、構造層およびバリア層の両方に接着性である任意の材料で形成されることが可能である。

好ましくは、構造層は、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリアミド（ＰＡ）を含む。

バリア層は、好ましくは、エチレンビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）を含み、５００μｍ未満、場合によるとさらには３００μｍ未満の厚さを有することが可能である。

本発明のさらなる態様は、好ましい実施形態の詳細な説明を参照することにより明らかになり得る。

図面は、本明細書と一体部分を構成し、本明細書と併せて読まれるべきである。図面の詳細な説明は、本発明の好ましい実施形態の非限定的な説明である。

図１は、開位置にある金型中に挿入されたパリソンの図である。 図２は、閉位置にある金型中のパリソンの図である。 図３は、図２に直角な図である。 図４は、接続部の底面図である。 図５は、Ａ−Ａ線に沿った接続部を通る破断図である。 図６は、インナーライナの第１の端部の上面図である。 図７は、Ｃ−Ｃ線に沿ったインナーライナの破断図である。 図８は、スナップフィットピンチの破断図である。 図９は、本発明の第１の態様によるインナーライナを通る破断図である。 図１０は、本発明の第２の態様によるインナーライナを通る破断図である。 図１１は、本発明の第３の態様によるインナーライナを通る破断図である。

図１においては、ポリマー製の閉断面を有するパリソン８が、押出されていると共に開位置にある金型の２つの割型９’および９”の間に挿入されている。

図２においては、金型がパリソン８の周囲で閉じられ、そしてライナがブロー成形されることが可能である。２つの割型９’および９”の形状は、ライナの形状を有する円柱状の筐体１１が形成されるよう画定されている。金型の上部において、割型９’および９”は、筐体１１における延長部を形成するよう設計されている部分１３’および１３”を有する。金型の上部でパリソンがピンチされる（１２）と共に、吹込針１０が金型の底１４で筐体１１に挿入されているが、ここでは、金型の内部がライナの成形の最中はシールされるよう針の周りがシールされている。

図３は、図２の視点とは直角な面での、金型中のパリソン８の部分的な図を示す。パリソン８のピンチ部は、ライナのブロー成形の最中に形成される部分１２および部分２を備えている。それは、パリソン８は筐体１１の延長部の直径よりも大きい直径を有しているため、そして、ブロー成形プロセスの最中のポリマーの延伸における限界のためである。ピンチ部の部分１２は、例えば、パリソン８が金型から外された後に、ライナの延長部の先端部に開放端が形成されるよう、ライナの延長部の端部を機械加工することにより除去されることが可能である。

図４を参照すると、接続部の底面が、概して３で示されていると共にベースおよび頂部を有しており、ここで、頂部は、貯蔵タンクの内側チャンバと貯蔵タンクの外側との間を連通するための連通孔５を有している。

接続部３は、溝４’および側方延長部４”を有するＴ−形状のスロット４を備える。Ｔ−形状のスロット４は、接続部３においてＴ−スロットミルまたはあり型ミルによって機械加工され、側方延長部４”の幅は、溝４’の幅より大きくなるよう決定される。

図５に示されている接続部３の断面図は、スロット４および連通孔５を示す。連通孔５は、管状延長部６を貫通する。

図６は、ピンチの部分２および連通ボス７を含むインナーライナ１の一方の先端部の図を示す。上記に説明されているとおり、ピンチの部分２は、特にパリソン８のブロー成形によるライナ１の製造プロセスの過程において形成される。ピンチの部分２は、実質的に線形の第１の部分２’および側方延長部２”を表す。

溝４’および側方延長部４”の寸法は、部分２’および側方延長部２”がスロット４に挿入可能であると共に、連通部分３とインナーライナ１との間に締嵌ロックが形成されるよう決定される。

図７には、ピンチの部分２をライナ１の一方の先端部に有すると共に連通ボス７を有するインナーライナ１が表されている。連通ボス７の外径は連通孔５の直径より小さい。接続部３の頂部における連通孔５は、連通ボス７と一緒になって貯蔵タンクの内部とその外部との間の連通流路を形成している。この連通流路には、バルブ（図示せず）が一般に設けられている。この連通流路を通って、圧縮ガスを貯蔵タンクに供給すると共に放出することが可能である。

図８は、スナップフィットタイプのピンチの部分２のプロファイルを示す。

図９に示されるインナーライナ１は、第１および第２の構造層２８、２８’の間に挟まれたバリア層２６を有し、接着性層３０、３０’が、このバリア層２６と構造層２８、２８’との間に配置されている。図１０に示されるインナーライナ１は、接着性層３０を介して構造層２８に接続されているバリア層２６を含む。図１１に示されるインナーライナ１は、構造層２８に直接的に接続されたバリア層２６を含む。

構造層２８、２８’はＰＥ製であることが可能であると共に、１〜８ｍｍの範囲の厚さを有することが可能である。例えば構造層用に用いられることが可能である他の材料はＰＡである。バリア層２６はＥＶＯＨ製であることが可能であると共に、５０〜５００μｍの範囲の厚さを有することが可能である。接着性層３０、３０’は５０〜５００μｍの範囲の厚さを有することが可能である。接着性層３０、３０’は、例えば上記ＰＥ／ＥＶＯＨ構成用の接着剤変性ＬＤＰＥなどの、構造層およびバリア層の両方に接着性の任意の材料製のものであることが可能である。インナーライナ１の全厚は、２〜１７ｍｍの範囲内である。

本発明の原理を例示するために、特定の実施形態が示され、詳細に記載されてきたが、本発明は、このような原理から逸脱することなく他にも実施され得ることが理解されるであろう。例えば、当業者は、特許請求の範囲に記載の本発明の思想および範囲から逸脱することなく、上記の考察および添付の図面および特許請求の範囲から、種々の変更、改良および変形をなすことが可能であることを容易に認識するであろう。

１ インナーライナ
２’ 第１の部分
２” 側方延長部
３ 接続部
４ スロット
４’ 溝
４” 側方延長部
５ 連通孔
６ 管状延長部
７ 連通ボス
８ パリソン
９’，９” 割型
１０ 吹込針
１１ 筐体
１４ 金型の底
２６ バリア層
２８、２８’ 構造層
３０、３０’ 接着性層

Claims (10)

1. インナーライナと、アウターフィラメント巻回部と、接続部と、を備える貯蔵タンクを製造する方法であって、前記方法が、
   パリソンを押出し、前記パリソンを少なくとも一方の先端部でピンチし、次いで、これをブローすることにより前記ライナをブロー成形するステップと、
   ピンチ部分が受容される適切な形状およびサイズのスロットを備える接続部を提供するステップと、
   前記ライナおよび前記接続部が固定されるよう、前記ピンチ部分を前記スロットに挿入するステップと、
   前記アウターフィラメント巻回部を前記ライナおよび前記接続部の周囲に巻きつけるステップと、
   を含む方法。
2. 前記方法が、吹込針の周囲に第１の先端部で、および、少なくとも２つの金型割型の間に第２の先端部でパリソンをピンチするステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも２つの金型割型の内部表面が、前記ライナの形状を有する円柱状の筐体が形成されるような、特に、第２の先端部で適切な形状およびサイズのピンチが形成されるような特定の形状を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記方法が、筐体が延長部を有する金型の頂部でパリソンを一緒にピンチするステップと、
   吹込針を、金型の内部がライナの成形の最中はシールされるよう針の周りをシールする金型の底部において筐体に挿入するステップと、
   を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記接続部が管状形状の延長部を備えていると共に、前記方法が、前記筐体の延長部と前記接続部の延長部とを合致させるステップを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記接続部のスロットが、第２の先端部のピンチの形状に対応する形状を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ライナに、少なくとも１層の構造層および少なくとも１層のバリア層が設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 接着性層が、前記構造層と前記バリア層との間に設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記構造層が、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリアミド（ＰＡ）を含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記バリア層が、エチレンビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）を含む、請求項７に記載の方法。

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