JP2017096334A - Manufacturing method of high pressure tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a high-pressure tank.
従来の高圧タンクは、ライナーの周囲をカーボン繊維強化プラスチック層や、ガラス繊維強化プラスチック層(以下、これらの層を総称して、「繊維強化プラスチック層」あるいは「繊維強化樹脂層」と呼ぶ)の補強層で被覆した構造を有している。このような高圧タンクは、通常、ライナーに繊維強化繊維強化樹脂材料を巻き付けたワークを形成し、そのワークを加熱(昇温)することで繊維強化樹脂材料層を硬化させることにより製造される。例えば、特許文献1には、ワークの内圧を付与しつつ、硬化炉の温度を上昇させて繊維強化樹脂材料層を硬化させた後、ワークの内圧を減圧させることでワークの内部の温度を急速に降下させることによりワークの内部からもワークを冷却させる、高圧タンクの製造方法が記載されている。
Conventional high-pressure tanks have a carbon fiber reinforced plastic layer or a glass fiber reinforced plastic layer around the liner (hereinafter these layers are collectively referred to as “fiber reinforced plastic layer” or “fiber reinforced resin layer”). It has a structure covered with a reinforcing layer. Such a high-pressure tank is usually manufactured by forming a work in which a fiber reinforced fiber reinforced resin material is wound around a liner and curing the fiber reinforced resin material layer by heating (heating) the work. For example, in
しかし、特許文献1に記載された製造方法では、繊維強化樹脂材料層を硬化する際にライナーに付与される内圧およびライナーの熱膨張によってライナーに圧縮応力が加わり、繊維強化樹脂材料層の硬化後において、加わっていた圧縮応力によるクリープによってライナーが収縮する可能性がある。ライナーの収縮は、繊維強化樹脂層とライナーとの間にすき間を発生させる可能性がある。このすき間の量が大きいと、低温加圧状態での高圧タンクの使用時においてライナーの膨張によってクラックが発生する可能性がある。
However, in the manufacturing method described in
上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。 In order to achieve at least a part of the problems described above, the present invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、高圧タンクの製造方法が提供される。この高圧タンクの製造方法は、(a)ライナーの周囲に繊維強化樹脂材料が巻き付けられたワークの内部に第1の圧力を付与しつつ、前記ワークを加熱して前記繊維強化樹脂材料を硬化させることにより、前記ライナーの周囲を被覆する繊維強化樹脂層を形成する工程と;(b)前記ワークを冷却する工程と;を備える。前記工程(b)は、前記ワークの冷却の過程において、冷却の開始時に、前記ワークの内圧を前記第1の圧力から前記第1の圧力よりも低い第2の圧力まで低下させ;前記ワークの内圧を低下させた後の待機期間において、前記ワークの内圧を前記第2の圧力で維持させ;前記待機期間の後の増圧期間において、前記ワークの内圧を前記第2の圧力から増加させる。
上記形態の高圧タンクの製造方法では、冷却の過程において、ワークの内圧を、第2の圧力に減圧して待機期間の間維持した後、増圧期間の間に第2の圧力から徐々に増圧させることによって、ライナーを膨張させる方向とする引張応力によるクリープをライナーに発生させることができる。これにより、繊維強化樹脂材料を硬化させる際に、ワークの内部に付与される第1の圧力および硬化温度に応じた熱膨張によってライナーに加わる圧縮応力によるクリープによって発生するライナーの収縮を、抑制することができる。この結果、繊維強化樹脂層とライナーとの間に過度に大きなすき間が発生することを抑制できる。
(1) According to one form of this invention, the manufacturing method of a high pressure tank is provided. In this high pressure tank manufacturing method, (a) a first pressure is applied to the inside of a work in which a fiber reinforced resin material is wound around a liner, and the work is heated to cure the fiber reinforced resin material. Forming a fiber reinforced resin layer covering the periphery of the liner; and (b) cooling the workpiece. In the process of cooling the workpiece, the step (b) reduces the internal pressure of the workpiece from the first pressure to a second pressure lower than the first pressure at the start of cooling; The internal pressure of the work is maintained at the second pressure in the standby period after the internal pressure is reduced; and the internal pressure of the work is increased from the second pressure in the pressure increase period after the standby period.
In the high pressure tank manufacturing method of the above aspect, in the cooling process, the internal pressure of the workpiece is reduced to the second pressure and maintained for the standby period, and then gradually increased from the second pressure during the pressure increase period. By applying pressure, creep due to tensile stress in the direction of expanding the liner can be generated in the liner. Thereby, when the fiber reinforced resin material is cured, the shrinkage of the liner caused by the creep due to the compressive stress applied to the liner due to the thermal expansion according to the first pressure and the curing temperature applied to the inside of the workpiece is suppressed. be able to. As a result, it is possible to suppress the occurrence of an excessively large gap between the fiber reinforced resin layer and the liner.
なお、前記増圧期間は、前記ライナーが前記繊維強化樹脂層から分離したと推定される時に開始される、としてもよい。また、前記ライナーが前記繊維強化樹脂層から分離したと推定される時点よりも後に開始される、としてもよい。
このようにすれば、ライナーが繊維強化樹脂層から分離することによって発生するライナーと繊維強化樹脂層との間のすき間が増大することを抑制することができる。
The pressure increase period may be started when it is estimated that the liner is separated from the fiber reinforced resin layer. Moreover, it is good also as starting after the time estimated that the said liner isolate | separated from the said fiber reinforced resin layer.
If it does in this way, it can control that the gap between the liner and fiber reinforced resin layer which generate | occur | produces when a liner isolate | separates from a fiber reinforced resin layer increases.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、高圧タンクの製造方法や、高圧タンクの製造装置等の態様で実現することができる。 In addition, this invention can be implement | achieved with various forms, for example, can be implement | achieved in aspects, such as a manufacturing method of a high pressure tank, a manufacturing apparatus of a high pressure tank.
図1は、本発明の実施形態の製造方法によって製造される高圧タンクの構成を模式的に示す概略断面図である。高圧タンク10は、ライナー110と、ライナー110を被覆する繊維強化樹脂層140と、ライナー軸線CX方向の両端に設けられた口金120,130と、を有している。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the configuration of a high-pressure tank manufactured by the manufacturing method of the embodiment of the present invention. The high-
ライナー110は、中空のタンク容器であり、長手方向の中央で2分割された一対のライナーパーツの接合品である。2分割のライナーパーツは、それぞれナイロン系樹脂等の適宜なガスバリア性を有する樹脂にて型成型され、その型成型品のライナーパーツを接合してその接合箇所をレーザー融着することで、ライナー110が形成される。このパーツ接合を経て、ライナー110は、円筒状のシリンダー部111のライナー軸線CX方向の両側に球面形状のドーム部112を備え、ガスを貯蔵するための内部空間(「貯蔵空間」とも呼ぶ)114を備えることになる。
The
繊維強化樹脂層140は、ライナー110と、口金120,130のライナー軸線CX方向を向く開口部を除く周囲部分と、を覆うように巻き付けられた繊維強化樹脂材料(熱硬化性樹脂材料が含浸された繊維)の層を硬化させることにより、ライナー110および口金120,130の一部の外表面を被覆するように構成されている。繊維強化樹脂材料の巻き付けはフィラメントワインディング法により行われることが好ましい。繊維強化樹脂材料の熱硬化性樹脂材料としてはエポキシ樹脂を用いることが一般的であるが、ポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることも可能である。また、ライナーに巻き付けさせる補強用の繊維(スライバー繊維)としては、ガラス繊維やカーボン繊維、アラミド繊維等が用いられる他、複数種類の繊維(例えば、ガラス繊維とカーボン繊維)の巻き付けを順次行うことで、繊維強化樹脂材料層を異なる複数種類の繊維からなる樹脂材料層を積層させて形成することもできる。本実施形態では、カーボン繊維及びエポキシ樹脂を用いた導電性を有する繊維強化樹脂材料を用いるものとする。
The fiber reinforced
口金120,130は、アルミニウムまたはその合金といった軽量金属で形成され、ライナー110のドーム部112にライナー軸線CXを中心として設けられている。口金120,130の開口部の内周面には雌ネジが刻設されており、配管やバルブアッセンブリ等の機能部品の雄ネジをこの雌ネジと螺合させることにより、他の部品を口金120,130にねじ込み接続可能に構成されている。なお、図1では、口金120にバルブアッセンブリVAが接続された例を二点鎖線により示している。
The
例えば、燃料電池システムに備えられた高圧タンク10は、バルブアッセンブリVAを介して、貯蔵空間114と不図示のガス流路との間が接続され、貯蔵空間114に燃料ガスとしての水素が充填されるとともに、貯蔵空間114から水素が放出されて燃料電池の発電に利用される。
For example, in the high-
図2は、本発明の実施形態としての高圧タンクの製造方法を実施する製造装置の例を示す説明図である。製造装置1000は、硬化炉20と、回転棒(回転部)30,40と、ガス配管系50と、制御部60と、を備えている。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a manufacturing apparatus that performs a method for manufacturing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention. The
硬化炉20は、未硬化状態の繊維強化樹脂材料層140Pを有するワーク10Pがセットされる炉空間を備えている。ワーク10Pは、口金120,130の開口部に回転棒30,40が取り付けられた状態で、その炉空間内にセットされる。なお、後述する硬化処理の過程において、不図示の駆動装置によって回転棒30,40を適宜回転させることによって、ワーク10Pを均等に加熱することができる。硬化炉20内には、硬化炉20内の温度(以下、「炉内温度」とも呼ぶ)、すなわち、ワーク10Pの周囲温度を測定する温度センサー24が設けられている。
The
ガス配管系50は、メイン配管51と炉内配管52とを備えている。メイン配管51には、調圧弁511と、背圧弁512と、ポンプ513,515と、圧力センサー514と、が設けられている。炉内配管52は、メイン配管51から分岐して硬化炉20内に延び、回転棒30を介してワーク10Pの口金120に取り付けられている。ポンプ515および調圧弁511は、炉内配管52への分岐位置よりも上流側に配置されている。背圧弁512およびポンプ513は、炉内配管52への分岐位置より下流側に配置されている。圧力センサー514は、調圧弁511と背圧弁512との間に配置されており、ワーク10Pの内部の圧力(内圧)を検出することができる。メイン配管51の調圧弁511と背圧弁512とポンプ513,515とを調整することにより、炉内配管52に繋がれるワーク10Pの内圧を調整可能である。
The
制御部60は、温度センサー24が検出する炉内温度に基づいて、硬化炉20の動作を制御し、圧力センサー514が検出する圧力に基づいて、調圧弁511と背圧弁512とポンプ513,515の調整によるワーク10Pの内圧を制御し、不図示の駆動回路を制御して回転棒30,40の回転を制御する。制御部60は、これらの制御によって、製造装置1000にセットされたワーク10Pの繊維強化樹脂材料層140Pの硬化処理を実行する。
The
なお、図2(B)に示すように、硬化炉20にセットされたワーク10Pには、ワーク10Pの外周面に周方向に沿って2つの導電端子22a,22bが貼り付けられ、2つの導電端子22a,22bはそれぞれ制御部60に接続されている。制御部60は、2つの導電端子22a,22bの間の抵抗値を測定することができる。なお、2つの導電端子22a,22bにより測定される抵抗値については後述する。
2B, two
図3は、本発明の実施形態としての高圧タンクの製造方法の手順を示す説明図である。図4は、図3の製造方法における炉内温度とワークの内圧とライナーの応力とライナーのクリープ歪みの関係を示す説明図である。なお、図4において、実施形態の変化を実線で示し、比較例の変化を一点鎖線で示している。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a procedure of a method for manufacturing a high-pressure tank as an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory view showing the relationship among the furnace temperature, the workpiece internal pressure, the liner stress, and the liner creep strain in the manufacturing method of FIG. In FIG. 4, a change in the embodiment is indicated by a solid line, and a change in the comparative example is indicated by a one-dot chain line.
まず、図3のステップS10において、未硬化状態の繊維強化樹脂材料層140Pを有するワーク10Pを硬化炉20(図2参照)の炉空間内にセットする。
First, in step S10 of FIG. 3, the
次に、ステップS20〜ステップS40は、ワーク10Pの繊維強化樹脂材料層140Pを硬化させて、ライナー110の周囲を被覆する繊維強化樹脂層140を形成する硬化工程である。具体的には、ステップS20において、ワーク10Pの内圧を第1の圧力P1に設定し、ステップS30において、硬化炉20の炉内を加熱して、炉内温度を室温Tn(例えば、25℃)から硬化温度Tc(例えば、160℃)まで昇温させ、ステップS40において、炉内温度が硬化温度Tcに到達してから硬化が完了するまで、炉内温度を硬化温度Tcに保って待機し、繊維強化樹脂材料層140Pを硬化させる。
Next, Step S20 to Step S40 are curing steps in which the fiber reinforced
ステップS20〜ステップS40の硬化工程の期間において、ワーク10Pに付与される内圧は第1の圧力P1に保たれる。第1の圧力P1は、繊維強化樹脂材料層140Pが硬化されるまでの形状維持のために、大気圧Pnよりも高く、高圧ガス保安法により高圧ガスと定義される気体の圧力(1MPa)よりも低い圧力とされることが好ましい。本例では、Pn=0.10MPaに対して、P1=(0.85+Pn)=0.95MPaとしている。
In the period of the curing process of Step S20 to Step S40, the internal pressure applied to the
ステップS40における硬化完了待ちの工程において、炉内温度は硬化温度Tcに保たれる。硬化温度Tcは、繊維強化樹脂材料に含まれる熱硬化性樹脂材料(本例では、エポキシ樹脂)を硬化させるための温度である。 In the process of waiting for the completion of curing in step S40, the furnace temperature is maintained at the curing temperature Tc. The curing temperature Tc is a temperature for curing the thermosetting resin material (in this example, epoxy resin) included in the fiber reinforced resin material.
図4には、時刻t0においてステップS20における内圧設定が実行され、時刻t0〜時刻t2の間にステップS30の昇温が実行され、時刻t2〜時刻t3の間にステップS40の硬化完了待ちが実行されることにより、時刻t0〜時刻t3の間にステップS20〜ステップS40の硬化工程が実行される例が示している。硬化完了待ちの期間t2〜t3は、硬化温度Tcで繊維強化樹脂材料層140Pを硬化させるのに要する時間を、あらかじめ実験によって求めておくことにより設定することができる。なお、比較例の硬化工程は、実施形態と同じである。
In FIG. 4, the internal pressure setting in step S20 is executed at time t0, the temperature increase in step S30 is executed between time t0 and time t2, and the curing completion waiting in step S40 is executed between time t2 and time t3. By doing so, an example is shown in which the curing process of step S20 to step S40 is executed between time t0 and time t3. The curing completion waiting periods t2 to t3 can be set by obtaining in advance an experiment the time required to cure the fiber reinforced
図3のステップS50〜ステップS90は、炉内温度を硬化温度Tcから室温Tnまで低下させて、ワーク10Pを冷却する冷却工程である。
Steps S50 to S90 in FIG. 3 are cooling steps for cooling the
まず、ステップS50において、それまで実行されていた硬化炉20の炉内の加熱制御を停止して、ワーク10Pの冷却を開始する。ワーク10Pの冷却は、硬化炉20の炉内を冷却して、炉内温度を硬化温度Tcから室温Tnまで低下させることによって行われる。例えば、硬化炉20の炉内の換気や自然放熱によって冷却を行なうことが可能である。
First, in step S50, heating control in the furnace of the curing
冷却を開始すると、ステップS60において、ワーク10Pの内圧を第1の圧力P1から低下させて第2の圧力P2まで減圧させる。減圧は、冷却の開始時に直ちに(すなわち冷却開始と同時に)開始することが好ましい。ステップS70において、第2の圧力P2に減圧されてから待機期間が経過するまで第2の圧力P2の状態を保って待機する。そして、ステップS80において、待機期間の経過時(すなわち増圧期間の開始時)から増圧期間が経過するまでの間で、ワーク10Pの内圧を第2の圧力P2から増加させ、ステップS90において、炉内温度が室温Tnまで低下して冷却が完了するまで待機する。なお、ステップS80では、第1の圧力P1まで増加させることが好ましい。第2の圧力P2は、第1の圧力P1(本例では0.95MPa)よりも低く、大気圧Pnに近い圧力としている。本例では、本例では、Pn=0.1MPaに対して、P2=(0.1+Pn)=0.2MPaとしている。
When the cooling is started, the internal pressure of the
図4には、時刻t3〜時刻t4の間にステップS60における減圧が実行され、時刻t4〜時刻t5の待機期間でステップS70における第2の圧力P2での待機が実行され、時刻t5〜時刻t6の増圧期間でステップS80における増圧が実行され、時刻t6〜時刻t8の間にステップS90における冷却完了待ちが実行されている例が示されている。なお、比較例の冷却工程では、冷却の過程においてワーク10Pの内圧を変化させることなく、第1の圧力P1に保たれるものとする(一点鎖線で示す)。
In FIG. 4, the pressure reduction in step S60 is executed between time t3 and time t4, the standby at the second pressure P2 in step S70 is executed in the standby period from time t4 to time t5, and time t5 to time t6. In this example, the pressure increase in step S80 is executed during the pressure increase period, and the cooling completion wait in step S90 is executed between time t6 and time t8. In the cooling process of the comparative example, it is assumed that the first pressure P1 is maintained without changing the internal pressure of the
ここで、図4に示すように、上記の硬化工程および冷却工程において、ライナー110には、炉内温度及びライナー110の内圧に応じて、ライナー110の周方向に沿った応力、及び、応力に応じたクリープ歪み、が発生する。なお、図4の応力は、炉内温度及びライナー110の内圧に応じて想定される応力を示しており、図4のクリープ歪みは、応力に応じて想定されるクリープ歪みを示している。
Here, as shown in FIG. 4, in the curing step and the cooling step, the
まず、硬化工程における応力およびクリープ歪みについて説明する。昇温の開始時刻t0において、ライナー110には、内圧(第1の圧力P1)に応じてプラス側の応力(「引張応力」とも呼ぶ)が発生する。そして時刻t0〜時刻t2の昇温期間において、昇温によるライナー110の膨張に応じて、プラス側の応力は減少し、マイナス側の応力(「圧縮応力」とも呼ぶ)が増加していく。ライナー110に加わる応力が引張応力の間は、+側のクリープ歪み(「引張クリープ」とも呼ぶ)が徐々に増加する。引張クリープの増加は、製造後の高圧タンク10において、ライナー110と繊維強化樹脂層140との密着力が大きくなる方向に作用する。時刻t1において、応力がプラス側からマイナス側に変化した時点からは、圧縮応力に応じたマイナス側のクリープ歪み(「圧縮クリープ」とも呼ぶ)が発生することになり、圧縮応力に応じて圧縮クリープが増加することになる。圧縮クリープの増加は、製造後の高圧タンク10において、ライナー110と繊維強化樹脂層140との間のすき間が大きくなる方向に作用する。
First, the stress and creep strain in the curing process will be described. At the temperature rise start time t0, a positive stress (also referred to as “tensile stress”) is generated in the
時刻t2〜時刻t3の硬化完了待ちの期間において、炉内温度は硬化温度Tcに保たれるので、圧縮応力の増加は止まるが、圧縮応力に応じた圧縮クリープが時間の経過とともに徐々に増加していく。但し、圧縮クリープの増加に伴って圧縮応力は徐々に減少し、これに応じて圧縮クリープの増加率も徐々に低減していく。 In the period waiting for the completion of curing from time t2 to time t3, the furnace temperature is maintained at the curing temperature Tc, so that the increase in compressive stress stops, but the compressive creep corresponding to the compressive stress gradually increases with time. To go. However, as the compressive creep increases, the compressive stress gradually decreases, and the increase rate of the compressive creep gradually decreases accordingly.
時刻t3〜時刻t8の冷却工程の期間において、比較例のようにライナー110に一定の内圧(第1の圧力P1)が付与されている場合、炉内温度の低下に応じたライナー110の収縮によって圧縮応力は低下していく。但し、第1の圧力P1による圧縮応力がライナー110に加わっているので、これに応じて、圧縮クリープはその増加率が徐々に小さくなりつつ増加する。そして、時刻t7において、ライナー110に加わる応力がマイナス側(圧縮応力)からプラス側(引張応力)に変化すると、その後時刻t8で冷却が完了するまで引張応力の増加に応じて圧縮クリープが少し減少する。比較例の場合、時刻t8における圧縮クリープに応じた収縮がライナー110に発生し、ライナー110と繊維強化樹脂層140との間に大きなすき間が発生する可能性がある。
When a constant internal pressure (first pressure P1) is applied to the
これに対して、実施形態の場合には、時刻t3〜時刻t8の冷却工程の期間の時刻t3で冷却を開始後、ライナー110の内圧の減圧を実行し、時刻t3〜時刻t4の間で、ライナー110の内圧を第1の圧力P1から第2の圧力P2まで急峻に減圧する。この急峻な減圧に応じて、ライナー110に加わる圧縮応力も急峻に減少する。なお、時刻t4は、応答時間によって定まる時刻t3からの経過時間である。
On the other hand, in the case of the embodiment, after cooling is started at time t3 of the cooling process period from time t3 to time t8, the internal pressure of the
そして、時刻t4〜時刻t5の待機期間においては、ライナー110の内圧が第2の圧力P2まで減圧されているため、炉内温度の低下に伴うライナー110の収縮および圧縮クリープに伴うライナー110の収縮が可能となる。このため、ライナー110は時間とともに実際に収縮することになり、これに応じて圧縮応力および圧縮クリープは徐々に減少していく。
In the standby period from time t4 to time t5, since the internal pressure of the
時刻t5において、応力がマイナス側の応力からプラス側の応力に変化した時点において、ライナー110に加えられていた圧縮応力が無くなって、内圧に応じた引張応力が発生する。これは、ライナー110が収縮することにより、ライナー110が繊維強化樹脂層140から分離して非接触な状態となったことを意味している。すなわち、時刻t5は、ライナー110が繊維強化樹脂層140から分離して非接触な状態となったとされる時を示している。但し、内圧に応じた引張応力に比べて、炉内温度の低下に伴うライナー110の収縮や圧縮クリープによるライナー110の収縮の力の方が強いため、減圧した内圧のまま維持したとすると、ライナー110の収縮は継続して、ライナー110と繊維強化樹脂層140と間のすき間が増大していくことになる。
At time t5, when the stress changes from a negative stress to a positive stress, the compressive stress applied to the
そこで、本実施形態では、時刻t5〜時刻t6の増圧期間において、ライナー110の内圧を徐々に増加させる制御を実行する。図4の例では、時刻t6で第1の圧力P1となるように第2の圧力P2から第1の圧力P1まで圧力を徐々に増加させた状態を示している。時刻t6は、ライナー110の冷却による熱収縮が収まったと判断しても良い温度Te(「収縮終了温度Te」とも呼び、例えば、40℃)以下となる時刻である。そして、時刻t6から時刻t8の冷却完了待ちの期間において、ライナー110の内圧を第1の圧力P1に保ち、炉内温度が室温Tnまで低下して冷却が完了するのを待ち、冷却を終了する。
Therefore, in the present embodiment, control for gradually increasing the internal pressure of the
ここで、増圧期間における増圧の速度は、増圧によりライナー110に加わる引張応力によって圧縮クリープを低減可能ではあるが、引張応力によってライナー110が過度に膨張して再び繊維強化樹脂層140に接触させない程度の大きさに制限することが好ましい。このように増圧の速度を制限しつつ、ライナー110の内圧を徐々に増圧させていくことにより、増圧によりライナー110に加えられる引張応力によって圧縮クリープを低減することができる。これにより、冷却完了後(製造後)の高圧タンク10において、圧縮クリープによって発生するライナー110と繊維強化樹脂層140との間のすき間が過度に大きくなることを抑制することが可能である。
Here, the speed of the pressure increase during the pressure increase period can reduce the compression creep due to the tensile stress applied to the
なお、ライナー110と繊維強化樹脂層140とが接触(非分離)の状態であるか非接触(分離)の状態であるかは、上記の2つの導電端子22a,22b(図2参照)間の抵抗を計測することにより検出することができる。具体的には、ライナー110が繊維強化樹脂層140と非接触(分離)の状態となると、ライナー110の内圧が高くライナー110が繊維強化樹脂層140に接触している状態における抵抗値に比べて低くなるので、この抵抗値が予め定められた閾値よりも低下したか否かを検出することにより、ライナー110の非接触状態への変化を検出することができる。逆に、抵抗値が閾値を超えたか否かを検出することにより、ライナー110の接触状態への変化を検出することができる。従って、抵抗値の変化を検出して、ライナー110が繊維強化樹脂層140から分離したと推定される時刻t5から増圧を開始し、ライナー110が再び繊維強化樹脂層140に接触しないように増圧の速度を制限しつつ、時刻t5から時刻t6における増圧の制御を実行すればよい。なお、炉内温度が収縮終了温度Te以下となる時刻t6における内圧は第1の圧力P1に限定されるものではなく、第1の圧力P1まで到達していなくてもよく、第1の圧力P1を超えてしまってもよい。この場合にも、冷却によるライナー110の収縮が収束する収縮終了温度Teまでの間、ライナー110が繊維強化樹脂層140への非接触(分離)の状態を維持しつつ、ライナー110の収縮を抑制することが可能な増圧の速度で増圧することが好ましい。
Whether the
なお、上記説明では、導電端子22a,22b間の抵抗変化の検出を利用して、ライナー110が繊維強化樹脂層140から分離したと推定される時点を検出し、分離したと推定される時点である時刻t5から、再び接触状態とならないように増圧の速度を制限しつつ徐々に増圧を行なう場合を例に説明した。しかしながら、増圧を開始する時刻t5は、ライナー110が繊維強化樹脂層140から分離したと推定される時点に限定されるものではなく、分離したと推定される時点より後の時点としてもよい。この場合においても、分離した時点から増圧を開始するまでに発生したライナー110の収縮分を膨張させるとともに、再び接触状態とならないように増圧の速度を制御することにより、ライナー110の収縮を抑制することができる。この結果、繊維強化樹脂層140とライナー110との間に過度に大きなすき間が発生することを抑制できる。
In the above description, the time when it is estimated that the
また、あらかじめ、実験を行って、各時刻t4,t5,t6,t8を決定し、増圧速度を決定し、これに基づいて、減圧の期間、待機の期間、増圧の期間、冷却完了待ちの期間を決めて、炉内温度の制御及び内圧の制御を実行して、高圧タンクの製造を行なうようにしてもよい。このようにすれば、ライナー110と繊維強化樹脂層140との間の接触状態や非接触状態の変化の検出を省略して、製造の簡略化を図ることができる。なお、あらかじめ実験により、時刻や増圧の速度等の製造のスケジュールを設定する場合において、繊維強化樹脂材料層140Pとライナー110との間に歪みセンサーを設けて、ライナー110に発生する歪みを測定することにより、ライナー110と繊維強化樹脂層140との接触/非接触を検出する手段を用いることも可能である。特に、繊維強化樹脂層を構成する繊維が導電性のカーボン繊維ではなくガラス繊維のような非導電性の繊維の場合には、歪みセンサーを用いることにより、ライナー110と繊維強化樹脂層140との間の接触/非接触状態を検出するのに有効である。
In addition, an experiment is performed in advance to determine each time t4, t5, t6, t8, and a pressure increase rate is determined. Based on this, a pressure reduction period, a standby period, a pressure increase period, and a cooling completion wait The high pressure tank may be manufactured by determining the period of time and executing the control of the furnace temperature and the control of the internal pressure. In this way, it is possible to simplify the manufacturing by omitting detection of a change in the contact state or non-contact state between the
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10…高圧タンク
10P…ワーク
110…ライナー
111…シリンダー部
112…ドーム部
114…内部空間(貯蔵空間)
120,130…口金
140…繊維強化樹脂層
140P…繊維強化樹脂材料層
20…硬化炉
22a,22b…導電端子
24…温度センサー
30,40…回転棒
50…ガス配管系
51…メイン配管
52…炉内配管
511…調圧弁
512…背圧弁
513…ポンプ
514…圧力センサー
515…ポンプ
60…制御部
1000…製造装置
VA…バルブアッセンブリ
CX…ライナー軸線
Tc…硬化温度
Te…収縮終了温度
Tn…室温
Pn…大気圧
P1…第1の圧力
P2…第2の圧力
t0〜t8…時刻
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 120,130 ...
Claims (1)
(a)ライナーの周囲に繊維強化樹脂材料が巻き付けられたワークの内部に第1の圧力を付与しつつ、前記ワークを加熱して前記繊維強化樹脂材料を硬化させることにより、前記ライナーの周囲を被覆する繊維強化樹脂層を形成する工程と、
(b)前記ワークを冷却する工程と、
を備え、
前記工程(b)は、前記ワークの冷却の過程において、
冷却の開始時に、前記ワークの内圧を前記第1の圧力から前記第1の圧力よりも低い第2の圧力まで低下させ、
前記ワークの内圧を低下させた後の待機期間において、前記ワークの内圧を前記第2の圧力で維持させ、
前記待機期間の後の増圧期間において、前記ワークの内圧を前記第2の圧力から増加させる、
高圧タンクの製造方法。 A method for manufacturing a high-pressure tank, comprising:
(A) While applying a first pressure to the inside of the work around which the fiber reinforced resin material is wound around the liner, the work is heated to cure the fiber reinforced resin material, thereby surrounding the liner. Forming a fiber reinforced resin layer to be coated;
(B) a step of cooling the workpiece;
With
In the process of cooling the workpiece, the step (b)
At the start of cooling, the internal pressure of the workpiece is reduced from the first pressure to a second pressure lower than the first pressure,
In the standby period after reducing the internal pressure of the work, the internal pressure of the work is maintained at the second pressure,
In the pressure increasing period after the waiting period, the internal pressure of the work is increased from the second pressure.
Manufacturing method of high-pressure tank.
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2015
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