JP2018083391A - Method for manufacturing hydrogen tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素タンクの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a hydrogen tank.
燃料電池システムを搭載し、燃料電池が発生させる電力を用いて走行する燃料電池車両の開発が進められている。燃料電池は、主に水素ガスと酸化剤ガスとの供給を受け、電気化学反応を生じさせることによって電力を発生させる。 Development of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system and traveling using electric power generated by the fuel cell has been underway. A fuel cell mainly receives supply of hydrogen gas and oxidant gas, and generates electric power by causing an electrochemical reaction.
また、燃料電池車両には、水素ガスを貯蔵する水素タンクが搭載される。水素ガスは700〜2000気圧という高圧で貯蔵されるため、水素タンクには高い耐圧性能が要求される。重量の軽減のため、樹脂材料を用いて形成した水素タンクが提案されている。 The fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen tank that stores hydrogen gas. Since hydrogen gas is stored at a high pressure of 700 to 2000 atmospheres, a high pressure resistance is required for the hydrogen tank. In order to reduce the weight, a hydrogen tank formed using a resin material has been proposed.
特許文献1には、水素タンクの製造方法が開示されている。当該水素タンクは、その内部に配置されるタンクライナと、当該タンクライナの外部に設けられる補強層と、を有している。タンクライナは、樹脂材料を射出成形することによって形成されている。
特許文献1記載の製造方法では、タンクライナは、予め形成された2つの分割体を接合することによって形成されている。前述したように水素タンクには高い耐圧性能が要求されることから、分割体の接合作業には高い精度が要求される。このため、特許文献1記載の製造方法は、リードタイムの悪化を招くという課題があった。
In the manufacturing method described in
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造リードタイムを短縮しながらも、耐圧性能を高めることが可能な水素タンクの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hydrogen tank capable of improving pressure resistance performance while shortening the manufacturing lead time.
上記課題を解決するために、本発明に係る水素タンクの製造方法は、金属材料によって形成された中空容器の開口部に口金を取り付けるとともに、口金と一体になったプリフォームを中空容器の内部に挿入する第1工程と、開口部に取り付けられた口金を介してブローすることにより、プリフォームを膨張させて中空容器と一体化させる第2工程と、中空容器の外側面にカーボンファイバを捲回することにより、中空容器を補強する補強層を形成する第3工程と、を含む。 In order to solve the above-described problems, a method for producing a hydrogen tank according to the present invention includes attaching a base to an opening of a hollow container made of a metal material, and placing a preform integrated with the base inside the hollow container. The first step of inserting, the second step of expanding the preform and integrating it with the hollow container by blowing through a base attached to the opening, and winding the carbon fiber on the outer surface of the hollow container And a third step of forming a reinforcing layer for reinforcing the hollow container.
上記方法によれば、タンクライナをブロー成形によって形成するため、接合によりタンクライナを形成する工程が不要となる。したがって、製造リードタイムを短縮することが可能になる。 According to the above method, since the tank liner is formed by blow molding, the step of forming the tank liner by joining becomes unnecessary. Therefore, it is possible to shorten the manufacturing lead time.
また、上記方法によれば、中空容器の内部でプリフォームをブローするため、ブロー成形のみに用いる金型は不要である。換言すれば、上記方法によれば、ブロー成形の金型として機能する中空容器は、ブロー成形後に水素タンクを構成する部材として用いられる。一般的に、ブロー成形において金型に作用する圧力は、射出成形において金型に作用する圧力よりも小さい。したがって、上記方法では、比較的薄肉の中空容器を採用することが可能になる。この結果、水素タンクの重量の増加を抑制しながらも、金属材料によって形成された中空容器を用いて、水素タンクの耐圧性能を高めることが可能になる。 Moreover, according to the said method, since a preform is blown inside a hollow container, the metal mold | die used only for blow molding is unnecessary. In other words, according to the above method, the hollow container that functions as a blow mold is used as a member constituting the hydrogen tank after blow molding. Generally, the pressure acting on the mold in blow molding is smaller than the pressure acting on the mold in injection molding. Therefore, in the above method, it is possible to employ a relatively thin hollow container. As a result, it is possible to improve the pressure resistance performance of the hydrogen tank using a hollow container formed of a metal material while suppressing an increase in the weight of the hydrogen tank.
本発明によれば、製造リードタイムを短縮しながらも、耐圧性能を高めることが可能な水素タンクの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the hydrogen tank which can improve pressure | voltage resistant performance can be provided, shortening manufacturing lead time.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.
まず、図1を参照しながら、実施形態に係る水素タンク1の構成について説明する。水素タンク1は、不図示の燃料電池車両に搭載された燃料電池システムの一部を構成する。水素タンク1は、内部に空間10が形成された容器であり、その形状は、中心線CAを中心として略回転対称である。図1は、この中心線CAを含む平面における水素タンク1の断面図である。
First, the configuration of the
水素タンク1は、中空容器2と、タンクライナ3と、補強層4と、口金5と、を備えている。
The
中空容器2は、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金等、所定の剛性を発揮する金属材料によって形成されている。中空容器2は、鋼板を圧延することによって形成されており、胴部21と、側壁22,23と、を有している。胴部21は、中心線CAに沿って延びる筒形状を呈している。側壁22,23は、胴部21の端部に配置され、胴部21の両端部を閉塞している。側壁22は、中空容器2の内外を連通する開口部221が開設されている。
The
タンクライナ3は、中空容器2の内部に配置されている。タンクライナ3は、例えばポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂材料によって形成されている。タンクライナ3は、中空容器2の内側面2a全体を被覆している。
The tank liner 3 is disposed inside the
補強層4は、中空容器2の外側面2bを被覆するように配置されている。詳細には、補強層4は、胴部21に相当する部分の外側面2bを被覆している。補強層4は、例えば、エポキシ樹脂を炭素繊維で強化してなるFRP層(CFRP)である。エポキシ樹脂以外にも、例えば、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、等を採用することができる。補強層4を形成する材料は、その線膨張係数が、タンクライナ3を形成する樹脂材料の線膨張係数よりも小さいものであることが好ましい。
The reinforcing layer 4 is disposed so as to cover the
口金5は、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料によって形成された部材である。口金5は、筒状部51と、フランジ部52と、を有している。筒状部51は筒形状を呈し、その内部に通路51aが形成されている。フランジ部52は、筒状部51の外周面から径方向に突出するように形成されている。口金5は、筒状部51が中空容器2の開口部221に配置されるとともに、フランジ部52が側壁22と当接するように取り付けられる。中空容器2への口金5の取り付けは、ねじによる螺合、溶接、ろう付け等、種々の方法を採用することができる。
The
上述のように、水素タンク1は、中空容器2、タンクライナ3、補強層4から成る多層構造の外殻を有する容器である。水素タンク1は、水素ステーション等において供給される水素ガスを、口金5の通路51aを介して流入させ、空間10で貯蔵する。また、水素タンク1は、空間10で貯蔵している水素ガスを、口金5の通路51aを介して外部に流出させる。流出した水素ガスは、不図示の配管によって燃料電池に導かれ、発電時の電気化学反応に消費される。口金5は、通路51aの開放と閉止とを切り替えるバルブ機能を有していてもよい。
As described above, the
次に、図2から図4を参照しながら、水素タンク1の製造方法について説明する。当該製造方法は、少なくとも、挿入工程と、ブロー工程と、捲回工程と、を含んでいる。図2から図4は、いずれも中心線CAを含む平面における断面図である。
Next, a method for manufacturing the
図2は、挿入工程の様子を示している。挿入工程では、中空容器2の内部に形成された空間20に、プリフォーム31を矢印Aで示されるように挿入する。プリフォーム31は、タンクライナ3の原型であり、その一端が閉塞されるとともに、他端は口金5の筒状部51の端部と一体になっている。プリフォーム31は予め加熱され、軟化している。また、中空容器2の内側面2aには、不図示の圧力硬化性樹脂が予め塗布されている。
FIG. 2 shows the state of the insertion process. In the insertion step, the
挿入工程は、口金5のフランジ部52が、側壁22と当接するように取り付けられることで完了する。中空容器2の空間20に挿入されたプリフォーム31は、内側面2aとの間に隙間を隔てて配置される。
The insertion process is completed by attaching the
図3は、挿入工程後に行われるブロー工程の様子を示している。ブロー工程では、矢印Bで示されるように、口金5の通路51aを介して、プリフォーム31の内部の空間310に空気が供給される。プリフォーム31は、供給される空気の圧力によって膨張する。このとき、口金5の通路51aから不図示の管状部材を挿入し、当該管状部材を介して空気を供給してもよい。
FIG. 3 shows a blow process performed after the insertion process. In the blowing process, as indicated by an arrow B, air is supplied to the
膨張するプリフォーム31は、中空容器2の内側面2aに密着する。当該プリフォーム31が冷却されて硬化することにより、中空容器2の内側面2aに沿う形状のタンクライナ3が形成される。
The expanding
また、膨張するプリフォーム31は、内側面2aに塗布されている圧力硬化性樹脂を加圧する。この際、圧力硬化性樹脂は、プリフォーム31の表面の凹凸に進入する。したがって、加圧された圧力硬化性樹脂が硬化すると、タンクライナ3はアンカー効果によって内側面2aに密着する。
The expanding
図4は、ブロー工程後に行われる捲回工程の様子を示している。捲回工程では、例えばエポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸したカーボン繊維41が用いられる。カーボン繊維41は、フィラメントワインディング法により、中空容器2の外側面2bに捲回される。
FIG. 4 shows a winding process performed after the blowing process. In the winding step, for example,
カーボン繊維41は、中空容器2の側壁22,23に捲回されることなく、胴部21のみに捲回される。カーボン繊維41は、胴部21の外側面2bにおいて所定の厚みを形成するために、重畳するように捲回される。捲回後、カーボン繊維41に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることにより、外側面2bを被覆する補強層4(図1参照)が形成される。
The
このような水素タンク1の製造方法によれば、タンクライナ3をブロー成形によって形成するため、接合によりタンクライナ3を形成する工程が不要となる。したがって、製造リードタイムを短縮することが可能になる。
According to such a method for manufacturing the
また、上記方法によれば、中空容器2の内部でプリフォーム31をブローするため、ブロー成形のみに用いる金型は不要である。換言すれば、上記方法によれば、ブロー成形の金型として機能する中空容器2は、ブロー成形後に水素タンク1を構成する部材として用いられる。一般的に、ブロー成形において金型に作用する圧力は、射出成形において金型に作用する圧力よりも小さい。したがって、上記方法では、比較的薄肉の中空容器2を採用することが可能になる。この結果、水素タンク1の重量の増加を抑制しながらも、金属材料によって形成された中空容器2を用いて、水素タンク1の耐圧性能を高めることが可能になる。
Moreover, according to the said method, since the
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されず、適宜変更することができる。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. Each element included in each of the specific examples described above and their arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
1:水素タンク 2:中空容器 3:タンクライナ 4:補強層 5:口金 31:プリフォーム 1: Hydrogen tank 2: Hollow container 3: Tank liner 4: Reinforcement layer 5: Base 31: Preform
Claims (1)
金属材料によって形成された中空容器の開口部に口金を取り付けるとともに、該口金と一体になったプリフォームを該中空容器の内部に挿入する第1工程と、
前記開口部に取り付けられた前記口金を介してブローすることにより、前記プリフォームを膨張させて前記中空容器と一体化させる第2工程と、
前記中空容器の外側面に、該中空容器を補強する補強層を形成する第3工程と、を含む、水素タンクの製造方法。 A method for producing a hydrogen tank, comprising:
A first step of attaching a base to the opening of a hollow container formed of a metal material and inserting a preform integrated with the base into the hollow container;
A second step in which the preform is expanded and integrated with the hollow container by blowing through the base attached to the opening;
And a third step of forming a reinforcing layer that reinforces the hollow container on the outer surface of the hollow container.
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