JP2018171717A - Fuel tank manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料タンク製造装置に関する。 The present invention relates to a fuel tank manufacturing apparatus.
燃料電池自動車や水素自動車等に搭載される水素タンクなどの燃料タンクには、高圧に耐えるために十分な強度を有すること、及び軽量であることが要求されている。このような燃料タンクの製造方法として、円筒状のライナーを回転させながら、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維を該ライナーの表面に繰り返し巻き付けてタンク容器を作製し、その後に熱硬化性樹脂を熱硬化させる方法(すなわち、フィラメントワインディング法)が知られている。 Fuel tanks such as hydrogen tanks mounted on fuel cell vehicles and hydrogen vehicles are required to have sufficient strength to withstand high pressure and to be lightweight. As a method of manufacturing such a fuel tank, while rotating a cylindrical liner, a carbon container impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin is repeatedly wound around the surface of the liner to produce a tank container, and then a heat vessel is heated. A method of thermally curing a curable resin (that is, a filament winding method) is known.
上述の製造方法に適する製造装置として、例えば下記特許文献1に記載のように、タンク容器を該タンク容器の中心軸回りに回転させる回転部と、タンク容器の全体を加熱する熱硬化炉と、局所加熱によりタンク容器の表面に生じる気泡を除去する気泡除去部とを備えるものが挙げられる。このように構成された燃料タンク製造装置によれば、気泡除去部で熱風を噴射して気泡を除去することで、気泡によるタンクの寸法及び意匠性への影響を防止することができる。
As a manufacturing apparatus suitable for the above-described manufacturing method, for example, as described in
しかし、上述の燃料タンク製造装置では、熱硬化炉を利用して熱硬化させる際に、炭素繊維に含浸された樹脂は、粘度の一時的な低下に起因してタンク容器の表面に染み出てくる。染み出た樹脂が様々な方向に流れたり、所定の場所に溜まったりすると、タンク容器の表面の樹脂の厚さが不均一になるので、タンク容器の硬化品質が低下する可能性がある。 However, in the fuel tank manufacturing apparatus described above, when the thermosetting is performed using a thermosetting furnace, the resin impregnated in the carbon fiber oozes out to the surface of the tank container due to a temporary decrease in viscosity. come. If the exuded resin flows in various directions or accumulates in a predetermined location, the resin thickness on the surface of the tank container becomes non-uniform, which may reduce the curing quality of the tank container.
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、タンク容器表面の樹脂の厚さを均一にでき、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる燃料タンク製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and is a fuel tank manufacturing apparatus capable of making the resin thickness on the surface of the tank container uniform and improving the curing quality of the tank container. The purpose is to provide.
本発明に係る燃料タンク製造装置は、円筒状の胴体部と該胴体部の両端に設けられたドーム部とを有するとともに表面に樹脂を含浸した繊維が巻き付けられたタンク容器を、該タンク容器の中心軸回りに回転させる回転部と、前記タンク容器の表面にガスを噴射するノズルとを備える燃料タンク製造装置であって、前記ノズルは、前記胴体部の表面にガスを噴射する第1ノズルと、前記ドーム部の接線方向から該ドーム部の表面にガスを噴射する第2ノズルとを有し、前記タンク容器の中心軸方向から見たとき、前記第1ノズルは、前記タンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置され、前記回転部は、前記第1ノズルからのガスの噴射方向と逆向きに前記タンク容器を回転させるようにされ、前記第2ノズルからのガスの噴射方向は、前記タンク容器の回転方向と同じであることを特徴としている。 A fuel tank manufacturing apparatus according to the present invention includes a tank container having a cylindrical body part and dome parts provided at both ends of the body part, and having a surface impregnated with a fiber impregnated with resin, A fuel tank manufacturing apparatus comprising: a rotating part that rotates about a central axis; and a nozzle that injects gas to the surface of the tank container, wherein the nozzle is a first nozzle that injects gas to the surface of the body part; A second nozzle for injecting gas from the tangential direction of the dome portion to the surface of the dome portion, and when viewed from the central axis direction of the tank container, the first nozzle is a central axis of the tank container. The rotating unit is configured to rotate the tank container in a direction opposite to the gas injection direction from the first nozzle, and the gas from the second nozzle. injection Direction is characterized in that is the same as the rotation direction of the tank container.
本発明に係る燃料タンク製造装置では、胴体部の表面にガスを噴射する第1ノズルは、タンク容器の中心軸方向から見たときにタンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置されているので、該第1ノズルから噴射されるガスを胴体部の外周に沿って一方向に流すことができ、これによって胴体部の表面では、樹脂の流動方向を一方向にすることができる。また、ドーム部の表面にガスを噴射する第2ノズルは、ドーム部の接線方向からガスを噴射し、且つ第2ノズルからのガスの噴射方向がタンク容器の回転方向と同じであるので、ドーム部の表面に溜まった樹脂を掻き取ることができる。その結果、タンク容器表面の樹脂の厚さを均一にすることができ、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる。 In the fuel tank manufacturing apparatus according to the present invention, the first nozzle for injecting gas onto the surface of the body portion is located at a position shifted from the vertical direction of the central axis of the tank container when viewed from the central axis direction of the tank container. Since it is arranged, the gas injected from the first nozzle can flow in one direction along the outer periphery of the body part, and thereby the flow direction of the resin can be made unidirectional on the surface of the body part. it can. Further, the second nozzle that injects gas onto the surface of the dome portion injects gas from the tangential direction of the dome portion, and the gas injection direction from the second nozzle is the same as the rotation direction of the tank container. The resin accumulated on the surface of the part can be scraped off. As a result, the thickness of the resin on the surface of the tank container can be made uniform, and the curing quality of the tank container can be improved.
本発明によれば、タンク容器表面の樹脂の厚さを均一にでき、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる。 According to the present invention, the thickness of the resin on the surface of the tank container can be made uniform, and the curing quality of the tank container can be improved.
以下、図面を参照して本発明に係る燃料タンク製造装置の実施形態について説明する。図1は実施形態に係る燃料タンク製造装置を示す斜視図である。本実施形態の燃料タンク製造装置1は、熱硬化性樹脂を含む繊維強化樹脂層を有するタンク容器10を加熱し、繊維強化樹脂層を熱硬化させて燃料タンクを製造するのに用いられる装置である。この燃料タンク製造装置1は、架台6に支持固定され、タンク容器10を加熱するための熱硬化炉2と、熱硬化炉2の外部に設置され、熱風を発生するための熱風発生機3と、熱風発生機3で発生した熱風を熱硬化炉2に供給するための吸気ダクト4と、熱硬化炉2からの排気を熱風発生機3に戻すための排気ダクト5とを備えている。
Embodiments of a fuel tank manufacturing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a fuel tank manufacturing apparatus according to an embodiment. The fuel
図2は熱硬化炉の内部構造を示す正面模式図であり、図3は熱風吹付部、樹脂掻取部及びタンク容器の位置関係を示す斜視図であり、図4は熱風吹付部、樹脂掻取部及びタンク容器の位置関係を示す側面図である。図2において、内部構造をより理解し易くするために、前側(すわなち、手前)の炉壁24を省略する。
2 is a schematic front view showing the internal structure of the thermosetting furnace, FIG. 3 is a perspective view showing the positional relationship between the hot air spraying section, the resin scraping section, and the tank container, and FIG. 4 is the hot air spraying section, the resin scraping section. It is a side view which shows the positional relationship of a taking part and a tank container. In FIG. 2, in order to make the internal structure easier to understand, the
ここで、まず、タンク容器10の構造を説明する。図2に示すように、タンク容器10は、半径が略均一である円筒状の胴体部11と、胴体部11の両端に設けられた凸曲面形状のドーム部12とを有する中空の容器である。タンク容器10の中心軸L方向の両端部(図2では左右両端部)には、軸支シャフト13がそれぞれ着脱可能に取り付けられている。タンク容器10は、軸支シャフト13を介して後述の回転部21の軸受部材210に回転可能に支持されながら、回転モータ211の回転駆動でその中心軸L回りに回転する。
Here, first, the structure of the
また、図示しないが、タンク容器10は、内部に燃料を貯留するための貯留空間を有するライナーと、ライナーの外壁と密着する繊維強化樹脂層とからなる。ライナーは、例えば樹脂材料やアルミニウム等の軽金属材料によって形成されている。一方、繊維強化樹脂層は、ライナーの外表面を覆う補強層であり、ライナーの外表面に巻き付けられる炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)等の強化繊維と、その強化繊維に含浸されたエポキシ等の熱硬化性樹脂とで構成されている。
Although not shown, the
熱硬化炉2は、内部にタンク容器10を収容する空間が設けられ、全体略箱状を呈する。この熱硬化炉2は、例えば金属製の枠体の四周に耐熱性及び保温性を有する炉壁24を取り付けることにより形成されている。熱硬化炉2の左右両側の炉壁24には、炉壁24を貫通する貫通孔23がそれぞれ設けられている。そして、タンク容器10の左右両端部に取り付けられた軸支シャフト13の先端部は、それぞれ貫通孔23に挿通されるとともに、回転部21の軸受部材210に挿入固定されている。
The
熱硬化炉2の外部には、タンク容器10をその中心軸回りに回転させるための回転部21が配置されている。回転部21は、熱硬化炉2の炉壁24の外側に固定されるとともに上述の軸支シャフト13を軸支する一対の軸受部材210と、一対の軸受部材210の片側に配置された回転モータ211とを有するように構成されている。このように回転部21を熱硬化炉2の外部に配置することで、熱硬化炉2の内部空間を小さくすることができるので、熱硬化炉2全体のコンパクト化を図ることが可能になる。また、回転部を熱硬化炉の内部に配置する場合と比べて、回転部によって吸収される熱がなくなるので、省エネの効果も奏する。
A rotating
熱硬化炉2の天井には、熱吸排気ボックス26が取り付けられている。図示しないが、熱吸排気ボックス26の内部には、吸気ダクト4と後述の熱風吹付部22とを連通する吸気路と、排気ダクト5と熱硬化炉2内部と連通する排気路とがそれぞれ設けられている。
A heat intake /
熱吸排気ボックス26の下方には、タンク容器10の胴体部11の表面に熱風を吹き付ける熱風吹付部22が吊設されている。熱風吹付部22は、タンク容器10の中心軸Lの方向に沿って延びる扁平箱状の熱風整流室220と、熱風整流室220の上方に設けられて該熱風整流室220と熱吸排気ボックス26とを接続する2本の接続管221と、熱風整流室220の下方に設けられて胴体部11の表面に熱風を噴射する一体のノズル(第1ノズル)222とを有する。
Below the hot air intake /
2本の接続管221は、熱風整流室220の長手方向(すなわち、タンク容器10の中心軸L方向)に沿って等間隔で配置されている。一方、一体のノズル222は、スリット形状を呈しており、熱風整流室220の長手方向に沿って延設されている。ノズル222は、タンク容器10の胴体部11に対応するように該胴体部11の形状に沿って配置されており、胴体部11の表面に熱風を噴射する。このように一体のノズル222を用いることによって、胴体部11の表面をムラなく加熱することができる。ここで、ノズル222は、タンク容器10に対して上下方向(すなわち、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向)、左右方向(すなわち、タンク容器10の中心軸L方向)及び前後方向に移動可能に構成されることが好ましく、更に噴射角度が変更可能に構成されることがより好ましい。このようにすれば、タンク容器10の胴体部11の形状変化に柔軟に対応することができる。なお、接続管221の数は、上述の説明及び図示に制限されずに、必要に応じて適宜増減しても良い。また、ノズル222は、別体ノズルを等間隔で複数個直線状に配置しても良い。
The two connecting
本実施形態において、タンク容器10の中心軸L方向から見たとき、ノズル222は、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向に対してずれた位置に配置されている。具体的には、図4に示すように、ノズル222は、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されている。換言すれば、ノズル222は、タンク容器10の中心より左側に偏心する。ここで、ノズル222は、タンク容器10の胴体部11の接線方向から熱風を噴射するように、中心軸Lの鉛直方向に対して胴体部11の半径と同じ距離で左側にずれた位置に配置されても良い。
In the present embodiment, when viewed from the direction of the central axis L of the
また、本実施形態において、回転部21は、ノズル222からの熱風の噴射方向と逆向きにタンク容器10を回転させるように設定されている。具体的には、図4に示すように、ノズル222がタンク容器10の中心軸Lの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されるので、ノズル222から噴射される熱風は、タンク容器10の表面に沿って反時計回り(矢印F1参照)に流れる。これに対し、タンク容器10は回転部21によって時計回り(白塗り矢印F2参照)に回転される。
In the present embodiment, the rotating
また、熱吸排気ボックス26の下方には、タンク容器10の左右のドーム部12にそれぞれ対応し、ドーム部12の表面に熱風を吹き付けて表面の熱硬化性樹脂を掻き取るための左右一対の樹脂掻取部25が吊設されている。樹脂掻取部25は、熱吸排気ボックス26の吸気路と接続される接続管251と、該接続管251経由で供給される熱風を整流するための熱風整流室250と、熱風整流室250で整流された熱風をドーム部12に向かって噴射するノズル(第2ノズル)252とを有するように構成されている。
Further, below the heat intake /
図4に示すように、樹脂掻取部25は、そのノズル252からの熱風の噴射方向(矢印F3参照)がタンク容器10の回転方向と同じになるように、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向に対して右側にずれた位置に配置されている。換言すれば、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向に対し、樹脂掻取部25は熱風吹付部22とは反対側に配置されている。
As shown in FIG. 4, the
樹脂掻取部25のノズル252は、ドーム部12の接線方向から該ドーム部12の表面にガスを噴射できるように設けられている。ここで、ノズル252は、タンク容器10に対して上下方向、左右方向及び前後方向に移動可能に構成されることが好ましく、更に噴射角度が変更可能に構成されることがより好ましい。このようにすれば、タンク容器10のドーム部12の形状変化に柔軟に対応することができる。
The
各樹脂掻取部25において、ノズル252は一体或いは複数であることが好ましい。本実施形態では、ノズル252は、直線状に形成されている。そして、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向から見たときに、ノズル252は、ドーム部12の接線方向から該ドーム部12の表面に熱風を噴射するように、中心軸L方向に対して45度回転した方向に配置されている。なお、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向から見たときに、ノズル252はドーム部12の凸曲面形状に沿って湾曲して(すなわち、曲線状)配置されても良く、このようにすれば、ドーム部12の形状により適合し易くなるとともに、ドーム部12の接線方向から広範囲にわたって該ドーム部12の表面に熱風を噴射することができる。
In each
以上の構成を有する燃料タンク製造装置1では、タンク容器10の胴体部11の表面に熱風を噴射するノズル222は、タンク容器10の中心軸L方向から見たときに、タンク容器10の中心軸Lの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されているので、該ノズル222から噴射される熱風を胴体部11の外周に沿って反時計回りの一方向に流すことができる。これによって、胴体部11の表面では、熱硬化性樹脂の流動方向を一方向にすることができる。また、ドーム部12の表面に熱風を噴射するノズル252は、ドーム部12の接線方向から熱風を噴射し、且つノズル252からの熱風の噴射方向がタンク容器10の回転方向と同じであるので、ドーム部12の表面に溜まった熱硬化性樹脂を掻き取ることができ、熱硬化性樹脂の溜まりを低減することができる。その結果、タンク容器10表面の熱硬化性樹脂の厚さを均一にすることができ、タンク容器10の硬化品質の向上を図ることができる。
In the fuel
更に、回転部21はノズル222からの熱風の噴射方向と逆向きにタンク容器10を回転させるように設定されるので、ノズル222から噴射される熱風を胴体部11の周囲に拡散させながら、胴体部11と熱風との接触時間を長くすることで、熱効率を高めることができる。その結果、熱硬化時間を短縮することができる。
Further, since the rotating
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、タンク容器10を回転させるための回転部21が熱硬化炉2の外部に配置される例を挙げて説明したが、必要に応じて回転部21を熱硬化炉2の内部に配置しても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, in the above-described embodiment, the example in which the rotating
また、上述の実施形態において、タンク容器10の中心軸L方向から見たとき、ノズル222はタンク容器10の中心軸Lの鉛直方向に対して左側にずれた位置、ノズル252は右側にずれた位置にそれぞれ配置される例を説明したが、双方の配置位置を入れ替えても良い。このとき、ノズル222から噴射される熱風はタンク容器10の外周に沿って時計回りに流れるので、回転部21は反時計回りにタンク容器10を回転させるように設定されることになる。
Further, in the above-described embodiment, when viewed from the direction of the central axis L of the
1 燃料タンク製造装置
2 熱硬化炉
3 熱風発生機
4 吸気ダクト
5 排気ダクト
10 タンク容器
11 胴体部
12 ドーム部
13 軸支シャフト
21 回転部
22 熱風吹付部
23 貫通孔
24 炉壁
25 樹脂掻取部
26 熱吸排気ボックス
210 軸受部材
211 回転モータ
220,250 熱風整流室
221,251 接続管
222 ノズル(第1ノズル)
252 ノズル(第2ノズル)
L 中心軸
DESCRIPTION OF
252 nozzle (second nozzle)
L Center axis
Claims (1)
前記ノズルは、前記胴体部の表面にガスを噴射する第1ノズルと、前記ドーム部の接線方向から該ドーム部の表面にガスを噴射する第2ノズルとを有し、
前記タンク容器の中心軸方向から見たとき、前記第1ノズルは、前記タンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置され、
前記回転部は、前記第1ノズルからのガスの噴射方向と逆向きに前記タンク容器を回転させるようにされ、
前記第2ノズルからのガスの噴射方向は、前記タンク容器の回転方向と同じであることを特徴とする燃料タンク製造装置。 A rotating part that rotates a tank container having a cylindrical body part and dome parts provided at both ends of the body part and wound with a resin-impregnated fiber around the central axis of the tank container; A fuel tank manufacturing apparatus comprising a nozzle for injecting gas onto the surface of the tank container,
The nozzle has a first nozzle that injects gas to the surface of the body portion, and a second nozzle that injects gas to the surface of the dome portion from a tangential direction of the dome portion,
When viewed from the central axis direction of the tank container, the first nozzle is disposed at a position shifted from the vertical direction of the central axis of the tank container,
The rotating unit is configured to rotate the tank container in a direction opposite to a gas injection direction from the first nozzle;
The fuel tank manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a gas injection direction from the second nozzle is the same as a rotation direction of the tank container.
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