JP2020139565A - High pressure tank - Google Patents

High pressure tank Download PDF

Info

Publication number
JP2020139565A
JP2020139565A JP2019035304A JP2019035304A JP2020139565A JP 2020139565 A JP2020139565 A JP 2020139565A JP 2019035304 A JP2019035304 A JP 2019035304A JP 2019035304 A JP2019035304 A JP 2019035304A JP 2020139565 A JP2020139565 A JP 2020139565A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liner
tapered
pressure tank
cylindrical portion
straight portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019035304A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
飯田 康博
Yasuhiro Iida
康博 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2019035304A priority Critical patent/JP2020139565A/en
Publication of JP2020139565A publication Critical patent/JP2020139565A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

To suppress variation in strain of a cylindrical part to stabilize quality of a tank.SOLUTION: A high pressure tank (10) comprises a resin liner (11) having a cylindrical part (17) and a pair of side end parts (18, 19) whose diameter decreases from both ends of the cylindrical part toward the outside in an axial direction of the cylindrical part, and a fiber-reinforced resin layer formed so as to cover an outer surface of the liner with resin-impregnated reinforcing fibers. The cylindrical part has a straight part (31) parallel to a central axis of the cylindrical part, and a pair of tapered parts (32, 33) whose diameter decreases from both ends of the straight part toward the pair of side end parts. The fiber-reinforced resin layer has a hoop layer (L1) in which the reinforcing fibers are hoop-wound in a range from the boundary between one tapered part and the straight part to the boundary between the other tapered part and the straight part.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、高圧タンクに関する。 The present invention relates to a high pressure tank.

高圧タンクとして、ガス等の高圧流体が充填されるライナを強化繊維によって外側から補強したものが知られている。高圧タンクの製造方法では、いわゆるフィラメントワインディング工法(以下、FW工法)によって、樹脂含浸された強化繊維がライナの外面に巻き付けられる。FW工法では、ライナの回転軸に略直交する巻き付け角度でライナに強化繊維を巻き付けるフープ巻きと、回転軸に対して斜めに交差する巻き付け角度でライナに強化繊維を巻き付けるヘリカル巻きが実施されて、ライナの外面に繊維強化樹脂層が形成される。 As a high-pressure tank, a liner filled with a high-pressure fluid such as gas is reinforced from the outside with reinforcing fibers. In the high-pressure tank manufacturing method, resin-impregnated reinforcing fibers are wound around the outer surface of the liner by a so-called filament winding method (hereinafter referred to as FW method). In the FW method, hoop winding in which the reinforcing fibers are wound around the liner at a winding angle substantially orthogonal to the rotation axis of the liner and helical winding in which the reinforcing fibers are wound around the liner at a winding angle diagonally intersecting the rotation axis are carried out. A fiber reinforced resin layer is formed on the outer surface of the liner.

通常、ライナは、円筒部と、円筒部の両端から円筒部の軸方向外側に向かって縮径する一対の側端部とを有している。このようなライナとして、円筒部の両端側に一対の側端部に連なるテーパ部が形成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のライナは、円筒部の外周面に対して強化繊維がフープ巻きされ、テーパ部を含む円筒部全体がフープ層によって被覆される。フープ層の形成後に、ライナ全体の外面に対して強化繊維がヘリカル巻きされて、一対の側端部を含むライナ全体がヘリカル層によって被覆される。 Usually, the liner has a cylindrical portion and a pair of side ends whose diameters are reduced from both ends of the cylindrical portion toward the axially outward side of the cylindrical portion. As such a liner, one in which tapered portions connected to a pair of side end portions are formed on both end sides of the cylindrical portion (see, for example, Patent Document 1). In the liner described in Patent Document 1, reinforcing fibers are hoop-wound around the outer peripheral surface of the cylindrical portion, and the entire cylindrical portion including the tapered portion is covered with the hoop layer. After the formation of the hoop layer, the reinforcing fibers are helically wound around the outer surface of the entire liner, and the entire liner including the pair of side ends is covered with the helical layer.

特開2017−145962号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-145962

しかしながら、特許文献1に記載のライナの円筒部は、両端のテーパ部を除いて中心軸に平行なストレート部になっており、円筒部全体にフープ層が形成されると、テーパ部における径方向の歪がストレート部における径方向の歪よりも小さくなる。このため、円筒部の径方向の歪が不均一になり、高圧タンクの品質が低下するという問題があった。 However, the cylindrical portion of the liner described in Patent Document 1 is a straight portion parallel to the central axis except for the tapered portions at both ends, and when a hoop layer is formed on the entire cylindrical portion, the radial direction in the tapered portion is formed. Distortion is smaller than the radial distortion in the straight part. Therefore, there is a problem that the radial strain of the cylindrical portion becomes non-uniform and the quality of the high-pressure tank deteriorates.

本発明では、円筒部の径方向の歪のバラツキを抑えて、タンク品質を安定させることができる高圧タンクを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-pressure tank capable of stabilizing tank quality by suppressing variation in radial strain of the cylindrical portion.

上記課題を解決するために、本発明に係る高圧タンクは、円筒部と前記円筒部の両端から前記円筒部の軸方向外側に向かって縮径する一対の側端部とを有する樹脂製のライナと、樹脂含浸された強化繊維によって前記ライナの外面を覆うように形成された繊維強化樹脂層とを備えた高圧タンクであって、前記円筒部は、前記円筒部の中心軸に平行なストレート部と、前記ストレート部の両端から前記一対の側端部に向かって縮径する一対のテーパ部とを有し、前記繊維強化樹脂層は、一方の前記テーパ部と前記ストレート部の境界から他方の前記テーパ部と前記ストレート部の境界までの範囲に前記強化繊維をフープ巻きしたフープ層を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the high-pressure tank according to the present invention is a resin liner having a cylindrical portion and a pair of side end portions whose diameters are reduced from both ends of the cylindrical portion toward the outward side in the axial direction of the cylindrical portion. A high-pressure tank including a fiber-reinforced resin layer formed so as to cover the outer surface of the liner with resin-impregnated reinforcing fibers, and the cylindrical portion is a straight portion parallel to the central axis of the cylindrical portion. And a pair of tapered portions whose diameters are reduced from both ends of the straight portion toward the pair of side end portions, and the fiber reinforced resin layer is formed from the boundary between the tapered portion and the straight portion to the other. It is characterized by having a hoop layer in which the reinforcing fibers are hoop-wound in a range up to the boundary between the tapered portion and the straight portion.

本発明によれば、テーパ部に対して強化繊維がフープ巻きされず、ストレート部に対して強化繊維がフープ巻きされてフープ層が形成されている。テーパ部はストレート部よりも歪が生じ難い形状であるため、高圧タンクに対する燃料ガスの充填時に円筒部の径方向の歪のバラツキが抑えられ、高圧タンクの品質を安定させることができる。また、円筒部に対する強化繊維の繊維量が削減され、高圧タンクの製造コストを低減することができる。 According to the present invention, the reinforcing fibers are not hoop-wound around the tapered portion, and the reinforcing fibers are hoop-wound around the straight portion to form a hoop layer. Since the tapered portion has a shape that is less likely to cause distortion than the straight portion, variation in radial distortion of the cylindrical portion can be suppressed when the high-pressure tank is filled with fuel gas, and the quality of the high-pressure tank can be stabilized. In addition, the amount of reinforcing fibers for the cylindrical portion is reduced, and the manufacturing cost of the high-pressure tank can be reduced.

本実施形態に係る高圧タンクの模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the high pressure tank which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る高圧タンクのライナの部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the liner of the high pressure tank which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る高圧タンクのライナの説明図であり、(A)はライナの部分拡大図を示し、(B)はライナの歪分布図を示している。It is explanatory drawing of the liner of the high pressure tank which concerns on this embodiment, (A) shows the partial enlarged view of liner, (B) shows the strain distribution map of liner. 比較例に係る高圧タンクのライナの説明図であり、(A)はライナの部分拡大図を示し、(B)はライナの歪分布図を示している。It is explanatory drawing of the liner of the high pressure tank which concerns on a comparative example, (A) shows the partial enlarged view of liner, (B) shows the strain distribution map of liner. 本実施の形態に係るタンクの製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the tank which concerns on this embodiment.

以下、本実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る高圧タンクの模式断面図である。図2は、本実施形態に係る高圧タンクのライナの部分拡大図である。なお、以下では、高圧タンクとして車載用の燃料電池システムで燃料電池に水素等の燃料ガスを貯蔵する燃料タンクを例示して説明するが、高圧タンクは燃料電池システム以外の任意の用途で使用されてもよい。 Hereinafter, the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the high pressure tank according to the present embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged view of the liner of the high pressure tank according to the present embodiment. In the following, a fuel tank for storing fuel gas such as hydrogen in a fuel cell in an in-vehicle fuel cell system as a high-pressure tank will be described as an example, but the high-pressure tank is used for any purpose other than the fuel cell system. You may.

[高圧タンクについて]
図1に示すように、高圧タンク10は、タンクの基材となるライナ11の外面を繊維強化樹脂層12によって被覆したタンク本体13を有している。タンク本体13は、筒状の胴体部14の両端から一対のドーム部15、16を半球状に膨出させた外面形状を有している。各ドーム部15、16の頂点箇所には一対の口金21、26が設けられている。一方の口金21には貫通孔24が形成されており、貫通孔24に取り付けられたバルブ(不図示)によってタンク本体13内のガスの放出及び流入が行われている。他方の口金26は貫通しておらず、口金26によってタンク本体13が封止されている。
[About high pressure tank]
As shown in FIG. 1, the high-pressure tank 10 has a tank body 13 in which the outer surface of the liner 11 which is the base material of the tank is coated with the fiber reinforced resin layer 12. The tank body 13 has an outer surface shape in which a pair of dome portions 15 and 16 are hemispherically bulged from both ends of the tubular body portion 14. A pair of bases 21 and 26 are provided at the apex points of the dome portions 15 and 16. A through hole 24 is formed in one of the bases 21, and a valve (not shown) attached to the through hole 24 releases and inflows gas into the tank body 13. The other base 26 does not penetrate, and the tank body 13 is sealed by the base 26.

ライナ11は、高圧タンク10の基材になるものであり、燃料ガスの貯留空間20を持つように中空形状に形成されている。ライナ11は、円筒部17と、円筒部17の軸方向外側に向かって縮径するように円筒部17から膨出した一対の側端部18、19とを有している。ライナ11の樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレン等の樹脂を用いることができる。ライナ11には、燃料ガスとして水素ガスの他に、例えば、CNG(圧縮天然ガス)等の各種圧縮ガス、LNG(液化天然ガス)、LPG(液化石油ガス)等の各種液化ガス、その他の各種加圧物質が充填されてもよい。 The liner 11 serves as a base material for the high-pressure tank 10, and is formed in a hollow shape so as to have a fuel gas storage space 20. The liner 11 has a cylindrical portion 17 and a pair of side end portions 18 and 19 that bulge from the cylindrical portion 17 so as to reduce the diameter of the cylindrical portion 17 in the axial direction. As the resin material of the liner 11, for example, a resin such as polyamide, ethylene vinyl alcohol copolymer, or polyethylene can be used. In the liner 11, in addition to hydrogen gas as the fuel gas, for example, various compressed gases such as CNG (compressed natural gas), various liquefied gases such as LNG (liquefied natural gas) and LPG (liquefied petroleum gas), and various other types. Pressurized material may be filled.

繊維強化樹脂層12は、未硬化樹脂(未硬化の熱硬化性樹脂)が含浸された帯状の強化繊維束(不図示)がライナ11に巻き付けられて、加熱によって未硬化樹脂が硬化されることで形成される。繊維強化樹脂層12は、ライナ11の円筒部17に強化繊維束がフープ巻きされることで形成されるフープ層L1と、ライナ11の全体に強化繊維束がヘリカル巻きされることで形成されるヘリカル層L2とを有している。フープ層L1によってライナ11の円筒部17の径方向の強度が確保され、ヘリカル層L2によってライナ11の軸方向の強度が確保される。 In the fiber reinforced resin layer 12, a band-shaped reinforcing fiber bundle (not shown) impregnated with an uncured resin (uncured thermosetting resin) is wound around a liner 11, and the uncured resin is cured by heating. Is formed by. The fiber-reinforced resin layer 12 is formed by hoop-wrapping a reinforcing fiber bundle around the cylindrical portion 17 of the liner 11 to form a hoop layer L1 and helically winding the reinforcing fiber bundle around the entire liner 11. It has a helical layer L2. The hoop layer L1 secures the radial strength of the cylindrical portion 17 of the liner 11, and the helical layer L2 secures the axial strength of the liner 11.

なお、フープ巻きとは、ライナ11の回転軸(中心軸)CXに略直交する巻き付け角度で、ライナ11に対して強化繊維束を巻き付ける巻き付け態様である。ヘリカル巻きとは、ライナ11の回転軸CXに斜めに交差する巻き付け角度で、ライナ11に対して強化繊維束を巻き付ける巻き付け態様である。強化繊維としては炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が採用されてもよい。未硬化樹脂としては熱可塑性樹脂が採用されてもよい。未硬化樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合、熱可塑性樹脂が軟化した状態でライナ11の外面に強化繊維束が巻き付けられた後に、放冷によって熱可塑性樹脂が硬化される。 The hoop winding is a winding mode in which a reinforcing fiber bundle is wound around the liner 11 at a winding angle substantially orthogonal to the rotation axis (central axis) CX of the liner 11. The helical winding is a winding mode in which a reinforcing fiber bundle is wound around the liner 11 at a winding angle that diagonally intersects the rotation axis CX of the liner 11. As the reinforcing fiber, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber and the like may be adopted. A thermoplastic resin may be adopted as the uncured resin. When a thermoplastic resin is used as the uncured resin, the reinforcing fiber bundle is wound around the outer surface of the liner 11 in a softened state, and then the thermoplastic resin is cured by allowing to cool.

一方の口金21は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。一方の口金21は、本体となる筒状部22の外周にフランジ部23が形成され、筒状部22の一部をドーム部15から突出させるようにライナ11に取り付けられている。筒状部22の内側の貫通孔24には、貯留空間20に対する燃料ガスを充填及び排出するバルブ(不図示)が取り付けられている。他方の口金26は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。他方の口金26は、一方の口金21と略同様な外形に形成されているが、一方の口金21とは筒状部27の内側が閉塞されている点で相違している。 One base 21 is made of a metal such as aluminum or an aluminum alloy. On the other hand, the base 21 has a flange portion 23 formed on the outer periphery of the tubular portion 22 as the main body, and is attached to the liner 11 so that a part of the tubular portion 22 protrudes from the dome portion 15. A valve (not shown) for filling and discharging fuel gas for the storage space 20 is attached to the through hole 24 inside the tubular portion 22. The other base 26 is made of a metal such as aluminum or an aluminum alloy. The other base 26 is formed to have substantially the same outer shape as the one base 21, but differs from the one base 21 in that the inside of the tubular portion 27 is closed.

本発明者は、ライナ11に生じる歪について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得て本発明を見出した。 As a result of diligent studies on the strain generated in the liner 11, the present inventor has obtained the following findings and found the present invention.

[ライナに生じる歪について]
図2に示すように、樹脂製のライナ11は、アルミニウム等の金属製のライナとは異なり、樹脂の射出成形によって形成されている。このため、ライナ11の製造過程において、円筒部17の両端には側端部18、19(側端部19は図3(B)参照)に連なるテーパ部32、33(テーパ部33は図3(B)参照)が形成される。より具体的には、ライナ11の射出成型時の金型を抜くための抜き勾配(例えば、0.5度)によってテーパ部32が形成されている。このため、円筒部17は、円筒部17の回転軸CXに平行なストレート部31と、ストレート部31の両端から一対の側端部18、19に向かって縮径する一対のテーパ部32、33とから構成される。
[Distortion that occurs in the liner]
As shown in FIG. 2, the resin liner 11 is formed by injection molding of resin, unlike a metal liner such as aluminum. Therefore, in the manufacturing process of the liner 11, the tapered portions 32 and 33 (the tapered portion 33 is FIG. 3) connected to the side end portions 18 and 19 (see FIG. 3B for the side end portions 19) at both ends of the cylindrical portion 17. (See (B)) is formed. More specifically, the tapered portion 32 is formed by a draft (for example, 0.5 degree) for pulling out the mold at the time of injection molding of the liner 11. Therefore, the cylindrical portion 17 has a straight portion 31 parallel to the rotation axis CX of the cylindrical portion 17 and a pair of tapered portions 32, 33 whose diameters are reduced from both ends of the straight portion 31 toward the pair of side end portions 18, 19. It is composed of and.

このようなライナ11の円筒部17全体に一様にフープ層L1が形成されると(図4参照)、円筒部17の強度が担保されるが、ライナ11に対する燃料ガスの充填時に円筒部17の径方向の歪にバラツキが生じて高圧タンク10の品質が安定しない。具体的には、円筒部17のストレート部31における径方向の歪と比べて円筒部17の両端のテーパ部32、33における径方向の歪が小さい。これは、高圧タンク10に対して燃料ガスを供給すると、ストレート部31の中央付近から膨張し始めて、テーパ部32、33の膨張が中央付近の膨張に遅れる分だけ、テーパ部32、33の膨張が抑えられるからだと考えられる。 When the hoop layer L1 is uniformly formed on the entire cylindrical portion 17 of the liner 11 (see FIG. 4), the strength of the cylindrical portion 17 is guaranteed, but the cylindrical portion 17 is filled with the fuel gas to the liner 11. The quality of the high-pressure tank 10 is not stable due to variations in the radial strain of the cylinder. Specifically, the radial strain in the tapered portions 32 and 33 at both ends of the cylindrical portion 17 is smaller than the radial strain in the straight portion 31 of the cylindrical portion 17. This is because when fuel gas is supplied to the high-pressure tank 10, the taper portions 32 and 33 start to expand from the vicinity of the center of the straight portion 31, and the taper portions 32 and 33 expand by the amount that the expansion of the taper portions 32 and 33 is delayed from the expansion near the center. It is thought that this is because

また、円筒部17の径方向の応力は、当該応力をσ、円筒部17の外径をr、円筒部17の径方向の歪をεとしたときに次式(1)によって示される。すなわち、円筒部17の外径の減少に伴って、円筒部17の径方向の歪が小さくなる。上記したようにストレート部31の外径が全体的に一定に形成されているのに対し、テーパ部32の外径がストレート部31から側端部18に向かって減少している。よって、ストレート部31における径方向の歪よりもテーパ部32における径方向の歪が小さい。
σ=πε/r…(1)
The radial stress of the cylindrical portion 17 is expressed by the following equation (1), where σ is the stress, r is the outer diameter of the cylindrical portion 17, and ε is the radial strain of the cylindrical portion 17. That is, as the outer diameter of the cylindrical portion 17 decreases, the radial distortion of the cylindrical portion 17 decreases. As described above, the outer diameter of the straight portion 31 is formed to be constant as a whole, whereas the outer diameter of the tapered portion 32 decreases from the straight portion 31 toward the side end portion 18. Therefore, the radial strain in the tapered portion 32 is smaller than the radial strain in the straight portion 31.
σ = πε / r 2 … (1)

このように、円筒部17にテーパ部32が形成されることで、テーパ部32に生じる径方向の歪が小さくなる。円筒部17の径方向の歪が小さいことは、円筒部17が変形し難く強度が高いことを示している。ここで、本件発明者がストレート部31にのみフープ層L1(図3(A)参照)を形成した高圧タンクを用意して、円筒部17に生じる径方向の歪分布を測定したところ、円筒部17全体の歪のバラツキが抑えられることが判明した。また、テーパ部32にフープ層L1が形成されていない高圧タンクも、テーパ部32にフープ層L1が形成された高圧タンクと同様な強度が得られた。 By forming the tapered portion 32 in the cylindrical portion 17 in this way, the radial distortion generated in the tapered portion 32 is reduced. The small radial strain of the cylindrical portion 17 indicates that the cylindrical portion 17 is not easily deformed and has high strength. Here, the present inventor prepared a high-pressure tank in which the hoop layer L1 (see FIG. 3A) was formed only on the straight portion 31, and measured the radial strain distribution generated in the cylindrical portion 17. It was found that the variation in distortion of the entire 17 was suppressed. Further, the high-pressure tank in which the hoop layer L1 is not formed on the tapered portion 32 also has the same strength as the high-pressure tank in which the hoop layer L1 is formed on the tapered portion 32.

そこで、本実施形態の高圧タンク10では、ストレート部31にのみフープ層L1(図3(A)参照)を形成することで、テーパ部32とストレート部31の径方向の歪を均一に近づけて高圧タンク10の品質の安定化を実現している。テーパ部32には強化繊維束を巻き付けなくても十分な強度が得られるため、強化繊維束の消費量を削減して、高圧タンク10の製造コストを低減することができる。さらに、フープ層L1が側端部18、19側に食み出ることがないため、フープ層L1の端位置を精度よく測定する必要がない。よって、フープ層L1の端位置の測定設備が不要となり、高圧タンク10の製造コストを更に低減することができる。 Therefore, in the high-pressure tank 10 of the present embodiment, by forming the hoop layer L1 (see FIG. 3A) only in the straight portion 31, the radial strains of the tapered portion 32 and the straight portion 31 are made uniform. The quality of the high-pressure tank 10 is stabilized. Since sufficient strength can be obtained without winding the reinforcing fiber bundle around the tapered portion 32, the consumption of the reinforcing fiber bundle can be reduced and the manufacturing cost of the high-pressure tank 10 can be reduced. Further, since the hoop layer L1 does not protrude toward the side end portions 18 and 19, it is not necessary to accurately measure the end position of the hoop layer L1. Therefore, the measurement equipment at the end position of the hoop layer L1 becomes unnecessary, and the manufacturing cost of the high pressure tank 10 can be further reduced.

以下、フープ層が形成されたライナについて説明する。図3は、本実施形態に係る高圧タンクのライナの説明図であり、(A)はライナの部分拡大図を示し、(B)はライナの歪分布図を示している。図4は、比較例に係る高圧タンクのライナの説明図であり、(A)はライナの部分拡大図を示し、(B)はライナの歪分布図を示している。 Hereinafter, the liner on which the hoop layer is formed will be described. 3A and 3B are explanatory views of a liner of a high-pressure tank according to the present embodiment, FIG. 3A shows a partially enlarged view of the liner, and FIG. 3B shows a strain distribution map of the liner. 4A and 4B are explanatory views of a liner of a high-pressure tank according to a comparative example, FIG. 4A shows a partially enlarged view of the liner, and FIG. 4B shows a strain distribution map of the liner.

[本実施形態の高圧タンクのライナの歪について]
図3(A)に示すように、ライナ11の円筒部17のストレート部31のみにフープ層L1が形成されている。より詳細には、一方のテーパ部32とストレート部31の境界から他方のテーパ部33(図3(B)参照)とストレート部31の境界までの範囲にフープ層L1が形成されている。円筒部17のストレート部31のみがフープ層L1によって覆われて、テーパ部32がフープ層L1から露出されている。ストレート部31の強度がフープ層L1によって補強されて、フープ層L1によってストレート部31の径方向の変形が外側から抑えられている。
[Distortion of liner of high pressure tank of this embodiment]
As shown in FIG. 3A, the hoop layer L1 is formed only on the straight portion 31 of the cylindrical portion 17 of the liner 11. More specifically, the hoop layer L1 is formed in a range from the boundary between one tapered portion 32 and the straight portion 31 to the boundary between the other tapered portion 33 (see FIG. 3B) and the straight portion 31. Only the straight portion 31 of the cylindrical portion 17 is covered by the hoop layer L1, and the tapered portion 32 is exposed from the hoop layer L1. The strength of the straight portion 31 is reinforced by the hoop layer L1, and the hoop layer L1 suppresses the radial deformation of the straight portion 31 from the outside.

フープ層L1の一方側の端位置は、テーパ部32とストレート部31の境界に位置付けられている。テーパ部32に強化繊維束が巻き付けられないため、テーパ部32から側端部18にフープ層L1の端位置が食み出すことがない。よって、後述する比較例のように、フープ層L1の形成時に測定設備によってフープ層L1の端位置を測定しながら円筒部17に強化繊維束を巻き付ける必要がない。なお、説明を省略するが、フープ層L1の他方側の端位置についても同様である。また、テーパ部32、33とストレート部31の境界は、画像処理等によって光学的に検出されてもよいし、機械的に検出されてもよい。 The one-sided end position of the hoop layer L1 is positioned at the boundary between the tapered portion 32 and the straight portion 31. Since the reinforcing fiber bundle is not wound around the tapered portion 32, the end position of the hoop layer L1 does not protrude from the tapered portion 32 to the side end portion 18. Therefore, as in the comparative example described later, it is not necessary to wind the reinforcing fiber bundle around the cylindrical portion 17 while measuring the end position of the hoop layer L1 by the measuring equipment at the time of forming the hoop layer L1. Although the description is omitted, the same applies to the position of the other end of the hoop layer L1. Further, the boundary between the tapered portions 32 and 33 and the straight portion 31 may be detected optically by image processing or the like, or may be detected mechanically.

ここで、図3(B)に示すように、ストレート部31にのみフープ層L1が形成された円筒部17の径方向の歪分布を測定した。この場合、円筒部17の一端側のテーパ部32を測定位置Pa、テーパ部32に隣接したストレート部31の一端側を測定位置Pb、ストレート部31の一端からストレート部31の全長の約1/4位置を測定位置Pc、ストレート部31の一端からストレート部31の全長の約3/4位置を測定位置Pdとした。テーパ部32の測定位置Paにおける径方向の歪が、ストレート部31の測定位置Pb−Pdにおける径方向の歪と略等しくなるという測定結果が得られた。 Here, as shown in FIG. 3B, the radial strain distribution of the cylindrical portion 17 in which the hoop layer L1 was formed only on the straight portion 31 was measured. In this case, the tapered portion 32 on one end side of the cylindrical portion 17 is measured at the measurement position Pa, the one end side of the straight portion 31 adjacent to the tapered portion 32 is measured at the measurement position Pb, and about 1/1 of the total length of the straight portion 31 from one end of the straight portion 31. The four positions were defined as the measurement position Pc, and the measurement position Pd was defined as about 3/4 of the total length of the straight portion 31 from one end of the straight portion 31. A measurement result was obtained that the radial strain at the measurement position Pa of the tapered portion 32 was substantially equal to the radial strain at the measurement position Pb-Pd of the straight portion 31.

このように、テーパ部32にフープ層L1が形成されていなくても、テーパ部32はその独自の形状によって径方向の歪が抑えられ、ストレート部31にフープ層L1が形成されることで、フープ層L1によってストレート部31の径方向の歪が抑えられている。よって、テーパ部32とストレート部31の径方向の歪分布が略均一に近づけられることで高圧タンク10の品質が安定する。また、テーパ部32への強化繊維束の巻き付けが不要になるため、強化繊維束の消費量が抑えられると共に、フープ層L1の端位置を測定するための高価な測定設備が不要になるため、高圧タンク10の製造コストを低減することができる。 As described above, even if the hoop layer L1 is not formed on the tapered portion 32, the tapered portion 32 is suppressed in radial distortion due to its unique shape, and the hoop layer L1 is formed on the straight portion 31. The hoop layer L1 suppresses the radial distortion of the straight portion 31. Therefore, the quality of the high-pressure tank 10 is stabilized by making the strain distributions of the tapered portion 32 and the straight portion 31 substantially uniform in the radial direction. Further, since it is not necessary to wind the reinforcing fiber bundle around the tapered portion 32, the consumption of the reinforcing fiber bundle is suppressed, and expensive measuring equipment for measuring the end position of the hoop layer L1 is not required. The manufacturing cost of the high pressure tank 10 can be reduced.

[比較例の高圧タンクのライナの歪について]
一方で比較例においては、図4(A)に示すように、ライナ11の円筒部17全体にフープ層L1が形成されている。より詳細には、一方の側端部18とテーパ部32の境界から他方の側端部19とテーパ部33(図4(B)参照)の境界までの範囲にフープ層L1が形成されている。ストレート部31及びテーパ部32、33がフープ層L1によって覆われることで、ストレート部31だけでなくテーパ部32、33の強度がフープ層L1によって補強されている。フープ層L1によってテーパ部32、33とストレート部31の径方向の変形が外側から一様に抑えられている。
[Distortion of liner of high-pressure tank in comparative example]
On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 4A, the hoop layer L1 is formed on the entire cylindrical portion 17 of the liner 11. More specifically, the hoop layer L1 is formed in the range from the boundary between one side end portion 18 and the tapered portion 32 to the boundary between the other side end portion 19 and the tapered portion 33 (see FIG. 4B). .. By covering the straight portion 31 and the tapered portions 32 and 33 with the hoop layer L1, the strength of not only the straight portion 31 but also the tapered portions 32 and 33 is reinforced by the hoop layer L1. The hoop layer L1 uniformly suppresses the radial deformation of the tapered portions 32 and 33 and the straight portion 31 from the outside.

フープ層L1の一方側の端位置は、側端部18とテーパ部32の境界、いわゆるR止まりに位置付けられている。テーパ部32から側端部18にフープ層L1の端位置が大きく食み出すと、高圧タンク10の品質が低下するという不具合がある。このため、テーパ部32から側端部18にフープ層L1の端位置が食み出さないように、フープ層L1の形成時には測定設備によってフープ層L1の端位置を測定しながらテーパ部32に強化繊維束が巻き付けられている。なお、説明を省略するが、フープ層L1の他方側の端位置についても同様である。 The one-sided end position of the hoop layer L1 is positioned at the boundary between the side end portion 18 and the tapered portion 32, that is, the so-called R stop. If the end position of the hoop layer L1 protrudes greatly from the tapered portion 32 to the side end portion 18, there is a problem that the quality of the high pressure tank 10 deteriorates. Therefore, when forming the hoop layer L1, the hoop layer L1 is strengthened to the tapered portion 32 while measuring the end position of the hoop layer L1 so that the end position of the hoop layer L1 does not protrude from the tapered portion 32 to the side end portion 18. A bundle of fibers is wrapped around it. Although the description is omitted, the same applies to the position of the other end of the hoop layer L1.

ここで、図4(B)に示すように、フープ層L1(図4A参照)が全体的に形成された円筒部17の径方向の歪分布を測定した。この場合、円筒部17の一端側のテーパ部32、テーパ部32に隣接したストレート部31の一端側、ストレート部31の一端からストレート部31の全長の約1/4位置、ストレート部31の一端からストレート部31の全長の約3/4位置をそれぞれ測定位置Pa−Pdとした。テーパ部32の測定位置Paにおける径方向の歪が、ストレート部31の測定位置Pb−Pdにおける径方向の歪と比較して小さくなるという測定結果が得られた。 Here, as shown in FIG. 4 (B), the radial strain distribution of the cylindrical portion 17 in which the hoop layer L1 (see FIG. 4A) was formed as a whole was measured. In this case, the tapered portion 32 on one end side of the cylindrical portion 17, one end side of the straight portion 31 adjacent to the tapered portion 32, about 1/4 of the total length of the straight portion 31 from one end of the straight portion 31, and one end of the straight portion 31. The measurement position Pa-Pd was set to about 3/4 of the total length of the straight portion 31. A measurement result was obtained that the radial strain at the measurement position Pa of the tapered portion 32 was smaller than the radial strain at the measurement position Pb-Pd of the straight portion 31.

このように、円筒部17のテーパ部32とストレート部31の境界を挟んで、円筒部17のテーパ部32側の径方向の歪が比較的小さくなり、円筒部17のストレート部31側の径方向の歪が比較的大きくなっている。このため、テーパ部32とストレート部31において径方向の歪分布にバラツキが生じて高圧タンク10の品質が安定しない。また、テーパ部32、33に強化繊維束が巻き付けられた分だけ強化繊維束の消費量が増えると共に、フープ層L1の端位置を測定するための高価な測定設備が必要になり、高圧タンク10の製造コストが高くなる。 In this way, the radial distortion of the cylindrical portion 17 on the tapered portion 32 side is relatively small across the boundary between the tapered portion 32 of the cylindrical portion 17 and the straight portion 31, and the diameter of the cylindrical portion 17 on the straight portion 31 side. The distortion in the direction is relatively large. Therefore, the strain distribution in the radial direction varies between the tapered portion 32 and the straight portion 31, and the quality of the high-pressure tank 10 is not stable. Further, the consumption of the reinforcing fiber bundle increases by the amount that the reinforcing fiber bundle is wound around the tapered portions 32 and 33, and an expensive measuring facility for measuring the end position of the hoop layer L1 is required. Therefore, the high pressure tank 10 The manufacturing cost is high.

続いて、タンクの製造方法について説明する。図5は、本実施の形態に係るタンクの製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、図5では、図3の符号を適宜使用して説明する。 Subsequently, a method for manufacturing the tank will be described. FIG. 5 is a flowchart showing an example of a tank manufacturing method according to the present embodiment. In addition, in FIG. 5, the reference numeral of FIG. 3 is appropriately used for description.

図5に示すように、先ず円筒部17のストレート部31に対してフープ層L1を形成するフープ層形成工程が実施される(ステップS01)。フープ層形成工程では、ライナ11に強化繊維束を案内するアイクチ(不図示)がライナ11の近くに位置付けられ、ライナ11が回転軸CX周りに回転することで、アイクチから強化繊維束が回転軸CXに略直交する巻き付け角度でライナ11に巻き取られる。このとき、アイクチがライナ11の回転軸CXに沿って往復移動することによって、ストレート部31に強化繊維束が巻き付けられてフープ層L1が形成される。 As shown in FIG. 5, first, a hoop layer forming step of forming the hoop layer L1 with respect to the straight portion 31 of the cylindrical portion 17 is carried out (step S01). In the hoop layer forming step, an eyepiece (not shown) that guides the reinforcing fiber bundle to the liner 11 is positioned near the liner 11, and the liner 11 rotates around the rotation axis CX, so that the reinforcing fiber bundle is rotated from the eyekuchi. It is wound around the liner 11 at a winding angle substantially orthogonal to the CX. At this time, the dagger reciprocates along the rotation axis CX of the liner 11, so that the reinforcing fiber bundle is wound around the straight portion 31 to form the hoop layer L1.

より詳細には、アイクチの移動に伴って、ストレート部31の初期位置から一方のテーパ部32に向かって強化繊維束が巻き付けられる。一方のテーパ部32とストレート部31の境界まで強化繊維束が巻き付けられると、アイクチの移動方向が逆転して他方のテーパ部33に向かって強化繊維束が巻き付けられる。他方のテーパ部33とストレート部31の境界まで強化繊維束が巻き付けられると、アイクチの移動方向が逆転して一方のテーパ部32に向かって強化繊維束が巻き付けられる。このアイクチの往復動作が繰り返されることによって、ストレート部31にのみフープ層L1が形成される。 More specifically, as the dagger moves, the reinforcing fiber bundle is wound from the initial position of the straight portion 31 toward one of the tapered portions 32. When the reinforcing fiber bundle is wound up to the boundary between the one tapered portion 32 and the straight portion 31, the moving direction of the dagger is reversed and the reinforcing fiber bundle is wound toward the other tapered portion 33. When the reinforcing fiber bundle is wound to the boundary between the other tapered portion 33 and the straight portion 31, the moving direction of the dagger is reversed and the reinforcing fiber bundle is wound toward the one tapered portion 32. By repeating this reciprocating operation of the dagger, the hoop layer L1 is formed only on the straight portion 31.

次に、ライナ11の全体にヘリカル層L2を形成するヘリカル層形成工程が実施される(ステップS02)。ヘリカル層形成工程では、ライナ11が回転軸周りに回転することで、アイクチから強化繊維束が回転軸CXに斜めに交差する巻き付け角度でライナ11に巻き取られる。このとき、アイクチがライナ11の回転軸方向の両端の間で往復移動することによって、ライナ11全体に対して強化繊維束が巻き付けられてヘリカル層L2が形成される。次に、強化繊維に含浸された未硬化樹脂を加熱によって硬化する硬化工程が実施される(ステップS03)。これにより、ライナ11に巻き付けられた強化繊維束同士が接着されて、ライナ11の外面に繊維強化樹脂層12が形成される。 Next, a helical layer forming step of forming the helical layer L2 over the entire liner 11 is carried out (step S02). In the helical layer forming step, the liner 11 rotates around the rotation axis, so that the reinforcing fiber bundle is wound around the liner 11 at a winding angle that diagonally intersects the rotation axis CX from the dagger. At this time, the dagger reciprocates between both ends of the liner 11 in the rotation axis direction, so that the reinforcing fiber bundle is wound around the entire liner 11 to form the helical layer L2. Next, a curing step of curing the uncured resin impregnated in the reinforcing fibers by heating is performed (step S03). As a result, the reinforcing fiber bundles wound around the liner 11 are adhered to each other, and the fiber reinforced resin layer 12 is formed on the outer surface of the liner 11.

このようにして、一方のテーパ部32とストレート部31の境界から他方のテーパ部33とストレート部31の境界までの範囲に強化繊維束を巻き付けたフープ層L1を有する繊維強化樹脂層12が形成される。ストレート部31にフープ層L1が形成されることで、高圧タンク10に対する燃料ガスの充填時にストレート部31におけるライナ11の径方向の歪とテーパ部32、33におけるライナ11の径方向の歪が均一に近づけられる。なお、テーパ部32、33にはフープ層L1が形成されていないが、高圧タンク10の強度が低下することがない。 In this way, the fiber reinforced resin layer 12 having the hoop layer L1 around which the reinforcing fiber bundle is wound is formed in the range from the boundary between the one tapered portion 32 and the straight portion 31 to the boundary between the other tapered portion 33 and the straight portion 31. Will be done. By forming the hoop layer L1 on the straight portion 31, the radial strain of the liner 11 in the straight portion 31 and the radial strain of the liner 11 in the tapered portions 32 and 33 are uniform when the high pressure tank 10 is filled with fuel gas. Can be approached to. Although the hoop layer L1 is not formed on the tapered portions 32 and 33, the strength of the high pressure tank 10 does not decrease.

以上のように、本実施形態の高圧タンク10では、テーパ部32に対して強化繊維束がフープ巻きされず、ストレート部31に対して強化繊維束がフープ巻きされてフープ層L1が形成されている。テーパ部32はストレート部31よりも歪が生じ難い形状であるため、高圧タンク10に対する燃料ガスの充填時に円筒部17の径方向の歪のバラツキが抑えられ、高圧タンク10の品質を安定させることができる。また、円筒部17に対する強化繊維の繊維量が削減され、高圧タンク10の製造コストを低減することができる。 As described above, in the high-pressure tank 10 of the present embodiment, the reinforcing fiber bundle is not hoop-wound around the tapered portion 32, and the reinforcing fiber bundle is hoop-wound around the straight portion 31 to form the hoop layer L1. There is. Since the tapered portion 32 has a shape that is less likely to cause distortion than the straight portion 31, variation in radial distortion of the cylindrical portion 17 is suppressed when the high-pressure tank 10 is filled with fuel gas, and the quality of the high-pressure tank 10 is stabilized. Can be done. Further, the amount of reinforcing fibers with respect to the cylindrical portion 17 is reduced, and the manufacturing cost of the high-pressure tank 10 can be reduced.

なお、本実施形態では、帯状の強化繊維束をライナ11に巻き付けて繊維強化樹脂層12を形成する構成にしたが、この構成に限定されない。繊維強化樹脂層12は、ライナ11の外面に強化繊維を巻き付けて形成される構成であればよく、強化繊維は帯状に纏められていなくてもよい。 In the present embodiment, the strip-shaped reinforcing fiber bundle is wound around the liner 11 to form the fiber reinforced resin layer 12, but the configuration is not limited to this. The fiber-reinforced resin layer 12 may be formed by winding the reinforcing fibers around the outer surface of the liner 11, and the reinforcing fibers may not be bundled in a band shape.

また、本実施形態について説明したが、他の実施形態として実施形態および変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。さらに、本開示の技術は本実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩または派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。 Moreover, although this embodiment has been described, as another embodiment, the embodiment and the modification may be combined in whole or in part. Further, the technique of the present disclosure is not limited to the present embodiment, and may be variously modified, replaced, or modified without departing from the spirit of the technical idea. Furthermore, if the technical idea can be realized in another way by the advancement of the technology or another technology derived from it, it may be carried out by that method. Therefore, the claims cover all embodiments that may be included within the scope of the technical idea.

10:高圧タンク、11:ライナ、12:繊維強化樹脂層、17:円筒部、18,19:側端部、31:ストレート部、32,33:テーパ部、CX:回転軸(中心軸)、L1:フープ層 10: High pressure tank, 11: Liner, 12: Fiber reinforced resin layer, 17: Cylindrical part, 18, 19: Side end part, 31: Straight part, 32, 33: Tapered part, CX: Rotation axis (central axis), L1: Hoop layer

Claims (1)

円筒部と前記円筒部の両端から前記円筒部の軸方向外側に向かって縮径する一対の側端部とを有する樹脂製のライナと、樹脂含浸された強化繊維によって前記ライナの外面を覆うように形成された繊維強化樹脂層とを備えた高圧タンクであって、
前記円筒部は、前記円筒部の中心軸に平行なストレート部と、前記ストレート部の両端から前記一対の側端部に向かって縮径する一対のテーパ部とを有し、
前記繊維強化樹脂層は、一方の前記テーパ部と前記ストレート部の境界から他方の前記テーパ部と前記ストレート部の境界までの範囲に前記強化繊維をフープ巻きしたフープ層を有することを特徴とする高圧タンク。
A resin liner having a cylindrical portion and a pair of side end portions whose diameters are reduced from both ends of the cylindrical portion toward the outside in the axial direction of the cylindrical portion, and resin-impregnated reinforcing fibers cover the outer surface of the liner. It is a high-pressure tank provided with a fiber-reinforced resin layer formed in
The cylindrical portion has a straight portion parallel to the central axis of the cylindrical portion and a pair of tapered portions whose diameters are reduced from both ends of the straight portion toward the pair of side end portions.
The fiber-reinforced resin layer is characterized by having a hoop layer in which the reinforcing fibers are hoop-wound in a range from the boundary between one tapered portion and the straight portion to the boundary between the other tapered portion and the straight portion. High pressure tank.
JP2019035304A 2019-02-28 2019-02-28 High pressure tank Pending JP2020139565A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019035304A JP2020139565A (en) 2019-02-28 2019-02-28 High pressure tank

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019035304A JP2020139565A (en) 2019-02-28 2019-02-28 High pressure tank

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020139565A true JP2020139565A (en) 2020-09-03

Family

ID=72280167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019035304A Pending JP2020139565A (en) 2019-02-28 2019-02-28 High pressure tank

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020139565A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021522458A (en) * 2018-06-26 2021-08-30 プラスチック・オムニウム・アドヴァンスド・イノベーション・アンド・リサーチ Composite pressure vessel with reinforced inner liner and process for manufacturing it

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021522458A (en) * 2018-06-26 2021-08-30 プラスチック・オムニウム・アドヴァンスド・イノベーション・アンド・リサーチ Composite pressure vessel with reinforced inner liner and process for manufacturing it

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9879825B2 (en) High-pressure tank and manufacturing method of high-pressure tank
EP2418414B1 (en) Tank and manufacturing method thereof
EP2418413B1 (en) Method for manufacturing a tank, and a tank thus produced
US20190170297A1 (en) Pressure vessel with a tape-based reinforcement structure
US20160341359A1 (en) High pressure tank, method of manufacturing high pressure tank and method of designing liner shape
EP1526324A2 (en) Pressure container manufacturing method
US5830400A (en) Method of manufacturing a hollow structure for storing pressurized fluids
JP2016223569A (en) Method for manufacturing tank
US20160339650A1 (en) Manufacturing method of tank and tank manufacturing apparatus
WO2023024394A1 (en) Carbon fiber fully-wound gas cylinder and carbon fiber winding method therefor
JP2020139565A (en) High pressure tank
US11821586B2 (en) Manufacturing method of high-pressure tank
JP2005113971A (en) Liner for pressure resistant container
JP6923578B2 (en) Pressure vessel
US11654607B2 (en) Method for manufacturing high pressure tank
JP2017094518A (en) Method for producing high pressure tank
JP2005113963A (en) Pressure resistant container manufacturing method
WO2019168078A1 (en) Pressure accumulator and method for manufacturing pressure accumulator
JP6683829B2 (en) Gas filling method for pressure vessel
JP2020175564A (en) Manufacturing method of high pressure tank
JP2017145962A (en) High pressure tank and method of manufacturing high pressure tank
EP4353455A1 (en) Method for winding filament and pressure vessel manufactured thereby
JP2020037961A (en) Tank manufacturing method
JP2021085484A (en) Method for manufacturing high-pressure tank
JP2020142388A (en) Method for manufacturing high pressure tank