JP2023114362A - Manufacturing method for tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タンクの製造方法に関し、特にプロテクターを備えたタンクの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a tank, and more particularly to a method for manufacturing a tank with a protector.
燃料電池自動車に搭載される水素タンク等のタンクとして、円筒状の胴体部と胴体部の軸方向の両端に設けられたドーム部とを有するライナーと、ライナーを覆う補強層とを備えるものが知られている。また、タンクの耐衝撃性等を確保するために、ライナーの両端部において補強層の外表面にプロテクターが配置されている(例えば、特許文献1参照)。 As a tank such as a hydrogen tank mounted on a fuel cell vehicle, one is known that includes a liner having a cylindrical body portion and dome portions provided at both axial ends of the body portion, and a reinforcing layer covering the liner. It is Further, protectors are arranged on the outer surface of the reinforcing layer at both ends of the liner in order to ensure the impact resistance of the tank (see, for example, Patent Document 1).
このような構造を有するタンクを製造する際に、まず、ライナーの外周面にフィラメントワインディング(FW)法で樹脂が含浸された繊維束を複数巻き付けて補強層を形成し、その後、ライナーとは別体に作製されたプロテクターを接着剤で補強層の外表面に固定させる。 When manufacturing a tank having such a structure, first, a plurality of fiber bundles impregnated with resin are wound around the outer peripheral surface of the liner by a filament winding (FW) method to form a reinforcing layer. A protector made for the body is fixed to the outer surface of the reinforcing layer with an adhesive.
最近では、プロテクターと補強層との間の気密性及び液密性等を高めるために、FIPG(Formed In Place Gasket)を用いてプロテクターを補強層の外表面に固定することが検討されている。しかし、FIPGを硬化するには高温高湿の環境が必要であり、且つプロテクター及び補強層を高温高湿の雰囲気に馴染ませるまでに時間がかかるので、FIPGの硬化時間が長く、投入熱エネルギが大きいという問題が生じる。 Recently, in order to improve airtightness and liquid tightness between the protector and the reinforcing layer, fixing the protector to the outer surface of the reinforcing layer using FIPG (Formed In Place Gasket) has been considered. However, curing FIPG requires a high-temperature and high-humidity environment, and it takes time for the protector and the reinforcing layer to adapt to the high-temperature and high-humidity atmosphere. A big problem arises.
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、FIPGの硬化時間を短縮でき、省エネルギを実現できるタンクの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tank manufacturing method capable of shortening the curing time of FIPG and realizing energy saving.
本発明に係るタンクの製造方法は、円筒状の胴体部及び前記胴体部の軸方向の両端に設けられたドーム部を有するライナーと、前記ライナーを覆う補強層と、前記補強層の外表面に固定されるとともに通気性の樹脂材料により形成されたプロテクターと、を備えたタンクの製造方法であって、前記補強層の外表面における前記ドーム部に対応する位置、及び、外側となる外面と前記補強層に面する内面と前記外面から前記内面に向かって延びる複数の孔とを有する前記プロテクターの前記内面の少なくとも一方に、FIPGを塗布する工程と、前記プロテクターの前記内面と前記補強層の前記ドーム部に対応する位置とを当接するように、前記プロテクターを前記補強層の外表面に配置する工程と、前記プロテクターの前記孔を介して高温水蒸気を前記プロテクターの内部に供給することによりFIPGを硬化させる工程と、を含む。 A method for manufacturing a tank according to the present invention includes a liner having a cylindrical body and dome portions provided at both axial ends of the body, a reinforcing layer covering the liner, and an outer surface of the reinforcing layer. and a protector fixed and made of a breathable resin material, wherein a position corresponding to the dome portion on the outer surface of the reinforcing layer, an outer surface to be the outside, and the applying FIPG to at least one of the inner surface of the protector having an inner surface facing the reinforcing layer and a plurality of holes extending from the outer surface toward the inner surface; arranging the protector on the outer surface of the reinforcing layer so as to abut against the dome portion; and C. curing.
本発明に係るタンクの製造方法では、プロテクターの孔を介して高温水蒸気をプロテクターの内部に供給することにより、補強層とプロテクターとの間に塗布されたFIPGを高い温度で加湿することができる。加えて、プロテクターは通気性の樹脂材料により形成されるので、高温水蒸気は容易にFIPGの全範囲に行き渡り、FIPGを硬化させることができる。その結果、FIPGの硬化時間を短縮することができる。また、これに伴って熱エネルギを低減することができるので、省エネルギを実現できる。 In the tank manufacturing method according to the present invention, by supplying high-temperature steam to the inside of the protector through the holes of the protector, the FIPG applied between the reinforcing layer and the protector can be humidified at a high temperature. In addition, since the protector is made of an air-permeable resin material, high-temperature steam can easily spread over the entire area of the FIPG and harden the FIPG. As a result, the curing time of FIPG can be shortened. In addition, since heat energy can be reduced accordingly, energy saving can be realized.
本発明によれば、FIPGの硬化時間を短縮でき、省エネルギを実現することができる。 According to the present invention, the curing time of FIPG can be shortened, and energy saving can be realized.
以下、図面を参照して本発明に係るタンクの製造方法の実施形態について説明する。実施形態において、タンクは、燃料電池車両に搭載されて内部に高圧の水素ガスが充填される例として説明するが、その他の用途についても適用されてもよい。また、タンクに充填可能なガスとしては、高圧の水素ガスに限定されず、CNG(圧縮天然ガス)などの各圧縮ガス、LNG(液化天然ガス)、LPG(液化石油ガス)などの各種液化ガス、その他のガスが充填されてもよい。 An embodiment of a tank manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the embodiments, the tank will be described as an example in which it is mounted on a fuel cell vehicle and filled with high-pressure hydrogen gas, but it may also be applied to other uses. In addition, the gas that can be filled in the tank is not limited to high-pressure hydrogen gas, and various compressed gases such as CNG (compressed natural gas), LNG (liquefied natural gas), and various liquefied gases such as LPG (liquefied petroleum gas). , and other gases may be filled.
[タンクの構造]
まず、図1を基にタンクの構造を説明する。図1に示すように、タンク1は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒形状の高圧ガス貯蔵容器であって、ガスバリア性を有するライナー2と、ライナー2の外面を覆う補強層3と、ライナー2の両端部において補強層3の外表面に配置されたプロテクター4と、を備えている。
[Tank structure]
First, the structure of the tank will be explained based on FIG. As shown in FIG. 1, the
ライナー2は、高圧水素を貯留する貯留空間を有する中空の容器であって、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂材料などによって形成されている。このライナー2は、円筒状の胴体部21と該胴体部21の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部(第1ドーム部22、第2ドーム部23)とで構成されている。胴体部21は、タンク1の軸L方向に沿って所定の長さで延在している。第1ドーム部22及び第2ドーム部23は、胴体部21の両側に連続して形成されており、胴体部21から遠ざかるに従ってそれぞれ縮径するように半球状を呈している。なお、以下の説明では、説明の煩雑を避けるために、第1ドーム部22及び第2ドーム部23をまとめて「ドーム部」と呼ぶ場合がある。
The
第1ドーム部22及び第2ドーム部23の頂部には、開口部がそれぞれ形成されている。そして、第1ドーム部22の開口部には第1端口金5が装着され、第2ドーム部23の開口部には第2端口金6が装着されている。
Openings are formed in the tops of the
ライナー2は、例えばポリエチレンやナイロンなどの樹脂部材を用いて回転・ブロー成形法によって一体的に形成されている。また、ライナー2は、回転・ブロー成形法のような一体成形の製造方法に代えて、射出・押出成形などにより複数に分割された部材を連結することにより形成されてもよい。更に、ライナー2は、樹脂部材に代えてアルミニウムなどの金属材料によって形成されてもよい。
The
補強層3は、ライナー2を補強してタンク1の剛性や耐圧性などの機械的強度を向上させる機能を有しており、繊維強化樹脂をFW法でライナー2の外周面に複数巻き付けることにより形成されている。繊維強化樹脂は、例えば直径が数μm程度の繊維を束ねて構成された繊維束に、熱硬化性樹脂が含浸されることにより形成されている。繊維としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、PBO繊維、天然繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの強化繊維を挙げることができ、特に軽量性及び機械的強度などの観点から炭素繊維を用いることが好ましい。
The reinforcing
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂に代表される変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂を挙げることができる。なお、繊維束に含浸された樹脂として、熱可塑性樹脂を用いてもよい。 Examples of thermosetting resins include epoxy resins, modified epoxy resins represented by vinyl ester resins, phenol resins, melamine resins, urea resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, polyurethane resins, and thermosetting polyimide resins. can. A thermoplastic resin may be used as the resin with which the fiber bundle is impregnated.
第1端口金5及び第2端口金6は、それぞれ、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料を所定形状に加工したものであり、略円筒形状の口金本体部51,61と、ライナー2のドーム部と補強層3との間に嵌入された鍔部52,62とを有する。なお、第1端口金5と第2端口金6とは、同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。また、タンク1は必ずしも2つの口金を有する必要はなく、片方のみを有してもよい。
The
プロテクター4は、衝撃とタンク1の内圧による応力からタンク1を保護するための緩衝部材であり、補強層3の外表面のうちライナー2のドーム部に対応する位置に固定されている。図1に示すように、プロテクター4は、中央部に開口部41が設けられた椀状を呈しており、外側となる外面42と、補強層3に面する内面43と、外面42から内面43に向かって延びる複数の止まり孔44とを有する。
The protector 4 is a buffer member for protecting the
開口部41は、第1端口金5(又は第2端口金6)を挿通できる大きさを有する。外面42は、第1端口金5(又は第2端口金6)側からライナー2のドーム部と胴体部21との連結部側に向かって延びている。内面43は、ライナー2のドーム部を覆う補強層3の形状にフィットするように円弧状に形成されている。
The
止まり孔44は、複数であり、規則正しく配列されている。例えば、タンク1の軸L方向から見たときに、これらの止まり孔44はタンク1の中心から外側に向かって一定の間隔で放射状に配置されている。なお、止まり孔44は、いわゆる非貫通孔であって、一端(開放端)がプロテクター4の外側に開放され、他端(閉鎖端)がプロテクター4の内部に留まるように形成されている。
The
これらの止まり孔44は、配置位置によって深さが異なっている。具体的には、本実施形態の止まり孔44は、タンク1の軸L方向と平行になるように配置されるとともに、タンク1の軸Lから遠ざかることに従って徐々に深くなるように形成されている。言い換えれば、第1端口金5(又は第2端口金6)の近い位置に配置された止まり孔44は、比較的に浅く形成されており、第1端口金5(又は第2端口金6)から遠い位置に配置された止まり孔44は、比較的に深く形成されている。
These
このプロテクター4は、通気性を有する樹脂材料によって形成されている。通気性を有する樹脂材料として、連続気泡発泡ウレタンなどの連続気泡を有する発泡樹脂が好ましい。そして、プロテクター4はFIPGによって補強層3の外表面に固定されている。
The protector 4 is made of an air-permeable resin material. As the resin material having air permeability, a foamed resin having open cells such as open-cell foamed urethane is preferable. The protector 4 is fixed to the outer surface of the reinforcing
[タンクの製造方法]
次に、図2及び図3を基にタンク1の製造方法を説明する。図2に示すように、タンク1の製造方法は、主に、ライナー2と補強層3とを有する中間体を形成する工程(以下では「第1工程S1」という)と、補強層3にFIPGを塗布する工程(以下では「第2工程S2」という)と、プロテクター4を補強層3の外表面に配置する工程(以下では「第3工程S3」という)と、FIPGを硬化させる工程(以下では「第4工程S4」という)と、を含む。
[Tank manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the
第1工程S1では、まず、ポリエチレンやナイロンなどの樹脂部材を用いて回転・ブロー成形法により胴体部21とドーム部とを有するライナー2を一体的形成する。続いて、形成されたライナー2に対し、第1ドーム部22の開口部に第1端口金5、第2ドーム部23の開口部に第2端口金6をそれぞれ装着する。続いて、口金が装着されたライナー2の外周面に繊維強化樹脂をFW法で複数巻き付けることで補強層3を形成する。次に、繊維強化樹脂に含まれた熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を硬化させる。これによって、ライナー2と補強層3とを有する中間体が形成される。
In the first step S1, first, the
第2工程S2では、補強層3の外表面のうち、ドーム部に対応する位置にFIPGを塗布する。具体的には、例えば図3に示すように、補強層3の外表面における第1ドーム部22(又は第2ドーム部23)に対応する位置に、所定の厚さを有するFIPG7を塗布する。FIPG7は、例えば図3に示すような断面図において、中央部から両端部に向かって徐々に薄くなるように塗布されている。
In the second step S2, FIPG is applied to the outer surface of the reinforcing
第3工程S3では、プロテクター4の内面43と補強層3のドーム部に対応する位置とを当接するように、プロテクター4を補強層3の外表面に配置する。具体的には、プロテクター4の内面43が外側からFIPG7が塗布された補強層3の位置を覆うように、プロテクター4を補強層3の外表面に配置する。なお、プロテクター4は予め作製されたものである。
In the third step S3, the protector 4 is arranged on the outer surface of the reinforcing
第4工程S4では、図3に示すように、プロテクター4の外面42に押付治具8を当接させ、該押付治具8を介してプロテクター4に押付力F(図3の矢印参照)を付与した状態で、高温水蒸気をプロテクター4の内部に供給してFIPG7を硬化させる。
In the fourth step S4, as shown in FIG. 3, a
具体的には、押付治具8は、第1端口金5(又は第2端口金6)を挿通できる開口部81が設けられている。押付治具8には、高温水蒸気を供給するためのパイプ82が複数設けられている。
Specifically, the
パイプ82は、タンク1の軸L方向と平行になるように配置されている。隣接するパイプ82の間隔は、プロテクター4の止まり孔44の配置間隔と同じである。また、パイプ82は、押付治具8の内部に設けられた内部部分と、押付治具8から露出する露出部分を有する。パイプ82の内部部分の端部は、押付治具8に内蔵されたギャラリー83と連結されている。ギャラリー83は、更に配管84と連結されており、配管84によって供給された高温水蒸気を各パイプ82に分配する。なお、配管84は、図示しない水蒸気装置と接続されている。
The
また、パイプ82の内部部分及び露出部分のうち、少なくとも露出部分は、プロテクター4の止まり孔44の内部に挿入できる太さを有する。そして、パイプ82の露出部分の先端は開放されている。
At least the exposed portion of the inner portion and the exposed portion of the
このような構成を有するパイプ82は、挿入されるプロテクター4の止まり孔44に対応し、異なる長さを有するように形成されている。すなわち、比較的浅く形成された止まり孔44に対応するパイプ82は、比較的に短く形成されている。一方、比較的深く形成された止まり孔44に対応するパイプ82は、比較的に長く形成されている。
The
また、押付治具8の内部には、所定の間隔に従って複数のヒータ85が内蔵されている。ヒータ85は、例えば図3に示すように、隣接するパイプ82同士の間に配置されている。
Further, inside the
このため、第4工程S4では、まず、各パイプ82の露出部分をそれぞれ対応するプロテクター4の止まり孔44に挿入するように、押付治具8とプロテクター4の位置合わせを行い、その後に押付治具8をプロテクター4の外面42に当接させる。続いて、押付治具8を介してプロテクター4に押付力Fを付与した状態で、押付治具8のパイプ82及びプロテクター4の止まり孔44を介してプロテクター4の内部に高温水蒸気を供給する。
Therefore, in the fourth step S4, first, the
上述したように、プロテクター4は連続気泡発泡ウレタンなどの連続気泡を有する発泡樹脂により形成されており、連続気泡を有する発泡樹脂は気泡同士がつながったスポンジ構造である。従って、パイプ82及びプロテクター4の止まり孔44を介して供給された高温水蒸気は、つながった気泡を経由してプロテクター4の内部に放出され、塗布されたFIPG7の全範囲まで容易に行き渡り、FIPG7を加熱及び加湿できる。これによって、FIPG7を均一に硬化させることができる。また、このとき、押付治具8に内蔵されたヒータ85を用いて押付治具8を同時に加熱することにより、供給された高温水蒸気の温度低下を抑制できるとともに、プロテクター4を介してFIPG7に伝熱することでFIPGを加熱できる。
As described above, the protector 4 is made of a foamed resin having open cells such as open-cell foamed urethane, and the foamed resin having open cells has a sponge structure in which the cells are connected to each other. Therefore, the high-temperature steam supplied through the
そして、塗布されたFIPG7を完全に硬化した後、押付治具8をスライドしてプロテクター4から外す。これによって、タンク1が製造される。
After the applied
なお、以上の説明では、補強層3の外表面におけるドーム部に対応する位置にFIPGを塗布する例を挙げたが、これに代えてプロテクター4の内面43にFIPGを塗布してもよく、補強層3の外表面におけるドーム部に対応する位置及びプロテクター4の内面43の双方にFIPGを塗布してもよい。
In the above description, an example of applying FIPG to a position corresponding to the dome portion on the outer surface of the reinforcing
本実施形態に係るタンク1の製造方法では、プロテクター4の止まり孔44と該止まり孔44に挿入されるパイプ82とを介して高温水蒸気をプロテクター4の内部に供給することにより、補強層3とプロテクター4との間に塗布されたFIPG7を高い温度で加湿することができる。加えて、止まり孔44を用いるため、パイプ82の先端から出た高温水蒸気は、止まり孔44の閉鎖端に堰き止められてタンク1の径方向に拡散することで、FIPG7の全範囲に容易に行き渡り、FIPG7を硬化させることができる。更に、プロテクター4は連続気泡を有する発泡樹脂により形成されるので、高温水蒸気が連続気泡を経由してFIPG7の全範囲に容易に行き渡り、FIPG7を効率良く硬化させることができる。その結果、FIPG7の硬化時間を短縮することができる。
In the method of manufacturing the
また、FIPG7の硬化時間を短縮することにより、硬化に必要な熱エネルギを低減することができるので、省エネルギを実現できる。更に、FIPG7の硬化時間を短縮できるので、製造工程内の製品在庫数の低減に寄与することができる。また、本実施形態では、振動素子で発生させる低温霧ではなく、高温水蒸気(冷えて白霧化したものを含む)を使うので、FIPG7の硬化に好適な高温高湿の環境を提供することができる。
Also, by shortening the curing time of the
更に、高温水蒸気が容易にFIPG7の全範囲に行き渡るので、FIPG7の加熱ムラの発生を防止し、FIPG7の硬化を十分確保できる。その結果、プロテクター4と補強層3との接着品質を向上する効果を期待できる。
Furthermore, since the high-temperature steam easily spreads over the entire range of the
なお、プロテクター4に設けられた孔としては、止まり孔44に代えて該プロテクター4を貫通する貫通孔であってもよく、あるいは止まり孔44と貫通孔との組み合わせであってもよい。貫通孔を用いた場合、パイプ82の先端から出た高温水蒸気は、直接FIPG7を加熱及び加湿できるとともに、更に補強層3に堰き止められてタンク1の径方向に拡散できるので、FIPG7の全範囲に容易に行き渡り、FIPG7を硬化させることができる。
The hole provided in the protector 4 may be a through hole passing through the protector 4 instead of the
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。 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 invention described in the claims. Changes can be made.
1:タンク、2:ライナー、3:補強層、4:プロテクター、5:第1端口金、6:第2端口金、7:FIPG、8:押付治具、21:胴体部、22:第1ドーム部、23:第2ドーム部、41:開口部、42:外面、43:内面、44:止まり孔、51,61:口金本体部、52,62:鍔部、81:開口部、82:パイプ、83:ギャラリー、84:配管、85:ヒータ
1: tank, 2: liner, 3: reinforcing layer, 4: protector, 5: first end cap, 6: second end cap, 7: FIPG, 8: pressing jig, 21: body, 22: first Dome part 23: Second dome part 41: Opening part 42: Outer surface 43: Inner surface 44:
Claims (1)
前記補強層の外表面における前記ドーム部に対応する位置、及び、外側となる外面と前記補強層に面する内面と前記外面から前記内面に向かって延びる複数の孔とを有する前記プロテクターの前記内面の少なくとも一方に、FIPGを塗布する工程と、
前記プロテクターの前記内面と前記補強層の前記ドーム部に対応する位置とを当接するように、前記プロテクターを前記補強層の外表面に配置する工程と、
前記プロテクターの前記孔を介して高温水蒸気を前記プロテクターの内部に供給することによりFIPGを硬化させる工程と、
を含むことを特徴とするタンクの製造方法。
A liner having a cylindrical body and dome portions provided at both ends in the axial direction of the body, a reinforcing layer covering the liner, and a breathable resin material fixed to the outer surface of the reinforcing layer. A method of manufacturing a tank comprising: a formed protector;
The inner surface of the protector having a position corresponding to the dome portion on the outer surface of the reinforcing layer, an outer surface serving as the outside, an inner surface facing the reinforcing layer, and a plurality of holes extending from the outer surface toward the inner surface. A step of applying FIPG to at least one of
disposing the protector on the outer surface of the reinforcing layer so that the inner surface of the protector and the position corresponding to the dome portion of the reinforcing layer are in contact;
a step of curing the FIPG by supplying high-temperature steam to the inside of the protector through the holes of the protector;
A method for manufacturing a tank, comprising:
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