JP4232210B2 - Fiber reinforced plastic pressure vessel - Google Patents
Fiber reinforced plastic pressure vessel Download PDFInfo
- Publication number
- JP4232210B2 JP4232210B2 JP03706798A JP3706798A JP4232210B2 JP 4232210 B2 JP4232210 B2 JP 4232210B2 JP 03706798 A JP03706798 A JP 03706798A JP 3706798 A JP3706798 A JP 3706798A JP 4232210 B2 JP4232210 B2 JP 4232210B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- pressure vessel
- metal
- conductive
- fibers
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 title claims description 28
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 title claims description 28
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 83
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 14
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 14
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 11
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 2
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 64
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 24
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 3
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 3
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000234295 Musa Species 0.000 description 2
- 235000018290 Musa x paradisiaca Nutrition 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 2
- WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1-pentene Chemical compound CC(C)CC=C WSSSPWUEQFSQQG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018185 Al—Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019589 Cr—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002060 Fe-Cr-Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OWXLRKWPEIAGAT-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Cu] Chemical compound [Mg].[Cu] OWXLRKWPEIAGAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000000071 blow moulding Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N copper silver Chemical compound [Cu].[Ag].[Ag] YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000009730 filament winding Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001175 rotational moulding Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、各種の圧力容器、特に繊維強化プラスチック(FRP)からなる耐圧ボンベに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にCNGタンク(Compressed Natural Gas Tank)と呼ばれる天然ガス自動車搭載用の圧力容器を軽量/高性能化するために、スチールやアルミニウムなどの金属製のライナー、ポリエチレンなどのプラスチック製のライナーの外側に、ガラス繊維や炭素繊維などの高強度繊維と樹脂からなる繊維強化プラスチック(以下FRPと略す)を形成した圧力容器が米国を中心に開発・市販されている。また、病院などで使用したり、消防士が使用する空気呼吸器においても軽量のFRP製圧力容器が市販されている。
【0003】
これら容器は、定められた環境下で使用することが義務付けられているが、自然環境というものは使用者、時には設計者の予測を超える過酷なものとなることがありうる。
【0004】
通常容器には、温度や湿度等を記録する仕組みはないため、設計上考慮されていない条件下に晒された容器は不慮の事態を引き起こすことは完全には否定できない。
【0005】
ガス漏れや容器の破裂による災害を防いで、容器の安全性を確保するために、定期的な容器の検査が義務づけられて(例えば、高圧ガス保安協会の保守基準HKS−S016)はあるものの、不慮の事態をより確実に防ぐためには、容器の環境を一定に保つことが必要といえる。
【0006】
容器の環境を一定に保つには、容器を温度コントロールした部屋(いわゆる温調室)に閉じこめておく方法があるが、自動車の場合そういった対策を講ずる、空間的および経済的余地余裕がないばかりか、軽量という利点も犠牲になりかねない。
【0007】
容器自体が容器の温度、湿度を自動調節し、さらには、万が一容器が不慮の事態につながる損傷を生じた可能性がある場合には、容器自体がそのことを使用者などに知らせる(音や光などのなんらかの形で提示する)ことができれば、安全上非常に好ましい容器であり、社会から望まれている発明といえる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の圧力容器の上述した問題点を解決し、軽量であるのは勿論のこと、圧力容器の温度、湿度を調節することを可能とした信頼性・安全性に優れる圧力容器を提供することにある。また、もう一つの目的は、容器の検査が容易で、さらにはオンタイムで容器の損傷状態や残存寿命を使用者に知らせることを可能とした圧力容器を提供することにある。
【0009】
また、この発明の他の目的は、そのような圧力容器を低コストで製造する方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、少なくとも1つの開口部と、金属またはプラスチック製の内殻と、繊維強化プラスチック(以下FRP)製の外殻とを有してなる圧力容器であって、前記外殻を構成する繊維強化プラスチック中には、金属繊維、または、金属メッキ、金属塗装、もしくは金属コーティングされている繊維からなる通電用の導電繊維が含まれているとともに、前記導電繊維および/または前記補強繊維には絶縁体が被覆されている圧力容器を提供する。
【0011】
また、この発明は、そのような圧力容器を製造する方法として、内殻の周りに、フィラメントワインド法またはテープワインド法を用いて、導電繊維を全部または一部巻き付けて外殻を形成することを特徴とする、ボンベの製造方法を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の圧力容器に充填されるガスの種類としては、特に限定されず、前述のごとき天然ガスの他、水素、窒素、酸素、アルゴンガス、アセチレンガス、ヘリウムガス、有機ガス等が挙げられる。
【0013】
この発明を一実施態様に基づいて詳細に説明する。
【0014】
図1において、内殻1を覆うように設けた耐圧性の外殻2を有し、全体としては、胴部9と、それに続く鏡板部10と、開口部としてノズル取付部3とを有し、ノズル取付部には、ノズル取付金具4が装着され、そのノズル取付金具4にノズル5が取り付けられている。外殻2を構成するFRPは、補強繊維7と導電繊維8を含む。
【0015】
圧力容器に天然ガスの他、水素、窒素、酸素、アルゴンガス、アセチレンガス、ヘリウムガス、有機ガス等が、常圧(約1気圧)から700気圧で貯蔵されており、ノズルを通して定常あるいは非定常の流量で使用される。天然ガス自動車の場合などは、電磁弁により微妙な流量調節を行う。
【0016】
上記において、内殻1は、ガス漏れを防ぐ機能および耐圧の一部(特に軸方向の耐圧)を負担する機能をもち、金属、プラスチック、あるいはこれらの複合物からなる。
【0017】
内殻1の金属としては、例えばスチールや、アルミニウム合金、あるいはマグネシウム合金、チタン合金等の軽合金で作られている。金属製の内殻の厚みは、ガス漏れを防ぐ目的の場合は数mm程度の厚みでよいが、耐圧を負担することを目的とする場合には有限要素法(FEM)などによる応力計算により、負担させたい応力に応じた肉厚とすることが通常である。
【0018】
内殻1のプラスチックとしては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ABS樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、あるいはこれら樹脂の複合層で作られていても良い。
【0019】
内殻1のプラスチックは、プラスチック製ライナーとしてガスバリア性を求められることがあるので、ガスの種類によって樹脂の種類を選定する。
【0020】
金属性の内殻の製造法としては、鋳造、鍛造の他、円筒部(胴部)と半球部(ドーム部)を溶接したり、深絞り加工した後スピニング加工してドーム部を形成したりする公知の製造法のいずれを用いても良い。
【0021】
プラスチック製の内殻の製造法としては、ブロー成形、回転成形、射出成形、熱融着成形などこれもまた公知のいずれの製造法を用いても差し支えない。
【0022】
後述する外殻中に存在する導電繊維との関連では、電気漏れを避けるために、樹脂製の内殻であることが好ましいが、金属製の内殻においても外殻との間に非電導性の層を設ける(例えば、ガラスやアラミド繊維の補強FRP層、ゴム、紙などの絶縁層を設ける)たり、塗装、メッキ等を施すことで回避できる。
【0023】
一方、外殻2は、高強度、高弾性率である、補強繊維として用いられる炭素繊維および樹脂からなる繊維強化プラスチック(FRP)であり、通電用の導電繊維をライナーとの境界部、FRPの内部、またはFRPの表面に含んでいる。
【0025】
これは、軽量化という点では炭素繊維が最も優れるためである。
【0027】
また、上記補強繊維には、後述する樹脂との接着を向上させるために、表面処理やサイジング剤が付与されていると好ましい。
【0028】
次に、補強繊維の伸度は、3%以下であることが好ましい。伸度がこれ以上だと後述する導電繊維が衝撃などにより補強繊維より先に破損する可能性があるからである。
【0029】
炭素繊維は、実質的に炭素元素だけからなる繊維状の炭素材料であり、原料であるポリアクリルニトリルを加熱焼成して得られるPAN系炭素繊維と、ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維がある。中でも、PAN系の炭素繊維は比強度が高く好ましい。通常、単糸を6000本から200000本からなるストランドを3〜10本束ねて(合糸して)使用する。
【0030】
尚、補強繊維が炭素繊維であるので、後述する金属繊維などの導電繊維との電気的な短絡を避ける目的で、炭素繊維をナイロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性の繊維で被覆したカバリング糸とすること、絶縁性の塗料を塗布する、メッキを施すなどにより絶縁体を被覆する処理を行う。この場合、軽量化効果は著しく向上する。
【0031】
次に、本発明の圧力容器のFRP外殻を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ABS樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ−4−メチルペンテン−1樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂、ゴム材などを用いることができる。特に、導電繊維を含む場合には、通電に伴う発熱による熱劣化の少ない、ガラス転移温度が80℃以上の樹脂であることが好ましい。また、熱伝導率が0.1W/mK〜100W/mKの範囲内である樹脂が好ましい。
【0032】
また、熱伝導率を向上させるために樹脂内にアルミニウムなどの金属粉やカーボンブラックなど熱導電性を高める無機粒子などを混入させても差し支えない。
【0033】
ところで、内圧によって生ずる圧力容器の軸方向における引張張力と周方向における引張張力との比は、ほぼ1:2になる。内殻が厚肉の金属製であり軸方向の耐圧に耐える場合には、補強繊維の配列角度(巻き角度)は、内殻の胴部に圧力容器の軸方向に対して、±75゜〜±105゜、好ましくは±85゜〜±100゜の角度で配することが好ましい。
【0034】
また、内殻がプラスチック製であったり、薄肉の金属であるような軸方向の耐圧ができないような場合には、外殻が軸方向の耐圧もカバーしなくてはならないので、補強繊維は圧力容器の軸方向に対して、少なくとも±5゜〜±50゜の角度で配された補強繊維の層と、±75゜〜±105゜、好ましくは±85゜〜±100゜の角度で配された補強繊維の層という構成を有するのが好ましい。
【0035】
勿論これら巻き角度以外の巻き構成を、衝撃などの特性をさらに向上させるために用いても差し支えない。
【0036】
なお、胴部と鏡板部との境界部分は内圧による曲げ応力が作用するから、少し厚く構成しておくのが好ましい。
【0037】
また、各層の層間に上述した補強繊維のマットや不織布と樹脂とのFRP層を介在させたり、同様のFRP層を最外層として形成しておくと、衝撃エネルギーを分散させることができるようになって衝撃性能や耐擦過性能、耐溶剤性能が一層向上するようになる。同様に、最外層を、耐衝撃性に優れたガラス繊維や有機繊維と樹脂とのFRP層として形成したり、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂等による樹脂層として形成することもできる。
【0038】
次に、本発明の通電用の導電繊維としては、スチールワイア、アルミニウム素線、銅線、ニクロム線、鋼線をはじめとする各種の金属繊維、あるいは、表面にニッケルや銀などの金属をメッキ、塗装あるいはコーティングした有機繊維およびセラミック繊維、炭素繊維などの無機繊維などを使用する。ここで、導電繊維は、導電性ワイヤまたはケーブルも含む。
【0039】
なお、本発明の通電用の導電繊維とは、導電繊維が電気的に連続して連なってる状態にあり、導電繊維を通じて通電できるものである。これら導電繊維は後述する通電用ターミナル(電極)に接続されており、通電することで発熱させて容器を昇温させたり、乾燥させたり、抵抗値などの電気特性を測定して容器の損傷を検出したりすることに利用できる。
【0040】
発熱/乾燥用の繊維として好ましい金属繊維は、断面積が1×10-5mm2〜100mm2の範囲にある白金、タングステン、モリブデン、銀、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム、銅、鋼、及びこれらの合金、Ni−Cr合金(ニクロム合金とも呼ばれる)、Ni−Cr−Fe合金、Fe−Cr−Al合金、Fe−Cr−Al−Co合金、銅−銀合金、銅−ニッケル系合金、銅−マグネシウム系合金、銅−アルミニウム系合金等からなる丸線状、帯状、扁平状、平繊状の金属繊維あるいは金属ワイヤあるいは金属ケーブルである。
【0041】
断面積が上記範囲内である理由は、これ以下だと発熱が不十分となる可能性があり、これ以上であると軽量性を損ねる可能性があるからである。これら繊維状金属は単線として使用しても撚りあわせるなどして複線として使用しても差し支えない。
【0042】
また、同一金属あるいは異種の金属繊維をよりあわせたり、メッシュ状、織物状などの面状、シート状にしても差し支えない。
【0043】
金属および合金の好ましい比抵抗(あるいは体積抵抗率ともいう)は、2μΩ・cm〜200μΩ・cmの範囲のものが好ましい。急速で高温の昇温が必要な場合は比抵抗が80〜200μΩ・cmの範囲の金属が、比較的低速の昇温が必要な場合は2〜80μΩ・cmの範囲のものが好ましい。比抵抗が上記範囲より小さいと昇温に時間がかかりすぎ、大きいと大電圧が必要となるからである。尚、体積抵抗率はJIS C2525により測定する。
【0044】
比較的低速の昇温で好ましいのは、銅合金およびニクロム合金であり、中でも特開昭52−120222に開示されている銅−アルミニウム合金系発熱体は、適当な可とう性と比抵抗を与えるので好ましい。
【0050】
また、前記した補強繊維は炭素繊維であるので、導電繊維との電気的短絡を防止する目的で、通電用の導電繊維をセラミックや高分子からなる絶縁体で被覆、塗装したり、絶縁性の繊維やフィルムで覆うことにより絶縁体を被覆する処理を行っても良い。
【0051】
これら導電繊維は、容器の外殻内面、外殻内部、外殻表面、あるいはこれらのいずれかにまたがって配置させることができる。
【0052】
外殻内面、外殻内部、外殻表面とは容器の肉厚を1/3等分した場合の、内殻側からの呼び名で、外殻内面に導電繊維を配置させると内殻も短時間に昇温でき、外殻内部に導電繊維を配置させると補強繊維で導電保護をでき、外殻表面に配置させると導電繊維を補修することができるという特徴を有する。導電繊維の配列のさせ方は、補強繊維と同じようにすると、成形効上最も効率がよいが、特定の方向の昇温、乾燥、損傷を検出したい場合には、補強繊維と異なる方向に配列させてもよい。
【0053】
導電繊維は1本の長繊維であってもよいし、メッシュや織物などの面状となって互いに交差していても差し支えない。
【0054】
通常、容器全体をくまなく昇温することが必要であるので、導電繊維は容器の表面積の半分以上を覆っていることが好ましいが、昇温したい箇所が容器全体ではなく、一部であり、あらかじめ分かっている場合には、その箇所に、導電繊維を高密度に配列させておくとよい。例えば、口金部付近を昇温したい場合には、口金付近に導電繊維を高密度で配置し、胴部を加熱・乾燥したい場合には胴部に均等あるいは、粗密を持たせて配列する。尚、導電繊維は重ねて配列されていてもかまわない。
【0055】
容器を乾燥させるという目的の場合も、容器の表面積の半分以上を覆っていることが好ましい。さらに、外殻の表面付近(外殻の厚みを1/3等分した場合の外側表面)に位置させると吸湿を抑制するという点でより好ましい。さらに、アルミニウム箔などの金属箔をはじめとする面状体を乾燥用発熱体として併用すると、水分の進入をより効果的に抑制することができて好ましい。
【0056】
容器の損傷具合を検出する場合には、導電繊維には伸度が補強繊維よりも小さい繊維を含むことが好ましい。特に限定されるものではないが、導電繊維の伸度は、補強繊維の伸度の80%以下であることが好ましい。補強繊維よりも伸度が小さいことで、補強繊維よりも先に破断し、導電繊維の抵抗値などの電気特性がより敏感に変化するからである。
【0057】
また、内殻付近に導電繊維を多く巻き付けると、この付近は径方向、周方向応力ともに大きい領域であり、初期の損傷を一速く検出できてガス漏れを防止できる。外殻表層付近に多く巻き付けると、異物による衝撃などの外部からの損傷を早期に検出できる。
【0058】
次に、通電用のターミナル(電極あるいは端子ともいう)は、銅(銅合金を含む)、銀、スチール、アルミニウム(アルミニウム合金を含む)などからなり、導電繊維とはハンダなどの合金や導電性ポリマーで結節されたり、ネジやバネやかしめなどにより機械的に圧締することで連結されている。
【0059】
ターミナルの形状は、プラグ、ピン、棒等の凸状、ソケットなどの凹状でもよいし、起伏のない面状、起伏を有する面状であったりする。通電を専用の用具などを使用せず、不定期あるいは臨時に行う場合には、突起状がクリップなどで通電できるので好ましい。
【0060】
より具体的には、汎用のテスターなどによるモニターを可能にするため、市販のバナナ端子などの汎用端子が接続しやすいようにバナナメス端子規格径の金属端子などを接続してもよいし、ワニ口クリップが接続し易いようにクリップが挟める厚みの部分を設けても良い。また、ネジを切っておいて、ネジ式で他の部品との接続を可能とするようにしておいてもよい。面状である場合は占有空間が少なくて済むので好ましい。
【0061】
尚、非通電時などにおいて、ターミナル部の損傷や汚れによる電気的な障害の発生を防ぐために、ターミナル部は布やプラスッチクのカバーなどで保護しておけるようにしておくことが好ましい。ネジを切った場合などは、ゴムやプラスッチク製などの蓋を装着して置くようにすることが好ましい。
【0062】
通電ターミナルは、口金付近に設けるとノズルや口金やバルブの点検時に同時に点検できるので好ましいが、ターミナルを複数にしておいて、それら全部に同時に通電して全体を組まなく昇温してもよいし、複数のターミナルのうちのいくつかに通電して局部的に昇温、あるいは乾燥させても差し支えない。この場合、ターミナルの位置は容器の開口部以外に分散させてもかまわない。また、ノズル取り付け金具にネジを切ったり、端子接続用の構造にしてこれをターミナルとしても差し支えない。
【0063】
尚、損傷検出の場合には、2カ所以上のターミナルを組み合わせて利用することで、損傷検出の精度が向上する。
【0064】
通電の仕方としては、一定電圧をかける方法(定圧法)、一定の電流を流す方法(定電法)、パルス状やサイン波状に周期的に電圧をかけたり電流を流す方法がある。
【0065】
バイメタル方式やサーモスタット式などの機械的方式により、容器温度の変化に伴って、一定の電圧あるいは電流をながす方法も有効であるが、温度センサーと連動させて通電量をコンピュータ制御する方が、より容器の温度を狭い範囲でコントロールすることができて好ましい。
【0066】
尚、温度センサーとしては、熱電対、サーミスタ測温体、光ファイバーを使用する方法、赤外線センサー等の非接触温度センサーを利用する方法などがある。また、通電用の導電繊維の抵抗値も温度に依存するので、これを利用してもかまわない。
【0067】
尚、オンラインで昇温、乾燥、損傷を検出する場合は、自動車搭載のバッテリーあるいは、専用の電源から通電し、抵抗値あるいは通電量(電流)を表示する計器を容器の一部として取り付けるか、運転席のインパネなどの車内、ガス充填口などの車外からでもモニター及びコントロールができるようにすることができる。モニターだけでなく、警告のブザーがなるようにしたり、警告のランプが点灯するようにすると、さらに好ましい。さらに好ましくは、警告のランプを多段階とし、損傷の程度が一目でわかるようにしてもよい。
【0068】
次に、導電繊維をFRP中に埋設する場合には、補強繊維の巻き付け時と同時に行うか、あるいは、補強繊維の巻き付け工程を1度以上中断して導電繊維のみを配列させてもかまわない。補強繊維と同時に巻き付ける場合には、導電繊維は補強繊維と同等以上の工程通過性などが必要であり、補強繊維と導電繊維をあらかじめ(巻き付け工程以前に)合糸するなどして、一体化させておいても差し支えない。導電繊維が織物あるいはメッシュ構造の場合などでは、縦糸、あるいは/および横糸の一部を補強繊維にしても差し支えない。
【0069】
また、損傷検出という観点からは導電繊維の破断伸度は、補強繊維の破断伸度と同じかそれ以下であることが望ましい。補強繊維と同時または、それ以前に導電繊維が破断し、より安全サイドでボンベの損傷を検出できるからである。
【0070】
使用する導電繊維の量は、外殻を主として構成するFRPの補強繊維よりも少なくするのが好ましいが、昇温したい箇所、乾燥したい箇所、検出したい箇所/領域が多いほど増える。容器外殻の補強繊維が炭素繊維である場合には、FRPの補強繊維全てが炭素繊維であってもよい。この場合容器の重量は極めて軽量化する事ができる。補強繊維と導電繊維を兼ねる場合を除き、通常、導電繊維の量は補強繊維の20%以下であることが好ましい。
【0071】
次に、本発明の容器を成形する方法としては、フィラメントワインド法、テープワインド法、プルワインド法など公知のあらゆる成形法を用いることができる。導電繊維は、形態によって、補強繊維と同一のプロセスで配置することも、オフラインで配置させることもできる。
【0072】
また、成形時に導電繊維に通電して樹脂の硬化を調節したり、内殻と外殻を融着接合させたりすることにも利用できる。
【0073】
具体的には、フィラメントワインド後のFRP外殻をオーブン(炉)などで硬化させる際に、外殻中に配した導電繊維に通電して、オーブン硬化で起こりがちな内外層差(樹脂の硬化度が内層と外層でことなること)、あるいは反応熱による樹脂の暴走反応を抑制することができる。
【0074】
また、内殻の材料に、外殻のFRPより線膨張係数が大きい材料、例えば、熱可塑プラスチックやアルミニウムを使用している場合には、外殻の硬化後の熱収縮による内殻と外殻の剥がれ/剥離が生じることがあるが、これを抑制するために、内殻に近い外殻の内部または外殻の内面に配した導電繊維に通電、発熱させて内殻と外殻を融着させることができる。この際、内殻と外殻の間に導電繊維の発熱により融解するあるいは内殻材および外殻材料と反応する接着剤、バインダー材、相溶剤等を挿入させておいてもよい。
【0081】
【発明の効果】
本発明の圧力容器は、少なくとも1つの開口部と、金属またはプラスチック製の内殻と、補強繊維として炭素繊維が用いられた繊維強化プラスチック製の外殻とを有してなる圧力容器であって、前記外殻を構成する繊維強化プラスチック中には、金属繊維、または、金属メッキ、金属塗装、もしくは金属コーティングされている繊維からなる通電用の導電繊維が含まれているとともに、前記導電繊維および/または前記補強繊維には絶縁体が被覆されていることから、容器の温度、湿度を調節でき、万が一容器が不慮の事態につながることを抑制できると共に、損傷を生じた可能性がある場合には、非破壊によりそのことを検知することができる、安全上非常に好ましい容器であり、社会から望まれている発明といえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施態様に係わるボンベの概略縦断面図である。
【図2】 図1のA−A’での断面図である。
【符号の説明】
1:内殻
2:外殻
3:ノズル取付部(開口部)
4:ノズル取付金具
5:ノズル
6:ターミナル
7:補強繊維(束)
8:導電繊維
9:胴部
10:鏡板部[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to various pressure vessels, in particular, a pressure cylinder made of fiber reinforced plastic (FRP).
[0002]
[Prior art]
In order to reduce the weight and performance of a pressure vessel mounted on a natural gas vehicle, commonly called a CNG tank (Compressed Natural Gas Tank), on the outside of a liner made of metal such as steel or aluminum, or a liner made of plastic such as polyethylene, Pressure vessels formed of fiber-reinforced plastic (hereinafter abbreviated as FRP) made of high-strength fibers such as glass fiber and carbon fiber and resin are developed and marketed mainly in the United States. Also, lightweight FRP pressure vessels are commercially available for use in hospitals and in air respirators used by firefighters.
[0003]
These containers are required to be used in a defined environment, but the natural environment can be severer than the user, and sometimes the designer, predicts.
[0004]
Since normal containers do not have a mechanism for recording temperature, humidity, etc., it cannot be completely denied that containers exposed under conditions that are not considered in the design can cause unexpected situations .
[0005]
To prevent disasters caused by rupture of a gas leak or a container, in order to ensure the safety of the vessel, inspection of regular container is kicked obligated (for example, maintenance standard of High Pressure Gas Safety Institute of Japan HKS-S016) is Oh However, it can be said that it is necessary to keep the environment of the container constant in order to more surely prevent unexpected situations.
[0006]
In order to keep the environment of the container constant, there is a method of keeping the container in a temperature controlled room (so-called temperature control room), but in the case of automobiles, there is not enough room for space and economy to take such measures. The advantage of light weight can be sacrificed.
[0007]
The container itself automatically adjusts the temperature and humidity of the container. In addition, if the container is likely to be damaged leading to an unexpected situation, the container itself informs the user (such as sound and If it can be presented in some form such as light), it is a very preferable container for safety and can be said to be an invention desired by society.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional pressure vessel and not only to be lightweight, but also to be able to adjust the temperature and humidity of the pressure vessel. To provide a container. Another object is easy inspection of the container, further to provide a pressure vessel which enables and Turkey informs vessel damage status and remaining lifetime to a user on time.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a pressure vessel at a low cost.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention is a pressure vessel comprising at least one opening, an inner shell made of metal or plastic, and an outer shell made of fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP). The fiber reinforced plastic constituting the outer shell contains a conductive fiber for energization made of a metal fiber or a metal-plated, metal-painted, or metal-coated fiber, and the conductive fiber and A pressure vessel is provided in which the reinforcing fibers are coated with an insulator .
[0011]
Further, according to the present invention, as a method of manufacturing such a pressure vessel, the outer shell is formed by winding all or part of the conductive fiber around the inner shell using the filament wind method or the tape wind method. A cylinder manufacturing method is provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The kind of gas filled in the pressure vessel of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include hydrogen, nitrogen, oxygen, argon gas, acetylene gas, helium gas, and organic gas in addition to the natural gas as described above.
[0013]
The present invention will be described in detail based on one embodiment.
[0014]
In FIG. 1, it has the pressure | voltage resistant
[0015]
In addition to natural gas, hydrogen, nitrogen, oxygen, argon gas, acetylene gas, helium gas, organic gas, etc. are stored in the pressure vessel at normal pressure (about 1 atm) to 700 atm. Used at a flow rate of In the case of a natural gas vehicle, the flow rate is finely adjusted by a solenoid valve.
[0016]
In the above, the inner shell 1 has a function of preventing gas leakage and a function of bearing a part of pressure resistance (particularly axial pressure resistance), and is made of metal, plastic, or a composite thereof.
[0017]
The metal of the inner shell 1 is made of a light alloy such as steel, an aluminum alloy, a magnesium alloy, or a titanium alloy, for example. The thickness of the metal inner shell may be a thickness of several millimeters for the purpose of preventing gas leakage, but when the purpose is to bear the pressure resistance, the stress calculation by the finite element method (FEM), etc. The wall thickness is usually in accordance with the stress to be borne.
[0018]
The plastic of the inner shell 1 may be made of polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide resin, ABS resin, polybutylene terephthalate resin, or a composite layer of these resins.
[0019]
Since the plastic of the inner shell 1 may be required to have a gas barrier property as a plastic liner, the type of resin is selected according to the type of gas.
[0020]
As a manufacturing method of metallic inner shell, in addition to casting and forging, the cylindrical part (body part) and the hemisphere part (dome part) are welded, or after deep drawing and spinning, the dome part is formed. Any known manufacturing method may be used.
[0021]
As a manufacturing method of the plastic inner shell, any known manufacturing method such as blow molding, rotational molding, injection molding, and heat fusion molding may be used.
[0022]
In order to avoid electrical leakage, the resin inner shell is preferable in relation to the conductive fiber existing in the outer shell described later. However, the metal inner shell is also non-conductive between the outer shell and the outer shell. This can be avoided by providing a layer (for example, providing a reinforcing FRP layer of glass or aramid fiber, an insulating layer such as rubber or paper), coating, plating or the like.
[0023]
On the other hand, the
[0025]
This is in terms of weight reduction because the carbon-containing fibers most excellent.
[0027]
The reinforcing fiber is preferably provided with a surface treatment or a sizing agent in order to improve adhesion with a resin described later.
[0028]
Next, the elongation of the reinforcing fiber is preferably 3% or less. This is because if the elongation is higher than this, the conductive fiber described later may be broken before the reinforcing fiber due to impact or the like.
[0029]
Carbon fiber is a fibrous carbon material substantially composed of only carbon elements. There are PAN-based carbon fibers obtained by heating and firing polyacrylonitrile as a raw material, and pitch-based carbon fibers using pitch as a raw material. . Among these, PAN-based carbon fibers are preferable because of their high specific strength. Usually, 3 to 10 strands of 6,000 to 200,000 single yarns are bundled (combined).
[0030]
Since the reinforcing fiber is a carbon fiber , the carbon fiber is coated with an insulating fiber such as a nylon fiber, a polyethylene fiber, or a polyester fiber in order to avoid an electrical short circuit with a conductive fiber such as a metal fiber described later. A covering yarn is applied, an insulating coating is applied, plating is performed, and the like is applied to the insulator. In this case, the weight reduction effect is remarkably improved.
[0031]
Next, as the resin constituting the FRP outer shell of the pressure vessel of the present invention, thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, phenol resins, modified epoxy resins, polyamide resins, polyethylene terephthalate Resin, ABS resin, polyether ketone resin, polyphenylene sulfide resin, poly-4-methylpentene-1 resin, thermoplastic resin such as polypropylene resin, rubber material, and the like can be used. In particular, when a conductive fiber is included, it is preferable that the resin has a glass transition temperature of 80 ° C. or higher with little thermal deterioration due to heat generation due to energization. A resin having a thermal conductivity in the range of 0.1 W / mK to 100 W / mK is preferable.
[0032]
Further, in order to improve the thermal conductivity, metal particles such as aluminum or inorganic particles that increase thermal conductivity such as carbon black may be mixed in the resin.
[0033]
By the way, the ratio between the tensile tension in the axial direction of the pressure vessel caused by the internal pressure and the tensile tension in the circumferential direction is approximately 1: 2. When the inner shell is made of a thick metal and can withstand the pressure resistance in the axial direction, the arrangement angle (winding angle) of the reinforcing fibers is ± 75 ° to the axial direction of the pressure vessel in the body portion of the inner shell. It is preferable to arrange at an angle of ± 105 °, preferably ± 85 ° to ± 100 °.
[0034]
In addition, if the inner shell is made of plastic or is not a thin metal and cannot withstand pressure in the axial direction, the outer shell must also cover the axial pressure resistance. Reinforcing fiber layers disposed at an angle of at least ± 5 ° to ± 50 ° with respect to the axial direction of the container, and an angle of ± 75 ° to ± 105 °, preferably ± 85 ° to ± 100 ° It is preferable to have a configuration of reinforcing fiber layers.
[0035]
Of course, winding configurations other than these winding angles may be used to further improve characteristics such as impact.
[0036]
In addition, since the bending stress by an internal pressure acts on the boundary part of a trunk | drum and an end plate part, it is preferable to comprise a little thickly.
[0037]
Also, if the above-mentioned reinforcing fiber mat or nonwoven fabric-resin FRP layer is interposed between the layers, or if a similar FRP layer is formed as the outermost layer, the impact energy can be dispersed. Thus, impact performance, scratch resistance, and solvent resistance are further improved. Similarly, the outermost layer can be formed as an FRP layer of glass fiber or organic fiber and resin excellent in impact resistance, or can be formed as a resin layer of polyethylene resin, polyamide resin, urethane resin or the like.
[0038]
Then, as the conductive fibers for conduction of the present invention, the steel wire, aluminum wire, copper wire, nichrome wire, various metal fibers, including steel wires, or the metals such as nickel or silver on the surface plated, painted or coated organic fibers and ceramic fibers, and inorganic fibers such as carbon fiber used. Here, the conductive fiber also includes a conductive wire or cable .
[0039]
The conductive fiber for energization of the present invention is a state in which the conductive fibers are electrically continuously connected and can be energized through the conductive fibers. These conductive fibers are connected to energization terminals (electrodes), which will be described later. When energized, the containers generate heat and the container is heated, dried, or measured for electrical properties such as resistance to damage the container. It can be used for detection.
[0040]
Preferred metal fibers as fibers for heating / drying, platinum cross-sectional area in the range of 1 × 10 -5 mm 2 ~100mm 2 , tungsten, molybdenum, silver, aluminum, nickel, magnesium, copper, steel, and their Alloy, Ni-Cr alloy (also called Nichrome alloy), Ni-Cr-Fe alloy, Fe-Cr-Al alloy, Fe-Cr-Al-Co alloy, copper-silver alloy, copper-nickel alloy, copper-magnesium It is a round wire-like, strip-like, flattened, flat-fibrous metal fiber, metal wire, or metal cable made of a metal alloy, copper-aluminum alloy, or the like.
[0041]
The reason why the cross-sectional area is within the above range is that heat generation may be insufficient if it is less than this range, and lightness may be impaired if it is more than this range. These fibrous metals can be used as a single wire or as a double wire by twisting them.
[0042]
Also, the same metal or different metal fibers may be combined together, or may be in the form of a surface such as a mesh or fabric, or a sheet.
[0043]
A preferable specific resistance (also referred to as volume resistivity) of the metal and the alloy is preferably in the range of 2 μΩ · cm to 200 μΩ · cm. A metal having a specific resistance in the range of 80 to 200 μΩ · cm is preferable when a rapid and high temperature increase is required, and a metal in the range of 2 to 80 μΩ · cm is preferable when a relatively low temperature increase is required. This is because if the specific resistance is smaller than the above range, it takes too much time to raise the temperature, and if the specific resistance is larger, a large voltage is required. The volume resistivity is measured according to JIS C2525.
[0044]
A copper alloy and a nichrome alloy are preferred at a relatively low temperature rise. Among them, the copper-aluminum alloy-based heating element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 52-120222 gives appropriate flexibility and specific resistance. Therefore, it is preferable.
[0050]
In addition, since the above-described reinforcing fiber is a carbon fiber , the conductive fiber for energization is coated and coated with an insulator made of ceramic or polymer for the purpose of preventing an electrical short circuit with the conductive fiber, or an insulating property. the Flooding in fiber or film may be subjected to a treatment for coating an insulator.
[0051]
These conductive fibers can be disposed across the inner surface of the outer shell of the container, the inner surface of the outer shell, the surface of the outer shell, or any of these.
[0052]
The inner surface of the outer shell, the inner surface of the outer shell, and the outer shell surface are names from the inner shell side when the wall thickness of the container is divided into 1/3. When the conductive fiber is arranged inside the outer shell , the conductive fiber can be protected by the reinforcing fiber, and when the conductive fiber is arranged on the outer shell surface , the conductive fiber can be repaired. If the conductive fiber is arranged in the same way as the reinforcing fiber, it is most efficient in terms of molding effect, but if you want to detect temperature rise, drying, or damage in a specific direction, arrange it in a different direction from the reinforcing fiber. You may let them.
[0053]
The conductive fiber may be a single long fiber, or may have a planar shape such as a mesh or a woven fabric and may cross each other.
[0054]
Usually, since it is necessary to raise the temperature of the entire container, it is preferable that the conductive fiber covers more than half of the surface area of the container, but the part to be heated is not the entire container, but a part, If it is known in advance, conductive fibers may be arranged at a high density at that location. For example, when it is desired to raise the temperature in the vicinity of the base part, conductive fibers are arranged at a high density in the vicinity of the base part, and when it is desired to heat and dry the body part, the body part is evenly or densely arranged. The conductive fibers may be arranged in an overlapping manner.
[0055]
In the case of object called a container Ru dried, preferably covers more than half of the surface area of the container. Furthermore, it is more preferable that it is located near the surface of the outer shell (outer surface when the thickness of the outer shell is divided into one third) to suppress moisture absorption. Furthermore, it is preferable to use a planar body including a metal foil such as an aluminum foil as a heating element for drying because it can more effectively suppress the ingress of moisture.
[0056]
When detecting the degree of damage to the container, it is preferable that the conductive fiber includes a fiber whose elongation is smaller than that of the reinforcing fiber. Although not particularly limited, the elongation of the conductive fiber is preferably 80% or less of the elongation of the reinforcing fiber. This is because, when the elongation is smaller than that of the reinforcing fiber, it breaks before the reinforcing fiber, and electrical characteristics such as the resistance value of the conductive fiber change more sensitively.
[0057]
Further, when a large number of conductive fibers are wound around the inner shell, this vicinity is a region where both radial and circumferential stresses are large, and early damage can be detected quickly and gas leakage can be prevented. When many are wound around the outer surface of the outer shell, damage from the outside such as an impact caused by a foreign object can be detected at an early stage.
[0058]
Next, terminals for energization (also referred to as electrodes or terminals) are made of copper (including copper alloys), silver, steel, aluminum (including aluminum alloys), etc., and conductive fibers are alloys such as solder or conductive materials. They are connected by being knotted with polymer, or mechanically clamped with screws, springs or caulking.
[0059]
The shape of the terminal may be a convex shape such as a plug, a pin, or a rod, or a concave shape such as a socket, or may be a surface shape without undulations or a surface shape with undulations. When energization is performed irregularly or temporarily without using a dedicated tool or the like, it is preferable because the protrusion can be energized with a clip or the like.
[0060]
More specifically, in order to enable monitoring with a general-purpose tester or the like, a metal terminal with a standard diameter of a banana female terminal may be connected so that a general-purpose terminal such as a commercially available banana terminal can be easily connected. You may provide the thickness part which a clip pinches so that a clip may be connected easily. Further, the screw may be cut off so that it can be connected to other parts by a screw type. The planar shape is preferable because it occupies less space.
[0061]
It should be noted that it is preferable to protect the terminal portion with a cloth or a plastic cover in order to prevent the occurrence of an electrical failure due to damage or contamination of the terminal portion when no power is applied. When the screw is cut or the like, it is preferable to attach and place a lid made of rubber or plastic.
[0062]
It is preferable to install a current-carrying terminal near the base because it can be inspected at the same time when checking nozzles, bases, and valves. It is also possible to energize some of the plurality of terminals to locally raise the temperature or dry it. In this case, the terminal positions may be dispersed in areas other than the opening of the container. Also, the nozzle mounting bracket may be cut off or a terminal connecting structure may be used as a terminal.
[0063]
In the case of damage detection, the accuracy of damage detection is improved by using a combination of two or more terminals.
[0064]
As a method of energization, there are a method of applying a constant voltage (constant pressure method), a method of flowing a constant current (constant current method), and a method of periodically applying a voltage or flowing a current in a pulse shape or a sine wave shape.
[0065]
It is also effective to use a mechanical method such as a bimetal method or a thermostat method to cause a constant voltage or current to flow as the container temperature changes. It is preferable because the temperature of the container can be controlled within a narrow range.
[0066]
Examples of the temperature sensor include a method using a thermocouple, a thermistor temperature sensor, an optical fiber, and a method using a non-contact temperature sensor such as an infrared sensor. Moreover, since the resistance value of the conductive fiber for energization also depends on the temperature, this may be used.
[0067]
In addition, when detecting temperature rise, drying, and damage online, install a meter that displays the resistance value or current (current) as a part of the container. Monitoring and control can be performed from inside the vehicle such as the instrument panel of the driver's seat and from outside the vehicle such as the gas filling port. More preferably, not only the monitor but also a warning buzzer or a warning lamp is lit. More preferably, warning lamps may be provided in multiple stages so that the degree of damage can be recognized at a glance.
[0068]
Next, when the conductive fiber is embedded in the FRP, it may be performed simultaneously with the winding of the reinforcing fiber, or the winding process of the reinforcing fiber may be interrupted once or more to arrange only the conductive fiber. When winding together with the reinforcing fiber, the conductive fiber needs to have process passability equal to or higher than that of the reinforcing fiber, and the reinforcing fiber and the conductive fiber are integrated (for example, by tying them in advance (before the winding process)). There is no problem. In the case where the conductive fiber has a woven fabric or a mesh structure, the warp and / or part of the weft may be a reinforcing fiber.
[0069]
Further, the breaking elongation of the conductive fibers in terms would leave damage detection is preferably less than or equal to the elongation at break of the reinforcing fibers. This is because the conductive fiber breaks at the same time as or before the reinforcing fiber, and the damage of the cylinder can be detected on the safer side.
[0070]
The amount of the conductive fiber to be used is preferably smaller than the reinforcing fiber of FRP that mainly constitutes the outer shell, but increases as the number of places where it is desired to increase the temperature, the place where it is desired to dry, and the number of areas / regions to be detected increases. When the reinforcing fibers of the container outer shell are carbon fibers, all of the FRP reinforcing fibers may be carbon fibers. In this case, the weight of the container can be extremely reduced. In general, the amount of the conductive fiber is preferably 20% or less of the reinforcing fiber except when the reinforcing fiber and the conductive fiber are combined.
[0071]
Next, as a method for molding the container of the present invention, any known molding method such as a filament wind method, a tape wind method, or a pull wind method can be used. Depending on the form, the conductive fibers can be arranged in the same process as the reinforcing fibers or can be arranged off-line.
[0072]
It can also be used to adjust the curing of the resin by energizing the conductive fiber during molding, or to fuse and bond the inner shell and the outer shell.
[0073]
Specifically, when the FRP outer shell after filament winding is cured in an oven, the conductive fibers arranged in the outer shell are energized, and the inner / outer layer difference (resin curing) It is possible to suppress the runaway reaction of the resin due to the reaction heat.
[0074]
If the material of the inner shell is a material having a larger linear expansion coefficient than the FRP of the outer shell, for example, thermoplastic or aluminum, the inner shell and outer shell due to thermal shrinkage after the outer shell is cured To prevent this, the conductive fiber placed inside the outer shell near the inner shell or the inner surface of the outer shell is energized and heated to fuse the inner shell and the outer shell. Can be made. At this time, an adhesive agent, a binder material, a compatibilizer, or the like that melts or reacts with the inner shell material and the outer shell material may be inserted between the inner shell and the outer shell.
[0081]
【The invention's effect】
The pressure vessel of the present invention comprises at least one opening, a metal or plastic inner shell, a pressure vessel comprising a fiber-reinforced plastic outer shell that used carbon fibers as the reinforcing fibers The fiber reinforced plastic constituting the outer shell contains a conductive fiber for energization made of a metal fiber or a metal-plated, metal-painted, or metal-coated fiber, and the conductive fiber and / or the reinforcing fibers may be either et insulator is coated, the temperature of the vessel, the humidity can be adjusted to, the emergency container can be prevented leading to contingencies, if there is a possibility of resulting damage It is a very preferable container for safety that can be detected nondestructively, and can be said to be an invention desired by society.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a cylinder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
[Explanation of symbols]
1: Inner shell 2: Outer shell 3: Nozzle mounting part (opening)
4: Nozzle mounting bracket 5: Nozzle 6: Terminal 7: Reinforcing fiber (bundle)
8: Conductive fiber 9: Body 10: End plate
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03706798A JP4232210B2 (en) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | Fiber reinforced plastic pressure vessel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03706798A JP4232210B2 (en) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | Fiber reinforced plastic pressure vessel |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11230347A JPH11230347A (en) | 1999-08-27 |
JP4232210B2 true JP4232210B2 (en) | 2009-03-04 |
Family
ID=12487215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03706798A Expired - Fee Related JP4232210B2 (en) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | Fiber reinforced plastic pressure vessel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4232210B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101922103B1 (en) | 2016-06-13 | 2019-02-13 | 회명산업 주식회사 | Hydrogen stage vessel and method for manufacturing the same |
FR3139878A1 (en) * | 2022-09-19 | 2024-03-22 | Plastic Omnium New Energies France | Pressurized gas tank for vehicle |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL1014290C2 (en) * | 2000-02-04 | 2001-08-07 | Advanced Lightweight Const Gro | Fiber-reinforced pressure vessel and method for making a fiber-reinforced pressure vessel. |
JP4490554B2 (en) * | 2000-05-16 | 2010-06-30 | 昭和高分子株式会社 | FRP pressure vessel molding method |
JP2002115796A (en) * | 2000-10-05 | 2002-04-19 | Nippon Sanso Corp | Method of filling high pressure gas |
DE10154145C1 (en) * | 2001-11-03 | 2003-06-26 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Composite pressurized gas container monitoring method uses resistance wire for monitoring container peripheral expansion |
JP2003270056A (en) * | 2002-03-12 | 2003-09-25 | Honda Motor Co Ltd | Pressure container and method for measuring temperature of inside of the same |
CA2507872C (en) * | 2002-12-02 | 2008-05-06 | Hidehiro Takemoto | Pressure vessel and method for producing the same |
JP4759729B2 (en) * | 2005-04-20 | 2011-08-31 | 国立大学法人九州大学 | High pressure tank manufacturing apparatus and high pressure tank manufacturing method |
DE102006043582B3 (en) * | 2006-09-16 | 2008-03-06 | Xperion Gmbh | pressure vessel |
DE102008019594A1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-10-22 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Heat-insulated container for condensed gases |
JP2011140966A (en) * | 2010-01-05 | 2011-07-21 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | Composite vessel |
CN104421606A (en) * | 2013-08-23 | 2015-03-18 | 刘建华 | Glass reinforced plastic fuel gas storage tank |
US10379073B2 (en) * | 2014-03-28 | 2019-08-13 | Faber Industrie S.P.A. | Composite-material pressure vessel and system and method for controlling the vessel |
FR3028916B1 (en) * | 2014-11-26 | 2016-11-18 | Air Liquide | PRESSURIZED FLUID STORAGE COMPOSITE TANK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
US10907769B2 (en) | 2014-11-28 | 2021-02-02 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Pressure vessel, liner and method for manufacturing a pressure vessel |
DE102017211124A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for producing a pressure vessel |
JP6927013B2 (en) * | 2017-12-15 | 2021-08-25 | トヨタ自動車株式会社 | High pressure tank |
DE102018202742B4 (en) * | 2018-02-23 | 2021-09-02 | Audi Ag | Pressure tank for an automobile and an automobile |
KR102805468B1 (en) * | 2020-03-26 | 2025-05-09 | 현대자동차주식회사 | Inspection apparatus for pressure vessel and monitoring sensor |
CN113686924A (en) * | 2021-08-24 | 2021-11-23 | 北京化工大学 | A kind of composite material high pressure hydrogen storage bottle liner peeling failure diagnosis and early warning technology |
CN116592267B (en) * | 2023-07-17 | 2023-09-19 | 西南石油大学 | IV type hydrogen storage cylinder liner and 3D printing integrated forming preparation method thereof |
-
1998
- 1998-02-19 JP JP03706798A patent/JP4232210B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101922103B1 (en) | 2016-06-13 | 2019-02-13 | 회명산업 주식회사 | Hydrogen stage vessel and method for manufacturing the same |
FR3139878A1 (en) * | 2022-09-19 | 2024-03-22 | Plastic Omnium New Energies France | Pressurized gas tank for vehicle |
WO2024061800A1 (en) | 2022-09-19 | 2024-03-28 | Plastic Omnium New Energies France | Pressurized gas tank for vehicle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11230347A (en) | 1999-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4232210B2 (en) | Fiber reinforced plastic pressure vessel | |
JP5070608B2 (en) | Electrical conductor | |
US5422462A (en) | Electric heating sheet | |
US9191997B2 (en) | Electrical conductor | |
US6277771B1 (en) | Reinforcing carbon fiber material, laminate and detecting method | |
US12110879B2 (en) | Artificial muscle actuators | |
US6452138B1 (en) | Multi-conductor soft heating element | |
CN101331794B (en) | Flat heating element | |
JP4302055B2 (en) | Conductive yarn | |
JP5583021B2 (en) | Heating system for high pressure gas storage | |
CN105374442A (en) | High voltage electric transmission cable | |
FI108329B (en) | Electric heating conductor | |
US9726399B2 (en) | Selective catalytic reduction tank with heating element | |
KR102805468B1 (en) | Inspection apparatus for pressure vessel and monitoring sensor | |
JP5907942B2 (en) | Electric heating means | |
JPH11302936A (en) | Fiber substrate for reinforcement, and detection of strain of structure | |
JPH1140329A (en) | Flat heating body | |
JP5562677B2 (en) | Cord heater and surface heater with temperature detection function | |
US20040069048A1 (en) | Water sensing wire and power cable using a water sensing wire | |
JPH04114619A (en) | Heating toilet seat using crack sensor | |
CN212161396U (en) | High temperature resistant electron pencil | |
US20230087519A1 (en) | Heating conductive wire-like element | |
CN218883343U (en) | Heating connecting wire | |
CN213847047U (en) | Ultra-high molecular weight polyethylene carbon fiber heating wire | |
JPH08330054A (en) | Sheet heating element and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050208 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080422 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080515 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081118 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081201 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |