JP6146330B2 - Manufacturing method of high-pressure tank - Google Patents

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Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a high-pressure tank.

従来の高圧タンクは、両端にドーム部を有するライナーの周囲をカーボン繊維強化プラスチック層や、ガラス繊維強化プラスチック層(以下、これらの層を総称して、「繊維強化樹プラスチック層」あるいは「繊維強化樹脂層」と呼ぶ)で被覆した構造を有している。このような高圧タンクは、通常、ライナーに繊維強化プラスチック材料(「繊維強化樹脂材料」とも呼ぶ)を巻き付けたワークを形成し、そのワークを加熱(昇温)することで繊維強化プラスチック材料層(繊維強化樹脂材料層)とも呼ぶ)を硬化させることにより製造される。例えば、特許文献1には、以下の高圧タンクの製造方法が記載されている。硬化炉の温度を上昇させて繊維強化プラスチック材料層の硬化を行なう際には、ワークの内圧を上昇させて、ワーク内に投入した水の沸騰温度が硬化温度となるように調整する。そして、硬化炉の温度を降下させてワークの温度を冷却する際には、ワークの内圧を開放してワーク内に外気を供給することでワークの内部からも冷却する。   A conventional high-pressure tank has a carbon fiber reinforced plastic layer or a glass fiber reinforced plastic layer (hereinafter collectively referred to as a “fiber reinforced plastic layer” or “fiber reinforced” around a liner having a dome at both ends. It is called “resin layer”). Such a high-pressure tank usually forms a work in which a fiber reinforced plastic material (also referred to as a “fiber reinforced resin material”) is wound around a liner, and the work is heated (heated) to form a fiber reinforced plastic material layer ( It is also produced by curing a fiber reinforced resin material layer). For example, Patent Document 1 describes the following high-pressure tank manufacturing method. When the fiber reinforced plastic material layer is cured by raising the temperature of the curing furnace, the internal pressure of the workpiece is increased and adjusted so that the boiling temperature of water charged into the workpiece becomes the curing temperature. When the temperature of the workpiece is cooled by lowering the temperature of the curing furnace, the internal pressure of the workpiece is released and the outside air is supplied into the workpiece to cool the workpiece from the inside.

特開2011−012764号公報JP 2011-012764 A

ここで、ライナーは、軽量化の観点から、ガスバリア性を有する樹脂材料、例えば、ナイロン系樹脂材料を用いて形成される場合が多い。このため、特許文献1の製造方法では、ワークが加熱によって昇温された状態でワーク内部に外気が供給されると、外気に含まれる酸素や水等がライナー表面に付着し、ライナー表面の酸化やライナー内への吸湿によってライナーが劣化する、という問題がある。また、硬化の最中において、ワーク内に存在する気体(通常、空気に含まれる気体)の一部はライナーを透過してライナー内部に拡散し溶存する場合がある。このライナー内に溶存する気体も、同様にライナーの劣化を招く。しかしながら、ライナー内に溶存する気体の圧力は非常に小さいため、特許文献1の製造方法では取り除くことが困難である、という問題もある。また、外気の冷却を供給する冷却方法では、製造時間の短縮の点で十分ではない、という問題もある。この他、高圧タンクの製造において低コスト化、製造の容易化等が望まれていた。   Here, the liner is often formed using a resin material having a gas barrier property, for example, a nylon resin material, from the viewpoint of weight reduction. For this reason, in the manufacturing method of Patent Document 1, when outside air is supplied to the inside of the workpiece while the workpiece is heated by heating, oxygen, water, or the like contained in the outside air adheres to the liner surface, and the liner surface is oxidized. In addition, there is a problem that the liner deteriorates due to moisture absorption into the liner. Further, during the curing, a part of the gas (usually a gas contained in the air) existing in the work may permeate the liner and diffuse into the liner and dissolve. The gas dissolved in the liner similarly causes deterioration of the liner. However, since the pressure of the gas dissolved in the liner is very small, there is also a problem that it is difficult to remove by the manufacturing method of Patent Document 1. Further, there is a problem that the cooling method for supplying the cooling of the outside air is not sufficient in terms of shortening the manufacturing time. In addition, it has been desired to reduce the cost and facilitate the manufacturing of the high-pressure tank.

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。   In order to achieve at least a part of the problems described above, the present invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、ライナーの周囲が繊維強化プラスチック層で被覆された構造を有する高圧タンクの製造方法が提供される。この高圧タンクの製造方法は、(i)ライナーの周囲に繊維強化樹脂材料が巻き付けられたワークを準備する工程と;(ii)前記繊維強化樹脂材料を硬化させるための硬化温度よりも低い沸点を有する液体を前記ワークの内部に封入し、前記ワークを前記硬化温度まで加熱する工程と;(iii)前記工程(ii)の終了後、前記ワークの内部の圧力を吸引により減圧する工程と;を備える。上記形態の高圧タンクの製造方法によれば、ワークの内部に封入された液体が沸騰してワークの内部の圧力が上昇することによってワークの内部の温度上昇が加速され、ワークの硬化温度への上昇がアシストされる。また、加熱の終了後、ワークの内部を吸引により減圧することで、ワークの内部に外気を供給しないでワークの内部の温度を急速に降下させることができ、ワークを外気で冷却する場合に比べて短時間で冷却することができる。また、外気を供給せずに、ワークの内部の液体および気体を吸引することで冷却が可能であるので、課題で説明したライナーの劣化の問題を改善することができる。また、ワークの内部を吸引により外気より低い圧力、好ましくは真空状態と判断される圧力値となるように減圧すれば、課題で説明したライナー内部に拡散し溶存する気体を除去することが可能である。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a high-pressure tank having a structure in which the periphery of a liner is covered with a fiber reinforced plastic layer. The high-pressure tank manufacturing method includes: (i) preparing a work in which a fiber reinforced resin material is wound around a liner; and (ii) having a boiling point lower than a curing temperature for curing the fiber reinforced resin material. Enclosing a liquid having the inside of the workpiece and heating the workpiece to the curing temperature; and (iii) reducing the pressure inside the workpiece by suction after completion of the step (ii). Prepare. According to the method of manufacturing a high-pressure tank of the above aspect, the liquid enclosed in the work boils and the pressure inside the work rises, whereby the temperature rise inside the work is accelerated, and the temperature of the work reaches the curing temperature. Ascent is assisted. In addition, by reducing the pressure inside the work by suction after the heating is completed, the temperature inside the work can be rapidly lowered without supplying outside air to the work. Compared to cooling the work with outside air. And can be cooled in a short time. Further, since cooling is possible by sucking the liquid and gas inside the workpiece without supplying outside air, the problem of liner deterioration described in the problem can be improved. Further, if the pressure inside the work is reduced to a pressure lower than the outside air, preferably a pressure value determined to be a vacuum state, the gas diffused and dissolved inside the liner described in the problem can be removed. is there.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、高圧タンクの製造方法や、高圧タンクの製造装置等の態様で実現することができる。   In addition, this invention can be implement | achieved with various forms, for example, can be implement | achieved in aspects, such as a manufacturing method of a high pressure tank, a manufacturing apparatus of a high pressure tank.

本発明の実施形態の製造方法によって製造される高圧タンクの構成を模式的に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows typically the composition of the high-pressure tank manufactured by the manufacturing method of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態としての高圧タンクの製造方法を実施する製造装置の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the manufacturing apparatus which enforces the manufacturing method of the high pressure tank as embodiment of this invention. 本発明の実施形態としての高圧タンクの製造方法の手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the procedure of the manufacturing method of the high pressure tank as embodiment of this invention. 図3の製造方法におけるワークの温度およびワークの内部圧力の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the temperature of the workpiece | work and the internal pressure of a workpiece | work in the manufacturing method of FIG.

図1は、本発明の実施形態の製造方法によって製造される高圧タンクの構成を模式的に示す概略断面図である。高圧タンク10は、ライナー110を繊維強化樹脂層(「繊維強化プラスチック層」とも呼ぶ)140で被覆して構成され、ライナー軸線CX方向の両端にライナー軸線CXを中心として口金120,130がライナー軸線CX方向に突出して設けられている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the configuration of a high-pressure tank manufactured by the manufacturing method of the embodiment of the present invention. The high-pressure tank 10 is configured by covering a liner 110 with a fiber reinforced resin layer (also referred to as a “fiber reinforced plastic layer”) 140, and the bases 120 and 130 are centered on the liner axis CX at both ends in the liner axis CX direction. It protrudes in the CX direction.

ライナー110は、ライナー軸線CXを中心とする中空のタンク容器であり、ライナー軸線CXに沿った長手方向の中央で2分割された一対のライナーパーツの接合品である。2分割のライナーパーツは、それぞれナイロン系樹脂等の適宜なガスバリア性を有する樹脂にて型成型され、その型成型品のライナーパーツを接合してその接合箇所をレーザー融着することで、ライナー110が形成される。このパーツ接合を経て、ライナー110は、円筒状のシリンダー部111のライナー軸線CX方向の両側に球面形状のドーム部112を備え、ガスを貯蔵するための内部空間(以下、「貯蔵空間」とも呼ぶ)114を備えることになる。   The liner 110 is a hollow tank container centered on the liner axis CX, and is a joined product of a pair of liner parts divided into two at the center in the longitudinal direction along the liner axis CX. Each of the two-part liner parts is molded with a resin having an appropriate gas barrier property, such as nylon resin, and the liner parts of the molded parts are joined and laser welded to the joined parts. Is formed. Through this part joining, the liner 110 includes spherical dome portions 112 on both sides of the cylindrical cylinder portion 111 in the liner axis CX direction, and is an internal space for storing gas (hereinafter also referred to as “storage space”). 114).

繊維強化樹脂層(繊維強化プラスチック層)140は、ライナー110と、および口金120,130のライナー軸線CX方向を向く開口部を除く周囲部分と、を覆うように巻き付けられた繊維強化樹脂材料(熱硬化性樹脂材料が含浸された繊維)を硬化させることによりライナー110および口金120,130の一部の外表面を被覆するように構成されている。   The fiber reinforced resin layer (fiber reinforced plastic layer) 140 is a fiber reinforced resin material (heated) that is wound so as to cover the liner 110 and the peripheral portion excluding the opening facing the liner axis CX direction of the caps 120 and 130. A fiber impregnated with a curable resin material) is cured to coat a part of the outer surface of the liner 110 and the caps 120 and 130.

口金120,130は、アルミニウムまたはその合金といった軽量金属で形成され、ライナー110のドーム部112にライナー軸線CXを中心として設けられている。口金120,130の開口部の内周面には雌ネジが刻設されており、配管やバルブアッセンブリ等の機能部品の雄ネジをこの雌ネジと螺号させることにより、機能部品を口金120,130にねじ込み接続可能に構成されている。なお、図1では、口金120にバルブアッセンブリVAが接続された例を二点鎖線により示している。   The caps 120 and 130 are made of a lightweight metal such as aluminum or an alloy thereof, and are provided in the dome portion 112 of the liner 110 around the liner axis CX. A female screw is engraved on the inner peripheral surface of the opening of the base 120, 130, and the functional part is screwed with the female screw of the functional part such as a pipe or a valve assembly. It is configured so that it can be screwed in. In FIG. 1, an example in which the valve assembly VA is connected to the base 120 is indicated by a two-dot chain line.

例えば、燃料電池システムに備えられた高圧タンク10は、バルブアッセンブリVAを介して、貯蔵空間114と不図示のガス流路との間が接続され、貯蔵空間114に燃料ガスとしての水素が充填されるとともに、貯蔵空間114から水素が放出されて燃料電池の発電に利用される。   For example, in the high-pressure tank 10 provided in the fuel cell system, the storage space 114 and a gas flow path (not shown) are connected via the valve assembly VA, and the storage space 114 is filled with hydrogen as a fuel gas. At the same time, hydrogen is released from the storage space 114 and used for power generation of the fuel cell.

図2は、本発明の実施形態としての高圧タンクの製造方法を実施する製造装置の例を示す説明図である。この製造装置1000は、硬化炉20と、回転棒(回転部)30,40と、液体給排部50と、制御部60と、を備えている。硬化炉20は、未硬化状態の繊維強化樹脂材料層140Pを有する高圧タンク形成前のワーク10Pがセットされる炉空間を備えており、ワーク10Pは、口金120,130の開口部に取り付けられた回転棒30,40を介して、その炉内(炉空間内)にセットされる。なお、後述する硬化処理過程において、不図示の駆動装置によって回転棒30,40を適宜回転させることによって、ワーク10Pを均等に加熱することができる。   FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a manufacturing apparatus that performs a method for manufacturing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention. The manufacturing apparatus 1000 includes a curing furnace 20, rotating rods (rotating units) 30 and 40, a liquid supply / discharge unit 50, and a control unit 60. The curing furnace 20 includes a furnace space in which a work 10P before formation of a high-pressure tank having an uncured fiber reinforced resin material layer 140P is set. The work 10P is attached to the openings of the caps 120 and 130. It is set in the furnace (furnace space) via the rotating rods 30 and 40. In the curing process described later, the work 10P can be evenly heated by appropriately rotating the rotating bars 30 and 40 by a driving device (not shown).

液体給排部50は、液体供給部510と、ポンプ520と、バルブ530と、液体配管540と、気体配管550と、接続配管560と、を備えている。接続配管560は、バルブ530から回転棒30内を介してワーク10Pの内部空間114に延びる配管である。接続配管560は、図示しない密閉式の軸受けを介して回転棒30の内側に固定されており、回転棒30は接続配管560に対して独立して回転可能である。液体配管540は液体供給部510とバルブ530とを接続する配管であり、気体配管550はポンプ520とバルブ530とを接続する配管である。   The liquid supply / discharge unit 50 includes a liquid supply unit 510, a pump 520, a valve 530, a liquid pipe 540, a gas pipe 550, and a connection pipe 560. The connection pipe 560 is a pipe that extends from the valve 530 to the internal space 114 of the workpiece 10 </ b> P through the rotary rod 30. The connection pipe 560 is fixed to the inside of the rotary rod 30 via a non-illustrated sealed bearing, and the rotary bar 30 can rotate independently of the connection pipe 560. The liquid pipe 540 is a pipe that connects the liquid supply unit 510 and the valve 530, and the gas pipe 550 is a pipe that connects the pump 520 and the valve 530.

バルブ530は、液体配管540と接続配管560との間の開閉、および、気体配管550と接続配管560との間の開閉を独立して操作可能である。従って、バルブ530の操作によって、液体供給部510からワーク10Pの内部空間114への液体の供給が可能である。また、バルブ530の操作によって、ポンプ520が、ワーク10Pの内部空間114から気体および液体を吸引することが可能であり、ワーク10Pの内部空間114へ外気を供給することが可能である。また、バルブ530は、外気の取り込みを独立して可能とする開閉機能を備えて、ワーク10Pのセット時に、内部空間114内が解放状態となるようにしてもよい。   The valve 530 can be independently operated to open and close between the liquid pipe 540 and the connection pipe 560 and open and close between the gas pipe 550 and the connection pipe 560. Therefore, the liquid can be supplied from the liquid supply unit 510 to the internal space 114 of the workpiece 10P by operating the valve 530. Further, by operating the valve 530, the pump 520 can suck gas and liquid from the internal space 114 of the workpiece 10P, and can supply outside air to the internal space 114 of the workpiece 10P. Further, the valve 530 may be provided with an opening / closing function that enables intake of outside air independently, and the interior space 114 may be in a released state when the workpiece 10P is set.

制御部60は、コンピューターであり、硬化炉20、回転棒30,40、液体供給部510、ポンプ520、およびバルブ530の各動作を制御することにより、製造装置1000によるワーク10Pの繊維強化樹脂材料層140Pの硬化処理を実行する。   The control unit 60 is a computer, and controls the operations of the curing furnace 20, the rotating rods 30 and 40, the liquid supply unit 510, the pump 520, and the valve 530, so that the fiber reinforced resin material of the workpiece 10 </ b> P by the manufacturing apparatus 1000 is controlled. The curing process of the layer 140P is executed.

図3は、本発明の実施形態としての高圧タンクの製造方法の手順を示す説明図である。図4は、図3の製造方法におけるワークの温度およびワークの内部圧力の関係を示す説明図である。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing a procedure of a method for manufacturing a high-pressure tank as an embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the workpiece temperature and the workpiece internal pressure in the manufacturing method of FIG.

まず、図3のステップS10において、未硬化状態の繊維強化樹脂材料層140Pを有する高圧タンク形成前のワーク10Pを硬化炉20(図2参照)の炉内にセットする。ワーク10Pは、例えば、両端に口金120,130が設けられたライナー110に、繊維強化樹脂材料をフィラメントワインディング方法(以下、FW法)により巻きつけて繊維強化樹脂材料層140Pを形成することによって準備される。繊維強化樹脂材料の熱硬化性樹脂材料としてはエポキシ樹脂を用いることが一般的であるが、ポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることも可能である。また、FW法によりライナーに巻き付けさせる補強用の繊維(スライバー繊維)としては、ガラス繊維やカーボン繊維、アラミド繊維等が用いられる他、複数種類(例えば、ガラス繊維とカーボン繊維)のFW法による巻き付けを順次行うことで、繊維強化樹脂材料層140Pを異なる繊維からなる樹脂材料層を積層させて形成することもできる。   First, in step S10 of FIG. 3, the workpiece 10P before forming the high-pressure tank having the uncured fiber reinforced resin material layer 140P is set in the furnace of the curing furnace 20 (see FIG. 2). The workpiece 10P is prepared, for example, by forming a fiber reinforced resin material layer 140P by winding a fiber reinforced resin material around a liner 110 having caps 120 and 130 at both ends by a filament winding method (hereinafter referred to as FW method). Is done. An epoxy resin is generally used as the thermosetting resin material of the fiber reinforced resin material, but a thermosetting resin such as a polyester resin or a polyamide resin can also be used. In addition, as a reinforcing fiber (sliver fiber) wound around the liner by the FW method, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, or the like is used, and plural types (for example, glass fiber and carbon fiber) are wound by the FW method. By sequentially performing the above, the fiber reinforced resin material layer 140P can be formed by laminating resin material layers made of different fibers.

次に、ステップS20において、ワーク10Pのタンク内部(内部空間114)に液体を封入する。これは、上記したように、制御部60によってバルブ530および液体供給部510が制御され、液体配管540、バルブ530、および接続配管560を介して、液体供給部510からタンク内部に液体が供給されることによって実行される。なお、液体としては、封入時のタンク内部の圧力(例えば、大気圧)において、態繊維強化樹脂材料に含まれる熱硬化性樹脂材料を硬化させるための温度(以下、「硬化温度」と呼ぶ)Tcよりも低い温度の沸点Tbを有する種々の液体が用いられる。液体は純粋な液体だけでなく、溶媒であってもよい。例えば、硬化温度Tcを150℃とし、沸点Tbが100℃の水や100℃よりも低いアルコール等が用いられる。本例では水を用いるものとする。また、封入する液体量については後述する。   Next, in step S20, a liquid is sealed inside the tank (internal space 114) of the workpiece 10P. As described above, the valve 530 and the liquid supply unit 510 are controlled by the control unit 60, and the liquid is supplied from the liquid supply unit 510 to the inside of the tank via the liquid pipe 540, the valve 530, and the connection pipe 560. To be executed. The liquid is a temperature for curing the thermosetting resin material contained in the fiber reinforced resin material (hereinafter referred to as “curing temperature”) at the pressure inside the tank (eg, atmospheric pressure) at the time of sealing. Various liquids having a boiling point Tb at a temperature lower than Tc are used. The liquid may be not only a pure liquid but also a solvent. For example, water having a curing temperature Tc of 150 ° C. and a boiling point Tb of 100 ° C. or alcohol having a lower temperature than 100 ° C. is used. In this example, water is used. The amount of liquid to be sealed will be described later.

そして、ステップS30において、ワーク10Pの温度(以下、「ワーク温度」と呼ぶ)が硬化温度Tcとなるように、硬化炉20の炉内を加熱する。このとき、図4に示すように、ワーク温度は、加熱開始時の温度から時間の経過とともに上昇する。なお、加熱開始時におけるタンク内部の圧力(以下、「ワーク内圧力」と呼ぶ)を圧力P1とする。なお、この圧力P1は、通常、大気圧(標準気圧(1気圧))とされる。   In step S30, the inside of the curing furnace 20 is heated so that the temperature of the workpiece 10P (hereinafter referred to as “work temperature”) becomes the curing temperature Tc. At this time, as shown in FIG. 4, the workpiece temperature rises with the passage of time from the temperature at the start of heating. The pressure inside the tank at the start of heating (hereinafter referred to as “in-work pressure”) is defined as pressure P1. The pressure P1 is normally set to atmospheric pressure (standard atmospheric pressure (1 atmospheric pressure)).

ここで、図4に示すように、加熱によるワーク温度の上昇に伴って、タンク内部の液体(水)が蒸発を開始し、時刻t1においてワーク温度が沸点Tbに到達すると、ワーク内の液体が沸騰して気化するため、ワーク内圧力が急激に上昇する。このとき、タンク内部の容積は一定であるので、ワーク内圧力の上昇に応じて、PV/T=k(Vは容積、Pは容積内の圧力、Tは容積内の温度、kは定数)に従った断熱圧縮の効果によってタンク内部の温度が上昇する。このため、加熱によるワークの外部からの温度上昇にワーク内部の温度上昇が加わってワーク温度の上昇が加速されることによってワーク温度の上昇が早まり、時刻t2においてワーク内圧力が圧力P2となってワーク温度が硬化温度Tcに到達する。この後の硬化炉20の加熱は、硬化のための加熱処理が終了するまでの時間(硬化完了時間)の間、炉内温度およびワーク温度が硬化温度Tcを維持するように制御される。   Here, as shown in FIG. 4, as the work temperature rises due to heating, the liquid (water) inside the tank starts to evaporate, and when the work temperature reaches the boiling point Tb at time t1, the liquid in the work Since it boils and vaporizes, the internal pressure of the workpiece rises rapidly. At this time, since the volume inside the tank is constant, PV / T = k (V is the volume, P is the pressure in the volume, T is the temperature in the volume, and k is a constant) according to the increase in the pressure in the workpiece. The temperature inside the tank rises due to the adiabatic compression effect. For this reason, the temperature rise inside the workpiece is added to the temperature rise from the outside of the workpiece due to heating, and the rise in the workpiece temperature is accelerated, so that the workpiece temperature rises earlier, and the pressure in the workpiece becomes the pressure P2 at time t2. The workpiece temperature reaches the curing temperature Tc. The subsequent heating of the curing furnace 20 is controlled so that the furnace temperature and the workpiece temperature maintain the curing temperature Tc during the time until the heat treatment for curing is completed (curing completion time).

なお、図3のステップS20における液体の封入量は、硬化温度Tcにおけるワーク内圧力(圧力P2)と過熱開始時のワーク内圧力(圧力P1)との差、すなわち、上記したワーク温度が硬化温度Tcに到達するまでに加圧するワーク内圧力に応じて調整される。液体量が少なければ、加圧量が少なくなるため、温度上昇のアシスト度合いが低下し、硬化温度Tcまでワーク温度を上昇させる時間が長くなる。また、液体量が多すぎれば、液体の温度圧上昇に時間を要するのに対して、沸点到後のワーク内圧力の上昇が早くなって、沸点Tb到達後に硬化温度Tcに到達するまでの時間を短縮可能であるが、ワーク内圧力が高くなりすぎて、ライナー110の変形等を招く可能性がある。そこで、封入する液体の量は、上昇をアシストして硬化温度Tcに到達させるまでの時間やライナー110の耐圧等を考慮して調整される。   Note that the amount of liquid enclosed in step S20 in FIG. 3 is the difference between the workpiece pressure (pressure P2) at the curing temperature Tc and the workpiece pressure (pressure P1) at the start of overheating, that is, the workpiece temperature described above is the curing temperature. The pressure is adjusted according to the pressure in the workpiece to be pressurized before reaching Tc. If the amount of liquid is small, the amount of pressurization is small, so the degree of assist in temperature rise is reduced, and the time for raising the workpiece temperature to the curing temperature Tc is lengthened. Also, if the amount of liquid is too large, it takes time to increase the temperature pressure of the liquid, whereas the increase in the internal pressure of the workpiece after reaching the boiling point is accelerated, and the time required to reach the curing temperature Tc after reaching the boiling point Tb. However, there is a possibility that the pressure inside the workpiece becomes too high and the liner 110 is deformed. Therefore, the amount of liquid to be sealed is adjusted in consideration of the time required to assist the rise and reach the curing temperature Tc, the pressure resistance of the liner 110, and the like.

ステップS40では、硬化温度Tcに到達してから硬化処理が完了するまでの時間(以下、「硬化完了時間」と呼ぶ)が経過するまで待機する。なお、この待機の間においては、上記したように、硬化炉20では炉内温度およびワーク温度が硬化温度Tcを維持するように加熱の制御が実行される。   In Step S40, the process waits until a time (hereinafter referred to as “curing completion time”) from the time when the curing temperature Tc is reached until the curing process is completed. During this standby, as described above, in the curing furnace 20, the heating control is executed so that the furnace temperature and the workpiece temperature maintain the curing temperature Tc.

ステップS50では、硬化完了時間が経過する時刻t3において、硬化炉20の炉内加熱を停止して自然放熱によるワーク10Pの外部からの冷却を開始し、ステップS60では、タンク内部に封入されている気体(ここでは、水蒸気を含む空気)、および、残存する場合には液体(ここでは、水)を吸引することにより、タンク内部を減圧する。これは、上記したように、制御部60(図2)によってバルブ530およびポンプ520が制御され、タンク内部の気体等が、接続配管560、バルブ530、および気体配管550を介してポンプ520によって吸引されることにより実行される。   In step S50, at the time t3 when the curing completion time elapses, heating in the furnace 20 is stopped and cooling from the outside of the work 10P by natural heat radiation is started, and in step S60, the inside of the tank is enclosed. The inside of the tank is depressurized by sucking gas (here, air containing water vapor) and liquid (here, water) when remaining. As described above, the valve 530 and the pump 520 are controlled by the control unit 60 (FIG. 2), and the gas inside the tank is sucked by the pump 520 through the connection pipe 560, the valve 530, and the gas pipe 550. To be executed.

ここで、図4に示すように、吸引によってワーク内圧力が低下していく。このとき、ワーク内圧の上昇時におけるタンク内部の温度上昇とは逆に、ワーク内圧力の降下に応じて、断熱膨張の効果によってタンク内部の温度が低下し、これに応じてワーク10Pの温度も自然放熱による冷却よりも加速されて低下する。そして、時刻t3においてワーク温度が沸点Tbまで低下すると、気化されて気体(ここでは、空気)中に含まれていた蒸気(ここでは、水蒸気)が液化してワーク内圧力が急激に低下(急減圧)し、これに応じてタンク内部およびワーク10Pの温度も急激に低下する。この結果、ワーク10Pの冷却を短時間で行なうことが可能となる。   Here, as shown in FIG. 4, the internal pressure of the work decreases due to suction. At this time, the temperature inside the tank decreases due to the effect of adiabatic expansion according to the decrease in the pressure inside the work, contrary to the temperature rise inside the tank when the work internal pressure rises, and the temperature of the work 10P also changes accordingly. It is accelerated and lowered than cooling by natural heat dissipation. When the workpiece temperature falls to the boiling point Tb at time t3, the vapor (here, water vapor) that is vaporized and contained in the gas (here, air) is liquefied, and the internal pressure of the workpiece is suddenly lowered (rapidly). In response to this, the temperature inside the tank and the workpiece 10P also drop rapidly. As a result, the workpiece 10P can be cooled in a short time.

ステップS60における減圧は、ワーク内圧力が圧力P3となるまで実行されて終了する。この圧力P3は開始時の圧力P1以下に設定されることが好ましい。本例では、圧力P3は真空状態と判断される値(≒0気圧)に設定されるものとする。   The pressure reduction in step S60 is executed until the work internal pressure reaches the pressure P3, and then ends. The pressure P3 is preferably set to be equal to or lower than the starting pressure P1. In this example, it is assumed that the pressure P3 is set to a value that is determined to be a vacuum state (≈0 atm).

以上説明したように、本実施形態の高圧タンクの製造方法では、ワーク10Pのタンク内部に封入した液体を沸騰させてタンク内部の圧力を上昇させることで得られる断熱圧縮の効果によってタンク内部の温度を上昇させてワーク温度の上昇を加速させ、ワーク温度が硬化温度Tcまで上昇する時間を早めることができる。また、加熱による硬化処理を終了してワーク10Pを冷却する際に、ワーク内圧力を減圧することにより、断熱膨張によって冷却効果が発生させて、タンク内部を冷却し、ワーク10Pを急速に冷却することができる。さらにまた、ワーク10Pの冷却に際してタンク内部に外気を供給しないので、課題で説明した、ライナー110の表面に酸素や水等が付着することにより発生するライナー表面の酸化やライナー内部への吸湿によるライナー110の劣化を抑制することが可能である。また、タンク内圧力は、真空状態と判断される値(≒0気圧)に設定された圧力P3まで減圧されるので、課題で説明した、ライナー内部に溶存する気体をライナー内部から排除することができる。なお、減圧する圧力P3は、必ずしも真空状態とされる値である必要はなく、ライナー内に溶存する気体の圧力以下の値に設定すればよい。また、これを考慮しなければ、開始時の圧力P1と同等以下の値としてもよい。   As described above, in the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present embodiment, the temperature inside the tank is increased by the effect of adiabatic compression obtained by boiling the liquid sealed inside the tank of the workpiece 10P and increasing the pressure inside the tank. To increase the workpiece temperature and accelerate the time for the workpiece temperature to rise to the curing temperature Tc. Further, when the work 10P is cooled after finishing the curing process by heating, the pressure inside the work is reduced, thereby generating a cooling effect by adiabatic expansion, cooling the inside of the tank, and rapidly cooling the work 10P. be able to. Furthermore, since the outside air is not supplied to the inside of the tank when the workpiece 10P is cooled, the liner described by the problem is caused by oxidation of the liner surface caused by adhesion of oxygen, water, etc. to the surface of the liner 110 or moisture absorption into the liner. 110 degradation can be suppressed. Further, since the pressure in the tank is reduced to a pressure P3 set to a value determined to be in a vacuum state (≈0 atm), the gas dissolved in the liner described in the problem can be excluded from the inside of the liner. it can. Note that the pressure P3 to be depressurized does not necessarily have to be a vacuum value, and may be set to a value equal to or lower than the pressure of the gas dissolved in the liner. If this is not taken into consideration, the value may be equal to or less than the starting pressure P1.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

10…高圧タンク
10P…ワーク
20…硬化炉
30,40…回転棒
50…液体給排部
60…制御部
110…ライナー
111…シリンダー部
112…ドーム部
114…内部空間(貯蔵空間)
120,130…口金
140P…繊維強化樹脂材料層
510…液体供給部
520…ポンプ
530…バルブ
540…液体配管
550…気体配管
560…接続配管
1000…製造装置
VA…バルブアッセンブリ
CX…ライナー軸線
Tb…沸点
Tc…硬化温度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... High pressure tank 10P ... Workpiece 20 ... Curing furnace 30, 40 ... Rotating rod 50 ... Liquid supply / discharge part 60 ... Control part 110 ... Liner 111 ... Cylinder part 112 ... Dome part 114 ... Internal space (storage space)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 120,130 ... Base 140P ... Fiber reinforced resin material layer 510 ... Liquid supply part 520 ... Pump 530 ... Valve 540 ... Liquid piping 550 ... Gas piping 560 ... Connection piping 1000 ... Manufacturing apparatus VA ... Valve assembly CX ... Liner axis Tb ... Boiling point Tc: Curing temperature

Claims (1)

ライナーの周囲が繊維強化樹脂層で被覆された構造を有する高圧タンクの製造方法であって、
(i)ライナーの周囲に繊維強化樹脂材料が巻き付けられたワークを準備する工程と、
(ii)前記繊維強化樹脂材料を硬化させるための硬化温度よりも低い沸点を有する液体を前記ワークの内部に封入し、前記ワークを前記硬化温度まで加熱する工程と、
(iii)前記工程(ii)の終了後、前記ワークの加熱を停止して前記ワークを自然冷却するとともに、前記ワークの内部の圧力を吸引により減圧することによって発生する断熱膨張効果を利用して、前記ワークを冷却する工程と、
を備える高圧タンクの製造方法。
A method for producing a high-pressure tank having a structure in which a periphery of a liner is covered with a fiber reinforced resin layer,
(I) preparing a work in which a fiber reinforced resin material is wound around a liner;
(Ii) enclosing a liquid having a boiling point lower than a curing temperature for curing the fiber-reinforced resin material in the workpiece, and heating the workpiece to the curing temperature;
(Iii) After the completion of the step (ii), the heating of the workpiece is stopped to naturally cool the workpiece, and the adiabatic expansion effect generated by reducing the pressure inside the workpiece by suction is utilized. Cooling the workpiece ; and
A method for manufacturing a high-pressure tank.
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