JP6388524B2 - Accumulator and method of manufacturing accumulator - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば水素などの高圧ガスなどが封入される蓄圧器及び蓄圧器の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a pressure accumulator in which, for example, a high-pressure gas such as hydrogen is enclosed, and a method for manufacturing the pressure accumulator.

二酸化炭素の排出問題を解決すると共に、エネルギー問題を解決可能な燃料電池自動車は、今後の新たな自動車として期待されている。この燃料電池自動車に搭載される水素を蓄えるための高圧容器については、高い強度と軽さの双方の条件を満たしつつ、水素が漏れることを防止する必要がある。このため、この車載用容器については、従来、アルミニウム等の水素脆化の恐れが少ない金属や樹脂製のライナーに炭素繊維を巻いた容器が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。   A fuel cell vehicle capable of solving the carbon dioxide emission problem and solving the energy problem is expected as a new vehicle in the future. Regarding the high-pressure vessel for storing hydrogen mounted in this fuel cell vehicle, it is necessary to prevent hydrogen from leaking while satisfying both high strength and lightness conditions. For this reason, conventionally, a container in which carbon fiber is wound around a metal or resin liner that has a low risk of hydrogen embrittlement, such as aluminum, has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、蓄圧器の容器の形状としては、容器端部が縮径されたボンベ型容器のものが各種提案されている（たとえば、特許文献２参照）。   Moreover, as the shape of the container of the pressure accumulator, various types of cylinder-type containers whose container ends are reduced in diameter have been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開２００９−２４２２５号公報JP 2009-24225 A 特開２００６−０９０４５０号公報JP 2006-090450 A

特許文献２のボンベ型の容器を採用した蓄圧器では、容器の端部が縮径されて、たとえば半球状に形成されている。たとえば、両端が開放された筒状部材（ライナー層）を加熱し、その筒状部材の端部を縮径加工していくことで、容器の端部を半球状に形成することができる。しかし、この縮径加工を施すと容器の端部にシワが形成される場合があり、容器の強度が低減してしまうという課題がある。   In the pressure accumulator employing the cylinder-type container of Patent Document 2, the end of the container is reduced in diameter, for example, hemispherical. For example, the end of the container can be formed into a hemispherical shape by heating a cylindrical member (liner layer) having both ends opened and reducing the diameter of the end of the cylindrical member. However, when this diameter reduction process is performed, wrinkles may be formed at the end of the container, which causes a problem that the strength of the container is reduced.

また、容器内に封入したガスで容器内面を加圧する自緊処理を実施し、容器の内側に圧縮残留応力を形成し、容器の強度を向上させる技術が知られているが、この自緊処理をボンベ型の容器に適用すると、容器の中央部は円筒状であるのに対し、容器の端部は半球状に湾曲しているので、容器の中央部と端部とで加圧ムラが生じ、均一に自緊処理をすることができないという課題がある。   In addition, a technique is known in which self-adhesive processing is performed by pressurizing the inner surface of the container with gas sealed in the container to form compressive residual stress inside the container and improve the strength of the container. Is applied to a cylinder-type container, the center part of the container is cylindrical, whereas the end part of the container is hemispherically curved, resulting in uneven pressure between the center part and the end part of the container. However, there is a problem that uniform self-treatment cannot be performed.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、シワの形成によって強度が低減してしまうこと、及び、自緊処理の加圧ムラが発生して強度が低減してしまうことを抑制することができる蓄圧器及び蓄圧器の製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The strength is reduced by the formation of wrinkles, and the pressure is reduced due to the occurrence of pressure unevenness in self-tightening treatment. An object of the present invention is to provide a pressure accumulator and a method for manufacturing the pressure accumulator that can prevent the occurrence of the pressure accumulator.

本発明の蓄圧器は、両端部が開放された筒状の金属製のライナー層と、前記ライナー層の外側に設けられた炭素繊維強化樹脂層と、を備え、前記ライナー層には、その内側に自緊処理が施されて圧縮残留応力を付与された圧縮残留応力層が形成され、前記圧縮残留応力層の外側に、前記圧縮残留応力層よりも小さい圧縮残留応力を有する外表面層が形成されていることを特徴とし、詳細には、
〔１〕両端部が開放された円筒状の金属製のライナー層と、
前記ライナー層の外側に設けられた炭素繊維強化樹脂層と、
を備え、
前記ライナー層は、外周面が小径の胴部と、前記胴部の両端部に連設された外周面が大径の肩部と、を有し、
前記胴部の外周面に設けられた前記炭素繊維強化樹脂層は、前記肩部に設けられた前記炭素繊維強化樹脂層よりも小径の分だけ厚く設けられており、
前記ライナー層には、
その内側に自緊処理が施されて圧縮残留応力を付与された圧縮残留応力層が形成され、
前記圧縮残留応力層の外側に、前記圧縮残留応力層よりも小さい圧縮残留応力を有する外表面層が形成されている
ことを特徴とする蓄圧器。
〔２〕前記炭素繊維強化樹脂層は、
ＰＡＮ系炭素繊維からなる
ことを特徴とする請求項〔１〕に記載の蓄圧器。
〔３〕前記ライナー層の一方の端部に設けられ、前記一方の端部を閉塞するバルブと、
前記ライナー層の他方の端部に設けられ、前記他方の端部を閉塞する栓と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項〔１〕又は〔２〕に記載の蓄圧器。
〔４〕前記炭素繊維強化樹脂層は、前記ライナー層の円周面に設けられている
ことを特徴とする請求項〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の蓄圧器。
〔５〕両端部が開放された円筒状の金属製のライナー層の周囲に炭素繊維強化樹脂が設けられた蓄圧器の製造方法であって、
前記ライナー層の内周面上の中央部及び端部に歪みセンサーを設置するセンサー設置工程と、
前記ライナー層の一方の端部をガスの通し孔が予め形成されたバルブで閉塞し、前記ライナー層の他方の端部を栓で閉塞する閉塞工程と、
前記歪みセンサーで前記ライナー層の前記中央部及び前記端部の歪み量を検知しながら、前記ガスを前記ライナー層内に封入し、前記ライナー層の内周面を加圧して圧縮残留応力層を形成する自緊処理工程と、
前記ライナー層の周囲に前記炭素繊維強化樹脂を巻き付ける樹脂巻付工程と、
を備えた
ことを特徴とする蓄圧器の製造方法。
である。 The pressure accumulator of the present invention includes a cylindrical metal liner layer having both ends opened, and a carbon fiber reinforced resin layer provided on the outer side of the liner layer. A compressive residual stress layer to which compressive residual stress is applied is formed by self-tightening, and an outer surface layer having a compressive residual stress smaller than that of the compressive residual stress layer is formed outside the compressive residual stress layer. The details are as follows:
[1] a circular cylindrical metallic liner layer both end portions are opened,
A carbon fiber reinforced resin layer provided outside the liner layer;
With
The liner layer has a body portion having a small outer peripheral surface, and a shoulder portion having a large outer peripheral surface connected to both ends of the body portion,
The carbon fiber reinforced resin layer provided on the outer peripheral surface of the trunk is provided thicker by a smaller diameter than the carbon fiber reinforced resin layer provided on the shoulder,
In the liner layer,
A compressive residual stress layer to which compressive residual stress is applied by applying self-tightening inside is formed,
An outer pressure layer having a compressive residual stress smaller than that of the compressive residual stress layer is formed outside the compressive residual stress layer.
[2] The carbon fiber reinforced resin layer is
The pressure accumulator according to claim [1], comprising a PAN-based carbon fiber .
[3 ] A valve provided at one end of the liner layer and closing the one end;
A stopper provided at the other end of the liner layer and closing the other end;
The pressure accumulator according to claim [1] or [2] , further comprising:
[4] The carbon fiber reinforced resin layer is provided on a circumferential surface of the liner layer.
The pressure accumulator according to any one of claims [1] to [3].
[5] around the both end circular tube part is opened like metallic liner layer method for manufacturing a pressure accumulator provided a carbon fiber reinforced resin,
A sensor installation step of installing a strain sensor at the center and end on the inner peripheral surface of the liner layer;
A closing step of closing one end of the liner layer with a valve in which a gas passage hole is formed in advance, and closing the other end of the liner layer with a stopper;
While detecting the strain amount of the central portion and the end portion of the liner layer with the strain sensor, the gas is sealed in the liner layer, and the inner peripheral surface of the liner layer is pressurized to form a compressive residual stress layer. The self-tightening process to be formed;
A resin winding step of winding the carbon fiber reinforced resin around the liner layer;
A pressure accumulator manufacturing method characterized by comprising:
It is.

本発明の蓄圧器によれば、両端部が開放された筒状の金属製のライナー層を備えているので、ライナー層を予め設定された形状にする際に形成されるシワの発生が抑制されており、強度が低減してしまうことを抑制することができる。
また、本発明の蓄圧器によれば、上記構成のライナー層に自緊処理を施しているので、ライナー層の中央部と端部とで加圧にムラが生じることを抑制し、均一に自緊処理をすることができ、強度の低下を抑制することができる。 According to the pressure accumulator of the present invention, since the cylindrical metal liner layer having both ends opened is provided, the generation of wrinkles formed when the liner layer is formed in a preset shape is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the strength from being reduced.
In addition, according to the pressure accumulator of the present invention, the liner layer having the above-described configuration is subjected to self-tightening treatment. Tightening treatment can be performed, and a decrease in strength can be suppressed.

本発明の実施の形態に係る蓄圧器の概要構成例図である。It is an outline lineblock diagram of an accumulator concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る蓄圧器の製造方法の自緊処理工程の説明図である。It is explanatory drawing of the self-tightening process of the manufacturing method of the pressure accumulator which concerns on embodiment of this invention. 蓄圧器のライナー層に自緊処理を施している様子を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining a mode that the self-adhesion process is performed to the liner layer of an accumulator. ライナー層に自緊処理を施すことで発生する残留応力について説明する図である。It is a figure explaining the residual stress which generate | occur | produces by performing a self-tightening process to a liner layer. 充填（放出）回数Ｎに対する蓄圧器１００のライナー層１０に発生する応力を示すグラフである。It is a graph which shows the stress which generate | occur | produces in the liner layer 10 of the pressure accumulator 100 with respect to the frequency | count N of filling (release). ボンベ型のライナー層にシワが形成されて強度が低下する様子を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically a mode that wrinkles are formed in a cylinder type liner layer, and intensity falls. 本発明の実施の形態に係る蓄圧器の変形例である。It is a modification of the pressure accumulator which concerns on embodiment of this invention.

以下に、本発明の蓄圧器の好ましい実施の形態を、図面を参照して詳しく説明する。尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。   Hereinafter, a preferred embodiment of a pressure accumulator of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these embodiments.

図１は、本実施の形態に係る蓄圧器１００の概要構成例図である。
蓄圧器１００は、両端部が開放された筒状の金属製のライナー層１０の周囲に炭素繊維強化樹脂層１５が設けられているものであり、たとえば、燃料電池自動車などに設置される。
蓄圧器１００は、水素などが収容されるライナー層１０、及び、ライナー層１０の外周に被覆された炭素繊維強化樹脂層１５などを有しているものである。また、蓄圧器１００は、ライナー層１０の端部に設けられ、ライナー層１０の開放端部を閉塞する栓２０及びバルブ３０を有している。 FIG. 1 is a schematic configuration example diagram of a pressure accumulator 100 according to the present embodiment.
The pressure accumulator 100 is provided with a carbon fiber reinforced resin layer 15 around a cylindrical metal liner layer 10 whose both ends are open, and is installed in, for example, a fuel cell vehicle.
The pressure accumulator 100 includes a liner layer 10 in which hydrogen or the like is accommodated, a carbon fiber reinforced resin layer 15 coated on the outer periphery of the liner layer 10, and the like. The pressure accumulator 100 includes a plug 20 and a valve 30 that are provided at the end of the liner layer 10 and close the open end of the liner layer 10.

（ライナー層１０）
ライナー層１０は、たとえば、低合金鋼で構成される。すなわち、ライナー層１０は、たとえばクロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、マンガンクロム鋼、マンガン鋼もしくはボロン添加鋼のうちいずれか１つを有するものとして構成される。炭素繊維強化樹脂層１５としては、蓄圧器１００の所要の耐圧性（機械的強度）を確保するための層であり、ライナー層１０の外周面の全域を覆うように巻き付けられている。 (Liner layer 10)
The liner layer 10 is made of, for example, low alloy steel. That is, the liner layer 10 is configured to have any one of, for example, chromium molybdenum steel, nickel chromium molybdenum steel, manganese chromium steel, manganese steel, or boron-added steel. The carbon fiber reinforced resin layer 15 is a layer for ensuring the required pressure resistance (mechanical strength) of the pressure accumulator 100, and is wound around the entire outer peripheral surface of the liner layer 10.

ライナー層１０は、ライナー層１０の胴体部分にあたる胴部１と、胴部１の端部側に形成されている肩部２とを有しており、いわゆるフランジ型の圧力容器である。ここで、胴部１及び肩部２とは一体的に形成されている。また、ライナー層１０は、胴部１よりも肩部２の方が外径が大きくなっている。すなわち、ライナー層１０には、肩部２と胴部１との接続位置に外周面がテーパー状の拡径部３が形成されている。胴部１は、水素などを収容できるように円筒状部材であり、水素などを貯留する容器内部空間１１が形成されている。胴部１の内周面Ｓ１は、後述する自緊処理が施されて加圧される。また、胴部１の外周面Ｓ２には、炭素繊維強化樹脂層１５が巻き付けられている。肩部２も、胴部１のように、円筒状部材である。一方の肩部２には、バルブ３０が取り付けられ、他方の肩部２には、栓２０が取り付けられる。本実施の形態では、胴部１だけでなく、肩部２及び拡径部３にも炭素繊維強化樹脂層１５が巻き付けられており、蓄圧器１００の高強度化が図られている。   The liner layer 10 includes a body portion 1 corresponding to a body portion of the liner layer 10 and a shoulder portion 2 formed on the end side of the body portion 1 and is a so-called flange-type pressure vessel. Here, the trunk | drum 1 and the shoulder part 2 are integrally formed. Further, the outer diameter of the shoulder layer 2 of the liner layer 10 is larger than that of the body 1. That is, the diameter-enlarged portion 3 having a tapered outer peripheral surface is formed in the liner layer 10 at the connection position between the shoulder portion 2 and the body portion 1. The trunk portion 1 is a cylindrical member so as to accommodate hydrogen and the like, and a container internal space 11 for storing hydrogen and the like is formed. The inner peripheral surface S1 of the trunk portion 1 is subjected to a self-tightening process, which will be described later, and is pressurized. A carbon fiber reinforced resin layer 15 is wound around the outer peripheral surface S2 of the trunk portion 1. The shoulder 2 is also a cylindrical member like the trunk 1. A valve 30 is attached to one shoulder 2, and a plug 20 is attached to the other shoulder 2. In the present embodiment, the carbon fiber reinforced resin layer 15 is wound not only on the trunk portion 1 but also on the shoulder portion 2 and the enlarged diameter portion 3, and the strength of the pressure accumulator 100 is increased.

（炭素繊維強化樹脂層１５）
炭素繊維強化樹脂層１５は、蓄圧器１００の所要の耐圧性（機械的強度）を確保するための層であり、ライナー層１０の外周面Ｓ２の全域を覆うように巻き付けられている。炭素繊維強化樹脂層１５は、強化材に炭素繊維を用い、これに樹脂を含浸させて強度を向上させた複合材料であり、ＣＦＲＰ（ｃａｒｂｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）と呼ばれている。 (Carbon fiber reinforced resin layer 15)
The carbon fiber reinforced resin layer 15 is a layer for ensuring the required pressure resistance (mechanical strength) of the pressure accumulator 100, and is wound so as to cover the entire outer peripheral surface S <b> 2 of the liner layer 10. The carbon fiber reinforced resin layer 15 is a composite material in which carbon fiber is used as a reinforcing material and the strength is improved by impregnating the carbon fiber into the reinforcing material, and is called CFRP (carbon-fiber-reinforced plastic).

炭素繊維には、ピッチ系とＰＡＮ系があり、ＰＡＮ系炭素繊維は航空機等種々の用途に使用されており一般に普及している。ピッチ系炭素繊維は開発されて間もない炭素繊維である。ピッチ系炭素繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維に比べて強度は小さいが弾性率は大きく高剛性であるという特徴を有している。たとえば、ピッチ系炭素繊維のヤング率は６２０ＧＰａ（もしくは７８０ＧＰａ）であるのに対し、ＰＡＮ系炭素繊維のヤング率は２３０ＧＰａであり、ピッチ系炭素繊維がＰＡＮ系炭素繊維に比べて剛性（弾性率）が優れている。一方、ピッチ系炭素繊維の引張強さＴＳは３６００ＧＰａであるのに対し、ＰＡＮ系炭素繊維の引張強さＴＳは５０００ＧＰａであり、ＰＡＮ系炭素繊維はピッチ系炭素繊維に比べて強度が優れている。
蓄圧器１００においては、炭素繊維強化樹脂層１５にＰＡＮ系炭素繊維が採用している。すなわち、蓄圧器１００は、低合金鋼からなるライナー層１０と、高い引張強さを保持するＰＡＮ系炭素繊維からなる炭素繊維強化樹脂層１５とを協働させることにより、水素を収容した際の充填圧力に耐えうる強度を確保することができるようになっている。 Carbon fibers include pitch-based and PAN-based, and PAN-based carbon fibers are widely used because they are used for various applications such as aircraft. Pitch-based carbon fibers are carbon fibers that have just been developed. The pitch-based carbon fiber has a feature that the strength is small compared to the PAN-based carbon fiber, but the elastic modulus is large and the rigidity is high. For example, Young's modulus of pitch-based carbon fiber is 620 GPa (or 780 GPa), whereas Young's modulus of PAN-based carbon fiber is 230 GPa, and pitch-based carbon fiber is more rigid (elastic modulus) than PAN-based carbon fiber. Is excellent. On the other hand, the tensile strength TS of the pitch-based carbon fiber is 3600 GPa, whereas the tensile strength TS of the PAN-based carbon fiber is 5000 GPa, and the PAN-based carbon fiber is superior in strength to the pitch-based carbon fiber. .
In the pressure accumulator 100, PAN-based carbon fibers are used for the carbon fiber reinforced resin layer 15. That is, the pressure accumulator 100 has a structure in which hydrogen is accommodated by causing the liner layer 10 made of low alloy steel and the carbon fiber reinforced resin layer 15 made of PAN-based carbon fiber holding high tensile strength to cooperate. The strength capable of withstanding the filling pressure can be secured.

（栓２０及びバルブ３０）
栓２０は、ライナー層１０の端部に取り付けられて、ライナー層１０を閉塞するのに利用されるものである。バルブ３０も、栓２０と同様の機能を有するとともに、内容物の封入、放出に利用される。栓２０及びバルブ３０には、それぞれ通し孔２１及び通し孔３１が形成されている。 (Plug 20 and valve 30)
The stopper 20 is attached to the end of the liner layer 10 and is used to close the liner layer 10. The valve 30 also has the same function as the stopper 20 and is used for enclosing and discharging contents. A through hole 21 and a through hole 31 are formed in the stopper 20 and the valve 30, respectively.

［蓄圧器１００の製造方法について］
図２は、実施の形態に係る蓄圧器１００の製造方法の自緊処理工程の説明図である。図２を参照して、蓄圧器１００の製造方法について説明する。 [About the manufacturing method of the pressure accumulator 100]
Drawing 2 is an explanatory view of the self-tightening process of the manufacturing method of pressure accumulator 100 concerning an embodiment. With reference to FIG. 2, the manufacturing method of the pressure accumulator 100 is demonstrated.

（センサー設置工程）
センサー設置工程では、ライナー層１０の内周面Ｓ１上の中央部に歪みセンサー４０を設置するとともに、ライナー層１０の内周面Ｓ１上の両端部に歪みセンサー４１を設置する。すなわち、蓄圧器１００の製造方法では、自緊処理中に内圧を検知することで、ライナー層１０に付与する圧縮残留応力が、ライナー層１０の軸方向にムラができないようにしている。つまり、ライナー層１０の内側の中央部よりも端部の方が、圧縮残留応力を付与しにくいという事情があるため、歪みセンサー４０及び歪みセンサー４１でライナー層１０の歪みを検知しながら加圧する。これにより、ライナー層１０の内側の中央部だけでなく、ライナー層１０の内側の端部についても、より確実に圧縮残留応力が付与される。 (Sensor installation process)
In the sensor installation step, the strain sensor 40 is installed at the central portion on the inner peripheral surface S1 of the liner layer 10, and the strain sensors 41 are installed at both ends on the inner peripheral surface S1 of the liner layer 10. That is, in the method for manufacturing the pressure accumulator 100, the compressive residual stress applied to the liner layer 10 is prevented from being uneven in the axial direction of the liner layer 10 by detecting the internal pressure during the self-tightening process. That is, since there is a situation in which the compressive residual stress is less likely to be applied to the end portion than to the inner central portion of the liner layer 10, the strain sensor 40 and the strain sensor 41 are pressed while detecting the strain of the liner layer 10. . Thereby, not only the center part inside the liner layer 10 but also the end part inside the liner layer 10 is more reliably applied with compressive residual stress.

なお、本実施の形態に係る蓄圧器１００の製造方法において、センサー設置工程を行う態様について説明したが、それに限定されるものではなく、センサー設置工程を行わないでもよい。すなわち、ライナー層１０の歪み量を検知する必要がないときは、歪みセンサー４０及び歪みセンサー４１を設けなくてもよい。   In addition, in the manufacturing method of the pressure accumulator 100 which concerns on this Embodiment, although the aspect which performs a sensor installation process was demonstrated, it is not limited to it, You may not perform a sensor installation process. That is, when it is not necessary to detect the strain amount of the liner layer 10, the strain sensor 40 and the strain sensor 41 may not be provided.

また、本実施の形態では、センサー設置工程においてライナー層１０の内周面に歪みセンサー４０及び歪みセンサー４１を設置した態様について説明したが、それに限定されるものではない。内周面に加えてライナー層１０の外周面の中央部及び端部に歪みセンサーを設置し、これらのセンサーの検知結果を見ながら、自緊処理を実施するようにしてもよい。   In the present embodiment, the mode in which the strain sensor 40 and the strain sensor 41 are installed on the inner peripheral surface of the liner layer 10 in the sensor installation process has been described. However, the present invention is not limited to this. In addition to the inner peripheral surface, strain sensors may be installed at the center and end portions of the outer peripheral surface of the liner layer 10, and the self-tightening process may be performed while observing the detection results of these sensors.

（閉塞工程）
閉塞工程では、ライナー層１０の一方の肩部２をガスの通し孔３１が予め形成されたバルブ３０で閉塞し、ライナー層１０の他方の肩部２を栓２０で閉塞する。これにより、ライナー層１０、バルブ３０及び栓２０によって閉塞された空間を形成する。また、栓２０の通し孔２１を閉塞するために通し孔閉塞部２２を取り付ける。さらに、バルブ３０の通し孔３１については、自緊処理用のガスを供給するためのガス供給部３２に接続する。 (Closing process)
In the closing step, one shoulder 2 of the liner layer 10 is closed with a valve 30 in which a gas passage hole 31 is formed in advance, and the other shoulder 2 of the liner layer 10 is closed with a plug 20. Thereby, a space closed by the liner layer 10, the valve 30 and the stopper 20 is formed. In addition, a through hole blocking portion 22 is attached to close the through hole 21 of the plug 20. Further, the through hole 31 of the valve 30 is connected to a gas supply unit 32 for supplying a self-tightening gas.

（自緊処理工程）
自緊処理工程では、歪みセンサー４０でライナー層１０の中央部及び歪みセンサー４１でライナー層１０の端部の歪み量を検知しながら、自緊処理用のガスをライナー層１０内に封入する。これにより、ライナー層１０の内周面Ｓ１を加圧して圧縮残留応力層１０Ｂを形成する。 (Self-tightening process)
In the self-tightening process, the strain sensor 40 encloses the gas for self-tightening treatment in the liner layer 10 while detecting the strain amount at the center of the liner layer 10 and the strain sensor 41 at the end of the liner layer 10. Thereby, the inner peripheral surface S1 of the liner layer 10 is pressurized to form the compressive residual stress layer 10B.

（樹脂巻付工程）
樹脂巻付工程では、ライナー層１０の周囲に炭素繊維強化樹脂層１５を巻き付ける。なお、炭素繊維強化樹脂層１５を構成する繊維の巻き付け方法としては、ライナー層１０の胴部１の円周方向に沿って巻くフープ巻きを採用するとよい。これにより、ライナー層１０の円周方向の膨らみを防止できる。なお、ヘリカル巻きとフープ巻きを組み合わせてライナー層１０全体をＰＡＮ系炭素繊維で覆ってもよい。 (Resin winding process)
In the resin winding step, the carbon fiber reinforced resin layer 15 is wound around the liner layer 10. In addition, as a winding method of the fiber which comprises the carbon fiber reinforced resin layer 15, it is good to employ | adopt the hoop winding wound along the circumferential direction of the trunk | drum 1 of the liner layer 10. FIG. Thereby, the swelling of the liner layer 10 in the circumferential direction can be prevented. Note that the entire liner layer 10 may be covered with PAN-based carbon fibers by combining helical winding and hoop winding.

なお、本実施の形態では、自緊処理工程を行った後に樹脂巻付工程を行う態様について説明したが、それに限定されるものではない。自緊処理工程及び樹脂巻付工程を同時に行う態様であってもよい。すなわち、炭素繊維強化樹脂層１５をライナー層１０を巻く際に自緊処理を行ってもよい。   In addition, although this Embodiment demonstrated the aspect which performs a resin winding process after performing a self-restraint process, it is not limited to it. The self-tightening process step and the resin winding step may be performed simultaneously. That is, when the carbon fiber reinforced resin layer 15 is wound around the liner layer 10, self-tightening treatment may be performed.

また、本実施の形態では、炭素繊維強化樹脂層１５をライナー層１０の外周面Ｓ２の全域に設ける態様について説明したが、それに限定されるものではない。たとえば、胴部１は、外周面Ｓ２の全域に炭素繊維強化樹脂層１５を設けるが、肩部２は、外周面Ｓ２の一部に炭素繊維強化樹脂層１５を設けるようにしてもよい。   In the present embodiment, the carbon fiber reinforced resin layer 15 is provided over the entire outer peripheral surface S <b> 2 of the liner layer 10. However, the present invention is not limited to this. For example, the body portion 1 is provided with the carbon fiber reinforced resin layer 15 over the entire outer peripheral surface S2, but the shoulder portion 2 may be provided with the carbon fiber reinforced resin layer 15 on a part of the outer peripheral surface S2.

［自緊処理について］
図３は、蓄圧器１００のライナー層１０に自緊処理を施している様子を説明する断面図である。図４は、ライナー層１０に自緊処理を施すことで発生する残留応力について説明する図である。図４に示すように、ライナー層１０は、炭素繊維強化樹脂層１５により自緊処理されている。これにより、ライナー層１０には、自緊処理による加圧によって圧縮残留応力を付与された圧縮残留応力層１０Ｂが形成されている。また、ライナー層１０には、圧縮残留応力層１０Ｂの外側に外表面層１０Ａが形成されている。図４に示すように、外表面層１０Ａは、自緊処理による加圧によって圧縮残留応力を付与されていない層である。すなわち、外表面層１０Ａは、圧縮残留応力層１０Ｂよりも小さい圧縮残留応力を有する層である。 [About self-tightening]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating how the liner layer 10 of the pressure accumulator 100 is subjected to self-tightening processing. FIG. 4 is a diagram for explaining the residual stress generated by performing the self-tightening process on the liner layer 10. As shown in FIG. 4, the liner layer 10 is self-tightened by the carbon fiber reinforced resin layer 15. As a result, the liner layer 10 is formed with a compressive residual stress layer 10B to which compressive residual stress is applied by pressurization by self-tightening treatment. In addition, the outer surface layer 10A is formed on the liner layer 10 outside the compressive residual stress layer 10B. As shown in FIG. 4, the outer surface layer 10 </ b> A is a layer to which no compressive residual stress is applied by pressurization by self-tightening treatment. That is, the outer surface layer 10A is a layer having a compressive residual stress smaller than that of the compressive residual stress layer 10B.

本実施の形態に係る蓄圧器１００は、ライナー層１０がフランジ型であるため、自緊処理を施したときに中央部と端部とでムラが生じにくく、圧縮残留応力層１０Ｂの厚みを軸方向において一定にしやすくなっている。   In the pressure accumulator 100 according to the present embodiment, since the liner layer 10 is a flange type, unevenness hardly occurs between the center portion and the end portion when the self-tightening process is performed, and the thickness of the compressive residual stress layer 10B is axial. It is easy to make the direction constant.

図５は、充填（放出）回数Ｎに対する蓄圧器１００のライナー層１０に発生する応力を示すグラフである。図５に示すように、自緊処理が行われていない場合、発生応力は最大値Ｐ１ｍａｘになるのに対し、自緊処理が行われている場合、発生応力は最大値Ｐｍａｘ（＜Ｐ１ｍａｘ）になり、応力振幅の最大値が下がる。このように、ライナー層１０に自緊処理を施すことにより、圧縮残留応力を発生させてライナー層１０に発生する最大応力を実質的に下げることができる。   FIG. 5 is a graph showing the stress generated in the liner layer 10 of the pressure accumulator 100 with respect to the filling (release) number of times N. As shown in FIG. 5, when the self-tightening process is not performed, the generated stress becomes the maximum value P1max, whereas when the self-tightening process is performed, the generated stress becomes the maximum value Pmax (<P1max). As a result, the maximum value of the stress amplitude decreases. In this way, by applying the self-tightening process to the liner layer 10, it is possible to substantially reduce the maximum stress generated in the liner layer 10 by generating a compressive residual stress.

［本実施の形態に係る蓄圧器１００の有する効果］
本実施の形態に係る蓄圧器１００は、両端部が開放された筒状の金属製のライナー層１０を備えたフランジ型の圧力容器であるため、ライナー層１０を予め設定された形状にする際に形成されるシワの発生が抑制されており、強度が低減してしまうことを抑制することができる。図６は、ボンベ型のライナー層２０１にシワが形成されて強度が低下する様子を模式的に説明する図である。なお、図６（ａ）はボンベ型のライナー層２０１の概要構成例図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の点線円で示す箇所の拡大断面図である。図６に示すように、たとえば、ボンベ型のライナー層２０１を有する蓄圧器２００においては、ライナー層２０１のうちの口絞り部２０２側の部分に構造上、シワが形成されやすい。すなわち、ライナー層２０１の製造工程において、肩部２０３を半球状に形成していく過程で、その外周面部Ｆにシワが形成されてしまいやすい。一方、本実施の形態に係る蓄圧器１００は、ライナー層１０が円筒状のフランジ型であるため、このようなシワが形成されてしまうことを回避することができ、強度が低減してしまうことを抑制することができる。 [Effects of pressure accumulator 100 according to the present embodiment]
Since the pressure accumulator 100 according to the present embodiment is a flange-type pressure vessel provided with a cylindrical metal liner layer 10 having both ends opened, when the liner layer 10 is formed in a preset shape. Generation | occurrence | production of the wrinkle formed in this is suppressed, and it can suppress that intensity | strength reduces. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a state in which wrinkles are formed in the cylinder-type liner layer 201 and the strength is reduced. 6A is a schematic configuration example of the cylinder-type liner layer 201, and FIG. 6B is an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by a dotted circle in FIG. 6A. As shown in FIG. 6, for example, in a pressure accumulator 200 having a cylinder-type liner layer 201, wrinkles are easily formed in a portion of the liner layer 201 on the mouth throttle portion 202 side. That is, in the manufacturing process of the liner layer 201, wrinkles are likely to be formed on the outer peripheral surface portion F in the process of forming the shoulder portion 203 into a hemispherical shape. On the other hand, in the pressure accumulator 100 according to the present embodiment, since the liner layer 10 is a cylindrical flange type, it can be avoided that such wrinkles are formed, and the strength is reduced. Can be suppressed.

本実施の形態に係る蓄圧器１００は、ライナー層１０が円筒状のフランジ型であるため、半球状の肩部２０３を有する蓄圧器２００と比較すると、自緊処理で内圧をかけているときに、ライナー層１０の中央部と端部との加圧ムラが発生しにくくなっている。このため、ライナー層１０により均一な自緊処理を施すことができ、ライナー層１０の強度が低下してしまうことを抑制することができる。   In the pressure accumulator 100 according to the present embodiment, since the liner layer 10 is a cylindrical flange type, compared to the pressure accumulator 200 having a hemispherical shoulder 203, when the internal pressure is applied by self-tightening processing. Further, pressure unevenness between the central portion and the end portion of the liner layer 10 is less likely to occur. For this reason, uniform self-adhesive treatment can be performed by the liner layer 10, and it is possible to suppress the strength of the liner layer 10 from being lowered.

本実施の形態に係る蓄圧器１００は、ライナー層１０の内側に自緊処理が施されて圧縮残留応力を付与された圧縮残留応力層１０Ｂが形成されるとともに、ライナー層１０の外周に炭素繊維強化樹脂層１５が設けられている。これにより、低合金鋼からなるライナー層１０と、高い引張強さを保持するＰＡＮ系炭素繊維からなる炭素繊維強化樹脂層１５とを協働させることにより、水素を収容した際の充填圧力に耐えうる強度を確保することができるようになっている。   In the pressure accumulator 100 according to the present embodiment, a compressive residual stress layer 10B to which compressive residual stress is applied is formed on the inner side of the liner layer 10 and a carbon fiber is formed on the outer periphery of the liner layer 10. A reinforced resin layer 15 is provided. Thus, the liner layer 10 made of low alloy steel and the carbon fiber reinforced resin layer 15 made of PAN-based carbon fiber that retains high tensile strength cooperate to withstand the filling pressure when hydrogen is accommodated. The strength which can be secured can be secured.

本実施の形態に係る蓄圧器１００は、ライナー層１０が円筒状のフランジ型であるため、栓２０を開放することでライナー層１０の内周面Ｓ１が露出するため、ライナー層１０の内面検査を実施しやすい。   In the pressure accumulator 100 according to the present embodiment, since the liner layer 10 is a cylindrical flange type, the inner peripheral surface S1 of the liner layer 10 is exposed by opening the plug 20, so that the inner surface inspection of the liner layer 10 is performed. It is easy to carry out.

本実施の形態に係る蓄圧器１００は、ライナー層１０が円筒状のフランジ型であるため、ライナー層１０の胴部１及び肩部２に、炭素繊維強化樹脂層１５を構成する繊維をフープ巻きしやすい。   In the pressure accumulator 100 according to the present embodiment, since the liner layer 10 is a cylindrical flange type, the fibers constituting the carbon fiber reinforced resin layer 15 are hoop-wrapped around the body portion 1 and the shoulder portion 2 of the liner layer 10. It's easy to do.

また、上述のように、ライナー層１０の端部側については、中央部よりも圧縮残留応力層１０Ｂが形成されにくい。そこで、ライナー層１０の端部側については、ライナー層１０の中央部よりも薄肉になるように形成してもよい。これにより、ライナー層１０により均一な自緊処理を施すことができ、ライナー層１０の強度が低下してしまうことを抑制することができる。   Further, as described above, the compressive residual stress layer 10B is less likely to be formed on the end portion side of the liner layer 10 than in the central portion. Therefore, the end portion side of the liner layer 10 may be formed to be thinner than the central portion of the liner layer 10. Thereby, a uniform self-adhesive process can be performed by the liner layer 10, and it can suppress that the intensity | strength of the liner layer 10 falls.

［蓄圧器１００の変形例］
図７は、本実施の形態に係る蓄圧器１００の変形例である。本実施の形態では、ライナー層１０の形状が、肩部２側において拡径している態様について説明したが、それに限定されるものではない。ライナー層１０は、一方の端部側及び他方の端部側のうちの少なくとも一方が縮径しているものであってもよい。図７では、ライナー層１０ｂの両方の端部側が縮径している態様を一例として示している。ライナー層１０ｂの端部側が縮径されて形成された肩部２ｂは、ボンベ型のライナー層２０１の肩部２０３のように半球状まで縮径した態様ではない。このため、ライナー層１０ｂは、その製造にあたり、ライナー層２０１と比較するとシワの発生を抑制することができ、強度が低減してしまうことを抑制することができる。 [Modification of pressure accumulator 100]
FIG. 7 is a modification of the pressure accumulator 100 according to the present embodiment. In the present embodiment, the mode in which the shape of the liner layer 10 is increased in diameter on the shoulder 2 side has been described, but the present invention is not limited thereto. The liner layer 10 may have a diameter reduced at least one of one end side and the other end side. FIG. 7 shows an example in which both end portions of the liner layer 10b are reduced in diameter. The shoulder portion 2b formed by reducing the diameter of the end portion side of the liner layer 10b is not an aspect in which the diameter is reduced to a hemispherical shape like the shoulder portion 203 of the cylinder type liner layer 201. For this reason, the liner layer 10b can suppress the generation of wrinkles as compared with the liner layer 201 in the production thereof, and can suppress the reduction in strength.

１ 胴部、２ 肩部、２ｂ 肩部、３ 拡径部、１０ ライナー層、１０Ａ 外表面層、１０Ｂ 圧縮残留応力層、１０ｂ ライナー層、１１ 容器内部空間、１５ 炭素繊維強化樹脂層、２０ 栓、２１ 通し孔、２２ 通し孔閉塞部、３０ バルブ、３１ 通し孔、３２ ガス供給部、４０ 歪みセンサー、４１ 歪みセンサー、１００ 蓄圧器、２００ 蓄圧器、２０１ ライナー層、２０２ 口絞り部、２０３ 肩部、Ｆ 外周面部、Ｎ 回数、Ｐ１ｍａｘ 最大値、Ｐｍａｘ 最大値、Ｓ１ 内周面、Ｓ２ 外周面。   1 body part, 2 shoulder part, 2b shoulder part, 3 enlarged diameter part, 10 liner layer, 10A outer surface layer, 10B compression residual stress layer, 10b liner layer, 11 container inner space, 15 carbon fiber reinforced resin layer, 20 stopper , 21 through hole, 22 through hole blocking part, 30 valve, 31 through hole, 32 gas supply part, 40 strain sensor, 41 strain sensor, 100 pressure accumulator, 200 pressure accumulator, 201 liner layer, 202 mouth throttle part, 203 shoulder Part, F outer peripheral surface part, N times, P1max maximum value, Pmax maximum value, S1 inner peripheral surface, S2 outer peripheral surface.

Claims (5)

両端部が開放された円筒状の金属製のライナー層と、
前記ライナー層の外側に設けられた炭素繊維強化樹脂層と、
を備え、
前記ライナー層は、外周面が小径の胴部と、前記胴部の両端部に連設された外周面が大径の肩部と、を有し、
前記胴部の外周面に設けられた前記炭素繊維強化樹脂層は、前記肩部に設けられた前記炭素繊維強化樹脂層よりも小径の分だけ厚く設けられており、
前記ライナー層には、
その内側に自緊処理が施されて圧縮残留応力を付与された圧縮残留応力層が形成され、
前記圧縮残留応力層の外側に、前記圧縮残留応力層よりも小さい圧縮残留応力を有する外表面層が形成されている
ことを特徴とする蓄圧器。 A circular cylindrical metallic liner layer both end portions are opened,
A carbon fiber reinforced resin layer provided outside the liner layer;
With
The liner layer has a body portion having a small outer peripheral surface, and a shoulder portion having a large outer peripheral surface connected to both ends of the body portion,
The carbon fiber reinforced resin layer provided on the outer peripheral surface of the trunk is provided thicker by a smaller diameter than the carbon fiber reinforced resin layer provided on the shoulder,
In the liner layer,
A compressive residual stress layer to which compressive residual stress is applied by applying self-tightening inside is formed,
An outer pressure layer having a compressive residual stress smaller than that of the compressive residual stress layer is formed outside the compressive residual stress layer. 前記炭素繊維強化樹脂層は、
ＰＡＮ系炭素繊維からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄圧器。 The carbon fiber reinforced resin layer is
The pressure accumulator according to claim 1, comprising a PAN-based carbon fiber. 前記ライナー層の一方の端部に設けられ、一方の端部を閉塞するバルブと、
前記ライナー層の他方の端部に設けられ、他方の端部を閉塞する栓と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄圧器。 A valve provided at one end of the liner layer and closing the one end;
A stopper provided at the other end of the liner layer and closing the other end;
The pressure accumulator according to claim 1 or 2 , further comprising: 前記炭素繊維強化樹脂層は、前記ライナー層の円周面に設けられているThe carbon fiber reinforced resin layer is provided on a circumferential surface of the liner layer.
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄圧器。The accumulator according to any one of claims 1 to 3, wherein 両端部が開放された円筒状の金属製のライナー層の周囲に炭素繊維強化樹脂が設けられた蓄圧器の製造方法であって、
前記ライナー層の内周面上の中央部及び端部に歪みセンサーを設置するセンサー設置工程と、
前記ライナー層の一方の端部をガスの通し孔が予め形成されたバルブで閉塞し、前記ライナー層の他方の端部を栓で閉塞する閉塞工程と、
前記歪みセンサーで前記ライナー層の前記中央部及び前記端部の歪み量を検知しながら、前記ガスを前記ライナー層内に封入し、前記ライナー層の内周面を加圧して圧縮残留応力層を形成する自緊処理工程と、
前記ライナー層の周囲に前記炭素繊維強化樹脂を巻き付ける樹脂巻付工程と、
を備えた
ことを特徴とする蓄圧器の製造方法。 A method of manufacturing a pressure accumulator provided a carbon fiber reinforced resin around the both ends opened circular cylindrical metallic liner layer,
A sensor installation step of installing a strain sensor at the center and end on the inner peripheral surface of the liner layer;
A closing step of closing one end of the liner layer with a valve in which a gas passage hole is formed in advance, and closing the other end of the liner layer with a stopper;
While detecting the strain amount of the central portion and the end portion of the liner layer with the strain sensor, the gas is sealed in the liner layer, and the inner peripheral surface of the liner layer is pressurized to form a compressive residual stress layer. The self-tightening process to be formed;
A resin winding step of winding the carbon fiber reinforced resin around the liner layer;
A pressure accumulator manufacturing method characterized by comprising:
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