JP6540558B2 - Tank manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、タンクの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a tank.
車両搭載用高圧タンクとして、ライナの外周を繊維強化プラスチック層で補強したものが知られている。特許文献1では、ライナの外周に繊維強化プラスチック材料を巻きつけ、それらを昇温して繊維強化プラスチック層(繊維強化樹脂層)を形成した後、ライナおよび繊維強化プラスチック層を冷却することで高圧タンクを製造する方法が開示されている。
As a high pressure tank for vehicle mounting, one in which the outer periphery of a liner is reinforced with a fiber reinforced plastic layer is known. In
しかしながら、従来技術では、タンクを冷却する際に、タンクの内部と外部に温度差が生じるため、タンクの繊維強化樹脂層に大きな残留歪みが発生してしまう可能性があるという問題があった。 However, in the prior art, when the tank is cooled, a temperature difference occurs between the inside and the outside of the tank, which causes a problem that a large residual strain may occur in the fiber reinforced resin layer of the tank.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following modes.
(1)本発明の一形態によれば、タンクの製造方法が提供される。このタンクの製造方法は、ライナの外周に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束が巻回されたタンクを加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層を形成する工程と、前記タンクを外部から冷却しつつ、前記タンクの内部に液体を注入して前記タンクを内部から冷却することによって、前記タンクを前記熱硬化性樹脂の軟化温度まで冷却する工程と、前記タンクを前記軟化温度で一定期間保持する工程とを備える。 (1) According to one aspect of the present invention, a method of manufacturing a tank is provided. The method of manufacturing the tank comprises heating a tank in which a fiber bundle impregnated with uncured thermosetting resin is wound around the outer periphery of the liner, and curing the thermosetting resin to form a fiber reinforced resin layer. And cooling the tank to a softening temperature of the thermosetting resin by injecting a liquid into the tank and cooling the tank from the inside while cooling the tank from the outside, and the tank And maintaining the temperature at the softening temperature for a fixed period of time.
この形態のタンクの製造方法によれば、タンクを外部から冷却しつつ、タンクの内部に液体を注入してタンクを内部から冷却することで、タンクの内部と外部との温度差を減少し、繊維強化樹脂層に大きな残留歪みが生じるのを抑制できる。また、タンクを熱硬化性樹脂の軟化温度で一定期間保持するので、繊維強化樹脂層に残留歪みが生じても、それを緩和することができる。 According to the method of manufacturing the tank of this aspect, the temperature difference between the inside and the outside of the tank is reduced by injecting the liquid into the inside of the tank and cooling the tank from the inside while cooling the tank from the outside. It is possible to suppress the occurrence of large residual strain in the fiber reinforced resin layer. Further, since the tank is held at the softening temperature of the thermosetting resin for a certain period, even if residual distortion occurs in the fiber reinforced resin layer, it can be relieved.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、タンクの製造装置、タンクの冷却制御装置、タンクの冷却方法等の形態で実現することができる。 The present invention can also be realized in various forms other than the above. For example, the present invention can be realized in the form of a tank manufacturing apparatus, a tank cooling control apparatus, a tank cooling method, and the like.
・第1実施形態:
図1は、本発明の第1実施形態の製造方法で得られるタンク100の概略構成を示す断面図である。このタンク100は、例えば、燃料電池車両に搭載され、燃料ガスである水素を貯蔵する高圧タンクとして用いられる。
First Embodiment:
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a
タンク100は、両端に半球状のドーム部を有する略円筒状の形状を有し、ライナ10を繊維強化樹脂層30で被覆して構成されている。ライナ10は、内部中空であり、長手方向の両端に口金21,22が配置されている。口金21,22は、略円柱状の形状を有し、例えばステンレス鋼やアルミニウムなどの金属で形成される。第1の口金21は、ライナ10の内部に導通する貫通孔23を有しており、配管(後述)が挿入可能である。第2の口金22は、長手方向の両端にそれぞれ有底状の凹部24,25を有しており、凹部24の内周面には雌ねじが設けられている。凹部24には、回転支持棒(後述)がねじ込み接続可能であり、凹部25には、配管の端部が挿入可能である。
The
繊維強化樹脂層30は、ライナ10の外周を覆うように繊維強化樹脂材料を巻回した後、加熱して硬化させることによって形成される。繊維強化樹脂材料としては、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束、例えば炭素繊維とエポキシ樹脂を含む炭素繊維強化プラスチック(CFRP:carbon-fiber-reinforced plastic)の束を利用することが可能である。
The fiber reinforced
図2は、タンク100の製造装置200を示す説明図である。製造装置200は、加熱炉210と、液体供給系230と、液体排出系240と、制御装置220とを備えている。加熱炉210は、タンク100を加熱又は冷却するための装置である。加熱炉210の内部には、加熱機190と、冷却機170と、放射温度計160とが設けられている。加熱機190は、加熱炉210の内壁に設置され、例えばタンク100にマイクロ波を照射して加熱する。冷却機170は、加熱炉210の内壁に設置され、タンク100に向けて複数のノズル172を備え、冷風ポンプ180から供給される冷風を各ノズル172からタンク100に向けて吹き出し、タンク100を外部から冷却する。放射温度計160は、加熱炉210内部の温度、すなわちタンク100外部の温度を測定する。
FIG. 2 is an explanatory view showing the
液体供給系230は、加熱炉210の外部に設置されており、タンク100の内部に液体を供給する。液体供給系230には、貯留槽110と、ポンプ120と、ヒータ130と、温度センサ140とが設けられている。貯留槽110に貯留している液体、例えば純水は、ポンプ120によって液体供給系230に送り出され、ヒータ130によって一定の温度に加熱された後に、調温媒体としてタンク100の内部に注入される。温度センサ140は、調温媒体の温度を測定する。タンク100内部の温度変化が急激でない場合には、調温媒体の温度をタンク100内部の温度とみなすことが可能である。液体排出系240は、ポンプ150を備え、タンク100の内部に注入された調温媒体を加熱炉210の外部に排出する。
The
制御装置220は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成される。制御装置220は、放射温度計160と温度センサ140との温度測定値を用いて、加熱炉210内部、液体供給系230及び液体排出系240の各種機器の動作を制御する。
The
タンク100は、ライナ10の外周を繊維強化樹脂材料30pで被覆した後に、加熱炉210の内部に設置される。加熱する前に、タンク100の第2の口金22の凹部24に、回転支持棒60の一端部がねじ込んで固定される。回転支持棒60の他端部は、加熱炉210内部にある回転機構に固定されている(図示せず)。また、タンク100の第1の口金21の貫通孔23には、配管40の一端部が挿入され、貫通孔23を通過してタンク100の内部に挿入される。配管40の他端部は、加熱炉210外部に延びて、液体供給系230と連結されている。また、配管40のうち、タンク100の内部に位置する内部配管44の外周面には、複数の噴出孔41が設けられている。また、内部配管44の第1の口金21に近い位置には貫通孔42が設けられており、この貫通孔42を通して、排出配管50がタンク100の下端近くの位置に設置されている。排出配管50の一端部は配管40の内部を通して液体排出系240と連結されている。液体供給系230から供給された調温媒体は、配管40を通して噴出孔41からタンク100内部に注入された後、排出配管50に吸い取られて液体排出系240を通して加熱炉210外部に排出される。なお、タンク100は、回転支持棒60によって支持されており、回転支持棒60が回転すると、タンク100のライナ10と、口金21,22と、繊維強化樹脂材料30pとを含むタンク100本体が回転支持棒60と連動して回転する。
The
図3は、繊維強化樹脂材料30pの加熱・冷却工程におけるタンク100の内部温度Tinおよび外部温度Toutの時間変化の一例を示すグラフである。時刻t0では、回転支持棒60が回転しており、加熱機190が運転し始めてタンク100の繊維強化樹脂材料30pを加熱する。また、制御装置220は、ポンプ120を駆動し、貯留槽110の中の液体をヒータ130に送り出して加熱させ、調温媒体として配管40を経由してタンク100の内部に注入する。このとき、制御装置220は、タンク100の内部温度Tin(すなわち調温媒体の温度)をタンク100の外部温度Toutとほぼ一致させるように制御することが好ましい。なお、調温媒体の注入と同時に、制御装置220はポンプ150を駆動し、排出配管50と液体排出系240とを経由してタンク100内部の調温媒体を排出する。
FIG. 3 is a graph showing an example of temporal changes in the internal temperature Tin and the external temperature Tout of the
加熱を続けると、時刻t1では、タンク100の外部温度Tout及び内部温度Tinが熱硬化性樹脂の硬化温度に達し、繊維強化樹脂材料30pの熱硬化性樹脂が硬化し始める。時刻t1から時刻t2までタンク100の外部温度Toutを硬化温度で保持し、熱硬化性樹脂の硬化が完成すると、時刻t2から冷却を開始する。時刻t2では、制御装置220は加熱機190を停止し、冷風ポンプ180を駆動して冷却機170のノズル172から冷風をタンク100に向けて送出させる。時刻t2から時刻t3まで冷却を続けると、タンク100の外部温度Tout及び内部温度Tinが熱硬化性樹脂の軟化温度に達する。時刻t3では、制御装置220は冷却機170の冷却を停止し、タンク100の外部温度Toutと内部温度Tinを軟化温度で一定期間tx保持する。この保持期間txが終了すると、時刻t4では、制御装置220は再び冷却機170とポンプ120を運転させてタンク100を冷却する。時刻t5では、タンク100の外部温度Tout及び内部温度Tinが室温になり、タンク100内部へ調温媒体の注入及びタンク100内部から調温媒体の排出が停止する。これにより、繊維強化樹脂層30が形成され、タンク100の製造が完了する。
When heating is continued, at time t1, the outside temperature Tout and the inside temperature Tin of the
以上のように、時刻t2から時刻t3までの冷却の過程では、タンク100を外部から冷却しつつ、タンク100の内部に調温媒体を注入し、タンク100を内部から冷却することで、タンク100の内部と外部との温度差を減少し、繊維強化樹脂層30に大きな残留歪みが生じるのを抑制できる。また、タンク100を熱硬化性樹脂の軟化温度で一定期間tx保持することによって、繊維強化樹脂層30に残留歪みが生じても、それを緩和することができる。なお、軟化温度で保持する保持期間txは、残留歪みを十分に減少できるように経験的又は実験的に予め決定される。
As described above, in the process of cooling from time t2 to time t3, while the
・第2実施形態:
図4は、第2実施形態におけるタンク100の内部温度Tin1および外部温度Tout1の時間変化の一例を示すグラフである。図3に示した第1実施形態との違いは、調温媒体の注入が時刻t2から時刻t4までの間(冷却期間を含む)にのみ行われている点であり、これ以外の構成は第1実施形態と同様である。
Second Embodiment:
FIG. 4 is a graph showing an example of temporal changes in the internal temperature Tin1 and the external temperature Tout1 of the
図4の時刻t0から時刻t1にかけて、タンク100の内部に調温媒体を注入せずにタンク100を外部のみから加熱するため、タンク100の外部と内部には第1実施形態よりも大きな温度差が生じる。このため、第1実施形態よりもタンク100の繊維強化樹脂層30に多くの歪みが生じるが、時刻t3から時刻t4の間にタンク100を熱硬化性樹脂の軟化温度で一定期間ty保持することで、その歪みを緩和することができる。ただし、歪みを完全に緩和するために、第2実施形態での保持期間tyを第1実施形態での保持期間txよりも長くすることが好ましい。また、時刻t4から時刻t5までの間では、タンク100の内部に調温媒体の注入がないため、タンク100の外部温度Tout1及び内部温度Tin1が室温になるまでの時間が第1実施形態よりも長い。これらの点を考慮すると、第2実施形態よりも第1実施形態のほうが好ましい。
Since the
本発明は、上述の実施形態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、上述の効果の一部又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 embodiment, and can be realized in various configurations without departing from the scope of the invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each of the modes described in the section of the summary of the invention can be used to solve some or all of the problems described above, or one of the effects described above. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve part or all. Also, if the technical features are not described as essential in the present specification, they can be deleted as appropriate.
10…ライナ
21…第1の口金
22…第2の口金
23…貫通孔
24…凹部
25…凹部
30…繊維強化樹脂層
30p…繊維強化樹脂材料
40…配管
41…噴出孔
42…貫通孔
44…内部配管
50…排出配管
60…回転支持棒
100…タンク
110…貯留槽
120…ポンプ
130…ヒータ
140…温度センサ
150…ポンプ
160…放射温度計
170…冷却機
172…ノズル
180…冷風ポンプ
190…加熱機
200…製造装置
210…加熱炉
220…制御装置
230…液体供給系
240…液体排出系
DESCRIPTION OF
Claims (1)
ライナの外周に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束が巻回されたタンクを加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層を形成する工程と、
前記タンクを外部から冷却しつつ、前記タンクの内部に液体を注入して前記タンクを内部から冷却することによって、前記タンクを前記熱硬化性樹脂の軟化温度まで冷却する工程と、
前記タンクを前記軟化温度で一定期間保持する工程と、
を備えるタンクの製造方法。 A method of manufacturing a tank,
Heating a tank in which a fiber bundle impregnated with uncured thermosetting resin is wound around the outer periphery of the liner, and curing the thermosetting resin to form a fiber reinforced resin layer;
Cooling the tank to a softening temperature of the thermosetting resin by injecting a liquid into the tank and cooling the tank from the inside while cooling the tank from the outside;
Holding the tank at the softening temperature for a fixed period of time;
Method of producing a tank comprising:
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