[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102021100139A1 - Verfahren zur herstellung eines hochdrucktanks - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines hochdrucktanks Download PDF

Info

Publication number
DE102021100139A1
DE102021100139A1 DE102021100139.0A DE102021100139A DE102021100139A1 DE 102021100139 A1 DE102021100139 A1 DE 102021100139A1 DE 102021100139 A DE102021100139 A DE 102021100139A DE 102021100139 A1 DE102021100139 A1 DE 102021100139A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resin
fiber
coupling elements
layer
cylinder
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.)
Pending
Application number
DE102021100139.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsunori SHINDO
Kazuyo Wakasugi
Masayoshi Takami
Yasunori Nosaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of DE102021100139A1 publication Critical patent/DE102021100139A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/16—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge constructed of plastics materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04—Protecting sheathings
    • F17C1/06—Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
    • B29C53/58—Winding and joining, e.g. winding spirally helically
    • B29C53/60—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels
    • B29C53/602—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels for tubular articles having closed or nearly closed ends, e.g. vessels, tanks, containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages
    • B29L2031/7154—Barrels, drums, tuns, vats
    • B29L2031/7156—Pressure vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/056—Small (<1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/058—Size portable (<30 l)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0604—Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0609—Straps, bands or ribbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0621—Single wall with three layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F17C2203/067—Synthetics in form of fibers or filaments helically wound
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/0663—Synthetics in form of fibers or filaments
    • F17C2203/0673—Polymers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
    • F17C2205/0305—Bosses, e.g. boss collars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2154—Winding
    • F17C2209/2163—Winding with a mandrel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/22—Assembling processes
    • F17C2209/221—Welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/23—Manufacturing of particular parts or at special locations
    • F17C2209/232—Manufacturing of particular parts or at special locations of walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/035—Propane butane, e.g. LPG, GPL
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0107—Single phase
    • F17C2223/0123—Single phase gaseous, e.g. CNG, GNC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/036—Very high pressure (>80 bar)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks (10), welcher eine Auskleidung (11), die Gas speichert, und eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und eine Außenfläche der Auskleidung (11) bedeckt, beinhaltet, umfasst: einen ersten Schritt des Ausbildens eines Zylinderelements (21), das aus dem faserverstärkten Harz besteht; einen zweiten Schritt des Ausbildens von zwei Kuppelelementen (22, 23), die aus dem faserverstärkten Harz bestehen; und einen dritten Schritt des Ausbildens eines Verstärkungskörpers (20), welcher die Verstärkungsschicht ist, durch Verbinden der beiden Endabschnitte (21a) des Zylinderelements (21) mit den jeweiligen Endabschnitten (22c, 23a) der zwei Kuppelelemente (22, 23). Der erste Schritt beinhaltet das Ausbilden des Zylinderelements (21) durch Wickeln eines Trennmaterials (D1, D2) um einen Dorn (200) und Wickeln des faserverstärkten Harzes auf das Trennmaterial (D1, D2).

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, einschließlich einer Auskleidung, die Gas speichert, und einer faserverstärkten Harzschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und eine Außenfläche der Auskleidung bedeckt.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein Tank, welcher einen Tankkörper und einen runden Vorsprung bzw. einen Anschlussstutzen, welcher an einem Öffnungsende in Längsrichtung des Tankkörpers angebracht ist, beinhaltet, ist üblicherweise als ein Hochdrucktank bekannt, welcher, unter anderem, zur Speicherung und Versorgung von Wasserstoff verwendet wird. Der Tankkörper beinhaltet zum Beispiel eine Auskleidung zu einem luftdichten Halten von Wasserstoffgas und eine faserverstärkte Harzschicht, die durch eine Wicklung eines Faserbündels eines faserverstärkten Harzes um die Auskleidung gebildet wird, um die Auskleidung zu verstärken.
  • Zum Beispiel beschreiben die japanische, ungeprüfte Patentanmeldung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2008-501546 ( JP 2008-501546 A ) und US 2010/0294776 A einen Hochdrucktank und ein Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks.
  • Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks wird eine faserverstärkte Harzschicht gebildet, indem ein Faserbündel um eine Auskleidung gewickelt wird, z. B. durch ein Filament-Wicklungsprozess (im Folgenden auch einfach als „FW-Prozess“ bezeichnet), und das Faserbündel ausgehärtet wird.
  • Zum Beispiel offenbart die japanische, ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-149739 ( JP 2012-149739 A ) einen Hochdrucktank mit einer Auskleidung und einer faserverstärkten Kunststoffschicht (faserverstärkte Harzschicht), die die Außenfläche der Auskleidung bedeckt. Die faserverstärkte Kunststoffschicht weist ringförmige Schichten, die durch eine ringförmige Wicklung eines harzimprägnierten bzw. harzgetränkten Faserbündels um die Auskleidung gebildet werden, und helikale Schichten bzw. schraubenförmige Schichten, bzw. wendelförmige Schichten, die durch eine helikale bzw. schraubenförmige Wicklung einem harzimprägnierten Faserbündel der gesamten Auskleidung mit gebildet werden, auf. Die faserverstärkte Kunststoffschicht weist einen hohlzylindrischen Zylinderabschnitt, der durch die ringförmigen Schichten und die helikalen Schichten gebildet wird, und ein Paar von Kuppelabschnitten, die jeweils an beiden Enden des Zylinderabschnitts vorgesehen sind und durch die helikalen Schichten gebildet werden, auf.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In solch einem Hochdrucktank, wie er in JP 2012-149739 A beschrieben ist, stellen die ringförmigen Schichten die Festigkeit des Zylinderabschnittes bereit, und die helikalen Schichten stellen die Festigkeit der Kuppelabschnitte bereit. Das bedeutet, dass die helikalen Schichten auch in dem Zylinderabschnitt gebildet werden, aber kaum zu der Festigkeit des Zylinderabschnittes beitragen. In dem Fall, dass das Faserbündel helikal um beide Enden der Auskleidung gewickelt ist, gelangt das Faserbündel notwendigerweise um den Zylinderabschnitt. Folglich erhöht die helikale Wicklung der Menge an Faserbündeln, die notwendig ist, um eine ausreichende Festigkeit der Kuppelabschnitte bereitzustellen, unnötigerweise die Verwendung des faserverstärkten Harzes, da die helikalen Schichten auch um den Zylinderabschnitt gebildet sind bzw. werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, welcher die Verwendung eines faserverstärkten Harzes verringern bzw. reduzieren kann, wird zur Lösung dieses Problems gewünscht. Der Anmelder fand, als eine Alternative zu dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, welcher eine Auskleidung, die Gas speichert, und eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und eine Außenfläche der Auskleidung bedeckt, beinhaltet. Das Verfahren umfasst: ein Ausbilden eines Zylinderelements, das aus dem faserverstärkten Harz besteht; ein Ausbilden von zwei Kuppelelementen, die aus dem faserverstärkten Harz bestehen; und ein Ausbilden eines Verstärkungskörpers, welcher die Verstärkungsschicht ist, durch Verbinden der beiden Endabschnitte des Zylinderelements mit den jeweiligen Endabschnitten der zwei Kuppelelemente.
  • Bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks wird ein Dorn (vorgegebene Matrize bzw. Stempel) zur Herstellung des Zylinderelements verwendet. Wenn das faserverstärkte Harz für das Zylinderelement in direkten Kontakt mit dem Dorn gebracht wird, ohne dass ein Trennmittel dazwischen eingebracht bzw. aufgetragen wird, haftet das faserverstärkte Harz am Dorn und in einigen Fällen verbindet es sich mit diesem. Wenn folglich versucht wird, dass gebildete Zylinderelement von dem Dorn zu entfernen, wird der Bindungsabschnitt einer übermäßigen Belastung ausgesetzt, und die Verstärkungsschicht kann beschädigt werden. Selbst wenn das gebildete Zylinderelement von dem Dorn entfernt werden kann, geht die Glattheit der inneren Schichtoberfläche des Zylinderelement verloren, was es erschwert, die Auskleidung daraufhin zu formen oder einzusetzen.
  • 24 veranschaulicht schematisch einen vermeintlichen Mechanismus des Bindens des faserverstärkten Harzes an den Dorn. 24 veranschaulicht einen Mechanismus der Adhäsion eines Epoxidharzes nach Glazer (siehe J. Glazer, J. Polymer Sci., 13, 355 (1954)). Wie aus der 24 ersichtlich, haftet das Epoxidharz, das in dem faserverstärkten Harz enthalten sein kann, an verschiedene Materialien, und es wird vermutet, dass das Epoxidharz an den Dorn aufgrund der Interaktion zwischen dem Epoxidharz und dem Dorn (das heißt, Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem Epoxidharz und den Hydroxylgruppen, die auf der Oberfläche des Dorns vorhanden sind), die auftritt, wenn das Epoxidharz thermisch gehärtet wird bzw. ist.
  • Die Erfindung betrifft das vorgenannte Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, nämlich das Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, in welchem das Zylinderelement und die zwei Kuppelelemente miteinander verbunden sind und welches das einfache Entfernen des Zylinderelements von dem Dorn ermöglicht.
  • Durch Prüfung der verschiedenen Lösungen für das vorgenannte Problem stellten die Erfinder fest, dass das Zylinderelement einfach von dem Dorn durch das nachfolgende Verfahren entfernt werden kann. Bei der Herstellung eines Hochdrucktanks, der eine Auskleidung, die Gas speichert, und eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und eine Außenfläche der Auskleidung bedeckt, durch ein Herstellungsverfahren umfassend: einen ersten Schritt des Ausbildens eines Zylinderelements, das aus dem faserverstärkten Harz besteht; einen zweiten Schritt des Ausbildens von zwei Kuppelelementen, die aus dem faserverstärkten Harz bestehen; und einen dritten Schritt des Ausbildens eines Verstärkungskörpers, welcher die Verstärkungsschicht ist, durch Verbinden der beiden Endabschnitte des Zylinderelements mit den jeweiligen Endabschnitten der zwei Kuppelelemente, wird das Zylinderelement, welches aus dem faserverstärkten Harz besteht, gebildet, nachdem ein Trennmaterial um einen Dorn in dem ersten Schritt gewickelt wurde. Die Erfinder vervollständigten die Erfindung, basierend auf dieser Erkenntnis.
  • Die Zusammenfassung der Erfindung ist wie folgt:
    • (1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, welcher eine Auskleidung, die zum Speichern von Gas konfiguriert ist, und eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und so konfiguriert ist, dass sie eine Außenfläche der Auskleidung bedeckt, beinhaltet, umfasst: einen ersten Schritt des Ausbildens eines Zylinderelements, das aus dem faserverstärkten Harz besteht; einen zweiten Schritt des Ausbildens von zwei Kuppelelementen, die aus dem faserverstärkten Harz bestehen; und einen dritten Schritt des Ausbildens eines Verstärkungskörpers, welcher die Verstärkungsschicht ist, durch Verbinden der beiden Endabschnitte des Zylinderelements mit den jeweiligen Endabschnitten der zwei Kuppelelemente. Der erste Schritt beinhaltet das Ausbilden des Zylinderelements durch eine Wicklung eines Trennmaterials um einen Dorn und eine Wicklung des faserverstärkten Harzes auf das Trennmaterial.
    • (2) Bei dem Verfahren nach (1) kann das Trennmaterial in dem ersten Schritt ein rohrförmiger Körper bzw. ein schlauchförmiger Körper sein, der aus einem wärmeschrumpfbaren Material besteht und einen inneren Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Durchmesser des Dorns, und das Trennmaterial kann um den Dorn durch Wärme von außen gewickelt werden.
    • (3) Bei dem Verfahren nach (1) oder (2) kann das Trennmaterial in dem ersten Schritt aus einem Harz, das Gasbarriereeigenschaften aufweist, bestehen und als die Auskleidung dienen.
    • (4) Bei dem Verfahren nach (1), (2) oder (3) kann das Trennmaterial in dem ersten Schritt eine Oberfläche aufweisen, die behandelt ist.
  • Die Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, bei welchem ein Zylinderelement und zwei Kuppelelemente miteinander verbunden sind, bereit, und welches das einfache Entfernen des Zylinderelements von einem Dorn ermöglicht.
  • Figurenliste
  • Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
    • 1 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Hochdrucktanks, welcher nach einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde, veranschaulicht;
    • 2 ist eine Teilschnittansicht, die den Aufbau eines Hochdrucktanks, welcher nach dem Verfahren gemäß der Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde, veranschaulicht;
    • 3 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Form eines Trennmaterialwicklungsschrittes in einem Schritt eines Ausbildens eines Zylinderelements des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Form des Trennmaterialwicklungsschrittes in dem Schritt eines Ausbildens eines Zylinderelements des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen verschweißten Abschnitt, welcher in dem Trennmaterialwicklungsschritt in dem Schritt eines Ausbildens eines Zylinderelements des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann, veranschaulicht;
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Form eines faserverstärkten Harz-Wicklungsschrittes in dem Schritt eines Ausbildens eines Zylinderelements des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die den Schritt eines Ausbildens des Zylinderelements des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei sie einen Teil eines Endabschnittes eines Zylinderelements in der axialen Richtung zeigt;
    • 9 ist eine Teilschnittansicht, die einen Kuppelelementausbildungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 10 ist eine Schnittansicht, die eine Form eines Dorns in dem Kuppelelementausbildungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 11 ist eine Schnittansicht, die den Kuppelelementausbildungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Verbindungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 13 ist eine Schnittansicht, die den Verbindungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen zusätzlichen Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 15 ist eine perspektivische Ansicht, die den zusätzlichen Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 16 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß einer ersten Abwandlung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 17 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß einer zweiten Abwandlung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 18 ist eine Schnittansicht, die einen Auskleidungsausbildungsschritt des Verfahrens zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 19 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß einer dritten Abwandlung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 20 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß einer vierten Abwandlung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 21 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß einer fünften Abwandlung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 22 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß einer sechsten Abwandlung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 23 ist eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks gemäß einer siebten Abwandlung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
    • 24 veranschaulicht schematisch einen vermeintlichen Mechanismus der Bindung eines faserverstärkten Harzes an einen Dorn.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im Detail beschrieben. In der Beschreibung werden Merkmale der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, so wie erforderlich. In der Zeichnung sind die Dimensionen bzw. Abmessungen und Formen der Teile zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt und ihre tatsächlichen Dimensionen und Formen sind nicht akkurat abgebildet. Dementsprechend ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die Dimensionen und Formen der in der Zeichnung dargestellten Teile beschränkt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks ist nicht auf die nachfolgend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen abgewandelten oder verbesserten Formen usw. ausgeführt werden, die vom Fachmann hergestellt werden können, ohne von der Idee und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Die Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks, welcher eine Auskleidung, die Gas speichert, und eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und eine Außenfläche der Auskleidung bedeckt, beinhaltet. Das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt des Ausbildens eines Zylinderelements, das aus dem faserverstärkten Harz besteht; einen zweiten Schritt des Ausbildens von zwei Kuppelelementen, die aus dem faserverstärkten Harz bestehen; und einen dritten Schritt des Ausbildens eines Verstärkungskörpers, welcher die Verstärkungsschicht ist, durch Verbinden der beiden Endabschnitte des Zylinderelements mit dem jeweiligen Endabschnitt der zwei Kuppelelemente. Der erste Schritt beinhaltet das Ausbilden des Zylinderelements durch Wickeln eines Trennmaterials um einen Dorn und Wickeln des faserverstärkten Harzes um Trennmaterial.
  • Erster Schritt
  • Gemäß dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks wird in dem ersten Schritt das Zylinderelement durch Wickeln des Trennmaterials, zum Beispiel eines bogenförmigen bzw. blattförmigen Trennmaterials, um den Dorn und Wickeln des faserverstärkten Harzes um das Trennmaterials gebildet. Das Trennmaterial kann ein bekanntes Material sein und ist nicht besonders beschränkt. Jedoch ist das Trennmaterial zum Beispiel ein Harz, welches sich bei 100 °C bis 170 °C, welches die Aushärtungstemperatur des faserverstärkten Harzes ist, nicht verändert, und welches nicht an den Dorn anhaftet oder bindet. Beispiele für ein solches Harz sind Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polytetrafluorethylen (PTFE), Epoxid (EP) und Polycarbonat (PC). Da das faserverstärkte Harz nicht direkt in Kontakt mit dem Dorn ist, wird das faserverstärkte Harz nicht direkt an den Dorn binden, selbst wenn ein Trennmittel nicht auf den Dorn aufgetragen wird, also wenn ein Schritt des Auftragens des Trennmittels auf den Dorn ausgelassen wird. Dementsprechend kann das Zylinderelement, einschließlich des Trennmaterials und des verstärkten Harzes, leicht von dem Dorn entfernt werden.
  • Bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass das Trennmaterial in dem ersten Schritt ein rohrförmiger Körper ist, der aus einem wärmeschrumpfbaren Material besteht und einen inneren Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Durchmesser des Dorns. Der rohrförmige Körper wird durch Blasformen usw. geformt, wobei das wärmeschrumpfbare Material verwendet wird. Das wärmeschrumpfbare Material kann zum Beispiel ein bekanntes Material sein. Das wärmeschrumpfbare Material ist vorzugsweise ein dünner Film bzw. Schicht, und Beispiele des wärmeschrumpfbaren Materials beinhalten Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) und Polyethylenterephthalat (PET). Der rohrförmige Körper weist einen inneren Durchmesser auf, welcher größer ist als der Durchmesser des Dorns und so eingestellt ist, dass der rohrförmige Körper um den Dorn gewickelt wird während er durch Wärme von außen schrumpft. Wenn der innere Durchmesser des rohrförmigen Körpers zu groß ist im Verhältnis zu dem Durchmesser des Dorns, dann wird der rohrförmige Körper nicht um den Dorn gewickelt, selbst wenn der rohrförmige Körper durch Wärme von außen schrumpft. Wenn der innere Durchmesser des rohrförmigen Körpers zu klein ist im Verhältnis zu dem Durchmesser das Dorns, dann wird der rohrförmige Körper eng um den Dorn gewickelt, wenn der rohrförmige Körper durch Wärme von außen schrumpft, und es wird schwierig sein, den rohrförmigen Körper von dem Dorn zu entfernen. Der innere Durchmesser des rohrförmigen Körpers ist daher in geeigneter Weise eingestellt, gemäß der Schrumpfbarkeit des durch Wärme schrumpfbaren Materials. Die Wärme von außen ist auf eine optimale Temperatur, basierend auf der Art des wärmeschrumpfbaren Materials, eingestellt. In dem Fall, dass der rohrförmige Körper als das Trennmaterial verwendet wird, kann der Dorn in den rohrförmigen Körper eingesetzt werden, und der rohrförmige Körper kann um den Dorn gewickelt werden, während der rohrförmige Körper durch Wärme von außen schrumpft. In dem Fall, dass zum Beispiel ein rechteckiger Bogen als das Trennmaterial verwendet wird, gelangen die Endabschnitte des Bogens miteinander in Kontakt (anstoßend bzw. aneinanderstoßend) oder überlappen einander und bilden einen Verbundabschnitt (Schweißabschnitt), wenn der Bogen um den Dorn gewickelt wird. Jedoch wird eine Konfiguration, die keinen Schweißabschnitt aufweist, unter Verwendung des rohrförmigen Körpers als das Trennmaterial implementiert.
  • Gemäß dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass das Trennmaterial in dem ersten Schritt aus einem Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, besteht. Das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, kann ein bekanntes Material sein, und Beispiele des Harzes, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, beinhalten thermoplastische Harze, wie etwa Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerharz (EVOH) und Polyester (PEs) und wärmehärtende bzw. duroplastische Harze wie Epoxid (EP). Das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, weist zum Beispiel einen mehrschichtigen Aufbau auf, bei welchem ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Harz zwischen Polyamid oder Polyethylen eingefügt ist. In dem Fall, dass das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial verwendet wird, kann das Trennmaterial als die Auskleidung in dem Hochdrucktank dienen, und ein Auskleidungsausbildungsschritt kann ausgelassen werden. In dem Fall, dass der rohrförmige Körper, welcher aus dem Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, besteht, als das Trennmaterial verwendet wird, wird das Zylinderelement, welches keinen Schweißabschnitt aufweist, implementiert, was darüber hinaus die Gasbarriereeigenschaften des Hochdrucktanks verbessert und das Entweichen bzw. Austreten von Gas, wie etwa Wasserstoff, unterdrückt. Ein Überprüfungsprozess zur Kontrolle auf Verbindungsfehler kann daher ausgelassen werden. In dem Fall, dass das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial verwendet wird, wird das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, auf Innenflächen der zwei Kuppelelemente, welche in dem zweiten Schritt gebildet werden, angeordnet, und in dem dritten Schritt wird der Verstärkungskörper, welcher die Verstärkungsschicht ist, durch Verbinden der beiden Endabschnitte des Zylinderelements mit den Endabschnitten der zwei Kuppelelemente gebildet. Bei dem Ausbilden des Verstärkungskörpers in dem dritten Schritt wird die Auskleidung durch Verbinden, zum Beispiel durch Schweißen, der Endabschnitte des Trennmaterials, welche in dem Zylinderelement beinhaltet sind, und den Endabschnitten des Harzes, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist und auf den Innenflächen der zwei Kuppelelemente angebracht ist, gebildet.
  • Gemäß dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass das Trennmaterial in dem ersten Schritt oberflächenbehandelt wird, bevor das Trennmaterial um den Dorn gewickelt wird. Die Oberflächenbehandlung für das Trennmaterial wird auf der Seite des Dorns durchgeführt, die mit dem Dorn in Kontakt kommen soll und/oder mit dem faserverstärkten Harz in Kontakt kommen soll. Die Oberflächenbehandlung für das Trennmaterial kann eine bekannte Oberflächenbehandlung sein. Zum Beispiel kann eine Plasmabehandlung, eine Beflammung oder eine Koronabehandlung eingesetzt werden, um die Anzahl der funktionellen Oberflächengruppen zu erhöhen, d. h. um die Benetzbarkeit zu verbessern. Zum Beispiel in dem Fall, dass die Seite des Trennmaterials, die mit dem Dorn in Kontakt kommen soll, oberflächenbehandelt wird bzw. ist, weist eine Innenfläche des Zylinderelement nach Entfernung von dem Dorn eine verbesserte Benetzbarkeit auf. Folglich kann ein Harz für die Auskleidung in dem Zylinderelement gleichmäßig geformt werden, wenn die Auskleidung nach dem dritten Schritt durch Rotationsformen bzw. Rotationsschmelzen bzw. Rotationsgießen gebildet wird. Zum Beispiel in dem Fall, dass die Seite des Trennmaterials, welche in Kontakt mit dem faserverstärkten Harz kommen soll, oberflächenbehandelt wird, kann die Bindekraft zwischen dem Trennmaterial und dem faserverstärkten Harz gesteuert werden. Abhängig von dem Designkonzept und dem Verfahren, usw., kann eines der Folgenden ausgewählt werden: das Trennmaterial, welches in dem Zylinderelement beinhaltet ist, wird von einer faserverstärkten Harzschicht abgeblättert bzw. abgepellt bzw. abgeschält; wenn zum Beispiel das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial verwendet wird, ist bzw. wird das Trennmaterial auf der faserverstärkten Harzschicht als ein Teil der Auskleidung fixiert; und das Trennmaterial ist bzw. wird als ein Harz mit einer verbesserten Benetzbarkeit auf der faserverstärkten Harzschicht fixiert, sodass das Harz für die Auskleidung in dem Zylinderelement gleichmäßig geformt werden kann, wenn die Auskleidung unter Verwendung des Rotationsformen usw. gebildet wird.
  • Gemäß dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass das Zylinderelement, welches aus dem faserverstärkten Harz besteht, auf dem Trennmaterial in solch einer Weise gebildet wird, dass die Fasern in dem Zylinderelement in einer Umfangsrichtung des Zylinderelements orientiert sind. Da die Fasern in dem Zylinderelement in der Umfangsrichtung orientiert sind, wird die Festigkeit der faserverstärkten Harzschicht gegen Ringspannung, die durch einen Gasdruck erzeugt wird, durch eine geeignete Menge an faserverstärktem Harz bereitgestellt.
  • Das Zylinderelement kann durch Herstellung einer Mehrzahl der Zylinderelemente in dem ersten Schritt und durch Verbinden der Endabschnitte der Zylinderelemente gebildet werden. Mit dieser Konfiguration kann selbst ein langes Zylinderelement einfach gebildet werden.
  • Zweiter Schritt
  • Gemäß dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks werden die zwei Kuppelelemente, die aus dem faserverstärkten Harz bestehen, in dem zweiten Schritt gebildet. Da die zwei Kuppelelemente somit separat von dem Zylinderelement unter Verwendung einer geeigneten Menge an faserverstärkten Harz gebildet werden, wird die Verwendung des faserverstärkten Harzes für das Zylinderelement aufgrund des Ausbildens der Kuppelelemente nicht erhöht.
  • Bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass die zwei Kuppelelemente durch die Wicklung eines harzimprägnierten Faserbündels um eine vorgegebene Matrize in solch einer Weise gebildet werden, dass das Faserbündel eine Außenfläche der vorgegebenen Matrize bedeckt und dann der sich daraus ergebende Wicklungskörper des Faserbündels, welcher um die vorgegebene Matrize gewickelt ist, in zwei Teile aufgeteilt wird. Mit dieser Konfiguration kann das Faserbündel einfach um die vorgegebene Matrize unter Verwendung zum Beispiel des FW-Prozesses gewickelt werden, und die zwei Kuppelelemente können einfach durch Aufteilen des Wicklungskörpers des Faserbündels in zwei Teile und Entfernen der zwei Teile von der vorgegebenen Matrize gebildet werden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks kann, da der erste Schritt und der zweite Schritt unabhängig voneinander sind, der zweite Schritt nach dem ersten Schritt durchgeführt werden, der erste Schritt kann nach dem zweiten Schritt durchgeführt werden, oder der erste Schritt und der zweite Schritt können parallel durchgeführt werden.
  • Dritter Schritt
  • Bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass nach dem thermischen Aushärten des Zylinderelements das Zylinderelement und die Kuppelelemente miteinander verbunden werden, wobei die Endabschnitte des Zylinderelements in die Endabschnitte der Kuppelelemente eingepasst werden. Die Festigkeit des Zylinderelements wird somit vor dem thermischen Aushärten erhöht. Wenn folglich das Zylinderelement und die Kuppelelemente aneinander angepasst werden, dann entsprechen die Endabschnitte der Kuppelelemente den Endabschnitten des Zylinderelements, und die Endabschnitte des Zylinderelements fungieren als Führungsabschnitte. Das Zylinderelement und die Kuppelelemente können somit einfach aneinander angepasst werden. Für den Fall, dass die Kuppelelemente nicht im Vorhinein thermisch ausgehärtet werden, können sich die Kuppelelemente bei dem Anpassen des Zylinderelements an die Kuppelelemente verformen. Selbst wenn jedoch solch eine Verformung der Kuppelelemente eintritt, können die Kuppelelemente von außen so gepresst werden, dass sich die Kuppelelemente an das Zylinderelement anpassen. Die äußere Form der Kuppelelemente kann somit eingestellt werden, oder die Kuppelelemente können in engen Kontakt mit dem Zylinderelement gebracht werden.
  • Bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass nach dem thermischen Aushärten der zwei Kuppelelemente die Kuppelelemente und das Zylinderelement miteinander verbunden werden, wobei die Endabschnitte der Kuppelelemente in die Endabschnitte des Zylinderelements eingepasst werden. Die Festigkeit der Kuppelelemente wird somit vor dem thermischen Aushärten erhöht. Wenn folglich die Kuppelelemente und das Zylinderelement aneinander angepasst werden, dann entsprechen die Endabschnitte des Zylinderelements den Endabschnitten der Kuppelelemente, und die Endabschnitte der Kuppelelemente fungieren als Führungsabschnitte. Die Kuppelelemente und das Zylinderelement können somit einfach aneinander angepasst werden. Für den Fall, dass das Zylinderelement nicht im Vorhinein thermisch ausgehärtet wird, kann sich das Zylinderelement bei dem Anpassen der Kuppelelemente an das Zylinderelement verformen. Selbst wenn jedoch solch eine Verformung das Zylinderelement eintritt, kann das Zylinderelement von außen so gepresst werden, dass sich das Zylinderelement an die Kuppelelemente anpasst. Die äußere Form des Zylinderelements kann somit eingestellt werden, oder das Zylinderelement kann in engen Kontakt mit den Kuppelelementen gebracht werden.
  • Für den Fall, dass das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial in dem ersten Schritt verwendet wird, wird das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, auf die Innenflächen der zwei Kuppelelemente, die in dem zweiten Schritt gebildet werden, angeordnet. In dem dritten Schritt wird die Auskleidung durch Verbinden, zum Beispiel durch Schweißen, der Endabschnitte des Trennmaterials, welches in dem Zylinderelement beinhaltet ist, und den Endabschnitten des Harzes, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist und auf den Innenflächen der zwei Kuppelelemente angeordnet ist, gebildet.
  • Zusätzlicher Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt
  • Bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass eine zusätzliche Verstärkungsschicht, welche aus dem faserverstärkten Harz besteht und Fasern aufweist, die um die zwei Kuppelelemente orientiert sind, auf einer Außenfläche des Verstärkungskörpers gebildet werden. Die Fasern in der zusätzlichen Verstärkungsschicht unterdrücken die Trennung der Kuppelelemente von dem Zylinderelement. Das Ablösen der Kuppelelemente von den Endabschnitten des Zylinderelements durch den Gasdruck kann somit unterdrückt werden. Die Menge an Fasern in der zusätzlichen Verstärkungsschicht muss nur groß genug sein, um das Ablösen der Kuppelelemente von dem Zylinderelement zu unterdrücken. Folglich ist die Verwendung des faserverstärkten Harzes im Vergleich zu den helikalen Schichten, die in dem Zylinderabschnitt des herkömmlichen Hochdrucktanks gebildet werden, reduziert.
  • Wie oben beschrieben wird jeder Teil der faserverstärkten Harzschicht unter Verwendung einer geeigneten Menge an faserverstärktem Harz gebildet. Folglich wird das faserverstärkte Harz nicht unnötigerweise verwendet, und die Verwendung des faserverstärkten Harzes für die zusätzliche Verstärkungsschicht, die auf dem Zylinderelement gebildet wird, ist im Vergleich zu dem herkömmlichen Hochdrucktank reduziert.
  • Bei dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks ist es bevorzugt, dass die zusätzliche Verstärkungsschicht gebildet wird durch: Ein Anordnen einer Mehrzahl von harzimprägnierten Faserbündeln in solch einer Art und Weise, dass sich die Faserbündel in einer axialen Richtung des Verstärkungskörpers in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers und in einem vorbestimmten Abstand von der Außenfläche des Verstärkungskörpers erstrecken; und eine Rotation von Abschnitten der Faserbündel auf einer ersten Endseite relativ zu Abschnitten der Faserbündel auf einer zweiten Endseite in der Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers. Die Abschnitte der Faserbündel auf der ersten Endseite werden somit relativ zu den Abschnitten der Faserbündel auf der zweiten Endseite in der Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers gedreht. Folglich werden die Faserbündel in Bezug auf eine axiale Richtung des Zylinderelements geneigt, und Lücken zwischen den Faserbündeln werden eliminiert, und die Faserbündel überlappen sich teilweise. Die Faserbündel nähern sich allmählich der Außenfläche des Verstärkungskörpers und werden schließlich auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers ohne Lücke zwischen den Faserbündeln angeordnet. Zu diesem Zeitpunkt werden die Faserbündel, die in Bezug auf die axiale Richtung geneigt sind, in engen Kontakt mit einer Außenfläche des Zylinderelements gebracht. Die Abschnitte der Faserbündel auf der ersten Endseite und die Abschnitte der Faserbündel auf der zweiten Endseite werden dann an Positionen außerhalb der Endabschnitte des Zylinderelements verflechtet bzw. verdreht bzw. verwunden und um die Kuppelelemente gewickelt. Die zusätzliche Verstärkungsschicht, die die Außenfläche des Verstärkungskörpers bedeckt, wird auf diese Weise gebildet. Nach diesem Verfahren kann die zusätzliche Verstärkungsschicht auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers gebildet werden, ohne den Verstärkungskörper in der Umfangsrichtung zu rotieren. Ein Aufbau zum Rotieren des Verstärkungskörpers (typischerweise ein runder Vorsprung bzw. Anschlussstutzen, an dem eine Drehwelle befestigt ist) muss nicht am gegenüberliegenden Ende des Hochdrucktanks von einem Durchgangsloch bzw. Durchgangsbohrung vorgesehen sein. Die axiale Richtung und die Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers sind jeweils die gleichen wie die axiale Richtung bzw. die Umfangsrichtung des Zylinderelements.
  • In diesem Fall ist es bevorzugt, dass mindestens eine erste geneigte Schicht und mindestens eine zweite geneigte Schicht gebildet werden, wenn die zusätzliche Verstärkungsschicht gebildet wird. Die erste geneigte Schicht ist eine Schicht, die durch Rotation der Abschnitte der Faserbündel auf der ersten Endseite in einer ersten Richtung gebildet wird, und die zweite geneigte Schicht ist eine Schicht, die durch Rotation der Abschnitte der Faserbündel auf der ersten Endseite in einer zweiten Richtung, gegenteilig zu der ersten Richtung, gebildet wird. Die erste geneigte Schicht wird so gebildet, wobei die Faserbündel in Bezug auf die axiale Richtung unter einer vorgegebenen Spannung geneigt werden. Folglich wird, wenn durch den Gasdruck eine expansive Kraft auf die zusätzliche Verstärkungsschicht ausgeübt wird, die erste geneigte Schicht mit einer Kraft in einer solchen Richtung beaufschlagt, dass die Neigung der Faserbündel in Bezug auf die axiale Richtung aufgehoben wird. Dadurch wird der Verstärkungskörper verformt bzw. deformiert. In ähnlicher Weise wird die zweite geneigte Schicht gebildet, wobei die Faserbündel in die entgegengesetzte Richtung zu den Faserbündeln der ersten geneigten Schicht unter einer vorgegebenen Spannung geneigt werden. Folglich wird, wenn durch den Gasdruck die expansive Kraft auf die zusätzliche Verstärkungsschicht ausgeübt wird, die zweite geneigte Schicht mit einer Kraft in einer solchen Richtung beaufschlagt, dass die Neigung der Faserbündel in der entgegengesetzten Richtung zur Neigung der Faserbündel der ersten geneigten Schicht aufgehoben wird. Dadurch wird der Verstärkungskörper verformt. Die Faserbündel der ersten genannten Schicht und die Faserbündel der zweiten geneigten Schicht sind in entgegengesetzte Richtungen geneigt. Wenn folglich die expansive Kraft durch den Gasdruck auf die zusätzliche Verstärkungsschicht ausgeübt wird, heben sich dementsprechend die Kraft in solch einer Richtung, dass die Neigung der Faserbündel der ersten geneigten Schicht aufgehoben wird, und die Kraft in solch einer Richtung, dass die Neigung der Faserbündel der zweiten geneigten Schicht aufgehoben wird, gegenseitig auf. Dadurch wird die Verformung bzw. die Distorsion der faserverstärkten Harzschicht reduziert und somit die Festigkeitsreduzierung des Hochdrucktanks eingedämmt.
  • In dem Fall, in dem die mindestens eine geneigte Schicht und die mindestens eine zweite geneigte Schicht gebildet werden, ist es bevorzugt, dass die Anzahl der ersten geneigten Schichten und die Anzahl der zweiten geneigten Schichten gleich sind. Bei dieser Konfiguration heben sich die Kraft in einer solchen Richtung, dass die Neigung der Faserbündel der ersten geneigten Schicht aufgehoben wird, und die Kraft in einer solchen Richtung, dass die Neigung der Faserbündel der zweiten geneigten Schicht aufgehoben wird, wirksam gegenseitig auf. Dadurch wird die Verformung der faserverstärkten Harzschicht aufgrund der Neigung der Faserbündel wirksam verringert und somit die Verringerung der Festigkeit des Hochdrucktanks wirksam eingedämmt.
  • Auskleidungsausbildungsschritt
  • In dem Fall, in dem die Auskleidung in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks gebildet wird, ist es bevorzugt, dass eines oder beide der zwei Kuppelelemente so gebildet werden, dass sie ein Durchgangsloch aufweisen, ein Harzmaterial durch das Durchgangsloch in den Verstärkungskörper eingeführt wird und die Auskleidung, welche aus dem Harzmaterial besteht, so gebildet wird, dass sie eine Innenfläche des Verstärkungskörpers bedeckt. Mit dieser Konfiguration kann die Auskleidung innerhalb des Verstärkungskörpers einfach gebildet werden, selbst nachdem der Verstärkungskörper gebildet worden ist. Außerdem ist keine Form zum Formen der Auskleidung erforderlich, im Gegensatz zu dem Fall, in dem die Auskleidung durch Spritzgießen bzw. Spritzformen mit Harz gebildet wird. Die Auskleidung, die die Innenfläche des Verstärkungskörpers bedeckt, kann entweder nach oder vor der Bildung der zusätzlichen Verstärkungsschicht auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers gebildet werden.
  • In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Auskleidung durch Einführen des flüssigen Harzmaterials in den Verstärkungskörper, Rotation des Verstärkungskörpers, um das Harzmaterial dazu zu veranlassen, die Innenfläche des Verstärkungskörpers zu bedecken, und Verfestigen des Harzmaterials, das die Innenfläche des Verstärkungskörpers bedeckt, gebildet wird. Bei dieser Konfiguration bewegt sich die Innenfläche des Verstärkungskörpers mit dem darauf befindlichen flüssigen Harzmaterial nach oben, wenn der Verstärkungskörper rotiert wird, und ein Teil des Harzmaterials fließt aufgrund seines Eigengewichts an der Innenfläche des Verstärkungskörpers herunter. Das Harzmaterial bedeckt somit die Innenfläche des Verstärkungskörpers. Folglich kann die Auskleidung, die die Innenfläche des Verstärkungskörpers bedeckt, leicht gebildet werden.
  • Bevor ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird, wird die Konfiguration des Hochdrucktanks 10 mit Bezug auf die Zeichnung kurz beschrieben. Obwohl der Hochdrucktank 10 hier als ein Tank, welcher auf einem Brennstoffzellenfahrzeug angebracht ist und mit Hochdruckwasserstoffgas gefüllt ist, beschrieben wird, kann der Hochdrucktank 10 auch in anderen Anwendungen verwendet werden. Das Gas, welches in dem Hochdrucktank 10 gespeichert werden kann, ist nicht auf Hochdruckwasserstoffgas beschränkt.
  • Der Hochdrucktank 10 ist, wie in 1 und 2 gezeigt, generell ein hohlzylindrischer Hochdruck-Gasspeicherbehälter, wobei beide Enden zu einer Kuppelform gerundet sind. Der Hochdrucktank 10 beinhaltet eine Auskleidung 11, welche Gasbarriereeigenschaften aufweist, und eine faserverstärkte Harzschicht 12, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und die Außenfläche der Auskleidung 11 bedeckt. Die faserverstärkte Harzschicht 12 weist einen Verstärkungskörper 20, welcher eine Verstärkungsschicht ist, und welcher die Außenfläche der Auskleidung 11 bedeckt, und eine zusätzliche Verstärkungsschicht 13, die die Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 bedeckt, auf. Der Hochdrucktank 10 weist eine Öffnung an einem seiner Enden auf und weist einen runden Vorsprung 14, welcher um die Öffnung angebracht ist, auf. Der Hochdrucktank 10 weist keine Öffnung an dem anderen Ende auf und weist keinen, an dem anderen Ende angebrachten, runden Vorsprung auf.
  • Die Auskleidung 11 erstreckt sich entlang der Innenfläche des Verstärkungskörpers 20. Die Auskleidung 11 ist ein Harzelement, das einen Speicherraum 17, welcher mit Hochdruckwasserstoffgas gefüllt ist, bildet. Das Harz für die Auskleidung 11 ist vorzugsweise ein Harz, welches in der Lage ist, Füllgas in dem Speicherraum 17 zu halten (in diesem Beispiel Wasserstoffgas), und zwar ein Harz, welches ausreichend Gasbarriereeigenschaften aufweist. Beispiele für ein solches Harz sind thermoplastische Harze wie Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerharz (EVOH) und Polyester (PEs) sowie wärmehärtende Harze wie Epoxid (EP). Anstelle von Wasserstoffgas kann die Auskleidung 11 mit anderen Brenngasen gefüllt werden. Beispiele für solche Brenngase sind komprimierte Gase, wie komprimiertes Erdgas (CNG), und verschiedene verflüssigte Gase, wie verflüssigtes Erdgas (LNG) und Flüssiggas (LPG).
  • Der runde Vorsprung 14 wird durch maschinelle Bearbeitung eines Metallmaterials, wie etwa Aluminium oder Aluminiumlegierung, in eine vorgegebene Form gebildet. Ein Ventil 15, welches den Strom von Wasserstoffgas in und aus dem Speicherraum 17 steuert, ist an den runden Vorsprung 14 angebracht. Das Ventil 15 ist mit einem Dichtungselement 15a ausgestattet. Das Dichtungselement 15a berührt die Innenfläche der Auskleidung 11 in einem vorstehenden Abschnitt 22a eines Kuppelelements 22, welches weiter unten beschrieben wird, und dichtet den Speicherraum 17 des Hochdrucktanks 10 ab.
  • Der Verstärkungskörper 20 bedeckt die Außenfläche der Auskleidung 11 und weist eine Funktion auf, die Auskleidung 11 zu verstärken, um die mechanische Festigkeit, wie z. B. Steifigkeit und Druckbeständigkeit, des Hochdrucktanks 10 zu verbessern. Wie später beschrieben wird, weist der Verstärkungskörper 20 ein hohlzylindrisches Zylinderelement 21 und zwei Kuppelelemente 22, 23, die mit den jeweiligen Endabschnitten des Zylinderelements 21 verbunden sind, auf. Der Verstärkungskörper 20 ist ein Element, das durch Verbinden des Zylinderelements 21 und der Kuppelelemente 22, 23 gebildet wird.
  • Der Verstärkungskörper 20 besteht aus Harz und Fasern (kontinuierliche Fasern). In dem Zylinderelement 21 erstrecken sich die Fasern entlang des gesamten Umfangs des Zylinderelements 21 in einem Winkel, der im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung X des Zylinderelements 21 steht. Anders ausgedrückt, die Fasern in dem Zylinderelement 21 sind in der Umfangsrichtung des Zylinderelements 21 orientiert. Die Fasern sind mindestens einmal um die Auskleidung 11 gewickelt. In dem Zylinderelement 21 sind die Fasern somit in der Umfangsrichtung des Zylinderelements 21 orientiert, und die Festigkeit der faserverstärkten Harzschicht 12 gegen Ringspannung, welche durch einen internen Druck (Gasdruck) erzeugt wird, kann somit durch einen geeignete Menge an faserverstärktem Harz sichergestellt werden. In den Kuppelelementen 22, 23 sind die Fasern dagegen nicht in der Umfangsrichtung des Zylinderelements 21 orientiert, aber die Fasern, welche sich in verschiedene Richtungen erstrecken, die die Umfangsrichtung kreuzen, sind aufeinander angeordnet. In den Kuppelelementen 22, 23 wird die Festigkeit der faserverstärkten Harzschicht 12 gegen eine Belastung, welche von dem internen Druck (Gasdruck) erzeugt wird, somit durch einen geeignete Menge an faserverstärktem Harz sichergestellt.
  • In der Ausführungsform sind die Fasern in dem Zylinderelement 21 nicht kontinuierlich mit (nicht verbunden mit) den Fasern in den Kuppelelementen 22, 23. Wie nachfolgend beschrieben, werden das Zylinderelement 21 und die zwei Kuppelelemente 22, 23 separat gebildet, und die zwei Kuppelelemente 22, 23 werden dann an entsprechende Endabschnitte des Zylinderelements 21 angebracht.
  • Die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 bedeckt die Außenfläche des Verstärkungskörpers 20. Die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 bedeckt die gesamten Kuppelelemente 22, 23. Die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 besteht aus Harz und Fasern (kontinuierliche Fasern). In der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 sind die Fasern parallel zu oder schräg in einem Winkel von 45 Grad oder weniger in Bezug auf die axiale Richtung X des Zylinderelements 21 ausgerichtet und erstrecken sich über das Zylinderelement 21 und über die zwei Kuppelelemente 22, 23, die sich an den jeweiligen Enden des Zylinderelements 21 befinden. Diese Fasern unterdrücken eine nach außen gerichtete Bewegung der Kuppelelemente 22, 23 in der axialen Richtung X und unterdrücken somit das nach außen in der axialen Richtung X gerichtete Ablösen der Kuppelelemente 22, 23 von dem Zylinderelement 21 durch den Gasdruck.
  • Ein Trennmaterial, das zur Herstellung des Zylinderelements 21 verwendet wird, kann als die Auskleidung 11 vorhanden sein, wenn das Trennmaterial ein Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, ist, oder es kann vom Zylinderelement 21 abgeschält werden oder, so wie es ist, als eine Trennmaterialschicht (nicht dargestellt) im Zylinderelement 21 enthalten sein, wenn das Trennmaterial nur zum Entfernen vom Dorn verwendet wird. In dem Fall, in dem das Trennmaterial als eine Trennmaterialschicht in dem Zylinderelement 21 enthalten ist, kann das Trennmaterial beispielsweise als Harz mit verbesserter Benetzbarkeit dienen, so dass das Harz für die Auskleidung 11 gleichmäßig in dem Zylinderelement 21 geformt werden kann, wenn die Auskleidung 11 durch Rotationsformen usw. geformt wird.
  • Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 10 gemäß der Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 10 veranschaulicht. Das Verfahren zur Herstellung des Hochdrucktanks 10 beinhaltet, wie in 3 gezeigt, einen Schritt S1 des Ausbildens eines Zylinderelements, einen Kuppelelementausbildungsschritt S2, einen Verbindungsschritt S3, einen zusätzlichen Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt S4 und einen Auskleidungsausbildungsschritt S5. Der Schritt S1 des Ausbildens eines Zylinderelements beinhaltet einen Trennmaterialwicklungsschritt und einen faserverstärkten Harz-Wicklungsschritt. Da der Schritt S1 eines Ausbildens eines Zylinderelements und der Kuppelelementausbildungsschritt S2 unabhängig voneinander sind, können die Schritte S1, S2 entweder parallel oder nacheinander in einer jeden Reihenfolge durchgeführt werden. Der zusätzliche Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt S4 und der Auskleidungsausbildungsschritt S5 können in manchen Fällen ausgelassen werden.
  • In dem Schritt S1 eines Ausbildens eines Zylinderelements wird ein Trennmaterial D1 oder D2 um einen zylindrischen Dorn 200 in dem Trennmaterialwicklungsschritt gewickelt.
  • In einer ersten Form wird, wie in 4 gezeigt, der Bogen D1, welcher ein Trennmaterial ist, um den zylindrischen Dorn 200 durch zum Beispiel eine Bogenaufwicklung bzw. Plattenaufwicklung gewickelt. Insbesondere wird der zylindrische Dorn 200 bei einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit durch einen Rotationsmechanismus (nicht gezeigt) rotiert, um den Bogen D1, welche ein Trennmaterial ist, um den zylindrischen Dorn 200 zu wickeln. Der Bogen D1, welcher ein Trennmaterial ist, muss nur in einer einzelnen Schicht auf der Außenfläche des zylindrischen Dorns 200 gewickelt werden. Jedoch kann der Bogen D1, welcher ein Trennmaterial ist, in einer Mehrzahl von Schichten, wie etwa zwei Schichten, drei Schichten oder vier Schichten, auf der Außenfläche des zylindrischen Dorns 200 gewickelt werden. Das Material des zylindrischen Dorns 200 ist nicht besonders beschränkt, ist aber vorzugsweise ein Metall, um zu bewirken, dass der zylindrische Dorn 200 fest genug ist, um sich nicht zu verformen, wenn der Bogen D1, welcher ein Trennmaterial ist, an dem zylindrischen Dorn 200 angeordnet wird.
  • Das Material des Bogens D1, welcher ein Trennmaterial ist, ist zum Beispiel ein Harz, welches sich bei 100 °C bis 170 °C, was die Aushärtungstemperatur des faserverstärkten Harzes ist, nicht verändert, obwohl das Material des Bogens D1 nicht besonders beschränkt ist, insofern das Material nicht an den zylindrischen Dorn 200 anhaftet oder bindet. Beispiele für ein solches Harz beinhalten Polyamid (PA), Polyethylenterephthalat (PET), Polytetrafluorethylen (PTFE), Epoxid (EP) und Polycarbonat (PC). Die Dicke einer einzelnen Schicht des Trennmaterials D1 ist nicht beschränkt, beträgt aber in der Regel etwa 0,05 mm oder mehr nach der Wicklung.
  • In einer zweiten Form, wie in 5 gezeigt, wird ein rohrförmiger Körper D2, der ein Trennmaterial ist, in den zylindrischen Dorn 200 eingesetzt. Der rohrförmige Körper D2 besteht aus einem wärmeschrumpfenden Material und weist einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des zylindrischen Dorns 200. Anschließend wird von außen Wärme auf den rohrförmigen Körper D2 aufgebracht, um den rohrförmigen Körper D2 zu schrumpfen. Der rohrförmige Körper D2 wird so um den zylindrischen Dorn 200 gewickelt.
  • Der rohrförmige Körper D2 wird durch Blasformen usw. unter Verwendung eines wärmeschrumpfenden Materials geformt. Das wärmeschrumpfende Material ist nicht besonders beschränkt, aber Beispiele für das wärmeschrumpfende Material sind Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polystyrol (PS) und Polyethylenterephthalat (PET). Die Wärme von außen wird auf eine optimale Temperatur eingestellt, die sich nach der Art des Schrumpfmaterials richtet. Die Dicke einer einzelnen Schicht des Trennmaterials D2 ist nicht begrenzt, beträgt aber in der Regel etwa 0,05 mm oder mehr nach der Wicklung.
  • Im Schritt S1 des Ausbildens eines Zylinderelements wird das Trennmaterial D1 oder D2 vorzugsweise aus einem Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, hergestellt. Das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, ist nicht besonders beschränkt, aber Beispiele für das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, umfassen thermoplastische Harze wie Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerharz (EVOH) und Polyester (PEs) und wärmehärtende Harze wie Epoxid (EP). Das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, weist zum Beispiel einen mehrschichtigen Aufbau auf, bei welchem ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer-Harz zwischen Polyamid oder Polyethylen eingefügt ist. In dem Fall, in dem das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial D1 oder D2 verwendet wird, kann das Trennmaterial D1 oder D2 als ein Teil der Auskleidung 11 im Hochdrucktank 10 dienen. In diesem Fall wird, wie später beschrieben, das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, auf die Innenflächen der zwei Kuppelelemente 22, 23 aufgebracht. In einem dritten Schritt wird der Verstärkungskörper 20, der eine Verstärkungsschicht darstellt, durch Verbinden der beiden Endabschnitte des Zylinderelements 21 und der Endabschnitte der zwei Kuppelelemente 22, 23 gebildet. Beim Ausbilden des Verstärkungskörpers 20 im dritten Schritt wird die Auskleidung 11 durch Verbinden, beispielsweise durch Schweißen, der Endabschnitte des Trennmaterials D1 oder D2, das in dem Zylinderelement 21 enthalten ist, und der Endabschnitte des Harzes, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, die auf den Innenflächen der Kuppelelemente 22, 23 angeordnet sind, ausgebildet. Der Auskleidungsausbildungsschritt S5 kann daher entfallen. In dem Fall, dass der Bogen D1, welcher Gasbarriereeigenschaften aufweist und ein Trennmaterial ist, um den zylindrischen Dorn 200 gewickelt wird, gelangen die Endabschnitte des Bogens D1 miteinander in Kontakt oder überlappen einander, wie in 6 gezeigt, und bilden einen Verbundabschnitt (Schweißabschnitt). In dem Fall jedoch, dass der rohrförmige Körper D2, der nicht nur wärmeschrumpfbar ist, sondern auch Gasbarriereeigenschaften aufweist, als Trennmaterial verwendet wird, wird das Zylinderelement 21 ohne Schweißabschnitt implementiert, was die Gasbarriereeigenschaften des Hochdrucktanks 10 weiter verbessert und das Entweichen von Gas wie Wasserstoff unterdrückt. Ein Inspektionsprozess zur Prüfung auf Verbindungsfehler kann daher entfallen.
  • Anschließend wird beispielsweise, wie in 7 gezeigt, ein mit einem Harz, das ein faserverstärktes Harz ist, imprägniertes Faserbündel F durch einen Filament-Wicklungsprozess (FW-Prozess) im faserverstärkten Harz-Wicklungsschritt auf das Trennmaterial gewickelt. Konkret wird der zylindrische Dorn 200, der das Trennmaterial D1 oder D2 auf seiner Außenfläche aufweist, rotiert, um das Faserbündel F so zu wickeln, dass das Faserbündel F die Außenfläche des zylindrischen Dorns 200 bedeckt. In diesem Fall ist es bevorzugt, das Faserbündel F so zu wickeln, dass die Fasern in der Umfangsrichtung des zylindrischen Dorns 200 ausgerichtet sind.
  • Das Harz, mit dem das Faserbündel F imprägniert wird, ist nicht besonders beschränkt, sondern ist z. B. ein wärmehärtendes Harz. Bevorzugte Beispiele für das wärmehärtende Harz sind ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz und ein Epoxidharz, wobei ein Epoxidharz in Bezug auf die mechanische Festigkeit usw. besonders bevorzugt ist. Epoxidharze sind typischerweise Harze, die durch Mischen eines Präpolymers, wie etwa Bisphenol-A-Epichlorhydrin-Copolymer, und eines Härtungsmittels, wie etwa Polyamin, und thermisches Aushärten der Mischung hergestellt werden. Epoxidharze sind im ungehärteten Zustand flüssig und bilden beim thermischen Aushärten eine stark vernetzte Struktur. Das Harz, mit dem das Faserbündel F imprägniert wird, kann ein thermoplastisches Harz sein. Beispiele für das thermoplastische Harz sind Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid, Polyacrylsäureester, Polyimid und Polyamid.
  • Beispiele für die Fasern im Faserbündel F sind Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern und Kohlenstofffasern. Kohlefasern sind besonders im Hinblick auf Leichtigkeit, mechanische Festigkeit usw. zu bevorzugen.
  • In dem vorgenannt beschriebenen Beispiel wird die Verstärkungsschicht durch den FW-Prozess gebildet. Das Zylinderelement 21 kann jedoch auch durch andere Verfahren gebildet werden. Zum Beispiel kann die Verstärkungsschicht durch einen Bogenaufwicklungsprozess bzw. ein Bogenwickelverfahren unter Verwendung eines Faserbogens bzw. Faserplatte bzw. Faservlieses bzw. Faserfolie gebildet werden.
  • Der Faserbogen enthält vorzugsweise zumindest Fasern, die in der Umfangsrichtung des zylindrischen Dorns 200 orientiert sind. So erhält man das Zylinderelement 21 mit in der Umfangsrichtung orientierten Fasern. Die Größe des Faserbogens ist nicht begrenzt, aber beispielsweise kann die Länge des Faserbogens gleich der Länge in der axialen Richtung X des Zylinderelements sein.
  • Beispiele für den Faserbogen umfassen einen sogenannten unidirektionalen (UD) Bogen, der durch die Verflechtung einer Mehrzahl von in einer einzigen Richtung ausgerichteten Faserbündeln mit Rückhaltegarn gebildet wird, und einen Faserbogen, der durch die Verflechtung einer Mehrzahl von in einer einzigen Richtung ausgerichteten Faserbündeln mit einer Mehrzahl von Faserbündeln gebildet wird, die diese Faserbündel kreuzen, zum Beispiel senkrecht zu diesen Faserbündeln ausgerichtet sind.
  • Der Faserbogen ist vorzugsweise ein mit einem Harz vorimprägnierter Faserbogen. Das Harz, mit dem der Faserbogen imprägniert ist, ist nicht besonders beschränkt, sondern ist beispielsweise ein wärmehärtendes Harz. Wie das Faserbündel F umfassen bevorzugte Beispiele für das wärmehärtende Harz ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz und ein Epoxidharz, wobei ein Epoxidharz im Hinblick auf die mechanische Festigkeit usw. besonders bevorzugt ist.
  • Wie das Faserbündel F umfassen Beispiele für die Fasern in dem Faserbogen Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern und Kohlenstofffasern, wobei Kohlenstofffasern in Bezug auf Leichtgewichtigkeit, mechanische Festigkeit usw. besonders bevorzugt sind.
  • Beide Endabschnitte in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21, welches auf der Außenfläche des zylindrischen Dorns 200 gebildet ist, werden, wie in 8 gezeigt, in Richtung der Kanten bzw. Ränder in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 zunehmend dünner. Die Schritte werden, wie in 2 gezeigt, somit weniger wahrscheinlich an den Verbindungsabschnitten zwischen der Außenfläche des Zylinderelements 21 und den Außenflächen der zwei Kuppelelemente 22, 23, wenn das Zylinderelement 21 mit den zwei Kuppelelementen 22, 23 kombiniert wird, gebildet. Dies reduziert, wegen der Schritte an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Zylinderelement 21 und den zwei Kuppelelemente zwei 22, 23, die Bildung von Hohlräumen zwischen der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 und dem Verstärkungskörper 20.
  • Um die beiden Endabschnitte in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 zu den Kanten bzw. Rändern in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 hin zunehmend dünner zu machen, ist es vorteilhaft, dass die Anzahl der Wicklungen des Faserbündels F eingestellt wird oder dass die Faserbündel in den Endabschnitten in der axialen Richtung X (laterale Richtung) des Faserbogens so verflochten werden, dass die Dicke der Faserbündel zu den Kanten bzw. Rändern in der axialen Richtung X des Faserbogens hin zunehmend kleiner wird. Beide Endabschnitte in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 können zunehmend in Richtung der Kanten in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 dünner gemacht werden, indem beide Endabschnitte in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 durch Rollen usw. gepresst bzw. gedrückt werden.
  • Danach wird das Zylinderelement 21 von der Außenfläche des zylindrischen Dorns 200 entfernt. Da das Zylinderelement 21 das Trennmaterial D1 oder D2 an seiner Kontaktfläche mit dem zylindrischen Dorn 200 enthält, kann das Zylinderelement 21 leicht vom zylindrischen Dorn 200 entfernt werden. Vorzugsweise wird das Zylinderelement 21 verfestigt, bevor das Zylinderelement 21 von der Außenfläche des zylindrischen Dorns 200 entfernt wird. Das Verfestigen des Zylinderelements 21 reduziert die Verformung des Zylinderelements 21 beim Entfernen vom zylindrischen Dorn 200.
  • Der Prozess des Verfestigens des Zylinderelements 21 ist nicht besonders beschränkt. Jedoch kann zum Beispiel das Harz in dem Fall, dass das Harz des Zylinderelements 21 (das ist das Faserbündel F) ein wärmehärtendes Harz ist, vorgehärtet werden. Die Bedingungen für die Vorhärtung (Temperatur und Zeit), die abhängig sind von der Art des Harzes des Zylinderelements 21, werden so eingestellt, dass die Viskosität des vorgehärteten Harzes in dem Faserbündel F höher als die Viskosität des Harzes in dem Faserbündel F, wenn es um den zylindrischen Dorn 200 (die Viskosität vor dem Vorhärten des Harzes in dem Faserbündel F) gewickelt ist. In diesem Beispiel wird das Faserbündel F vorgehärtet bis das Harz in dem Faserbündel F nicht mehr flüssig ist
  • Die Viskosität des Harzes des Zylinderelements 21 beim Entfernen von dem zylindrischen Dorn 200 ist vorzugsweise 0,05 Pa·s bis 100 Pa·s. Wenn die Viskosität 0,05 Pa·s oder höher ist, dann ist die Verformung des Zylinderelements 21 beim Entfernen von dem zylindrischen Dorn 200 ausreichend reduziert. Wenn die Viskosität 100 Pa·s oder niedriger ist, dann bleibt ein großer Teil des Harzes des Zylinderelements 21 unausgehärtet. Das Vorhandensein dieses unausgehärteten Teils hemmt die Verringerung der Haftfestigkeit zwischen dem Zylinderelement 21 und den zwei Kuppelelementen 22, 23 beim Aushärten des Zylinderelements 21 und der zwei Kuppelelemente 22, 23 in einem späteren Schritt. Da die Erwärmungszeit des Harzes reduziert wird, verringert sich außerdem die Herstellungszeit des Zylinderelements 21. Die Vorhärtungsbedingungen umfassen das Erwärmen für 10 bis 120 Minuten bei Temperaturen, die höher sind als die Gelierungstemperatur des Harzes, mit dem das Faserbündel F imprägniert wird. Wenn das Faserbündel F zum Beispiel mit einem Epoxidharz imprägniert ist, können die Vorhärtungsbedingungen 100 °C bis 170 °C und 10 bis 120 Minuten betragen.
  • Je höher die Viskosität des Harzes des Zylinderelements 21 ist, desto mehr wird die Verformung des Zylinderelements 21 beim Entfernen von dem zylindrischen Dorn 200 reduziert. Das Harz des Zylinderelements 21 kann vollständig ausgehärtet werden (z. B. bis physikalische Eigenschaften wie der Elastizitätsmodul stabil werden) (vollständige Aushärtung). In diesem Fall erhöht sich jedoch die Herstellungszeit des Zylinderelements 21. Es ist daher wünschenswert, das Erwärmen zu beenden und das Abkühlen zu ermöglichen, sobald das Harz des Zylinderelements 21 eine solche Viskosität erreicht, dass das Zylinderelement 21 leicht vom zylindrischen Dorn 200 entfernt werden kann (z. B. 0,05 Pa·s) oder höher.
  • In dem Fall, dass das Harz des Zylinderelements 21 ein thermoplastisches Harz ist, kann das Zylinderelement 21 durch Kühlen des Zylinderelements 21 verfestigt werden, wenn das Harz flüssig ist. Auch in diesem Fall wird die Verformung des Zylinderelements 21 beim Entfernen von dem zylindrischen Dorn 200 reduziert.
  • Die Verfestigung des Zylinderelements 21 ist nicht essenziell. Da das Zylinderelement 21 das Trennmaterial D1 oder D2 an seiner Kontaktfläche mit dem zylindrischen Dorn 200 beinhaltet, kann das Zylinderelement 21 einfach von dem zylindrischen Dorn 200 entfernt werden. Dementsprechend kann das Zylinderelement 21 selbst in dem Fall, dass das Zylinderelement 21 nicht verfestigt ist, das bedeutet, selbst in dem Fall, dass das Zylinderelement 21 klebrig ist, leicht von dem zylindrischen Dorn 200 entfernt werden, ohne dass ein Trennmittel auf die Außenfläche des zylindrischen Dorns 200 aufgebracht werden muss. Alternativ kann der zylindrische Dorn 200 aus einer Mehrzahl von Elementen bestehen, die in radialer Richtung getrennt werden können, und der zylindrische Dorn 200 kann nach und nach (ein Element nach dem anderen) von dem Zylinderelement 21 entfernt werden.
  • Das Zylinderelement 21, welches von dem zylindrischen Dorn 200 entfernt wurde, beinhaltet das Trennmaterial D1 oder D2. Abhängig von dem Designkonzept und Verfahren usw. kann irgendeines der folgenden ausgewählt werden: das Trennmaterial D1 oder D2, welches in dem Zylinderelement beinhaltet ist, wird von einer faserverstärkten Harzschicht abgeschält; wenn beispielsweise das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial D1 oder D2 verwendet wird, ist bzw. wird das Trennmaterial D1 oder D2 als ein Teil der Auskleidung 11 an der faserverstärkten Harzschicht befestigt; und das Trennmaterial D1 oder D2 als ein Harz mit verbesserter Benetzbarkeit wird an der faserverstärkten Harzschicht befestigt, so dass das Harz für die Auskleidung 11 gleichmäßig in dem Zylinderelement 21 geformt werden kann, wenn die Auskleidung 11 unter Verwendung von Rotationsformen usw. gebildet wird.
  • In dem Kuppelelementausbildungsschritt S2, wie in 9 gezeigt, wird ein Faserbündel F2, welches mit einem Harz imprägniert ist, das ein faserverstärktes Harz ist, um einen Dorn (vorgegebene Matrize) 100 durch zum Beispiel einen Filament-Wicklungsprozess (FW-Prozess) gewickelt. Konkret hat der Dorn 100 einen Körper 101 und einen Schaftabschnitt 102, der sich von einem Ende des Körpers 101 nach außen erstreckt. Der Körper 101 hat eine kreisförmige Gestalt bei Ansicht in der axialen Richtung des Schaftabschnitts 102. Der Körper 101 hat eine Nut 101a in der Mitte in der axialen Richtung. Die Nut 101a ist in der Außenumfangsfläche des Körpers 101 ausgebildet und erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs des Körpers 101. Der Schaftabschnitt 102 ist durch einen Rotationsmechanismus (nicht dargestellt) rotierbar gestützt. Der in 9 gezeigte Dorn 100 enthält einen einzigen Schaftabschnitt 102. Wie in 10 gezeigt, kann der Dorn 100 jedoch in Abhängigkeit von einem gewünschten Gastank den Schaftabschnitt 102 oben und einen weiteren Schaftabschnitt 102 umfassen, der sich auf der dem Schaftabschnitt 102 gegenüberliegenden Seite befindet, nämlich 180° vom Schaftabschnitt 102 entfernt.
  • Der Dorn 100 wird rotiert, um das Faserbündel F2 zu wickeln, sodass das Faserbündel F2 die Außenfläche des Dorns 100 bedeckt. Zu dieser Zeit ist das Faserbündel F2 auch um den Schaftabschnitt 102 gewickelt, um den hohlzylindrischen, vorstehenden Abschnitt 22a mit einem Durchgangsloch 22b (siehe 11) zu bilden. Das Faserbündel F2 ist bzw. wird zum Beispiel bei 40° in Bezug auf die axiale Richtung des Schaftabschnitts 102 gewickelt. Das Material des Dorns 100 ist nicht besonders beschränkt, aber ist vorzugsweise ein Metall, damit der Dorn 100 fest genug ist, sich nicht zu verformen, wenn das Faserbündel F2 um den Dorn 100 gewickelt ist bzw. wird.
  • Wie das Faserbündel F ist auch das Harz, mit dem das Faserbündel F2 imprägniert ist bzw. wird, nicht besonders beschränkt, sondern beispielsweise ein wärmehärtendes Harz. Bevorzugte Beispiele für das wärmehärtende Harz sind ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz und ein Epoxidharz, wobei ein Epoxidharz in Bezug auf die mechanische Festigkeit usw. besonders bevorzugt ist. Epoxidharze sind typischerweise Harze, die durch Mischen eines Präpolymers, wie etwa Bisphenol-A-Epichlorhydrin-Copolymer, und eines Härtungsmittels, wie etwa Polyamin, und thermisches Aushärten der Mischung hergestellt werden. Epoxidharze sind im unausgehärteten Zustand flüssig und bilden beim thermischen Aushärten eine stark vernetzte Struktur. Das Harz, mit dem das Faserbündel F2 imprägniert wird, kann ein thermoplastisches Harz sein. Beispiele für das thermoplastische Harz sind Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid, Polyacrylsäureester, Polyimid und Polyamid.
  • Beispiele für Fasern im Faserbündel F2 sind wie beim Faserbündel F Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern und Kohlenstofffasern. Kohlefasern sind besonders bevorzugt im Hinblick auf Leichtgewichtigkeit, mechanische Festigkeit usw.
  • Als nächstes wird der entstandene Wicklungskörper (Faserbündel F2), welcher um die Außenfläche des Dorns 100 gewickelt ist bzw. wurde, in zwei Teile unter Verwendung einer Schneidevorrichtung 110 (siehe 9) geschnitten. Die zwei Teile werden, wie in 11 gezeigt, von dem Dorn 100 entfernt. Die zwei Kuppelelemente 22, 23 werden in dieser Weise gebildet.
  • Konkret wird in dem in 9 gezeigten Zustand der runde Vorsprung 14 an der Außenfläche des vorstehenden Abschnitts 22a angebracht. Das Harz im Wicklungskörper (Faserbündel F2) wird dann verfestigt, und eine Klinge des Schneidwerkzeugs 110 wird in die Nut 101a des Dorns 100 eingeführt, während der Dorn 100 rotiert wird. Der Wicklungskörper wird dadurch in zwei Teile geschnitten, und die beiden Teile des Harzes des Flügelkörpers (Faserbündel F2) werden dann vom Dorn 100 entfernt. Auf diese Weise werden die zwei Kuppelelemente 22, 23 gebildet. Die Schneidevorrichtung 110 ist nicht besonders begrenzt, sondern kann z. B. eine rotierende Scheibe mit einer Klinge entlang ihrer äußeren Umfangsfläche, eine dünne Platte mit einer Klinge entlang ihrer Seitenfläche oder eine Schneidevorrichtung sein, die das Faserbündel F2 mit einem Laserstrahl schneidet.
  • Das Verfestigen des Harzes in dem Faserbündel F2 reduziert die Verformung des Faserbündels F2 beim Schneiden mit der Schneidevorrichtung 110 und reduziert die Verformung der zwei Kuppelelemente 22, 23 beim Entfernen von dem Dorn 100.
  • Der Prozess des Verfestigens des Harzes in dem Faserbündel F2 ist nicht besonders beschränkt. Wie das Faserbündel F im Schritt S1 des Ausbildens des Zylinderelements kann das Harz im Faserbündel F2 (das heißt, das Harz der zwei Kuppelelemente 22, 23) jedoch vorgehärtet werden, wenn es sich z. B. um ein wärmehärtendes Harz handelt. Die Vorhärtungsbedingungen (Temperatur und Zeit), die je nach Art des Harzes im Faserbündel F2 variieren, werden so eingestellt, dass die Viskosität des vorgehärteten Harzes im Faserbündel F2 höher ist als die Viskosität des Harzes im Faserbündel F2, wenn es um den Dorn 100 gewickelt ist (die Viskosität vor dem Vorhärten des Harzes im Faserbündel F2). In diesem Beispiel wird das Faserbündel F2 vorgehärtet bis das Harz im Faserbündel F2 nicht mehr flüssig ist.
  • Die Viskosität des Harzes im Faserbündel F2 beim Schneiden mit dem Schneidwerkzeug 110 und beim Entfernen vom Dorn 100 beträgt vorzugsweise 0,05 Pa·s bis 100 Pa·s. Wenn die Viskosität 0,05 Pa·s oder höher ist, wird die Verformung des Faserbündels F2 beim Schneiden mit dem Schneidwerkzeug 110 und beim Abnehmen vom Dorn 100 ausreichend reduziert. Wenn die Viskosität 100 Pa·s oder weniger beträgt, bleibt ein großer Teil des Harzes im Faserbündel F2 unausgehärtet. Das Vorhandensein dieses unausgehärteten Anteils hemmt die Verringerung der Haftfestigkeit zwischen dem Zylinderelement 21 und den zwei Kuppelelementen 22, 23 beim Aushärten des Zylinderelements 21 und der zwei Kuppelelemente 22, 23 in einem späteren Schritt. Da die Erwärmungszeit des Harzes reduziert wird, verringert sich außerdem die Herstellungszeit der Kuppelelemente 22, 23. Die Vorhärtungsbedingungen umfassen das Erwärmen für 10 bis 120 Minuten bei Temperaturen, die höher sind als die Gelierungstemperatur des Harzes, mit dem das Faserbündel F2 imprägniert wird. Wenn das Faserbündel F2 zum Beispiel mit einem Epoxidharz imprägniert ist, können die Vorhärtungsbedingungen 100 °C bis 170 °C und 10 bis 120 Minuten betragen.
  • Je höher die Viskosität des Harzes in dem Faserbündel 2 ist, desto größer ist die Verformung des Faserbündels F2, wenn das Schneiden mit der Schneidevorrichtung 110 reduziert wird und desto größer ist die Verformung der zwei Kuppelelemente 22, 23, wenn das Entfernen von dem Dorn 100 reduziert wird. Das Harz in dem Faserbündel F2 kann vollständig ausgehärtet werden (zum Beispiel, bis physikalische Eigenschaften, wie etwa der Elastizitätsmodul, stabil werden) (vollständiges Aushärten). In diesem Fall jedoch erhöht sich die Herstellungszeit der Kuppelelemente 22, 23. Es ist daher wünschenswert, dass Erwärmen zu beenden und das Kühlen zu ermöglichen, sobald das Harz in dem Faserbündel F2 eine solche Viskosität erreicht, dass die Kuppelelemente 22, 23 einfach von dem Dorn 100 (zum Beispiel 0,05 Pa·s oder höher) entfernt werden können. „Thermisches Aushärten“ in der Beschreibung und den Ansprüchen repräsentiert ein Konzept, welches Vorhärten und vollständiges Aushärten beinhaltet.
  • In dem Fall, in dem das Harz im Faserbündel F2 ein thermoplastisches Harz ist, kann das Harz im Faserbündel F2 durch Kühlen des Faserbündels F2 verfestigt werden, wenn das Harz flüssig ist. Auch in diesem Fall wird die Verformung des Faserbündels F2 beim Schneiden mit der Schneidevorrichtung 110 reduziert, und die Verformung des Faserbündels F2 beim Entfernen der zwei Kuppelelemente 22, 23 vom Dorn 100 wird ebenfalls reduziert.
  • In dem vorgenannten Beispiel wird das Faserbündel F2 nach dem Verfestigen des Harzes im Faserbündel F2 mit der Schneidevorrichtung 110 geschnitten. Das Faserbündel F2 kann jedoch auch mit der Schneidevorrichtung 110 geschnitten werden, ohne dass das Harz im Faserbündel F2 verfestigt wird bzw. ist. In diesem Fall kann das Harz im Faserbündel F2 nach dem Schneiden des Faserbündels F2 mit der Schneidevorrichtung 110 verfestigt werden.
  • Es ist nicht unbedingt erforderlich, das Harz im Faserbündel F2 zu verfestigen. Wenn das Harz im Faserbündel F2 jedoch nicht verfestigt ist, ist das Harz klebrig, und es ist schwierig, das Faserbündel F2 vom Dorn 100 zu entfernen (das Faserbündel F2 neigt zur Verformung). Daher ist es vorteilhaft, z. B. ein Trennmittel auf die Oberfläche des Dorns 100 aufzutragen, bevor das Faserbündel F2 um den Dorn 100 gewickelt wird, oder die zwei Kuppelelemente 22, 23 mit einer reduzierten Zuggeschwindigkeit vom Dorn 100 zu entfernen, um die Verformung des Faserbündels F2 zu verringern.
  • In dem vorgenannten Beispiel wird der runde Vorsprung 14 an der Außenfläche des vorstehenden Abschnitts 22a angebracht, nachdem das Faserbündel F2 um den Dorn 100 gewickelt wurde. Ein Vorsprung kann jedoch im Voraus an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Körper 101 und dem Schaftabschnitt 102 des Dorns 100 angebracht werden, und das Faserbündel F2 kann um den Dorn 100 gewickelt werden, während der runde Vorsprung an dem Verbindungsabschnitt angebracht ist. In diesem Fall wird ein Teil des runden Vorsprungs mit dem Faserbündel F2 bedeckt und von diesem gehalten. Der runde Vorsprung kann somit durch das Faserbündel F2 fest fixiert werden.
  • In dem Fall, in dem das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial D1 oder D2 für das Zylinderelement 21 in dem Schritt S1 des Ausbildens des Zylinderelements verwendet wird, wird das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, auf die Innenflächen der zwei Kuppelelemente 22, 23 aufgebracht. In diesem Fall kann in dem Verbindungsschritt S3 die Auskleidung 11 durch Verbinden, z.B. durch Schweißen, des Trennmaterials in dem Zylinderelement 21 und des Harzes, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist und das auf den Innenflächen der Kuppelelemente 22, 23 angeordnet ist, gebildet werden.
  • Wie oben beschrieben, wird im Schritt S1 des Ausbildens des Zylinderelements das Zylinderelement 21, das aus einem faserverstärkten Harz besteht und in Umfangsrichtung orientierte Fasern aufweist, mit Hilfe des zylindrischen Dorns 200 gebildet. Da die Fasern im Zylinderelement 21 in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, kann die Festigkeit der faserverstärkten Harzschicht 12 gegen die durch den Gasdruck erzeugte Ringspannung durch eine geeignete Menge an faserverstärktem Harz sichergestellt werden. Im Kuppelelementausbildungsschritt S2 werden die zwei Kuppelelemente 22, 23 unter Verwendung des Dorns 100 gebildet. Die Kuppelelemente 22, 23 werden somit separat vom Zylinderelement 21 unter Verwendung einer angemessenen Menge an faserverstärktem Harz gebildet. Die Verwendung des faserverstärkten Harzes für das Zylinderelement 21 wird daher durch das Ausbilden der Kuppelelemente 22, 23 nicht erhöht.
  • Die Kuppelelemente 22, 23 werden mit Hilfe des Dorns 100 gebildet, und das Zylinderelement 21 wird mit Hilfe des zylindrischen Dorns 200 gebildet. Dementsprechend werden das Zylinderelement 21 und die Kuppelelemente 22, 23 gebildet, ohne dass das Faserbündel usw. direkt um die Auskleidung 11 gewickelt wird. Da die Auskleidung 11 keiner Spannkraft bzw. Anzugskraft durch die ringförmige Wicklung, die helikale Wicklung usw. ausgesetzt wird bzw. ist, ist es nicht notwendig, die Festigkeit der Auskleidung 11 so zu erhöhen, dass sich die Auskleidung 11 nicht durch die Spannkraft verformt. Außerdem wird in dem Fall, in dem das Trennmaterial D1 oder D2 als die Auskleidung 11 dient, die Auskleidung 11 durch den zylindrischen Dorn 200 gestützt, wenn das Zylinderelement 21 gebildet wird, nämlich wenn das Faserbündel um die Auskleidung 11 gewickelt wird. Dementsprechend verformt sich die Auskleidung 11 auch dann nicht, wenn die Auskleidung 11 aufgrund von ringförmiger Wicklung, helikaler Wicklung usw. einer Spannkraft ausgesetzt wird bzw. ist, und die Festigkeit der Auskleidung 11 muss daher nicht erhöht werden. Die Dicke (Wanddicke) der Auskleidung 11 kann daher reduziert werden. Dementsprechend kann die Kapazität der Auskleidung 11 erhöht und das Gewicht der Auskleidung 11 reduziert werden.
  • Die Verringerung der Dicke der Auskleidung 11 hat außerdem folgende Auswirkungen. Wenn z. B. kontinuierlich Gas bei Drücken in der Nähe des unteren Grenzgasdrucks (der unteren Grenze des normalen Verwendungsbereich) des Hochdrucktanks 10 verwendet wird, kann die Auskleidung 11 aufgrund von Temperatur- und Innendruckabnahmen, die durch adiabatische Expansion verursacht werden, thermisch schrumpfen. Durch die Verringerung der Dicke der Auskleidung 11 dehnt sich die Auskleidung 11 jedoch aufgrund des Innendrucks leichter aus, und die thermische Schrumpfung der Auskleidung 11 wird daher verringert. Dementsprechend kann der untere Grenzgasdruck auf einen niedrigeren Wert eingestellt werden, und es kann eine größere Gasmenge aus dem Hochdrucktank 10 abgelassen werden.
  • Im Verbindungsschritt S3, wie in den 12 und 13 gezeigt, werden beide Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 und die Endabschnitte 22c, 23a der zwei Kuppelelemente 22, 23 verbunden, um den Verstärkungskörper 20 zu bilden, der eine Verstärkungsschicht ist.
  • Insbesondere sind der Endabschnitt 22c des Kuppelelements 22 und der Endabschnitt 23a des Kuppelelements 23 in die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 eingepasst. Da die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21, der Endabschnitt 22c des Kuppelelements 22 und der Endabschnitt 23a des Kuppelelements 23 eine zylindrische Gestalt aufweisen, berühren der Endabschnitt 22c des Kuppelelements 22 und der Endabschnitt 23a des Kuppelelements 23 die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 entlang des gesamten Umfangs. Ein Klebstoff 300 (siehe 13) kann zwischen dem Zylinderelement 21 und den Kuppelelementen 22, 23 angebracht werden. Diese Konfiguration verhindert weiterhin, dass sich die Kuppelelemente 22, 23 in einem späteren Schritt vom Zylinderelement 21 ablösen. Da der Klebstoff 300 die Zwischenräume zwischen dem Zylinderelement 21 und den Kuppelelementen 22, 23 füllt, kann außerdem das Fließen eines Harzmaterials für die Auskleidung 11 in die Zwischenräume zwischen dem Zylinderelement 21 und den Kuppelelementen 22, 23 im Auskleidungsausbildungsschritt S5 unterdrückt werden. Das Material des Klebstoffs 300 ist nicht besonders beschränkt, ist aber vorzugsweise z. B. ein wärmehärtendes Harz, wie etwa Epoxidharz. Der Klebstoff 300 kann ein Harz mit der gleichen Zusammensetzung wie das Zylinderelement 21 oder die Kuppelelemente 22, 23 sein. Selbst wenn der Klebstoff 300 nicht verwendet wird, sickert das in der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 enthaltene Harz aus der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 und füllt die Zwischenräume zwischen dem Zylinderelement 21 und den Kuppelelementen 22, 23 während des Aushärtens im zusätzlichen Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt S4. Das Harzmaterial für die Auskleidung 11 wird daher daran gehindert, in die Zwischenräume zwischen dem Zylinderelement 21 und den Kuppelelementen 22, 23 im Auskleidungsausbildungsschritt S5 zu fließen.
  • Vorzugsweise werden die Kuppelelemente 22, 23 beim Zusammenfügen der Kuppelelemente 22, 23 und des Zylinderelements 21 vorab thermisch ausgehärtet (vorgehärtet oder vollständig ausgehärtet). Die Festigkeit der Kuppelelemente 22, 23 wird also durch die thermische Aushärtung im Vorfeld erhöht. Folglich passen sich beim Zusammenfügen der Kuppelelemente 22, 23 und des Zylinderelements 21 die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 an die Endabschnitte 22c, 23a der Kuppelelemente 22, 23 an. Da die Kuppelelemente 22, 23 als Führungsabschnitte fungieren, können das Zylinderelement 21 und die Kuppelelemente 22, 23 somit leicht zusammengefügt werden. In dem Fall, in dem das Zylinderelement 21, das außerhalb der Kuppelelemente 22, 23 angeordnet ist, nicht im Vorfeld thermisch gehärtet wird, kann sich das Zylinderelement 21 verformen, wenn das Zylinderelement 21 und die Kuppelelemente 22, 23 zusammengefügt werden. Selbst wenn jedoch eine solche Verformung des Zylinderelements 21 auftritt, kann die äußere Form des Zylinderelements 21 angepasst werden oder das Zylinderelement 21 kann in engen Kontakt mit den Kuppelelementen 22, 23 gebracht werden, wie in 13 gezeigt, da das Zylinderelement 21 von außen gedrückt bzw. gepresst werden kann. Der runde Vorsprung 14 wird vorab am Kuppelelement 22 befestigt, und der Verstärkungskörper 20 und die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 werden in einem späteren Schritt von dem runden Vorsprung 14 getragen. Daher ist es vorteilhaft, dass das Kuppelelement 22 eine erhöhte Festigkeit aufweist, so dass das Kuppelelement 22 den runden Vorsprung 14, den Verstärkungskörper 20 und die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 tragen kann. Dementsprechend ist es effektiv, das Kuppelelement 22 vorab thermisch auszuhärten.
  • In dem Fall, dass das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, als das Trennmaterial D1 oder D2 für das Zylinderelement 21 in dem Schritt S1 das Ausbildens das Zylinderelements verwendet wird, wird das Harz, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist, auf den Innenflächen der zwei Kuppelelemente 22, 23 angeordnet. Die Auskleidung 11 kann durch Verbinden des Trennmaterials in dem Zylinderelement 21 und des Harzes, welches Gasbarriereeigenschaften aufweist und auf den Innenflächen der zwei Kuppelelemente 22, 23 durch zum Beispiel Schweißen oder durch Verwenden zum Beispiel eines Klebstoffes angeordnet werden. In diesem Fall kann der Auskleidungsausbildungsschritt S5 ausgelassen werden.
  • In dem zusätzlichen Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt S4, welcher in manchen Fällen durchgeführt wird, wird die zusätzliche Verstärkungsschicht 13, welche aus einem faserverstärkten Harz besteht und Fasern aufweist, die über die zwei Kuppelelemente 22, 23 gelegt sind, so geformt, dass sie die Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 bedeckt. Die faserverstärkte Harzschicht 12, welche den Verstärkungskörper 20 und die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 aufweist, wird auf diese Weise gebildet. Die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 kann z. B. durch ein in 14 und 15 gezeigtes Verfahren gebildet werden. Insbesondere wird ein Stützmechanismus (nicht gezeigt) an dem auf dem Verstärkungskörper 20 montierten runden Vorsprung 14 befestigt, so dass der Stützmechanismus den Verstärkungskörper 20 hält. Obwohl in den 14 und 15 der Verstärkungskörper 20 horizontal angeordnet ist, kann der Verstärkungskörper 20 auch vertikal angeordnet werden, um ein Verbiegen des Verstärkungskörpers 20 nach unten unter der Schwerkraft zu verhindern.
  • Eine Mehrzahl von harzimprägnierten Faserbündeln F4 wird dann über den Verstärkungskörper 20 gelegt, sodass sich die Faserbündeln F4 in die axiale Richtung X des Verstärkungskörpers 20 in vorbestimmten Winkelintervallen in der Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers 20 und in einem vorbestimmten Abstand von der Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 erstrecken. Zu diesem Zeitpunkt werden die Faserbündel F4 durch eine Mehrzahl von Zuführteilen 400 einer Zuführvorrichtung zugeführt, und die Spitzenenden der Faserbündel F4 werden von einer Mehrzahl von Halteelementen 410 gehalten.
  • Das Harz, mit dem die Faserbündel F4 imprägniert werden, ist nicht besonders beschränkt, sondern ist beispielsweise ein wärmehärtendes Harz. Wie das Faserbündel F umfassen bevorzugte Beispiele für das wärmehärtende Harz ein Phenolharz, ein Melaminharz, ein Harnstoffharz und ein Epoxidharz, wobei ein Epoxidharz im Hinblick auf die mechanische Festigkeit usw. besonders bevorzugt ist.
  • Wie das Faserbündel F umfassen Beispiele für Fasern in den Faserbündeln F4 Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern und Kohlenstofffasern, und Kohlenstofffasern sind in Bezug auf Leichtigkeit, mechanische Festigkeit usw. besonders bevorzugt.
  • Danach werden in dem in 14 dargestellten Zustand die Zuführteile 400 und die Halteelemente 410 in entgegengesetzte Richtungen in der Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers 20 rotiert. Die Abschnitte der Faserbündel F4 auf einer ersten Endseite (Seite des Zuführteils 400) und die Abschnitte der Faserbündel F4 auf einer zweiten Endseite (Seite des Halteelements 410) werden somit relativ zueinander in der Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers 20 rotiert. In diesem Beispiel werden die Abschnitte der Faserbündel F4 auf der ersten Endseite in eine erste Richtung gedreht, und die Abschnitte der Faserbündel F4 auf der zweiten Endseite werden in eine zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung gedreht. Dadurch werden, wie in 15 gezeigt, die Faserbündel F4 in Bezug auf die axiale Richtung X des Zylinderelements 21 geneigt, und die Lehrräume zwischen den Faserbündeln F4 werden entfernt, und die Faserbündel F4 überlappen sich teilweise gegenseitig. Die Faserbündel F4 nähern sich zunehmend bzw. allmählich der Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 und werden schließlich ohne Zwischenraum zwischen den Faserbündeln F4 auf die Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 gelegt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Faserbündel F4, die in Bezug auf die axiale Richtung X geneigt sind, in engen Kontakt mit der Außenfläche des Zylinderelements 21 gebracht, und die Bewegung derjenigen Abschnitte der Faserbündel F4, die in engem Kontakt mit der Außenfläche des Zylinderelements 21 stehen, wird aufgrund der Haftkraft des Harzes eingeschränkt. Die Abschnitte der Faserbündel F4 auf auf der ersten Endseite und die Abschnitte der Faserbündel F4 an der zweiten Endseite werden dann von den Zuführteilen 400 und den Halteelementen 410 an den Positionen außerhalb der Endabschnitte des Zylinderelements 21 verdreht bzw. verdrillt und so um die Kuppelelemente 22, 23 gewickelt. Auf diese Weise wird die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 so gebildet, dass sie die Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 bedeckt. Danach werden nicht benötigte Teile der Faserbündel F4 abgeschnitten. Die erste Schicht der Faserbündel F4 wird dadurch gebildet.
  • Die Faserbündel F4 werden bereitgestellt, um das Ablösen der Kuppelelemente 22, 23 von dem Zylinderelement 21 nach außen in der axialen Richtung X durch den Gasdruck zu unterdrücken. Die Faserbündel F4 sind daher in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 angeordnet. Der Neigungswinkel der Faserbündel F4 (der Winkel der Faserbündel F4 in Bezug auf die axiale Richtung X des Zylinderelements 21) ist nicht besonders beschränkt, aber die Faserbündel F4 sind vorzugsweise in einem Winkel größer als 0 Grad und gleich oder kleiner als 45 Grad, noch bevorzugter in einem Winkel größer als 0 Grad und gleich oder kleiner als 20 Grad, in Bezug auf die axiale Richtung X des Zylinderelements 21 ausgerichtet.
  • Danach wird die zweite Schicht der Faserbündel F4 durch ein ähnliches Verfahren wie bei der ersten Schicht gebildet. Bei der Bildung der zweiten Schicht werden die Abschnitte der Faserbündel F4 auf der ersten Endseite (Seite des Zuführteils 400) in die zweite Richtung rotiert, und die Abschnitte der Faserbündel F4 auf der zweiten Endseite (Seite des Halteelements 410) werden in die erste Richtung rotiert. In dem Fall, in dem die dritte und die folgenden Schichten der Faserbündel F4 gebildet werden, werden ungerade nummerierte Schichten bzw. Schichten mit ungerader Zahl (erste geneigte Schichten) auf ähnliche Weise wie die erste Schicht gebildet, und gerade nummerierte Schichten bzw. Schichten mit gerader Zahl (zweite geneigte Schichten) werden auf ähnliche Weise wie die zweite Schicht gebildet.
  • Die Anzahl der Schichten der Faserbündel F4 ist nicht besonders beschränkt, solange die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 eine ausreichende Festigkeit aufweist.
  • Die Anzahl der Schichten der Faserbündel F4 beträgt jedoch vorzugsweise z. B. 2 bis 12, besonders bevorzugt 2. Je kleiner die Anzahl der Schichten der Faserbündel F4 ist, desto bevorzugter, solange die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 eine ausreichende Festigkeit aufweist. Vorzugsweise sind die Anzahl der ersten geneigten Schichten und die Anzahl der zweiten geneigten Schichten gleich groß. Die erste geneigte Schicht wird gebildet, indem die Faserbündel F4 in Bezug auf die axiale Richtung X unter einer vorgegebenen Spannung geneigt werden, und wird später mit den Faserbündeln F4 im geneigten Zustand ausgehärtet. Folglich wird, wenn eine expansive Kraft auf die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 durch den Gasdruck ausgeübt wird, die erste geneigte Schicht mit einer Kraft in einer solchen Richtung beaufschlagt, dass die Neigung der Faserbündel F4 der ersten geneigten Schicht in Bezug auf die axiale Richtung X aufgehoben wird. Dadurch wird der Verstärkungskörper 20 verformt. In ähnlicher Weise wird die zweite geneigte Schicht mit den Faserbündeln F4 gebildet, die in die entgegengesetzte Richtung zu den Faserbündeln F4 der ersten geneigten Schicht unter vorbestimmter Spannung geneigt sind, und wird später mit den Faserbündeln F4 im geneigten Zustand ausgehärtet. Folglich wird, wenn die expansive Kraft durch den Gasdruck auf die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 aufgebracht wird, die zweite geneigte Schicht mit einer Kraft in einer solchen Richtung beaufschlagt, dass die Neigung der Faserbündel F4 der zweiten geneigten Schicht in die entgegengesetzte Richtung zur Neigung der Faserbündel F4 der ersten geneigten Schicht aufgehoben wird. Dadurch wird der Verstärkungskörper 20 verformt. Die Faserbündel F4 der ersten geneigten Schicht und die Faserbündel F4 der zweiten geneigten Schicht sind in entgegengesetzte Richtungen geneigt. Dementsprechend heben sich, wenn die expansive Kraft durch den Gasdruck auf die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 aufgebracht bzw. angelegt wird, die Kraft in einer solchen Richtung, dass die Neigung der Faserbündel F4 der ersten geneigten Schicht aufgehoben wird, und die Kraft in einer solchen Richtung, dass die Neigung der Faserbündel F4 der zweiten geneigten Schicht aufgehoben wird, gegenseitig auf. Dies reduziert die Verformung der faserverstärkten Harzschicht 12 und damit die Verformung des Hochdrucktanks 10. Diese Konfiguration hemmt somit die Reduzierung der Festigkeit des Hochdrucktanks 10.
  • In diesem Beispiel sind die Anzahl der ersten geneigten Schichten und die Anzahl der zweiten geneigten Schichten gleich. Dementsprechend heben sich die Kraft in einer Richtung, in der die Neigung der Faserbündel F4 der ersten geneigten Schicht eliminiert wird, und die Kraft in einer Richtung, in der die Neigung der Faserbündel F4 der zweiten geneigten Schicht eliminiert wird, effektiv gegenseitig auf. Dadurch wird die Verformung der faserverstärkten Harzschicht 12 aufgrund der Neigung der Faserbündel F4 wirksam reduziert und somit die Verringerung der Festigkeit des Hochdrucktanks 10 wirksam eingedämmt. Die Anzahl der ersten geneigten Schichten kann sich von der Anzahl der zweiten geneigten Schichten unterscheiden. Beispielsweise kann nur die erste(n) geneigte(n) Schicht(en) oder nur die zweite(n) geneigte(n) Schicht(en) gebildet werden.
  • Eine vorbestimmte Anzahl von Schichten der Faserbündel F4 wird gebildet, um die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 zu bilden. Danach werden der Verstärkungskörper 20 und die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 erwärmt und ausgehärtet, z. B. bei 100 °C bis 170 °C für 10 bis 120 Minuten. In dieser Zeit bzw. zu diesem Zeitpunkt dringt der Klebstoff 300 in den Verstärkungskörper 20 und in die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 ein.
  • Wie oben beschrieben, weist die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 Fasern auf, die über die zwei Kuppelelemente 22, 23 gelegt sind. Die Fasern in der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 unterdrücken die Trennung der Kuppelelemente 22, 23 vom Zylinderelement 21. Die Kuppelelemente 22, 23 werden so daran gehindert, sich von den beiden Endabschnitten des Zylinderelements 21 durch den Gasdruck zu lösen. Die Menge der Fasern in der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 muss nur groß genug sein, um ein Ablösen der Kuppelelemente 22, 23 vom Zylinderelement 21 zu unterdrücken. Folglich ist der Verbrauch bzw. die Verwendung des faserverstärkten Harzes im Vergleich zu den helikalen Schichten im Zylinderteil des herkömmlichen Hochdrucktanks reduziert.
  • Gemäß dem zusätzlichen Verstärkungsschicht-Ausbildungsschritt S4 wird die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 gebildet, ohne dass der Verstärkungskörper 20 in der Umfangsrichtung rotiert wird. Folglich muss eine Struktur zum Rotieren des Verstärkungskörpers 20 (typischerweise ein runder Vorsprung, an dem eine Drehwelle befestigt ist) nicht an dem gegenüberliegenden Ende des Hochdrucktanks 10 von dem Durchgangsloch 22b vorgesehen sein.
  • In dem vorgenannten Beispiel, wie in 14 und 15 gezeigt, wird die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 durch Rotation der Faserbündel F4 in der Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers 20 gebildet. Die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 kann jedoch auch durch andere Verfahren gebildet werden. Beispielsweise kann die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 durch eine sogenannte Bogenaufwicklung gebildet werden, d.h. durch eine Wicklung eines harzimprägnierten Faserbogens bzw. Faserblattes um den Verstärkungskörper 20. In diesem Fall sind die Fasern im Faserbogen vorzugsweise in der axialen Richtung X des Zylinderelements 21 orientiert. Wie die Faserbündel F4 können die Fasern in dem Faserbogen jedoch in einem Winkel größer als 0 Grad und gleich oder kleiner als 45 Grad in Bezug auf die axiale Richtung X des Zylinderelements 21 ausgerichtet sein, oder sie können in einem Winkel größer als 0 Grad und gleich oder kleiner als 20 Grad in Bezug auf die axiale Richtung X des Zylinderelements 21 ausgerichtet sein. In dem Fall, in dem die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 unter Verwendung der Faserbündel F4 oder des Faserbogens gebildet wird, können die Fasern parallel zur axialen Richtung X ausgerichtet sein. Die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 kann auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 durch den FW-Prozess gebildet werden. In dem Fall, in dem der FW-Prozess verwendet wird, ist es jedoch vorzuziehen, den Verstärkungskörper 20 vor dem Ausbilden der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 auszuhärten, um eine Verformung des Verstärkungskörpers 20 zu unterdrücken.
  • In dem vorgenannten Beispiel, wie in 2 gezeigt, erstreckt sich ein Ende der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 (das Ende auf der Seite des runden Vorsprungs 14, die ersten Enden der Faserbündel F4) bis zu einer Position unmittelbar vor dem runden Vorsprung 14. Wie in einer ersten Abwandlung, die in 16 gezeigt ist, kann das eine Ende der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 jedoch einen Teil der Außenfläche des runden Vorsprungs 14 bedecken. Bei dieser Konfiguration kann der runde Vorsprung 14 von der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 gehalten werden. Ein Ablösen des runden Vorsprungs 14 vom Verstärkungskörper 20 kann somit zuverlässig unterdrückt werden.
  • In dem vorgenannten Beispiel, wie in 1 gezeigt, weist das andere Ende der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 (das dem runden Vorsprung 14 gegenüberliegende Ende, die zweiten Enden der Faserbündel F4) eine glatte, allgemein kugelförmige Oberfläche auf. Wie in einer zweiten Modifikation, die in 17 gezeigt ist, kann das andere Ende der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 jedoch einen Vorsprung 13b bzw. Protrusion13b mit einem eingelassenen bzw. vertieften Abschnitt 13a aufweisen. Bei dieser Konfiguration kann das andere Ende der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 z. B. durch das in 17 gezeigte Halteelement 450 gehalten werden. Dies verbessert die Verarbeitbarkeit in einem späteren Schritt und verbessert die Montierbarkeit des Hochdrucktanks 10 an einem Brennstoffzellenfahrzeug. Der Vorsprung 13b mit dem eingelassenen Abschnitt 13a kann durch Einstellen der Schneideposition beim Schneiden der Faserbündel F4 in dem in 15 gezeigten Zustand leicht gebildet werden.
  • Im Auskleidungsausbildungsschritt S5, der in einigen Fällen durchgeführt wird, wie in 18 gezeigt, wird ein Harzmaterial M in die faserverstärkte Harzschicht 12 durch das Durchgangsloch 22b im vorstehenden Abschnitt 22a des Verstärkungskörpers 20 eingeführt. Das Harzmaterial M wird dann verfestigt, während die faserverstärkte Harzschicht 12 rotiert. Auf diese Weise wird die Auskleidung 11 gebildet.
  • Insbesondere steht der Innenraum der faserverstärkten Harzschicht 12 durch das Durchgangsloch 22b mit dem Außenraum in Verbindung. Eine Düse 500, die das Harzmaterial M ausstößt, wird durch das Durchgangsloch 22b eingeführt, und das Harzmaterial M wird durch die Düse 500 in den Innenraum der faserverstärkten Harzschicht 12 eingeführt. Die Düse 500 wird dann aus dem Durchgangsloch 22b entfernt.
  • Wie oben beschrieben, ist das Harzmaterial M vorzugsweise ein Harz mit zufriedenstellenden Gasbarriereeigenschaften. Beispiele für ein solches Harz sind thermoplastische Harze wie Polyamid, Polyethylen, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerharz und Polyester sowie wärmehärtende Harze wie Epoxid, wobei Polyamid bevorzugt ist. Das Harzmaterial M kann ein Harzmaterial sein, das bei normaler Temperatur flüssig ist, oder es kann ein pulverförmiges Material sein.
  • Der Verstärkungskörper 20 wird dann so rotiert, dass das Harzmaterial M die Innenfläche des Verstärkungskörpers 20 bedeckt. Insbesondere wird der Innenraum der faserverstärkten Harzschicht 12 je nach Bedarf auf eine vorgegebene Temperatur oder höher erwärmt. Da das Harzmaterial M eine niedrige Viskosität (0 bis 0,05 Pa·s) aufweist und flüssig ist, wird die faserverstärkte Harzschicht 12 in Umfangsrichtung um ihre Achse rotiert, die sich in horizontaler Richtung erstreckt, während beide Enden der faserverstärkten Harzschicht 12 abwechselnd auf und ab bewegt werden (siehe 18). Wenn die faserverstärkte Harzschicht 12 rotiert wird, bewegt sich die Innenfläche der faserverstärkten Harzschicht 12 mit dem darauf befindlichen flüssigen Harzmaterial M nach oben, und ein Teil des Harzmaterials M fließt aufgrund seines Eigengewichts an der Innenfläche der faserverstärkten Harzschicht 12 herunter. Das Harzmaterial M wird so mit der gesamten Innenfläche des Verstärkungskörpers 20 in Kontakt gebracht und bedeckt diese. Wenn das Harzmaterial M ein wärmehärtendes Harz ist, wird der Innenraum der faserverstärkten Harzschicht 12 erwärmt, um das Harzmaterial M auszuhärten. Die Auskleidung 11 wird dadurch gebildet. Wenn das Harzmaterial M ein thermoplastisches Harz ist, wird der Innenraum der faserverstärkten Harzschicht 12 abgekühlt, um das Harzmaterial M zu verfestigen, das mit der inneren Oberfläche der faserverstärkten Harzschicht 12 in Kontakt ist und diese bedeckt. Die Auskleidung 11 wird dadurch gebildet. In diesem Beispiel wird die Auskleidung 11 durch Reaktionsspritzgießen unter Verwendung von zwei oder mehr Arten von flüssigen Materialien mit niedrigem Molekulargewicht und niedriger Viskosität, die bei normaler Temperatur flüssig sind, als das Harzmaterial M gebildet. In diesem Fall wird der Innenraum der faserverstärkten Harzschicht 12 erwärmt, um ein Polymer aus einem Monomer herzustellen. Anschließend wird der Innenraum der faserverstärkten Harzschicht 12 abgekühlt, um das Polymer zu verfestigen. Die Auskleidung 11 wird dadurch gebildet.
  • Gemäß dem Auskleidungsausbildungsschritt S5 kann die Auskleidung 11 leicht im Inneren der faserverstärkten Harzschicht 12 gebildet werden, selbst nachdem die faserverstärkte Harzschicht 12 gebildet wurde. Außerdem ist keine Form zum Formen der Auskleidung erforderlich, im Gegensatz zu dem Fall, in dem die Auskleidung durch Spritzgießen mit Harz geformt wird.
  • Der Hochdrucktank 10 wird durch das Anbringen des Ventils 15 am runden Vorsprung 14 vervollständigt.
  • Die hier offenbarte Ausführungsform sollte in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht restriktiv ausgelegt werden. Der Umfang der Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung der Ausführungsform, sondern durch die Ansprüche definiert und umfasst alle Abwandlungen und Variationen, die ohne Abweichung vom Geist und Umfang der Ansprüche gemacht werden.
  • Zum Beispiel werden in dem in der obigen Ausführungsform beschriebenen Beispiel die zwei Kuppelelemente 22, 23 durch den Filament-Wicklungsprozess im Kuppelelementausbildungsschritt S2 gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können, wie in einer dritten Abwandlung der Erfindung, die in 19 gezeigt ist, die zwei Kuppelelemente 22, 23 durch einen Bandbestückungsprozess bzw. Tape-Placement-Prozess gebildet werden, nämlich durch Pressen und Aufbringen des Faserbündels F2 auf die Oberfläche einer kuppelförmigen Matrize (vorgegebene Matrize) 160 unter Verwendung einer Walze 150. In diesem Fall kann eine Mehrzahl von Matrizen (z. B. zwei Matrizen) mit unterschiedlichen Formen entsprechend den Formen der Kuppelelemente 22, 23 verwendet werden. Das heißt, die zwei Kuppelelemente 22, 23 können mit mindestens einer Matrize (einer oder mehrerer Matrizen) gebildet werden.
  • In der vorgenannten Ausführungsform wird die Auskleidung 11 gebildet, nachdem der Verstärkungskörper 20 und die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 in dem Auskleidungsausbildungsschritt S5 gebildet wurden. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können, wie in einer vierten Abwandlung der Erfindung, die in 20 dargestellt ist, beim Zusammenfügen der beiden Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 und der Endabschnitte 22c, 23a der zwei Kuppelelemente 22, 23 im Verbindungsschritt S3 das Zylinderelement 21 und die Kuppelelemente 22, 23 so eingepasst bzw. angebracht werden, dass sie eine zuvor gebildete Harzauskleidung 611 abdecken. In diesem Fall wird der Auskleidungsausbildungsschritt S5 nicht durchgeführt. Die Auskleidung 611 kann durch ein bekanntes Herstellungsverfahren gebildet werden. Die Festigkeit der Auskleidung 611 muss nicht erhöht werden, da durch den FW-Prozess kein Faserbündel um die Auskleidung 611 gewickelt wird. Dementsprechend kann die Dicke der Auskleidung 611 im Vergleich zur herkömmlichen Auskleidung reduziert werden. Die Auskleidung 611 kann anstelle des Harzmaterials aus einem Metallmaterial wie z. B. einer Aluminiumlegierung hergestellt werden.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren wird der Außendurchmesser der Auskleidung 611 etwas kleiner als der Innendurchmesser des Zylinderelements 21 gemacht, so dass die Auskleidung 611 leicht durch das Zylinderelement 21 eingeführt werden kann. Wenn die Auskleidung 611 durch das Zylinderelement 21 und die zwei Kuppelelemente 22, 23 abgedeckt ist, besteht dementsprechend ein Spiel bzw. einen Spielraum zwischen der Innenfläche des Verstärkungskörpers 20 und der Außenfläche der Auskleidung 611. In dem mit Wasserstoffgas gefüllten (die Auskleidung 611) Hochdrucktank 10 dehnt sich die Auskleidung 611 jedoch aufgrund des Gasdrucks aus, und die Innenfläche des Verstärkungskörpers 20 wird daher in engem Kontakt mit der Außenfläche der Auskleidung 611 gehalten.
  • In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist das Zylinderelement 21 aus einem einzigen Element zusammengesetzt. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Zum Beispiel, wie in einer fünften Abwandlung der Erfindung in 21 gezeigt, kann das Zylinderelement 21 durch Verbinden von zwei oder mehr (drei in 21) Zylinderkörper 121 gebildet werden. In diesem Fall können die zwei oder mehr Zylinderkörper 121 zunächst miteinander verbunden werden, um das Zylinderelement 21 zu bilden, und die Kuppelelemente 22, 23 können dann mit beiden Endabschnitten des Zylinderelements 21 verbunden werden. Alternativ können die Zylinderkörper 121 zunächst mit den Kuppelelementen 22, 23 verbunden werden, ein Zylinderkörper 121 mit jedem der Kuppelelemente 22, 23, und die resultierenden Elemente können dann zusammengefügt werden. Die Zylinderkörper 121 können durch ein ähnliches Verfahren wie das vorgenannte für das Zylinderelement 21 gebildet werden. Das heißt, die Zylinderkörper 121 werden aus einem faserverstärkten Harz und in einigen Fällen aus einem Trennmaterial hergestellt und haben in der Umfangsrichtung orientierte Fasern. Wie in dem Fall, in dem das Zylinderelement 21 und die Kuppelelemente 22, 23 miteinander verbunden sind, können die Zylinderkörper 121 miteinander verbunden werden, wobei ein Endabschnitt eines der Zylinderkörper 121 in einen Endabschnitt des anderen Zylinderkörpers 121 eingepasst wird. Alternativ können die Zylinderkörper 121 so hergestellt werden, dass sie aneinander stoßen und mit einem Klebstoff miteinander verbunden werden. Wenn beispielsweise mehrere Arten von Zylinderkörpern 121 mit unterschiedlichen Längen oder Größen gebildet werden, kann eine Mehrzahl von Matrizen mit unterschiedlichen Längen oder Größen entsprechend den Arten von Zylinderkörpern 121 verwendet werden. Das heißt, das Zylinderelement 21 kann mit mindestens einer Matrize (einem oder mehreren Matrizen) geformt werden.
  • In dem Beispiel der vorgenannten beschriebenen Ausführungsform werden die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 und die Endabschnitte 22c, 23a der Kuppelelemente 22, 23 in dem Verbindungsschritt S3 zusammengefügt. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 und die Endabschnitte 22c, 23a der Kuppelelemente 22, 23 können aneinander anstoßend ausgeführt und mit einem Klebstoff miteinander verbunden werden.
  • In dem in der obigen Ausführungsform beschriebenen Beispiel werden nach dem thermischen Aushärten der Kuppelelemente 22, 23 die Kuppelelemente 22, 23 und das Zylinderelement 21 miteinander verbunden, wobei die Endabschnitte 22c, 23a der Kuppelelemente 22, 23 in die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 eingepasst werden. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wie in einer sechsten Abwandlung der Erfindung, die in 22 gezeigt ist, können nach dem thermischen Aushärten des Zylinderelements 21 das Zylinderelement 21 und die Kuppelelemente 22, 23 zusammengefügt werden, wobei die Endabschnitte 21a des Zylinderelements 21 in die Endabschnitte 22c, 23a der Kuppelelemente 22, 23 eingepasst werden. In diesem Fall können das Zylinderelement 21 und die Kuppelelemente 22, 23 leicht zusammengefügt werden. Außerdem kann die äußere Form der Kuppelelemente 22, 23 angepasst werden oder die Kuppelelemente 22, 23 können in engen Kontakt mit dem Zylinderelement 21 gebracht werden.
  • In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird die Auskleidung 11 im Auskleidungsausbildungsschritt S5 durch Rotation der faserverstärkten Harzschicht 12 so geformt, dass das flüssige Harzmaterial die gesamte Innenfläche der faserverstärkten Harzschicht 12 bedeckt. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. So kann die Auskleidung 11 beispielsweise durch Blasformen oder thermisches Spritzen hergestellt werden. Beim Blasformen wird die Auskleidung 11 gebildet, indem ein thermoplastisches, durch Erwärmen erweichtes Harzmaterial rohrförmig durch die Durchgangsloch 22b in die faserverstärkte Harzschicht 12 extrudiert wird, Druckluft in das rohrförmige Harzmaterial eingeblasen wird, so dass das Harzmaterial die Innenfläche der faserverstärkten Harzschicht 12 berührt und bedeckt, und das Harzmaterial verfestigt wird. Beim thermischen Spritzen wird die Auskleidung 11 durch Sprühen eines flüssigen oder erweichten Harzmaterials auf die Innenfläche der faserverstärkten Harzschicht 12 gebildet.
  • In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird die Auskleidung 11 gebildet, nachdem die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 gebildet wurde. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die zusätzliche Verstärkungsschicht 13 kann auf der Außenfläche des Verstärkungskörpers 20 gebildet werden, nachdem die Auskleidung 11 im Inneren des Verstärkungskörpers 20 gebildet wurde. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Auskleidung 11 aus einem wärmehärtenden Harz wie Epoxidharz besteht, so dass die Auskleidung 11 beim Aushärten der zusätzlichen Verstärkungsschicht 13 nicht erweicht wird.
  • In dem in der obigen Ausführungsform beschriebenen Beispiel wird das Kuppelelement 22 mit dem Durchgangsloch 22b in dem Kuppelelementausbildungsschritt S2 gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann das Durchgangsloch 22b in der faserverstärkten Harzschicht 12 nach dem Verbindungsschritt S3 gebildet werden.
  • In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ist das Durchgangsloch 22b nur in dem Kuppelelemente 22 ausgebildet, und der runde Vorsprung 14 ist nur an einem Ende des Hochdrucktanks 10 befestigt. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wie in einer siebten Abwandlung der Erfindung in 23 gezeigt, kann ein Durchgangsloch in beiden der zwei Kuppelelemente 22, 23 gebildet werden, und ein runder Vorsprung kann sowohl an einem Ende, als auch am anderen Ende des Hochdrucktanks 10 befestigt werden bzw. sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2008501546 [0003]
    • JP 2008501546 A [0003]
    • US 2010/0294776 A [0003]
    • JP 2012149739 [0005]
    • JP 2012149739 A [0005, 0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • J. Glazer, J. Polymer Sci., 13, 355 (1954) [0009]

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Hochdrucktanks (10), welcher eine Auskleidung (11), die zum Speichern von Gas konfiguriert ist, und eine Verstärkungsschicht, die aus einem faserverstärkten Harz besteht und so konfiguriert ist, dass sie eine Außenfläche der Auskleidung (11) bedeckt, beinhaltet, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt des Ausbildens eines Zylinderelements (21), das aus dem faserverstärkten Harz besteht; einen zweiten Schritt des Ausbildens von zwei Kuppelelementen (22, 23), die aus dem faserverstärkten Harz bestehen; und einen dritten Schritt des Ausbildens eines Verstärkungskörpers (20), welcher die Verstärkungsschicht ist, durch Verbinden der beiden Endabschnitte (21a) des Zylinderelements (21) mit den jeweiligen Endabschnitten (22c, 23a) der zwei Kuppelelemente (22, 23), wobei der erste Schritt des Ausbildens des Zylinderelements (21) durch Wickeln eines Trennmaterials (D1, D2) um einen Dorn (200) und Wickeln des faserverstärkten Harzes auf das Trennmaterial (D1, D2) beinhaltet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Trennmaterial (D2) in dem ersten Schritt ein rohrförmiger Körper ist, der aus einem wärmeschrumpfbaren Material besteht und einen inneren Durchmesser aufweist, der größer ist als ein Durchmesser des Dorns (200); und wobei das Trennmaterial (D2) um den Dorn (200) durch Wärme von außen gewickelt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Trennmaterial (D1, D2) in dem ersten Schritt aus einem Harz, das Gasbarriereeigenschaften aufweist, besteht und als die Auskleidung (11) dient.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Trennmaterial (D1, D2) in dem ersten Schritt eine Oberfläche aufweist, die behandelt ist.
DE102021100139.0A 2020-01-30 2021-01-07 Verfahren zur herstellung eines hochdrucktanks Pending DE102021100139A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020013113A JP7287293B2 (ja) 2020-01-30 2020-01-30 高圧タンクの製造方法
JP2020-013113 2020-01-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021100139A1 true DE102021100139A1 (de) 2021-08-05

Family

ID=76853728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021100139.0A Pending DE102021100139A1 (de) 2020-01-30 2021-01-07 Verfahren zur herstellung eines hochdrucktanks

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11548204B2 (de)
JP (1) JP7287293B2 (de)
CN (1) CN113203038B (de)
DE (1) DE102021100139A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023111951A1 (de) 2023-05-08 2024-11-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11378230B2 (en) * 2020-07-10 2022-07-05 Uchicago Argonne, Llc High-temperature and/or high pressure gas enclosure
JP7548139B2 (ja) * 2021-06-23 2024-09-10 トヨタ自動車株式会社 タンク及びその製造方法
LU102847B1 (en) * 2021-07-16 2023-01-16 Plastic Omnium New Energies France Reinforced pressure vessel
CN114311737A (zh) * 2021-11-23 2022-04-12 湖北三江航天江北机械工程有限公司 喷涂绝热微波固化燃气发生器的成型方法
FR3135646B1 (fr) * 2022-05-23 2024-05-03 Etablissements Magyar Procédé de fabrication d’un réservoir composite

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008501546A (ja) 2004-06-03 2008-01-24 コミツサリア タ レネルジー アトミーク Ｉｖ型タンクの漏れ防止ブラダの製造方法、及びｉｖ型タンク
US20100294776A1 (en) 2009-05-19 2010-11-25 Qiang Liu High pressure storage device and method
JP2012149739A (ja) 2011-01-21 2012-08-09 Toyota Motor Corp 高圧タンクの製造方法、および、高圧タンク

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0231093A (ja) * 1988-07-16 1990-02-01 Arisawa Mfg Co Ltd フィルムを内面に接着したｆｒｐパイプ及びその製造法
WO1994005499A1 (en) * 1992-09-09 1994-03-17 Clock Spring Company L.P. High tensile strength composite reinforcing bands and methods for making same
JP2007015329A (ja) 2005-07-11 2007-01-25 Nitta Ind Corp ゴムベルトの製造方法、及びゴムベルト
US9879440B2 (en) * 2006-10-11 2018-01-30 Nov North America I/P, Llc Fiber reinforced resin polymer mortar pole
US9879825B2 (en) * 2010-06-08 2018-01-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha High-pressure tank and manufacturing method of high-pressure tank
CN104203541A (zh) * 2012-03-22 2014-12-10 法孚机械加工系统股份有限公司 制造压缩气筒的方法
JP6254564B2 (ja) 2015-11-18 2017-12-27 トヨタ自動車株式会社 タンクの製造方法およびタンク
CN205130376U (zh) * 2015-12-06 2016-04-06 湖北威嘉环保科技有限公司 一种玻璃钢储罐纤维缠绕模具
CN105647116A (zh) * 2015-12-10 2016-06-08 湖北鸿宇复合碳纤维科技有限公司 一种制造的压力容器用的碳纤维复合材料
KR101740379B1 (ko) * 2017-03-24 2017-05-29 주식회사 한국화이바 고탄성 유리섬유강화 플라스틱 복합관의 제조방법 및 그에 의해 제조된 유리섬유강화 플라스틱 복합관

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008501546A (ja) 2004-06-03 2008-01-24 コミツサリア タ レネルジー アトミーク Ｉｖ型タンクの漏れ防止ブラダの製造方法、及びｉｖ型タンク
US20100294776A1 (en) 2009-05-19 2010-11-25 Qiang Liu High pressure storage device and method
JP2012149739A (ja) 2011-01-21 2012-08-09 Toyota Motor Corp 高圧タンクの製造方法、および、高圧タンク

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Glazer, J. Polymer Sci., 13, 355 (1954)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023111951A1 (de) 2023-05-08 2024-11-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters

Also Published As

Publication number Publication date
US11548204B2 (en) 2023-01-10
JP2021119034A (ja) 2021-08-12
JP7287293B2 (ja) 2023-06-06
US20210237335A1 (en) 2021-08-05
CN113203038A (zh) 2021-08-03
CN113203038B (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102021100139A1 (de) Verfahren zur herstellung eines hochdrucktanks
DE69220784T2 (de) Flexible rohrförmige struktur
DE102021100511A1 (de) Hochdrucktank
DE60130660T2 (de) Rohrförmige strukturen aus hochleistungsverbundwerkstoffen
DE102020126412A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks
DE102020135050A1 (de) Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank
DE102012210043A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Leichtbaustruktur sowie Leichtbaustruktur
DE102015106461B4 (de) Polkappe, insbesondere für einen Druckbehälter sowie Verfahren zur Herstellung der Polkappe und Druckbehälter
DE102008061023A1 (de) Innenschale für ein Druckgefäß
DE102011011840A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Auskleidung eines Behälters
DE2050717C3 (de) Unterirdischer Speichertank und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102021100879A1 (de) Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank
DE102021103098A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Hochdrucktanks und Hochdrucktank
DE102008005970A1 (de) Faserverstärktes Verbundbauteil sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE102015106463B4 (de) Druckbehälter zur Speicherung von unter Druck stehenden Fluiden und Verfahren zur Herstellung des Druckbehälters
EP3587087B1 (de) Herstellungsverfahren für einen faserverstärkten behälter
DE112020006763T5 (de) Verfahren zur herstellung eines rohrkörpers aus faserverstärktem harz
DE102016222674A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Druckbehälters, Druckbehälter und Rohrextrusionsanlage
DE102013007609A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils
DE102021131050A1 (de) Hochdrucktank und verfahren zur herstellung eines hochdrucktanks
DE102017201420A1 (de) Tank, insbesondere Drucktank, insbesondere Wasserstoff-Drucktank
WO2019185369A1 (de) Druckbehälter sowie verfahren zur herstellung einer aussenhülle für einen druckbehälter
WO2022248598A1 (de) Verfahren zur herstellung eines spaltrohrs bzw. eines spaltrohrtopfes für eine nassläuferpumpe sowie nassläuferpumpe mit spaltrohr bzw. spaltrohrtopf
WO2021038000A1 (de) Verfahren zur herstellung eines druckbehälters und druckbehälter
DE102021118520B4 (de) Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Hochdrucktanks

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed