高压罐、高压罐的制造方法、以及内衬形状的设计方法技术

本发明专利技术提供一种高压罐、高压罐的制造方法、以及内衬形状的设计方法，提高通过纤维缠绕法制造的高压罐的强度。高压罐具备：内衬，成为高压罐的内壳，包括圆筒形状的圆筒部和从圆筒部的两端分别延伸出的曲面形状的圆顶部；以及加强层，通过将纤维卷绕于内衬的外表面而形成。圆顶部具有规定的曲面，该规定的曲面是与等张力曲面不同的曲面，且是在以螺旋卷绕方式将纤维卷绕于圆顶部的过程中形成等张力曲面的曲面。

Method for manufacturing high pressure tank, high pressure tank, and design method of liner shape

The invention provides a method for manufacturing a high pressure tank, a high pressure tank, and a method for designing the shape of the lining. High pressure tank lining, has become the inner shell of the high-pressure tank, a cylindrical part comprises a cylindrical shape and surface shape from both ends of the cylinder part respectively extend out of the dome; and strengthening layer formed by the outer surface of the fiber winding in the lining. The dome is provided with a curved surface, which is a curved surface which is different from that of an equal tension surface, and the surface of the tension surface is formed in the process of winding the fiber to the top of the circle in a spiral winding mode.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压罐。
技术介绍
以往以来，作为高压罐的制造方法，已知有纤维缠绕(Filament Winding)法。在纤维缠绕法中，对高压罐的芯材即内衬卷绕浸渗有热固化性树脂的纤维(以下，也简称为“纤维”。)，并通过使该纤维固化来制造高压罐。根据纤维缠绕法，能够制造在内衬的外表面形成有高强度的纤维强化树脂层的高压罐。在专利文献1中记载有如下内容：为了提高如上述那样制造的高压罐的强度，使内衬的半球面状的圆顶部为等张力曲面。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开2011－154994号小册子专利文献2：日本特开2012－149739号公报专利文献3：日本特开2011－047486号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题纤维缠绕法中的纤维的卷绕方法大致分为环向卷绕与螺旋卷绕这两种。在环向卷绕中，与内衬的长轴方向大致呈直角地卷绕纤维。在螺旋卷绕中，与内衬的长轴方向成规定的角度地卷绕纤维。在针对内衬螺旋卷绕纤维时，在设置于圆顶部的接头(日语：口金)附近，随着纤维的折回而产生纤维的集中。因此，在圆顶部的接头附近，卷绕的纤维层的厚度比其他部分厚。关于这一点，在专利文献1所记载的技术中，使内衬的圆顶部的外表面为等张力曲面。因此，在专利文献1所记载的技术中存在如下课题：圆顶部的接头附近的卷绕有纤维的状态下的外表面的形状会随着反复进行纤维的卷绕而从等张力曲面大幅偏移。对于纤维而言，与相对于长度方向上的拉动的强度相比，相对于粗细方向上的拉动的强度较弱。因此，通过卷绕纤维而形成的纤维层的强度越从等张力曲面偏移就越降低。因此，在专利文献1所记载的技术中存在如下课题：实际制造出的高压罐的强度低于通过设计而算出的高压罐的强度。另外，在专利文献2、3中也存在相同的课题。因此，希望提高高压罐的强度。用于解决课题的技术方案本专利技术是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，其能够作为以下的方式来实现。(1)根据本专利技术的一个方式，提供一种高压罐。该高压罐具备：内衬，成为上述高压罐的内壳，包括圆筒形状的圆筒部和从上述圆筒部的两端分别延伸出的曲面形状的圆顶部；以及加强层，通过将纤维卷绕于上述内衬的外表面而形成，上述圆顶部的至少一方具有规定的曲面，该规定的曲面是与等张力曲面不同的曲面，且是在以螺旋卷绕方式将上述纤维卷绕于上述圆顶部的过程中形成等张力曲面的曲面。根据该方式的高压罐，内衬的圆顶部的至少一方具有规定的曲面，该规定的曲面是与等张力曲面不同的曲面，且是在以螺旋卷绕方式将纤维卷绕于圆顶部的过程中形成等张力曲面的曲面。因此，与使圆顶部为等张力曲面的情况相比，能够减少加强层所包含的各纤维层的形状从等张力曲面的偏移量的总和。其结果是，能够提高高压罐的强度。(2)在上述方式的高压罐中，上述规定的曲面可以是在与上述圆顶部对应的上述加强层的厚度方向的大致中央的部分形成等张力曲面的形状。另外，上述规定的曲面也可以是在形成有上述加强层的状态下、在与上述圆顶部对应的上述加强层的厚度方向的大致中央的部分形成等张力曲面的形状。根据该方式的高压罐，圆顶部的规定的曲面是在形成有加强层的状态下、在与圆顶部对应的加强层的厚度方向的大致中央的部分形成等张力曲面的形状。因此，能够使加强层所包含的各纤维层的形状从等张力曲面的偏移量的总和为最小。其结果是，能够大幅提高高压罐的强度。(3)在上述方式的高压罐中，上述规定的曲面可以是从等张力曲面偏移的大小从上述内衬的上述圆筒部与上述圆顶部的边界附近到上述圆筒部的中心轴附近逐渐增大的形状。根据该方式的高压罐，能够使圆顶部的规定的曲面为考虑了纤维缠绕法的螺旋卷绕的性质后的形状。(4)根据本专利技术的一个方式，提供一种内衬形状的设计方法，内衬成为高压罐的内壳。该内衬形状的设计方法包括：决定使从圆筒形状的圆筒部的两端分别延伸出的圆顶部的形状为等张力曲面的临时的内衬的形状的工序；求出在上述临时的内衬的外表面通过卷绕纤维而形成的临时的加强层的结构的工序；在上述临时的加强层的内部设定等张力曲面的工序；以及基于所设定的等张力曲面和上述临时的加强层的厚度，决定最终的内衬的上述圆顶部所具有的规定的曲面的形状的工序。根据该方式的内衬形状的设计方法，能够简便地求出上述方式的高压罐中的内衬的形状。(5)在上述方式的内衬形状的设计方法中，在上述设定等张力曲面的工序中，可以在上述临时的加强层的厚度方向的大致中央的部分设定等张力曲面。根据该方式的内衬形状的设计方法，能够简便地求出上述方式的高压罐中的内衬的形状。本专利技术能够以上述以外的各种方式来实现。例如，能够以高压罐、高压罐的制造方法、高压罐的制造装置、高压罐的制造所利用的内衬、内衬的制造方法、内衬的制造装置、内衬形状的设计方法、纤维缠绕法中的纤维的卷绕方法、纤维缠绕装置、这些装置的控制方法、用于实现该控制方法的计算机程序、存储有该计算机程序的非瞬时性存储介质等方式来实现。另外，作为本专利技术的一个方式的高压罐的课题在于，使内衬的圆顶部的卷绕有纤维的状态下的外表面的形状接近等张力曲面。但是，在该技术中，除此之外也期望实现高压罐的性能(例如，强度、耐久性)的提高、高压罐的制造成本的减少、制造工序数的减少、制造方法的简化、制造方法的共用化、省资源化、内衬的性能的提高、内衬形状的设计方法的简化、内衬的制造成本的减少、制造工序数的减少、制造方法的简化、制造方法的共用化、省资源化等。附图说明图1是对作为本专利技术的一实施方式的高压罐的结构进行说明的图。图2是对纤维缠绕法中的纤维的卷绕方法进行说明的图。图3是图1的内衬圆顶部附近的局部放大图。图4是对偏移的总和进行说明的图。图5是表示内衬形状的设计方法的步骤的流程图。图6是对内衬形状的设计方法的工序P10～P30进行说明的图。图7是对内衬形状的设计方法的工序P40进行说明的图。图8是对内衬形状的设计方法的工序P50进行说明的图。图9是表示本实施方式的高压罐的性能评价的结果的图。图10是表示比较例的高压罐的性能评价的结果的图。具体实施方式A.实施方式：A－1.高压罐的结构：图1是对作为本专利技术的一实施方式的高压罐10的结构进行说明的图。图1示出了高压罐10的截面的结构。高压罐10具备内衬40、覆盖内衬40的外表面的加强层50、以及两个接头14。接头14具有开口部14o。也可以省略两个接头14中的一方。内衬40也被称为高压罐10的内壳或者内容器，其在内部具有储藏流体的空间25。内衬40具有阻气性，抑制储藏于空间25的氢气等气体透向外部。内衬40使用尼龙系树脂、聚乙烯系树脂等合成树脂和/或不锈钢等金属来制造。在本实施方式中，内衬40使用尼龙系树脂一体成形。内衬40包括内衬圆筒部42和内衬圆顶部44。内衬圆筒部42是内衬40中的圆筒形状的部分，在图1中是由双点划线所划分出的内侧的部分。内衬圆筒部42作为“圆筒部”而发挥功能。内衬圆顶部44是从内衬圆筒部42的两端延伸出的半球面状(换言之，圆顶形状或者曲面形状)的部分，在图1中是由双点划线所划分出的外侧的部分。内衬圆顶部44在内衬圆筒部42的中心轴AX(图1中为单点划线)方向上随着从内衬圆筒部42远离而缩小直径。内衬圆顶部44的直径最小的部分开口，在该开口中插入有接头14。内衬圆顶部44作为“圆顶部”而发挥功能。加强层50是通过将浸渗有热固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压罐，其中，具备：内衬，成为所述高压罐的内壳，包括圆筒形状的圆筒部和从所述圆筒部的两端分别延伸出的曲面形状的圆顶部；以及加强层，通过将纤维卷绕于所述内衬的外表面而形成，所述圆顶部的至少一方具有规定的曲面，该规定的曲面是与等张力曲面不同的曲面，且是在以螺旋卷绕方式将所述纤维卷绕于所述圆顶部的过程中形成等张力曲面的曲面。

【技术特征摘要】
2015.05.21 JP 2015-1035731.一种高压罐，其中，具备：内衬，成为所述高压罐的内壳，包括圆筒形状的圆筒部和从所述圆筒部的两端分别延伸出的曲面形状的圆顶部；以及加强层，通过将纤维卷绕于所述内衬的外表面而形成，所述圆顶部的至少一方具有规定的曲面，该规定的曲面是与等张力曲面不同的曲面，且是在以螺旋卷绕方式将所述纤维卷绕于所述圆顶部的过程中形成等张力曲面的曲面。2.根据权利要求1所述的高压罐，其中，所述规定的曲面是在与所述圆顶部对应的所述加强层的厚度方向的大致中央的部分形成等张力曲面的形状。3.根据权利要求1或2所述的高压罐，其中，所述规定的曲面是从等张力曲面偏移的大小从所述内衬的所述圆筒部与所述圆顶部的边界附近到所述圆筒部的中心轴附近逐渐增大的形状。4.一种高压罐的制造方法，其中，包括：准备内衬的工序，该内衬成为所述高压罐的...

【专利技术属性】
技术研发人员：西部志朗，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP