压力容器及其制造方法技术

一种压力容器，包括：内衬，该内衬包括柱形部分和设置在柱形部分的两端处的侧部分；以及碳纤维层，包括围绕柱形部分的外周面的一部分的第一环形层和围绕柱形部分的外周面的其他部分的第二环形层，第二环形层中的每个第二环形层具有与第一环形层的厚度不同的厚度。形层具有与第一环形层的厚度不同的厚度。形层具有与第一环形层的厚度不同的厚度。

【技术实现步骤摘要】
压力容器及其制造方法
[0001]相关申请的引证
[0002]本申请要求于2020年12月1日向韩国知识产权局提交的第10
‑
2020
‑
0165541号韩国专利申请的优先权的权益，其全部内容通过引证结合于此。


[0003]本公开涉及压力容器及其制造方法。

技术介绍

[0004]氢汽车被构造为通过氢气和氧气之间的化学反应产生其自身的电力并且通过操作电机来行驶。更具体地，氢汽车包括：氢气罐(H2罐)，被构造为储存氢(H2)；燃料电池堆，被构造为通过氢气和氧气(O2)之间的氧化还原反应产生电力；各种类型的装置，被构造为排放所产生的水；电池，被构造为存储由燃料电池堆产生的电力；控制器，被构造为转换和控制所产生的电力；以及电机，被构造为产生驱动力。
[0005]类型4(TYPE 4)压力容器可以用作氢汽车的氢气罐。类型4压力容器包括内衬(例如，非金属材料)和通过将碳纤维复合材料缠绕在内衬的外表面上而形成的碳纤维层。
[0006]同时，碳纤维复合材料重量轻并且强度和弹性优异，但是昂贵(例如，比具有相同重量的典型碳钢高约20倍或更多倍)。因此，有必要使碳纤维复合材料的使用量最小化，以便降低制造压力容器所需的成本。
[0007]然而，如果用于形成压力容器的碳纤维层的碳纤维复合材料的使用量减小(例如，如果碳纤维层的厚度减小)，则存在难以确保压力容器的足够的结构刚性(具体地，抵抗在周向方向上施加到压力容器的柱形部分的环向应力的结构刚性)的问题，并且稳定性和可靠性劣化。
[0008]因此，近来，已经进行了各种研究以确保结构刚性并且使碳纤维复合材料的使用量最小化，但是研究结果仍然不足。因此，需要开发用于确保结构刚性并且使碳纤维复合材料的使用量最小化的技术。

技术实现思路

[0009]本公开涉及压力容器及其制造方法。具体实施方式涉及一种具有确保的结构刚性和改进的稳定性和可靠性的压力容器，以及制造该压力容器的方法。
[0010]本公开的实施方式可以确保压力容器的结构刚性并且使碳纤维复合材料的使用量最小化。
[0011]本公开的实施方式可以减轻重量并且降低制造成本。
[0012]本公开的实施方式可以简化制造过程并提高制造效率。
[0013]通过示例性实施方式实现的目的不限于上述目的，而且还包括可以从以下描述的方案或示例性实施方式识别的目的或效果。
[0014]本专利技术的示例性实施方式提供了一种压力容器，该压力容器包括内衬和碳纤维
层，内衬包括柱形部分和设置在柱形部分的两端处的侧部分，每个侧部分均具有圆顶形状，并且碳纤维层包括设置为围绕柱形部分的外周面的一部分的第一环形层和设置为围绕柱形部分的外周面的其他部分的第二环形层，每个第二环形层具有与第一环形层的厚度不同的厚度。
[0015]这是为了确保压力容器的结构刚性并且使碳纤维复合材料的使用量最小化。
[0016]即，碳纤维复合材料重量轻并且强度和弹性优异，但是昂贵。因此，有必要使碳纤维复合材料的使用量最小化，以便降低制造压力容器所需的成本。
[0017]然而，如果用于形成压力容器的碳纤维层的碳纤维复合材料的使用量减小(例如，如果碳纤维层的厚度减小)，则存在难以确保压力容器的足够的结构刚性(具体地，抵抗在周向方向上施加到压力容器的柱形部分的环向应力的结构刚性)的问题，并且稳定性和可靠性劣化。
[0018]相反，根据本公开的示例性实施方式，通过使用具有不同厚度的第一环形层和第二环形层配置碳纤维层，因此，可以获得确保压力容器的结构刚性和减少碳纤维复合材料的使用量的有利效果。
[0019]首先，根据本公开的示例性实施方式，通过使用具有不同厚度的第一环形层和第二环形层配置碳纤维层，因此，可以获得确保足够的结构刚性(该结构刚性抵抗在周向方向上施加到压力容器的柱形部分的环向应力)并且减少碳纤维复合材料的使用量的效果。
[0020]根据本公开的示例性实施方式，第一环形层可以设置为具有第一厚度，并且第二环形层可以设置为具有小于第一厚度的第二厚度。
[0021]具体地，第二环形层的第二厚度可以为第一厚度的1/2或更小。
[0022]根据本公开的示例性实施方式，第一环形层可以设置为围绕柱形部分的中心区域，并且第二环形层可以设置为围绕柱形部分的两个边缘区域，且第一环形层介于第二环形层之间。
[0023]具体地，第一环形层的中心可以对应于柱形部分的中心，并且第一环形层的长度可以为柱形部分的长度的40％至60％，并且第二环形层的长度可以为柱形部分的长度的20％至30％。
[0024]这从如下事实得出：施加到柱形部分的中心区域(形成第一环形层的区段)的环向应力最高，并且施加到柱形部分的两个边缘区域(形成第二环形层的区段)的环向应力随着距侧部分的距离减小而逐渐减小。
[0025]在如上所述的本公开的示例性实施方式中，在施加相对高的环向应力的区段(在柱形部分的环向应力集中的中心区域中)中形成的第一环形层的厚度大，而在施加相对低的环向应力的区段中(在柱形部分的边缘区域中)形成的第二环形层的厚度小。因此，可以确保抵抗施加到柱形部分的环向应力的足够的结构刚性，并且可以将减少用于形成第二环形层的碳纤维复合材料的使用量，达到第二环形层的厚度减小的程度。因此，可以获得减轻压力容器的重量并且降低制造成本的有利效果。
[0026]可以根据所需的条件和设计规格对第一和第二环形层的结构进行各种改变。
[0027]根据本公开的示例性实施方式，第一环形层可以包括设置为围绕柱形部分的外周面的内环形层和设置为围绕内环形层的外表面的外环形层。
[0028]根据本公开的示例性实施方式，第二环形层可以包括缠绕在柱形部分的外周面周
围的第一缠绕层和缠绕在柱形部分的外周面周围的第二缠绕层，以便限定与第一缠绕层相同的层。
[0029]根据本公开的示例性实施方式，第一环形层可以通过以第一缠绕角缠绕碳纤维复合材料来提供，并且第二环形层可以通过以不同于第一缠绕角的第二缠绕角缠绕碳纤维复合材料来提供。
[0030]具体地，第二缠绕角可以被定义为小于第一缠绕角的角。例如，第一缠绕角可以是89
°
至91
°
，并且第二缠绕角可以大于85
°
且小于89
°
。
[0031]如上所述，由于第二缠绕角小于第一缠绕角，在第一缠绕过程(一次缠绕过程)期间，可以确保相邻的第一缠绕层之间的预定空间(未缠绕碳纤维复合材料的区段)，并且在第二缠绕过程(二次缠绕过程)期间第二缠绕层缠绕在相邻的第一缠绕层之间的空间中，使得第一缠绕层和第二缠绕层可以彼此紧密接触并且在限定同一层时在柱形部分的纵向方向上交替地布置。
[0032]根据本公开的另一示例性实施方式，第一缠绕层和第二缠绕层可以布置为在柱形部分的纵向方向上彼此间隔开。
[0033]根据本公开的示例性实施方式，压力容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力容器，包括：内衬，包括柱形部分和设置在所述柱形部分的两端处的侧部分，每个所述侧部分均具有圆顶形状；以及碳纤维层，包括：第一环形层，围绕所述柱形部分的外周面的一部分；和第二环形层，围绕所述柱形部分的外周面的其他部分，所述第二环形层中的每个第二环形层具有与所述第一环形层的厚度不同的厚度。2.根据权利要求1所述的压力容器，其中，所述第一环形层具有第一厚度，并且所述第二环形层中的每个第二环形层具有小于所述第一厚度的第二厚度。3.根据权利要求2所述的压力容器，其中，所述第二厚度为所述第一厚度的1/2或更小。4.根据权利要求2所述的压力容器，其中，所述第一环形层围绕所述柱形部分的中心区域，并且所述第二环形层围绕所述柱形部分的两个边缘区域，且所述第一环形层介于所述第二环形层之间。5.根据权利要求4所述的压力容器，其中，所述第一环形层的中心对应于所述柱形部分的中心，并且所述第一环形层的长度为所述柱形部分的长度的40％至60％。6.根据权利要求4所述的压力容器，其中，所述第二环形层中的每个第二环形层的长度为所述柱形部分的长度的20％至30％。7.根据权利要求1所述的压力容器，其中，通过以第一缠绕角缠绕碳纤维复合材料来提供所述第一环形层，并且通过以不同于所述第一缠绕角的第二缠绕角缠绕碳纤维复合材料来提供所述第二环形层。8.根据权利要求7所述的压力容器，其中，所述第二缠绕角是小于所述第一缠绕角的角。9.根据权利要求8所述的压力容器，其中，所述第一缠绕角为89
°
至91
°
，并且所述第二缠绕角大于85
°
且小于89
°
。10.根据权利要求1所述的压力容器，其中，所述碳纤维层包括螺旋层，所述螺旋层围绕所述第一环形层的外表面、所述第二环形层的外表面以及所述侧部分的外表面。11.根据权利要求1所述的压力容器，其中，所述第一环形层包括：内环形层，所述内环形层围绕所述柱形部分的外周面；以及外环形层，所述外环形层围绕所述内环形层的外表面。12.一种压力容器，包括：内衬，包括柱形部分和设置在所述柱形部分的两端处的侧部分，每个所述侧部分均具有圆顶形状；以及碳纤维层，包括：第一环形层，围绕所述柱形部分的外周面的一部分；和第二环形层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东善，
申请(专利权)人：起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：