DE102018126507A1 - Hochdrucktank und Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank - Google Patents

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Abstract

Ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank (100) umfasst: Vorbereiten einer Auskleidung (20); Ausbilden einer faserverstärkten Harzschicht (30), welche eine Schicht des faserverstärkten Harzes auf einer Außenseite der Auskleidung (20) ist, und Ausbilden einer Harzschicht (40), welche eine Schicht ist, die aus einem Abschnitt eines duroplastischen Harzes auf einer Außenoberfläche der faserverstärkten Harzschicht (30) ausgebildet ist; Erhöhen einer Temperatur der faserverstärkten Harzschicht (30) und der Harzschicht (40) auf eine vorgegebene Temperatur, welche eine Temperatur ist, bei der das duroplastische Harz ausgehärtet wird; Veranlassen, dass ein Druck in der Auskleidung (20) auf einen zweiten Druck reguliert wird, der höher ist als ein erster Druck, welcher ein Druck in der Auskleidung (20) während der Ausbildung der faserverstärkten Harzschicht (30) und der Harzschicht (40) ist; und Halten der Temperatur der faserverstärkten Harzschicht (30) und der Harzschicht (40) bei der vorgegebenen Temperatur.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Hochdrucktank und ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Im Stand der Technik ist ein Hochdrucktank bekannt, der eine hohle Auskleidung und eine faser-verstärkte Harzschicht umfasst, welche eine Schicht eines faserverstärkten Harzes um die Auskleidung ist (zum Beispiel die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2017-096334 ( JP 2017-096334 A )). Im Stand der Technik ist eine Technik als Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank bekannt, die einen Schritt umfasst, in dem eine faserverstärkte Harzschicht ausgebildet wird, indem ein faserverstärktes Harz, das eine Faser ist, die mit einem duroplastischen Harz in einem nicht ausgehärteten Zustand imprägniert wird, um eine Auskleidung gewickelt wird, und einen Schritt umfasst, in dem die faserverstärkte Harzschicht ausgehärtet wird, indem sie in einem Aushärtungsofen erwärmt wird (zum Beispiel JP 2017-096334 A ).
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wenn die faserverstärkte Harzschicht ausgebildet ist, sickert das duroplastische Harz in der faserverstärkten Harzschicht nach außen auf die Außenoberfläche der faserverstärkten Harzschicht, sodass in manchen Fällen eine Harzschicht ausgebildet wird, die eine Schicht des duroplastischen Harzes ist, das keine Fasern enthält. Es wurde herausgefunden, dass, wenn das duroplastische Harz ausgehärtet wird, in manchen Fällen Gasdurchlässigkeitswege mit Lochstrukturen in der Harzschicht ausgebildet werden. Der Gasdurchlässigkeitsweg lässt eine Verbindung über die Harzschicht zwischen dem Inneren als Auskleidungsseite und dem Äußeren des Hochdrucktanks zu.
  • Die Erfindung kann in den nachfolgenden Aspekten realisiert werden.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank. Das Verfahren umfasst: Vorbereiten einer Auskleidung, die einen Innenraum aufweist, welcher mit einem Gas befüllt werden soll; indem ein faserverstärktes Harz, in welchem eine Faser mit einem duroplastischen Harz imprägniert ist, um eine Außenseite der Auskleidung gewickelt wird, Ausbilden einer faserverstärkten Harzschicht, welche eine Schicht des faserverstärkten Harzes auf der Außenseite der Auskleidung ist, und einer Harzschicht, welche eine Schicht ist, die aus einem Abschnitt des duroplastischen Harzes auf einer Außenoberfläche der faserverstärkten Harzschicht ausgebildet wird; Erhöhen einer Temperatur der faserverstärkten Harzschicht auf eine vorgegebene Temperatur, welche eine Temperatur ist, bei der das duroplastische Harz ausgehärtet wird; Veranlassen, während zumindest einer Zeitspanne von einer Zeitspanne, während der die Erhöhung der Temperatur durchgeführt wird, dass ein Druck in der Auskleidung auf einen zweiten Druck reguliert wird, der höher ist als ein erster Druck, welcher ein Druck in der Auskleidung während der Ausbildung der faserverstärkten Harzschicht und der Harzschicht ist; und Halten der Temperatur der faserverstärkten Harzschicht und der Harzschicht bei der vorgegebenen Temperatur nach dem Erhöhen der Temperatur. Mit dem Herstellungsverfahren eines Hochdrucktanks gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird durch das Veranlassen, dass der Druck in der Auskleidung reguliert wird, der Druck in der Auskleidung veranlasst, bei der Ausbildung der faserverstärkten Harzschicht und der Harzschicht während mindestens einer Zeitspanne der Temperaturerhöhung auf den zweiten Druck reguliert zu werden, der höher ist als der erste Druck. Dementsprechend kann vor der Aushärtung der faserverstärkten Harzschicht und vor Vollendung der Harzschicht eine größere Menge an Gas in der Auskleidung veranlasst werden, durch die Auskleidung zu passieren und sich nach außen zu bewegen. Das Gas, das von innen nach außen durch die Auskleidung hindurch passiert, bewegt sich nach außen, während es eine Lochstruktur in der Harzschicht vor dem Aushärten bildet. Daher ist es möglich, das duroplastische Harz auszuhärten, indem die Temperatur in einem Zustand gehalten wird, in dem die Lochstruktur für Gasfluss ausgebildet wird. Daher kann ein Gasdurchlässigkeitsweg, bei dem es sich um die Lochstruktur handelt, effizienter in der Harzschicht ausgebildet werden.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann das Veranlassen, dass der Druck in der Auskleidung reguliert wird, ein Erhöhen des Druckes in der Auskleidung von dem ersten Druck auf den zweiten Druck aufweisen, ein Halten des Drucks in der Auskleidung bei dem zweiten Druck nach dem Erhöhen des Drucks, und Senken des Drucks in der Auskleidung auf einen dritten Druck, der niedriger ist als der zweite Druck, nach dem Halten des Drucks; und das Halten des Drucks kann während einer Zeitspanne der Zeitspanne durchgeführt werden, während der das Erhöhen der Temperatur durchgeführt wird. Mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Belastung der Auskleidung weiter reduziert, da veranlasst wird, dass der Druck in der Auskleidung während der Zeitspanne von der Zeitspanne, während der die Erhöhung der Temperatur durchgeführt wird, auf den zweiten Druck reguliert wird.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann das Veranlassen, dass der Druck in der Auskleidung reguliert wird, ein Erhöhen des Drucks in der Auskleidung von dem ersten Druck auf den zweiten Druck aufweisen, wobei das Erhöhen des Drucks zwischen der Ausbildung der faserverstärkten Harzschicht und der Harzschicht und dem Erhöhen der Temperatur durchgeführt wird, und ein Halten des Drucks in der Auskleidung bei dem zweiten Druck während der gesamten Zeitspanne aufweisen, während der die Erhöhung der Temperatur durchgeführt wird. Mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Komplexität der Drucksteuerung weiter reduziert, da veranlasst wird, dass der Druck in der Auskleidung während der gesamten Zeitspanne, während der die Erhöhung der Temperatur durchgeführt wird, auf den zweiten Druck reguliert wird.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann während dem Erhöhen des Drucks der Druck in der Auskleidung auf den zweiten Druck erhöht werden, -indem ein Edelgas in der Auskleidung eingeschlossen wird. Mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann die Konzentration an Sauerstoff in der Auskleidung gesenkt werden, da der Druck in der Auskleidung auf den zweiten Druck erhöht wird, indem das Edelgas in der Auskleidung eingeschlossen wird. Dementsprechend kann eine Beeinträchtigung der Auskleidung aufgrund von Oxidation weiter reduziert werden.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann das Edelgas mindestens ein Element aus Wasserstoff, Stickstoff, Helium und Argon sein. Da das Molekulargewicht des Edelgases gering ist, kann mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine größere Menge an Gas veranlasst werden, aus dem Inneren der Auskleidung nach außen zu passieren, im Vergleich zu einem Fall mit einem relativ hohen Molekulargewicht. Dementsprechend ist es möglich, die Lochstruktur effizienter auszubilden.
  • Bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann ein Bruchzähigkeitswert der Harzschicht, die ausgebildet wird, indem die faserverstärkte Harzschicht und die Harzschicht ausgebildet werden, 1,7 MPa·m0,5 oder weniger betragen. Da der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 1,7 MPa·m0,5 oder weniger beträgt, ist es für das Gas bei dem Hochdrucktank gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung einfach, sich zu bewegen, indem es die Harzschicht über die Harzschicht von innen nach außen drückt. Im Vergleich zu einem Fall, in dem der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht relativ hoch ist, kann die Lochstruktur dementsprechend mit Bewegung des Gases leicht ausgebildet werden, indem es die Harzschicht über die Harzschicht von innen nach außen drückt. Daher wird der Gasdurchlässigkeitsweg in der Harzschicht selbst nach der Herstellung des Hochdrucktanks ausgebildet, sodass die Gasdurchlässigkeit weiter verbessert werden kann.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Hochdrucktank, der mit einem Hochdruckgas befüllt werden soll. Der Hochdrucktank umfasst: eine Auskleidung mit einem Innenraum, der mit dem Gas befüllt werden soll; eine faserverstärkte Harzschicht, die auf einer Außenseite der Auskleidung angeordnet ist, und welche eine Schicht eines faserverstärkten Harzes ist, in dem eine Faser mit einem duroplastischen Harz imprägniert ist; und eine Harzschicht, die auf einer Außenseite der faserverstärkten Harzschicht angeordnet ist und eine Schicht des duroplastischen Harzes ist. Die Harzschicht weist einen Gasdurchlässigkeitsweg auf, welcher eine Lochstruktur ist, die eine Verbindung zwischen einem Inneren und einem Äußeren der Harzschicht zulässt, und ein Bruchzähigkeitswert der Harzschicht beträgt 1,7 MPa·m0,5 oder weniger. Da der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 1,7 MPa·m0,5 oder weniger beträgt, ist es für das Gas bei dem Hochdrucktank gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung einfach, sich zu bewegen, indem es die Harzschicht über die Harzschicht von innen nach außen drückt. Im Vergleich zu einem Fall, in dem der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht relativ hoch ist, kann die Lochstruktur dementsprechend mit Bewegung des Gases leicht ausgebildet werden, indem es die Harzschicht über die Harzschicht von innen nach außen drückt. Daher wird der Gasdurchlässigkeitsweg in der Harzschicht selbst nach der Herstellung des Hochdrucktanks ausgebildet, sodass die Gasdurchlässigkeit weiter verbessert werden kann.
  • Die Aspekte der Erfindung können in verschiedenen anderen Ausführungsformen als dem Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank und dem Hochdrucktank realisiert werden. Zum Beispiel können die Aspekte der Erfindung in Form eines Fahrzeugs realisiert werden, das einen darin angebrachten Hochdrucktank aufweist, einer Vorrichtung zur Herstellung eines Hochdrucktanks, und einer Heizvorrichtung, die zur Herstellung eines Hochdrucktanks verwendet wird.
  • Figurenliste
  • Merkmale, Vorteile und technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
    • 1 eine Schnittansicht eines Hochdrucktanks gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
    • 2 eine schematische Ansicht ist, die eine Schnittstruktur des Hochdrucktanks gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 3 ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Herstellungsprozesses für den Hochdrucktank gemäß der ersten Ausführungsform ist;
    • 4 eine schematische Ansicht einer Heizvorrichtung ist, die in der ersten Ausführungsform verwendet wird;
    • 5 ein Graph zur Beschreibung einer Beziehung zwischen einem Druckregulierungsschritt und einem Temperaturerhöhungsschritt in der ersten Ausführungsform ist;
    • 6 ein Flussdiagramm zur Beschreibung von jedem Schritt des Druckregulierungsschritts gemäß der ersten Ausführungsform ist;
    • 7 eine Tabelle ist, die eine Beziehung zwischen einem Bruchzähigkeitswert einer Harzschicht und Auftreten eines weißen Trübheitsphänomens in einer zweiten Ausführungsform zeigt;
    • 8 eine schematische Ansicht einer Schnittstruktur eines Hochdrucktanks gemäß eines ersten experimentellen Beispiels in der zweiten Ausführungsform ist;
    • 9 ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Herstellungsprozesses für einen Hochdrucktank gemäß einer dritten Ausführungsform ist;
    • 10 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen einem Druckregulierungsschritt und einem Temperaturerhöhungsschritt in der dritten Ausführungsform zeigt; und
    • 11 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen einer Temperatur und einer Veränderung der Viskosität bzw. Zähflüssigkeit eines duroplastischen Harzes in einer vierten Ausführungsform ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Erste Ausführungsform
  • A1. Konfiguration eines Hochdrucktanks
  • 1 ist eine Schnittansicht eines Hochdrucktanks 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Hochdrucktank 100 umfasst eine Auskleidung 20, eine faserverstärkte Harzschicht 30, eine Harzschicht 40 und zwei Endverschlüsse 91 und 92. Der Hochdrucktank 100 ist ein Tank, um Hochdruckgas darin zu speichern. Bei der ersten Ausführungsform wird der Hochdrucktank 100 dazu verwendet, Gas (zum Beispiel Wasserstoff oder Erdgas) bei einem hohen Druck (zum Beispiel 70 MPa) in einem Innenraum 60 zu speichern. Bei der ersten Ausführungsform ist das Hochdruckgas, das in dem Hochdrucktank 100 gespeichert ist, Wasserstoff. Der Hochdrucktank 100 wird, zum Beispiel, auf einen beweglichen Körper geladen, wie beispielsweise ein Brennstoffzellenfahrzeug, das eine Brennstoffzelle als Leistungsquelle aufweist, welche Wasserstoff als Brenngas verwendet. Der Hochdrucktank 100 ist nicht auf das Brennstoffzellenfahrzeug beschränkt und kann auch auf einem beweglichen Körper wie beispielsweise einem Schiff oder einem Flugzeug oder in einer stationären Anlage wie einem Haus oder einem Gebäude platziert sein.
  • Die Auskleidung 20 weist einen zylindrischen Abschnitt mit einer zylindrischen Form auf und halbkugelförmigen Kuppelabschnitten, die an beiden Enden des zylindrischen Abschnitts angeordnet sind. Die Auskleidung 20 ist ein hohler Behälter mit dem Innenraum 60, welcher ein Raum zur Befüllung des Inneren mit dem Gas ist. Die Auskleidung 20 wird als Tankelementkörper des Hochdrucktanks 100 verwendet. Die Auskleidung 20 wird aus einem Harz mit relativ niedrigen Gasbarriereneigenschaften ausgebildet, insbesondere Wasserstoffdurchlässigkeit. Als Harz, das die Auskleidung 20 ausbildet, kann zum Beispiel Polyamid 6, Ethylenvinylalkohol und vollständig verseiftes Polyvinylalkohol verwendet werden. Bei der ersten Ausführungsform wird Polyamid 6 eingesetzt.
  • Die faserverstärkte Harzschicht 30 ist eine Schicht eines faserverstärkten Harzes, in dem Fasern mit einem duroplastischen Harz imprägniert sind, und welche außerhalb der Auskleidung 20 ausgebildet ist. Die faserverstärkte Harzschicht 30 kann in Kontakt mit der Außenoberfläche der Auskleidung 20 ausgebildet sein oder sie kann außerhalb der Auskleidung 20 mit einem dazwischen angeordneten Trennmittel ausgebildet sein. Die faserverstärkte Harzschicht 30 weist eine kohlefaserverstärkte Harzschicht 31 auf, die Kohlefaser und ein duroplastisches Harz enthält, sowie eine glasfaserverstärkte Harzschicht 35, die Glasfaser und ein duroplastisches Harz enthält. Als duroplastisches Harz kann zum Beispiel ein Epoxidharz oder ein ungesättigtes Polyesterharz verwendet werden. Bei der ersten Ausführungsform wird ein Epoxidharz eingesetzt. Die Aushärtungsrate und Festigkeit des Epoxidharzes werden mit einem Härtungsbeschleuniger angepasst.
  • Die kohlefaserverstärkte Harzschicht 31 wird so ausgebildet, dass sie die gesamte Außenoberfläche der Auskleidung 20 und Abschnitte der Endverschlüsse 91, 92 bedeckt. Die kohlefaserverstärkte Harzschicht 31 besteht aus kohlefaserverstärktem Harz (kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFRP)), in dem die Kohlefaser mit dem duroplastischen Harz imprägniert ist, und weist eine Druckfestigkeit auf. Die Festigkeit (zum Beispiel Bruchzähigkeitsgrad) der kohlefaserverstärkten Harzschicht 31 trägt relativ viel zu der Druckfestigkeit des Hochdrucktanks 100 im Vergleich zu der Festigkeit der glasfaserverstärkten Harzschicht 35 und der Harzschicht 40 bei.
  • Die glasfaserverstärkte Harzschicht 35 wird so ausgebildet, dass sie die Außenoberfläche der kohlefaserverstärkten Harzschicht 31 bedeckt. Die glasfaserverstärkte Harzschicht 35 besteht aus glasfaserverstärktem Harz (glasfaserverstärktem Kunststoff (GFRP)), in dem Glasfaser mit dem duroplastischen Harz imprägniert sind, und weist eine höhere Schlagzähigkeit auf als die kohlefaserverstärkte Harzschicht 31.
  • Die Harzschicht 40 ist auf der Außenoberfläche der glasfaserverstärkten Harzschicht 35 ausgebildet. Die Harzschicht 40 besteht aus einem duroplastischen Harz, das keine Faser enthält. Die Harzschicht 40 besteht aus demselben duroplastischen Harz wie das duroplastische Harz, das für die glasfaserverstärkte Harzschicht 35 verwendet wird.
  • Die Endverschlüsse 91, 92 umfassen einen ersten Endverschluss 91 und einen zweiten Endverschluss 92. Der erste Endverschluss 91 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf mit einem Durchgangsloch, das mit dem Inneren der Auskleidung 20 verbunden ist. Der erste Endverschluss 91 fungiert als Öffnung des Hochdrucktanks 100 und fungiert auch als Befestigungsabschnitt zur Befestigung von Rohren und Ventilen an dem Hochdrucktank 100. Der zweite Endverschluss 92 weist eine im Wesentlichen säulenförmige Form ohne Durchgangsloch auf. Der zweite Endverschluss 92 weist eine Funktion auf, die Wärme in dem Hochdrucktank 100 nach außen zu leiten. Die Endverschlüsse 91, 92 fungieren auch als Befestigungsabschnitte zur Befestigung der Auskleidung 20 an einer Filamentwickelvorrichtung, wenn die faserverstärkte Harzschicht 30 verwendet wird. Metalle wie beispielsweise nichtrostender Stahl und Aluminium können für die Endverschlüsse 91, 92 verwendet werden.
  • 2 ist eine schematische Ansicht, die eine Schnittstruktur des Hochdrucktanks 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist eine vergrößerte Ansicht einer Region, die in 1 von einer Strichlinie 2 umgeben ist. Bei der ersten Ausführungsform wird in dem Hochdrucktank 100 eine Mehrzahl an Gasdurchlässigkeitswegen 50 ausgebildet. Der Gasdurchlässigkeitsweg 50 weist eine Lochstruktur auf, welche es ermöglicht, das Innere (die Seite der Auskleidung 20) und das Äußere über die Harzschicht 40 miteinander zu verbinden.
  • Die faserverstärkte Harzschicht 30 weist eine Region auf, die Faser enthält, und eine Region, die ausschließlich aus einem Harz besteht, ohne Faser zu enthalten. Die Region, die Faser enthält, weist eine relativ geringe Dichte im Vergleich zu der Region auf, die ausschließlich aus dem Harz ausgebildet ist. Da die faserverstärkte Harzschicht 30 die Faser enthält, weist die faserverstärkte Harzschicht 30 Gasdurchlässigkeit auf. In der Region, die ausschließlich aus dem Harz besteht, werden Hohlräume ausgebildet, die als Strömungspfade für ein Gas dienen.
  • Die Harzschicht 40 weist die Gasdurchlässigkeitswege 50 auf. Indem die Harzschicht 40 die Gasdurchlässigkeitswege 50 aufweist, lässt sie ein Fließen von Gas zwischen dem Inneren (der Seite der Auskleidung 20) und dem Äußeren (dem Äußeren des Hochdrucktanks 100) zu, wobei die Harzschicht 40 dazwischen angeordnet ist. Die Gasdurchlässigkeitswege 50 sind gleichmäßig in der Harzschicht 40 ausgebildet.
  • Wenn der mit dem Gas befüllte Hochdrucktank 100 verwendet wird, kann das Gas, das den Innenraum 60 füllt, durch die Auskleidung 20 passieren und auf die Seite der faserverstärkten Harzschicht 30 strömen. Das Gas, das auf die Seite der faserverstärkten Harzschicht 30 strömt, kann sich in einer Richtung entlang der Grenze zwischen der Auskleidung 20 und der faserverstärkten Harzschicht 30 bewegen. Während sich das Gas, das auf die Seite der faserverstärkten Harzschicht 30 strömt, in der Richtung entlang der Grenze zwischen der Auskleidung 20 und der faserverstärkten Harzschicht 30 bewegt, bewegt sich das Gas zu der Region, die die Faser oder die Hohlräume mit relativ höher Gasdurchlässigkeit in der faserverstärkten Harzschicht 30 enthält. Das bewegte Gas bewegt sich auf die Seite der Harzschicht 40. Das Gas, das sich auf die Seite der Harzschicht 40 bewegt hat, wird über die Gasdurchlässigkeitswege 50, die in der Harzschicht 40 ausgebildet sind, außerhalb der Harzschicht 40 freigesetzt.
  • A2. Herstellungsverfahren eines Hochdrucktanks
  • 3 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Herstellungsprozesses für den Hochdrucktank 100 gemäß der ersten Ausführungsform. Nachfolgend wird der Herstellungsprozess des Hochdrucktanks 100 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Bei dem Herstellungsprozess des Hochdrucktanks 100 werden ein Vorbereitungsschritt als Schritt S101, ein Ausbildungsschritt als Schritt S102, ein Temperaturerhöhungsschritt als Schritt S103, ein Druckregulierungsschritt als Schritt S 104, ein Temperaturhalteschritt als Schritt S 105 und ein Abkühlschritt als Schritt S106 durchgeführt. Nachfolgend wird eine nicht ausgehärtete Schichtstruktur, welche durch den Temperaturhalteschritt (Schritt S105) die faserverstärkte Harzschicht 30 wird, beschrieben, wobei die gleichen Bezugszeichen wie bei der faserverstärkten Harzschicht 30 verwendet werden. Eine nicht ausgehärtete Schichtstruktur, welche durch den Temperaturhalteschritt (Schritt S105) die Harzschicht 40 wird, wird nun beschrieben, wobei die gleichen Bezugszeichen wie bei der Harzschicht 40 verwendet werden. Als Werkstück 80 wird eines in einem Zustand bezeichnet, in dem die nicht ausgehärtete faserverstärkte Harzschicht 30 und die nicht ausgehärtete Harzschicht 40 auf der Außenseite der Auskleidung 20 ausgebildet ist.
  • Der Vorbereitungsschritt (Schritt S101) ist ein Schritt zur Vorbereitung der Auskleidung 20. Bei der ersten Ausführungsform wird die Auskleidung 20 zum Beispiel vorbereitet, indem die Kuppelabschnitte und ein zylindrischer Abschnitt zusammengeschweißt werden, welche einzeln durch Spritzgießen oder Strangpressen von Polyamid 6 geformt werden. Die Endverschlüsse 91, 92 sind an der vorbereiteten Auskleidung 20 befestigt. Bei der ersten Ausführungsform sind die Endverschlüsse 91, 92 durch Presspassen befestigt. Als Auskleidung 20 kann eine bereits ausgebildete Auskleidung vorbereitet und verwendet werden.
  • Nach dem Vorbereitungsschritt (Schritt S101) wird der Ausbildungsschritt (Schritt S102) durchgeführt. Der Ausbildungsschritt (Schritt S102) ist ein Schritt zur Ausbildung der nicht ausgehärteten faserverstärkten Harzschicht 30 und der nicht ausgehärteten Harzschicht 40, indem das faserverstärkte Harz um die Außenseite der Auskleidung 20 gewickelt wird. Bei der ersten Ausführungsform wird der Ausbildungsschritt (Schritt S102) wie folgt durchgeführt. Indem das kohlefaserverstärkte Harz um die Außenseite der Auskleidung 20 gewickelt wird, wird eine nicht ausgehärtete kohlefaserverstärkte Harzschicht 31 ausgebildet. Nachdem die nicht ausgehärtete kohlefaserverstärkte Harzschicht 31 ausgebildet wurde, wird das glasfaserverstärkte Harz um die Außenseite der nicht ausgehärteten, kohlefaserverstärkten Harzschicht 31 gewickelt, wodurch eine nicht ausgehärtete, glasfaserverstärkte Harzschicht 35 ausgebildet wird. Zur Wicklung des faserverstärkten Harzes wird ein Filamentwickelverfahren (FW-Verfahren) verwendet. Nachdem die nicht ausgehärtete, faserverstärkte Harzschicht 30 ausgebildet wurde, wird die Harzschicht 40 ausgebildet. Die Harzschicht 40 wird aus einem Abschnitt des duroplastischen Harzes ausgebildet, der nach außen auf die Außenseite gesickert ist, wobei das duroplastische Harz in der nicht ausgehärteten faserverstärkten Harzschicht 30 verwendet wird, insbesondere in einer Region, die eine relativ niedrige Faserdichte in der glasfaserverstärkten Harzschicht 35 aufweist. In einem Fall, indem ein Trennmittel auf die Außenoberfläche der Auskleidung 20 aufgetragen wird, wird das kohlefaserverstärkte Harz um die Außenseite der Auskleidung 20 gewickelt, nachdem das aufgetragene Trennmittel getrocknet ist.
  • In dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) wird der Druck in der Auskleidung 20 auf einen ersten Druck, der im Voraus bestimmt wird, angepasst. Der erste Druck wird auf einen Druck eingestellt, bei dem eine Beanspruchung der Auskleidung 20 in dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) weiter unterbunden werden kann und die Auskleidung 20 nicht durch den Druck in der Auskleidung 20 reißt. Beispiele für die Beanspruchung der Auskleidung 20 in dem Ausbildungsschritt umfassen eine Beanspruchung der Auskleidung 20 aufgrund des Gewichts der Auskleidung 20 und des Gewichts des gewickelten faserverstärkten Harzes und eine Beanspruchung aufgrund eines Drucks, der auf das faserverstärkte Harz während des Zeitpunkts der Wicklung aufgebracht wird. Bei der ersten Ausführungsform beträgt ein Sollwert für den ersten Druck 0,7 MPa. In dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) muss der Druck in der Auskleidung 20 nicht genau auf 0,7 MPa als tatsächlichen Wert angepasst werden, sondern er kann zum Beispiel auf einen Bereich von 0,65 MPa bis einschließlich 0,75 MPa angepasst werden. Bei der ersten Ausführungsform wird der Druck der Auskleidung 20 mit Einschließen eines ersten Gases, das ein Edelgas ist, in der Auskleidung 20 auf den ersten Druck erhöht. Mit Edelgas ist ein Gas gemeint, das eine relativ niedrige Reaktionsfähigkeit mit einem ausbildenden Element der Auskleidung 20 (bei der ersten Ausführungsform Polyamid 6) aufweist. Bei der ersten Ausführungsform wird eine Mischung aus Stickstoff und Helium als erstes Gas eingesetzt.
  • 4 ist eine schematische Ansicht einer Heizvorrichtung 200, die bei der ersten Ausführungsform verwendet wird. Wenn der Ausbildungsschritt (Schritt S102) abgeschlossen ist, wird das Werkstück 80 in die Heizvorrichtung 200 gelegt. Die Heizvorrichtung 200 wird in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103), dem Druckregulierungsschritt (Schritt S104) und dem Temperaturhalteschritt (Schritt S105) verwendet.
  • Die Heizvorrichtung 200 (4) umfasst einen Heizmechanismus 210, der das Werkstück 80 erwärmt, einen Druckregulierungsmechanismus 250, der den Druck in der Auskleidung 20 reguliert, und einen Controller 290, der den Heizmechanismus 210 und den Druckregulierungsmechanismus 250 steuert.
  • Der Heizmechanismus 210 umfasst einen Wärmeofen 211, einen Rotationsabschnitt 212 und eine Infrarotheizung (IR-Heizung) 220. Der Wärmeofen 211 ist eine Heizvorrichtung, die einen Freiraum in derselben aufweist, in dem das Werkstück 80 angeordnet wird. Der Wärmeofen 211 erwärmt das Werkstück 80, das darin angeordnet ist, von der Seite der Außenoberfläche, indem die Temperatur des Innenraums erhöht wird. Der Rotationsabschnitt 212 wird an den Endverschlüssen 91, 92 angebracht und fungiert als Werkzeug, welches das Werkstück 80 in dem Wärmeofen 211 fixiert. Der Rotationsabschnitt 212 fungiert auch als Rohr, das den ersten Endverschluss 91, welcher eine Öffnung des Werkstücks 80 ist, mit dem Druckregulierungsmechanismus 250 verbindet. Die IR-Heizung 220 ist so angeordnet, dass der Rotationsabschnitt 212 erwärmt werden kann. Während der Rotationsabschnitt 212 von der IR-Heizung 220 erwärmt wird, werden die Endverschlüsse 91, 92, die mit dem Rotationsabschnitt 212 verbunden sind, erwärmt, und die faserverstärkte Harzschicht 30 (insbesondere die Randabschnitte der Endverschlüsse 91, 92) wird über die Endverschlüsse 91, 92 von innen erwärmt. Dementsprechend können die Randabschnitte der Endverschlüsse 91, 92, welche eine größere Dicke aufweisen als die anderen Regionen der faserverstärkten Harzschicht 30, von innen erwärmt werden. Der Rotationsabschnitt 212 wird von einem Antriebsabschnitt (nicht dargestellt) um eine Rotationsachse CX rotiert. Dementsprechend rotiert das Werkstück 80, das mit dem Rotationsabschnitt 212 verbunden ist, in dem Wärmeofen 211, sodass eine nicht einheitliche Erwärmung des Werkstücks 80 weiter unterbunden werden kann. Mit Rotation des Rotationsabschnitts 212 kann eine nicht einheitliche Erwärmung des Rotationsabschnitts 212 durch die IR-Heizung 220 weiter unterbunden werden. Der Heizmechanismus 210 erwärmt das Werkstück 80 unter Verwendung des Wärmeofens 211 als auch der IR-Heizeinrichtung 220. Dementsprechend kann die Temperaturdifferenz zwischen der Innenseite (der faserverstärkten Harzschicht 30) und der Außenseite (der Harzschicht 40) des Werkstücks 80 zum Zeitpunkt der Temperaturerhöhung des Werkstücks 80 weiter reduziert werden. Ein Temperatursensor 301, der die Oberflächentemperatur des Werkstücks 80 und die Temperaturen der Endverschlüsse 91, 92 misst, ist in dem Wärmeofen 211 angeordnet. Temperaturinformationen, die von dem Temperatursensor 301 gemessen werden, werden an den Controller 290 übermittelt. Der Controller 290 passt die Leistung von dem Wärmeofen 211 sowie der IR-Heizung 220 entsprechend der empfangenen Temperaturinformation an.
  • Der Druckregulierungsmechanismus 250 umfasst einen Zufuhrströmungspfad 251, durch den ein zweites Gas strömt, das in dem Werkstück 80 eingeschlossen werden soll, und einen Rückflussströmungspfad 252, durch den das zweite Gas, das aus dem Werkstück 80 ausgetragen wird, zurückgewonnen wird. Der Druckregulierungsmechanismus 250 passt den Druck in der Auskleidung 20 an, indem es einen Druckaufbau durchführt, indem das zweite Gas in dem Werkstück 80 eingeschlossen wird, und ein Druckablassen durchgeführt wird, indem das zweite Gas, das darin eingeschlossen ist, zurückgewonnen wird. In dem Zufuhrströmungspfad 251 ist eine Druckaufbaupumpe 254 angeordnet, die das zweite Gas in einer Richtung zu dem Werkstück 80 hin pumpt. Ein Auf-/Zu-Ventil 255 ist zwischen der Druckaufbaupumpe 254 und dem Werkstück 80 in dem Zufuhrströmungspfad 251 angeordnet. Das Auf-/Zu-Ventil 255 schaltet entweder in einen Zustand, in dem die Seite der Druckaufbaupumpe 254 und die Seite des Werkstücks 80 nicht miteinander verbunden sind, oder in einen Zustand, in dem die Seite der Druckaufbaupumpe 254 und die Seite des Werkstücks 80 über das Auf-/Zu-Ventil 255 in dem Zufuhrströmungspfad 251 miteinander verbunden sind. Eine Druckablasspumpe 257 zur Unterstützung einer Rückgewinnung des zweiten Gases, das in der Auskleidung 20 eingeschlossen ist, ist in dem Rückflussströmungspfad 252 angeordnet. Ein Druckregelventil 256 ist zwischen der Druckablasspumpe 257 und dem Werkstück 80 in dem Rückflussströmungspfad 252 angeordnet. Das Druckregelventil 256 ist ein Ventilmechanismus, der fähig ist, die Strömungspfadbreite des Rückflussströmungspfades 252 schrittweise anzupassen. Ein Drucksensor 302 zur Messung des Drucks in dem Raum zwischen dem Werkstück 80 und dem Druckregelventil 256 ist in dem Rückflussströmungspfad 252 angeordnet. Druckinformationen, die von dem Drucksensor 302 gemessen werden, werden an den Controller 290 übermittelt. Der Controller 290 passt den Druck in der Auskleidung 20 an, indem er die Druckaufbaupumpe 254, das Auf-/Zu-Ventil 255, das Druckregelventil 256 und die Druckablasspumpe 257 entsprechend der empfangenen Druckinformationen steuert. Das zweite Gas, das in dem Druckregulierungsmechanismus 250 verwendet wird, ist ein Edelgas, das dem ersten Gas ähnlich ist, das in dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) verwendet wird. In diesem Fall ist es einfach, das Gas, das von dem Inneren der Auskleidung 20 zurückgewonnen wurde, als erstes Gas und zweites Gas wiederzuverwenden.
  • 5 ist ein Graph zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Druckregulierungsschritt (Schritt S104 in 3) und dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103 in 3) in der ersten Ausführungsform. Der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) ist ein Schritt zur Erhöhung der Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 auf eine vorgegebene Solltemperatur T1. Die Solltemperatur T1 ist eine Temperatur, bei der das in der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 verwendete duroplastische Harz thermisch ausgehärtet wird, und wird entsprechend der Art des verwendeten duroplastischen Harzes bestimmt. Der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) wird durchgeführt, indem die faserverstärkte Harzschicht 30 und die Harzschicht 40 unter Verwendung des Heizmechanismus 210 erwärmt werden. Gemäß der Beziehung zwischen Viskosität bzw. Zähflüssigkeit und Temperatur, die in der Andrade-Gleichung für Zähflüssigkeit gezeigt wird, sinkt die Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes, das in der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 enthalten ist, in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) bis zum Zeitpunkt t1, an dem eine thermische Aushärtungsreaktion beginnt. Nach Zeitpunkt t1, an dem die thermische Aushärtung beginnt, schreitet die thermische Aushärtungsreaktion in dem duroplastischen Harz mit der Zeitverzögerung fort, sodass die Zähflüssigkeit steigt. Bei der ersten Ausführungsform wird die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) von dem Controller 290 entsprechend den Temperaturinformationen gemessen, die von dem Temperatursensor 301 übermittelt wurden.
  • Die faserverstärkte Harzschicht 30 und die Harzschicht 40 enthalten Blasen, die sich während dem Ausbildungsschritt (Schritt S102 in 3) in der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 ausgebildet haben und Blasen, die durch das Gas gebildet wurden, welches durch die Auskleidung 20 passiert ist und sich auf die Seite der faserverstärkten Harzschicht 30 bewegt hat. In einem Fall, in dem es sich bei der Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 um eine Zähflüssigkeit handelt, bei der sich Blasen bewegen können, bewegen sich die in der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 enthaltenen Blasen nach außen. Die Tatsache, dass sich die Blasen bewegen können, bedeutet, dass der Widerstand gegen die Blasen relativ kleiner ist als die Auftriebskraft, die auf die Blasen wirkt. Je höher die Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes, desto höher ist der Widerstand gegen die Blasen. Während sich die Blasen bewegen, wobei sie das nicht ausgehärtete duroplastische Harz drücken, bilden sich Lochstrukturen in der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40. Bevor die Lochstrukturen, die von dem Fluss des duroplastischen Harzes ausgebildet werden, blockiert werden, wird die faserverstärkte Harzschicht 30 ausgehärtet, um Hohlräume zu bilden, und die Harzschicht 40 wird thermisch ausgehärtet, um die Gasdurchlässigkeitswege 50 auszubilden.
  • In dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) werden die faserverstärkte Harzschicht 30 und die Harzschicht 40 von der Seite der Auskleidung 20 (innen) erwärmt, indem die Endverschlüsse auf eine höhere Temperatur als die Solltemperatur T1 erwärmt werden. Dementsprechend wird die Differenz der Temperaturerhöhungsrate zwischen der Harzschicht 40 und der faserverstärkten Harzschicht 30 weiter unterbunden, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 erhöht wird, indem das Werkstück 80 nur von außen unter Verwendung des Wärmeofens 211 erwärmt wird. Folglich wird die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 erhöht, sodass eine Zeitspanne, während der die Zähflüssigkeit der faserverstärkten Harzschicht 30 sinkt und eine Zeitspanne, während der die Zähflüssigkeit der Harzschicht 40 sinkt, überlappen. Bei der ersten Ausführungsform wird die IR-Heizung 220 so gesteuert, dass die Temperatur der Endverschlüsse 91, 92 in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) 160 °C erreicht.
  • Der Druckregulierungsschritt (Schritt S104) ist ein Schritt, in dem veranlasst wird, dass der Druck der Auskleidung 20 mindestens während einer Zeitspanne pe1 einer Zeitspanne pe, während der der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt wird, einen zweiten Druck P2 annimmt, der höher ist als der erste Druck P1, welcher der Druck in der Auskleidung 20 während dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) ist.
  • 6 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung von jedem Schritt des Druckregulierungsschritts (Schritt S104). In dem Druckregulierungsschritt (Schritt S104) werden ein Druckaufbauschritt (Schritt S201), ein Druckhalteschritt (Schritt S202) und ein Druckablassschritt (Schritt S203) durchgeführt.
  • Der Druckaufbauschritt (Schritt S201) ist ein Schritt zur Erhöhung des Drucks in der Auskleidung 20 von dem ersten Druck P1 auf den zweiten Druck P2. In dem Druckaufbauschritt (Schritt S201) wird der Druck in der Auskleidung 20 auf den zweiten Druck P2 aufgebaut, indem das zweite Gas durch den Druckregulierungsmechanismus 250 (4) in der Auskleidung 20 eingeschlossen wird. Der zweite Druck P2 ist ein Druck, der höher ist als der erste Druck P1, und ist niedriger als der Druck, bei dem die Auskleidung 20 durch den Druck in der Auskleidung 20 reißt. Der zweite Druck P2 ist nicht besonders beschränkt, aber er ist wünschenswerterweise größer gleich 1,2 Mal oder noch eher wünschenswerterweise gleich 1,35 Mal dem ersten Druck P1. Bei der ersten Ausführungsform beträgt ein Sollwert des zweiten Drucks P2 0,95 MPa. Da die nicht ausgehärtete faserverstärkte Harzschicht 30 in dem Druckaufbauschritt (Schritt S201) auf der Außenseite der Auskleidung 20 ausgebildet wird, ist es möglich, dass die Auskleidung 20 im Vergleich zum Ausbildungsschritt (Schritt S102) einem relativ hohen Druck widersteht.
  • Nach dem Druckaufbauschritt (Schritt S201) wird der Druckhalteschritt (Schritt S202) durchgeführt. Der Druckhalteschritt (Schritt S202) ist ein Schritt zum Halten des Drucks in der Auskleidung 20 bei dem zweiten Druck P2. In dem Druckhalteschritt (Schritt S202) muss der Druck in der Auskleidung 20 nicht genau auf 0,95 MPa angepasst werden und kann auf einen Bereich von, zum Beispiel, 0,90 MPa bis einschließlich 1,0 MPa angepasst werden. Wie in 5 gezeigt, wird die Viskosität bzw. Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes der nicht ausgehärteten faserverstärkten Harzschicht 30 und der nicht ausgehärteten Harzschicht 40 die niedrigste Zähflüssigkeit, da der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) zum Zeitpunkt t1 innerhalb der Zeitspanne pe1 durchgeführt wird, während der der Druckhalteschritt (Schritt S202) durchgeführt wird.
  • Wenn der Druckhalteschritt (Schritt S202) abgeschlossen ist, wird der Druckablassschritt (Schritt S203) durchgeführt. Der Druckablassschritt (Schritt S203) ist ein Schritt zur Senkung des Drucks in der Auskleidung 20 auf einen dritten Druck P3, der niedriger ist als der zweite Druck P2. In dem Druckablassschritt (Schritt S203) wird ein Druckablassen durchgeführt, indem das erste Gas und das zweite Gas, das in der Auskleidung 20 eingeschlossen ist, unter Verwendung des Druckregulierungsmechanismus 250 zurückgewonnen wird. Indem ein Druck der Auskleidung 20 gesenkt wird, wird eine Belastung der Auskleidung 20 weiter reduziert, die durch das Aufbringen eines Innendrucks verursacht wird. Der dritte Druck P3 ist ein Druck, bei dem eine Deformation der in der Heizvorrichtung 200 angeordneten Auskleidung 20 aufgrund ihres Eigengewichts weiter reduziert werden kann, und ist ein Druck, der niedriger ist als der zweite Druck P2. Bei der ersten Ausführungsform wird der dritte Druck P3 auf den gleichen Druck wie der erste Druck P1 eingestellt. Der dritte Druck P3 ist nicht darauf beschränkt. Der dritte Druck P3 kann niedriger sein als der erste Druck P1 oder höher sein als der erste Druck P1.
  • Nach dem Druckregulierungsschritt (Schritt S104) wird der Temperaturhalteschritt (Schritt S105) durchgeführt. Bei der ersten Ausführungsform wird der Temperaturhalteschritt (Schritt S105) gestartet, nachdem der Druckregulierungsschritt (Schritt S104) gestartet wurde. Der Temperaturhalteschritt (Schritt S105) ist ein Schritt zum Halten der Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 bei der Solltemperatur T1. Die Solltemperatur T1 ist eine Temperatur, die höher ist als die Aushärtungstemperatur des verwendeten duroplastischen Harzes. Bei der ersten Ausführungsform beträgt die Solltemperatur T1 140 °C. In dem Temperaturhalteschritt (Schritt S105 in 3) wird die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 bei der Solltemperatur T1 gehalten, indem die Erwärmung der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 abwechselnd unter Verwendung des Heizmechanismus 210 angehalten und wiederaufgenommen wird. In dem Temperaturhalteschritt (Schritt S105) muss die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 nicht genau bei der Solltemperatur T1 gehalten werden. Die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 kann angepasst werden, sodass sie im Wesentlichen die Solltemperatur T1, zum Beispiel, eine Temperatur von 135 °C bis einschließlich 145 °C beträgt. Durch den Temperaturhalteschritt (Schritt S105) wird ein Aushärten der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 abgeschlossen.
  • Wie in den 3 und 5 gezeigt, wird der Abkühlschritt (Schritt S106) nach dem Temperaturhalteschritt (Schritt S105) durchgeführt. Der Abkühlschritt (Schritt S106) ist ein Schritt zur Abkühlung des ausgebildeten Hochdrucktanks 100 auf Raumtemperatur (zum Beispiel 25 °C). In dem Abkühlschritt (Schritt S106) wird der Hochdrucktank 100, zum Beispiel, durch eine Belüftung der Heizvorrichtung 200 und natürliche Wärmeabfuhr gekühlt. Wenn die Kühlung des Hochdrucktanks 100 abgeschlossen ist, wird der Hochdrucktank 100 aus der Heizvorrichtung 200 entfernt. Dementsprechend ist der Herstellungsprozess des Hochdrucktanks 100 abgeschlossen.
  • Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird, wie in 5 gezeigt, in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103), bevor die Aushärtung der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 abgeschlossen ist, der Druckhalteschritt (Schritt S202) durchgeführt, bei dem der Druck der Auskleidung 20 bei dem zweiten Druck gehalten wird. Der Druckablassschritt (Schritt S203) wird nach dem Zeitpunkt t1 durchgeführt, an dem die Erhöhung der Zähflüssigkeit aufgrund der Aushärtung des duroplastischen Harzes beginnt. Die Gasdurchlässigkeit der Auskleidung 20 mit einem hohen Innendruck ist höher als die mit einem relativ niedrigen Innendruck. Daher kann die Gasmenge, die durch die Auskleidung 20 nach außen passiert, erhöht werden, indem der Druck in der Auskleidung 20 von dem ersten Druck auf den zweiten Druck erhöht wird. Die Gasdurchlässigkeit der Auskleidung 20 ist in einem Fall höher, in dem die Temperatur der Auskleidung 20 höher ist als in einem Fall, in dem die Temperatur der Auskleidung 20 relativ niedrig ist. Daher steigt die Gasmenge, die durch die Auskleidung 20 passiert, während der Zeitspanne pe1, einschließlich der Zeitspanne, während der die Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes niedrig ist, das heißt, sich das Gas am reibungslosesten bewegt. Das Gas, das durch die Auskleidung 20 nach außen passiert, bewegt sich nach außen, während die Lochstrukturen der Harzschicht 40 ausgebildet werden, bevor diese ausgehärtet wird. Daher werden die Gasdurchlässigkeitswege 50 effizienter ausgebildet, indem die Harzschicht 40 einem Zustand ausgehärtet wird, in dem die Lochstrukturen für das Strömen des Gases ausgebildet werden. Da die Menge an Gas, die durch die Auskleidung 20 passiert, mit sinkendem Molekulargewicht des Gases steigt, sind die Molekulargewichte des ersten Gases und des zweiten Gases nicht besonders beschränkt; allerdings sind sie wünschenswerterweise niedrig. Obwohl keine besonderen Beschränkungen bestehen, ist es wünschenswert, dass das Molekulargewicht des Gases kleiner gleich 40 ist, oder es ist noch eher wünschenswert, dass es kleiner gleich dem Molekulargewicht von Luft (Molekulargewicht 29) ist. Bei der ersten Ausführungsform wird als erstes Gas und zweites Gas eine Mischung aus Helium und Stickstoff mit einem kleineren Molekulargewicht als dem von Luft verwendet. Dementsprechend kann in dem Druckhalteschritt (Schritt S202) die Gasmenge, die durch die Auskleidung 20 nach außen passiert, erhöht werden. Daher werden die Gasdurchlässigkeitswege 50 effizienter ausgebildet. Da die Gasdurchlässigkeitswege 50 in der Harzschicht 40 effizienter ausgebildet werden, ist es möglich, die Gasdurchlässigkeit in der Harzschicht 40 zu erhöhen.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird eine Gasmischung aus Helium und Stickstoff, welches ein Edelgas ist, als erstes Gas und zweites Gas verwendet, welche Gase sind, die in der Auskleidung 20 eingeschlossen sind. In einem Fall, in dem ein Edelgas als erstes und zweites Gas verwendet wird, ist es möglich, den Anteil eines aktiven Gases (zum Beispiel Sauerstoff) in dem in der Auskleidung 20 eingeschlossenen Gas im Vergleich zu einem Fall, in dem ein anderes Gas als das Edelgas verwendet wird, relativ zu reduzieren. Daher wird der Verschleiß der Auskleidung 20 aufgrund der Oxidationsreaktion zwischen der Auskleidung 20 und dem in der Auskleidung 20 eingeschlossenen Sauerstoff weiter reduziert und die Haltbarkeit (zum Beispiel zulässige Zugspannung) der Auskleidung 20 wird weiter verbessert. Bei dem Hochdrucktank 100 gemäß der ersten Ausführungsform wird selbst in einem Fall, in dem eine Belastung auf der Auskleidung 20 konzentriert ist, die Haltbarkeit der Auskleidung 20 weiter verbessert, sodass es möglich ist, das Risiko weiter zu reduzieren, dass die Auskleidung 20 reißt. Zum Beispiel in dem Fall, in dem der Hochdrucktank 100 mit dem Gas befüllt wird, nachdem das Gas in dem Hochdrucktank 100 in einer Niedrigtemperaturumgebung bei einer Außenlufttemperatur von -40 °C oder weniger schnell verbraucht wurde (zum Beispiel kontinuierliche Fahrt auf einer Autobahn), besteht eine Möglichkeit, dass sich eine Belastung auf die Auskleidung 20 konzentriert. Dies rührt daher, dass sich das Gas in der Auskleidung 20 adiabatisch ausdehnt, während das Gas in dem Hochdrucktank 100 schnell verbraucht wird, und daher sinkt die Temperatur der Auskleidung 20 auf die Außenlufttemperatur oder weniger, wodurch sich die Auskleidung 20 zusammenzieht. In einem Fall, in dem sich die Auskleidung 20 zusammenzieht, kann es zu Fällen kommen, bei denen ein Spalt zwischen der Auskleidung 20 und der faserverstärkten Harzschicht 30 ausgebildet wird. In einem Fall, in dem der Hochdrucktank 100 mit dem Gas in einem Zustand befüllt wird, in dem ein Spalt zwischen der Auskleidung 20 und der faserverstärkten Harzschicht 30 ausgebildet ist, konzentriert sich eine Belastung auf die Auskleidung 20.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 erhöht, sodass die Zeitspanne, während der die Zähflüssigkeit der faserverstärkten Harzschicht 30 sinkt, und die Zeitspanne, während der die Zähflüssigkeit der Harzschicht 40 steigt, überlappen. Daher fällt in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) die Bewegung des Gases von der Seite der Auskleidung 20 nach außen über die faserverstärkte Harzschicht 30 und die Harzschicht 40 leicht. Daher können die Gasdurchlässigkeitswege 50 effizienter in größerer Menge ausgebildet werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird in dem Druckregulierungsschritt (Schritt S104) in der Zeitspanne pe1 der Zeitspanne pe, während der der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt wird, veranlasst, dass der Druck in der Auskleidung 20 auf den zweiten Druck P2 reguliert wird. Daher wird eine Belastung der Auskleidung 20 aufgrund des Drucks in der Auskleidung 20 weiter reduziert.
  • Zweite Ausführungsform
  • B1. Hochdrucktank gemäß der zweiten Ausführungsform
  • Bei der zweiten Ausführungsform ist die Festigkeit der Harzschicht 40 nicht besonders beschränkt, allerdings kann die Festigkeit der Harzschicht 40 niedriger sein als die Festigkeit der faserverstärkten Harzschicht 30. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Festigkeit der Harzschicht 40 niedriger ist als die Festigkeit der faserverstärkten Harzschicht 30. In der nachfolgenden Beschreibung werden die gleichen Elemente wie bei der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet und es wird auf die Beschreibung derselben verzichtet. Bei der zweiten Ausführungsform wird eine Bruchzähigkeit für einen Vergleich zwischen der Festigkeit der Harzschicht 40 und der Festigkeit der faserverstärkten Harzschicht 30 verwendet. Eine Bruchzähigkeit wird basierend auf einem Bruchzähigkeitswert evaluiert, der durch einen Zugversuch mit zweiachsiger Verformung (Plane-Strain Fracture Toughness Test; KIC-Test), gemäß der Norm E399 der American Society for Testing and Materials (ASTM) bezogen wird (nachfolgend schlicht als „Bruchzähigkeitswert“ bezeichnet).
  • Bei der zweiten Ausführungsform weist das in der glasfaserverstärkten Harzschicht 35 und der Harzschicht 40 verwendete duroplastische Harz im Vergleich zu dem in der kohlefaserverstärkten Harzschicht 31 verwendeten duroplastischen Harz eine relativ niedrige Bruchzähigkeit auf. Dementsprechend ist die Festigkeit der Harzschicht 40 verringert. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Bruchzähigkeit des duroplastischen Harzes angepasst, indem die Menge an hinzugefügtem Kautschuk (zum Beispiel modifiziertem Acrylharz) verändert wird. Mit zunehmender Kautschukmenge, die dem duroplastischen Harz hinzugefügt wird, sinkt der Bruchzähigkeitswert des duroplastischen Harzes. Nachfolgend wird der Bruchzähigkeitswert des duroplastischen Harzes, das die Harzschicht 40 ausbildet, schlicht als „Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40“ bezeichnet. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Menge an hinzugefügtem Kautschuk so angepasst, dass der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 1,7 MPa·m0,5 oder weniger erreicht.
  • B2. Untersuchung der Leistung des Hochdrucktanks unter Verwendung experimenteller Beispiele
  • 7 ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen dem Bruchzähigkeitswert der Harzschicht und dem Auftreten eines weißen Trübphänomens zeigt. 8 ist eine schematische Ansicht einer Schnittstruktur eines Hochdrucktanks 400 gemäß eines ersten experimentellen Beispiels in der zweiten Ausführungsform. Eine Leistungsuntersuchung wurde durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem Bruchzähigkeitswert der Harzschicht und dem Auftreten eines weißen Trübheitsphänomens unter Verwendung der experimentellen Beispiele zu untersuchen. 7 wird basierend auf einem Ergebnis vorbereitet, das erzielt wird, indem der Hochdrucktank 400 gemäß den ersten bis vierten experimentellen Beispielen mit Gas (Wasserstoff) befüllt wird, und visuell auf Auftreten eines weißen Trübheitsphänomens geprüft wird. Das weiße Trübheitsphänomen ist ein Phänomen, bei dem in einem Fall, in dem das Gas, mit dem der Hochdrucktank 400 befüllt ist, durch die Auskleidung 20 passiert, und sich auf die Seite der faserverstärkten Harzschicht 30 bewegt, das bewegte Gas zwischen der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 bleibt und ein Gasreservoir ausgebildet wird.
  • Bei einem Herstellungsprozess des Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen der zweiten Ausführungsform wird der Druckregulierungsschritt (Schritt S104) der ersten Ausführungsform nicht durchgeführt. Im Vergleich zu dem Hochdrucktank 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden daher bei dem Hochdrucktank 400 gemäß den experimentellen Beispielen der zweiten Ausführungsform die Gasdurchlässigkeitswege 50 nicht effizienter während einer Herstellungsstufe ausgebildet. Die gleichen Elemente des Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen der zweiten Ausführungsform wie bei dem Hochdrucktank 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und es wird auf die detaillierte Beschreibung derselben verzichtet. In Versuchen wurden die Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen eins bis vier verwendet, welche vier verschiedene Arten von Hochdrucktanks mit unterschiedlichen Bruchzähigkeitswerten in den Harzschichten 40 sind. Der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 in dem Hochdrucktank 400 gemäß dem ersten experimentellen Beispiel beträgt 1,9 MPa·m0,5. Der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 in dem Hochdrucktank 400 gemäß dem zweiten experimentellen Beispiel beträgt 1,7 MPa·m0,5. Der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 in dem Hochdrucktank 400 gemäß dem dritten experimentellen Beispiel beträgt 1,4 MPa·m0,5. Der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 in dem Hochdrucktank 400 gemäß dem vierten experimentellen Beispiel beträgt 0,8 MPa·m0,5.
  • Wie in 7 gezeigt, wurde bei dem Hochdrucktank 400 gemäß dem ersten experimentellen Beispiel, bei dem der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 1,9 MPa·m0,5 betrug, das Auftreten eines weißen Trübheitsphänomens bestätigt. Wie in 8 gezeigt, bewegt sich bei dem Hochdrucktank 400, in einem Fall, in dem das den Innenraum 60 füllende Gas durch die Auskleidung 20 passiert und sich auf die Seite der faserverstärkten Harzschicht 30 bewegt, das Gas auf die Seite der Harzschicht 40 durch die Region, die Faser und Hohlräume mit relativ hoher Gasdurchlässigkeit in der faserverstärkten Harzschicht 30 enthält. Da die Gasdurchlässigkeitswege 50 nicht in der Harzschicht 40 ausgebildet sind, bleibt das Gas, das sich auf die Seite der Harzschicht 40 bewegt hat, zwischen der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40. Daher tritt bei dem Hochdrucktank 400 gemäß dem ersten experimentellen Beispiel im Vergleich zu dem Hochdrucktank 100 gemäß der ersten Ausführungsform ein weißes Trübheitsphänomen auf. In einem Fall, in dem ein weißes Trübheitsphänomen auftritt, können die nachfolgenden Probleme auftreten. Zum Beispiel wenn der Hochdrucktank mit dem Gas befüllt wird, wird Druck von der Seite der Auskleidung auf ein Gasreservoir aufgebracht, und es besteht die Möglichkeit, dass die Harzschicht durch den auf das Gasreservoir aufgebrachten Druck reißt. In diesem Fall wird ein Geräusch erzeugt, wenn die Harzschicht reißt, und es besteht die Möglichkeit, dass sich der Nutzer des Hochdrucktanks unwohl fühlt. Zum Beispiel kann das ästhetische Aussehen des Hochdrucktanks durch das weiße Trübheitsphänomen gestört werden.
  • Wie in 7 gezeigt, wurde das Auftreten eines weißen Trübheitsphänomens bei den Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen zwei bis vier, bei denen der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 1,7 MPa·m0,5 oder weniger betrug, nicht bestätigt. In einem Fall, in dem das den Innenraum 60 füllende Gas durch die Auskleidung 20 passiert und sich auf die Seite der faserverstärkten Harzschicht 30 bewegt, bewegt sich bei den Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen zwei bis vier das Gas auf die Seite der Harzschicht 40 durch die Region, die Faser mit relativ hoher Gasdurchlässigkeit in der faserverstärkten Harzschicht 30 enthält. Da die Gasdurchlässigkeitswege 50 nicht in der Harzschicht 40 ausgebildet werden, verbleibt das Gas, das sich auf die Seite der Harzschicht 40 bewegt hat, vorübergehend zwischen der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40. Die Bruchzähigkeitswerte der Harzschichten 40 in den Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen zwei bis vier sind niedriger als der Bruchzähigkeitswert des Hochdrucktank 400 gemäß dem ersten experimentellen Beispiel. Dementsprechend kann sich das Gas in dem Hochdrucktank 400 gemäß den experimentellen Beispielen zwei bis vier im Vergleich zu dem Hochdrucktank 400 gemäß dem ersten experimentellen Beispiel leicht bewegen, indem es die Harzschicht 40 drückt. Daher wird selbst in einem Fall, in dem sich das Gas vorübergehend zwischen der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 ansammelt, das angesammelte Gas nach außen freigesetzt, indem es die Harzschicht 40 drückt. Daher kann das Auftreten des weißen Trübheitsphänomens bei den Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen zwei bis vier weiter unterbunden werden, selbst in einem Fall, in dem die Gasdurchlässigkeitswege 50 nicht ausreichend ausgebildet wurden. Während sich das Gas bewegt, indem es die Harzschicht 40 drückt, werden in der Harzschicht 40 Spalte ausgebildet. Die in der Harzschicht 40 ausgebildeten Spalte fungieren als Gasdurchlässigkeitswege 50. Das heißt, bei den Hochdrucktanks 400 gemäß den experimentellen Beispielen zwei bis vier können die Gasdurchlässigkeitswege 50 ausgebildet werden, nachdem der Hochdrucktank 400 hergestellt wurde. Da die Bruchzähigkeitswerte der Hochdrucktanks 400 gemäß den Ausführungsformen zwei bis vier niedriger sind als der Bruchzähigkeitswert des Hochdrucktanks 400 gemäß der ersten Ausführungsform, ist das Geräusch, das erzeugt wird, wenn die Harzschicht 40 von dem Gas in den experimentellen Beispielen zwei bis vier durchstoßen wird, geringer als das Geräusch, das erzeugt wird, wenn die Harzschicht 40 in dem ersten experimentellen Beispiel reißt. Daher wird die Möglichkeit, dass sich der Nutzer des Hochdrucktanks unwohl fühlt, weiter reduziert.
  • Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform wird der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 auf 1,7 MPa·m0,5 oder weniger angepasst. Zum Beispiel in einem Fall, in dem die Gasdurchlässigkeitswege 50 blockiert werden, weil der Hochdrucktank 100 über eine lange Zeitspanne verwendet wird, besteht die Möglichkeit, dass die Gasdurchlässig der Harzschicht 40 möglicherweise sinkt. Selbst in einem Fall, in dem die Gasdurchlässig der Harzschicht 40 nach der Herstellung des Hochdrucktanks 100 sinkt, bewegt sich in dem Hochdrucktank 100 das Gas, indem es die Harzschicht 40 drückt, sodass das Gas, das sich vorübergehend zwischen der faserverstärkten Hochdrucktank 30 und der Hochdrucktank 40 ansammelt, nach außen freigesetzt werden kann. Daher kann bei dem Hochdrucktank 100 das Auftreten eines weißen Trübheitsphänomens selbst in einem Fall weiter reduziert werden, in dem die Gasdurchlässigkeitswege 50 blockiert sind und die Gasdurchlässigkeit der Harzschicht 40 sinkt. Da sich das Gas bewegt, indem es die Harzschicht 40 drückt, kann selbst nach der Herstellung ein neuer Gasdurchlässigkeitsweg 50 ausgebildet werden.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform können die Gasdurchlässigkeitswege 50 effizienter in der Harzschicht 40 ausgebildet werden, sodass es möglich ist, die Gasdurchlässigkeit der Harzschicht 40 zu erhöhen, da der Hochdrucktank 400 unter Verwendung des gleichen Herstellungsverfahrens hergestellt wird wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Dritte Ausführungsform
  • 9 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Herstellungsprozesses des Hochdrucktanks 100 gemäß einer dritten Ausführungsform. 10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Druckregulierungsschritt und dem Temperaturerhöhungsschritt in der dritten Ausführungsform zeigt. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass zwischen dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) und dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) der Druck in der Auskleidung 20 von dem ersten Druck P1 auf den zweiten Druck P2 angehoben wird. Dementsprechend wird, wie in 10 gezeigt, der Druck in der Auskleidung 20 während der gesamten Zeitspanne pe, während welcher der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt wird, bei dem zweiten Druck P2 gehalten. Bei der dritten Ausführungsform wird der Druckaufbauschritt (Schritt S201) nach dem Vorbereitungsschritt (Schritt S101) und dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) und vor dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt. Nach dem Druckaufbauschritt (Schritt S201) wird der Druckhalteschritt (Schritt S202) gestartet. Der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) wird durchgeführt, während der Druckhalteschritt (Schritt S202) durchgeführt wird. Wenn der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) gestartet wird, erreicht daher der Druck in der Auskleidung 20 den zweiten Druck P2. Nachdem der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) abgeschlossen ist und der Temperaturhalteschritt (Schritt S105) gestartet wurde, wird der Druckhalteschritt (Schritt S202) abgeschlossen und der Druckablassschritt (Schritt S203) wird gestartet. Daher wird der Druck in der Auskleidung 20 während der Zeitspanne pe von dem Starten des Temperaturerhöhungsschritts (Schritt S103) bis zu dessen Abschluss bei dem zweiten Druck P2 gehalten. Wenn der Temperaturhalteschritt (Schritt S105) abgeschlossen ist, wird der Abkühlschritt (Schritt S106) gestartet. Bei der dritten Ausführungsform wird der Druckablassschritt (Schritt S203) durchgeführt, nachdem der Temperaturhalteschritt (Schritt S105) gestartet wurde, aber der Druckablassschritt (Schritt S203) ist nicht darauf beschränkt. Der Druckablassschritt (Schritt S203) kann zum Beispiel gleichzeitig mit dem Starten des Temperaturhalteschritts (Schritt S105) oder nach Abschluss des Temperaturhalteschritts (Schritt S105) durchgeführt werden.
  • Gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform wird eine Komplexität der Drucksteuerung weiter reduziert, da der Druck in der Auskleidung 20 veranlasst wird, so reguliert zu werden, dass er während der gesamten Zeitspanne pe, während welcher der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt wird, den zweiten Druck P2 annimmt. Gemäß der dritten Ausführungsform ist es wie in der ersten Ausführungsform möglich, die Gasdurchlässigkeitswege 50 in dem Herstellungsprozess des Hochdrucktanks 100 effizienter auszubilden.
  • Vierte Ausführungsform
  • In den Ausführungsformen eins bis drei ist die Temperaturerhöhungsrate in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) nicht besonders beschränkt, aber die Temperaturerhöhungsrate in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) kann hoch sein. Eine hohe Temperaturerhöhungsrate bedeutet, dass eine schnelle Erwärmung in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt wird. Das Maß der schnellen Erwärmung ist zum Beispiel eine Erwärmung um ein derartiges Maß, dass eine Erhöhung der Zähflüssigkeit der faserverstärkten Harzschicht 30 aufgrund der Aushärtungsreaktion bei einer höheren Temperatur beginnt als bei der Temperatur, bei der eine thermische Aushärtungsreaktion beginnt, welche eine Polymerisationsreaktion des duroplastischen Harzes mit einem Härtungsmittel ist.
  • 11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Temperatur und einer Veränderung der Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes in einer vierten Ausführungsform zeigt. Zwei Kurven X1 und X2, die in 11 gezeigt werden, zeigen die Beziehungen zwischen der Temperatur und der Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes, wenn die Temperatur der faserverstärkten Harzschicht 30 und der Harzschicht 40 unter anderen Bedingungen der Temperaturerhöhungsrate auf die Solltemperatur T1 erhöht wird. Die Temperaturerhöhungsrate der Kurve X1 ist höher als die Temperaturerhöhungsrate der Kurve X2. Wie in 11 gezeigt, ist die niedrigste Zähflüssigkeit, welche der Mindestwert der Zähflüssigkeit ist, unter der Bedingung (Kurve X2) mit einer hohen Temperaturerhöhungsrate niedriger als unter der Bedingung (Kurve XI) mit einer relativ niedrigen Temperaturerhöhungsrate. Dies rührt daher, dass während einer Induktionszeitspanne, welche eine Zeitspanne ab dem Starten der thermischen Aushärtungsreaktion des duroplastischen Harzes bis zur Erhöhung der Zähflüssigkeit des duroplastische Harzes ist, das Absinken der Zähflüssigkeit aufgrund der Temperaturerhöhung unter den Bedingungen mit einer hohen Temperaturerhöhungsrate wesentlich besser fortschreitet als unter den Bedingungen mit einer relativ niedrigen Temperaturerhöhungsrate. Daher steigt in einem Fall, in dem die Temperaturerhöhungsrate hoch ist, die Temperaturerhöhung während der Induktionszeitspanne an, sodass die geringste Zähflüssigkeit während dem Temperaturerhöhungsschritt und dem Temperaturhalteschritt gering ist.
  • Gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform ist die Temperaturerhöhungsrate in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) hoch. Dies ermöglicht es, die geringste Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes im Vergleich zu dem Fall relativ zu senken, in dem die Temperaturerhöhungsrate in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) relativ gering ist. Dementsprechend wird die Bewegung von Blasen in dem duroplastischen Harz gefördert, sodass die Ausbildung der Gasdurchlässigkeitswege 50 weiter gefördert wird. Indem die Zähflüssigkeit zu Beginn der Erhöhung der Zähflüssigkeit aufgrund der thermischen Aushärtung gesenkt wird, wird die Zeitspanne weiter verlängert, während der es sich bei der Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes um eine Zähflüssigkeit handelt, bei der sich die Blasen bewegen können. Daher wird die Zeitspanne verlängert, während der die Gasdurchlässigkeitswege 50 ausgebildet werden und die Gasdurchlässigkeitswege 50 können effizienter ausgebildet werden.
  • Andere Ausführungsformen
  • E1. Erste weitere Ausführungsform
  • Bei den Ausführungsformen wird ein Gasgemisch aus Helium und Stickstoff für das Gas verwendet, das in der Auskleidung 20 eingeschlossen werden soll. Allerdings ist das Gas, das in der Auskleidung 20 eingeschlossen werden soll, nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann als Edelgas mit einem Molekulargewicht von 40 oder weniger Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Neon oder Argon verwendet werden. Da das Edelgas ein Molekulargewicht von 40 oder weniger aufweist, ist die Durchlässigkeit der Auskleidung 20 relativ hoch. Das Edelgas kann ein Gasgemisch oder ein Gas von nur einer Art sein. Obwohl keine besondere Beschränkung besteht, ist es wünschenswert, dass das Edelgas aus einem Element besteht oder ein Gasgemisch aus eine Mehrzahl an Gasen ist, die aus eine Gasgruppe bestehend aus Wasserstoff, Helium, Stickstoff und Argon ausgewählt wird. In diesem Fall weist das Edelgas eine hohe Durchlässigkeit durch die Auskleidung 20 auf und es ist möglich, die Herstellungskosten im Vergleich zu anderen Edelgasen weiter zu reduzieren. Das in der Auskleidung 20 eingeschlossene Gas ist nicht auf das Edelgas mit einem Molekulargewicht von 40 oder weniger beschränkt. Es kann zum Beispiel Xenon verwendet werden. Das in der Auskleidung 20 eingeschlossene Gas muss kein Edelgas sein. Es kann zum Beispiel die Luft verwendet werden. In einem Fall, in dem die Luft verwendet wird, können die Kosten für die Vorbereitung des Gases, das in der Auskleidung 20 eingeschlossen werden soll, weiter reduziert werden.
  • E2. Zweite weitere Ausführungsform
  • Bei den Ausführungsformen wird in dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) und dem Druckaufbauschritt (Schritt S201) als in der Auskleidung 20 eingeschlossenes Gas das gleiche Gas verwendet. Allerdings können in dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) und dem Druckaufbauschritt (Schritt S201) unterschiedliche Gase verwendet werden.
  • E3. Dritte weitere Ausführungsform
  • In den Ausführungsformen wird der Druckablassschritt (Schritt S203) gleichzeitig mit dem Starten des Temperaturhalteschrittes (Schritt S105) durchgeführt, aber der Druckablassschritt (Schritt S203) ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Druckablassschritt (Schritt S203) vor dem Abschluss des Temperaturerhöhungsschrittes (Schritt S103) oder nach dem Starten des Temperaturhalteschrittes (Schritt S105) durchgeführt werden. Selbst in diesem Fall kann in dem Druckregulierungsschritt (Schritt S104) veranlasst werden, dass der Druck in der Auskleidung 20 während der Zeitspanne pe1 der Zeitspanne pe, während welcher der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt wird, auf den zweiten Druck P2 reguliert wird.
  • E4. Vierte weitere Ausführungsform
  • In den Ausführungsformen wird in dem Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) das Werkstück 80 sowohl von innen als auch von außen erwärmt. Allerdings ist das Verfahren für die Erwärmung des Werkstücks 80 nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann keine Erwärmung von innen des Werkstücks 80 durchgeführt werden. In den Ausführungsformen wird die Erwärmung von innen durchgeführt, indem der Rotationsabschnitt 212 mit der IR-Heizeinrichtung 220 erwärmt wird, aber das Erwärmungsverfahren ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann in dem Druckaufbauschritt (Schritt S201) eine Erwärmung durchgeführt werden, indem ein Gas bei einer hohen Temperatur in der Auskleidung 20 eingeschlossen wird.
  • E5. Fünfte weitere Ausführungsform
  • Bei den Ausführungsformen wird der Druck in der Auskleidung 20 in dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) auf den ersten Druck P1 angepasst, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Druck in der Auskleidung 20 ansprechend auf das Fortschreiten des Ausbildungsschrittes (Schritt S102) verändert werden. Da die faserverstärkte Harzschicht 30 zum Schutze der Auskleidung 20 während dem Fortschreiten des Ausbildungsschrittes (Schritt S102) ausgebildet wird, kann die Auskleidung 20 einem höheren Innendruck widerstehen. Je näher das faserverstärkte Harz an der Außenseite liegt, desto höher ist der Druck, der auf das faserverstärkte Harz aufgebracht wird, welches um die Auskleidung 20 gewunden ist. Daher kann der Druck in der Auskleidung 20 erhöht werden, während der Ausbildungsschritt (Schritt S102) fortschreitet. In diesem Fall entspricht in dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) der Druck, welcher der höchste der Drücke in der Auskleidung 20 ist, dem ersten Druck.
  • Selbst in den anderen Ausführungsformen eins bis fünf können, wie in den Ausführungsformen eins bis vier, die Gasdurchlässigkeitswege 50 effizienter ausgebildet werden.
  • E6. Sechste weitere Ausführungsform
  • Bei der ersten Ausführungsform während der Zeitspanne pe1, welche den Zeitpunkt t1 umfasst, an dem die Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes die niedrigste Zähflüssigkeit der Zeitspanne pe annimmt, während welcher der Temperaturerhöhungsschritt (Schritt S103) durchgeführt wird, wird der Druckregulierungsschritt (Schritt S104) durchgeführt, in dem der Druck in der Auskleidung 20 veranlasst wird, auf den zweiten Druck P2 reguliert zu werden, der höher ist als der erste Druck P1. Allerdings ist die Zeitspanne pe1, während der der Druckregulierungsschritt (Schritt S104) durchgeführt wird, nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Druckregulierungsschritt (Schritt S104), in dem der Druck in der Auskleidung 20 veranlasst wird, auf den zweiten Druck P2 reguliert zu werden, der höher ist als der erste Druck P1, in einer Zeitspanne durchgeführt werden, die den Zeitpunkt t1 in der Zeitspanne pe nicht umfasst, das heißt, in einer Zeitspanne vor oder nach Zeitpunkt t1 in der Zeitspanne pe. Selbst in diesem Fall ist die Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes in der Zeitspanne, während der der Druckregulierungsschritt (Schritt S104) durchgeführt wird, niedriger als die Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes, dessen Aushärtung in dem Temperaturhalteschritt (Schritt S105) abgeschlossen wird. Im Vergleich zu einem Fall, in dem die Auskleidung 20 nicht über die gesamte Zeitspanne pe unter Druck steht, können die Gasdurchlässigkeitswege 50 daher effizienter ausgebildet werden.
  • E7. Siebte weitere Ausführungsform
  • Bei der zweiten Ausführungsform wird die Harzschicht 40 so angepasst, dass sie 1,7 MPa·m0,5 oder weniger beträgt, indem die Menge an Kautschuk, die zu dem duroplastischen Harz hinzugefügt wird, verändert wird. Ein Verfahren zur Anpassung der Bruchzähigkeit der Harzschicht 40 ist nicht darauf beschränkt. Die Bruchzähigkeit kann zum Beispiel angepasst werden, indem der duroplastische Harztyp oder das Leimungsmittel, das für die faserverstärkte Harzschicht 30 verwendet wird, geändert wird. Der Bruchzähigkeitswert kann gesenkt werden, indem keine Vakuum-Entschäumungsbehandlung durchgeführt wird, wenn das faserverstärkte Harz und das Härtungsmittel miteinander vermischt werden. Selbst in diesem Fall kann der Bruchzähigkeitswert der Harzschicht 40 auf 1,7 MPa·m0,5 oder weniger angepasst werden. Daher kann der Hochdrucktank 100, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, das Auftreten eines weißen Trübheitsphänomens selbst in einem Fall weiter unterbinden, in dem die Gasdurchlässigkeitswege 50 blockiert sind und die Gasdurchlässig der Harzschicht 40 sinkt. Da sich das Gas bewegt, indem es die Harzschicht 40 drückt, kann selbst nach der Herstellung ein neuer Gasdurchlässigkeitsweg 50 ausgebildet werden.
  • E8. Achte weitere Ausführungsform
  • Bei der vierten Ausführungsform wird die niedrigste Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes gesenkt, indem die Temperaturerhöhungsrate erhöht wird, aber dies ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die niedrigste Zähflüssigkeit des duroplastischen Harzes gesenkt werden, indem der Härtungsbeschleunigertyp oder der duroplastische Harztyp geändert wird. In einem Fall, in dem das duroplastische Harz eine Zähflüssigkeit aufweist, bei der sich Blasen bewegen können, ohne die niedrigste Zähflüssigkeit zu senken, wird die niedrigste Zähflüssigkeit möglicherweise nicht gesenkt.
  • E9. Neunte weitere Ausführungsform
  • In den Ausführungsformen kann die Auskleidung 20 eine andere Struktur aufweisen. Zum Beispiel kann die Auskleidung 20 eine Struktur mit einem Tankelementkörperabschnitt aufweisen, der aus einem Harz ohne Gasbarriereneigenschaften ausgebildet ist und einem Auskleidungsabschnitt mit einer Membranstruktur, die aus einem Harz mit Gasbarriereneigenschaften ausgebildet ist, welches die Innenwandoberfläche des Tankelementkörperabschnitts auskleidet.
  • E10. Zehnte weitere Ausführungsform
  • In den Ausführungsformen kann die faserverstärkte Harzschicht 30 eine andere Struktur aufweisen. Die faserverstärkte Harzschicht 30 kann zum Beispiel unter Verwendung eines anderen faserverstärkten Harzes ausgebildet werden, wie zum Beispiel einem aramidfaserverstärkten Harz. In dem Ausbildungsschritt (Schritt S102) kann die faserverstärkte Harzschicht 30 ausgebildet sein, indem das faserverstärkte Harz unter Verwendung eines anderen Verfahrens als dem FW-Verfahren (zum Beispiel einem Harzinjektionsverfahren (RTM Verfahren) oder einem Flechtverfahren) um die Außenseite der Auskleidung 20 gewunden wird. In einem Fall, in dem das duroplastische Harz für die faserverstärkte Harzschicht 30 verwendet wird, kann die Harzschicht 40 so ausgebildet werden, dass es möglich ist, die Gasdurchlässigkeitswege 50 durch das gleiche Verfahren effizient auszubilden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Konfigurationen verwirklicht werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. So können zum Beispiel technische Merkmale in den Ausführungsformen, die den technischen Merkmalen in den unter „KURZFASSUNG DER ERFINDUNG“ beschriebenen entsprechen, zweckmäßig ersetzt oder kombiniert werden. Außer die technischen Merkmale werden in dieser Spezifikation als unabdinglich beschrieben, können diese technischen Merkmale zweckmäßig entfernt werden.
  • 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 2017096334 [0002]
    • JP 2017096334 A [0002]

Claims (7)

  1. Herstellungsverfahren für einen Hochdrucktank (100), wobei das Verfahren folgendes aufweist: Vorbereiten einer Auskleidung (20), die einen Innenraum aufweist, der mit Gas befüllt werden soll; indem ein faserverstärktes Harz, in dem eine Faser mit einem duroplastischen Harz imprägniert ist, um eine Außenseite der Auskleidung (20) gewickelt wird, wobei eine faserverstärkte Harzschicht (30), welche eine Schicht des faserverstärkten Harzes auf der Außenseite der Auskleidung (20) ist, und eine Harzschicht (40), welche eine Schicht ist, die aus einem Abschnitt des duroplastischen Harzes auf einer Außenoberfläche der faserverstärkten Harzschicht (30) ausgebildet wird, ausgebildet werden; Erhöhen einer Temperatur der faserverstärkten Harzschicht (30) und der Harzschicht (40) auf eine vorgegebene Temperatur, welche eine Temperatur ist, bei der das duroplastische Harz ausgehärtet wird; Veranlassen, während zumindest einer Zeitspanne von einer Zeitspanne, während der die Erhöhung der Temperatur durchgeführt wird, dass ein Druck in der Auskleidung (20) auf einen zweiten Druck reguliert wird, der höher ist als ein erster Druck, welcher ein Druck in der Auskleidung (20) während der Ausbildung der faserverstärkten Harzschicht (30) und der Harzschicht (40) ist; und Halten der Temperatur der faserverstärkten Harzschicht (30) und der Harzschicht (40) bei der vorgegebenen Temperatur nach dem Erhöhen der Temperatur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Veranlassen, dass der Druck in der Auskleidung (20) reguliert wird, Erhöhen des Drucks in der Auskleidung (20) von dem ersten Druck auf den zweiten Druck, Halten des Drucks in der Auskleidung (20) bei dem zweiten Druck nach dem Erhöhen des Drucks, und Senken des Drucks in der Auskleidung (20) auf einen dritten Druck, der niedriger ist als der zweite Druck, nach dem Halten des Drucks; und das Halten des Drucks während einer Zeitspanne der Zeitspanne durchgeführt werden, während der das Erhöhen der Temperatur durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Veranlassen, dass der Druck in der Auskleidung (20) reguliert wird, Erhöhen des Drucks in der Auskleidung (20) von dem ersten Druck auf den zweiten Druck aufweist, wobei das Erhöhen des Drucks zwischen dem Ausbilden der faserverstärkten Harzschicht (30) und der Harzschicht (40) und dem Erhöhen der Temperatur durchgeführt wird, und Halten des Drucks in der Auskleidung (20) bei dem zweiten Druck während einer gesamten Zeitspanne, während der das Erhöhen der Temperatur durchgeführt wird, aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei während dem Erhöhen des Drucks der Druck in der Auskleidung (20) auf den zweiten Druck erhöht wird, indem ein Edelgas in der Auskleidung (20) eingeschlossen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Edelgas Wasserstoff, Stickstoff, Helium und/oder Argon ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Bruchzähigkeitswert der Harzschicht, die ausgebildet wird, indem die faserverstärkte Harzschicht (30) und die Harzschicht (40) ausgebildet werden, 1,7 MPa·m0,5 oder weniger beträgt.
  7. Hochdrucktank (100), der mit einem Hochdruckgas befüllt werden soll, wobei der Hochdrucktank (100) Folgendes aufweist: eine Auskleidung (20) mit einem Innenraum, der mit Gas befüllt werden soll; eine faserverstärkte Harzschicht (30), die auf einer Außenseite der Auskleidung (20) angeordnet ist, und welche eine Schicht eines faserverstärkten Harzes ist, in dem eine Faser mit einem duroplastischen Harz imprägniert ist; und eine Harzschicht (40), die auf einer Außenseite der faserverstärkten Harzschicht (30) angeordnet ist und eine Schicht des duroplastischen Harzes ist, wobei: die Harzschicht (40) einen Gasdurchlässigkeitsweg (50) aufweist, welcher eine Lochstruktur ist, die eine Verbindung zwischen einem Inneren und einem Äußeren der Harzschicht (40) zulässt, und ein Bruchzähigkeitswert der Harzschicht (40) 1,7 MPa·m0,5 oder weniger beträgt.
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