WO2004051138A1 - 圧力容器およびその製造方法 - Google Patents

圧力容器およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2004051138A1
WO2004051138A1 PCT/JP2003/015426 JP0315426W WO2004051138A1 WO 2004051138 A1 WO2004051138 A1 WO 2004051138A1 JP 0315426 W JP0315426 W JP 0315426W WO 2004051138 A1 WO2004051138 A1 WO 2004051138A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
pressure
pressure vessel
container
resin layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/015426
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2004051138A8 (ja
Inventor
Hidehiro Takemoto
Takumi Ishimori
Masayuki Sugiura
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
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 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. filed Critical Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
Priority to JP2004556894A priority Critical patent/JP4639085B2/ja
Priority to EP03777176A priority patent/EP1571389B1/en
Priority to DE60332268T priority patent/DE60332268D1/de
Priority to US10/537,015 priority patent/US20060099366A1/en
Priority to CA002507872A priority patent/CA2507872C/en
Publication of WO2004051138A1 publication Critical patent/WO2004051138A1/ja
Publication of WO2004051138A8 publication Critical patent/WO2004051138A8/ja

Links

Classifications

    • 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
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • 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
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/088—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers and with one or more layers of non-plastics material or non-specified material, e.g. supports
    • 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
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • 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
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/56—Tensioning reinforcements before or during shaping
    • 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
    • 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
    • F17C2201/058—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
    • F17C2203/0612—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
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0624—Single wall with four or more 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
    • F17C2203/0636—Metals
    • 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
    • F17C2203/0636—Metals
    • F17C2203/0646—Aluminium
    • 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
    • F17C2203/0636—Metals
    • F17C2203/0648—Alloys or compositions of metals
    • 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
    • F17C2203/0665—Synthetics in form of fibers or filaments radially 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
    • F17C2203/0668—Synthetics in form of fibers or filaments axially 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
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2154—Winding
    • 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
    • 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
    • F17C2223/03—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)
    • 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
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/011—Improving strength
    • 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
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/01—Improving mechanical properties or manufacturing
    • F17C2260/012—Reducing weight
    • 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
    • F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
    • F17C2260/04—Reducing risks and environmental impact
    • F17C2260/042—Reducing risk of explosion
    • 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
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • 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
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/1352—Polymer or resin containing [i.e., natural or synthetic]
    • Y10T428/1362—Textile, fabric, cloth, or pile containing [e.g., web, net, woven, knitted, mesh, nonwoven, matted, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a pressure vessel used for a high-pressure gas storage vessel and the like, and a method for producing the same.
  • steel containers have been used as high-pressure gas storage containers.
  • steel storage containers were heavy and required enormous labor to move and transport.
  • a pressure vessel made of a composite material in which a resin or metal liner material is reinforced with reinforcing fibers has been used as a high-pressure gas storage vessel instead of a conventional steel vessel.
  • the pressure vessel made of the fiber reinforced composite material can increase the filling pressure and reduce the weight.
  • a typical method for winding a reinforcing fiber is a filament winding method.
  • the filament winding method is a method of manufacturing a pressure vessel made of a fiber-reinforced composite material by winding a continuous reinforcing fiber impregnated with a resin around a liner material (container body) and then curing the resin.
  • Patent Literature 1 proposes a pressure vessel provided with two or more fiber-reinforced composite material layers using different reinforcing fibers.
  • the strand elastic modulus of the outer layer is made higher than the strand elastic modulus of the inner layer so that the magnitude of the stress applied to each layer is substantially constant, so that the rupture pressure (burst pressure) Characteristics) can be increased.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-331032
  • FIG. 3 shows a pressure vessel disclosed in Patent Document 1.
  • This pressure vessel 5 0 is the resin-coated reinforcing material 52a, 53a, 54a on the body 5la of the cylindrical metal liner material 51 (container body) from inside to outside.
  • the coating layers 52, 53, and 54 made of fiber-reinforced resin were formed by winding the layers in a layer.
  • the pressure vessel 50 by setting the strand elastic modulus of the outer coating layer to be larger than the strand elastic modulus of the inner coating layer, the circumferential direction acting on each of the coating layers 52, 53, and 54 is set.
  • the magnitude of the tensile stress can be made almost constant. Therefore, in the pressure vessel 50, high pressure resistance is obtained, and the weight can be reduced.
  • the characteristics required for the pressure vessel not only the burst characteristics but also the fatigue characteristics are important.
  • compressive stress is applied to the liner material by performing self-tensioning treatment at high pressure, and this compressive stress is applied to the range of linear characteristics of the liner material. By setting so that the fatigue characteristics can be improved.
  • the burst pressure may be higher than necessary. If the pressure vessel is designed with emphasis on burst pressure, the necessary compressive stress will not be applied. As a result, there were problems such as an increase in the container weight.
  • pressure vessel standards such as the High Pressure Gas Safety Association Standard (KHK) S1121
  • KHK High Pressure Gas Safety Association Standard
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a lightweight pressure vessel having excellent fatigue characteristics and burst characteristics and a method of manufacturing the same.
  • the pressure vessel of the present invention is a high-strength reinforced fiber in which the surface of the vessel body is impregnated with resin.
  • the internal pressure is 0.7% or more and 0.9% or less, and the container body is plastically deformed by applying internal pressure, and the burst pressure is 2.2 to 2.8 times the filling pressure.
  • the method for manufacturing a pressure vessel according to the present invention includes forming a fiber reinforced resin layer made of a reinforced fiber resin, which is a reinforced fiber impregnated with a resin, on the surface of the container body, curing the fiber reinforced resin layer, After obtaining a pressure vessel of 2.2 to 2.8 times the filling pressure, apply internal pressure so that the circumferential strain on the vessel surface is 0.7% or more and 0.9% or less. It is characterized by plastic deformation.
  • the container body is applied by applying an internal pressure to the cured fiber-reinforced resin layer so that the strain in the circumferential direction of the vessel surface becomes 0.7% or more and 0.9% or less.
  • Plastic deformation of the steel is set to 2.2 to 2.8 times the filling pressure, so that the fatigue characteristics and burst characteristics are improved and the weight is reduced. It becomes possible.
  • FIG. 1 is a partial sectional view showing one embodiment of the pressure vessel of the present invention.
  • FIG. 3A is a partial cross-sectional view illustrating an example of a conventional pressure vessel.
  • 3 is an enlarged view of a main part of the pressure vessel shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows an embodiment of the pressure vessel of the present invention.
  • the pressure vessel 1 shown here has a substantially cylindrical vessel body 2 provided with a fiber-reinforced resin layer 4 made of a reinforcing fiber resin 3 which is a reinforcing fiber impregnated with a resin, on a surface thereof.
  • reference numeral 2a indicates a trunk
  • 2b indicates an opening
  • 2c indicates a bottom.
  • the container body 2 is preferably made of metal. Construct container body 2
  • the metal material is not particularly limited, but examples thereof include an aluminum alloy, a magnesium alloy, and iron.
  • an aluminum alloy is suitable for reducing the weight of the container body 2.
  • the fiber reinforced resin layer 4 preferably has a multilayer structure.
  • the fiber-reinforced resin layer 4 has a reinforcing fiber resin 3 on a circumferential orientation layer 3 a in which the fiber orientation is wound around the circumferential direction of the container body 2. It is configured to have an axial orientation layer 3b wound so that the orientation direction of the fiber is the long axis direction of the container body 2.
  • the fiber reinforced resin layer is not limited to the configuration shown in the figure, and may have a structure in which a plurality of circumferentially oriented layers and axially oriented layers are alternately laminated on the container body.
  • the outermost layer of the fiber-reinforced resin layer 4 be the circumferential orientation layer 3a because a good appearance state can be obtained.
  • the number and thickness of each layer can be arbitrarily selected depending on the use of the container, the type of the contents, the size, and the like.
  • the resin (matrix resin) impregnated into the reinforcing fibers is not particularly limited, and examples thereof include an epoxy resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, and an acrylic resin.
  • reinforcing fiber examples include, but are not particularly limited to, carbon fiber, glass fiber, aramide fiber, boron fiber, and PBO fiber.
  • the fiber reinforced resin layer 4 has a multilayer structure composed of a plurality of constituent layers, and the strand elastic modulus of the reinforcing fiber used for one of the constituent layers is used for one of the other constituent layers.
  • the strand elastic modulus By making the strand elastic modulus different from that of the reinforcing fiber, fatigue characteristics and burst characteristics can be improved.
  • a layer having a high strand elasticity is used for the inner (closer to the container body 2) constituent layer, it is less likely to be broken when ruptured, so that the safety of the container is improved.
  • the strand elastic modulus of the reinforcing fiber is 25 OGPa or more, the fatigue characteristics and Light weight can be improved.
  • the reinforcing fiber 8 is impregnated with the matrix resin 7 in the storage tank 6 to obtain the reinforcing fiber resin 3.
  • the reinforcing fiber resin 3 is wound around the container body 2 while rotating the container body 2 in the circumferential direction.
  • a circumferential orientation layer 3 a in which the fiber orientation direction of the reinforcing fiber resin 3 is the circumferential direction of the container body 2 is formed.
  • the axial orientation layer 3b is formed.
  • the fiber orientation direction of the reinforcing fiber resin 3 is set to be the major axis direction of the container body 2.
  • the intermediate container 5 is heated in the heating furnace 9.
  • the heating temperature is preferably from 40 to 180 ° C. If the temperature is lower than the above range or exceeds the above range, the fatigue characteristics and the burst characteristics of the pressure vessel 1 deteriorate.
  • the fiber reinforced resin layer 4 is cured.
  • the production conditions are set so that the burst pressure is 2.2 to 2.8 times (preferably 2.4 to 2.7 times) the filling pressure.
  • the circumferential strain on the container surface is 0.7% or more (preferably 0.75% or more) and 0.9% or less (preferably 0.85% or less).
  • the self-tightening treatment means increasing the internal pressure of the container of the intermediate container 5 (hereinafter, the maximum value of the internal pressure of the container at this time is referred to as the self-tightening pressure), and after the container body 2 made of the liner material is plastically deformed. This is a process of applying a compressive stress to the container body 2 due to the rigidity of the fiber-reinforced resin layer 4 by lowering the internal pressure of the container.
  • the self-compression pressure is 53 times or more the filling pressure and less than the burst pressure.
  • the pressure vessel 1 is obtained (FIG. 2D).
  • the manufacturing conditions are set so that the burst pressure is 2.2 to 2.8 times the filling pressure (preferably, 2.4 to 2.7 times). .
  • the burst pressure is less than 2.2 times the filling pressure, the fatigue properties and burst properties of the pressure vessel 1 will be insufficient.
  • the rupture pressure exceeds 2.8 times the filling pressure, the fatigue characteristics and rupture characteristics of the pressure vessel 1 become overspec. In this case, the weight of the container increases, which is not preferable in terms of weight reduction.
  • the burst pressure is the internal pressure of the container when the container is ruptured by increasing the internal pressure of the container.
  • the strain in the circumferential direction of the vessel surface during the self-tightening treatment is 0.7% or more and 0.9% or less, and the burst pressure is 2.2 times or more of the filling pressure. Since it is not more than twice, the fatigue characteristics and the burst characteristics are improved, and the reinforcing fiber resin 3 (fiber reinforced resin layer 4) can be made thinner, so that the weight can be reduced.
  • the reinforcing fiber resin 3 fiber reinforced resin layer 4
  • the vessel was set on a hydraulic destruction tester manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., and water pressure was applied to the vessel at a pressure increase rate of 1.4 MPa or less, and the pressure when the vessel burst was measured. This measurement The average was calculated three times.
  • the lightness was evaluated by measuring the weight of the fiber reinforced resin layer 4 of each container.
  • the materials used in Examples and Comparative Examples are as follows.
  • Reinforced fiber II Carbon fiber TRH 50-12 L manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used. This carbon fiber has a single fiber diameter of 7, a filament count of 12,000, a strand strength of 4900 MPa, a strand elastic modulus of 255 GPa, and an elongation of 1.9%.
  • (b) Reinforced fiber II Carbon fiber MR40-12K manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used. This carbon fiber has a single fiber diameter of 6 m, a filament count of 12,000, a strand strength of 440 OMPa, a strand elasticity of 295 GPa, and an elongation of 1.5%.
  • Reinforced fiber 3 Carbon fiber MR 50-12 K manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used. This carbon fiber has a single fiber diameter of 6 m, a filament count of 12000, a strand strength of 530 OMPa, a strand elastic modulus of 290 GPa, and an elongation of 1.8%.
  • Reinforced fiber 4 Carbon fiber HR40-12K manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used. This carbon fiber has a single fiber diameter of 6 mm, a number of filaments of 12000, a strand strength of 460 OMPa, a strand elasticity of 390 GPa, and an elongation of 1.2%.
  • Reinforced fiber 5 Carbon fiber TR 5 OS—ALA—12 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. L was used. This carbon fiber has a single fiber diameter of 7 zm, a filament count of 12000, a strand strength of 490 OMPa, a strand elasticity of 238 GPa, and an elongation of 2.0%.
  • Resin II Epoxy resin # 700B (Epicoat 828 / XN1045 / BYK-A506) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. was used.
  • Tow pre-reader 1 As a pre-predator consisting of one tow, a WDE-3D-1 (MR60H-24P) manufactured by Newport Ad e s iv e s and Compo s ite s inc. was used.
  • This tow prepredder is a carbon fiber MR 6 OH-24P manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., which is pre-impregnated with epoxy resin (viscosity at 50 ° C: about 30 poises). %.
  • the carbon fiber used had a single fiber diameter of 5 tm, a filament count of 24,000, a strand strength of 5700 MPa, and a strand elastic modulus of 295 GPa.
  • Tow Pre-Predator II WDE-3D-1 (HR40-12L) manufactured by Newport Adhesives and Compositesinc.
  • This tow prepredder is manufactured by replacing the above-mentioned MR 60H-24P with carbon fiber HR 40-12L manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. in the above tow prepredder, and has a width of about 3.5 mm and contains resin. Rate is about 28% by weight.
  • the carbon fiber used has a single fiber diameter of 7 m, a filament count of 12000, a strand strength of 460 OMPa, and a strand elastic modulus of 390 GPa.
  • the strand elastic modulus was determined in accordance with JISR 7601 by preparing a test piece, recording the load-elongation curve by a tensile test, and measuring the slope (specifically, 40 kgf From the increase in load ⁇ P (20 kgf) when a load was applied from to 60 kgf and the increase in elongation caused by ⁇ (the ratio APZAL).
  • the impregnating resin used when preparing the test pieces was ERL-4221 ( An epoxy resin Ji-Min was used in which an alicyclic epoxy resin (Dow Chemical Japan Co., Ltd.) was blended with Anchor 111 (boron trifluoride monoisopropylamine complex, PTI Japan Co., Ltd.) as a curing agent.
  • a 9-liter aluminum container body (total length 540 mm, trunk length 415 mm, trunk outer diameter 163 mm, wall thickness 3 mm at the center of the trunk) was used.
  • a pressure vessel 1 with a filling pressure of 70 MPa was produced by the following procedure.
  • the reinforcing fiber resin 3 impregnated with resin is wrapped around the container body 2 using a filament winding machine manufactured by Entec Co. immediately osite Machines Inc.
  • the resin layer 4 was formed.
  • the fiber-reinforced resin layer 4 has, from the inside to the outside, a circumferential orientation layer 3a a Z-axis orientation layer 3b a circumferential orientation layer 3a / an axial orientation layer 3b Structured.
  • the thickness of the fiber-reinforced resin layer 4 measured at the center of the trunk of the obtained intermediate container 5 was about 13 mm.
  • the intermediate container 5 was placed in the heating furnace 9, and the temperature in the furnace was raised from room temperature to 13 by 1 ° CZ. After confirming that the surface temperature of the fiber reinforced resin layer 4 reached 135 ° C., it was left for 1 hour. Thereafter, the temperature in the furnace was lowered to 60 ° C. at 1 ° C./min, and the intermediate container 5 was taken out of the heating furnace 9 and allowed to cool to room temperature. The weight of the fiber reinforced resin layer 4 was 5653.
  • the intermediate container 5 is subjected to a self-compression treatment at a self-compression treatment pressure of 125 MPa using a self-compression treatment device 10 (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), and a compressive stress is applied to the container body 2.
  • Pressure vessel 1 was obtained.
  • the circumferential strain on the container surface during the self-tightening treatment was 0.81%.
  • the burst pressure (average value) of the obtained pressure vessel 1 was 184 MPa. This value was equivalent to 2.6 times the filling pressure.
  • the rupture state at this time was an ideal way of rupture, in which the hole only near the center of the trunk and the container did not split.
  • the number of repetitions of the pressure fluctuation operation until the pressure vessel 1 burst was 11078.
  • the weight of the fiber-reinforced resin layer was 5653 g, so that light-weight dangling was possible.
  • a pressure vessel having a filling pressure of 7 OMPa was produced in the following procedure.
  • a reinforcing fiber having a relatively large elongation was used.
  • a fiber reinforced resin layer 4 made of a reinforced fiber resin 3 in which a reinforced fiber 1 was impregnated with a resin ⁇ was formed on the container body 2 to obtain an intermediate container 5.
  • the fiber reinforced resin layer 4 had a five-layer structure similar to that of Example 1.
  • the thickness of the fiber-reinforced resin layer 4 measured at the center of the body of the intermediate container 5 was about 15 mm.
  • the intermediate container 5 was heat-treated in the same manner as in Example 1.
  • the weight of the fiber reinforced resin layer 4 was 6641 g.
  • the intermediate container 5 was subjected to a self-tightening treatment in the same manner as in Example 1 to obtain a pressure container.
  • the circumferential strain on the container surface during the self-tightening treatment was 0.81%.
  • the burst pressure of the pressure vessel was 23 IMPa. This value was equivalent to 3.3 times the filling pressure.
  • the rupture state at this time was an ideal way of rupture in which only a hole was made near the center of the trunk and the container did not split.
  • the bursting pressure / filling pressure was increased by using a reinforcing fiber with high elongation, but it was confirmed that the fatigue properties were kept high, but the weight increased.
  • a pressure vessel having a filling pressure of 70 MPa was produced by the following procedure.
  • a reinforcing fiber having a relatively small elongation was used.
  • a fiber reinforced resin layer 4 made of a reinforcing fiber resin 3 in which a reinforcing fiber 4 was impregnated with a resin 1 was formed on the container body 2 to obtain an intermediate container 5.
  • the fiber-reinforced resin layer 4 had a five-layer structure similar to that of Example 1.
  • the thickness of the fiber-reinforced resin layer 4 measured at the center of the body of the intermediate container 5 was about 9 mm.
  • the intermediate container 5 was heat-treated in the same manner as in Example 1.
  • the weight of the fiber reinforced resin layer 4 was 4129 g.
  • the intermediate container 5 was subjected to a self-tightening treatment in the same manner as in Example 1 to obtain a pressure container.
  • the circumferential strain on the container surface during the self-tightening treatment was 0.81%.
  • the burst pressure of the pressure vessel was 148 MPa. This value corresponded to 2.1 times the filling pressure. At the time of the rupture, the container split from near the center of the trunk.
  • the weight was reduced by using reinforcing fibers with low elongation, but it was confirmed that the burst pressure was reduced, the burst pressure and the filling pressure of the cano were reduced, and the fatigue properties were also deteriorated.
  • a pressure vessel 1 having a filling pressure of 70 MPa was produced by the following procedure.
  • a circumferential orientation layer 3 a / axial direction orientation layer 3 b and a Z circumferential direction orientation layer 3 a were sequentially formed on the container body 2.
  • the axial alignment layer 3b / the circumferential alignment layer 3 is formed on the circumferential alignment layer 3a. a were sequentially formed to obtain an intermediate container 5.
  • the fiber reinforced resin layer 4 has a five-layer structure, and the strand elastic modulus of the reinforcing fibers used in the inner three layers of the constituent layers is the reinforcing fiber used in the outer two layers. It is larger than the strand elastic modulus of the fiber.
  • the thickness of the fiber-reinforced resin layer 4 measured at the center of the body of the intermediate container 5 was about 10.5 mm.
  • the intermediate container 5 was heat-treated in the same manner as in Example 1. Weight of fiber reinforced resin layer 4 The amount was 4861 g.
  • the intermediate container 5 was subjected to a self-tightening treatment in the same manner as in Example 1 to obtain a pressure container.
  • the circumferential strain on the container surface during the self-tightening treatment was 0.81%.
  • the rupture pressure of pressure vessel 1 was 188 MPa. This value was 2.7 times the filling pressure.
  • the rupture condition at this time was an ideal way of rupture in which only a hole was made near the center of the torso and the container did not split.
  • a pressure vessel with a filling pressure of 70 MPa was produced by the following procedure.
  • a fiber-reinforced resin layer 4 was formed on the container body 2 to obtain an intermediate container 5.
  • the fiber-reinforced resin layer 4 had a five-layer structure similar to that of Example 1.
  • the thickness of the fiber-reinforced resin layer 4 measured at the center of the body of the intermediate container 5 was about 16.5 mm.
  • the intermediate container 5 was heat-treated in the same manner as in Example 1.
  • the weight of the fiber reinforced resin layer 4 was 7355.
  • the intermediate container 5 was subjected to a self-tightening treatment in the same manner as in Example 1 to obtain a pressure container.
  • the circumferential strain on the container surface during the self-tightening treatment was 0.81%.
  • the burst pressure of the pressure vessel was 247 MPa. This value was equivalent to 3.5 times the filling pressure.
  • the rupture state at this time was an ideal way of rupture in which only a hole was made near the center of the trunk and the container did not split.
  • a pressure vessel with a filling pressure of 7 OMPa was produced in the same manner as in Example 1 except that the self-tensioning treatment pressure was set to 105 MPa.
  • the weight of the fiber reinforced resin layer 4 was 5631 g.
  • the circumferential strain on the container surface during the self-tightening treatment was 0.68%.
  • the burst pressure was 186MPa. This value was equivalent to 2.7 times the filling pressure.
  • the rupture state at this time was an ideal way of rupture in which the container was only opened with a hole near the center of the trunk and the container did not split.
  • a pressure vessel having a filling pressure of 70 MPa was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the self-tightening treatment pressure was set to 14 OMPa.
  • the circumferential strain on the container surface was about 0.91%.
  • the weight of the fiber reinforced resin layer 4 was 5647 g.
  • the rupture pressure was 183MPa. This value was equivalent to 2.6 times the filling pressure.
  • the rupture state at this time was an ideal way of rupture in which the container was only opened with a hole near the center of the trunk and the container did not split.
  • the weight of the fiber reinforced resin layer was 4608 g.
  • the circumferential strain on the container surface during the self-tensioning process was about 0.81%.
  • the burst pressure was 187MPa. This value was equivalent to 2.7 times the filling pressure.
  • the rupture state at this time was an ideal way of rupture in which the container was only opened with a hole near the center of the trunk and the container did not split.
  • Table 1 shows the results of the above Examples and Comparative Examples.
  • the pressure vessels of Examples 1 to 3 were excellent in burst characteristics and fatigue characteristics, could be reduced in weight, and exhibited an ideal burst state.
  • the pressure vessel of the comparative example having good burst characteristics or fatigue characteristics had a problem in weight reduction '(Comparative Examples 1 and 3).
  • the pressure vessel of the comparative example, in which the weight was reduced had inferior burst characteristics and fatigue characteristics (Comparative Examples 2, 4, and 5). In the pressure vessel of Comparative Example 2, the rupture state was also poor.
  • the strain in the circumferential direction of the vessel surface when the fiber-reinforced resin layer is subjected to self-tightening treatment is reduced to 0.7% or more and 0.9% or less.
  • the bursting pressure is 2.2 to 2.8 times the filling pressure, so that the fatigue characteristics and burst characteristics can be improved and the weight can be reduced.
  • the pressure vessel of the present invention is suitably used for a high-pressure gas storage vessel or the like.

Landscapes

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

Description

明細書 圧力容器およびその製造方法 技術分野
本発明は、 高圧ガス用の貯蔵容器などに用いられる圧力容器およびその製造方 法に関する。 背景技術
従来、 高圧ガスの貯蔵容器としては、 鋼鉄製の容器が用いられている。 しかし ながら、 鋼鉄製の貯蔵容器は重量が大きく、 移動や輸送等に多大な労力を必要と するものであった。 例えば、 気体燃料を用いる自動車では、 車両重量を小さくし 燃料消費量を抑制するため、 燃料貯蔵容器を軽量化することが求められている。 そこで、 高圧ガスの貯蔵容器として、 従来の鋼鉄製のものに代えて、 樹脂や金 属製のライナー材を強化繊維で補強した複合材料からなる圧力容器が用いられる ようになつている。 この繊維強化複合材料からなる圧力容器は、 充填圧力を高く でき、 かつ軽量化が可能となる。
この繊維強化複合材料からなる圧力容器を製造する工程において、 強化繊維を 巻き付けるための代表的な方法としては、 フィラメントワインディング法がある 。 フィラメントワインデイング法は、 樹脂を含浸した連続強化繊維をライナー材 (容器本体） に巻き付け、 その後、 樹脂を硬化させることにより繊維強化複合材 料からなる圧力容器を製造する方法である。
特許文献 1には、 異なる強化繊維を用いた 2層以上の繊維強化複合材料層を備 えた圧力容器が提案されている。 この圧力容器では、 外側の層のストランド弾性 率を内側の層のストランド弾性率よりも高くし、 それぞれの層に働く応力の大き さがほぼ一定となるようにすることによって、 破壌圧 （破裂特性） を高くするこ とができる。
【特許文献 1】 特開平 6— 3 3 1 0 3 2号公報
図 3は、 特許文献 1に開示された圧力容器を示すものである。 この圧力容器 5 0は、 円筒状の金属製のライナ一材 5 1 (容器本体） の胴部 5 l a上に、 樹脂被 覆を施した強化材 5 2 a、 5 3 a , 5 4 aを内側から外側に向けて層状に巻き付 けて、 繊維強化樹脂製の被覆層 5 2、 5 3、 5 4を形成したものである。
この圧力容器 5 0では、 外側の被覆層のストランド弾性率を、 内側の被覆層の ストランド弾性率よりも大きく設定することによって、 各被覆層 5 2、 5 3、 5 4に作用する周方向の引張り応力の大きさをほぼ一定とすることができるように なっている。 このため、 圧力容器 5 0では、 高耐圧性が得られ、 軽量化が可能と なる。
しかしながら、 上記従来の圧力容器では、 十分な破壊圧は得られるが、 別の問 題がある。 すなわち、 従来の容器は破裂時に粉々に碎けるため、 その破片が飛散 するのを防ぐ必要がある。
また、 圧力容器に要求される特性としては、 破裂特性だけでなく疲労特性も重 要である。 特にアルミニウムなどの金属からなるライナー材 （容器本体） を用い る容器の場合には、 高圧で自緊処理を行うことでライナー材に圧縮応力を与え、 この圧縮応力をライナー材の線形特性の範囲となるように設定することによって 、 疲労特性を向上させることができる。
しかしながら、 ライナ一材に適度に与える圧縮応力を重視して圧力容器を設計 すると、 必要以上に破壊圧が高くなることがある。 破壊圧を重視して圧力容器を 設計すると、 必要な圧縮応力が加えられなくなる。 これらの結果として容器重量 が大きくなるなどの問題が生じていた。
さらに、 高圧ガス保安協会規格 （KHK) S 1 1 2 1のような圧力容器の規格 は、 ガラス繊維の特性、 特に疲労特性を基に規格化されている。 そのため、 疲労 特性の良好な強化繊維を用いた圧力容器には、 不要に高い安全性が与えられてい るのが現状である。 発明の開示
本発明は上記した事情に鑑みなされたもので、 疲労特性および破裂特性に優れ 、 かつ軽量である圧力容器およびその製造方法を提供すること目的としている。 本発明の圧力容器は、 容器本体の表面に、 樹脂を含浸させた強化繊維である強 化繊維樹脂からなる繊維強化樹脂層を形成した圧力容器であって、 容器本体の表 面に繊維強化樹脂層を形成し、 この繊維強化樹脂層を硬化させた後、 容器表面の 周方向の歪が 0 . 7 %以上0 . 9 %以下となるように内圧をかけて容器本体を塑 性変形させたものであり、 破壊圧力が充填圧力の 2 . 2〜2 . 8倍であることを 特徴とする。
本発明の圧力容器の製造方法は、 容器本体の表面に、 樹脂を含浸させた強化繊 維である強化繊維樹脂からなる繊維強化樹脂層を形成し、 この繊維強化樹脂層を 硬化させ、 破壊圧力が充填圧力の 2 . 2〜2 . 8倍の圧力容器を得た後、 容器表 面の周方向の歪が 0 . 7 %以上0 . 9 %以下となるように内圧をかけて容器本体 を塑性変形させることを特徴とする。
上記の本発明の圧力容器およびその製造方法では、 硬化後の繊維強化樹脂層に 容器表面の周方向の歪が 0 . 7 %以上 0 . 9 %以下となるように内圧をかけて容 器本体を塑性変形する処理 （いわゆる自緊処理） を行い、 かつ破壊圧力を充填圧 力の 2 . 2〜2 . 8倍としたので、 疲労特性および破裂特性を向上させるととあ に、 軽量化が可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の圧力容器の一実施形態を示す部分断面図である。
図 2 A〜Dは、 図 1に示す圧力容器を製造する方法の一例を示す説明図である 図 3 Aは、 従来の圧力容器の一例を説明する部分断面図であり、 図 3 Bは、 A に示す圧力容器の要部拡大図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1は、 本発明の圧力容器の一実施形態を示すものである。
ここに示す圧力容器 1は、 略円筒形の容器本体 2の表面に、 樹脂を含浸させた 強化繊維である強化繊維樹脂 3からなる繊維強化樹脂層 4を設けたものである。 図中符号 2 aは胴部を示し、 2 bは開口部を示し、 2 cは底部を示す。
容器本体 2は、 金属からなるものであることが好ましい。 容器本体 2を構成す る金属材料は特に限定されないが、 例として、 アルミニウム合金、 マグネシウム 合金、 鉄などを挙げることができる。 特に、 アルミニウム合金は、 容器本体 2を 軽量化するには好適である。
繊維強化樹脂層 4は、 多層構造とするのが好ましい。 図示例において、 繊維強 化樹脂層 4は、 強化繊維樹脂 3をその繊維の配向方向が容器本体 2の周方向とな るように巻きつけた周方向配向層 3 a上に、 強化繊維樹脂 3をその繊維の配向方 向が容器本体 2の長軸方向となるように巻きつけた軸方向配向層 3 bを有する構 成とされている。
本発明において、 繊維強化樹脂層は、 図示した構成に限らず、 周方向配向層と 軸方向配向層とを容器本体上に交互に複数積層した構造とすることができる。 特 に、 繊維強化樹脂層 4の最外層を周方向配向層 3 aとすると、 良好な外観状態が 得られるため好ましい。 各層の数および厚みは、 容器の用途、 内容物の種類、 大 きさ等によって任意に選択することができる。
強化繊維に含浸させる樹脂 （マトリックス樹脂） としては、 特に限定されない が、 エポキシ樹脂、 ビニルエステル樹脂、 フエノール樹脂、 アクリル樹脂等が挙 げられる。
強化繊維としては、 特に限定されないが、 炭素繊維、 ガラス繊維、 ァラミド繊 維、 ボロン繊維、 P B O繊維等が挙げられる。
また、 伸度が 1 . 4 %以上1 . 6 %以下である強化繊維を用いると、 優れた疲 労特性および破裂特性を効率よく得ることができる。
また、 ストランド弾性率が異なる 2種類以上の強化繊維を用いることによって 、 疲労特性および破裂特性を向上させることができる。 例えば、 繊維強化樹脂層 4を、 複数の構成層からなる多層構造とし、 これら構成層のうち 1つに用いられ ている強化繊維のストランド弾性率が、 他の構成層のうち 1つに用いられている 強化繊維のストランド弾性率と異なるようにすることによって、 疲労特性および 破裂特性を向上させることができる。 この場合には、 内側 （容器本体 2に近い側 ) の構成層にストランド弾性率が高いものを用いると、 破裂したときに粉々にな りにくいので、 容器の安全性が向上する。
強化繊維のストランド弾性率は、 2 5 O G P a以上とすると、 疲労特性および 軽量性を向上させることができる。 次に、 上記圧力容器 1を製造する方法の一例について説明する。 '
( 1 ) 繊維強化樹脂層形成
図 2 Aに示すように、 貯槽 6内のマトリックス樹脂 7を強化繊維 8に含浸させ 、 強化繊維樹脂 3を得る。
次いで、 容器本体 2を周方向に回転させつつ、 強化繊維樹脂 3を容器本体 2に 巻き付ける。 これによつて、 強化繊維樹脂 3の繊維配向方向が容器本体 2の周方 向となる周方向配向層 3 aを形成する。 次いで、 軸方向配向層 3 bを形成する。 軸方向配向層 3 bを形成する際には、 強化繊維樹脂 3の繊維配向方向が容器本体 2の長軸方向となるようにする。 これによつて、 周方向配向層 3 aと軸方向配向 層 3 bとからなる繊維強化樹脂層 4を有する中間体容器 5が得られる。
なお、 軸方向配向層 3 bの上にさらに強化繊維樹脂層 3を形成するには、 上述 の方法を採用することが、できる。
( 2 ) 樹脂層硬化
図 2 Bに示すように、 中間体容器 5を加熱炉 9内で加熱する。
加熱温度は、 4 0〜1 8 0 °Cとするのが好ましい。 この温度が上記範囲未満で ある場合または上記範囲を越える場合には、 圧力容器 1の疲労特性および破裂特 性が劣化する。
この加熱処理によって、 繊維強化樹脂層 4を硬化させる。
本発明では、 破壊圧力が充填圧力の 2 . 2倍以上 2 . 8倍以下 （好ましくは、 2 . 4倍以上 2 . 7倍以下） となるように製造条件を設定する。
( 3 ) 自緊処理
図 2 Cに示すように、 自緊処理装置 1 0を用いて、 容器表面の周方向の歪が 0 . 7 %以上 （好ましくは 0 . 7 5 %以上） 、 0 . 9 %以下 （好ましくは 0 . 8 5 %以下） となるように自緊処理する。 自緊処理とは、 中間体容器 5の容器の内圧 を高め （以下、 このときの容器の内圧の最大値を自緊処理圧力という） 、 ライナ —材からなる容器本体 2を塑性変形させた後、 容器の内圧を低下させることによ つて、 繊維強化樹脂層 4の剛性により容器本体 2に圧縮応力を与える処理である 自緊処理圧力は、 充填圧力の 5 3倍以上、 破壊圧力未満とするのが好ましい 。 自緊処理圧力をこの範囲とすることによって、 容器本体 2に圧縮応力がかかる 充填媒体の充填と放出とを繰り返したときに、 容器本体 2にかかる応力が容器本 体 2の材料の線形特性の範囲となるため、 優れた疲労特性を得ることができる。 自緊処理圧力が上記範囲 （容器表面の周方向の歪が 0. 7〜0. 9%となる範 囲） を外れる場合には、 圧力容器 1の疲労特性および破裂特性が劣化する。
以上の操作によって、 圧力容器 1が得られる （図 2D) 。 上記したように、 圧力容器 1では、 破壊圧力が充填圧力の 2. 2倍以上 2. 8 倍以下 （好ましくは、 2. 4倍以上 2. 7倍以下） となるように製造条件を設定 する。
破壊圧力が充填圧力の 2. 2倍未満であると、 圧力容器 1の疲労特性および破 裂特性が不足する。 破壌圧力が充填圧力の 2. 8倍を越えると、 圧力容器 1の疲 労特性および破裂特性がオーバ一スペック （過剰） となる。 この場合には、 容器 重量が大きくなるため軽量化の点で好ましくない。
なお、 破壊圧力とは、 容器の内圧を高め、 容器を破裂させたときの容器の内圧 をいう。
圧力容器 1では、 自緊処理を行ったときの容器表面の周方向の歪が 0. 7%以 上 0. 9%以下であり、 かつ破壊圧力が充填圧力の 2. 2倍以上 2. 8倍以下で あるので、 疲労特性および破裂特性を向上させるとともに、 強化繊維樹脂 3 (繊 維強化樹脂層 4) を薄くすることができ、 軽量化することが可能となる。 実施例
以下、 具体例を示して本発明の圧力容器の作用効果を明確化する。
実施例および比較例の評価方法について説明する。
(1) 破壊圧力の測定方法 （破裂特性）
三菱レイヨン株式会社製水圧破壊試験機に容器をセットし、 昇圧速度 1. 4M P a以下で容器に水圧を負荷し、 容器が破裂したときの圧力を測定した。 この測 定を 3回行い、 その平均値を算出した。
(2) 疲労特性試験
三菱レイョン株式会社製水圧サイクル試験機に容器をセットし、 容器の内圧を 大気圧から充填圧力の 5 / 3倍の圧力まで上昇させた後、 大気圧に戻す圧力変動 操作を約 2回 Zmi nの速度にて繰り返すことで容器を破裂させ、 破裂するまで の圧力変動操作繰返し回数を測定した。 この測定を 3回行い、 その平均値を算出 した。
(3) 軽量性
軽量性は、 各容器の繊維強化樹脂層 4の重量を測定することで評価した。 実施例および比較例において使用した材料は以下の通りである。
(1) 強化繊維
(a) 強化繊維①：三菱レイヨン株式会社製炭素繊維 TRH 50— 12 Lを使用 した。 この炭素繊維は、 単繊維直径 7 、 フィラメント数 12000本で、 ス トランド強度 4900MP a、 ストランド弾性率 255 G P a、 伸度 1. 9 %で ある。
( b ) 強化繊維②：三菱レイョン株式会社製炭素繊維 M R40— 12Kを使用し た。 この炭素繊維は、 単繊維直径 6 m、 フィラメント数 12000本で、 スト ランド強度 440 OMP a、 ストランド弾性率 295 G P a、 伸度 1. 5 %であ る。
( c ) 強化繊維③：三菱レイョン株式会社製炭素繊維 MR 50- 12 Kを使用し た。 この炭素繊維は、 単繊維直径 6 m、 フィラメント数 12000本で、 スト ランド強度 530 OMP a、 ストランド弾性率 290 G P a、 伸度 1. 8 %であ る。
( d ) 強化繊維④：三菱レイョン株式会社製炭素繊維 H R40— 12Kを使用し た。 この炭素繊維は、 単繊維直径 6 ΠΙ、 フィラメント数 12000本で、 スト ランド強度 460 OMP a、 ストランド弾性率 390 G P a、 伸度 1. 2 %であ る。
(e) 強化繊維⑤：三菱レイヨン株式会社製炭素繊維 TR 5 O S— ALA— 12 Lを使用した。 この炭素繊維は、 単繊維直径 7 zm、 フィラメント数 12000 本で、 ストランド強度 490 OMP a、 ストランド弾性率 238 GP a、 伸度 2 . 0%である。
(2) マトリックス樹脂
樹脂①：三菱レイョン株式会社製エポキシ樹脂 # 700 B (組成ェピコート 82 8/XN1045/BYK-A506) を使用した。
(3) トウプリプレダ
(a) トウプリプレダ①： 1本のトウからなるプリプレダとして、 Newp o r t Ad e s i v e s and Compo s i t e s i n c. 社製 WD E— 3 D— 1 (MR60H-24P) を使用した。
このトウプリプレダは、 三菱レイヨン株式会社製炭素繊維 MR 6 OH-24P に、 予めエポキシ樹脂 （50°Cの粘度：約 30ポィズ） を含浸したもので、 幅が 約 4mm、 樹脂含有率が約 28質量％である。 用いられた炭素繊維は、 単繊維直 径 5 tm、 フィラメント数 24000本で、 ストランド強度 5700 MP a、 ス トランド弾性率 295 GP aである。
(b) トウプリプレダ②： Newpo r t Adhe s i v e s and Comp o s i t e s i nc. 社製 WDE— 3D—1 (HR40— 12 L) を使用した。 このトウプリプレダは、 上記トウプリプレダ①において、 炭素繊維を前述の M R 60H— 24 Pから三菱レイヨン株式会社製炭素繊維 HR 40— 12 Lに代え て製造したものであり、 幅が約 3. 5mm、 樹脂含有率が約 28質量％である。 用いられた炭素繊維は、 単繊維直径 7 m、 フィラメント数 12000本で、 ス トランド強度 460 OMP a、 ストランド弾性率 390 GP aである。
なお、 （a) 、 (b) において、 ストランド弾性率は、 J I S R 7601に 準拠して試験片を作成し、 引張試験により荷重一伸び曲線を記録し、 その勾配 （ 具体的には、 40 kg fから 60 kg f まで荷重をかけたときの荷重の増加分 Δ P (20 k g f ) と、 ΔΡによって生ずる伸びの増加分 ALの比 APZAL) か ら求めた。 なお、 試験片を作成した時に用いた含浸樹脂は、 ERL— 4221 ( 脂環式エポキシ樹脂、 ダウケミカル日本社製） に、 硬化剤としてアンカー 1 11 5 (三フッ化ホウ素モノイソプロピルアミン錯体、 PT Iジャパン社製） を配合 したエポキシ樹 Ji旨を用いた。
(4) 容器本体
容量 9リツトルのアルミニウム製容器本体 （全長 540mm、 胴部長さ 415 mm、 胴部外径 163mm、 胴部の中央での肉厚 3 mm) を使用した。
[実施例 1 ]
充填圧 70 MP aの圧力容器 1を以下の手順で作製した。
図 2 Aに示すように、 強化繊維②に榭脂①を含浸させた強化繊維樹脂 3を、 Entec Co即 osite Machines Inc.社製のフィラメントワインディング機を用いて容 器本体 2に巻き付け、 繊維強化樹脂層 4を形成した。 繊維強化樹脂層 4は、 内側 から外側に向けて、 周方向配向層 3 a Z軸方向配向層 3 b 周方向配向層 3 a/ 軸方向配向層 3 bZ周方向配向層 3 aを有する 5層構造とした。 得られた中間体 容器 5の胴部の中央部で繊維強化樹脂層 4の厚みを測定したところ、 約 13mm であった。
図 2 Bに示すように、 中間体容器 5を加熱炉 9に入れ、 炉内の温度を室温から 13 まで 1°CZ分で上昇させた。 繊維強化樹脂層 4の表面温度が 135°Cに 到達したことを確認した後、 1時間放置した。 その後、 炉内温度を 1°C/分で 6 0 °Cまで降下させ、 中間体容器 5を加熱炉 9から取り出して室温まで放冷した。 繊維強化樹脂層 4の重量は 5653 であった。
図 2Cに示すように、 自緊処理装置 10 (三菱レイヨン株式会社製） を用いて 、 中間体容器 5を自緊処理圧力 125MP aで自緊処理し、 容器本体 2に圧縮応 力を与え、 圧力容器 1を得た。 自緊処理時の容器表面の周方向の歪は 0. 81% であった。
得られた圧力容器 1の破壊圧力 （平均値） は 184MP aであった。 この値は 、 充填圧の 2. 6倍に相当した。 このときの破裂状態は、 いずれも胴部中央付近 に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。 疲労特性試験の結果、 圧力容器 1が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数 （ 平均値） は 1 1 0 7 8回であった。
以上のように、 実施例 1の圧力容器 1では、 破裂特性、 疲労特性において優れ た結果が得られた。 しかも、 実施例 1の圧力容器 1では、 繊維強化樹脂層の重量 が 5 6 5 3 gであることから軽量ィ匕も可能であった。
[比較例 1 ]
充填圧 7 O M P aの圧力容器を以下の手順で作製した。 この比較例では、 比較 的伸度が大きい強化繊維を用いた。
強化繊維①に樹脂①を含浸させた強化繊維樹脂 3からなる繊維強化樹脂層 4を 容器本体 2上に形成し、 中間体容器 5を得た。 繊維強化樹脂層 4は、 実施例 1と 同様の 5層構造とした。 中間体容器 5の胴部の中央部で繊維強化樹脂層 4の厚み を測定したところ、 約 1 5 mmであった。
中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして加熱処理した。 繊維強化樹脂層 4の重 量は 6 6 4 1 gであった。
次いで、 中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして自緊処理し、 圧力容器を得た 。 自緊処理時の容器表面の周方向の歪は 0 . 8 1 %であった。
圧力容器の破壊圧力は 2 3 I M P aであった。 この値は、 充填圧の 3 . 3倍に 相当した。 このときの破裂状態は、 いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器 が分割しない理想的な破裂の仕方であつた。
疲労特性試験の結果、 圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、 1 0 8 1 8回であった。
この圧力容器では、 伸度が大きい強化繊維を使用して、 破壊圧力/充填圧力を 高めたが、 疲労特性は高く保持されるものの、 重量が大きくなつてしまうことが 確認された。
[比較例 2 ] ·
充填圧 7 0 M P aの圧力容器を以下の手順で作製した。 この比較例では、 比較 的伸度が小さい強化繊維を用いた。 強化繊維④に樹脂①を含浸させた強化繊維樹脂 3からなる繊維強化樹脂層 4を 容器本体 2上に形成し、 中間体容器 5を得た。
繊維強化樹脂層 4は、 実施例 1と同様の 5層構造とした。 中間体容器 5の胴部 の中央部で繊維強化樹脂層 4の厚みを測定したところ、 約 9 mmであった。
中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして加熱処理した。 繊維強化樹脂層 4の重 量は 4 1 2 9 gであった。
次いで、 中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして自緊処理し、 圧力容器を得た 。 自緊処理時の容器表面の周方向の歪は 0 . 8 1 %であった。
圧力容器の破壊圧力は 1 4 8 M P aであった。 この値は、 充填圧の 2 . 1倍に 相当した。 破裂時には、 胴部中央付近から容器が分割してしまった。
疲労特性試験の結果、 圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、 4 7 8 3回であった。
この圧力容器では、 伸度が小さい強化繊維を使用して軽量化を図ったが、 破壊 圧力が低くなり、 破壊圧カノ充填圧力が低下するとともに、 疲労特性も劣化する ことが確認された。
[実施例 2 ]
充填圧 7 0 M P aの圧力容器 1を以下の手順で製造した。
強化繊維④に樹脂①を含浸させた強化繊維樹脂 3を用いて、 容器本体 2上に周 方向配向層 3 a /軸方向配向層 3 b Z周方向配向層 3 aを順次形成した。
次いで、 強化繊維④より伸度の大きい強化繊維③に樹脂①を含浸させた強化繊 維樹脂 3を用いて、 上記周方向配向層 3 a上に軸方向配向層 3 b /周方向配向層 3 aを順次形成し、 中間体容器 5を得た。
この圧力容器 1では、 繊維強化樹脂層 4が 5層構造を有し、 構成層のうち内側 の 3層に用いられている強化繊維のストランド弾性率が、 外側の 2層に用いられ ている強化繊維のストランド弾性率よりも大きくなつている。
中間体容器 5の胴部の中央部で繊維強化樹脂層 4の厚みを測定したところ、 約 1 0 . 5 mmであった。
中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして加熱処理した。 繊維強化樹脂層 4の重 量は 4 8 6 1 gであった。
次いで、 中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして自緊処理し、 圧力容器を得た 。 自緊処理時の容器表面の周方向の歪は 0 . 8 1 %であった。
圧力容器 1の破壌圧力は 1 8 8 M P aであった。 この値は、 充填圧の 2 . 7倍 に相当した。 このときの破裂状態は、 いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容 器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、 圧力容器 1が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は 、 1 0 3 2 9回であった。
この圧力容器 1では、 破裂特性、 疲労特性等において優れた結果が得られ、 し かも軽量化が可能であった。
[比較例 3 ]
充填圧 7 0 M P aの圧力容器を以下の手順で製造した。
強化繊維⑤に上記樹脂①を含浸させた強化繊維樹脂 3を用いて、 容器本体 2上:. に繊維強ィヒ榭脂層 4を形成し、 中間体容器 5を得た。
繊維強化樹脂層 4は、 実施例 1と同様の 5層構造とした。 中間体容器 5の胴部 の中央部で繊維強化樹脂層 4の厚みを測定したところ、 約 1 6 . 5 mmであった。 中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして加熱処理した。 繊維強化樹脂層 4の重 量は 7 3 5 5 であった。
次いで、 中間体容器 5を、 実施例 1と同様にして自緊処理し、 圧力容器を得た 。 自緊処理時の容器表面の周方向の歪は 0 . 8 1 %であった。
圧力容器の破壊圧力は 2 4 7 M P aであった。 この値は、 充填圧の 3 . 5倍に 相当した。 このときの破裂状態は、 いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器 が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、 圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、 1 0 8 1 8回であった。
この圧力容器では、 破裂特性、 疲労特性において良好な特性を有するものの、 重量が極めて大きくなり、 軽量化の点で望ましくないことが確認された。 [比較例 4]
自緊処理圧力を 105MP aとしたこと以外は実施例 1と同様にして、 充填圧 7 OMP aの圧力容器を作製した。 繊維強化樹脂層 4の重量は 5631 gであつ た。
自緊処理時の容器表面の周方向の歪は 0. 68%であった。
また、 破壊圧力は 186MP aであった。 この値は、 充填圧の 2. 7倍に相当 した。 このときの破裂状態は、 いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分 割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、 圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、 1055回であった。
自緊処理圧力を充填圧の 5/ 3倍 （70X 5/3= 1 17MP a) より低い値 としたこの圧力容器では、 疲労特性が著しく劣るものであつた。
[比較例 5]
自緊処理圧力を 14 OMP aとしたこと以外は実施例 1と同様にして、 充填圧 70 MP aの圧力容器を製造した。 容器表面の周方向の歪は約 0. 91 %であつ た。 繊維強化樹脂層 4の重量は 5647 gであった。
また、 破壌圧力は 183MP aであった。 この値は、 充填圧の 2. 6倍に相当 した。 このときの破裂状態は、 いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分 割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、 圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、 1612回であった。
この圧力容器は、 自緊処理圧力を大きくした結果、 無負荷状態での容器本体に 掛かる圧縮応力が容器本体の材料の降伏点を超え、 疲労特性が著しく劣るものと なった。
[実施例 3]
強化繊維④に樹脂①を含浸させた強化繊維樹脂に代えてトウプリプレダ②を用 レ 強化繊維③に樹脂①を含浸させた強化繊維樹脂に代えてトウプリプレダ①を 用いた以外は、 実施例 2と同様にして、 充填圧 70 MP aの圧力容器を製造した
。 繊維強化樹脂層の重量は 4608 gであった。
自緊処理時の容器表面の周方向の歪は約 0. 81%であった。
また、 破壊圧力は 187MP aであった。 この値は、 充填圧の 2. 7倍に相当 した。 このときの破裂状態は、 いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分 割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、 圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、
10186回であった。 上記実施例および比較例の結果を表 1に示す。
実施例 1〜 3の圧力容器は、 破裂特性および疲労特性に優れ、 軽量化が可能な ものであり、 しかも理想的な破裂状態を呈するものであった。
これに対して、 破裂特性または疲労特性が良好な比較例の圧力容器では、 軽量 化の点に問題があった' (比較例 1、 3) 。 一方、 軽量化が図られた比較例の圧力 容器では、 破裂特性、 疲労特性が劣るものであった （比較例 2、 4、 5) 。 比較 例 2の圧力容器では、 破裂状態も不良であった。
繊維強化樹脂層 自緊処理 歪 破壊圧力 破壊圧力 圧力変動 破裂状態 強化繊条ノ樹脂 厚み 圧力 /充填圧力 繰返し数
第 4ぉよぴ
(mm) ( 、g。)' (MPa) (%) (MPa) (-) (Ν)
実旆例 1 M 40/#700B 同左 0 81 184 2.6 11078 1ピース 比較例 1 TRH50/#700B 同左 15 6641 125 0.81 231 3.3 10818 1ピース 比較例 2 HR40/#700B 同左 9 4129 125 0.81 148 2.1 4783 2分割 以上 実施例 2 HR40/#700B MR應 700B 10.5 4861 125 0.81 188 2.7 10329 1ピース 比較例 3 TR50S/#700B 同左 16.5 7355 125 0.81 247 3.5 10818 1ピース 比較例 4 MR40/#700B 同左 13 5631 105 0.68 186 2.7 1055 1ピース 比較例 5 MR40/#700B 同左 13 5647 140 0.91 183 2.6 1612 1ピース 実施例 3 HR40/WDE MR60HAVDE 10 4608 125 0.81 187 2.7 10186 1ピース 第 1〜第 5層：最内側層を第 1層とし、 最外側層を第 5層とする t
TRH50：強化繊維①
MR40：強化繊維②
MR50：強化繊維③
HR40：強化繊維④
TR50S：強化繊維⑤
#700B：樹脂①
MR60HAVDE： トウプリプレダ①
HR40AVDE： トウプリプレダ②
1ピ一ス 容器が分割しない破裂
2分割以上：容器の分割を伴う破裂
産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明の圧力容器およびその製造方法では、 繊維強化樹 脂層に自緊処理を行ったときの容器表面の周方向の歪を 0 . 7 %以上 0 . 9 %以 下とし、 かつ破壌圧力を充填圧力の 2 . .2〜2 . 8倍としたので、 疲労特性およ び破裂特性を向上させるとともに、 軽量化が可能となる。
本発明の圧力容器は、 高圧ガス用の貯蔵容器等に好適に用いられる。
なお、 本発明は、 その主要な特徴から逸脱することなく、 他のいろいろな形実 施することができる。 前述の実施形態は単なる例示にすぎず、 限定的に解釈して はならない。 また、 本発明の範囲は、 特許請求の範囲によって示すものであって 、 明細書本文には、 なんら拘束されない。 また、 特許請求の範囲の均等範囲に属 する変形や変更は、 すべて本発明の範囲内のものである。

Claims

請求の範囲
1. 容器本体の表面に、 樹脂を含浸させた強化繊維である強化繊維樹脂からな る繊維強化樹脂層を形成した圧力容器であって、
容器本体の表面に繊維強化樹脂層を形成し、 この繊維強化樹脂層を硬化させた 後、 容器表面の周方向の歪が 0. 7%以上 0. 9%以下となるように内圧をかけ て容器本体を塑性変形させたものであり、 破壊圧力が充填圧力の 2. 2〜2. 8 倍であることを特徴とする圧力容器。'
2. 強化繊維は、 伸度が 1. 4〜1. 6%であることを特徴とする請求項 1記 載の圧力容器。
3. 強化繊維は、 ストランド弾性率が 25 OGP a以上であることを特徴とす る請求項 1記載の圧力容器。
4. 繊維強化樹脂層は、 複数の構成層からなる多層構造を有し、 .これら構成層 のうち 1つに用いられている強化繊維のストランド弾性率が、 他の構成層のうち
1つに用いられている強化繊維のストランド弾性率と異なることを特徴とする請 求項 1記載の圧力容器。
5. 繊維強化樹脂層は、 強化繊維樹脂の配向方向が容器本体の周方向である周 方向配向層と、 強化繊維樹脂の配向方向が容器本体の軸方向である軸方向配向層 とを含む多層構造を有することを特徴とする請求項 1記載の圧力容器。
6. 繊維強化樹脂層は、 周方向配向層と軸方向配向層とが交互に積層されたも のであることを特徴とする請求項 5記載の圧力容器。
7. 繊維強化樹脂層の最外層が、 周方向配向層であることを特徴とする請求項 5記載の圧力容器。
8. 容器本体がアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項 1記載の圧 力谷
9. 容器本体の表面に、 樹脂を含浸させた強化繊維である強化繊維樹脂からな る繊維強ィ匕樹脂層を形成し、 この繊維強化樹脂層を硬化させ、 破壊圧力が充填圧 力の 2. 2〜2. 8倍の圧力容器を得た後、 容器表面の周方向の歪が 0. 7%以 上 0. 9 %以下となるように内圧をかけて容器本体を塑性変形させることを特徴 とする圧力容器の製造方法。
PCT/JP2003/015426 2002-12-02 2003-12-02 圧力容器およびその製造方法 WO2004051138A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004556894A JP4639085B2 (ja) 2002-12-02 2003-12-02 圧力容器およびその製造方法
EP03777176A EP1571389B1 (en) 2002-12-02 2003-12-02 Pressure container and method of manufacturing the pressure container
DE60332268T DE60332268D1 (de) 2002-12-02 2003-12-02 Druckbehälter und verfahren zur herstellung des druckbehälters
US10/537,015 US20060099366A1 (en) 2002-12-02 2003-12-02 Pressure container and method of manufacturing the pressure container
CA002507872A CA2507872C (en) 2002-12-02 2003-12-02 Pressure vessel and method for producing the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002-350373 2002-12-02
JP2002350373 2002-12-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2004051138A1 true WO2004051138A1 (ja) 2004-06-17
WO2004051138A8 WO2004051138A8 (ja) 2004-08-05

Family

ID=32463084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2003/015426 WO2004051138A1 (ja) 2002-12-02 2003-12-02 圧力容器およびその製造方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20060099366A1 (ja)
EP (1) EP1571389B1 (ja)
JP (1) JP4639085B2 (ja)
CN (1) CN1720411A (ja)
CA (1) CA2507872C (ja)
DE (1) DE60332268D1 (ja)
ES (1) ES2341442T3 (ja)
WO (1) WO2004051138A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012519596A (ja) * 2009-03-11 2012-08-30 アブーレ・テクノロジーズ・エービー 高圧プレス用の圧力容器
WO2014174845A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 Ｊｆｅスチール株式会社 蓄圧器
KR20190028687A (ko) 2016-07-15 2019-03-19 가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼 수소용 압력 용기 및 그 제조 방법
JP2020200846A (ja) * 2019-06-06 2020-12-17 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 高圧ガス容器及びその製造方法
JP7031806B1 (ja) * 2020-12-11 2022-03-08 三菱瓦斯化学株式会社 圧力容器および圧力容器の製造方法
WO2022123883A1 (ja) * 2020-12-11 2022-06-16 三菱瓦斯化学株式会社 圧力容器および圧力容器の製造方法

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0618231D0 (en) * 2006-09-15 2006-10-25 Walker & Co James Ltd Submergible motor protector bag
US8146761B2 (en) * 2007-01-08 2012-04-03 Ncf Industries, Inc. Intermodal container for transporting natural gas
US8931661B2 (en) 2009-04-01 2015-01-13 Nissan Motor Co., Ltd. Structure and manufacturing method for pressure vessel
US9316359B2 (en) 2009-04-10 2016-04-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tank and manufacturing method thereof
US8657146B2 (en) * 2010-02-19 2014-02-25 GM Global Technology Operations LLC Optimized high pressure vessel
WO2011113417A1 (de) * 2010-03-15 2011-09-22 Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg Behälter und dessen verwendung sowie verfahren zum umwickeln eines körpers mit einem kohlenstofffastermaterial
JP5707727B2 (ja) * 2010-04-23 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 ガス充填方法、ガス充填システム、ガスステーション及び移動体
US20120214088A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Gm Global Technology Operations, Inc. Hydrogen storage tank
CN103016949A (zh) * 2012-12-12 2013-04-03 沈阳航天新光集团有限公司 全缠绕无缝内胆复合材料高压气瓶及其制备方法
CN103016950B (zh) * 2012-12-31 2014-11-26 南京航空航天大学 一种复合材料压力容器的制造方法
US9774047B2 (en) * 2013-03-26 2017-09-26 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for forming a matrix liner for a pressure vessel
DE102014101972B4 (de) * 2014-02-17 2018-06-07 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zum Herstellen eines nahtlosen Druckbehälters zur Speicherung von Wasserstoff
JP6509900B2 (ja) * 2014-03-28 2019-05-08 ファーベル・インダストリエ・エス．ピー．エー．Ｆａｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ Ｓ．Ｐ．Ａ． 複合材料の圧力容器、並びに、容器を制御するためのシリンダー及び方法
DE102014217515B4 (de) * 2014-09-02 2022-03-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Schutz eines Hochdruckgasbehälters eines Kraftfahrzeugs
JP6281525B2 (ja) * 2015-05-21 2018-02-21 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク、高圧タンクの製造方法、ライナー形状の設計方法
DE102015225690A1 (de) * 2015-12-17 2017-06-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Druckbehälter mit Endlosfasern
CN105782436B (zh) * 2016-04-28 2018-09-25 庆丰鞋业（江苏）有限公司 一种具有缓冲功能的压力容器
CN109891021B (zh) * 2016-10-28 2022-04-12 三菱化学株式会社 碳纤维用上浆剂、碳纤维用上浆剂的水分散液、和附着有上浆剂的碳纤维束
JP6713920B2 (ja) 2016-12-08 2020-06-24 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク
DE102017200302A1 (de) * 2017-01-10 2018-07-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Drucktanks sowie ein entsprechender Drucktank
JP6766756B2 (ja) * 2017-06-08 2020-10-14 豊田合成株式会社 耐圧容器
JP2019143648A (ja) * 2018-02-15 2019-08-29 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクの製造方法
JP7040425B2 (ja) 2018-11-29 2022-03-23 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクの製造方法
CN113557077B (zh) * 2019-03-12 2023-09-12 旭化成株式会社 过滤方法、海水淡化方法、淡水制造方法、中空纤维膜组件以及海水淡化***
JP7314771B2 (ja) * 2019-11-11 2023-07-26 トヨタ自動車株式会社 圧力容器及びその製造方法
JP7226346B2 (ja) * 2020-01-09 2023-02-21 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクの製造方法およびその製造装置
CN112223778A (zh) * 2020-09-23 2021-01-15 南京航空航天大学 一种制备复合材料缠绕板材的方法
US11841112B2 (en) 2021-03-24 2023-12-12 Lockheed Martin Corporation Storage vessels with fiber composite reinforcement

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50144121A (ja) * 1974-04-19 1975-11-19
JPH06331032A (ja) * 1993-05-19 1994-11-29 Japan Steel Works Ltd:The 圧力容器
JPH11230347A (ja) * 1998-02-19 1999-08-27 Toray Ind Inc 繊維強化プラスチック製圧力容器
JP2000249294A (ja) * 1999-03-03 2000-09-12 Toray Ind Inc 圧力容器およびその製造方法
JP2001181406A (ja) * 1999-12-22 2001-07-03 Kanazawa Inst Of Technology 炭素繊維強化プラスチック、およびそれを用いた部材
US20020029449A1 (en) 2000-09-12 2002-03-14 Heinz Portmann Pre-stressed fibre-reinforced high pressure vessel

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3240644A (en) * 1962-11-02 1966-03-15 Specialties Dev Corp Method of making pressure vessels
US4589562A (en) * 1981-05-04 1986-05-20 Fawley Norman Structures reinforced by a composite material
US4589569A (en) * 1983-10-24 1986-05-20 Solo Cup Company Lid for drinking cup
US4699288A (en) * 1986-04-28 1987-10-13 Edo Corporation/Fiber Science Division High pressure vessel construction
EP0810081B1 (en) * 1995-12-04 2003-03-26 Toray Industries, Inc. Pressure vessel and method of manufacturing same
US6354334B1 (en) * 2000-02-25 2002-03-12 Fernand Ellyin Fiber-reinforced composite wrapped steel liner

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50144121A (ja) * 1974-04-19 1975-11-19
JPH06331032A (ja) * 1993-05-19 1994-11-29 Japan Steel Works Ltd:The 圧力容器
JPH11230347A (ja) * 1998-02-19 1999-08-27 Toray Ind Inc 繊維強化プラスチック製圧力容器
JP2000249294A (ja) * 1999-03-03 2000-09-12 Toray Ind Inc 圧力容器およびその製造方法
JP2001181406A (ja) * 1999-12-22 2001-07-03 Kanazawa Inst Of Technology 炭素繊維強化プラスチック、およびそれを用いた部材
US20020029449A1 (en) 2000-09-12 2002-03-14 Heinz Portmann Pre-stressed fibre-reinforced high pressure vessel

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1571389A4

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012519596A (ja) * 2009-03-11 2012-08-30 アブーレ・テクノロジーズ・エービー 高圧プレス用の圧力容器
US8528763B2 (en) 2009-03-11 2013-09-10 Avure Technologies Ab Pressure vessel for a high pressure press
WO2014174845A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 Ｊｆｅスチール株式会社 蓄圧器
JP5956602B2 (ja) * 2013-04-26 2016-07-27 Ｊｆｅスチール株式会社 蓄圧器
US10837602B2 (en) 2013-04-26 2020-11-17 Jfe Steel Corporation Hydrogen storage tank
KR20190028687A (ko) 2016-07-15 2019-03-19 가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼 수소용 압력 용기 및 그 제조 방법
JP2020200846A (ja) * 2019-06-06 2020-12-17 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 高圧ガス容器及びその製造方法
JP7031806B1 (ja) * 2020-12-11 2022-03-08 三菱瓦斯化学株式会社 圧力容器および圧力容器の製造方法
WO2022123883A1 (ja) * 2020-12-11 2022-06-16 三菱瓦斯化学株式会社 圧力容器および圧力容器の製造方法
EP4261027A1 (en) * 2020-12-11 2023-10-18 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Pressure vessel and method for manufacturing pressure vessel
EP4261027A4 (en) * 2020-12-11 2024-05-22 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. PRESSURE VESSEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE PRESSURE VESSEL

Also Published As

Publication number Publication date
US20060099366A1 (en) 2006-05-11
DE60332268D1 (de) 2010-06-02
CN1720411A (zh) 2006-01-11
ES2341442T3 (es) 2010-06-21
JP4639085B2 (ja) 2011-02-23
EP1571389B1 (en) 2010-04-21
EP1571389A4 (en) 2009-01-21
WO2004051138A8 (ja) 2004-08-05
CA2507872C (en) 2008-05-06
CA2507872A1 (en) 2004-06-17
JPWO2004051138A1 (ja) 2006-04-06
EP1571389A1 (en) 2005-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2004051138A1 (ja) 圧力容器およびその製造方法
EP1659331B1 (en) High-performance pressure vessel and carbon fiber for pressure vessel
CA2912415C (en) Hydrogen storage tank
US10563818B1 (en) Basalt-based pressure vessel for gas storage and method for its production
CN1325838C (zh) 碳纤维复合材料高压气瓶
US20220275909A1 (en) Pressure Vessel
CN100491805C (zh) 碳纤维复合材料高压气瓶的制造方法
US7867589B2 (en) Hybrid cryogenic tank construction and method of manufacture therefor
CN101723086A (zh) 纤维增强复合材料航空发动机风扇包容环
WO1997028401A1 (en) High-performance, thin metal-lined, composite overwrapped pressure vessel
US4073400A (en) Gas containers
CN102211405A (zh) 轻质高压复合材料气瓶成型工艺
CN103148340A (zh) 一种钢丝缠绕结构的高压气瓶
US6325108B1 (en) Prestressed composite cryogenic piping
CN203273275U (zh) 一种钢丝缠绕结构的高压气瓶
JP2003080609A (ja) 特に宇宙ロケット用の高圧タンクの製造方法及び得られたタンク
JP2004245348A (ja) 圧力容器
JP2020200846A (ja) 高圧ガス容器及びその製造方法
Lark Filament-wound composite vessels material technology
RU193002U1 (ru) Баллон для хранения сжатого натурального газа
JP2004245347A (ja) 圧力容器
CN118110915A (zh) 碳纳米管复合材料压力容器、其制备方法及应用
Yang Influence of pre-tightening force on bearing capacity of composite cylinder
JP2001163166A (ja) エアバッグインフレータ用高圧容器

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA CN JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

D17 Declaration under article 17(2)a
WR Later publication of a revised version of an international search report
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004556894

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2507872

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006099366

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 20038A47058

Country of ref document: CN

Ref document number: 10537015

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003777176

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003777176

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10537015

Country of ref document: US