專利名稱：壓力容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及貯存高壓氣體等的壓力容器。
背景技術(shù)：
在搭載有燃料電池并以燃料電池產(chǎn)生的電作為能源而行駛的燃料電池車輛上搭載有向所述燃料電池供給氫(燃料)的氫罐(壓力容器)；向所述燃料電池供給包含作為氧化劑的氧的空氣的壓縮機(jī)；輸出在燃料電池中循環(huán)的制冷劑的制冷劑泵；將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的PDU(Power Drive Unit)行駛用的電動(dòng)機(jī)；將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪傳遞的傳遞系統(tǒng)(drive train)。在此，壓縮機(jī)、制冷劑泵、PDU、傳遞系統(tǒng)等外部設(shè)備隨著車輛動(dòng)作而發(fā)熱。氫以高壓填充于所述氫罐內(nèi)，在從氫罐向燃料電池供給氫的氫供給流路中設(shè)有減壓閥。并且，根據(jù)基于油門開度等算出的要求電力來設(shè)定氫的目標(biāo)壓力，并對(duì)所述減壓閥進(jìn)行控制，以使所述減壓閥的二次側(cè)壓力成為所述目標(biāo)壓力。與填充于這種氫罐內(nèi)的氫(氣體)不同，在積存有液體燃料(汽油)的燃料罐內(nèi)， 為了抑制因進(jìn)入熱量而產(chǎn)生的燃料蒸氣，提出有形成多層箱結(jié)構(gòu)且裝入散熱機(jī)構(gòu)的燃料罐 (參照專利文獻(xiàn)1)。日本特開2001-130271號(hào)公報(bào)然而，當(dāng)燃料電池車輛因在盛夏的高溫環(huán)境下行駛或者因前述那樣壓縮機(jī)等外部設(shè)備的發(fā)熱而導(dǎo)致熱量進(jìn)入氫罐時(shí)，貯藏的氫膨脹，氫罐內(nèi)的壓力上升。這樣，若氫罐中的氫的壓力上升，則所述減壓閥的一次側(cè)壓力也上升，為此，可能要以比所述目標(biāo)壓力高的壓力向燃料電池供給氫。并且，若這樣以高的壓力供給氫，則在燃料電池內(nèi)未被消耗而排出的氫的量變多，從而可能效率降低。另外，由于供給過剩的氫，燃料電池組的固體高分子電解質(zhì)膜也可能劣化。在此，雖然也可以考慮使用控制范圍廣的寬程(wide-range)減壓閥，但是這種寬程的減壓閥非常貴，從而需要增加成本。另外，若為了抑制向氫罐內(nèi)進(jìn)入的熱量而形成多層箱結(jié)構(gòu)，則存在氫罐的外徑變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種即使受熱，熱量也難以傳到內(nèi)部的緊湊的壓力容器。為了解決上述問題，本發(fā)明的壓力容器采用如下的機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的第一方案為壓力容器(例如，后述的實(shí)施例中的氫罐3)，其特征在于，具備內(nèi)襯(例如，后述的實(shí)施例中的內(nèi)襯21)，其內(nèi)部成為貯藏室；加強(qiáng)層(例如，后述的實(shí)施例中的加強(qiáng)層22)，其由在所述內(nèi)襯的外表面形成的纖維強(qiáng)化塑料形成；保護(hù)層(例如， 后述的實(shí)施例中的保護(hù)層23)，其形成于所述加強(qiáng)層的外表面，且通過使熱發(fā)泡性材料(例如，后述的實(shí)施例中的熱發(fā)泡性樹脂層23a)夾在纖維材料(例如，后述的實(shí)施例中的玻璃纖維23b)與纖維材料之間而形成。在本發(fā)明的第一方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的第二方案的壓力容器的特征在于，所述保護(hù)層通過將纖維材料束浸入液狀的熱發(fā)泡性材料中，并在浸漬后將其纏繞在所述加強(qiáng)層的外表面且使其固化而形成。在本發(fā)明的第一或第二方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的第三方案的壓力容器的特征在于，在所述保護(hù)層的外表面具備防水層(例如，后述的實(shí)施例中的防水層對(duì))。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的第一方案，當(dāng)壓力容器從外部受熱時(shí)，保護(hù)層的熱發(fā)泡性材料發(fā)泡而成為隔熱材料，從而能夠抑制向貯藏室進(jìn)入熱量，其結(jié)果是，能夠抑制貯藏室內(nèi)部壓力的上升。另外，由于保護(hù)層通過使熱發(fā)泡性材料夾在纖維材料與纖維材料之間而形成，因此能夠在加強(qiáng)層的外表面層疊大致均勻的熱發(fā)泡性材料。另外，通過使熱發(fā)泡性材料的膜厚均勻化，能夠使膜厚變薄，從而能夠?qū)崿F(xiàn)壓力容器的輕量、緊湊化。并且，在形成保護(hù)層后，纖維材料還能夠防止熱發(fā)泡性材料的脫落。根據(jù)本發(fā)明的第二方案，當(dāng)在加強(qiáng)層的外表面形成保護(hù)層時(shí)，能夠防止熱發(fā)泡性材料的液體垂下，從而能夠?qū)岚l(fā)泡性材料的膜厚確保為規(guī)定的膜厚。根據(jù)本發(fā)明的第三方案，能夠?qū)ΡＷo(hù)層提高耐水性。


圖1是具備作為本發(fā)明涉及的壓力容器的氫罐的燃料電池車輛的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示將受熱前的壓力容器的一部分剖開而示出的圖。
圖3是發(fā)泡前的保護(hù)層的剖視圖。
圖4是表示保護(hù)層的熱發(fā)泡性材料發(fā)泡后的狀態(tài)的相當(dāng)于圖2的剖視圖。
符號(hào)說明
3氫罐(壓力容器)
21內(nèi)襯
22加強(qiáng)層
23保護(hù)層
23a熱發(fā)泡性樹脂層(熱發(fā)泡性材料)
23b玻璃纖維(纖維材料)
24防水層
具體實(shí)施例方式以下，參照?qǐng)D1至圖4，說明本發(fā)明涉及的壓力容器的實(shí)施例。需要說明的是，本實(shí)施例為將本發(fā)明涉及的壓力容器適用于在燃料電池車輛上搭載的氫罐(燃料罐)的形態(tài)。圖1是表示燃料電池車輛的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖，燃料電池車輛1具備被供給作為燃料的氫和作為氧化劑的氧而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池組(燃料電池)2 ；貯藏高壓的氫的氫罐(壓力容器)3 ；將從氫罐3放出的高壓的氫減壓的減壓閥4 ；向燃料電池組2供給含有氧的空氣的壓縮機(jī)5;以及稀釋器6等。燃料電池組2為固體高分子型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell PEFC)，其由通過隔板(未圖示)夾持MEA(Membrane Electrode Assembly，膜電極接合體) 而成的單電池多個(gè)層疊而構(gòu)成。MEA具備電解質(zhì)膜(固體高分子膜)和將其夾持的陰極及陽(yáng)極。在各隔板上形成有由槽或貫通孔構(gòu)成的陽(yáng)極流路加及陰極流路2c?？諝馔ㄟ^壓縮機(jī)5被加壓至規(guī)定壓力，然后通過空氣供給流路7向燃料電池組2 的陰極流路2c供給。供給到陰極流路2c的空氣在供發(fā)電后作為空氣廢氣而被從燃料電池組2排出，通過空氣排出流路8而向稀釋器6排出。需要說明的是，壓縮機(jī)5將燃料電池組 2或高壓蓄電池(未圖示)作為電源，其中高壓蓄電池將燃料電池組2產(chǎn)生的電蓄電。在空氣排出流路8設(shè)有背壓閥9，該背壓閥9用于調(diào)整燃料電池組2的陰極流路 2c的空氣壓力。未圖示的電子控制裝置根據(jù)油門開度算出要求電力、目標(biāo)空氣壓力、目標(biāo)氫壓力， 并而控制背壓閥9的開度以及壓縮機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度，以達(dá)到目標(biāo)空氣壓力。另外，氫以高壓貯藏在氫罐3內(nèi)，從氫罐3放出的氫通過氫供給流路10，由設(shè)在氫供給流路10上的減壓閥4減壓，然后向燃料電池組2的陽(yáng)極流路加供給。減壓閥4將從空氣供給流路7經(jīng)由導(dǎo)壓管11而輸入的空氣的壓力(即，陰極壓力)作為信號(hào)壓，將從氫罐3供給的高壓的氫減壓為比所述信號(hào)壓高規(guī)定壓力的壓力。由此，將燃料電池2的陰極和陽(yáng)極間的極間差壓保持為規(guī)定的壓力。未被燃料電池2消耗的未反應(yīng)的氫作為氫廢氣而被從燃料電池組2排出，通過氫廢氣流路12而向稀釋器6排出。然后，氫廢氣在稀釋器6內(nèi)與空氣廢氣混合而被稀釋，將混合氣體從稀釋器6經(jīng)由排氣管13向外部排出。壓縮機(jī)5在動(dòng)作時(shí)成為產(chǎn)生熱量的熱源，在本實(shí)施例中，以壓縮機(jī)5產(chǎn)生的熱量的一部分向氫罐3傳遞的情況進(jìn)行說明。當(dāng)氫罐3受到壓縮機(jī)5產(chǎn)生的熱量時(shí)，若該熱量傳遞到氫罐3的內(nèi)部，則在氫罐3內(nèi)貯藏的氫膨脹，從而氫的壓力增大。因此，在本實(shí)施例的氫罐3中采用即使氫罐3從外部受熱，熱量也難以傳遞到內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，作為這樣對(duì)氫罐3施加熱量的熱源，除壓縮機(jī)5外，還能夠列舉出電子控制裝置、制冷劑泵、高壓蓄電池、PDU、傳動(dòng)系統(tǒng)等各種熱源。以下，說明氫罐3的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，氫箱3呈大致圓筒狀，其長(zhǎng)度方向水平而設(shè)置在燃料電池車輛1上。 在氫罐3的金屬蓋3a內(nèi)置有溢流閥(省略圖示)。圖2是將氫罐3的周壁部的一部分剖開而示出的圖。氫罐3具備構(gòu)成最內(nèi)側(cè)的壁部且其內(nèi)側(cè)成為氫的貯藏室20的大致圓筒形的鋁合金制的內(nèi)襯21 ；以覆蓋內(nèi)襯21的方式形成在內(nèi)襯21的外表面的加強(qiáng)層22 ；以覆蓋加強(qiáng)層22的方式形成在加強(qiáng)層22的外表面的保護(hù)層23 ；以覆蓋保護(hù)層23的方式形成在保護(hù)層23的外表面的防水層M。由于加強(qiáng)層22用來加強(qiáng)內(nèi)襯21而提高機(jī)械強(qiáng)度，因此在各種纖維強(qiáng)化塑料中，作為一例而由碳纖維強(qiáng)化塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic，以下稱為CFRP)構(gòu)成加強(qiáng)層22。加強(qiáng)層22例如能夠以如下方式形成，即，將例如浸漬有熱固化性樹脂的長(zhǎng)碳纖維在內(nèi)襯21上規(guī)定地卷繞后，使所述熱固化性樹脂固化。保護(hù)層23防止加強(qiáng)層22損傷，并且在受熱時(shí)形成隔熱層而使熱量難以向內(nèi)部傳遞。保護(hù)層23例如能夠以如下方式形成，即，將長(zhǎng)玻璃纖維束浸入熱發(fā)泡性樹脂溶液中，該熱發(fā)泡性樹脂溶液是通過水將熱發(fā)泡性樹脂溶解而形成的，然后使所述玻璃纖維浸漬熱發(fā)泡性樹脂溶液，使其沿著加強(qiáng)層22的外表面沿圓周方向纏繞，并使其干燥固化。需要說明的是，作為熱發(fā)泡性樹脂，能夠可以例示出以聚磷酸銨等的發(fā)泡劑為成分的公知的熱發(fā)泡性隔熱涂料。圖3是這樣形成的保護(hù)層23的剖視圖，多根玻璃纖維(纖維材料)2 空出間隙地配置于熱發(fā)泡性樹脂層(熱發(fā)泡性材料)23。換言之，熱發(fā)泡性樹脂層23a夾在玻璃纖維 2 與玻璃纖維2 之間。該熱發(fā)泡性樹脂在由外部加熱而溫度上升時(shí)發(fā)生軟化，當(dāng)發(fā)泡劑達(dá)到發(fā)泡溫度時(shí)產(chǎn)生氣體而發(fā)泡，在內(nèi)部形成多個(gè)氣泡而膨脹。需要說明的是，由于熱發(fā)泡性樹脂發(fā)泡的溫度由發(fā)泡劑的發(fā)泡溫度決定，因此通過改變發(fā)泡劑能夠設(shè)定為期望的溫度。防水層M對(duì)保護(hù)層23提供耐水性，例如能夠由聚氨酯樹脂構(gòu)成。
根據(jù)這樣構(gòu)成的氫罐3，能夠獲得如下的效果。由于在加強(qiáng)層22的外側(cè)設(shè)置保護(hù)層23，因此即使小石子等飛到氫罐3上，因通過保護(hù)層3保護(hù)加強(qiáng)層22，小石子等也不會(huì)直接碰撞加強(qiáng)層22，因此加強(qiáng)層22不會(huì)受損傷。由于在保護(hù)層23的外側(cè)設(shè)有防水層24，因此即使氫罐3被雨水等覆蓋，水被防水層M隔斷而不會(huì)進(jìn)入到保護(hù)層23。其結(jié)果是，能夠使具備水溶性的熱發(fā)泡樹脂層23a的保護(hù)層23長(zhǎng)期保持為適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)。另外，壓縮機(jī)5因其動(dòng)作而發(fā)熱，其熱量向氫罐3傳遞，當(dāng)保護(hù)層23的熱發(fā)泡性樹脂層23a的溫度上升到規(guī)定的發(fā)泡溫度時(shí)，熱發(fā)泡性樹脂層23a軟化、發(fā)泡、膨脹，如圖4所示，玻璃纖維2 保留在其原來的位置，僅熱發(fā)泡性樹脂層23a膨脹到玻璃纖維2 上方， 在其上部形成有由氣泡構(gòu)成的隔熱層23c。由此，在氫罐3中，從壓縮機(jī)5接受熱量的部分的表面由隔熱層23c覆蓋，壓縮機(jī)5 產(chǎn)生的熱量被隔熱層23c隔熱，因此熱量難以向內(nèi)部(接近內(nèi)襯21的方向)傳遞，從而能夠抑制向貯藏室20進(jìn)入熱量。其結(jié)果是，在內(nèi)襯21內(nèi)填充的氫的溫度也難以上升，能夠抑制氫膨脹，能夠抑制氫的壓力上升。因此，圖1所示的減壓閥4的一次側(cè)壓力不會(huì)受到壓縮機(jī)5發(fā)熱的影響而上升。因此，無需使減壓閥4成為控制范圍廣的寬程的減壓閥，能夠以低成本制造燃料電池車輛1。并且，減壓閥4能夠?qū)錅p壓·調(diào)整為適當(dāng)?shù)膲毫?，且能夠以適當(dāng)?shù)膲毫湎蜿?yáng)極流路加供給，因此也能夠防止因供給過剩的氫而導(dǎo)致燃料電池組2的劣化。另外， 由于不會(huì)供給過剩的氫，因此不會(huì)增加未消耗而從燃料電池組2排出的氫的量，能夠防止燃料電池車輛1的燃料利用率(氫的利用效率)低。需要說明的是，在氫罐3的整個(gè)外周面受熱而全部的保護(hù)層23的熱發(fā)泡性樹脂層 23a上升到發(fā)泡溫度的情況下，在氫罐3的整個(gè)外周形成隔熱層23c。然而，在沒有玻璃纖維2 而直接在加強(qiáng)層22的外周面直接涂敷熱發(fā)泡性樹脂溶液的情況下，由于在固化前熱發(fā)泡性樹脂溶液垂下，因此一次涂敷能夠形成的熱發(fā)泡性樹脂層變薄，若為了獲得規(guī)定的厚度則必須進(jìn)行多次涂敷，從而工時(shí)數(shù)增加而生產(chǎn)率低。另外，當(dāng)熱發(fā)泡性樹脂層的膜厚不均勻時(shí)，為了在膜厚最薄的部分確保規(guī)定膜厚，則不得不使膜厚在整體觀察下變厚。對(duì)此，本實(shí)施例的保護(hù)層23通過使玻璃纖維2 浸漬熱發(fā)泡性樹脂溶液并將其沿著加強(qiáng)層22的外表面沿圓周方向纏繞，進(jìn)而使其干燥固化而形成，因此在到固化為止的期間，在玻璃纖維2 與玻璃纖維2 之間能夠保持熱發(fā)泡性樹脂溶液，而熱發(fā)泡性樹脂溶液不會(huì)在保護(hù)層23的形成過程中垂下。其結(jié)果是，能夠使熱發(fā)泡性樹脂層23a夾在玻璃纖維 23b與玻璃纖維2 之間，能夠?qū)⒈Ｗo(hù)層23的熱發(fā)泡性樹脂層23a的膜厚均勻地形成為規(guī)定的膜厚。另外，由于能夠使膜厚均勻化，因此能夠使熱發(fā)泡性樹脂層23a的膜厚變薄，其結(jié)果是，能夠使氫罐3輕量。并且能夠減少工時(shí)數(shù)，從而提高生產(chǎn)率。另外，由于保護(hù)層23通過使熱發(fā)泡性樹脂層23a夾在玻璃纖維23b與玻璃纖維 23b之間而構(gòu)成，因此在受到?jīng)_擊等時(shí)能夠防止熱發(fā)泡性樹脂層23a脫落。需要說明的是，在本實(shí)施例的氫罐3中，可以例示出內(nèi)襯21的直徑為50 70mm， 加強(qiáng)層21的厚度為10 100mm，保護(hù)層22的厚度為0. 05 5mm，防水層M的厚度為 0. 05 5 μ m，保護(hù)層23的玻璃纖維23b的直徑為1 50 μ m。(其他實(shí)施例)需要說明的是，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例。例如，在上述的實(shí)施例中，雖然由玻璃纖維構(gòu)成保護(hù)層23的纖維材料，但是并不局限于此，也可以是碳纖維等。另外，保護(hù)層23的熱發(fā)泡性樹脂層23a可以不是水溶性，而適當(dāng)選擇油性的材料。另外，在上述的實(shí)施例中，在壓力容器的貯藏室內(nèi)貯藏的物質(zhì)為氫，但是貯藏物不局限于氫，例如也可以為氧、氮、天然氣(甲烷)等。另外，在上述的實(shí)施例中，對(duì)搭載于燃料電池車輛的作為燃料罐的氫罐的形態(tài)進(jìn)行了說明，但是搭載的對(duì)象不局限于車輛，也可以是船舶、航空器等，或者也可以是固定在地上的固定型設(shè)備。并且，壓力容器不局限于燃料罐。
權(quán)利要求
1.一種壓力容器，其特征在于，具備 內(nèi)襯，其內(nèi)部成為貯藏室；加強(qiáng)層，其由在所述內(nèi)襯的外表面形成的纖維強(qiáng)化塑料形成； 保護(hù)層，其形成于所述加強(qiáng)層的外表面，且通過使熱發(fā)泡性材料夾在纖維材料與纖維材料之間而形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力容器，其特征在于，所述保護(hù)層通過將纖維材料束浸入液狀的熱發(fā)泡性材料中，并在浸漬后將其纏繞在所述加強(qiáng)層的外表面且使其固化而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓力容器，其特征在于， 在所述保護(hù)層的外表面具備防水層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使受熱，熱量也難以傳遞到內(nèi)部的壓力容器。該壓力容器具備內(nèi)襯(21)，其內(nèi)部成為貯藏室(20)；加強(qiáng)層(22)，其由在內(nèi)襯(21)的外表面形成的纖維強(qiáng)化塑料形成；保護(hù)層，其形成于加強(qiáng)層(22)的外表面，且通過使熱發(fā)泡性材料夾在纖維材料(23b)與纖維材料(23b)之間而形成；防水層，其形成在保護(hù)層的外表面。保護(hù)層通過將纖維材料(23b)束浸入液狀的熱發(fā)泡性樹脂溶液，并在浸漬后將其纏繞在加強(qiáng)層(22)的外表面且使其固化而形成。
文檔編號(hào)B60K15/03GK102285314SQ20111014495
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月15日
發(fā)明者判田圭 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社