CN111059458A - 高压罐和高压罐的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压罐和高压罐的制造方法。所述高压罐包括：螺旋层，该螺旋层包含第一纤维和第一树脂，第一纤维被以螺旋图案卷绕，第一树脂固定第一纤维；环形层，该环形层位于高压罐中的螺旋层的外侧并且包含第二纤维和第二树脂，第二纤维被以环形图案卷绕，第二树脂固定第二纤维；和中间层，该中间层位于螺旋层和环形层之间并且包含第三纤维和第三树脂，第三纤维比至少第一纤维或第二纤维细，第三树脂固定第三纤维、螺旋层的第一纤维和环形层的第二纤维。

Description

高压罐和高压罐的制造方法

技术领域

本公开涉及高压罐和高压罐的制造方法。

背景技术

传统的高压罐填充有压缩氢气(日本专利申请特开No.2018-100768；下文称为JP2018-100768 A)。JP 2018-100768 A的高压罐包括衬里、增强层、保护层和插塞。衬里具有阻止填充衬里的内部空间的氢气等向外泄漏的性质(所谓的阻气性)。增强层被形成为覆盖衬里的整个外表面和每个插塞的一部分。增强层由碳纤维增强塑料(CFRP)制成并具有耐压性。保护层被形成在增强层上。保护层由玻璃纤维增强塑料(GFRP)制成，并且具有比增强层高的抗冲击性。

发明内容

本申请的发明人已经发现，在高温、高湿环境中在JP2018-100768A中描述的高压罐的反复充气和排空会导致保护层部分剥离和翻起(turning up)。本申请的发明人还发现，这种剥离发生在保护层的、其中玻璃纤维被以螺旋图案卷绕的层和保护层的、其中玻璃纤维被以环形图案卷绕的层之间。

本公开能够以下面的实施方式实现。

作为本公开的一种实施方式提供了高压罐。该高压罐包括：螺旋层，所述螺旋层包含第一纤维和第一树脂，所述第一纤维被以螺旋图案卷绕，所述第一树脂固定第一纤维；环形层，所述环形层位于高压罐中的螺旋层的外侧，并且包含第二纤维和第二树脂，所述第二纤维被以环形图案卷绕，所述第二树脂固定第二纤维；和中间层，所述中间层位于螺旋层和环形层之间，并且包含第三纤维和第三树脂，所述第三纤维比至少第一纤维或第二纤维细，所述第三树脂固定第三纤维、螺旋层的第一纤维和环形层的第二纤维。

这个方面允许在形成螺旋层的最外层的第一纤维和形成环形层的最内层的第二纤维之间的间隙由于比至少第一纤维或第二纤维细的第三纤维而减小。因此，在形成螺旋层的最外层的第一纤维和形成环形层的最内层的第二纤维之间的间隙能够被填充，由此减少在固定这些第一纤维和第二纤维的第三树脂中的裂纹的形成。作为结果，能够降低环形层从螺旋层剥离的可能性。

在以上实施方式的高压罐中，第一纤维可以浸渍有第一树脂，并且第一树脂可以将第一纤维的不同纤维部分彼此固定；并且第二纤维可以浸渍有第二树脂，并且第二树脂可以将第二纤维的不同纤维部分彼此固定。

在以上实施方式的高压罐中，第三纤维可以浸渍有第三树脂，并且可以在第一方向和与第一方向不同的第二方向上布置第三纤维，以便形成片材。

这个方面允许在螺旋层的、其中第一纤维在不同方向上布置的最外层和环形层的最内层的第二纤维之间的间隙被第三纤维减小，而不管在螺旋层的最外层中的第一纤维的方向如何。

以上实施方式的高压罐可以进一步包括衬里，所述衬里具有圆筒部和圆顶部，在圆筒部的每个端部处布置一个圆顶部，其中螺旋层被形成为围绕衬里，并且第三纤维可以形成被布置成围绕圆筒部的单片片材。

这个方面允许环形层和螺旋层围绕圆筒部被均匀地联接在一起。

作为本公开的另一种实施方式提供了一种高压罐的制造方法。这种高压罐的制造方法包括：通过在高压罐的半成品上以螺旋图案卷绕浸渍有第一树脂的第一纤维来形成螺旋层；通过在螺旋层上布置浸渍有第三树脂的第三纤维来形成中间层；并且通过在中间层上以环形图案卷绕浸渍有第二树脂的第二纤维来形成环形层。中间层的第三纤维比至少螺旋层的第一纤维或环形层的第二纤维细。

这个方面允许在形成螺旋层的最外层的纤维和形成环形层的最内层的纤维之间的间隙由于比至少螺旋层的纤维或环形层的纤维细的纤维而减小。因此，在形成螺旋层的最外层的纤维和形成环形层的最内层的纤维之间的间隙能够被填充，以由此减少在固定这些纤维的树脂中的裂纹的形成。作为结果，能够降低环形层从螺旋层剥离的可能性。

在以上实施方式的高压罐的制造方法中，形成中间层可以包括在螺旋层上布置片材，在该片材中，中间层的第三纤维被在第一方向和与第一方向不同的第二方向上布置。

与通过卷绕这些纤维而布置中间层的纤维的方面相比，这个方面允许在更短的时间内布置中间层的纤维。

在以上实施方式的高压罐的制造方法中，半成品可以包括衬里，所述衬里具有圆筒部和圆顶部，在圆筒部的每个端部处布置一个圆顶部，并且将片材布置在螺旋层上可以包括布置单片片材以便围绕圆筒部。

这个方面允许环形层和螺旋层围绕圆筒部被均匀地联接在一起。本公开还可以以除高压罐之外的各种形式实现。例如，本公开可以以包括实现高压罐的制造方法的计算机程序和存储该计算机程序的非暂时性记录介质的实施方式实现。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是示出作为在此公开的技术的实施例的高压罐的概略构造的截面视图；

图2是位于圆筒部102处的保护层25的截面的放大视图；

图3是示出高压罐100的制造方法的流程图；

图4是示意在图3的步骤S320中围绕罐主体卷绕的螺旋层252的玻璃纤维F1的状态的视图；

图5是示意在图3的步骤S340中布置在螺旋层252上的中间层256的玻璃纤维F31、F32的状态的视图；

图6是示意在图3的步骤S360中卷绕在中间层256上的环形层254的玻璃纤维F2的状态的视图；

图7是示出在高温、高湿环境中不具有中间层256的对照实施方式的高压罐100c的反复充气和排空的结果的照片；

图8是示出图7所示结构中的增强层20和保护层25的一部分的放大视图；

图9是示意在对照实施方式的高压罐100c中的螺旋层252和环形层254之间如何发生剥离的视图；并且

图10是示意在该实施例的高压罐100中如何减少在螺旋层252和环形层254之间的剥离的发生的视图。

具体实施方式

A.实施例

A1.高压罐的构造

图1是示出作为在此公开的技术的实施例的高压罐100的概略构造的截面视图。高压罐100是气罐，该气罐是被构造成填充有压缩氢气的中空容器。高压罐100被安装在燃料电池车辆中以向燃料电池供应氢气。

高压罐100具有圆筒部102和一对圆顶部104作为构成部分。高压罐100的圆筒部102具有基本圆筒的形状。高压罐100的每个圆顶部104具有基本半球形的形状，其半径等于圆筒部102的半径。在圆筒部102的每个端部处布置一个圆顶部104，使得圆顶部104的圆形开口面向圆筒部102。在图1中，在圆筒部102和圆顶部104之间的边界由虚线指示。术语“圆筒部102”和“圆顶部104”是通过用高压罐100的一部分对这些元件进行分类来共同地指代高压罐100的、将在以下描述的组成元件的概念。

高压罐100包括衬里10、增强层20、保护层25、插塞30和插塞40。

衬里10构成高压罐100中的最内侧上的层。衬里10由尼龙树脂构成。衬里10具有阻止填充衬里10的内部空间的氢气等向外泄漏的性质(所谓的阻气性)。衬里10的构成部分也可以被划分成属于圆筒部102的部分和属于圆顶部104的部分。

插塞30被布置在衬里10的与该一对圆顶部104中的一个圆顶部104对应的部分的顶部处。圆顶部104的“顶部”指的是在圆顶部104和高压罐100的中心轴线CA之间的交叉点。插塞30具有通孔。插塞30的通孔将高压罐100的内侧和外侧彼此连接。管道或阀门通过插塞30被安装在高压罐100上。

插塞40被布置在衬里10的与该一对圆顶部104中的另一个圆顶部104对应的部分的顶部处。插塞30、40还在功能上用作安装部分，该安装部分被用于将罐主体安装到细丝卷绕装置上以形成增强层20和保护层25。在本说明书中，具有安装在其上的插塞30和插塞40的衬里10也被称为“罐主体”。罐主体的构成部分也可以被划分为属于圆筒部102的部分和属于圆顶部104的部分。

增强层20被形成为覆盖罐主体的外表面。更具体地，增强层20被形成为覆盖衬里10的整个外表面以及插塞30和插塞40中的每一个插塞的一部分。增强层20在功能上用于增强高压罐的耐压性。增强层20由碳纤维增强塑料(CFRP)构成，碳纤维增强塑料是环氧树脂和碳纤维的复合材料。增强层20中的碳纤维的直径具有在2μm到10μm的范围内的恒定值。增强层20的构成部分也可以被划分成属于圆筒部102的部分和属于圆顶部104的部分。

增强层20中的碳纤维的直径小于稍后将描述的保护层25中的玻璃纤维的直径。这种构造允许碳纤维在增强层20中比玻璃纤维在保护层25中更加密集地布置。与增强层20中的纤维的直径等于或大于保护层25中的纤维的直径的方面相比，这个方面能够增强高压罐100的耐压性。

保护层25被形成在增强层20上。保护层25由玻璃纤维增强塑料(GFRP)构成，玻璃纤维增强塑料是热固性树脂和玻璃纤维的复合材料。因此，保护层25具有比增强层20高的抗冲击性。

图2是位于圆筒部102处的保护层25的截面的放大视图。在图1和图2中，用箭头Do表示从高压罐100的中心轴线CA朝向外侧的方向。图2是用于示意技术要点的视图，并且未示出每个部分的精确尺寸。

保护层25具有螺旋层252、环形层254和中间层256。螺旋层252、环形层254和中间层256均由玻璃纤维增强塑料构成。螺旋层252、环形层254和中间层256至少在所使用的玻璃纤维的粗度或者在玻璃纤维的排列方向上彼此不同。分别包含在螺旋层252、环形层254和中间层256中的热固性树脂是相同的环氧树脂。

螺旋层252被形成在增强层20上。具体地，螺旋层252被形成为在增强层20的下方围绕衬里10。螺旋层252包含玻璃纤维F1和环氧树脂Re1，所述玻璃纤维F1被以螺旋图案卷绕，所述环氧树脂Re1固定玻璃纤维F1。以螺旋图案进行的卷绕或螺旋卷绕是一种纤维卷绕方法，通过该方法，纤维在与垂直于罐主体的中心轴线CA的平面相交的方向上卷绕。螺旋层252中的玻璃纤维F1的直径具有在10μm到20μm的范围内的恒定值。螺旋层252的构成部分也可以被划分成属于圆筒部102的部分和属于圆顶部104的部分。

环形层254位于高压罐100中的螺旋层252的外侧(见箭头Do)。环形层254被设置在高压罐100的圆筒部102中。环形层254包含玻璃纤维F2和环氧树脂Re2，所述玻璃纤维F2被以环形图案卷绕，所述环氧树脂Re2固定玻璃纤维F2。以环形图案进行的卷绕或环形卷绕是一种纤维卷绕方法，通过该方法，纤维在基本平行于与罐主体的中心轴线CA垂直的平面的方向上卷绕。环形层254中的玻璃纤维F2的直径具有在10μm到20μm的范围内的恒定值。更具体地，环形层254中的玻璃纤维F2的直径等于螺旋层252中的玻璃纤维F1的直径。这种构造使得可以通过使用相同的卷绕装置和相同的纤维围绕罐主体卷绕螺旋层252的玻璃纤维F1和环形层254的玻璃纤维F2。

中间层256位于螺旋层252和环形层254之间。中间层256被设置在高压罐100的圆筒部102中。中间层256包含在两个方向上布置的玻璃纤维F31、F32和固定玻璃纤维F31、F32的环氧树脂Re3。

中间层256中的玻璃纤维F31、F32的直径具有在2μm到10μm的范围内的恒定值。中间层256中的玻璃纤维F31、F32的直径小于在螺旋层252和环形层254中包含的玻璃纤维F1、F2的直径。中间层256中的玻璃纤维F31、F32被在第一方向D1(见图5)和不同于第一方向D1的第二方向D2上(见图5)布置，以便形成无纺织物片材F3。中间层256中的玻璃纤维F31、F32的片材F3是被布置成围绕衬里10的与圆筒部102对应的部分(见图1)的单片片材。片材F3的组成将在后面更详细地描述。

中间层256中的环氧树脂Re3固定中间层256中的玻璃纤维F31、F32、在螺旋层252的最外层中包含的玻璃纤维F1和在环形层254的最内层中包含的玻璃纤维F2。在图2中，为了帮助理解该技术，在螺旋层252和中间层256之间的边界由直线指示，并且在中间层256和环形层254之间的边界由直线指示。然而，实际上，形成层的环氧树脂Re1、Re2、Re3的边界并不总是能够在视觉上识别。

图3是示出高压罐100的制造方法的流程图。在步骤S100中，制备衬里10。在步骤S200中，在衬里10上形成增强层20。更具体地，浸渍有环氧树脂Re1的碳纤维被细丝卷绕装置围绕衬里10卷绕以形成增强层20。在步骤S200的阶段中，在增强层20中包含的环氧树脂Re1尚未固化。

在步骤S300中，在增强层20上形成保护层25。步骤S300包括步骤S320、S340、S360。

在步骤S320中，螺旋层252被形成在罐主体上，在该罐主体上已经形成了增强层20。更具体地，浸渍有环氧树脂Re1的玻璃纤维F1被细丝卷绕装置以螺旋图案卷绕在增强层20上。在这种情况下，玻璃纤维F1被卷绕在罐主体的圆筒部102和圆顶部104上(见图1)。作为结果，螺旋层252被形成在罐主体的圆筒部102和圆顶部104上。在步骤S320的阶段中，在螺旋层252中包含的环氧树脂Re1尚未固化。

图4是示意在图3的步骤S320中围绕罐主体卷绕的螺旋层252的玻璃纤维F1的状态的视图。图4是用于示意技术要点的视图，并且未示出每个部分的精确尺寸。实际上，螺旋层252在弯曲表面上形成。然而，为了帮助理解该技术，图4示出了玻璃纤维F1的状态，就像螺旋层252在平坦表面上形成那样。这同样适用于图5和图6。

螺旋层252的玻璃纤维F1在与垂直于罐主体的中心轴线CA(见图1)的平面相交的方向上卷绕。由于罐主体不是球形体，所以当一根玻璃纤维F1被以这种卷绕方式卷绕并再次通过罐主体上的同一点时，玻璃纤维F1被在与最后一次不同的方向上布置在罐主体上。在图4中，在如此以螺旋图案卷绕的玻璃纤维F1中，已经较早地布置的部分用纤维部分F11表示，并且已经较晚地布置的部分用纤维部分F12表示。

在图3的步骤S340中，中间层256被形成在位于圆筒部102处的螺旋层252上。更具体地，制备单片矩形玻璃纤维片材F3，其中玻璃纤维F31、F32被在第一方向D1(见图5)和不同于第一方向D1的第二方向D2上(见图5)布置。玻璃纤维片材F3的一边的长度基本上等于沿中心轴线CA的圆筒部102(见图1)的长度。玻璃纤维片材F3的另一边的长度基本上等于其中形成螺旋层252的圆筒部102的圆周长度。玻璃纤维片材F3浸渍有环氧树脂Re3，并且然后玻璃纤维片材F3被卷绕在对应于圆筒部102的螺旋层252上，以覆盖螺旋层252。作为结果，中间层256被形成在罐主体的圆筒部102上。在步骤S340的阶段中，在中间层256中包含的环氧树脂Re3尚未固化。

这个方面允许中间层256的玻璃纤维F31、F32在比通过卷绕这些纤维来布置中间层256的玻璃纤维的方面短的时间内布置。保护层25的高抗冲击性主要通过螺旋层252和环形层254的玻璃纤维F1、F2实现。因此，即使当通过卷绕玻璃纤维片材F3来布置中间层256的玻璃纤维F31、F32时也能确保保护层25的抗冲击性。

图5是示意在图3的步骤S340中布置在螺旋层252上的中间层256的玻璃纤维F31、F32的状态的视图。图5是用于示意技术要点的视图，并且未示出每个部分的精确尺寸。沿第一方向D1布置的玻璃纤维由F31表示。沿第二方向D2布置的玻璃纤维由F32表示。玻璃纤维F31和玻璃纤维F32预先形成无纺织物片材F3。

在图3的步骤S360中，环形层254被形成在位于圆筒部102处的中间层256上。更具体地，浸渍有环氧树脂Re2的玻璃纤维F2通过细丝卷绕装置被以环形图案卷绕在中间层256上。作为结果，环形层254被形成在罐主体的圆筒部102上。在步骤S360的阶段中，在环形层254中包含的环氧树脂Re2尚未固化。

图6是示意在图3的步骤S360中卷绕在中间层256上的环形层254的玻璃纤维F2的状态的视图。图6是用于示意技术要点的视图，并且未示出每个部分的精确尺寸。环形层254的玻璃纤维F2被在基本平行于与罐主体的中心轴线CA垂直的平面的方向卷绕(见图1)。为了卷绕玻璃纤维F2以便覆盖罐主体的圆筒部102，在正被卷绕的玻璃纤维F2的位置沿着中心轴线CA的方向逐渐移位的同时，玻璃纤维F2被卷绕在中间层256上。在图6中，如此以环形图案卷绕的玻璃纤维F2的不同纤维部分由F21、F22、F23表示。

在图3的步骤S400中，在增强层20和保护层25中包含的环氧树脂被加热，并且由此在增强层20和保护层25中包含的这些环氧树脂被固化。作为结果，螺旋层252的玻璃纤维F1被环氧树脂Re1彼此固定。环形层254的玻璃纤维F2被环氧树脂Re2彼此固定。中间层256的玻璃纤维F31、F32被环氧树脂Re3彼此固定。此外，螺旋层252的最外层中的玻璃纤维F1和环形层254的最内层中的玻璃纤维F2被环氧树脂Re3固定到中间层256的玻璃纤维F31、F32。

通过如上所述的过程制造了高压罐100。

图7是示出在高温高湿环境中不具有中间层256的对照实施方式的高压罐100c的反复充气和排空的结果的照片。图7示出了对照实施方式的高压罐100c在包括对照实施方式的高压罐100c的中心轴线(见图1)的平面中的截面。对照实施方式的高压罐100c的构造与本实施例的高压罐100的构造相同，除了前者不具有中间层256之外(见图2和图6)。从图7能够看出，在高温高湿环境中反复充气和排空导致保护层25的剥离和翻起。这种剥离已经在高压罐100c的圆筒部102中但不在其圆顶部104中发生。

图8是示出图7所示结构的增强层20和保护层25的一部分的放大视图。在图8中，其中玻璃纤维被以环形图案卷绕的环形层254呈现具有接近完美圆形形状的玻璃纤维的截面(也见图6)。其中玻璃纤维被以螺旋图案卷绕的螺旋层252呈现具有在横向方向上伸长的形状的玻璃纤维的截面。从图8能够看出，已经在保护层25的螺旋层252和环形层254之间发生了剥离。

图9是示意在对照实施方式的高压罐100c中在螺旋层252和环形层254之间如何发生剥离的视图。图9示出对照实施方式的高压罐100c在包括对照实施方式的高压罐100c的中心轴线(见图1)的平面中的截面。还如图6所示，在环形层254中，玻璃纤维F2的部分F21、F22、F23被基本上彼此平行地布置，而在螺旋层252中，玻璃纤维F1的部分F11、F12被在不同的方向上布置。因此，在环形层254被布置在螺旋层252上而没有中间层256介于环形层254和螺旋层252之间的高压罐100c中，在螺旋层252的最外层中的玻璃纤维F1和环形层254的最内层中的玻璃纤维F2的接触点之间存在宽的间隔，并且因此在螺旋层252的玻璃纤维F1和环形层254的玻璃纤维F2之间存在大的间隙IS。因为环形层254的玻璃纤维F2被基本上彼此平行地布置(也见图6)，所以在对照实施方式的高压罐100c中，图9所示间隙IS沿圆筒部102的外周方向连续存在。在螺旋层252的玻璃纤维F1和环形层254的玻璃纤维F2之间的间隙IS填充有环氧树脂Re1或环氧树脂Re2。

在形成螺旋层252的最外层的玻璃纤维F1和形成环形层254的最内层的玻璃纤维F2之间的点处施加到保护层25的应力由填充间隙IS并固定这些纤维的环氧树脂Re1、Re2承载。环氧树脂的断裂强度显著低于玻璃纤维的断裂强度。环氧树脂在高温高湿环境下膨胀。当大量环氧树脂Re1、Re2具有大的体积时，由于环氧树脂Re1、Re2的膨胀，所以在玻璃纤维F2、F3和环氧树脂Re1、Re2之间发生大的尺寸差异，使得环氧树脂Re1、Re2容易从玻璃纤维F2、F3剥离。因此，在由环氧树脂Re1、Re2构成的部分的内侧或在环氧树脂Re1、Re2和玻璃纤维F1、F2之间的界面处，在高温高湿环境中反复充气和排空可能导致在螺旋层252的玻璃纤维F1和环形层254的玻璃纤维F2之间形成裂纹。

当在螺旋层252的玻璃纤维F1和环形层254的玻璃纤维F2之间存在大的间隙IS时，可能形成未填充环氧树脂Re1、Re2的空隙BD。由于反复充气和排空，裂纹CR很可能从这样的空隙BD发展。

在对照实施方式的高压罐100c中，在增强层20和螺旋层252的最内层之间不发生任何剥离(见图8)。增强层20的环氧树脂、螺旋层252的环氧树脂Re1和环形层254的环氧树脂Re2是相同组成的树脂。另一方面，增强层20中的碳纤维的直径小于螺旋层252和环形层254中的玻璃纤维F1、F2的直径。似乎由于增强层20中的直径较小的碳纤维，归因于在螺旋层252和环形层254之间的大的间隙IS的上述问题没有出现，并且因此在增强层20和螺旋层252之间没有发生任何剥离。

图10是示意在实施例的高压罐100中如何减少在螺旋层252和环形层254之间的剥离的发生的视图。图10示出该实施例的高压罐100在包括实施例的高压罐100的中心轴线CA(见图1)的平面中的截面。还如图6所示，在该实施例中，比环形层254的玻璃纤维F2和螺旋层252的玻璃纤维F1细的玻璃纤维F31、F32被布置在玻璃纤维F2的部分F21、F22、F23和玻璃纤维F1的部分F11、F12之间。因此，在螺旋层252的玻璃纤维F1和中间层256的玻璃纤维F31、F32的接触点之间的间隔以及在中间层256的玻璃纤维F31、F32和环形层254的玻璃纤维F2的接触点之间的间隔比在对照实施方式的高压罐100c中的接触点之间的间隔窄。换句话说，玻璃纤维F1、F2、F31、F32之间的间隙小于在对照实施方式的高压罐100c中的玻璃纤维F1、F2之间的间隙。因此，施加到保护层25的应力在此处由环氧树脂Re3承载的构成部分减少，并且不太可能形成裂纹能够从其发展的空隙。因此，填充这种间隙并固定形成螺旋层252的最外层的玻璃纤维F1和形成环形层254的最内层的玻璃纤维F2的环氧树脂Re3中的裂纹的形成减少。作为结果，与在对照实施方式的高压罐100c中的相比，环形层254从螺旋层252剥离的可能性减小。

在该实施例中，中间层256的玻璃纤维F31、F32被在第一方向D1和不同于第一方向D1的第二方向D2上布置，以便形成片材F3(见图6)。因此，无论螺旋层252的最外层中的玻璃纤维F1的方向如何，在其中玻璃纤维F1被在不同方向上布置的螺旋层252的最外层和环形层254的最内层的玻璃纤维F2之间的间隙都可以减小。

在该实施例中，中间层256的玻璃纤维F31、F32形成单片片材F3，片材F3被布置成围绕在其中形成增强层20和螺旋层252的衬里10的圆筒部102(见图3和图5的S340)。因此，环形层254和螺旋层252能够围绕圆筒部102被均匀地联接在一起。

还可以想到以下方法作为布置具有小于在螺旋层252的最外层中包含的玻璃纤维F1和在环形层254的最内层中包含的玻璃纤维F2的尺寸的结构的以便缩小在玻璃纤维F1、F2和该另外的结构的接触点之间的间隔并且由此减小间隙的方法：将包含直径小于玻璃纤维F1、F2的直径的颗粒的热固性树脂施加到螺旋层252的上侧并且在该热固性树脂的顶部上设置环形层254理论上能够缩小在结构的接触点之间的间隔。然而，该方面在经受重力的环境中难以将包含树脂的颗粒保持在圆筒部102的整个螺旋层252之上。也就是说，包含树脂的颗粒在重力作用下从圆筒部102的螺旋层252的表面滴下。

相反，在该实施例中，浸渍有树脂的玻璃纤维片材F3被卷绕在圆筒部102的螺旋层252上。因此，作为具有比玻璃纤维F1、F2小的尺寸的结构的玻璃纤维F31、F32和用于固定玻璃纤维F1、F2、F31、F32的热固性树脂能够被容易地布置在圆筒部102的螺旋层252上。因此，能够容易地形成中间层256。

在该实施例中的螺旋层252的玻璃纤维F1也称为“第一纤维”。螺旋层252的环氧树脂Re1也称为“第一树脂”。环形层254的玻璃纤维F2也称为“第二纤维”。环形层254的环氧树脂Re2也称为“第二树脂”。中间层256的玻璃纤维F31、F32也称为“第三纤维”。中间层256的环氧树脂Re3也称为“第三树脂”。作为在其上安装插塞30和插塞40的衬里10的罐主体也称为“高压罐的半成品”。

B.其它实施例

B1.另一个实施例1

在以上实施例中，衬里10由尼龙树脂构成。然而，也可以使用另一种具有阻气性的合成树脂(诸如聚乙烯基树脂)或金属(诸如不锈钢)来制造衬里。

在以上实施例中，螺旋层252中的玻璃纤维F1的直径具有在10μm到20μm的范围内的恒定值。环形层254中的玻璃纤维F2的直径具有在10μm到20μm的范围内的恒定值。更具体地，环形层254中的玻璃纤维F2的直径等于螺旋层252中的玻璃纤维F1的直径。中间层256中的玻璃纤维F31、F32的直径具有在2μm到10μm的范围内的恒定值。

然而，螺旋层中的纤维的直径可以具有小于10μm的值，诸如5μm或8μm。螺旋层中的纤维的直径可以具有大于20μm的值，诸如25μm或38μm。环形层中的纤维的直径可以具有小于10μm的值，诸如5μm或8μm。环形层中的纤维的直径可以具有大于20μm的值，诸如25μm或38μm。中间层中的纤维的直径可以具有小于2μm的值，诸如0.5μm或1μm。中间层中的纤维的直径可以具有大于10μm的值，诸如12μm或15μm。简言之，在分别的层中包含的纤维的直径可以具有其它值。在螺旋层中包含的纤维和在环形层中包含的纤维的粗度可以彼此不同。

在中间层中包含的纤维可以具有任何直径，该直径小于在螺旋层中包含的纤维或者在环形层中包含的纤维的直径。在中间层中包含的纤维的直径优选地不大于螺旋层的纤维的直径和环形层的纤维的直径中的较小直径的一半，更优选地不大于螺旋层的纤维的直径和环形层的纤维的直径中的较小直径的三分之一，并且进而更优选地不大于螺旋层的纤维的直径和环形层的纤维的直径中的较小直径的五分之一。在中间层中包含的纤维可以包括比在螺旋层中包含的纤维或者在环形层中包含的纤维粗的纤维。

在以上实施例中，玻璃纤维F1、F2、F31、F32被用作在螺旋层252中包含的纤维、在环形层254中包含的纤维和在中间层256中包含的纤维。然而，在材料或组成上不同的其它纤维(诸如碳纤维)也能够被用作在螺旋层中包含的纤维、在环形层中包含的纤维和在中间层中包含的纤维。然而，优选的是在每层中包含的纤维能够承受200℃到300℃的温度。此外，优选的是在每层中包含的纤维是柔性的并且易于拉伸。螺旋层、环形层和中间层可以包含不同的纤维，或者这些层中的两个或全部的三个可以包含相同的纤维。

在以上实施例中，环氧树脂被用作在螺旋层252中包含的树脂、在环形层254中包含的树脂和在中间层256中包含的树脂。然而，另一种热固性树脂(诸如不饱和聚酯树脂)也能够被用作在螺旋层中包含的树脂、在环形层中包含的树脂和在中间层中包含的树脂。螺旋层、环形层和中间层可以包含不同的树脂，或者这些层中的两个或全部的三个可以包含相同的树脂。

然而，优选的是，在每层中使用的纤维材料和树脂材料的组合使得所使用的树脂相对于所使用的纤维的接触角在每层中不大于50°。纤维材料的接触角通过以下过程测量：纤维在没有间隙的情况下彼此平行布置并且被固定在玻璃板上，并且然后树脂被滴在这些纤维上。接触角是从与纤维的纵向方向垂直的方向观察的在树脂滴落后60秒测量的接触角。

在以上实施例中，中间层256中的玻璃纤维F31的第一方向D1和玻璃纤维F32的第二方向D2都不平行于在环形层254中包含的玻璃纤维F2的方向。然而，中间层中的至少一些纤维的方向可以与环形层的纤维的方向一致。

在以上实施例中，高压罐100将被填充有压缩氢气并且被安装在燃料电池车辆中。然而，高压罐可以被安装在另一种车辆(诸如电动车辆或混合动力车辆)中，或者可以被安装在另一种可移动物体(诸如船舶、飞机或机器人)中。可替代地，高压罐可以被安装在固定设施(诸如住宅或建筑物)中。高压罐可以被填充有除氢气之外的气体，诸如氮气或氦气。

B2.另一个实施例2

在以上实施例中，中间层256中的玻璃纤维F31、F32被在第一方向D1和不同于第一方向D1的第二方向D2上布置，以便形成无纺织物片材F3(见图5和图6)。然而，在中间层中包含的纤维的方向可以彼此平行，并且片材可以是其中平行纤维利用粘合剂被彼此固定的无纺织物。

在以上实施例中，中间层256中的玻璃纤维F31、F32被在第一方向D1和不同于第一方向D1的第二方向D2上布置，以便形成无纺织物片材F3(见图5)。然而，中间层的纤维可以形成是通过将纤维编织在一起而形成的织物的片材。优选的是，中间层的纤维被布置成使得多根纤维形成表面。

在以上实施例中，为了形成中间层256，玻璃纤维片F3浸渍有环氧树脂Re3，并且然后玻璃纤维片F3被卷绕在对应于圆筒部102的螺旋层252上，以便覆盖螺旋层252(见图3和图5的S340)。然而，也可以采用其中纤维未浸渍树脂的中间层的方面。

B3.另一个实施例3

在以上实施例中，中间层256的玻璃纤维F31、F32形成单片片材F3，该片材F3被布置成围绕在其中形成增强层20和螺旋层252的衬里10的圆筒部102(见图3和图5的S340)。然而，可以使用多于一片的第三纤维片材，例如两片、三片或五片来形成中间层。

本公开不限于以上实施例，而是能够在本公开的主旨的范围内以各种构造实现。例如，为了部分或完全解决上述问题，或者为了实现上述效果中的一些或全部，对应于在发明内容中以实施方式描述的技术特征的、在实施例中描述的技术特征可以被适当地替换或相互组合。除非在本说明书中被描述为是必要的，否则可以适当地省略技术特征。

Claims (7)

1.一种高压罐，其特征在于包括：

螺旋层，所述螺旋层包含第一纤维和第一树脂，所述第一纤维被以螺旋图案卷绕，所述第一树脂固定所述第一纤维；

环形层，所述环形层位于所述高压罐中的所述螺旋层的外侧，并且包含第二纤维和第二树脂，所述第二纤维被以环形图案卷绕，所述第二树脂固定所述第二纤维；和

中间层，所述中间层位于所述螺旋层和所述环形层之间，并且包含第三纤维和第三树脂，所述第三纤维比至少所述第一纤维或所述第二纤维细，所述第三树脂固定所述第三纤维、所述螺旋层的第一纤维和所述环形层的第二纤维。

2.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于：

所述第一纤维被浸渍有所述第一树脂，并且所述第一树脂将所述第一纤维的不同纤维部分彼此固定；并且

所述第二纤维被浸渍有所述第二树脂，并且所述第二树脂将所述第二纤维的不同纤维部分彼此固定。

3.根据权利要求1或2所述的高压罐，其特征在于，所述第三纤维被浸渍有所述第三树脂，并且被布置在第一方向和与所述第一方向不同的第二方向上以便形成片材。

4.根据权利要求3所述的高压罐，其特征在于进一步包括衬里，所述衬里具有圆筒部和圆顶部，在所述圆筒部的每个端部处布置一个圆顶部，其中，所述螺旋层被形成为围绕所述衬里，其中所述第三纤维形成单片片材，所述单片片材被布置成围绕所述圆筒部。

5.一种高压罐的制造方法，所述方法的特征在于包括：

通过在所述高压罐的半成品上以螺旋图案卷绕被浸渍有第一树脂的第一纤维来形成螺旋层；

通过在所述螺旋层上布置被浸渍有第三树脂的第三纤维来形成中间层；并且

通过在所述中间层上以环形图案卷绕被浸渍有第二树脂的第二纤维来形成环形层，

其中所述中间层的第三纤维比至少所述螺旋层的第一纤维或所述环形层的第二纤维细。

6.根据权利要求5所述的高压罐的制造方法，其特征在于，形成所述中间层包括在所述螺旋层上布置片材，在所述片材中，所述中间层的第三纤维被布置在第一方向和与所述第一方向不同的第二方向上。

7.根据权利要求6所述的高压罐的制造方法，其特征在于：

所述半成品包括衬里，所述衬里具有圆筒部和圆顶部，在所述圆筒部的每个端部处布置一个圆顶部；并且

在所述螺旋层上布置所述片材包括布置单片片材以便围绕所述圆筒部。

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