JP2024523739A - 強化圧力容器 - Google Patents

Abstract

圧力容器（４）は、内部流体貯蔵チャンバ（３）を画定するライナ（６）であって、第１の長手方向端部（８ａ）において第１の外径Ｄ１を有する略円筒形の中央部分（８）と、第２の外径Ｄ２のベース（１２ａ）を有する第１のドーム形長手方向端部（１２）であって、第２の外径Ｄ２が、第１の外径Ｄ１よりも小さい、第１のドーム形長手方向端部と、略円筒形の中央部分（８）と第１のドーム形長手方向端部（１２）との間に位置し、略円筒形の中央部分（８）の第１の長手方向端部（８ａ）を第１のドーム形長手方向端部（１２）のベース（１２ａ）に接続する第１の中間部分（１３）と、を有し、ライナ（６）の第１のドーム形長手方向端部（１２）が、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部よりも、内部流体貯蔵チャンバ（３）に向かう凹度が低いドーム外形を有する、ライナ（６）と、ライナ（６）の第１のドーム形長手方向端部（１２）と第１の中間部分（１３）の両方の形状と相補的な形状を有する第１のドーム強化シェル（１６）であって、ライナ（６）の第１のドーム形長手方向端部（１２）と第１の中間部分（１３）の両方に嵌め合わされる、第１のドーム強化シェル（１６）と、ボス（１４）と、ライナ（６）および第１のドーム強化シェル（１６）を密閉するかまたは包み込む外側複合構造（２０）と、を備える。

Description

本発明は、車両用の圧力容器に関する。より正確には、本発明は、圧力容器およびそのような圧力容器を備える車両に関する。

車両用の高圧容器は一般に、中空の筐体を備える。この筐体は、ライナとも呼ばれ、２つのドーム形長手方向端部を備えた略円筒形を有し、軽量で製造費が安いために選択されるプラスチック材料、または金属（たとえば、アルミニウム）などの他の材料で作られる。この筐体は、電源などの多様な機能のための圧力容器を備えた車両によって使用される加圧下のガス、たとえば、二水素を貯蔵することを目的としている。加圧下のガスは、筐体の内面に対して強い拘束を及ぼし、それによって筐体の完全性を損ない、特に二水素のような燃焼ガスの場合に危険な漏れを生じさせる場合がある。

筐体の機械的特性を改善するために、強化用繊維、たとえば炭素繊維で作られたフィラメントを筐体の外面の全体にわたって巻き付けることが知られている。フィラメントは、巻付けを容易にし、筐体の外面の各部片が確実に覆われるように樹脂に埋め込まれる。

筐体のドーム形長手方向端部については、筐体とは独立にフィラメントの巻き線を備えるドーム強化部またはドーム強化シェルを製造し、その後のステップにおいて、ドーム強化シェルを筐体上に嵌め合わせられることが知られている。特許文献１は、そのようなドーム強化シェルの例を提示している。そのようなドーム強化シェルを使用するとき、筐体のドーム形長手方向端部およびドーム強化シェルには、繊維の全長のすべての点において巻き付けられた強化繊維に一定の張力を生じさせるためにジオデシックドーム外形が与えられる。しかし、この外形にはいくつかの欠点がある。

ドーム強化シェルが存在すると、巻き付けられた強化繊維内部の応力集中が、特にドーム強化シェルの先端領域において局所的に増大し、それによって、ドーム強化シェルを使用しないときよりも多くの強化繊維を使用することが必要になる。より多くの強化繊維を使用することは、コストがかかり、圧力容器の製造に時間がかかるようになり、得られる容器の重量が大きくなるので望ましくない。

ＤＥ１０ ２０１７ ２０８ ４９２ Ａ１

Ｓｔｕａｒｔ Ｍ． Ｌｅｅ、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ」、ＩＳＢＮ： ０－４７１－１８８６１－１、２４４～２４５頁

上記のことに鑑みて、使用される強化繊維の量を低減させつつ良好な機械的特性を維持することによって圧力容器を最適化する必要がある。

この目的のために、本発明によれば、圧力容器であって、
内部流体貯蔵チャンバを画定するライナであって、
第１の長手方向端部において第１の外径Ｄ１を有する略円筒形の中央部分と、
第２の外径Ｄ２のベースを有する第１のドーム形長手方向端部であって、第２の外径Ｄ２が、第１の外径Ｄ１よりも小さい、第１のドーム形長手方向端部と、
略円筒形の中央部分と第１のドーム形長手方向端部との間に位置し、略円筒形の中央部分の第１の長手方向端部を第１のドーム形長手方向端部のベースに接続する第１の中間部分と、を有し、
ライナの前記第１のドーム形長手方向端部が、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部よりも、内部流体貯蔵チャンバに向かう凹度が低いドーム外形を有する、ライナと、
ライナの第１のドーム形長手方向端部と第１の中間部分の両方の形状と相補的な形状を有する第１のドーム強化シェルであって、ライナの第１のドーム形長手方向端部と第１の中間部分の両方に嵌め合わされる、第１のドーム強化シェルと、
ボスと、
ライナおよび第１のドーム強化シェルを密閉するかまたは包み込む外側複合構造と、
を備える圧力容器が提供される。

第１のドーム強化シェルの補助形状に起因して、圧力容器の機械的特性は、第１のドーム形長手方向端部および第１の中間部分を強化することによって改善される。詳細には、応力が、外側複合構造内部および第１のドーム強化シェル内部で低下する。これによって、良好な機械的特性を維持しつつ第１のドーム強化シェルの製造および外側複合構造に使用する繊維を少なくすることが可能になる。これによって、得られる圧力容器の重量が低減する。さらに、これによって、ライナおよび第１のドーム強化シェルに外側複合構造を巻き付ける時間が短くなるので製造時間を短縮することが可能になる。

加えて、第１の外径Ｄ１と第２の外径Ｄ２との間の直径の差に起因して、第１の中間部分に挿入領域が形成され、それによって、第１のドーム強化シェルがライナと同一平面上に位置するか、または過度に突き出ることがなくなり、それによって、第１のドーム強化シェルが突き出る点において外側複合構造内部に過度の応力が加わることが回避される。好ましい実施形態において、第１の外径Ｄ１および第２の外径Ｄ２は、第１のドーム強化シェルがライナと同一平面上に位置するような外径である。したがって、圧力容器の外面は特に平滑である。これによって、外側複合構造の取付けが改善され、圧力容器内の応力レベルが低下する。

「第１のドーム強化シェルがライナと同一平面上に位置する」という表現は、ライナの外面が第１のドーム強化シェルの外面と幾何学的に一体化することを意味する。

「フィラメント」という表現は、複合材料を形成するように液体マトリックスを含浸させるか、または事前に含浸させない（すなわち、乾燥繊維）連続的な繊維トウ、好ましくは炭素繊維、ガラス繊維、またはアラミド繊維を意味する。使用されるマトリックスの種類に応じて、複合材料の２つの主要な族がある。熱硬化性樹脂または熱可塑性ポリマーをマトリックスとして用いて形成される熱硬化性複合物および熱可塑性複合物。

熱硬化性樹脂は、反応性熱硬化性前駆体を形成する２つ以上の反応性成分を混合することによって形成され、反応性熱硬化性前駆体は、硬化条件（たとえば、熱、ＵＶ、もしくは他の放射、または単に互いに接触させることによる）への曝露に反応して熱硬化性樹脂を形成する。熱硬化性マトリックスは、高性能複合物を生成するように完全に硬化しなければならない。硬化後、熱硬化性樹脂は固体になり、樹脂がもはや流動することができなくなるのでそれ以上加工または再成形することはできなくなる。熱硬化性樹脂の例には、不飽和ポリエステル、エポキシ、ビニルエステル、ポリ尿素、イソシアヌレート、およびポリウレタン樹脂が含まれる。粘着性を有するが、依然として柔らかいように部分的にのみ硬化された反応性樹脂を含浸させた繊維で作られた熱硬化性プリプレグを作製することが可能である。このプリプレグを貯蔵しておき、後で、加熱するかまたは樹脂をＵＶに露光させることによって加圧下でさらに加工して、プリプレグの硬化および固化を完了することができる。

熱可塑性ポリマーは、それぞれ温度を上げるかまたは下げることによって、固体状態（または非流動状態）から液体状態（または流動状態）に変化し、液体状態から固体状態に変化することができる。半結晶ポリマーの場合、熱可塑性物質の温度を低下させると、結晶が形成され、熱可塑性物質が凝固する。逆に、半結晶ポリマーをその融点を超える温度まで加熱すると、結晶が融解し、熱可塑性物質が流動することができる。半結晶熱可塑性物質の例には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルケトンケトンエーテルケトン（ＰＥＫＫＥＫ）などのポリエーテルケトン、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド１０（ＰＡ１０）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）などのポリアミド、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィンなどが含まれる。不定形熱可塑性物質は、結晶を形成せず、融点を有さない。不定形熱可塑性物質は、物質温度がそのガラス転移温度を上回るかそれとも下回るかに応じて凝固するかまたは流動性を有する。不定形熱可塑性物質の例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などが含まれる。したがって、半結晶と不定形熱可塑性物質はどちらも、その融点またはガラス転移温度を上回る温度で加熱することによって再成形することができ、融点またはガラス転移温度に応じて温度を低下させることによって凍結させて新しい形状にすることができる。物理的な観点からは厳密に正しくはないが、説明を簡単にするために、液体状態の半結晶と不定形熱可塑性物質の両方を本明細書において「熱可塑性溶解物」と呼ぶ。

ライナは、圧力容器、特に車両用の圧力容器に従来使用されている任意の材料で作られてよい。たとえば、ライナは、アルミニウムまたはスチールなどの金属で作られても、またはプラスチックで作られてもよい。

第１のドーム強化シェルは、たとえば、前述の従来技術文献に記載されたドーム強化シェルである。

本発明の文脈では、ジオデシックドームは、半球の表面における大円のネットワークに基づくドーム構造を言うものである。ジオデシックは交差して、局所的な三角剛性を有し、また構造全体にわたって応力を分散させる三角形要素を形成する。ジオデシックドーム外形は、非特許文献１に記載された技法によって生成することができる。ジオデシックドーム外形は、フィラメントの等張力装填を可能にする。

「等張力」という用語は、ライナおよび第１のドーム強化シェルの周りに巻かれた側複合構造の各フィラメントがその経路内のすべての点において一定の圧力を受ける、完全に巻付けが施された圧力容器の特性を指す。この構成では、圧縮された内部流体によって容器に課される応力の実際上すべてが、外側複合構造のフィラメントによって負担され、ライナによって負担される応力は非常に少なくなる。

第１のドーム強化シェルは、ライナの第１のドーム形長手方向端部の形状と相補的な形状を有するので、第１のドーム強化シェルはまた、ジオデシックドーム外形を有するドーム強化シェルよりも、内部流体貯蔵チャンバに向かう凹度が低いドーム外形を有する。

有利には、ライナの第１の中間部分の形状は、円筒形、円錐台形、湾曲形状、およびそれらの組合せからなる群から選択される外周面を有する。

したがって、第１のドーム強化シェルを備えるライナの外面は特に平滑である。これによって、外側複合構造の取付けが改善され、圧力容器内の応力レベルが低下する。

好ましくは、第１の中間部分の外周面は、第１の円錐台形面と第１の円筒面の組合せである。

したがって、ライナは、略円筒形の中央部分と第１のドーム形長手方向端部との間に第１の先細り状外側ショルダを備える段付きライナと見なすことができる。

有利には、第１の中間部分の第１の円錐台形面と第１の円筒面との間に形成される角度γは、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である。

この角度は、第１の中間部分の第１の円錐台形面から第１の円筒面までの円滑な遷移を可能にし、外側複合構造に損傷を及ぼすことがある鋭い縁部が形成されるのを回避する。この角度はさらに、ライナ内部の第１のドーム強化シェルの先端領域内の応力を低減させるのを可能にする。

有利には、第１の円錐台形面と略円筒形の中央部分の外周面との間に形成される角度σは、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である。

この角度は、第１の円錐台形面から略円筒形の中央部分の外周面までの円滑な遷移を可能にし、外側複合構造に損傷を及ぼすことがある鋭い縁部が形成されるのを回避する。さらに、第１の中間部分が第１のドーム強化シェルの先端を収容するための第１の先細り状外側ショルダを含むとき、この角度は、ライナ内部の第１のドーム強化シェルの先端領域内の応力を低減させる。

好ましくは、第１のドーム形長手方向端部のドーム外形と、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部のドーム外形との間の最大距離は、第１の外径Ｄ１の０．１％から５％の間、好ましくは第１の外径Ｄ１の０．５％から２．５％の間に含まれる。

これらの値は、第１のドーム形長手方向端部に適しており、ライナの製造において容易に実施され、ライナおよび第１のドーム強化シェルを密閉するかまたは包み込む外側複合構造内の応力をより適切に低減させるのを可能にする。応力がこのように低減すると、使用される複合構造を減らすことが可能になる。

別の実施形態では、圧力容器は、ライナの略円筒形の中央部分の周りに巻き付けられたフープ層をさらに備え、それによって、第１の外径Ｄ１は、フープ層を含む。

この構成は、ライナを段付きライナではなく従来のライナとすることを可能にする。従来のライナは、段を有さないライナである。

好ましい実施形態では、圧力容器は、
ライナが、
略円筒形の中央部分の第１の長手方向端部の反対側にある第２の長手方向端部における第３の外径と、
第３の外径よりも小さい第４の外径のベースを有する第２のドーム形長手方向端部と、
略円筒形の中央部分と第２のドーム形長手方向端部との間に位置し、略円筒形の中央部分の第２の長手方向端部を第２のドーム形長手方向端部のベースに接続する第２の中間部分とをさらに備え、
ライナの前記第２のドーム形長手方向端部が、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部よりも、内部流体貯蔵チャンバに向かう凹度が低いドーム外形を有し、
圧力容器が、ライナの第２のドーム形長手方向端部および第２の中間部分の両方の形状と相補的な形状を有する第２のドーム強化シェルをさらに備え、前記第２のドーム強化シェルが、ライナの第２のドーム形長手方向端部および第２の中間部分の両方に嵌め合わされ、
外側複合構造が、ライナおよび２つのドーム強化シェルを密閉するかまたは包み込む、
圧力容器である。

この構成では、ライナの略円筒形の中央部分の各長手方向端部は、本発明の有利な機械的特性を提示するドーム形長手方向端部を有する。

有利には、第３の外径は、第１の外径に略等しい。

好ましくは、第４の外径は、第２の外径に略等しい。

有利には、ライナの第２の中間部分の形状は、円筒形、円錐台形、湾曲形状、およびそれらの組合せからなる群から選択される外周面を有する。

したがって、第２のドーム強化シェルを備えるライナの外面は、特に平滑である。これによって、外側複合構造の取付けが改善され、圧力容器内の応力レベルが低下する。

好ましくは、第２の中間部分の外周面は、第２の円錐台形面と第２の円筒面の組合せである。

したがって、ライナは、略円筒形の中央部分と第２のドーム形長手方向端部との間に第２の先細り状外側ショルダを備える段付きライナと見なすことができる。

有利には、第２の中間部分の第２の円錐台形面と第２の円筒面との間に形成される角度は、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である。

この角度は、第２の中間部分の第２の円錐台形面から第２の円筒面までの円滑な遷移を可能にし、外側複合構造に損傷を及ぼすことがある鋭い縁部が形成されるのを回避する。この角度はさらに、ライナ内部の第２のドーム強化シェルの先端領域内の応力を低減させるのを可能にする。

有利には、第２の円錐台形面と略円筒形の中央部分の外周面との間に形成される角度は、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である。

この角度は、第２の円錐台形面から略円筒形の中央部分の外周面までの円滑な遷移を可能にし、外側複合構造に損傷を及ぼすことがある鋭い縁部が形成されるのを回避する。さらに、第２の中間部分が第２のドーム強化シェルの先端を収容するための第２の先細り状外側ショルダを含むとき、この角度は、ライナ内部の第２のドーム強化シェルの先端領域内の応力を低減させる。

好ましくは、第２のドーム形長手方向端部のドーム外形と、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部のドーム外形との間の最大距離は、第３の外径の０．１％から５％の間、好ましくは第３の外径の０．５％から２．５％の間に含まれる。

これらの値は、第２のドーム形長手方向端部に適しており、ライナの製造において容易に実施され、ライナおよび第２のドーム強化シェルを密閉するかまたは包み込む外側複合構造内の応力をより適切に低減させるのを可能にする。応力がこのように低減すると、使用される複合構造を減らすことが可能になる。

別の実施形態では、圧力容器は、ライナの略円筒形の中央部分の周りに巻き付けられたフープ層をさらに備え、それによって、第３の外径は、フープ層を含む。

この構成は、ライナを段付きライナではなく従来のライナとすることを可能にする。従来のライナは、段を有さないライナである。

本発明によれば、上記で説明したような圧力容器を備える車両も提供される。

他の特徴および利点は、例示的で非制限的な例として与えられる以下の説明を、添付の図面とともに読むことによって明らかになろう。

本発明による車両の外観図である。 本発明の第１の実施形態による圧力容器の断面図である。 ドーム強化シェルの第１の層における図２の圧力容器のドーム強化シェルおよび従来技術のドーム強化シェル内の差分内部応力の配分を比較したシミュレーショングラフィックスである。 ドーム強化シェルの第２の層における図２の圧力容器のドーム強化シェルおよび従来技術のドーム強化シェル内の差分内部応力の配分を比較したシミュレーショングラフィックスである。 図２の圧力容器の外側複合構造および従来技術の外側複合構造内の差分内部応力の配分を比較したシミュレーショングラフィックスである。 本発明の第２の実施形態による圧力容器の断面図である。

本発明について、特定の実施形態に関していくつかの図面を参照しながら説明するが、本発明は実施形態および図面に制限されず、特許請求の範囲によってのみ制限される。説明される図面は、概略図に過ぎず、非制限的である。図面では、いくつかの要素のサイズが誇張されることがあり、図示の目的上縮尺通りに描かれないことがある。寸法および相対寸法は、本発明を実施するための実際の縮小に対応していない。

特許請求の範囲において使用される「備える」という用語は、その後に列挙される手段に限定されるものと解釈すべきではなく、他の要素またはステップを除外しないことに留意されたい。したがって、この用語は、参照され記載された特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を言うものと解釈すべきであるが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、もしくは構成要素、またはそれらのグループの存在または追加を除外しない。したがって、「手段Ａおよび手段Ｂを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａおよび構成要素Ｂのみからなるデバイスに限定すべきではない。この表現は、本発明に関して、デバイスの関連する構成要素がＡおよびＢのみであることを意味する。

図１は、高圧下のガスを含むように構成された圧力容器４、４’を備える車両２を表す。たとえば、圧力容器４、４’は、車両の燃料電池を駆動するための二水素を含んでもよい。「圧力容器」という表現は、ガスを加圧下で貯蔵することを目的としており、７００バールまでの内圧に耐えることができる容器を意味する。たとえば、圧力容器は、国連によって発行された"Agreement Concerning the Adoption of Uniform Technical Prescriptions for Wheeled Vehicles, Equipment and Parts which can be Fitted and/or be Used on Wheeled Vehicles and the Conditions for Reciprocal Recognition of Approvals Granted on the Basis of these Prescriptions"（車輪付き乗物、機器、および車輪付き乗物上に取り付けることができ、かつ／または車輪付き乗物上で使用することができる部品用の統一技術規定の採用ならびにこれらの規定に基づいて与えられる承認を相互認識するための条件に関する協定）のＡｄｄｅｎｄｕｍ １３３－Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｎｏ． １３４（補遺１３３－規則第１３４号）に準拠してもよい。

図２は、本発明の第１の実施形態による圧力容器４の半分を表す。圧力容器４は、圧力容器４の流体貯蔵チャンバ３を画定するライナ６を備える。ライナ６は、長手方向軸１０ならびに２つの同様のドーム形長手方向端部、第１のドーム形長手方向端部１２および第２のドーム形長手方向端部（図２には第１のドーム形長手方向端部１２のみが示されている）を画定する略円筒形の中央部分８を有する。ライナ６は、長手方向軸１０に垂直であり、ライナ６の体積の中心を通過する対称面を有する。他の実施形態では、ライナは、１つのドーム形長手方向端部１２のみを有してもよい。

対称面に対する対称性によって第２のドーム形長手方向端部は推定することができることがわかっているので、以下では、第１のドーム形長手方向端部１２についてのみ説明する。このことは、第１の中間部分１３についても同様である。

略円筒形の中央部分８は、ライナ６の第１の長手方向端部８ａにおいて第１の外径Ｄ１を有する。第１のドーム形長手方向端部１２は、長手方向軸１０と同軸の中心軸と、第２の外径Ｄ２のベース部分１２ａとを有する。Ｄ２はＤ１よりも小さい。ライナ６は、略円筒形の中央部分８と第１のドーム形長手方向端部１２との間に位置する第１の中間部分１３をさらに備える。第１の中間部分１３は、略円筒形の中央部分８の第１の長手方向端部８ａを第１のドーム形長手方向端部１２のベース部分１２ａに接続する。

本実施形態では、ライナ６の第１の中間部分１３は、第１の円錐台形面９と第１の円筒面１１の組合せからなる外周面を有する。第１の中間部分１３の第１の円錐台形面９と第１の円筒面１１との間に形成される角度γは１５°未満であり、好ましくは１０°未満である。この角度は、第１の円筒面１１に対する第１の円錐台形面９の傾きに対応し、それらの２つの部分の間の円滑な遷移を可能にし、それによって、鋭い縁部の形成が回避される。さらに、第１の円錐台形面９と略円筒形の中央部分８の外周面との間に形成される角度σは、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である。この角度は、略円筒形の中央部分８の外周面に対する第１の円錐台形面９の傾きに対応し、それらの２つの部分の間の円滑な遷移を可能にし、それによって、鋭い縁部の存在が回避される。

ライナ６の第１のドーム形長手方向端部１２は、特許文献１に記載されたドーム形長手方向端部などの、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部よりも、内部流体貯蔵チャンバ３に向かう凹度が低いドーム外形を有する。第１のドーム形長手方向端部のドーム外形と、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部のドーム外形との間の最大距離は、第１の外径Ｄ１の０．１％から５％の間、好ましくは第１の外径Ｄ１の０．５％から２．５％の間に含まれることが規定される。

圧力容器４は、流体をライナ６に注入しライナ６から排出するためのボス１４を備える。ボス１４は、ライナ６の第１のドーム形長手方向端部１２に位置する孔に嵌め込まれる。

圧力容器４は、ライナ６の第１のドーム形長手方向端部１２上に嵌め合わされた第１のドーム強化シェル１６を備える。この実施形態では、圧力容器４は、２つの同様のドーム強化シェルを備え、各ドーム強化シェルは、ライナ６の一方のドーム形長手方向端部上に嵌め合わされ、２つのドーム強化シェルは、上記の対称面に対して互いに対称である。対称面に対する対称性によって第２のドーム強化シェルは推定することができることがわかっているので、以下では、第１のドーム強化シェル１６についてのみ説明する。本実施形態では、第１の外径Ｄ１と第２の外径Ｄ２との間の直径の差は、第１のドーム強化シェル１６がライナ６と同一平面上に位置するように第１の中間部分１３に第１の先細り状外側ショルダの形をした挿入領域が形成されるような差である。この位置では、第１の先細り状外側ショルダは、第１のドーム強化シェル１６の先端２７を収容する。

圧力容器４は、ライナ６および第１のドーム強化シェル１６を密閉するかまたは包み込む外側複合構造２０を備える。そのような外側複合構造２０は、圧力容器の製造において公知であり、外側複合構造２０については、以下の説明ではこれ以上説明しない。

第１のドーム強化シェル１６は、繊維強化複合材料の層の巻き線からなる。繊維強化複合材料については、事前に含浸させ、より合わせた後に硬化するか、または事前に含浸させず、たとえば、樹脂注入プロセスまたは一般的にはＲＴＭプロセスと呼ばれる樹脂トランスファー成形プロセスによって含浸させてもよい。そのようなプロセスの間、複合材料の硬化は、複合材料が樹脂注入器具または樹脂トランスファー型内部に残存する間に行われる。ＲＴＭプロセスは、内部応力を低減させつつ第１のドーム強化シェル１６の特別に平滑な外面を得るのを可能にすることに留意されたい。第１のドーム強化シェル１６は、ベース２４と、ライナ６の長手方向軸１０と同軸の中心軸とを含むドーム形部分２２を有する。本実施形態では、第１のドーム強化シェル１６は、ライナ６の第１のドーム形長手方向端部１２と第１の中間部分１３の両方の形状と相補的な形状を有する。したがって、第１のドーム強化シェル１６はまた、ジオデシックドーム外形を有するドーム強化シェルよりも、内部流体貯蔵チャンバ３に向かう凹度が低いドーム外形を有する。第１のドーム強化シェル１６は、ライナ６の第１のドーム形長手方向端部１２と第１の中間部分１３の両方に嵌め合わされる。

図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、第１のドーム強化シェル１６および従来技術のドーム強化シェルの繊維強化複合材料の第１の層および第２の層における、プリアンブルにおいて引用された従来技術特許文献１によって提案された、第１のドーム強化シェル１６内の応力とドーム強化シェル内の応力を比較するソフトウェアＡＢＡＱＵＳにおけるシミュレーションを示す。

図４は、外側複合構造２０の近位層内の応力と従来技術の外側複合構造の近位層内の応力を比較するソフトウェアＡＢＡＱＵＳにおけるシミュレーションを示す。

図３Ａ、図３Ｂ、および図４は、シミュレーションにおける出力ＵＶＡＲＭ８に対応する、フィラメント内の繊維方向における薄膜応力を示す。この３つの図において、点線２８は、本発明による圧力容器の第１のドーム強化シェル１６内または外側複合構造２０内の応力の進展に対応し、実線３０は、従来技術による圧力容器のドーム強化シェルまたは外側複合構造内の応力の進展に対応し、この場合、ライナのドーム形長手方向端部は、ジオデシックドーム外形を有する。

図３Ａ、図３Ｂ、および図４は、本発明から得られる２つの改良を示す。第１に、第１のドーム強化シェル１６の繊維強化複合材料の層内の応力は、繊維に沿って約５００ＭＰａ低減する（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。第１の層について、非ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部１２の場合には、繊維に沿って応力が低減し、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部の場合には、応力がわずかに増大することがわかる。第２に、外側複合構造２０内の応力も、繊維に沿った位置の関数において約５００ＭＰａ～１０００ＭＰａだけ低減し、本発明は、繊維に沿った応力の進展を平滑化することを可能にし、したがって、圧力容器を場合によっては破壊する場合がある応力を集中させるゾーンを排除する。そのような破壊は一般に、たとえば、２０バール～７００バールの連続的な圧力循環の後に生じる。

これらの利点に起因して、圧力容器についての同じ機械的特性を維持しつつ外側複合構造２０に使用する繊維を少なくすることが可能である。得られる圧力容器は、より軽量であり、必要な製造時間が短縮される。

図５は、本発明の変形実施形態を示す。この実施形態では、ライナ６の略円筒形の中央部分８の周りにフープ層１５が巻き付けられ、それによって、第１の外径Ｄ１はフープ層１５を含む。

本発明の圧力容器は、当技術分野においてすでに公知であり、ここではこれ以上説明しない手段によって製造されてもよい。

上記の実施形態は例示的な実施形態であり、制限的な実施形態ではない。自明的に、本発明の概念から逸脱せずに上記の教示に鑑みて本発明の多くの修正形態および変形形態が可能である。したがって、本発明は説明された以外の方法で実施されてもよいことを理解されたい。

２ 車両
３ 内部流体貯蔵チャンバ
４、４’ 圧力容器
６ ライナ
８ ライナ６の中央部分
８ａ 中央部分８の第１の長手方向端部
９ 第１の円錐台形面
１０ 長手方向軸
１１ 第１の円筒面
１２ ライナ６の第１のドーム形長手方向端部
１２ａ 第１のドーム形長手方向端部１２のベース
１３ 中央ライナ６の第１の中間部分
１４ ボス
１５ フープ層
１６ 第１のドーム強化シェル
２０ 外側複合構造
２２ 第１のドーム強化シェル１６のドーム形部分
２４ ドーム形部分２２のベース
２７ 第１のドーム強化シェル１６の先端
２８ 点線
３０ 実線

Claims (18)

1. 圧力容器（４、４’）であって、
   内部流体貯蔵チャンバ（３）を画定するライナ（６）であって、
   第１の長手方向端部（８ａ）において第１の外径Ｄ１を有する略円筒形の中央部分（８）と、
   第２の外径Ｄ２のベース（１２ａ）を有する第１のドーム形長手方向端部（１２）であって、前記第２の外径Ｄ２は、前記第１の外径Ｄ１よりも小さい、第１のドーム形長手方向端部（１２）と、
   前記略円筒形の中央部分（８）と前記第１のドーム形長手方向端部（１２）との間に位置し、前記略円筒形の中央部分（８）の前記第１の長手方向端部（８ａ）を前記第１のドーム形長手方向端部（１２）の前記ベース（１２ａ）に接続する第１の中間部分（１３）と、を有し、
   前記ライナ（６）の前記第１のドーム形長手方向端部（１２）は、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部よりも、前記内部流体貯蔵チャンバ（３）に向かう凹度が低いドーム外形を有する、ライナ（６）と、
   前記ライナ（６）の前記第１のドーム形長手方向端部（１２）と前記第１の中間部分（１３）の両方の形状と相補的な形状を有する第１のドーム強化シェル（１６）であって、前記ライナ（６）の前記第１のドーム形長手方向端部（１２）と前記第１の中間部分（１３）の両方に嵌め合わされる、第１のドーム強化シェル（１６）と、
   ボス（１４）と、
   前記ライナ（６）および前記第１のドーム強化シェル（１６）を密閉するかまたは包み込む外側複合構造（２０）と、
   を備える、圧力容器（４、４’）。
2. 前記第１のドーム強化シェル（１６）は、ジオデシックドーム外形を有するドーム強化シェルよりも、前記内部流体貯蔵チャンバ（３）に向かう凹度が低いドーム外形を有する、請求項１に記載の圧力容器（４、４’）。
3. 前記ライナ（６）の前記第１の中間部分（１３）は、円筒形、円錐台形、湾曲形状、およびそれらの組合せからなる群から選択される外周面を有する、請求項１および２のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
4. 前記第１の中間部分（１３）の前記外周面は、第１の円錐台形面（９）と第１の円筒面（１１）の組合せである、請求項３に記載の圧力容器（４、４’）。
5. 前記第１の中間部分（１３）の前記第１の円錐台形面（９）と前記第１の円筒面（１１）との間に形成される角度γは、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である、請求項４に記載の圧力容器（４、４’）。
6. 前記第１の円錐台形面（９）と前記略円筒形の中央部分（８）の外周面との間に形成される角度σは、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である、請求項４および５のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
7. 前記第１のドーム形長手方向端部（１２）のドーム外形と、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部のドーム外形との間の最大距離は、前記第１の外径Ｄ１の０．１％から５％の間、好ましくは前記第１の外径Ｄ１の０．５％から２．５％の間に含まれる、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
8. 前記ライナ（６）の前記略円筒形の中央部分（８）の周りに巻き付けられたフープ層（１５）をさらに備え、それによって、前記第１の外径Ｄ１が前記フープ層（１５）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
9. 前記ライナ（６）は、
   前記略円筒形の中央部分（８）の前記第１の長手方向端部（８ａ）の反対側にある第２の長手方向端部における第３の外径と、
   前記第３の外径よりも小さい第４の外径のベースを有する第２のドーム形長手方向端部と、
   前記略円筒形の中央部分（８）と前記第２のドーム形長手方向端部との間に位置し、前記略円筒形の中央部分（８）の前記第２の長手方向端部を前記第２のドーム形長手方向端部の前記ベースに接続する第２の中間部分とをさらに備え、
   前記ライナ（６）の前記第２のドーム形長手方向端部が、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部よりも、前記内部流体貯蔵チャンバに向かう凹度が低いドーム外形を有し、
   前記圧力容器は、前記ライナ（６）の前記第２のドーム形長手方向端部および前記第２の中間部分の両方の形状と相補的な形状を有する第２のドーム強化シェルをさらに備え、前記第２のドーム強化シェルは、前記ライナ（６）の前記第２のドーム形長手方向端部および前記第２の中間部分の両方に嵌め合わされ、
   前記外側複合構造（２０）は、前記ライナ（６）および２つの前記ドーム強化シェルを密閉するかまたは包み込む、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
10. 前記第３の外径は、前記第１の外径Ｄ１に略等しい、請求項９に記載の圧力容器（４、４’）。
11. 前記第４の外径は、前記第２の外径Ｄ２に略等しい、請求項９および１０のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
12. 前記ライナ（６）の前記第２の中間部分は、円筒形、円錐台形、湾曲形状、およびそれらの組合せからなる群から選択される外周面を有する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
13. 前記第２の中間部分の前記外周面は、第２の円錐台形面と第２の円筒面の組合せである、請求項１２に記載の圧力容器（４、４’）。
14. 前記第２の中間部分の前記第２の円錐台形面と前記第２の円筒面との間に形成される角度は、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である、請求項１３に記載の圧力容器（４、４’）。
15. 前記第２の円錐台形面と前記略円筒形の中央部分（８）の外周面との間に形成される角度は、１５°未満であり、好ましくは１０°未満である、請求項１３および１４のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
16. 前記第２のドーム形長手方向端部のドーム外形と、ジオデシックドーム外形を有するドーム形長手方向端部のドーム外形との間の最大距離は、前記第３の外径の０．１％から５％の間、好ましくは前記第３の外径の０．５％から２．５％の間に含まれる、請求項９から１５のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
17. 前記ライナ（６）の前記略円筒形の中央部分（８）の周りに巻き付けられたフープ層（１５）をさらに備え、それによって、前記第３の外径が前記フープ層（１５）を含む、請求項９から１６のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）。
18. 請求項１から１７のいずれか一項に記載の圧力容器（４、４’）を備える車両（２）。

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