JP5587339B2 - 圧力容器のボスとライナーとのインターフェース - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［背景］
圧力容器は、一般的に、例えば酸素、天然ガス、窒素、プロパン等の燃料を貯蔵するなど、様々な液体を加圧下で格納するために用いられる。好適な容器材料として、熱硬化性又は熱可塑性樹脂によって接着された、巻装されたガラス繊維フィラメント等の合成フィラメントの積層が挙げられる。エラストマー等の非金属の弾性ライナー又はブラダー（ｂｌａｄｄｅｒ）を複合シェル内に配置し、圧力容器を密閉して内部の液体が複合材料に接触することを防止する場合が多い。このような圧力容器の複合構造により、軽量化、並びに腐食、疲労及び突発故障への耐性といった数多くの利点が得られる。このような属性は、典型的に圧力容器の構造における主分力方向に方向づけられた、強化用繊維又はフィラメントの高い特定の強度によってもたらされる。

図１及び２は、細長い圧力容器１０を示している。この圧力容器は、例えば、参照によって本明細書に援用される米国特許第５，４７６，１８９号で開示されている。圧力容器１０は、端部１４を備えた本体部１２を有する。ボス１６が圧力容器１０の一端又は両端に設けられ、圧力容器１０の内部と連通するポートが備えられる。圧力容器１０は、外側複合シェル１８に覆われたポリマー製内側ライナー２０から成る。この場合、「複合」とは、フィラメントが巻装又は積層された構造等の繊維強化樹脂マトリックス材料を意味する。

ライナー２０は、略半球状の端部２２を有する。端部２２は、外側複合シェル１８の開口部２６内に位置合わせされた開口部２４を有する。ボス１６は、位置合わせされた開口部内に配置され、首部分２８及び半径方向外向きに突出したフランジ部分３０を含む。ボス１６は、ポート３２を画定する。このポート３２を介して、高圧の液体は圧力容器１０の内部と連通し得る。

ライナー２０は、二重層リップ外接開口部２４をライナー２０内に含む。二重層リップ外接開口部２４は、外側リップ部３４及び内側リップ部３６を有する。外側リップ部３４と内側リップ部３６との間に、ボス１６のフランジ部分３０を受け入れる環状凹所３８が画定される。ライナー２０をボス１６に固定するため、あり継ぎで接合された内部係合固定手段４０がフランジ部分３０と外側リップ部３４及び内側リップ部３６との間にそれぞれ設けられる。

この種の、ライナーとボスとの間の連結構造は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）燃料容器等の一定の用途で効果があることが証明されている。しかし、高圧（例えば、７００バール）での使用において、ボスに隣接するプラスチックライナー材料の歪みにより、プラスチックがキー溝から（即ち、連結手段４０から）引き抜かれる傾向がいくらかみられることがわかっている。高圧用途におけるこの領域の「歪み」の原因は、ライナー２０とボス１６との間のキー溝内に高圧ガスが存在することにある。高圧ガスはライナー材料を飽和状態にし、圧力が低下する時にガスは除去される。従って、ライナー２０とボス１６との間の領域に浸透するガスの圧力は、例えばガスを圧力容器１０から除去する時など、圧力容器１０内のガスより高くなり得る。その結果、ライナー２０とボス１６との間の過剰な圧力が原因で、ライナー材料がキー溝から外れ得る。従って、高圧下でのライナーとボスの分離を防止し、ライナーとボスとの間のキー溝内に閉じ込められた上記のようなガスを抜くことが可能な、ライナーとボスとのインターフェース構造が依然として必要とされている。
［概要］
一態様において、本開示は、圧力容器用のボスについて記載する。ボスは、フランジを有する。フランジは、内部キー溝を含む。内部キー溝は、内側側壁と、内側側壁に配置された複数の穴とを有する。

別の態様において、本開示は、圧力容器について記載する。圧力容器は、本体部と、その本体部に接続された端部とを有する。端部はボスを含み、ボスはフランジを含む。フランジは内部キー溝を含み、内部キー溝は内側側壁と、内側側壁に配置された複数の穴とを有する。

さらに別の態様において、本開示は、複合シェルとボスを含む圧力容器について記載する。複合シェルは、外側シェルと、その外側シェル内に配置された内側ライナーとを含む。ボスは、複合シェルのポートを画定し、外側及び内側を有するフランジを含む。そのライナーは、複数のアンカーによりフランジと機械的に一体化する。各アンカーは、フランジの内側にのみ接触する。

さらに別の態様において、圧力容器の形成方法は、フランジを有するボスを用意することを含む。フランジは内部キー溝を有し、内部キー溝は内側側壁と、内側側壁に配置された複数の穴とを有する。本方法は、液体ポリマー材料を内部キー溝の中及び前記複数の穴の中に流入させることを含む。

本概要は、概念を単純化して紹介するために提供されるものであり、この概念を以下の詳細な説明でさらに詳しく記載する。本概要は、開示された主題又は請求項に記載された主題の重要な特徴又は基本的な特徴を特定することを意図するものではなく、また開示された主題又は請求項に記載された主題の各開示された実施形態又は各実施について記載することを意図するものではない。具体的には、一実施形態に関して本明細書中で開示された特徴は、別の実施形態に同等に適用可能であり得る。さらに、本概要は、請求項に記載された主題の範囲を決定する助けになるものとして利用されることを意図するものではない。本記載が進むにつれ、多くの他の新規な利点、特徴、及び関係が明らかになるであろう。以下に続く図面及び記載は、例示的実施形態をさらに詳細に例証する。

開示された主題をさらに添付の図面を参照しながら説明する。これらの図面では、同様の構造又はシステム要素は、いくつかの図面で同様の参照番号で示されている。

典型的な細長い圧力容器の側面正面図である。 図１の２−２線から見た、上記圧力容器の一端の部分断面図である。 本開示のボスの第一実施形態の斜視図である。 図３の４−４線から見た、ボスの部分断面図である。 図４Ａと類似しているが、容器ライナーに接続されたボスを示している。 本開示のボスの第二実施形態の斜視図である。 図５の６−６線から見た、ボスの部分断面図である。 図６Ａと類似しているが、容器ライナーに接続されたボスを示している。

上記の各図は、開示された主題の１つ以上の実施形態を説明しているが、本開示中で述べたように、他の実施形態も考えられる。いかなる場合も、本開示は、開示された主題を表示することによって示し、非限定的である。多くのその他の修正及び実施形態は、本開示の原理の範囲及び精神を含む分野の当業者によって考案することができることを理解すべきである。

これらの図は正確な縮尺で書かれていない場合もある。さらに、「上方に」、「下方に」、「上に」、「下に」、「頂部」、「底部」、「側面」、「右」、「左」等の用語が使用される場合、これらの用語は単に記載の理解を容易にすることを目的に用いられていることを理解すべきである。構造物は別の配向であってもよいと考えられる。
［詳細な説明］
一実施形態において、改善されたボスとライナーとのインターフェース構造が、図３、４Ａ及び４Ｂのボス１６Ａについて示されている。環状外側又は外部キー溝４２及び環状内側又は内部キー溝４４がフランジ３０に設けられ、ライナー２０の連結キー４２ａ及び４４ａとそれぞれ嵌合する。本開示中に使用される場合、「あり継ぎで接合する」という用語は、ボス１６Ａのキー溝４２／４４とライナー２０の連結キー４２ａ／４４ａとの間に形成される結合部が分離するのを構造的に防止するために、リップ、切り欠き、フレア（ｆｌａｒｅ）、突起、あるいは同様の又は対応する構造を含む、キー溝又は連結キー構成を説明する。外側キー溝４２は、半径方向の分離を防止するために軸方向に延びる環状リップ５２と、軸方向の分離を防止するために半径方向に延びる環状リップ５４とを含む。同様に、内側キー溝４４は、半径方向の分離を防止するために軸方向に延びる環状リップ５６と、軸方向の分離を防止するために半径方向に延びる環状リップ５８とを含む。

環状溝４６は、ボス１６Ａのフランジ３０Ａの内側で、内側キー溝４４の半径方向内向きに画定される。環状溝４６は、複数の離散した穴４８により内側キー溝４４に接続される。穴４８は、内側キー溝４４の内側側壁５０と環状溝４６との間に形成される。各穴４８は、その一端に内側キー溝４４内の第一開口部４８ａを有し、第二端部に環状溝４６内の第二開口部４８ｂを有する。穴４８の断面は、例えば、円形又は細長い形状であってもよい。例示的な実施形態において、環状溝４６は実質的に「Ｖ」字形である。

圧力容器１０の形成方法は、ライナー２０用の液体ポリマー材料を外側キー溝４２、内側キー溝４４、環状溝４６及び穴４８内に流入させ且つ充填することを含む。その後ライナー材料は固化し、キー４２ａ、キー４４ａ及びアンカー４９を形成する。ライナー２０は、穴４８内に形成されたアンカー４９によってボス１６Ａと機械的に連結し、環状溝４６内のライナー材料を内側キー溝４４（キー４４ａ）内のライナー材料と接続する。これによれば、圧力が非常に高い条件下でも、ライナー２０がボス１６Ａから分離することが抑制される。実際には、ライナー２０とボス１６Ａが分離するとすれば、その前にライナー材料２０は引き裂かれる必要があろう。

フランジ３０Ａは、内側６０及び外側６２を有する。例示的な実施形態において、各アンカー４９は、フランジ３０Ａの内側にのみ接触し、フランジ３０Ａの外側には接触しない。内側キー溝４４、環状溝４６及び穴４８は全てフランジ３０Ａの内側６０に位置するため、フランジ３０Ａの内側からフランジ３０Ａの外側にガスが漏れる通路は存在しない。さらに、ライナー２０とボス１６Ａとの間に蓄積されたガスは、ライナー２０の開口部２４で圧力容器１０内に戻るため（図２を参照）、ライナー２０とボス１６Ａとのインターフェースでの破壊又は分離を防止することができる。

本開示の別の例示的ボスが図５、６Ａ及び６Ｂに示されている。この例示的ボス１６Ｂの構造は、内側キー溝４４の半径方向内向きに溝が提供されていないことを除き、上述のボス１６Ａの構造と同様である。この内側キー溝４４内において、複数の離散した穴４８がボス１６Ｂにほぼ半径方向に設けられる。穴４８は、キー溝４４の側壁５０に配置された開口部４８ａを介する。本明細書中で使用される場合、「穴」は部材を貫通して延びる必要はない。従って、穴４８は、開口部４８ａから図６Ａ及び６Ｂにおける４８ｃのように、その閉端まで延びてもよい。圧力容器１０を形成する際、ライナー２０の材料は同様に、環状キーを形成する。環状キーは、環状キー溝４２及び４４（外側キー４２ｂ及び内側キー４４ｂはそれぞれ）に流入し、環状キー溝４２及び４４と連結する。内側キー４４ｂから、ライナー材料は穴４８を満たしてアンカー４９を形成し、ボス１６Ｂとライナー２０との分離を防止する。

上述した各ボス構造物（図３、４Ａ及び４Ｂ中に示されたボス１６Ａ並びに図５、６Ａ及び６Ｂ中に示されたボス１６Ｂ）は、ボス１６Ａ／Ｂとライナー２０との間の破裂及び／又はガス蓄積を防止するために、ボス１６Ａ／Ｂとライナー２０との間の高度に安定且つ一体化したインターフェースを提供することを意図したものである。

本開示の主題をいくつかの実施形態を参照しながら説明してきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細の変更が可能であることを当業者であれば認識するであろう。さらに、１つの実施形態について開示された特徴を別の実施形態に援用してもよく、逆も同様である。例えば、穴は、（例えば、図３、４Ａ及び４Ｂに示されるように）フランジの一部を貫通して延びるものもあれば、（例えば、図５、６Ａ及び６Ｂに示すように）貫通しないものもあってもよい。穴の構成は、フランジの周囲に半径方向に交互に入れ替えてもよいし（貫通穴、閉端穴、貫通穴、等）、又はフランジの周囲に入り混ぜた構成で配置してもよい。

Claims (24)

1. 圧力容器用のボスであって、前記ボスは外側及び内側を有するフランジを有し、
   前記内側に配置され、内側側壁を有する内部キー溝と、
   前記内側側壁に配置された複数の穴であって、前記外側と連通しない複数の穴と、
   を有するボス。
2. 圧力容器用のボスであって、前記ボスは外側及び内側を有するフランジを有し、
   前記内側に配置され、内側側壁を有する内部キー溝と、
   前記内側側壁に配置された複数の穴と、
   前記内部キー溝の半径方向内向きに配置された溝と、を含み、
   前記複数の穴は前記内部キー溝と前記溝とを接続する、ボス。
3. 前記溝はＶ字形であることを特徴とする、請求項２に記載のボス。
4. 各穴は、前記ボスの前記フランジ内に延びる当該穴のための第一開口部を有することを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のボス。
5. 少なくとも１つの穴は、前記フランジの一部を貫通し、前記フランジの前記内側の当該穴のための第二開口部まで延びることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のボス。
6. 各第二開口部は、前記フランジの前記内側の環状溝に配置されることを特徴とする、請求項５に記載のボス。
7. 各穴は、前記フランジの前記一部を貫通し、前記フランジの内側の当該穴のための前記第二開口部まで延びることを特徴とする、請求項５又は６に記載のボス。
8. 前記外側に配置される外部キー溝をさらに含む、請求項１〜３の何れか１項に記載のボス。
9. 前記外部キー溝は当該ボスの軸方向に延びるリップを有することを特徴とする、請求項８に記載のボス。
10. 前記外部キー溝は当該ボスの半径方向に延びるリップを有することを特徴とする、請求項８又は９に記載のボス。
11. 少なくとも１つの穴は、前記フランジの一部内を通り、前記フランジ内で前記穴の閉端まで延びることを特徴とする、請求項１〜４，８〜１０の何れか１項に記載のボス。
12. 前記内部キー溝は当該ボスの軸方向に延びるリップを含むことを特徴とする、請求項１〜１１の何れか１項に記載のボス。
13. 前記内部キー溝は当該ボスの半径方向に延びるリップを含むことを特徴とする、請求項１〜１２の何れか１項に記載のボス。
14. 本体部と、
    前記本体部に接続された端部と、
    を含む圧力容器であって、
    前記端部はボスを含み、前記ボスは内側及び外側を有するフランジを含み、前記フランジは、
    前記内側に配置され、内側側壁を有する内部キー溝と、
    前記内側側壁に配置された複数の穴であって、前記外側と連通しない複数の穴と、
    を含む圧力容器。
15. 本体部と、
    前記本体部に接続された端部と、
    を含む圧力容器であって、
    前記端部はボスを含み、前記ボスは内側及び外側を有するフランジを含み、前記フランジは、
    前記内側に配置され、内側側壁を有する内部キー溝と、
    前記内側側壁に配置された複数の穴と、
    前記内部キー溝の半径方向内向きに配置された溝と、を含み、
    前記複数の穴は前記内部キー溝と前記溝を接続する、圧力容器。
16. 前記溝はＶ字形であることを特徴とする、請求項１５に記載の圧力容器。
17. 前記外側に配置される外部キー溝をさらに含む、請求項１４〜１６の何れか１項に記載の圧力容器。
18. 前記外部キー溝は前記ボスの軸方向に延びるリップを有することを特徴とする、請求項１７に記載の圧力容器。
19. 前記外部キー溝は前記ボスの半径方向に延びるリップを有することを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の圧力容器。
20. 前記内部キー溝は前記ボスの軸方向に延びるリップを含むことを特徴とする、請求項１４〜１９の何れか１項に記載の圧力容器。
21. 前記内部キー溝は前記ボスの半径方向に延びるリップを含むことを特徴とする、請求項１４〜２０の何れか１項に記載の圧力容器。
22. 外側シェルと、
    前記外側シェル内に配置された内側ライナーと、
    を含む複合シェルと、
    前記複合シェルのポートを画定し、且つ外側及び内側を有するフランジを含むボスと、
    を有する圧力容器であって、
    前記フランジは、
    前記内側に配置され、内側側壁を有する内部キー溝と、
    前記内側側壁に配置された複数の穴であって、前記外側と連通しない複数の穴と、を含み、
    前記ライナーは、前記複数の穴に形成された複数のアンカーを介して前記フランジと機械的に一体化し、各アンカーは前記フランジの前記内側にのみ接触することを特徴とする、圧力容器。
23. 外側及び内側を有するフランジを含むボスであって、前記内側に配置され、内側側壁を有する内部キー溝と、前記内側側壁に配置された複数の穴であって、前記外側と連通しない複数の穴と、を有するボスを用意することと、
    液体ポリマー材料を前記内部キー溝及び前記複数の穴内に流入させることと、
    を含む圧力容器の形成方法。
24. 圧力容器の形成方法であって、
    外側及び内側を有するフランジを含むボスであって、前記内側に配置され、内側側壁を有する内部キー溝と、前記内側側壁に配置された複数の穴と、前記内部キー溝の半径方向内向きに配置された溝と、を有するボスであって、前記複数の穴の少なくともいくつかは、前記内部キー溝と前記溝とを接続するボスを用意することを含み、
    当該方法は、液体ポリマー材料を、前記内部キー溝、前記溝、及び前記複数の穴のうちの前記少なくともいくつかの中に流入させ充填させることを含む、圧力容器の形成方法。

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