JP6987140B2 - 改良型静電気防止加圧タンク - Google Patents

Description

本発明は、高圧および低圧の流体／ガス、特にＬＰＧまたはＬＮＧまたはＣＮＧを貯蔵するための圧力タンクに関し、周囲に接触領域を有する少なくとも１つの出口を有する熱可塑性材料の中空体と、各出口のための１つのボスであって、このようなボスは、中空体の内部への少なくとも１つのアパチャを有し、接触領域と相補的な部分の空間全体にわたって接続され、アパチャは、アパチャを軸方向にシールし、主に半径方向にのみ向く開口部を有するディフューザを底端部に有する、１つのボスと、ディフューザを囲む中空体の内部の静電気除去壁とを備えている。

従来技術においては、たとえば、液化石油ガス（ＬＰＧ）または液化天然ガス（ＬＮＧ）または圧縮天然ガス（ＣＮＧ）のように、低圧または高圧下にある気体または流体を貯蔵するためのタンクが知られている。これらのタンクは、とりわけ、ブロー成形、回転成形、ＰＥＴブロー成形工程、または射出成形工程で熱可塑性材料から製造される。圧縮強度を増加させるために、これらのタンクは、第２のステップにおいて、弾性繊維の外側層で覆われ、弾性繊維は一般に樹脂内に埋め込まれ、樹脂はこれら繊維を互いに結合して、内側プラスチック層に固定する。

実施形態に関わらず、このようなタンクは、いずれの場合も、少なくとも１つのボスを備える必要があり、このボスには、タンクを充填または空にするために、バルブ、ホース、またはチューブ端部のようなカップリングピースが気密的に取り付けられる。ボスとカップリングピースとの間の接続は、高圧用途ではラッチロックプラグまたはバヨネットソケットを介して行うことができるが、主に低ネジピッチのネジプラグが使用される。

ライナとも呼ばれる内部の中空体は、金属、たとえばアルミニウム、チタン、または鋼で作ることができるが、冒頭で述べたように、たとえば熱可塑性材料のようなプラスチックでも作ることができる。このような熱可塑性材料は、成形が容易であり、したがって、製造コストがより低く、そして通常は樹脂である繊維強化外側層のマトリクスにより良好に熱膨張係数が適合されるという利点を有する。しかしながら、欠点は、同等の壁厚を有する金属ライナに対するより低い耐圧性、およびより低い温度抵抗である。しかしながら用途によっては、これらの欠点は、上述した利点よりも後退する。

本発明にとって重要な要素であるプラスチックライナのさらなる欠点は、これらの低い導電性と、高圧下で流入する流体で充填されたときに、その結果として、静電荷が生じる傾向にあることである。流体は、通常、金属製の充填バルブの出口から高速で流出し、それによって電子を運び去り、次いで、電子が内側タンク壁への衝突中に衝突点に堆積する。電荷分離はさらに、高速で内側壁の反対側に衝突する流体噴流によって引き起こされ得る。

金属または他の導電性材料で作られた中空体またはライナでは、電荷均等化が迅速かつ容易に起こり得る。安全性をさらに高めるために、中空体／ライナならびにバルブを接地することもできる。これは、たとえば、熱伝導性が悪いために、熱可塑性材料から、プラスチックライナには可能ではないか、またはほとんど有効ではない。これにより、中空体／ライナの静電荷が生じ、これは文字通りの意味で、フラッシュ内で予測不可能に放電する可能性がある。タンク内部にまだ酸素が残っている場合、または充填された液体（混合物）自体が引火性の場合、爆発する可能性がある。発生する静電荷の放電はほとんど起こらず、また、まだ利用可能な酸素があるときには、不活性ガス処理が以前に行われていないはずであるため、この問題はとりわけ空の乾圧タンクの充填工程中に起こる。

先行技術として、この問題に対して２種類の解決策が提案されており、これらは除去および防火というキーワードを用いて要約することができる。両解決策が米国特許第７，６５６，６４２Ｂ２号（Ｕｌｅｋｌｅｉｖら）に例示されている。

除去目的のための解決策は、たとえば、それ以外のまたはほとんど導電性ではないプラスチック材料とは別の導電性コーティングによって内側タンク壁の導電性を改善することを提案する。しかしながら、この解決策の欠点は、熱可塑性ライナのより簡単で低予算の製造工程の利点が、少なくとも部分的に再び排除されることである。さらに、このようなコーティングは、とりわけ出口に面する箇所で、高い応力を受けやすい内側タンク壁のこれらの領域で急速に磨耗する。静電気防止添加剤は短時間しか効果がないので、その用途も限られている。

しかしながら、この防止戦略は、静電荷の原因から始めることを試みるが、これは、バルブからの流体の高い流入速度において見られるべきである。その減少のために、流入する流体が方向転換するように、軸方向に開口部を密封し、そして半径方向に向いた開口部のみを有するディフューザをバルブの底端部に加えることが提案される。したがって、それは一方では減速され、そして他方では束ねられた噴流として向かい合っている内側壁に影響を及ぼさないが、さらなる処理なしに最初に水平方向に広がってから、その後、重力によって影響を受けるいくつかの部分流に分割され、わずかなずれで内側壁にほぼ接線方向に衝突するであろう。しかしながら、さらなる減速を達成するために、上記の特許は、ライナ／中空体の一部として形成された円筒形状のカラーで、ライナの出口の内部でディフューザを囲むことを提案している。したがって、ディフューザの半径方向開口部から排出される流体はカラーに衝突し、したがって、再び方向転換され、強く減速される。

この解決策の欠点は、周囲の閉じたカラーによる流体の極端な減速が、ディフューザとカラーとの間に残っている空間を埋めることとなり、その結果、強い逆圧力が蓄積され、したがって、流速が非常に低下する。この空間内の流れは、そこでは非常に乱流であるため、隣接する部分、ディフューザ、カップリングピース、ボス、およびカラーの大きな機械的負荷をもたらし、それが急速な劣化を加速させる。

しかしながら、ディフューザとカラーとの間の空間における強い逆圧力のさらに深刻な問題は、流入する流体が、ディフューザとカラーの間の空間の上側に位置する、ライナとボスとの間の接合部に押し込まれるという事実につながり、これによって、特に高い充填圧力および速度の下で、圧力タンクの気密性が脅かされる可能性があるということである。

ボスの壁の厚さおよび精度の要求は、圧力タンクの壁の厚さおよび公差とはかなり異なるので、ボスおよびタンクをすべてワンピースで製造することは実際上合理的でも経済的でもない。

むしろ、完成後、個別に製造され、そしてほとんどの場合、マルチ部品ボスを備えたさらなる工程で、中空体を提供することが一般的である。たとえば、米国特許出願第２０１１／０１０／１００２号は、２つの出口を有するプラスチックタンクを記載している。これらの出口の上に、おのおの外部および内部から、略円筒形状のボスが配置され、それは一端においてカラー状のフランジで広げられる。これら２つの部分は、ネジで互いに螺合されて互いに圧着されているので、これらはタンクの出口の周りの領域上で内部から、および外部から、平坦に横向きに位置している。対応する圧力によって、そしてタンクまたはフランジに追加的に挿入されたシールリングによって、必要な圧力強度が得られる。

米国特許公開第２０１４／０２９９６１０Ａ１号は、ツーピースボス、その中空部／ライナおよびその繊維強化層への接続を提供する、より柔らかく、より柔軟な材料の外側部分を有する圧力タンクを記載している。第２の部分が、この外側ボス内に同心円状に埋め込まれ、雌ネジの形態のバルブまたは他のカップリングピースへの接続可能性を提供している。第２の部分は、発生する力に耐えるために、より硬い材料から製造される。内側部分とネジ込みバルブとの間にはボスのシールリップがあり、これは高圧の場合でも、バルブの周りの１つまたは複数のシールリングとともに、バルブの緊密な位置を固定する。

米国特許第７，６５６，６４２Ｂ２号明細書 米国特許出願第２０１１／０１０／１００２号公報 米国特許公開第２０１４／０２９９６１０Ａ１号公報

この刊行物は、要求される試験圧力に比例して、シールリップの半径方向の厚さを低減させることを教示している。しかしながら、シールリップが恐らく高圧下にあり、バルブ、ボスおよび出口、特にシールリングの圧力による変形を釣り合わせることができず、それが漏れの原因となる可能性があるという欠点がある。

この背景において、本発明は、複合圧力タンクのために、効果的に静電荷を防止するにも関わらず高い充填速度を可能にし、高圧下でも絶対的な気密性を保証するボスを開発する課題に取り組んだ。

解決策として、本発明はディフューザの周りに静電気除去壁を設けることを教示しており、それは以下に説明されるボスまたはネックリングの一部として、あるいはカップリングピースの一部として形成される。ボスと中空体／ライナとの間の避けられない接合部が、有利なことに、充填工程中の高い動的負荷によって応力を受けるディフューザと静電気除去壁との間の空間の外部に配置されるという事実によって、充填工程中の厳密性が保証される。

好ましい実施形態では、このような速度圧力の減少は、その円周にわたって広がるいくつかの乱流放出開口部によって達成される。アパチャの底端部におけるディフューザと、静電気除去壁との間の空間に流れ込む流体は、このような開口部を介してこの空間から出ることができる。これにより、ディフューザと静電気除去壁との間の残りの空間が解放され、より高い流速がもたらされる。流れ乱流は、半径方向ディフューザ開口部に対する乱流放出開口部の適切な位置決めによってさらに影響を受ける可能性がある。これにより、各ディフューザ開口部について、静電気除去壁に少なくとも１つの乱流放出開口部を設けることは意味がある。これらは、割り当てられたディフューザ開口部とおおよそ整列され得る。この場合、高い流速が達成され、ボスの領域内で最小の乱流が生じる。理想的には、乱流放出開口部のサイズは、ディフューザ開口部を出た後の噴流の広がりを考慮して、ディフューザ開口部から流出する流体の噴流断面よりも、若干小さく選択される。これは、流れが完全に層流ではないことを達成し、それによって、流れによる電荷分離が減少する。

別の提案は、乱流放出開口部間で、ディフューザ開口部を、大きな壁セグメントと整列させることである。ディフューザ開口部の、壁セグメントの中央との整列は、能動的な力でこれらに衝突する流体によって引き起こされる、壁セグメントに可能な限り等しい負荷を達成するために好ましい。この相対的な位置決めにより、先行技術として知られている連続的な円周カラーと同様に強い減速が達成されるが、実質的な利点は、流入する流体が、乱流放出開口部を有するさらなる流路を有することと、最大限の範囲で、定常流がその間の空間に発生することである。このようにして、高度の乱流から材料にかかる大きな応力が排除され、有利なことに、発生する静的逆圧力が、かなり低減される。流入流体の減速および２回の方向転換にも関わらず、この実施形態においても、最大可能流速は、ディフューザのないタンク（および／または静電気除去壁）と比較してほとんど減少しない。その間の空間の内部のみならず外部では、この整列によって、スプリンクラと同様な効果が発生し、十分な力によって静電気除去壁の壁セグメントに流体が衝突すると、流体は、非常に細かい液滴になるまで細かく分散され、その後、ディフューザと壁セグメントとの間の間隙を介して直接下方に部分的に落下し、乱流放出開口部から細かく広がって、外側タンク容積へ部分的に入る。したがって、流体が、中空体の内部空間に衝突したときにさらなる静電気を生じさせる可能性がある、束ねられた流体噴流は存在しない。

ライナ材料と比較してより良好な導電率を有する材料がボスに使用されるとき、または非導電性材料が導電性コーティングを備えているとき、これは本発明の教示のさらなる利点をもたらす。これは、バルブまたはカップリングピース内の流れによって運び去られる電荷、すなわち電子の大部分が、すでに静電気除去壁に堆積しているという事実に関係している。これは、従来の圧力タンクからも知られているが、非導電性中空体の一部としてカラーを形成することによって、有効な電荷の逆流が防止される。ボスが導電性材料から製造されるとき、ボス内の静電気除去壁の一体化のために、本発明において問題なく電荷の逆流が可能である。

したがって、本発明の実質的な着想は、静電気除去壁を圧力タンクのボス内に一体化することであり、このボスは、最後に、可能な繊維強化被覆層を含む中空体を有するホースまたはチューブを含む、流体を取り付けるための実際のカップリングピースの耐性のある（耐圧）接続部として機能する。これは、ボスと中空体との間の接合部が、ディフューザと静電気除去壁との間の空間内の弱点となることを阻止する。この着想はさらに、その間の空間に、乱流放出開口部ａを挿入することによって、大部分が定常的な、乱流の少ない流れ工程を達成することであり、これは、蓄積される逆圧力を減少させ、それによって、部品の材料にかかる応力を減少させ、材料は、この圧力に曝され、これは、対応して、所定の充填圧力の流速を増加させる。流体は、静電気除去壁の壁セグメントに衝突するとき、または遅くても、狭窄部として作用する乱流放出開口部を離れるときに散在するように散布され、その間の空間の領域を、細かいおよび最も細かい液滴のシャワーとして残す。これらは、恐らくは中空体の内側壁に衝突したとき、または空気中の摩擦によって、かなりの電荷処分を有効にするために十分な運動エネルギをもはや有していない。したがって、本発明による乱流放出開口部を有する静電気除去壁の静電気防止効果は、連続カラーを有するものと少なくとも同等であるが、その大きな欠点を回避する。

本発明のさらなる有利な発展形態は、これら自体が明らかに相互排除しない限り、単独でまたは組み合わせて実現することができ、以下に提示および説明される。

好ましくは、乱流放出開口部の数は、半径方向ディフューザ出口の数の整数倍である。特に本発明は、同数の乱流放出開口部およびディフューザ開口部を提供することを提案する。さらに、静電気除去壁は、ディフューザと同じ対称性を有することが好ましい。特に好ましいのは、乱流放出開口部を含むディフューザおよび静電気除去壁は、ｎ≧２のｎ回回転対称性および鏡面対称性を有する。したがって、流れおよびトルクの方向転換によって発生するボスへの負荷が均等化され、ボスはすべて負荷およびトルクから完全に解放されることが保証される。

乱流放出開口部は、たとえば、静電気除去壁にある円形または楕円形の開口部のように、異なる形状を有することができる。しかしながら、好ましくは、これらは、静電気除去壁の底縁から始まり、接線方向にディフューザ開口部の直径にほぼ対応する幅を有するその垂直寸法の実質的部分の上側に延びる細長い間隙または溝として設計される。まず第１に、これは製造が容易であり、そして第２に、ボスの領域における流入流体の流れ方向をもたらし、これは、乱流と層流性との間の非常に良好なバランス、そして全体として準定常的な流れを表す。さらなる流れ制御のために、静電気除去壁の横方向輪郭は変化することができ、たとえば、追加のうねりが、基本的な円形の輪郭に印されるか、多角形の基本的な形が選択される。

圧力タンクの充填中に流動状態に有利に影響を与えるさらなる可能性は、ディフューザ開口部を出る前に、流入する流体が衝突するディフューザの面表面に適切なトポグラフィを印すことである。これは、たとえば、衝突する流体の流れ方向の反対側の凸状または円錐形状の隆起部として設計され得、これは、改良されたボスの圧力放出、および、より高い流速をもたらす。

たとえば配管破損の場合、圧力タンクの流体の放出中の過圧力に対する保護を保証できるようにするために、機構を、ディフューザに統合することができるが、これは、高すぎる流速でアパチャを閉じる。

さらなる有利な実施形態は、静電気除去壁を、カップリングピースに固定される個別の部品として設計することである。これは、頻繁に使用され、したがって、構成要素を摩耗させる傾向があるので、静電気除去壁の保守または交換をそれぞれ単純化する。流体によって衝突されたときに最大の負荷を受ける乱流放出開口部のない静電気除去壁を使用する場合、この容易な保守可能性は、適切なカラーが中空体／ライナの内部の一体部分である従来技術の設計に対してかなりの利点を構成する。

静電気除去壁がカップリングピースに固定されているか、ボスまたはネックリングの一体部分として設計されているかに関わらず、静電特性または摩耗特性に影響を及ぼすために、異なる材料を製造に使用することができる。したがって、たとえば、金属の他に、熱可塑性材料も使用することができる。

本発明による圧力タンクのボスは、最も一般的な場合には一体品で作られており、すなわち、バルブ、ホース、チューブまたは同様のものに対するカップリングまたは接続の可能性が、ボス自体に統合される。これは、有利なことに、圧力タンクの気密性を危険に曝す可能性がある追加の接触点または接合部を回避する。中空体との接触領域におけるボスの材料特性に関する異なる要求に基づいて、ボスは、圧力負荷および熱的影響下で、およびバルブ、ホース、またはチューブを含む流体へのカップリングの領域における中空体の伸びに適合するために、十分に柔軟で弾性がなければならず、頻繁なカップリングおよびカップリング解除を伴う急激な疲労を回避するのに十分な安定性および硬度を必要とするものの、本発明は、ボスの少なくともツーピースの実施形態を提案する。この場合、好ましくは金属である硬質材料からの第２の部分、いわゆるネックリングは、より軟質でより丈夫な材料、特に中空体の熱可塑性材料と同様の材料でできた外側接続部に同心円状に埋め込まれ、外側接続部とともに、液化によって接続され得る。このようなネックリングは、バルブまたは別のカップリングピースへの接続のための雌ネジまたは別のカップリングの可能性を有する。これにより、ネックリングは、実際のボスの相補的な開口部に押し込まれるか、または成形される。あるいは、ボスは、ネックリングの周りに鋳造または注入工程によって形成される。

ネックリング、特に実際のボスへの接触領域は、好ましくは、円対称性ではなく、ｎ回回転のみ、または特に好ましくは軸方向を含む鏡面を有する鏡面対称性を有する。接触領域の形状は、たとえば多角形、星形、または波線であり得る。したがって、接触領域が拡大され、ネックリングからボスへのトルクのより良好な伝達が可能になる。さらに、本発明は、製造工程中に液体熱可塑性材料が流れ込むことができる、円周方向に広がる溝および／または接続孔を、ネックリングまたは周囲のカラーまたはフランジに挿入することを提案する。冷却後、トルク伝達に適した特に安定した接続が達成される。起こり得る頻繁な変化、すなわちカップリングピースの内外へのネジ込み中に発生し得るトルクは、ネックリングと実際のボスとの間の結合を劣化させ、これが長年にわたってボスの破損までの漏洩に至る可能性があるので、これは重要である。

ボスから中空体への前記トルクの伝達についても同じことが当てはまる。それゆえ、ボスと中空体との間の接触領域も、非円形トルクカップリングとして形成される。ネックリングからボスまでの接触領域と同様に、形状は、ここでは、多角形、星形、または波線にすることもできる。あるいは、熱可塑性中空体が、ボスの周りに吹き付けられ得る。これは、特にボスの外側領域に垂直孔があり、その中に中空体の静止液体材料が流れて、そこで固化できるとき、非常に緊密な接続および力伝達を保証する。この場合の欠点は、中空体が製造されるときに、ボスがすでに利用可能でなければならず、ボスを損傷せずに取替することもできないことである。

したがって、本発明は、中空体が準備され固化された後に、ボスが、挿入、溶接、および／または、印されるように、ボスまたはボスのための接触領域を、外部からアクセス可能なように、中空体の出口の領域に設計することを提案することが好ましい。特に、出口の軸方向断面は、より外部に位置する断面の軸方向投影が、より内側の断面を備えるように、外向きに厳密に増加しなければならない。ボス部が、中空体材料の１つと同様の熱可塑性材料で作られている場合、接続は、好ましくは、接触領域の表面を液化し、そしてこれらをともに押圧することによって行われ得る。

従来技術では、ディフューザは、カップリングピース、すなわちホースまたはチューブを接続するためのバルブに属し、最も一般的な場合では、本発明はこのような実施形態も含む。しかしながら、好ましくは、本発明は、静電気除去壁と同様に、ディフューザをボス自体に一体化することを提案する。これは、通常、ボスの雌ネジまたはネックリングにネジ止めされているカップリングピースが、静電気除去壁に対して常に同じ角度位置を有するとは限らず、各ネジ止め工程を使って、この位置を少なくともわずかに変えるという背景に反する。したがって、乱流放出開口部に対するディフューザ開口部の相対位置もまた常に同じとは限らず、流入する流体の流れ工程に悪影響を及ぼす可能性がある。この相対位置の変動は、ディフューザをボスに一体化することによって有利に排除される。

半径方向に向いているディフューザの開口部は、好ましくは円形、楕円形または多角形、特に長方形である。

この実施形態のさらなる利点は、標準的なカップリングピースは、通常、ディフューザを備えていないが、底端部に単純に軸方向を向く入口開口部を有することである。ボス自体へのディフューザの一体化により、本発明は、標準的なカップリングピースを使用しているにも関わらず、高圧下でディフューザおよび静電気防止除去壁を介して流入する流体の減速という利点を利用することができる。

実際のボスに埋め込まれているネックリングは、その出口の頂部にセンタリング溝を有するのが好ましい。それは、ボスの製造工程中にネックリングおよびボスの常に一定の位置決めを確実にし、それは、乱流放出開口部およびディフューザ開口部の上記の相対的な整列にとって重要である。それはまた、特に自動化された方式で、たとえば組み立てロボットによって行われるとき、後に、カップリングピースの迅速な接続およびセンタリングを単純化する。

さらにより好ましい実施形態では、ネックリングはカラーを備えている。カラーは、軸方向を下方に向いており、外部をボスの材料によって囲まれている。一方、実際のボスへの接触領域は、このようにさらに拡大される。他方、カラーから半径方向内側に向いているボスの材料は、シールリップを形成し、その半径方向の厚さは、圧力タンクの気密性に実質的な影響を及ぼす。

ボスの有限の垂直方向の寸法によって、ボスが取り付けられたときに、アパチャは、中空体の内部に少し延びている。タンク内部の圧力は、このトロイダル突出部の内部および外部に作用し、その結果、一体型ディフューザを備えていない、または備えている設計に応じて内側が、カップリングピースまたはボスの底部によって形成される。したがって、ボスの材料、特にシールリップは圧縮される。さらに、タンク内の圧力によってカップリングピースのシールリングと、シールリップとの間の隙間に、流体またはガスが押し込まれ、シールリング内の張力と、シールリップと、タンク内部の圧力との間の力が釣り合うまで、シーリングリングおよびシールリップは、その程度に変形される。

シールリップの半径方向の厚さの選択された寸法が十分ではない場合、これは実際のボスとネックリング、または、ボスとカップリングピースとの間の接続部における漏洩に至る。後者は、カップリングピースとシールリップとの間にシールリングを使用することで回避され得る。このシールリングの硬度は、タンクの試験圧力とともに、したがって、意図された最大充填圧力とともに増加するはずである。

したがって、本発明は、この実施形態のタンクの意図された試験圧力を用いて、シールリップの半径方向厚さの、より大きな寸法を提案する。実際には、試験圧力に比例してシールリップの厚さを増加させることが推奨される。試験は、関係式
Ｄｍａｘ（ｍｍ）＝０．０１Ｐ（ｂａｒ）＋３．０
Ｄｍｉｎ（ｍｍ）＝０．０１９Ｄｍａｘ（ｍｍ）＋２.９５
にしたがう変化が、最適な気密性を保証するという証拠を提供した。Ｐは試験圧力、Ｄｍｉｎは好ましい半径方向シールリップ厚さＤの下限であり、Ｄｍａｘは上限である。シールリップとカップリングピースとの間に、少なくとも９０のショア硬度を有するシールリングを使用することが推定される。

従来技術において特に、鋼製の中空体を有する圧力タンクに適用される、ボスとバルブとの間のシールのための代替的な手法は、円錐テーパ状の雄ネジを有するバルブの使用である。これによって達成される金属シールは、標準的な実施では、依然として粘性シーラントによって支持されているので、シールリングの使用を不要にする。本発明の有利な実施形態では、このようなテーパ状のバルブの接続は、ネックリングの適切な設計によって提供される。特に、最も広く分布している設計のテーパ状のバルブはすでにディフューザを備えているが、静電気除去壁がないので、ディフューザのないボスの設計が取り扱われている。この実施形態においても、ディフューザ開口部と乱流放出開口部との相対位置を調整できるようにするために、開口部の位置を示す適切なマークをボスおよびバルブに設けることが提案される。

数百から１千バールを超える非常に高い試験圧力に耐えるために、本発明の圧力タンクの中空体は、外側繊維強化被覆層を有する必要がある。中空体用に提案されている熱可塑性材料は、数ミリメートルの範囲の典型的な壁厚で、それ自体で数バール、少なくとも約１０バールにしか耐えることができないので、これはより一層必要である。この層に使用される繊維は、ガラス、炭素、アラミド、ダイニーマ、または他の合成繊維のような合成繊維、または天然繊維であり得る。たとえば、要求される剛性の場合、コストを最適化するために、異なる種類の繊維を組み合わせて処理することもできる。その中にこれらの繊維が埋め込まれているマトリクスは、たとえばエポキシ樹脂のような熱または紫外線硬化性（合成）樹脂、または、繊維状のライナに液化形態で適用され、その後固化されるポリエチレンのようなプラスチックのいずれかからなる。中空体表面は、繊維での巻き付け、および、繊維が埋め込まれているマトリクスの適用前に処理されるのが特に好ましく、それは粗さを増大させ、したがって、複合層とライナ／中空体との間のより好ましい接着を達成する。

本発明のさらなる特定の詳細および特徴は、例示された実施形態を用いて以下に説明される。しかしながら、これらは本発明を限定するものではなく、説明するだけのものである。

概略図では、以下の通りである。

図１は、ボスに乱流放出開口部を有する静電気除去壁と、カップリングピースの一体型ディフューザとを備えた、本発明の圧力タンクの実施形態の断面図である。 図１ａは、図１のボスの底部の拡大断面図である。 図２は、図１からのボスを下側から見た斜視図である。 図３は、一体型ディフューザを備えたボスのさらなる実施形態の下側から見た斜視図および切欠図である。 図４は、試験圧力と半径方向におけるシールリップ厚さとの関係を示す図である。 図５は、輪郭付けられたディフューザ面表面を有するボスのさらなる実施形態の断面図である。 図６は、カップリングピースに属する静電気除去壁およびディフューザを備えた、ボスおよびカップリングピースのさらなる実施形態の断面図である。 図７は、静電気除去壁およびディフューザを備えたカップリングピースのさらなる実施形態の下側から見た斜視図である。 図８は、ディフューザ内の一体型圧力逃しデバイスを備えたボスのさらなる実施形態の断面図（閉位置）である。 図８ａは、開放圧力解放デバイスを備えた図８のボスを介した断面図である。

図１は、取り付けられたボスを有する本発明による圧力タンクの出口を介した断面図を例示する。ボス２は出口１１にしっかりと接続され、それによって相補的な接触領域２６および１１１は、ボス２から中空体１へのトルクの一定かつ効果的な伝達のためのトルクカップリングを形成する。別のトルクカップリングは、ボス２のボス部２０と、中空体１および部分的にボス部２０を覆う繊維強化層８との間の接触領域によって形成される。ボス２は２つの部分を有し、外側ボス部２０と、カップリングピース３をボス２にネジ込むための雌ネジ２５を有する一体型ネックリング２３とからなる。製造工程中、特に組み立てロボットによる自動化方式では、カップリングピース３の取り扱いおよび位置決めは、雌ネジ２５の上側端部にあるセンタリング溝２３４によって容易とされる。開口部２１の底端部では、ディフューザ２２は、カップリングピース３の一体部分である。

ディフューザ２２は、アパチャ２１を軸方向に閉じることによって、高圧下で流入する流体の減速および方向転換に役立ち、半径方向には開口部２２１しか備えていない。ディフューザ開口部２２１を通過した後に半径方向に流れる流体は、ディフューザなしの理論上の流速と比較して、ディフューザ２２の周りの静電気除去壁２７に低速度で衝突し、そのような静電気除去壁は、ここでは細長い溝として設計されている乱流放出開口部２８によって割り込まれている円筒形状のカラーとして形成される。静電気除去壁２７は、軸方向における外側ボス部２０の張り出し部であり、したがって、ボス部２０の一体部分である。この実施形態では、ディフューザ２は、６回回転対称性を有する鏡面および回転対称性設計を有しているので、カップリングピースは、充填工程中に力およびトルクがないままである。静電気除電壁２７についても同様である。

これにより、特に中空体１とボス２との間の接合部１２が、ディフューザ２２と静電気除去壁２７との間の空間の外部にあるという本発明の実質的な改良を保証する。したがって、高い圧力の下で流入する流体が、恐らくは、高圧下において、その間の空間の境界表面に衝突する流体の動的圧力とともに、その間の前記空間内に蓄積される高い静的逆圧力のために接合部に押し込まれることが有利に回避され、したがって、充填工程中または最悪の場合は塑性変形中の圧力タンクの気密性が恒久的に損なわれる。

これは、乱流放出開口部２８が、付加的な流出路を形成するので、前記空間内にわずかな逆圧力しか蓄積されないという事実によって促進される。開口部２８を介して流れるとき、流体は、このようにして細かい液滴の「霧」に分散され、これは、出口１１からより長い距離にある領域の静電荷の危険性を最小にする。

本発明の記載された圧力タンクの気密性は、ネックリング２３から半径方向に下方に延びているネックリングカラー２３１と、カップリングピース３のシールリング３１との間に配置されているシールリップ２４の半径方向の厚さの寸法によって、充填工程中および圧力充填状態において、さらに有利に保証され、意図された試験圧力、すなわちタンクの最大圧力に比例して増加する。

図１ａは、アパチャ２１の底端部のそれぞれボス２の下半分の拡大断面図を例示する。雌ネジ２５の高さＨＴと、雌ネジ２５の底縁とＯリング３１との間の距離ＤＯとの差は、関係式ＨＴ−ＤＯ≦０．５ＴＰにしたがって選択され、ＴＰは、雌ネジ２５のネジピッチを表す。

図２は、図１からのボスを下側から見た斜視図である。図２は、中空体の出口の相補的な接触領域を備え、ボス２から、圧力タンクの中空体へのトルクの伝達のためにトルクカップリングを形成する六角形状の接触領域２６を図示しており、その中には、ボス２が取り付けられ、溶接または接着される。その底端部に、軸方向の流れ障害物を形成するディフューザ２２を備えたカップリングピース３は、見えないネックリング２３の雌ネジにネジ止めされる。カップリングピース３は、半径方向に延びるディフューザ開口部２２１が、静電気除去壁２７の乱流放出開口部２８とほぼ整列する程度にネジ止めされる。したがって、充填工程中に高い流速が達成されるが、同時に、幅内の乱流放出開口部２８の適切な狭い寸法によってもなお、良好な静電気防止効果が得られる。しかしながら、このような効果は、ディフューザ開口部２２１が、乱流放出開口部２８と整列せず、静電気除去壁２７の連続的な開口部に面するときに最適化され、開口部２２１から流出する流体は、これらに衝突し、さらに減速される。この場合、カップリングピース３またはディフューザ２２から運び去られるほぼすべての負荷は、静電気除去壁２７に堆積され、静電気除去壁２７は、比較的より導電性があるが非導電性の中空体１のものではないボス２の一部であるので、静電気除去壁２７から、負荷は、液滴によってカップリングピース３またはディフューザ２２に向けられる。

図３には、本発明の圧力タンクのボスのさらに好ましい実施形態が例示されている。上部断面図は、ディフューザ開口部２２１が、乱流放出開口部２８を備えた静電気除去壁２７に対して相対的に整列され、これによって、開口部２２１から流出する流体噴流が、巨大な静電気除去壁セグメント２７の中心に正確に衝突することを示す、下側から見た斜視図を図示する。図１〜図２に例示された実施形態のように、ディフューザ２２はまた、鏡面および６回回転対称性を有する。

下部断面図は、ボス２の切欠部を例示している。これも、２つの部分、すなわち外側ボス部２０とネックリング２３とから形成されていることが理解され得る。次に、ネックリング２３は、ホース、チューブ、バルブ、または他のカップリングピースを取り付けるための雌ネジ２５を備える。前の実施形態との実質的な違いは、この断面図で明らかに見えるように、ディフューザ２２が、ボス２の一体部分、特にボス部２０を形成することである。したがって、ディフューザ開口部２２１の、静電気除去壁２７および乱流放出開口部２８との相対的な整列が、各ネジ工程で異なり得ることが回避される。

図４は、シールリップ２４の半径方向厚さＤと、要求される試験圧力との間の、本発明が推奨する関係をグラフで図示している。シールリップの厚さはｙ軸に、圧力はｘ軸に表示される。コースは、推奨最大厚さＤｍａｘの場合は０．０１ｍｍ／ｂａｒ、最小推奨厚さＤｍｉｎの場合は０．０１９ｍｍ／ｂａｒの比例定数（勾配）の直線で厳密に増加する。１００ｂａｒにおける軸切片は、最小および最大の推奨厚さにおいてそれぞれ、３．０３ｍｍおよび４．０ｍｍである。したがって、最適な気密性を保証するために、指定された試験圧力Ｐのための半径方向厚さＤは、ＤｍｉｎとＤｍａｘとの間になければならない。

図５は、本発明の圧力タンクのボス２のさらなる有利な実施形態を例示しており、これは、流れ条件の修正のために、ディフューザの内側面表面２２２に、流入流体の流れ方向を向く円錐形状の隆起部を有する。横方向ネックリングフランジ２３２は、軸方向負荷に対してネックリング２３を安定させる。ネックリング孔２３３が、横方向ネックリングフランジ２３２の中に挿入され、製造工程中、ネックリング孔２３３の中に、ボスの液体熱可塑性材料が流れることができる。

図６は、ディフューザ２２と静電気除去壁２７とが、カップリングピース３の一部を形成する実施形態を例示する。これは、高い応力をかけられた構成要素としての静電気除去壁２７が、カップリングピース３を取り外すことによって、保守または交換措置のために容易にアクセス可能にされ得るという特別な利点を提供する。

図７は、静電気除去壁２７およびディフューザ２２の実施形態を例示しており、静電気除去壁の乱流放出開口部２８は半径方向にテーパ状となっており、多角形の輪郭を図示している。ディフューザ２２に面する静電気除去壁の内側表面上の乱流放出開口部および適切な輪郭のこのような形状は、流体の流れを明示的に方向付け、静電気除去壁２７自体の材料摩耗に影響を及ぼす可能性を示す。

図８は、ここでは閉位置で図示されている一体型圧力逃しデバイス９を備えたディフューザ２２の実施形態を例示している。開放位置にある圧力逃しデバイス９の補足図が図８ａに図示される。たとえば、配管破裂時のように、出口側で突然の圧力損失が生じ、したがって、流体の排出中に流れが増加する場合、圧力逃しデバイスは、ディフューザ開口部２２１の上側の出口に沿って引き寄せられて閉じる。

１ 中空体
１１ 中空体１の出口
１１１ 接触領域
１２ 中空体とボスとの間の接合部
１３ 中空体の内部
２ ボス
２０ ボス部
２１ アパチャ
２２ ディフューザ
２２１ ディフューザ開口部
２２２ 隆起部を有するディフューザの内側面表面
２３ ネックリング
２３１ ネックリングカラー
２３２ ネックリングフランジ
２３３ ネックリング孔
２３４ センタリング溝
２４ シールリップ
２５ 雌ネジ
２６ 接触領域
２７ 静電気除去壁
２７１ 内部静電気除去壁面
２８ 乱流放出開口部
３ カップリングピース
３１ シールリング
８ 繊維強化層
８１ トルクカップリング
９ 圧力逃がしデバイス
Ｐ 試験圧力
Ｄ シールリップ厚、半径方向
Ｄｍｉｎ 最小推奨シールリップ厚
Ｄｍａｘ 最大推奨シールリップ厚
ＴＰ ネジピッチ
ＨＴ ネジ高さ
ＤＯ シーリングリングの底部ネジマージンまでの距離

Claims (17)

1. 高圧および低圧の流体／ガス、特にＬＰＧ、ＬＮＧ、またはＣＮＧを貯蔵するための圧力タンクであって、
   −周囲に接触領域（１１１）を有する少なくとも１つの出口（１１）を有する熱可塑性材料の中空体（１）と、
   −前記中空体（１）の内部への少なくとも１つのアパチャ（２１）を有し、前記接触領域（１１１）と相補的な接触領域（２６）と表面全体にわたって接続された、各出口（１１）毎の１つのボス（２）であって、前記アパチャ（２１）は、前記ボス（２）、またはネックリング（２３）、またはカップリングピース（３）の一部とすることができる底端部にディフューザ（２２）を有し、前記アパチャ（２１）を軸方向にシールし、主に半径方向にのみ向いているディフューザ開口部（２２１）を有する、１つのボス（２）と、
   −前記ディフューザ（２２）を囲む前記中空体（１）の内部の静電気除去壁（２７）とを備え、
   前記静電気除去壁（２７）は、前記ボス（２）または前記ネックリング（２３）の一部であるか、または、前記カップリングピース（３）に個別の部品として固定されていることを特徴とする、圧力タンク。
2. 前記静電気除去壁（２７）が、前記ディフューザ開口部（２２１）に対して相対的に配置されたいくつかの乱流放出開口部（２８）を有し、これによって、流体は、圧力下において、前記ボス（２）の下側の領域に主に定常流を生成することを特徴とする、請求項１に記載の圧力タンク。
3. 前記乱流放出開口部（２８）は、
   −前記静電気除去壁（２７）の底縁から始まり、その高さの実質的な部分の上側に伸びる細長い開口部である、および／または、
   −前記ディフューザ（２２）の半径方向の前記開口部（２２１）と整列される、または、
   −前記静電気除去壁（２７）の対向する一体化されたセグメント、特にこれらそれぞれの中心と整列されることを特徴とする、請求項２に記載の圧力タンク。
4. 前記静電気除去壁（２７）は、円形の輪郭またはより複雑な輪郭、たとえば、前記ディフューザ（２２）に面しているその表面（２７１）に沿った波線輪郭または多角形輪郭を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力タンク。
5. ディフューザ（２２）は、
   −円形、楕円形、または多角形、特に長方形のディフューザ開口部（２２１）を有する、または、
   −平坦であるか、または、より複雑なトポグラフィ、特に凸状または円錐形状の隆起部を有する内側面表面（２２２）を有する、または、
   −前記流体の臨界流速中にアパチャ（２１）を閉じる機構（９）を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力タンク。
6. 前記ボス（２）の前記アパチャ（２１）が、雌ネジ（２５）を有し、その中にバルブまたは他のカップリングピース（３）がネジ込まれ、シール目的のために、
   −少なくとも１つのシールリング（３１）、または
   −テーパ状の雄ネジを有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧力タンク。
7. 前記ボス（２）が、前記ボス（２）の外側接続部（２０）に同心円状に位置し、前記アパチャ（２１）および雌ネジ（２５）の少なくとも一部を提供する、注入または埋め込まれたネックリング（２３）を備えたことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力タンク。
8. 前記ネックリング（２３）が、
   −前記アパチャ（２１）の軸方向の周りの回転、特にｎ回回転対称性、たとえば多角形断面に関して、円対称性と比較して減少した対称性を有する、または、対称性を有しない、および／または、
   −前記軸方向を備えた鏡面との鏡面対称性を有する、および／または、
   −半径方向に延び、その中に孔（２３３）を有する周囲のカラー（２３２）を有する、および／または、
   −前記アパチャ（２１）の上部にセンタリング溝（２３４）を有する、および／または、
   −金属製である、および／または、
   −接続孔および溝を有することを特徴とする、請求項７に記載の圧力タンク。
9. 前記外側接続部（２０）が、
   −熱可塑性材料から製造され、
   −接触領域（２６）を備え、それによって、特に、前記接触領域（１１１）の前記熱可塑性材料および前記接触領域（２６）の表面液化と、その後の圧縮による注入、接着、または溶接によって、前記中空体（１）における前記出口（１１）の前記相補的な接触領域（１１１）と全表面にわたって接続されることを特徴とする、請求項７または８に記載の圧力タンク。
10. 前記ネックリング（２３）が、底側に、下方に向いて前記アパチャ（２１）を取り囲むネックリングカラー（２３１）を有し、このようなカラーが、前記外側接続部（２０）の材料の外部に埋め込まれ、前記ネックリングカラー（２３１）の内部側と、前記アパチャ（２１）との間の前記ボス（２）材料が、シールリップ（２４）を形成することを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載の圧力タンク。
11. 少なくとも１つのシールリング（３１）が、カップリングピース（３）とシールリップ（２４）との間に存在することを特徴とする、請求項１０に記載の圧力タンク。
12. 前記シールリップ（２４）の半径方向の厚さが、前記圧力タンクの試験圧力に比例して選択されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の圧力タンク。
13. 前記シールリップ（２４）の半径方向の厚さが、最小厚さ（Ｄｍｉｎ）と最大厚さ（Ｄｍａｘ）との間で選択され、これらの厚さが、以下の関係式
    Ｄｍａｘ（ｍｍ）＝０．０１Ｐ（ｂａｒ）＋３．０
    Ｄｍｉｎ（ｍｍ）＝０．０１９Ｄｍａｘ（ｍｍ）＋２．９５
    によって、前記試験圧力（Ｐ）に関連していることを特徴とする、請求項１２に記載の圧力タンク。
14. トルクを前記ボス（２）から前記中空体（１）に伝達するための前記接触領域（２６、１１１）が、トルクカップリングとして、前記アパチャ（２１）の前記軸方向の周りの回転に関する円対称性を有さず、特に、ｎ回回転対称性、たとえば多角形状を有することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の圧力タンク。
15. 繊維、特にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ダイニーマ繊維、他の合成繊維および／または天然繊維で強化され、さらに前記繊維を埋め込むマトリクスを備えた、追加の層（８）が、前記中空体（１）の周り、特に、熱硬化性またはＵＶ硬化性樹脂または他の樹脂の外に巻かれ、特に、前記強化された層の適用前に行われる、前記中空体（１）表面のさらなる処理を伴うことを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の圧力タンク。
16. 第２のトルクカップリング（８１）が、前記出口（１１）領域において、前記繊維強化された層（８）に一体的に形成され、このようなカップリングは、前記ボス（２）に作用するトルクを前記層（８）に伝達する目的のために、非円対称性形状、特にｎ回回転対称性または多角形の形状を有することを特徴とする、請求項１５に記載の圧力タンク。
17. 前記雌ネジ（２５）の高さ（ＨＴ）と、前記雌ネジ（２５）の底端部と前記シールリング（３１）の中心との間の軸方向距離、との差は、関係式
    ＨＴ（ｍｍ）−ＤＯ（ｍｍ）≦０．５ＴＰにしたがい、
    ＨＴ（ｍｍ）＝ｎ_TＴＰ（ｍｍ）は依然として有効であり、（ＴＰ）は、１巻当たりミリメートルでの前記雌ネジ（２５）のピッチであり、ｎ_Tは、前記雌ネジ（２５）の巻回数を示すことを特徴とする、請求項６ないし１３のいずれか一項に記載の圧力タンク。
    

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