JP7027439B2 - 圧力容器用の圧力ポート要素を備えるポールキャップ - Google Patents
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Description
結果として、シールコーンと内側輪郭との圧入が改善され、これにより、シール効果およびネックダクト内へのシールコーンの着座が改善される。好ましい一実施形態では、円錐状内側輪郭は、そのために正確に嵌合する形態で、シールコーンの第2のセクションが有する円錐形状に適合している。このように円錐状内側輪郭が適合することにより、この内側輪郭の形状に応じて適合するシールコーンをポールキャップの内側からダクトに挿入することができ、このことはさらなる改善をもたらしている。
のクランプナットが、ネックダクトにおいて直接または間接的に引込みを行うことで、シールコーンはダクトの内側輪郭に対して押し込まれる。
球形状を有する場合、円周方向張力(円筒状中央部の内壁の張力)と軸方向張力(カバー表面の張力)との間に2:1の張力比が生じ、これによって中央部とポールキャップとの間の縁部領域に大きな応力がかかることになる。これらの幾何形状に関する考慮事項は全ての圧力容器に当てはまるものであり、たとえばプラスチック材料製の内部容器などの内部容器と、その内部容器を補強するために内部容器上に巻き付けられる外層とを備えるものさえも対象となる。一方ではそのような容器は極めて軽量であり、このことは、たとえば搬送手段を用いた用途では重要であり、また他方では、たとえば水素などの充填物を高圧下で、しかも低損失で貯蔵することができ、これはなぜなら、プラスチックの水素透過性は非常に低く、また必要となる強度は繊維複合材料からなる外層によってもたらされるからである。したがって、本発明に係る圧力容器は、好ましくはドーム型ポールキャップとして構成され、半球形状とは異なる形状のポールキャップを含む内部容器を備え、本ポールキャップの曲率は、内部容器の円筒状中央部に隣接する蓋縁部領域において、半球表面と比較してより大きくなる一方、本ポールキャップの中央領域の曲率は、半球表面と比較してより小さいものとなる。このドーム型ポールキャップを使用すると、剛性および荷重変化と、これらの結果として円周方向(中央部)と軸方向(ポールキャップ表面)との間に生じる張力比は、ポールキャップの中央領域に軸方向に配置される第1の繊維によってとりわけ良好に吸収され得る。このようにとりわけ適合したドーム型ポールキャップは、アイソテンソイドとも呼ばれている。アイソテンソイドとは、繊維複合材料の外層上に巻き付けられ、繊維通路の全ての地点で繊維に定張力を発生させる形状を指す。
- 本圧力容器を後で封鎖するための内側、本圧力容器を封鎖した後に繊維複合材料で重ね巻きするための外側、および外側から外向きに突出し、圧力ポート要素の一部としてシールコーンをその後挿入するための内側輪郭を有するネックダクトを備える本ポールキャップを設けるステップと、
- 金属製のシールコーンを内側からダクトへと挿入するステップであって、このシールコーンは第1のセクション、およびネックダクトから第1のセクションが外向きに突出するまで第1のセクションの方向に、少なくともダクトの領域で円錐状に先細になる第2のセクションを含む、ステップと、
- 外側から第1のセクションに配置され、シールコーンを内側輪郭において気密圧入
で保持する固定手段によって、シールコーンとダクトの内側との間に気密密封を生成するステップとを含む。
- 外側から第1のセクションにねじ込まれるクランプナットにより、シールコーンに引張力をかけるステップ、または
- シールコーンをダクトに押し込むステップであって、シールコーンは、長手方向軸に沿ってばねリングに適合した位置でばねリングに適合しているリング凹部を第1のセクションに含む、ステップ、およびその後シールコーンのリング凹部にばねリングを係止するステップであって、ばねリングは、取付要素の第2の接触領域の内形が有する凹部に弾性的に保持され、この第2の接触領域の内形はシールコーンの第1のセクションに沿って延在している、ステップを含む。
- プラスチック材料製の円筒状中央部を設けるステップと、
- 中央部を封鎖するためのプラスチック材料製の2つのポールキャップを設けるステップであって、ポールキャップのうちの少なくとも一方は本発明に係るポールキャップである、ステップと、
- 既に接続済みの圧力ポート要素を備えるポールキャップを含むポールキャップを、プラスチック材料製の内部容器を作製するために中央部に溶接するステップと、
- 繊維強化圧力容器を作製するために、繊維複合材料で内部に重ね巻きするステップとを含む。
100を後で封鎖するために圧力容器の内部に対向している内側11と、圧力容器100を封鎖した後に繊維複合材料3で重ね巻きするために設けられた外側12と、外側に向かって外向きに突出し、内側11と外側12との間にある第2のセクションにおいて円錐状内側輪郭13iを有するネック状開口ダクト13とを備え、内側輪郭13iはこの領域でダクト13に沿って外向きに先細になり、また、これらはそれぞれプラスチック材料製である。ポールキャップ1は、ダクト13を封鎖するためにダクト13に接続されている圧力ポート要素2をさらに備え、圧力ポート要素2は、ダクト13を通って外向きに突出している第1のセクション21aと、少なくともダクト13の領域で円錐状内側輪郭13iに応じて適合している第2のセクション21bとを有する、金属製のシールコーン21を含む。セクション21bは、ダクト13の長手方向LRにおいて内側輪郭13iに対応した外側円錐形状を有し、また内側11上またはその上方に円形の第1の表面A1、およびポールキャップ1の外側12に対向している円形の第2の表面A2を有し、本実施形態では、第1の表面A1および第2の表面A2は、ダクト13の長手方向に対して垂直に位置合わせされている。シールコーン21は、後期圧力容器100を流体または気体で充填するために、あるいはこれを排出するために、その内部に円筒状流路チャネル21Dをさらに有する。第1の表面A1が第2の表面A2よりも大きく、第1の表面A1と第2の表面A2との面積比に応じて圧力容器100の高内圧が第1の表面A1に印加されるため、圧力容器の内圧により、シールコーン21がダクト13の円錐状内側輪郭13iに既に押し込まれており、これによってシールコーン21とダクト13との間に良好なシール効果が確保されることになる。加えて、円錐状内側輪郭13iに対して気密密封を行うために、外側から第1のセクション21aに配置される固定手段22として、外側から第1のセクション21aにねじ込まれるクランプナット22zによってシールコーン21を押圧し、この場合、ネックダクト13のネック端部13hにおいてクランプナットがネック端部13hにあるダクト13の周縁部13rを押圧しており、その結果、シールコーン21をダクト13へと引き込むことになる。このクランプナット22zにより、ダクト13内へのシールコーン21の固定着座もこの段階で確実に行われるようになり、前記段階では、ポールキャップはまだ内部容器の中央部に溶接されておらず、または後期圧力容器100にはまだ内圧が印加されていない。このために、シールコーン21の第2のセクション21bが内側11を越えてダクトから突出しており、これによってクランプナット22zの組立てが容易になる。クランプナット22z、およびシールコーン21の第2のセクション21bに設けられる対応するねじ山16の形状は、当業者であれば適切に設計することができる。好ましくは、ダクト13の円錐状内側輪郭13iを、このために内側11から外側12のネック端部13hまで延在させることもできる。
11 ポールキャップの内側
12 ポールキャップの外側
13 外側から突出しているネックダクト
13i ダクトの内側輪郭
13h ネックダクトのネック端部
13r ネック端部の周縁部
14 取付要素
14a 取付要素の第1の接触領域
14b 取付要素の第2の接触領域
14z 第2の接触領域におけるクランプナット用の支持領域
14c 取付要素の第3の領域
14d 第2の接触領域の内側輪郭の凹部
14i 取付要素の第3の領域の内側
15 内側14iと第1のセクション21aとの間の隙間
16 ねじ山(取付要素またはクランプナット用)
2 圧力ポート要素
21 シールコーン
21a シールコーンの第1のセクション
21b シールコーンの第2のセクション
21D シールコーンの流路チャネル
21e シールコーンの第1のセクションのリング凹部
22 固定手段
22f 固定手段としてのばねリング
22z 固定手段としてのクランプナット
23 シール材
24 バルブ取付部
3 繊維複合材料からなる外層
100 本発明に係る圧力容器
110 内部容器
120 内部容器の円筒状中央部
200 本発明に係るポールキャップを作製する方法
210 ポールキャップを設けるステップ
220 シールコーンをダクトに挿入するステップ
230 取付要素をネックダクトに取り付けるステップ
240 外側から第1のセクションにねじ込まれるクランプナットにより、シールコーンに引張力をかけるステップ
250 シールコーンをダクトに押し込むステップ
255 その後シールコーンのリング凹部にばねリングを係止するステップ
260 シールコーンとダクトの内側との間に気密密封を生成するステップ
300 本発明に係る繊維強化圧力容器を作製する方法
310 プラスチック材料製の円筒状中央部を設けるステップ
320 プラスチック材料製の2つのポールキャップを設けるステップ
330 ポールキャップを中央部に溶接するステップ
340 繊維複合材料で内部に重ね巻きするステップ
A1 内側11に対向しているシールコーンの第1の表面
A2 外側12に対向しているシールコーンの第2の表面
FVM 繊維複合材料
LR 長手方向
RR 半径方向
Z 円筒状中央部の円筒軸
Claims (15)
- 圧力容器(100)を気密密封するためのポールキャップ(1)であって、前記ポールキャップ(1)は、前記圧力容器(100)を後で封鎖するための内側(11)と、前記圧力容器(100)を封鎖した後に繊維複合材料(3)で重ね巻きするための外側(12)と、前記外側から外向きに突出し、内側輪郭(13i)を有するネック状開口ダクト(13)と(それぞれがプラスチック材料製である)、前記ダクト(13)を封鎖するために前記ダクト(13)に接続される圧力ポート要素(2)とを備え、前記圧力ポート要素(2)は、前記ダクト(13)を通って外向きに突出している第1のセクション(21a)、および前記第1のセクション(21a)の方向に、少なくとも前記ダクト(13)の領域で円錐状に先細になる第2のセクション(21b)を有する金属製のシールコーン(21)を含み、前記シールコーン(21)は、前記外側から前記第1のセクション(21a)に配置される固定手段(22)によって前記内側輪郭(13i)において気密圧入で保持されており、前記内側輪郭(13i)は前記ダクト(13)に沿って外向きに、少なくとも前記ダクト(13)の領域で円錐状に先細になり、前記円錐状内側輪郭(13i)は前記円錐状の第2のセクション(21b)に、パスフィットにより適合しており、前記ダクト(13)の前記円錐状内側輪郭(13i)は、前記内側(11)から前記外側(12)のネック端部(13h)まで延在していることを特徴とするポールキャップ(1)。
- 前記シールコーン(21)の前記第2のセクション(21b)は、前記内側(11)を越えて前記ダクト(13)から突出していることを特徴とする、
請求項1に記載のポールキャップ(1)。 - 前記ポールキャップ(1)は、前記ネックダクト(13)に取り付けるための取付要素(14)をさらに備え、前記取付要素(14)は、前記外側(12)に沿って前記ネックダクト(13)から半径方向に平面状に延在し、前記外側(12)の輪郭に適合し、前記繊維複合材料(3)で重ね巻きするために設けられた第1の接触領域(14a)と、前記ネックダクト(13)の外形が半径方向(RR)に変形するのを自身が防止するように、自身の内形が前記ネックダクト(13)の外形に適合している第2の接触領域(14b)とを含むことを特徴とする、
請求項1または2のいずれか一項に記載のポールキャップ(1)。 - 前記ダクト(13)の外形は前記ネック端部(13h)において周縁部(13r)を含み、前記ダクト(13)の外形の変形も前記半径方向(RR)に対して垂直に防止されるようにするために、前記第2の接触領域(14b)は前記周縁部(13r)を少なくとも部分的に覆っていることを特徴とする、
請求項3に記載のポールキャップ(1)。 - 前記第2の接触領域(14b)は前記シールコーン(21)の前記第1のセクション(21a)に沿ってさらに延在しており、前記第1のセクション(21a)は、前記取付要素(14)の前記第2の接触領域(14b)に対して気密密封を行うために、前記第1のセクション(21a)に沿って円周方向に適切に配置されるシール材(23)を含むことを特徴とする、
請求項4に記載のポールキャップ(1)。 - 前記外側から前記第1のセクション(21a)に配置される前記固定手段(22)は、前記第1のセクション(21a)にねじ込まれるクランプナット(22z)であり、前記クランプナット(22z)により、気密密封を行うために前記第2のセクション(21b)が前記内側輪郭(13i)へと押し込まれることを特徴とする、
請求項3から5のいずれか一項に記載のポールキャップ(1)。 - 前記取付要素(14)は、前記第1のセクション(21a)に対向している内側(14i)を含む第3の領域(14c)を前記第2の接触領域(14b)のポールキャップ(1,1’)の前記内側(11)と対向する長手方向(LR)にさらに含み、前記第3の領域
(14c)の前記内側(14i)を、前記内側(14i)と前記シールコーン(21)の前記第1のセクション(21a)との間で半径方向(RR)に、円周方向隙間(15)が形成されるように配置しており、前記隙間(15)を、前記クランプナット(22)と係合させるために設ける、および設計していることを特徴とする、
請求項6に記載のポールキャップ(1)。 - 前記取付要素(14)の前記第2の接触領域(14b)が有する前記内形は、前記シールコーン(21)の前記第1のセクション(21a)に沿って延在し、前記第1のセクション(21a)の反対側にある領域に凹部(14d)を有し、前記凹部(14d)において、前記外側から前記第1のセクション(21a)に配置される前記固定手段(22)を弾性ばねリング(22f)の形式で配置しており、また前記シールコーン(21)の前記第1のセクション(21a)は、長手方向軸(LR)に沿って前記ばねリング(22f)に適合した位置で、前記ばねリング(22f)に適合しているリング凹部(21e)を含み、前記シールコーン(21)を前記ダクト(13)に押し込んだ後に前記リング凹部(21e)に前記ばねリング(22f)が係止され、その結果、前記内側輪郭(13i)に対して気密圧入により前記シールコーン(21)が固定されることを特徴とする、
請求項3から5のいずれか一項に記載のポールキャップ(1)。 - 前記取付要素(14)の前記第2の接触領域(14b)を前記ネックダクト(13)の外形にねじ込んでおり、この場合好ましくは、前記第1の接触領域(14a)が前記外側(12)と直接接触するまで前記取付要素(14)が上方から前記ネックダクト(13)へとねじ込まれるように、前記取付要素(14)および前記ネックダクト(13)を構成していることを特徴とする、
請求項3から8のいずれか一項に記載のポールキャップ(1)。 - 前記ポールキャップ(1)において少なくとも前記ネックダクト(13)のプラスチック材料は軟質のプラスチック材料であり、また前記取付要素(14)の前記第2の接触領域(14b)には、前記ポールキャップ(1)へのセルフカッティングねじ込み用にねじ山(16)を設けていることを特徴とする、
請求項9に記載のポールキャップ(1)。 - 円筒状中央部(120)、および前記中央部(120)の両側をそれぞれ封鎖している2つの前記ポールキャップ(1、1’)を含む、プラスチック材料製の内部容器(110)と、繊維複合材料(3)で作製され、前記内部容器(110)上に巻き付けられる外層とを備え、前記ポールキャップ(1)のうちの一方は請求項1に従って構成されている、
繊維強化圧力容器(100)。 - 請求項1に記載の圧力容器(100)を気密密封するための、プラスチック材料製のポールキャップ(1)を作製することを特徴とする方法(200)であって、
- 前記圧力容器(100)を後で封鎖するための内側(11)、前記圧力容器(100)を封鎖した後に繊維複合材料(3)で重ね巻きするための外側(12)、および前記外側(12)から外向きに突出し、圧力ポート要素(2)の一部としてシールコーン(21)をその後挿入するための内側輪郭(13i)を有するネックダクト(13)を備える前記ポールキャップ(1)を設けるステップ(210)と、
- 金属製のシールコーン(21)を前記内側(11)から前記ダクト(13)へと挿入するステップ(220)であって、前記シールコーン(21)は第1のセクション(21a)、および前記ネックダクト(13)から前記第1のセクション(21a)が外向きに突出するまで前記第1のセクション(21a)の方向に、少なくとも前記ダクト(13)の領域で円錐状に先細になる第2のセクション(21b)を含む、ステップ(220)と、
- 前記外側から前記第1のセクション(21a)に配置され、前記シールコーンを前記内側輪郭(13i)において気密圧入で保持する固定手段(22)によって、前記シールコーン(21)と前記ダクト(13)の内側輪郭(13i)との間に気密密封を生成するステップ(260)とを特徴とする、
方法(200)。 - 前記ネックダクト(13)の外形が半径方向(RR)に変形するのを防止するために、取付要素(14)を前記ダクト(13)に取り付けるさらなるステップ(230)を含み、前記取付要素(14)は、前記外側(12)に沿って前記ネックダクト(13)から半径方向に平面状に延在し、前記外側(12)の輪郭に適合し、前記繊維複合材料(3)で重ね巻きするために設けられた第1の接触領域(14a)と、前記ネックダクト(13)の外形に適合している内形を有する第2の接触領域(14b)とを含む、
請求項12に記載の方法(200)。 - 前記外側から前記第1のセクション(21a)に配置される固定手段(22)は、クランプナット(22z)またはばねリング(22f)であり、前記気密密封を生成するステップ(240)は、
- 前記外側から前記第1のセクション(21a)にねじ込まれるクランプナット(22z)により、前記シールコーン(21)に引張力をかけるステップ(240)、または
- 前記シールコーン(21)を前記ダクト(13)に押し込むステップ(250)であって、前記シールコーンは、長手方向軸(LR)に沿って前記ばねリング(22f)に適合した位置で前記ばねリング(22f)に適合しているリング凹部(21e)を前記第1のセクション(21a)に含む、ステップ(250)、およびその後前記シールコーンの前記リング凹部に前記ばねリング(22f)を係止するステップ(255)を含み、前記ばねリング(22f)は、前記取付要素(14)の前記第2の接触領域(14b)の内形が有する凹部(14d)に弾性的に保持され、前記第2の接触領域(14b)の内形は前記シールコーン(21)の前記第1のセクション(21a)に沿って延在している、
請求項13に記載の方法(200)。 - 請求項11に記載の繊維強化圧力容器(100)を作製する方法(300)であって、
- プラスチック材料製の円筒状中央部(21)を設けるさらなるステップ(310)を特徴とし、
- 前記中央部(120)を封鎖するためのプラスチック材料製の2つの前記ポールキャップ(1,1’)を設けるステップ(320)であって、前記ポールキャップ(1,1’)のうちの少なくとも一方は請求項1に記載のポールキャップ(1)である、ステップ(320)と、
- 既に接続済みの圧力ポート要素(2)を備える前記ポールキャップ(1)を含む前記ポールキャップ(1、1’)を、プラスチック材料製の内部容器(2)を作製するために前記中央部(120)に溶接するステップ(330)と、
- 前記繊維強化圧力容器(100)を作製するために、繊維複合材料(3)で前記内部容器(110)に重ね巻きするステップ(340)により特徴づけられる、
方法(300)。
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