JPH06213398A - 急激破砕することなく破壊可能な加圧流体を貯蔵するための容器 - Google Patents

急激破砕することなく破壊可能な加圧流体を貯蔵するための容器

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JPH06213398A
JPH06213398A JP5202786A JP20278693A JPH06213398A JP H06213398 A JPH06213398 A JP H06213398A JP 5202786 A JP5202786 A JP 5202786A JP 20278693 A JP20278693 A JP 20278693A JP H06213398 A JPH06213398 A JP H06213398A
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angle
longitudinal
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fibers
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Pascal D Coquet
ディディエ コケット パスカル
Pierre Schaeffner
シェフナー ピエール
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Airbus Group SAS
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 加圧流体を貯蔵するための容器を提供する。 【構成】 長手方向軸線５を中心とした回転体を有し１
つの中央円筒部分と一方が外方に膨張した２つの端部分
３とを有する内部ケーシングと、ケーシングを包囲する
熱可塑性または熱硬化性バインダでコーティングされた
強化抵抗ファイバーのフープを備え、フープは周方向フ
ァイバーとして知られるファイバー層と、膨張した端部
分において長手方向軸線に中心決めされたキャップ４に
重ならないようににできるだけ小さい巻き付け角度で平
面状に位置決めされた長手方向ファイバーとして知られ
るファイバー層とを備え、パイプ部分２は長手方向ファ
イバーの巻き付け角度αと９０度との間の巻き付け角度
αｎで平坦又はらせん状に位置決めされたファイバー層
Ｌｎを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は加圧流体を貯蔵するための容器に
関し、さらに詳細には（ただし限定的ではない）様々な
工業分野で使用される空気、酸素、窒素、二酸化炭素の
ような気体を貯蔵するためのボトル型式の容器に関す
る。
【０００２】さらに特定すれば、本発明の容器は、長手
方向軸線を中心とした回転体の形態を有し且つ１つの中
央円筒部分すなわちパイプ部分と少なくとも一方が外方
に膨張した２つの端部分とを有する内部ケーシングと、
上記ケーシングを包囲するようになった、適当なバイン
ダでコーティングされた強化抵抗ファイバーのフープと
を備えている。
【０００３】このような容器の破壊は急激に開口するパ
イプ部分に面して発生し、この結果ケーシングが急激に
破砕する危険性が生じる。このケーシングは通常金属で
作られているので、破壊は容器が高圧ガスを収容してい
るときに起こり、こうした破壊により危険な金属破片が
近くにいる人間に飛び散る危険がある。最近の公定基準
によれば、この種の容器は容器本体が急激に破砕するこ
となく破壊するように加圧破壊テストが要求されてい
る。本発明の目的は、この公定基準の要求を満たすよう
な容器を提供することにある。
【０００４】この目的のため、本発明は、加圧流体を貯
蔵するための容器であって、長手方向軸線を中心とした
回転体の形態を有し且つ１つの中央円筒部分すなわちパ
イプ部分と少なくとも一方が外方に膨張した２つの端部
分とを有する内部ケーシングと、上記ケーシングを包囲
するようになった、熱可塑性または熱硬化性バインダで
コーティングされた強化抵抗ファイバーのフープとを備
え、上記フープは、周方向ファイバーとして知られる周
方向に位置決めされた少なくとも１つのファイバー層
と、上記膨張した端部分において上記長手方向軸線に中
心決めされたキャップに重ならないようににできるだけ
小さい巻き付け角度で平面状にすなわち平坦モードで位
置決めされた長手方向ファイバーとして知られる少なく
とも１つのファイバー層とを備え、上記パイプ部分はさ
らに、上記長手方向ファイバーの巻き付け角度と９０度
との間の巻き付け角度で平坦にまたはらせん状に位置決
めされた少なくとも１つのファイバー層を備えているこ
とを特徴とする。
【０００５】従来の容器においては爆発に対する抵抗が
主として周方向ファイバーによって負担される。一方、
平坦なすなわち測地線的な巻き付けにしたがって位置決
めされ主として軸線方向力を吸収するために企図された
長手方向ファイバーは容器の長手方向軸線に対する巻き
付け角度を有するが、この巻き付け角度は爆発の際の周
方向破壊力を負担するには小さすぎる。そこで、破壊力
がもはや周方向ファイバー層のみによって負担されず、
長手方向ファイバーの巻き付け角度と９０度との間の中
間巻き付け角度で位置決めされたファイバー層によって
部分的に負担され、容器が破壊されるとき周方向ファイ
バー層の代わりとなるので、本発明にしたがう容器は、
内部ケーシングが急激に破砕することなく、爆発に対す
る法的な要件を満たすことができる。
【０００６】上記平坦にまたはらせん状に位置決めされ
たファイバー層は、９０度から上記長手方向ファイバー
の巻き付け角度を差し引いたの角度に等しい巻き付け角
度を有するのが好ましい。複数のファイバー層が、たと
えば９０度と上記長手方向ファイバーの巻き付け角度と
の間で段階的に変化する様々な巻き付け角度を有し且つ
平坦にまたはらせん状に位置決めされているのが好まし
い。
【０００７】これらのファイバー層は、周方向ファイバ
ーが破壊されるとその巻き付け角度にしたがって順番に
周方向ファイバーに代わって破壊力に対して積極的に抵
抗する。かくして、急激な爆発の代わりに、周方向ファ
イバーに次いで本発明にしたがって位置決めされたファ
イバーの段階的な破壊が起こる。この段階的破壊は、９
０度に近い巻き付け角度を有するファイバーから始ま
り、結果として公的基準によって設定された要求にした
がって内部ケーシングを急激に破砕することなく容器の
「穏やかな」破壊を起こさせる。
【０００８】本発明の他の特徴および利点は、本発明の
容器の好適な実施例の詳細な説明から明らかになるであ
ろう。この実施例の説明は単に例示的であって添付図面
を参照してなされる。
【０００９】図１（ａ）および（ｂ）は、円筒状中央ボ
ディすなわちパイプ部分２の形態をした容器１を概略的
に示している。パイプ部分２の両端には、外方に膨張し
且つパイプ部分２の長手方向軸線５と同軸の回転体より
なるボス（キャップ）４を有する端部分３が延びてい
る。図１（ａ）には、参照番号６が付されたファイバー
が平坦に位置決めされている。本発明では、軸線５を中
心として回転する容器１の巻き付けの間中ファイバー６
を巻き解くボビンが所与の平面内で移動するという点に
おいて、ファイバーが平坦に位置決めされているとい
う。
【００１０】容器の周りを回転することによってボビン
が移動する平面が軸線５に対してなす角度αは、巻き付
け角度として知られている。ファイバーが重複してはな
らない両端のボスの存在に着目すれば、図１（ａ）に示
す角度αはボス４と同一平面（同じ高さ）にファイバー
を位置決めすることに対応しており、最小の巻き付け角
度である。
【００１１】本発明に関するこの型式の容器では、容器
に充填したり容器を空にしたりするために接続用端部品
（不図示）が取り付けられたこの種のボス４が少なくと
も一方の端部に存在する必要がある。この最小角度α
は、容器の形態および寸法に依存する。通常の型式の容
器またはボトルでは、この角度は約２０度である。
【００１２】適当なバインダでコーティングされた抵抗
ファイバーのフープによって覆われた内部ケーシングま
たは金属ライナーを備えた型式のボトルは、たとえば約
２０度の巻き付け角度αを有し長手方向ファイバーとし
て知られた図１（ａ）に示す巻き付けモードにしたがっ
て位置決めされた第１のファイバー層と、ボトルのパイ
プ部分の周方向に位置決めされた第２のファイバー層と
を有する。
【００１３】万一爆発事故が起こると、これらのボトル
は危険である。実際、爆発の際には周方向のファイバー
だけが破壊力に抵抗することができる。一方、爆発時の
破壊応力は主としてパイプ部分に作用し周方向の引張力
を発生させるが、長手方向ファイバーはその向きからし
てこの周方向の引張力を負担することができず、その結
果長手方向ファイバーはあまり破壊力に抵抗することが
できない。結果として、周方向ファイバーの抵抗限界に
達したときの周方向ファイバーの急な破壊により、金属
製内部ケーシングが破砕し破片が飛び散る。
【００１４】本発明によれば、パイプ部分に面して周方
向に位置決めされた第１のファイバーと長手方向に位置
決めされた第２のファイバーとによって補強された内部
ケーシングまたはライナー特に金属製ライナーからなる
従来の被覆が、周方向ファイバーおよび長手方向ファイ
バーだけでなく周方向ファイバーの巻き付け角度と長手
方向ファイバーの巻き付け角度との間の１つまたは複数
の中間角度にしたがって位置決めされたファイバーをも
備えた別の被覆によって置換される。
【００１５】図２は、内部ケーシングを備えた容器のパ
イプ部分を概略的に示している。このパイプ部分２に
は、様々なファイバー層が位置決めされている。ファイ
バーＣは周方向に位置決めされ、パイプ部分２の母線７
に対して９０度にほぼ等しい角度を形成する。長手方向
ファイバーはＬで示され、母線７に対して最小角度αで
位置決めされている。
【００１６】本発明によれば、９０度と角度αとの間の
中間角度に沿ってファイバーが位置決めされている。こ
れらのファイバーもまた長手方向ファイバーと称され、
その位置決め角度（巻き付け角度）にしたがって様々な
指数が割り当てられている。図２は、それぞれα１乃至
α６の位置決め角度を有するＬ１乃至Ｌ６の６つのファ
イバーを示している。ここで、角度α１乃至α６は、角
度αと９０度との間で段階的に増加する値に対応してい
る。
【００１７】かくして、長手方向ファイバーＬ乃至Ｌ６
のファイバー層は、その間で応力勾配（減率）または漸
進的爆発抵抗勾配を有する。すなわち、角度α６（９０
度に最も近い）に沿って位置決めされたファイバーによ
って許容される最大応力は周方向ファイバーＣの許容最
大応力よりもわずかに小さいが、角度α５で位置決めさ
れたファイバーの許容最大応力よりもわずかに大きい。
さらに、角度α５で位置決めされたファイバーの許容最
大応力は、角度α４で位置決めされたファイバーの許容
最大応力よりも大きい。以下、この繰り返しとなる。
【００１８】この結果、万一ファイバーＣが破断して
も、その衝撃にまず耐えるのはファイバーＬ６である。
次いでファイバーＬ６が破断すると、ファイバーＬ５が
その衝撃に耐える。かくして、すべての長手方向ファイ
バーについて一連の破壊が発生し、引き続き内部ケーシ
ングが破砕することなく「穏やかな」引き裂きである航
空型式の破壊がパイプ部分に生じる。９０度と角度αと
の間に、単一の位置決め角度を設けてもよい。この場
合、この角度は（９０−α）に近い値であるのが好まし
い。
【００１９】さらに好ましくは、複数の角度が、たとえ
ば角度αと角度（９０−α）との間で段階的に、できれ
ば規則的に変化するように設けられる。いずれにして
も、９０度と角度（９０−α）との間の中間巻き付け角
度を有する長手方向ファイバーを位置決めすることがで
きる。周方向ファイバーＣとすべての長手方向ファイバ
ー（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）との間で周方向破
壊力を２つの等しい役割成分に分けるように企図した実
施例によれば、最小位置決め角度αに加えて、Ｌ１乃至
Ｌ９のファイバーからなる９個のファイバー層に対して
９個の位置決め角度α１乃至α９を設けることができ
る。
【００２０】ファイバー層Ｌ８の位置決め角度α８は角
度（９０−α）に等しく、位置決め角度α９は９０度と
（９０−α）との間にあるのがよい。半球形の両端部を
有する容器の場合には、両端に測地線的にファイバーを
位置決めすることができるようにして、９０度と角度α
との間で段階付けされた位置決め角度をもってファイバ
ーＬｎを扇状に配分することができる。
【００２１】長手方向ファイバーＬｎの位置決め角度の
数は、同一の角度で位置決めされるファイバーの数と同
様に、著しく変化する。また、長手方向ファイバーＬｎ
の位置決め角度の数は、容器の形態、寸法および特性、
ケーシングを構成する材料（たとえば金属または熱可塑
性材料またはエラストマ）の特性、ファイバー（たとえ
ばガラス、カーボン、ケブラー（Kevlar) ）の特性およ
びマトリックス（熱可塑性または熱硬化性材料）のバイ
ンダにしたがって可能な様々な角度（Ｌ、Ｌｎ、Ｃ）に
沿って位置決めされるファイバーのファイバー層の数お
よびその段階的変化と同様に、著しく変化する。
【００２２】位置決め角度（αｎ）にしたがって、本発
明の長手方向ファイバー（Ｌｎ）は図１（ａ）に示す平
坦巻き付けあるいは図１（ｂ）に示すらせん状巻き付け
によって位置決めされる。
【００２３】本発明の実施は、必ずしも容器の壁体を過
度に寸法決めする必要があることを意味しない。長手方
向ファイバー層を、新たに付設するだけである。実際、
所与のボトルに対して、従来の製造モードにおけるのと
同じ数の長手方向ファイバー層を設けるのが好ましい
が、この数のファイバー層は様々な角度（α、α１、α
２、α３・・・）で位置決めされる様々なファイバー層
に配分されなければならない。かくして、本発明のこの
型式のボトルの壁体の全体重量および厚さは、従来技術
にしたがって実施される所与のボトルの壁体の全体重量
および厚さに等しい。
【００２４】本発明は、いかなる容器にも適用可能であ
る。とりわけ、半球形、半楕円形、卵形、カッシニ形
（Cassini)であろうとその形状にかかわらず外方に膨張
した底部または端部を有するボトル型式のいかなる容器
にも適用可能である。これらの膨張した端部において、
ファイバーの位置決めはいかなる方法にしたがってもよ
いができるだけ測地線的に行われる。これらの端部の形
状は、様々な長手方向ファイバーの数および位置決め角
度にしたがって最適化することができることはいうまで
もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ平坦巻き付
けモードおよびらせん状巻き付けモードを示す概略図で
ある。
【図２】容器のパイプ部分のような円筒部分に本発明に
したがうファイバーを位置決めする方法を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 容器 ２ パイプ部分 ３ 端部 ４ ボス ５ 軸線 ６ ファイバー ７ 母線 Ｌｉ ファイバー αｉ 位置決め角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パスカル ディディエ コケット フランス国 33700 メリニャック リュ ドゥ ペリギュー ５ アパルトマン 164 (72)発明者 ピエール シェフナー フランス国 33185 ル エラン パルク サント クリスチーヌ リュ デ アロ ジネール 32

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加圧流体を貯蔵するための容器であっ
    て、 長手方向軸線（５）を中心とした回転体の形態を有し且
    つ１つの中央円筒部分すなわちパイプ部分と少なくとも
    一方が外方に膨張した２つの端部分（３）とを有する内
    部ケーシングと、 上記ケーシングを包囲するようになった、熱可塑性また
    は熱硬化性バインダでコーティングされた強化抵抗ファ
    イバーのフープとを備え、 上記フープは、周方向ファイバー（Ｃ）として知られる
    周方向に位置決めされた少なくとも１つのファイバー層
    と、上記膨張した端部分において上記長手方向軸線に中
    心決めされたキャップ（４）に重ならないようににでき
    るだけ小さい巻き付け角度で平面状にすなわち平坦モー
    ドで位置決めされた長手方向ファイバー（Ｌ）として知
    られる少なくとも１つのファイバー層とを備え、 上記パイプ部分（２）はさらに、上記長手方向ファイバ
    ーの巻き付け角度（α）と９０度との間の巻き付け角度
    （αｎ）で平坦にまたはらせん状に位置決めされた少な
    くとも１つのファイバー層（Ｌｎ）を備えていることを
    特徴とする容器。
  2. 【請求項２】 上記平坦にまたはらせん状に位置決めさ
    れたファイバー層（Ｌｎ）は、９０度から上記長手方向
    ファイバーの巻き付け角度（α）を差し引いた（９０−
    α）の角度に等しい巻き付け角度（αｎ）を有すること
    を特徴とする請求項１に記載の容器。
  3. 【請求項３】 様々な巻き付け角度（α１、α２、α
    ３、・・・）を有し平坦にまたはらせん状に位置決めさ
    れた複数のファイバー層（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）
    を備えていることを特徴とする請求項１に記載の容器。
  4. 【請求項４】 上記様々な巻き付け角度（α１、α２、
    α３、・・・）は、９０度と上記長手方向ファイバー
    （Ｌ）の巻き付け角度（α）との間で相互にずれている
    ことを特徴とする請求項３に記載の容器。
  5. 【請求項５】 上記様々な巻き付け角度（α１、α２、
    α３、・・・）のうち１つの巻き付け角度は、９０度か
    ら上記長手方向ファイバー（Ｌ）の巻き付け角度（α）
    を差し引いた値（９０−α）の角度に等しく、 上記様々な巻き付け角度（α１、α２、α３、・・・）
    のうち他の巻き付け角度は、この値の両側に配分されて
    いることを特徴とする請求項３に記載の容器。
  6. 【請求項６】 複数の周方向ファイバー層（Ｃ）と、複
    数の長手方向ファイバー層（Ｌ）と、９０度と上記長手
    方向ファイバー（Ｌ）の巻き付け角度（α）との間で、
    いかなる方法および手段にしたがってもよいが交互段階
    変化に沿った巻き付け角度（α）を有するファイバー層
    （Ｌｎ）とを備えていることを特徴とする請求項１乃至
    ５のいずれか１項に記載の容器。
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