JPH0642698A - 圧力容器 - Google Patents

圧力容器

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JPH0642698A
JPH0642698A JP5012460A JP1246093A JPH0642698A JP H0642698 A JPH0642698 A JP H0642698A JP 5012460 A JP5012460 A JP 5012460A JP 1246093 A JP1246093 A JP 1246093A JP H0642698 A JPH0642698 A JP H0642698A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非金属ライナを該容器の金属または同様に剛
性の端ボスにうまく取り付け得るようにした流体圧力容
器を提供する。 【構成】 圧力容器８０のシェル８４内にその内面に接
して流体不透過性のライナ９４が配置される。ライナは
シェルの開口８８にそれぞれ隣接して整合される開口９
８を有する。１対のボス１０４がシェルおよびライナの
互いに隣接する開口内におのおの配置される。各ボスは
円筒形の首部分１１２とそれから半径方向外方へ突出す
る環状のフランジ部分１１６とを有する。ライナの開口
の周縁はフランジ部分の頂面に位置するための半径方向
内方へ突出する上リップ部分１２４と、その下側から半
径方向内方へ延びてフランジ部分の底の下に位置するた
めの下リップ部分１２８とを有し、それらの間にフラン
ジ部分を受容して被包する環状の凹所１３２が画成され
それによりボスを圧力容器内の適所に確保し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に非金属ライナを
有する流体圧力容器に係り、そして特にそのような容器
において使用されるボスをライナに結合するための新規
且つ改良された方式および構成に係る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】複合
（繊維強化樹脂マトリックス）コンテナまたは容器は酸
素、天然ガス、窒素、ロケット燃料、プロパンなどの収
納を含む圧力下の各種の流体の収納のため一般的に使用
されている。そのような複合構成は軽量性および腐食、
疲労並びに破局的破損に対する抵抗力のごとき非常に多
くの利点を提供する。軽量性と破損に対する抵抗力との
かくのごとき組合せは、圧力容器の構成において主たる
諸力の方向に典型的に定向される強化繊維またはフィラ
メント（炭素、ガラス、アラミドなど）の高比強度によ
って可能である。
【０００３】複合圧力容器（シェル）の樹脂マトリック
スはサービスおよび使用間にクラッキングおよびクレー
ジングをこうむりやすいから、圧力容器はしばしば流体
不透過性のライナを取り付けられる。金属ライナが最も
一般的であるが、エラストマのゴムおよび熱塑性材料製
のライナも使用されている。ライナは圧力容器からの漏
れを防ぐのみならず、また容器製作、即ち複合シェルの
ための輪郭画成、間にマンドレルとして役立つように設
計されることが有利である。
【０００４】最大構造効率は軽量複合シェルが、ライナ
からほとんど寄与することなしに、荷重の大部分を担持
するように使用されるとき達成される。従ってもし金属
ライナが使用されるならば、ライナは重量を減らすため
に比較的薄くされなくてはならない。しかし、薄い金属
ライナは短い疲労寿命を有しそして耐久性のために軽量
性を、または、軽量性のために耐久性を犠牲にする問題
の故に、ユーザーはより軽量でしかも流体を透過しない
非金属ライナの使用にますます期待するに至った。
【０００５】非金属ライナの使用に関する一問題は、典
型的に金属から成る容器ボスにライナをしっかりと取り
付けることである。端ボスは容器内へのおよび容器から
の流体通路を支持しそしてさらにもしフィラメントの巻
きが複合シェルを構成するために使用されるならば容器
の両極の端における繊維転回（ｔｕｒｎａｒｏｕｎｄ）
のためにそしてマンドレルの支持のために用意すること
によって複合シェルの製作において機能する。金属ライ
ナが使用されるとき、そのようなボスは一般的にライナ
と一体的に構成されるが、非金属ライナの使用が増すに
つれて、ボスをライナに取り付けるその他の方法が必要
とされるに至った。非金属ライナをボスに取り付けるた
めの従来の一つの方法は、（もしライナが十分に剛性で
あるならば）ライナに対するボスの接着剤接合、および
（もしライナが可撓性で形状可変につぶれ得る膜である
ならば）ボス−ライナ密閉を達成するため単に容器内の
内圧に依存することを含んだ。図２および図３はボスに
非金属ライナを取り付けるためのこれら二つの方法を図
解し、そして暫時検討されるであろう。
【０００６】しかし、上の二つの方法は、疲労サイクリ
ングまたは金属（ボス）対非金属（ライナ）接合のある
環境に対する露出下での破損、ほとんどの金属対非金属
の有意的に異なる熱膨張係数の故の接着剤の分解、およ
び（もし内圧のみに依存するならば）ボス−ライナ接合
部を通る漏れ通路を生じさせるシェル内におけるライナ
の移動を含む問題を提供する。
【０００７】ライナをボスに適正に取り付けることの必
要性に加えて、さらに、複合シェル／金属ボス界面に剪
断層を設けて該界面に大きな剪断応力が生じる傾向を減
じることが重要である。過去においては、ゴム処理され
た合成物がそのような剪断層のために使用されたが、そ
れらは時間の経過とともに分解する傾向がある。
【０００８】本発明の一目的は流体圧力容器のライナを
該容器の端ボスに取り付けるための新規且つ改良された
方式を提供することである。
【０００９】さらに本発明の一目的は非金属ライナを金
属または同様に剛性のボスに取り付けるのに特に好適で
あるそのような方式を提供することである。
【００１０】本発明のもう一つの目的は圧力容器ライナ
とボスとの間における流体漏れの可能性が減じられるそ
のような方式を提供することである。
【００１１】本発明の追加の一目的は容器ライナ／ボス
取付構造が容器のボスと外側のシェルとの間の剪断層と
しても役立つそのような方式を提供することである。
【００１２】本発明の他の一目的は容器の内部流体圧力
がボスに対するライナの取り付けを強化するのに利用さ
れるそのような方式を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の上記およびその
他の諸目的は、流体を保持するための圧力容器であって
複合繊維強化樹脂のごとき実質的に剛性の機械的に強い
材料から作られた外シェルを有しそして開口を備えた少
なくとも１個の両極において偏平な端部分を有するもの
の一特定実施例において達成される。さらに、外シェル
の開口に嵌合する首部分および首部分の一端から外方へ
延びるフランジ部分を有するボスが設けられる。内側
の、概ね流体不透過性のライナが外シェル内にその内側
面に接して配置されそして外シェルの開口と整合された
開口を有する少なくとも１個の端部分を有する。内側の
ライナはその開口を取り囲む二層リップであって上リッ
プ部分と下リップ部分とを有しそれらの間にボスのフラ
ンジ部分を受容して確保するための環状の凹所を有する
ものを形成される。実際において、ボスのフランジ部分
はライナの上下リップ部分の間の凹所内に被包され、ラ
イナはそれを適所にしっかりと確保する。
【００１４】本発明の一局面によれば、ボスは、フラン
ジ部分がそれから延びる前記首部分の一端に第１の開口
を画成しそして首部分の他端に第２の開口を画成するよ
うに首部分を通って延びる概ね円筒形の孔を有する。下
リップ部分は、ボスのフランジ部分の下を半径方向内方
へ延び次いで第１の開口を通ってボスの孔壁に沿って上
方へ延びて付属部品、例えば弁、が第２の開口を通って
孔内に受容される位置に達するように形成される。この
ようにして、ライナは付属部品に直接に連結されてより
漏れの無い接合部を構成する。
【００１５】本発明の上記およびその他の目的、特徴お
よび利点は添付図面と関連して提供される下記詳細な説
明を検討することによって明らかになるであろう。
【００１６】
【実施例】図面を参照すると、図１には本発明が実施さ
れる典型的な複合（繊維強化樹脂）圧力容器４が図示さ
れる。圧力容器４は中空の全体として円筒形の中心部分
８と、一体構造の両極で偏平な端部分１２，１６とを有
する。端部分１２，１６は軸方向に整合された開口２
０，２４であってそれぞれ出入りのためのボス２８，３
２を配置されるものを有する。既述のごとく、ボス２
８，３２は典型的に金属または金属合金から構成されそ
して圧力容器４内への流体の補給およびそれからの流体
の排出を可能にする弁のごとき付属部品を受容するため
に用意される。またボス２８，３２は、圧力容器４の製
作間、繊維の転回およびマンドレルの支持のためにも使
用される。
【００１７】ボス２８，３２はしばしば極部分と呼ばれ
る端部分１２，１６に位置されて示されるが、これらボ
スはその他の場所に配置され得、そして２個より多いボ
スが設置され得る。また、望まれるときは、その他の在
来容器形状と同様に、完全に球形の圧力容器がボスを設
置され得る。
【００１８】図２および図３は図１に示されたタイプの
圧力容器内に使用される非金属ライナを端ボスに取り付
けるための先行技術による方法を示す。詳記すると、図
２はその内部にエラストマゴムのライナ４４が配置され
る複合圧力容器のシェル４０の部分側面図を断面を以て
示す。ライナ４４はシェル４０の内面に接して位置され
そしてシェル４０の開口４８まで延びる。ボス５２が開
口４８内に配置されそして開口４８を包囲するライナ４
４に接して位置される下フランジ部分５６を有する。こ
の先行技術構成によれば、ボス５２に対する圧力容器内
の内圧はボス５２に対してライナ４４を密閉するのを助
けるのに使用される。しかし、圧力容器に内部真空が存
在する場合は、密閉は破られ、汚染物質を圧力容器内に
引き入れてボス５２とライナ４４との間に漏れ通路を生
じさせる可能性がある。内部真空は、例えば圧力容器が
部分的に流体を充填された後該流体が冷却して真空を生
じる場合のように、圧力用に意図される容器の場合にも
しばしば生じる。
【００１９】図３は、部分側面図において断面を以て、
その内部に剛性の非金属ライナ６４が配置される圧力容
器のシェル６０を図示する。ボス６８がシェル６０の開
口７２内に配置されそしてライナ６４の頂壁６４ａに接
着剤によって接合されてライナ６４とボス６８との間に
所望の密閉を確立する。しかし、既に言及されたよう
に、非金属材料（例えば、プラスチック）対金属の接着
剤接合は、ボス対ライナ結合において使用されるとき、
持続困難でありそしてそれは一般的に時間およびサービ
ス間に劣化してボス−ライナ界面において漏れを発生さ
せるに至る。
【００２０】図４は本発明によって作られる流体圧力容
器８０を部分側面図において断面を以て図示する。圧力
容器８０は外側にシェル８４を有し、シェル８４は中空
円筒形の中心部分８４ａと、該中心部分と一体に形成さ
れた二つ（それらの一つのみが示される）の両極におい
て偏平な、全体として長円体の端部分８４ｂとを有す
る。軸方向に整合された開口８８（それらの一つのみが
示される）が図４に表されるように端部分８４ｂに形成
される。シェル８４は在来のように複合繊維強化樹脂か
ら形成される。
【００２１】シェル８４内には、例えば、ポリエチレ
ン、ナイロンポリアミド、またはポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）のごとき熱塑性材料から作られた流体
不透過性のライナ９４が配置される。ライナ９４はシェ
ル８４の内側面に接して配置され、従ってシェル８４の
開口８８のそれぞれと整合される１対の開口９８（それ
らの一つのみが示される）を含むシェル８４と同じ全般
形状を有する。
【００２２】シェル８４およびライナ９４のそれぞれの
隣接開口８８および９８内にはボス１０４が配置され
る。ボス１０４は典型的には金属または金属合金例えば
アルミニウムまたは炭素クロム−モリブデン合金鋼から
作られる。ボス１０４は軸方向の円筒形の穴または孔１
０８を形成され、孔１０８の上部分１０８ａは圧力容器
８０内に流体を補給しそしてそれから流体を排出するた
めの付属部品、例えば弁、を受容するように構成され
る。また、ボス１０４は全体として円筒形の首部分１１
２であってシェル８４の開口８８内に嵌合するものと、
図６において最もよく認められるように、首部分１１２
の下端から半径方向外方へ延びるカラーまたはフランジ
部分１１６とを形成される。フランジ部分１１６の下面
は全体として凸面であるように形成されそしてフランジ
部分１１６の下面と孔１０８の内側面１１８との間に丸
縁１１６ａを有する。同様に、フランジ部分１１６の頂
部と首部分１１２との間の遷移部分１１６ｂも円滑であ
りそして丸められている。その理由は、後に説明される
ように、ボス１０４とボス輪郭に従うライナ９４とにお
いて応力集中を減少させることを助けるためである。
【００２３】ボス１０４の孔１０８内には、後に説明さ
れるように、ライナ９４を適所に確保することを助ける
ためライナ９４の一部分を受けるための周溝１２０（図
６）が形成される。
【００２４】ライナ９４の開口９８を包囲するライナ９
４の部分は、図４に最もよく示されるように、ボス１０
４が適所に位置されるときボス１０４の首部分１１２を
取り囲み、そしてボス１０４のフランジ部分１１６の上
面上に位置する上リップ部分１２４を有する二重リップ
輪郭に形づくられる。さらに、ライナ９４の二重リップ
輪郭は、やはり図４に最もよく示されるように、上リッ
プ部分２４の下側からボス１０４のフランジ部分１１６
の下面の下を半径方向内方へ延び、次いで孔１０８の内
側面１１８に沿って孔１０８内へ上方に延びる下リップ
部分１２８を有する。下リップ部分１２８の終端は、ボ
ス１０４の周溝１２０内に嵌合する環状のビード１２８
ａであって下リップ部分１２８を孔１０８内において適
所に確保するのに役立つもの内に形成される。上リップ
部分１２４および下リップ部分１２８は、図４に示され
るように、ボス１０４のフランジ部分１１６を受容しそ
してそれを実質的に被包して確保するため前記上下リッ
プ部分間に環状の凹所１３２を画成する。
【００２５】ライナ９４の二重リップ輪郭と、上下リッ
プ部分１２４，１２８間の凹所１３２内に受容されて被
包されるフランジ部分１１６を有するボス１０４の設計
とによって、ボス１０４をライナ９４に接着剤によって
接合する必要がない。さらに、ボス１０４の設計はボス
１０４に対するライナ９４の結合を強めるため圧力容器
内の内部流体圧力の利用を便ならしめる。詳記すると、
内部圧力は下リップ部分１２８をフランジ部分１１６の
底面に対し且つ孔１０８の内側１１８に対し圧接させ
る。そのような内部圧力はさらに下リップ部分１２８の
ビード１２８ａを周溝１２０内に押し入れる。この周溝
１２０およびその内部における下リップ部分１２８のビ
ード１２８ａのロッキングは加圧および減圧間における
ライナ９４の滑りを防ぐのに役立つ。さらに、周溝１２
０の位置で下リップ部分１２８を孔１０８内に配置する
ことは、ライナ９４と孔１０８の上部分１０８ａ即ち入
口部分（そこに付属部品、例えば弁、が受容される）と
の間の直接連結を確立し、それにより、漏れ通路が生じ
る可能性を最小限にする。
【００２６】ライナ９４の上リップ部分１２４はボス１
０４とシェル８４との間にそして、特に、ボス１０４の
フランジ部分１１６とシェル８４との間に既述のごとく
剪断層として働くように配置される。
【００２７】ボス１０４とライナ９４との間におけるト
ルク伝達を増進するため、木内ないし溝即ちノッチ１３
６が、図５に最もよく認められるように、フランジ部分
１１６の周縁に離間位置において形成される。これらノ
ッチ１３６はボス１０４とライナ９４との間のトルクな
いしねじり剪断の伝達を助けるため上リップ部分１２４
と下リップ部分１２８との間の環状の凹所１３２の壁と
接触するように位置される。また、ボス１０４のフラン
ジ部分１１６の上面および下面は、トルク伝達をさらに
増進させるために、それらに沿う上リップ部分１２４お
よび下リップ部分１２８の滑りを防止するため粗化また
はその他の処理を施され得る。
【００２８】以上説明された構成は本発明の諸原理の適
用を例証するにすぎないことが理解さるべきである。非
常に多くの変形および代替的構成が本発明の精神および
範囲から逸脱することなしに当業者によって工夫され得
そして冒頭の諸請求項はそのような変形構成等を包含す
るように意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明がそれに特に適するタイプの複合圧力容
器の側面図。
【図２】一在来技術の方法に従って圧力容器内の流体の
内圧のみを利用するエラストマのライナをボスに取り付
けられた複合圧力容器の部分断面図。
【図３】一在来様式で剛性の非金属ライナをボスに結合
された複合圧力容器の部分断面図。
【図４】本発明の原理に従って作られた流体圧力容器の
部分断面図。
【図５】本発明の原理に従って作られた圧力容器ボスの
上面図。
【図６】図５の線Ａ−Ａに沿って切られた圧力容器ボス
の断面図。
【符号の説明】
８０ 圧力容器 ８４ シェル ８４ｂ 端部分 ８８ 開口 ９４ ライナ ９８ 開口 １０４ ボス １０８ 孔 １１２ 首部分 １１６ フランジ部分 １１８ 内側面 １２０ 周溝 １２４ 上リップ部分 １２８ 下リップ部分 １３２ 凹所 １３６ ノッチ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体を保持するための圧力容器であっ
    て、 実質的に剛性の機械的に強い材料から作られ、開口を備
    え、両極において偏平な少なくとも１個の端部分を有す
    る外シェル、 外シェルの開口に嵌合する首部分および首部分の一端か
    ら外方へ延びるフランジ部分を有し、そして外シェルの
    開口と実質的に整合された全体として円筒形の孔を有す
    るボス手段、 外シェル内にその内側面に接して配置され、そして外シ
    ェルの開口と整合された開口を有する少なくとも１個の
    端部分を有する概ね流体不透過性の内ライナであって、
    その開口を取り囲む二層リップを形成され、該二層リッ
    プが上リップ部分と下リップ部分とを有しそれらの間に
    ボス手段のフランジ部分を受容して確保するための環状
    の凹所を設けられ、上リップ部分が外シェルの内側面と
    ボス手段の一面との巻に保持され、そして下リップ部分
    がボス手段のフランジ部分の下を半径方向内方へ延び次
    いでボス手段の孔内にその内壁に沿って上方に延びるも
    の、および下リップ部分を孔内において適所に確保する
    手段を有する圧力容器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載される圧力容器におい
    て、前記外シェルが複合繊維強化樹脂材料から作られ、
    前記内ライナが非金属材料から作られ、そして前記ボス
    手段が金属または金属合金から作られている圧力容器。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載される圧力容器におい
    て、前記フランジ部分が、前記下リップ部分がその下に
    おいて延びる下面および前記上リップ部分がその上にお
    いて延びる上面を有し、前記下面が概ね半径方向に凸状
    であり、そして下面と孔の内壁との間に丸縁を有する圧
    力容器。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載される圧力容器におい
    て、ボス手段のフランジ部分の下面および上面がそれら
    に沿って下リップ部分および上リップ部分が滑るのを防
    ぐために粗い滑らないきめを有する圧力容器。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載される圧力容器におい
    て、確保する手段が孔の内壁に形成された周溝を有し、
    そして前記下リップ部分が前記孔の周溝に嵌合する環状
    のビードにおいて終端する圧力容器。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載される圧力容器におい
    て、ボス手段のフランジ部分が二層リップの凹壁と接触
    するため周囲に沿って互いに離された複数のノッチを有
    する外縁を有する圧力容器。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載される圧力容器におい
    て、前記孔が下リップ部分を受容するための第１の直径
    を有する第１の部分と、取付機構を受容するための第１
    の直径より大きい直径を有する入口部分とを有すること
    と、前記周溝がそれにビードが嵌合されるとき入口部分
    内に受容される前記取付機構がビードに連結するように
    第１の部分と入口部分との間において孔内に形成されて
    いる圧力容器。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載される圧力容器におい
    て、周溝が周溝と孔の第１の部分との間にビードがその
    上に静止する肩を画成するように形成されている圧力容
    器。
  9. 【請求項９】 円筒形の側壁および第１と第２のドーム
    形の端部分を形成された複合構造の外シェルであって２
    個の軸方向に整合された開口を有するもの、外シェルの
    内面にぴったりと合うように形づくられた流体不透過性
    の内ライナであっておのおの外シェルの開口の一つにそ
    れぞれ整合されて隣接する２個の開口を有するもの、お
    よび外シェルおよび内ライナのそれぞれの隣接する開口
    内におのおの配置された１対のボスを有する圧力容器に
    おいて、 ボスがおのおの円筒形の首、中空の首部分、および首か
    ら半径方向外方に延びる環状のフランジ部分を形成さ
    れ、 内ライナの開口の周囲がボスと外シェルとの間で剪断層
    として働くためそれぞれのボスのフランジ部分の頂の上
    に横たわるため半径方向内方に突出する第１の部分と、
    それぞれのボスのフランジ部分の底の下に横たわりそし
    てそれぞれの中空の首部分内へその側壁に沿って上方へ
    第１の部分の下側から半径方向内方へ突出する第２の部
    分とをおのおの形成され、前記第１と第２の部分が、ボ
    スが外シェル内に据付けられるとき第１の部分がボスと
    外シェルとの間に確保されるように、それぞれのフラン
    ジ部分を受容して被包するための環状の凹所をそれらの
    間に画成し、そして第２の部分を中空の首部分内に確保
    するための手段が中空の首部分内にそして第２の部分上
    に形成されている圧力容器。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載される圧力容器におい
    て、ボスの少なくとも一つがその首内において中心に形
    成された孔を有し、孔の一端が孔内の規定位置まで付属
    部品をそのなかに受容するようにされていることと、前
    記少なくとも一つのボスが配置される開口周囲の下部分
    が前記一つのボスのフランジ部分の下に内方へ延びそし
    て孔の他端を通って上方へ延びて付属部品と係合してい
    る圧力容器。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載される圧力容器にお
    いて、フランジ部分の底が概ね凸面でありそして内ライ
    ナ開口周囲の第２の部分の滑りを防ぐため粗化された面
    を形成されている圧力容器。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載される圧力容器にお
    いて、孔が前記規定位置に環状の溝を形成されること
    と、それぞれの第２の部分が孔の一端内に受容された付
    属部品と係合するため溝内に延びるビードを有する圧力
    容器。
  13. 【請求項１３】 請求項１０に記載される圧力容器にお
    いて、フランジ部分が凹所の壁と係合するため周囲に沿
    って互いに離間された位置においてそこに形成された複
    数のノッチを有する周囲において終端するように外方へ
    延びている圧力容器。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載される圧力容器にお
    いて、孔の前記一端が第１の直径を有することと、孔の
    他端が第１の直径より小さい第２の直径を有し、前記溝
    が、付属部品が孔の一端内に受容されるときそれに対し
    て第２の部分のビードが付属部品によって圧接させられ
    る肩を画成するように、孔の一端と他端との間に形成さ
    れている圧力容器。
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