KR100499230B1 - 복합압력용기 - Google Patents

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KR100499230B1
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마이클 디. 블레이어
리차드 쿤즈
마크 제이. 워너
케빈 데이비스
에드워드 월코트
다렐 터너
존 베네트
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앨리언트 테크시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

압축된 천연 가스("CNG")와 같은 가압된 액체를 지지하는 압력 용기(10)는 2개의 끝단부 셀(12) 및 하나 이상의 내부 셀을 포함한다. 상기 셀 구조는 상기 셀 구조는 셀(12)이 직각적인 원형 표면에서 서로 접촉하는 것이 보장되고, 인접한 셀의 껍질이 벗겨지는 경향을 줄인다. 웨브(14)는 상기 셀(12)에 직각인 2개의 시트를 포함한다. 상기 셀(12) 및 웨브 사이의 미사용 공간은 포옴 및 고무의 웨지를 포함한다. 밸브(22)는 압력 용기의 내부 및 가압 액체 라인 사이에서 액체 연통을 제공한다. 하나의 압력 용기의 채워진 무게는 압력 용기와 실질적으로 동일한 공간을 차지하는 종래의 가솔린 탱크의 채워진 무게를 초과하지 않는다. 압력 용기는 종래의 가솔린 탱크 스트랩을 맞물리게 하기 위하여 외부 함몰부로 구성될 수 있다.

Description

복합 압력 용기
본 발명은 압축된 액체를 보관하는 압력 용기에 관한 것으로서, 특히 조밀하고 효율적이고 직각적인 형태에 근접한 복합 웨브내에서 직각적으로 접촉하는 다수의 저장 셀을 가지는 복합 압력 용기에 관한 것이다.
압력하의 액체 및 가스를 저장하기 위하여 압력 용기가 광범위하게 사용된다. 압력 용기의 저장 능력은 압력 용기의 내부 부피 및 용기가 안전하게 저장될 수 있는 압력의 크기에 따라서 좌우된다. 특정 용도에 있어서는 압력 용기의 저장 용량에 부가하여, 압력 용기의 크기, 내부형태, 외부 형태 및 무게가 중요해지기도 한다.
압력 용기의 가능한 하나의 용도는 압축된 천연 가스("CNG")의 저장이다. CNG는 자동차 연료용으로 가솔린에 비해 점차적으로 더욱 바람직한 것으로 고려된다. CNG는 가솔린보다 더 청결하게 연소되고, 따라서 공기 오염이 가시적으로 축소되고, 그로인해 건강 보호 비용의 절감 효과가 생긴다. 천연 가스는 또한 상대적으로 풍부한 연료이다. 따라서, 가솔린 대신에 CNG을 사용하기 위하여 가솔린 연료 자동차를 개량함으로써 가솔린 연료 자동차를 전환하는 방법이 고안되었다.
CNG를 사용하는 자동차를 개량하는 공지된 방법은 가솔린 탱크를 종래의 천연 가스 저장 실린더로 대치하는 것이다. 불행하게도, 종래의 CNG 실린더를 사용하면 개량된 자동차의 운행거리가 약 120 내지 140 마일정도의 운행 거리로 제한되어, 그러한 개량은 소비자의 수용도를 상당히 제한하였다. 그러한 개량된 자동차의 운행 거리는 CNG 저장 실린더를 추가함으로서 단순히 증가될 수 있다. 이것은 자동차의 트렁크내에 부가적인 CNG 실린더를 부착함으로서 이루어진다. 그러나, 가솔린 탱크가 차지한 제한된 공간내에 CNG 저장 실린더를 설치하는 것이 바람직하다.
차량의 운행 거리를 증가시키기 위한 하나의 방법은 동일용량의 저장 실린더내에 더 많은 CNG를 탑재하는 것이다. 이것은 CNG를 저장 실린더에 더 많이 주입함으로써 수행되나, 그 결과 저장 실린더내의 압력이 증가된다. 그러나 저장 압력이 증가하면, 실린더에 보다 높은 압력에 견디는 충분한 구조의 강도를 제공하기 위하여, 저장 실린더의 벽을 두껍게 하는 것이 요구되었다. 벽 두께가 증가하면, 저장 실린더의 외부 크기의 증가하여 가솔린 탱크가 차지 하였던 공간내에 실린더 를 탑재하기 어렵게 되거나 또는 실린더의 내부 저장 부피가 축소되어 저장되는 CNG의 량을 줄이고 그래서 차량의 운행 거리를 줄이는 결과를 초래한다. 또한 벽이 두꺼워지는 것은 저장 실린더의 무게를 증가시켜, 자동차의 연료 효율을 감소시킨다.
CNG연료로 자동차의 운행 거리를 증가시키는 다른 방법은 CNG저장 콘테이너의 형태를 변화시키는 것이다. 최근에, 구형, 원통형 및 구형과 원통형의 조합이 채택되고 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와같이, 하나의 종래 압력 용기(100)는 함께 고정된 몇몇 로브(102)를 포함한다. 각 로브(102)는 "튜브-및-도움"형태의 일부분으로서 형성되었다. 기하학적으로, 튜브-및-도움 형태는 횡단면부에서 반지름 R인 원형의 직선 관형(104)을 포함한다(도 2참조). 2개의 로브(102)는 튜브(104)의 세로축(108)에 평행한 평면(106)을 따라서 각 로브(102)를 절단함으로써 완성된다. 상기 2개 로브(102)의 절단된 표면이 서로에 대하여 고정된다. 각 하나 이상의 중앙 로브(110)는 중앙 로브 튜브의 세로 축(112)에 평행한 2개 평면(106)을 따라서 절단된다. 이 결과로된 콘테이너(100)에서, 상기 로브(102)는 만나는 접합부(114)에서 서로에 대하여 직각적이지 않다. 각 튜브(104)는 튜브(104)와 동일한 반지름(R)을 가지는 반구형 도움(116)의 일부분에 의하여 각 끝단부에서 덮혀씌워진다.
그러한 튜브-및-도움 콘테이너는 실질적으로 직각적인 압력 용기를 요구하는 용용에 사용될 때 몇몇 단점을 가진다. 그러한 용도는 자동차의 연료용으로 사용되는 CNG 저장에만 한정되는 것은 아니지만 CNG 저장과 같은 용도를 포함한다. 이러한 자동차는 가솔린 연료로 사용했던 것을 CNG 탱크를 갖는 개량된 자동차일 수 있고, 처음부터 끝까지 CNG로 설계된 자동차일 수 있다.
튜브-및-도움 형태의 단점은 튜브-및-도움 구조 및 실질적으로 직각 구조와의 차이점으로부터 발생된다. 개량된 자동차의 경우에, 도 1 및 도 2에 도시된 팬텀 직각 셀로서 도시된 바와같이 많은 가솔린 탱크가 실질적으로 직각 형태로 형성되기 때문에 실질적으로 직각 형태의 용기의 요구가 발생한다. 처음부터 CNG을 사용하기 위하여 설계된 자동차의 경우에, 실질적으로 직각적인 압력 용기는 다른 설계 형태의 참고로 생각할 수 있을 것이다. 각 경우에, 단일 튜브-및-도움 로브(102)는 그러한 직각적인 압력 용기 형태에 거의 근접하지 않는다.
몇몇 튜브-및-도움 로브(102)의 절단된 부분이 함께 정렬되어 압력 용기(100)를 형성하는 것은 압력 용기 형태에 근접하지만, CNG 저장용으로 사용되지 않는 웨지-형태의 미사용 공간(120)이 그럼에도 불구하고 남아있다. 인접한 튜브-및-도움 로브(102)의 원형 벽에 의하여 형성된 미사용 공간(120)은 직각 셀(118)의 내부 공간의 상당한 페센트를 차지한다. 미사용 공간을 제거하는 것은 형태에서 실질적으로 직각적인 셀로된 CNG 콘테이너를 요구한다. 직각적인 셀 형태의 CNG 용기는 형태에서 원형이 제거되기 때문에 CNG 저장 압력에 견디기 위하여 아주 두꺼운 벽으로 만들어야한다.
미사용 공간(120)의 단점에 부가하여, 압력 용기(100)는 로브(102)가 접합부(114)에서 발생하는 압력 때문에 접합부(114)에서 껍질이 벗겨지는 단점을 갖고 있다. 상기 껍질이 벗겨지는 단점을 극복하기 위하여 로브(102)의 벽을 두껍게 하는 것은 콘테이너(100)의 저장 용량을 줄이고, 콘테이너의 크기를 증가시키고, 또한 콘테이너의 무게를 증가시킨다.
그래서, 이 분야에서는 직각 용기에 근접하는 압력 용기를 제공하는 것이 기술적 향상일 것이다.
또한, 가솔린 탱크 외부의 직각적인 셀 형태와 비슷한 외부 형태를 제공하여 가솔린 자동차의 개량을 편리하게 하는 압축 용기를 제공하는 것이 기술적 향상일 것이다.
또한 대략 원형 단면부를 갖는 압력 용기를 제공하는 것도 기술적 향상일 것이다.
또한, 내부 저장 압력으로 인해 껍질이 벗겨지는 경향에 견디는 그러한 압력 용기를 제공하는 것도 기술적 향상일 것이다.
그러한 압력 용기가 본명세서에 기술되고 권리 요구된다.
도 1은 종래 압력 용기의 투시도;
도 2는 도1의 라인 2-2를 따라서 절단된 단면도;
도 3은 본 발명의 압력 용기의 한 실시예의 부분 절단된 투시도;
도 4는 도 3의 라인 4-4를 따라서 절단된 압력 용기의 일부분의 횡단면도;
도 5는 본 발명의 압력 용기가 제 1다른 실시예를 나타내는 절단된 투시도;
도 6은 본 발명의 압력 용기가 제 2다른 실시예를 나타내는 절단된 투시도;
도 7는 도 3에 도시된 실시예의 선택된 성분을 나타내는 확대된 투시도;
도 8은 본 발명의 압력 용기의 다른 실시예의 부분 절단된 투시도.
본 발명은 새로운 구조를 가지는 압력 용기에 관한 것이다. 하나의 실시예에서, 압력 용기는 용기 내에 저장된 압축 천연 가스("CNG")로부터의 압력에 저항하도록 구성되어 있고, 상기 용기는 종래의 가솔린 탱크의 직각 형태에 근접한다. 상기 압력 용기는 약 3600 p.s.i까지 정상적인 압력에 견디고 상기 정상적인 압력의 3배 즉, 약 11,000p.s.i의 폭발 강도에 견디는 충분한 강도를 가진다.
본 발명의 압력 용기의 새로운 구조를 본 명세서에는 평면 형태로 절단한 기하학적인 분해를 통해 기술한다. 이러한 기하학적인 분해는 제작 방법과 상응할 필요는 없으나 제조될 압력 용기의 구조를 예시할 것이다.
압력 용기의 한 실시예는 2개의 측끝단부 셀을 포함한다. 각 측끝단부 셀은 반 원통형 외부벽을 포함한다. 외부벽 구조는 반 원통형을 만들기 위하여 제 1원통형 콘테이너를 세로 축을 통과하는 평면으로 절단됨으로써 형성된다. 각 끝끝단부 셀은 1/4원통형 상부벽 및 1/4원통형 하부벽을 포함한다. 상부벽 및 하부벽은 외부벽으로 일체형이 된다. 상부벽 구조는 제 1원통형 콘테이너와 동일한 길이를 가지나 반지름이 적은 제 2원통형 콘테이너를 절단함으로서 형성된다. 제 2원통형 콘테이너는 세로 축을 통과하는 2개의 수직 평면으로 절단된다. 하부벽은 제 3원통형 콘테이너를 2개의 수직 평면으로 절단함으로써 유사하게 형성된다. 직각 부분은 상부벽의 하부 끝단부와 하부벽의 상부 끝단부와 접속한다. 각 셀의 끝단부는 외부 및 상부 또는 하부벽의 다른 반지름을 참조로 "다중반지름" 곡선으로 언급된 곡선을 형성한다.
결합된 1/2 및 1/4원통형 벽의 각 끝단부는 캡에 의하여 덮혀진다. 각 캡은 경계 조건으로서 밀폐된 다중반지름 곡선에 고정되고 그러면 일정한 변형 압력으로 되기 쉬운 탄성 시트 (실재로 이용된 재료에 필요하지 않는) 형태에 상응한다.
본 발명의 새로운 구조는 끝단부 셀의 하나의 세로축에 대하여 횡방향으로 절단된 단면부에 의하여 도시된다. 상기 단면부는 아아크형 외부벽, 아아크형 상부벽, 아아크형 하부벽을 포함하는 다중반지름 곡선을 형성한다. 외부벽은 보다 큰 반지름을 갖는 반-원통형과 상응하고, 외부벽 반지름에서 종단된다. 상부-외부 접합부에서 외부벽과 동일한 한 끝단부를 갖는 외부벽은 상부 1/4원통형에 상응하고, 외부벽 반지름보다 적은 외부벽 반지름을 갖는다. 이러한 실시예에서 상기 하부벽 반지름은 상부벽 반지름과 동일하나, 이러한 반지름이 다른 실시예에서 다를 수 있다. 그래서, 일반적인 다중반지름 단면부는 2개 또는 3개의 다른 반지름중 하나를 갖는 원형 아아크를 포함할 수 있다.
압력 용기의 다른 실시예는 끝단부 셀 사이에 고정된 하나 이상의 내부벽을 포함한다. 단면부에서, 각 내부 셀은 2개의 직선 내부벽에 의하여 반-원통형 하부 부분에 고정된 반-원통형 상부 부분을 포함한다. 내부 셀은 서로에 대하여 직각적으로 고정되고 서로에 대해 인접되고, 가장 바깥쪽 내부 셀에 직각적으로 고정되고 인접되는 끝단부 셀을 갖는다.
반-원통형 내부벽 상부 및 하부 부분의 반지름은 끝단부 셀의 1/4원통형 상부벽 및 하부벽의 반지름과 동일하다. 그래서, 이전에 공지된 압력 용기의 로브와 달리 본 발명의 압력 용기의 끝단부 셀 및 내부 셀은 서로 접촉할 때 일반적으로 서로에 대하여 직각적이다. 본 발명의 압력 용기의 새로운 구조의 장점은 인접한 셀의 껍질이 벗겨지는 경향을 줄인다.
웨브는 끝단부 셀 주위 및 어떤 내부 셀 주위에 고정된다. 상기 웨브는 상기 각 끝단부 셀의 상부-외부 접합부 및 각 내부 셀의 반-원통형 상부 부분에 일반적으로 직각인 실질적으로 평면 상부 시트를 포함한다. 상기 웨브는 또한 상기 끝단부 셀의 하부-외부 접합부 및 각 내부 셀의 반-원통형 하부 부분에 직각인 실질적으로 평면 하부 시트를 포함한다. 상기 웨브는 서로에 대하여 직각적으로 셀을 지지하는데 돕고 상기 셀 벽을 강화함으로써 상기 압력 용기를 강화한다.
본 발명의 압력 용기는 압력이 가압된 액체 저장에 사용되지 않는 웨브 및 셀 사이의 웨지 형태의 미사용 공간을 형성한다. 한 실시예에서, 상기 압력 용기는 웨브 시트 및 셀 사이에 놓여진 폼 또는 고무로된 웨지로서 상기 미사용 공간을 채움으로서 강하된다.
본 발명의 압력 용기는 밸브에 접속된 CNG 라인과 같은 내부 챔버 및 가압된 압력 용기의 외부 사이에 액체 연통할 수 있는 밸브를 포함한다. 본 발명의 압력 용기를 형성하는 몇몇 셀의 내부는 서로에 대하여 액체 연통하도록 구성되고, 오직 한 밸브만이 압력 용기의 내부 및 외부로 흐르는 액체를 제어하기 위하여 필요하다. 압력 용기의 내부 압력이 소정된 값을 초과한다면 가압된 액체가 흐르는 것을 막기 위한 압력 경감 메카니즘을 포함한다. 상기 밸브는 고온상태에서 응급 배출을 제공하기 위하여 가용성 플러그를 포함한다.
유용하게도, 본 발명의 압력 용기는 압력 용기에 채워진 무게가 동일 부피 밀봉체를 차지하는 종래의 가솔린 탱크의 채워진 무게를 초과하지 않기 때문에 가솔린 연료 자동차 개량을 편리하게 한다. 부가하여, 상기 압력 용기는 종래의 가솔린 탱크 스트랩과 맞물릴 수 있는 외부 함몰부를 형성하는 고정부로 구성될 수 있다. 그래서 자동차에서 가솔린 탱크를 고정하기 위하여 이전에 사용된 동일 탱크 스트랩이 실질적인 변경 또는 추가 테스팅없이 자동차에서 압력 용기를 고정하기 위하여 사용될 수 있다.
당업자는 본 발명의 압력 용기가 개량된 자동차의 사용에만 제한되어 있지 않다는 것을 알 것이다. 본 발명은 새로운 자동차 응용 및 실질적으로 직각 형태의 압력 용기 사용으로 이득이 되는 다른 용도에도 이용된다.
본 발명에 다른 압력 용기는 금속 또는 복합 재료로 제조된다. 한 실시예에서, 상기 셀은 가스의 불침투성을 제공하기 위하여 금속 포일 또는 복합 폴리머막과 같은 라이너(liner)로 구성된다. 상기 라이너는 필라멘트 권선을 사용하는 복합층 또는 당업자에게 잘알려진 다른 방법으로 감싸인다. 내부 부분은 셀 사이의 액체 유동용 셀벽에 제공될 수 있고, 또는 외부 매니폴드은 그러한 연통을 제공하기 위하여 연차적으로 부착될 수 있다. 셀은 서로 인접하여 배치되고, 모든 셀은 복합 웨브에 의하여 감싸진다. 셀, 웨브 또는 양쪽 다 사용되는 복합물은 탄소, 유리, 흑연, 폴리아미드, 열가소성 물질 또는 열 경화성 수지에 결합된 다른 공지된 섬유를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 셀은 스탬프링, 추출, 당업자에게 잘 알려진 다른 공정을 사용한 금속에 의하여 구성될 수 있다. 금속 피이스는 함께 납땜되고, 복합 웨브로 감싸인다. 적절한 금속의 예는 티타늄, 알루미늄, 및 강철이다.
요약하여, 본 발명은 상기 셀이 직각적이고 강화된 웨브로 감싸이는 압력 용기를 제공한다. 압력 용기의 새로운 구조는 내부 압력에 응답하여 껍질이 벗겨지는 경향에 견디는 일반적으로 원형 단면부를 가진다. 압력 용기의 외부는 종래의 가솔린 탱크의 외부 형태와 일반적으로 일치하고 종래 가솔린 탱크 스트랩과 맞물리게 하는 함몰부를 구성하는 고정물을 포함한다.
본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 아래의 설명과 청구범위로부터 명백할 것이다.
동일 부분은 동일 번호로 표시되는 도면을 참조로한다. 본 발명은 압력 용기에 관한 것이고, 특히 자동차 연료용 압축된 천연 가스("CNG")을 보관하기 위한 탱크에 관한 것이다. 본 발명의 압축 용기의 한 실시예는 도 3에서 (10)로 표시된다. 압축 용기(10)의 실시예는 웨브(14)내에 고정된 3개의 셀(12)을 포함한다. 3개의 셀(12)은 왼쪽 끝단부 셀(16), 오른쪽 끝단부 셀(18), 하나의 내부 셀(20)을 포함한다. 셀(12)은 압력 용기(10)의 다른 주요 성분이 표시된 후 더 상세히 설명될 새로운 구조 및 다른 중요한 특성을 가진다.
오른쪽 끝단부 셀(18)은 압력 용기(10)의 내부 및 외부에 흐르는 액체를 제어하기 위하여 바람직하게 밸브(22)로 구성된다. 상기 밸브(22)는 만약 압력 용기(10)의 내부 압력이 소정된 값을 초과한다면 압력 용기(10)로부터 압축된 액체의 제어된 방출을 위한 압축 경감 수단을 포함한다. 한 실시예에서 상기 가압된 액체는 CNG 이고 제어된 액체 방출에 대하여 소정된 값은 약 3600 p.s.i 이다.
적절한 압력 경감 수단은 소정된 압력 설정에서 CNG가 흐르는 것을 차단하도록 구성된 종래 기술과 유사한 형태의 기계적인 압력 경감 메카니즘을 포함한다. 적절한 압력 경감 수단은 압력 용기(10)내의 압력을 소정된 온도 이상으로 상승시킬 수 있는 고온의 압력에서 응급 배출하기 위하여 가용성 플러그를 포함한다. 탱크에서의 온도가 약 212도 이상 상승할 때 응급 배출하기 위하여 가용성 플러그가 구성되는 것이 바람직하다. 압력 용기(10)는 다른 위치에서 밸브(22)로 구성되거나 한 밸브 이상으로 유용하게 또한 구성될 수 있다는 것을 당업자가 알 수 있을 것이다.
웨지 형태 지지체(24)는 셀(12) 및 웨브(14)사이에서 세로로 연장하기 위하여 배치된다. 지지체(24)는 웨브(14)에 구조적인 지지체를 제공하기 위하여 셀(12) 및 웨브(14)사이에서 웨지 형태의 미사용 공간을 일반적으로 채운다. 지지체(24)에 대하여 적절한 재료는 고무, 탄성 포옴(foam), 종래 기술에 사용된 것과 유사한 단단한 또는 반정도 단단한 재료를 포함한다.
압력 용기(10)의 외부는 종래의 가솔린 탱크 스트랩(도시되지 않았음)을 수용하고 유지하는 함몰부를 형성하는 고정부로서 구성된다. 압력 용기(10)의 외부는 일반적으로 직각 형태 및 그 크기에서 종래의 가솔린 탱크의 외부와 유사한 개량된 용도가 바람직하다. 압력 용기의 함몰부(25) 및 다른 유사한 특성은 가솔린 연료 형태에서 CNG연료 형태로 개량되는 과정에서 압력 용기(10)를 갖는 종래의 가솔린 탱크의 대치에서도 편리하게 한다.
제 4도를 참조로, 상기 끝단부 셀(18)은 라이너(28)주위에 배치된 외부벽(26)을 포함한다. 외부벽(26)은 탄소, 유리, 흑연, 폴리아미드, 열가소성 물질 또는 에폭시와 같은 열경화성 수지에 결합된 다른 공지된 섬유로 만들어질 수 있다. 라이너(28)는 금속성 포일 또는 복합 폴리머막과같은 가스 불침투성 재료로 만들어질 수 있다.
비록 본 발명의 새로운 구조 및 다른 특성이 끝단부 셀(18)을 참조로 기술될지라도, 압력 용기(10)의 다른 셀(12)은 새로운 특성을 포함한다. 외부벽(26)은 일반적으로 반 원통형이다. 외부벽(26)의 구조는 제 1실린더가 세로축(30)을 통하는 평면으로 절단됨으로써 만들어진다. 세로축(30)은 도 4의 평면에 수직인 포인트(32)를 통하여 연장된다. 외부벽(26)의 반지름(34)은 약 180도의 아아크 전체가 실질적으로 일정하다.
대략 1/4원통형 상부벽(36) 및 대략 1/4원통형 하부벽(38)은 외부벽(26)에 부착된다. 상부벽(36)은 상부 외부 접합부(40)에서 외부벽(26)과 일체형이 되고 하부벽(38)은 하부 외부 접합부(42)에서 외부벽(26)과 일체형이 된다. 벽(36, 38)의 1/4실린더 구조는 외부벽(26) 실린더와 동일한 길이를 가지는 제 2 및 제 3실린더를 절단함으로써 형성되고, 또한 보다 적은 튜브 반지름(44, 46)을 각각 가진다. 각 제 2 및 제 3실린더는 1/4실린더를 형성하기 위하여 세로축을 통하는 2개의 수직 평면으로 절단된다.
외부벽(26) 및 상부벽(36)의 상부 절반이 다중 반지름 곡선을 형성한다. 외부벽(26) 및 상부벽(38)의 하부 반은 제 2 다중반지름 곡선을 형성한다. 이러한 바람직한 실시예에서는, 상부벽(36)의 반지름(44)이 하부벽(38)의 반지름(46)과 동일하지만, 또 다른 실시예에서는 이러한 반지름이 다를 수 있다. 그러나, 외부벽(26)의 반지름(34)은 반지름(44, 46)보다 크다.
실질적으로 직선인 내부벽(48)은 상부벽(36) 및 하부벽(38)을 연결한다. 내부벽(48)은 상부 내부 접합부(50) 및 하부 내부 접합부(52)에서 각각 상부벽(36) 및 하부벽(38)과 일체형으로 된다. 내부벽(48)은 상부 내부 접합부(50)에서 상부벽(36)과 일반적으로 접하고, 하부 내부 접합부(52)에서 하부벽(38)에 일반적으로 접한다.
웨브(14)(도 3)는 상부 외부 접합부(40)에서 상부벽(36)에 일반적으로 직각인 상부 시트(54)를 포함한다. 웨브(14)는 하부 외부 접합부(42)에서 하부벽(38)에서 일반적으로 직각인 하부 시트(56)를 포함한다. 상부 시트(54) 및 상부벽(36)은 가압된 액체를 저장하는데 미사용 공간(58)을 형성한다. 하부 시트(56) 및 하부벽(38)은 유사한 미사용 공간(60)을 실질적으로 형성한다. 미사용 공간(58, 60)은 웨지 형태 지지체(24)(도 3)에 의하여 실질적으로 채워진다.
도 3에 도시된 바와같이, 각 셀(12)의 각 끝단부는 캡(62)이 구성되는 것이 바람직하다. 하나의 실시예에서, 끝단부 셀(16, 18)상의 캡(62)은 외부 반지름(34)과 동일한 반지름을 가지는 구의 일부분 및 상부벽 반지름(44) 및 하부벽 반지름(46)을 가지는 구의 일부분 사이에서 평활하게 삽입된 구조를 가진다. 다른 실시예에서, 상기 캡(62)은 3개 반지름(34, 44, 46)을 가지는 구가 원만하게 혼합된 다른 구조를 가진다.
하나의 실시예에서, 각 캡(62)은 형태에서 셀(12)의 끝단부에 형성된 밀폐된 다중반지름 곡선에 고정되고 그러면 일정한 변형 압력으로 되기 쉬운 가상 탄성 시트와 상응한다. 분석적인 조건에서, 상기 셀(12)의 끝단부는 경계 조건을 형성하는 캡(62)의 형태는 가스 압력과 같은 공간적으로 일정한 힘에 의하여 일정한 시트의 변형에 상응하는 미분방정식을 조작함으로써 결정된다. 당업자는 다른 시트 탄성체는 다른 크기의 캡으로 될 수 있고 직각 형태에 근접한 형태와 다른 설계 형태 사이에서 쉽게 선택할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 압력 용기의 2개의 선택적인 실시예를 나타낸다. 각 실시예는 도 3의 라인 4-4의 라인을 따라서 절단된 것을 도시한다. 도 5에 도시된 실시예가 왼쪽 끝단부 셀(16) 및 오른쪽 끝단부 셀(160을 포함할지라도, 내부 셀(20)을 포함하지는 않는다. 반대로, 도 6에 도시된 실시예는 왼쪽 끝단부 셀(18), 오른쪽 끝단부 셀(18), 2개의 내부 셀(20)을 포함한다.
도 6에 도시된 바와같이, 각 내부 셀(20)은 끝단부 셀(16, 18)의 상부벽(36) 또는 다른 내부 셀(20)의 반원형 하부 단면부(23)를 가진다. 이러한 실시예에서, 각 반원형 끝단부 단면부(21)의 반지름은 상부벽(36)의 상부벽 반지름과 동일하다.
도 5내지 도 7에 도시된 바와같이, 압력 용기의 셀(12)의 내부 챔버는 하나이상의 포트(64)에 의하여 서로 액체 연통으로 배치될 수 있다. 그래서, 셀(12) 내부의 압력이 동일하게 되고, 오직 한 밸브(22)는 압력 용기의 내부 및 외부로 가압된 액체의 흐름을 조절하는데 필요하다. 도 8에 도시된 다른 실시예는 외부 매니폴드(66)를 통하여 셀(12) 사이의 액체 연통을 제공한다. 매니폴드는 금속 또는 다른 유사한 재료로 만들어진다. 이러한 실시예에서, 압력 경감 밸브(22) 및 가요성 플래그는 매니폴드(66)와 통합된다.
도 3내지 도 6에 도시된 압력 용기가 일반적으로 한 로우 실린더 형태일지라도, 선택적인 실시예는 다른 일반적인 형태를 가지는 압력 용기에서 본 발명의 새로운 구조를 이용한다. 예를들어, 어떤 실시예는 단면부에서 본 발명의 새로운 구조를 가지는 타원형 셀을 포함한다.
하나의 실시예는 2개의 끝단부 셀이 아닌 4개의 끝단부 셀을 포함한다. 그러한 실시예에서, 각 4개의 끝단부 셀의 단면부는 적어도 하나의 다중반지름 곡선을 포함하고, 2개의 보다 작은 1/4 원형 벽과 일체형이 되는 1/4원형 외부벽 형태로 2개의 다중반지름 곡선을 포함할 수 있다. 상기 웨브는 외부벽과 통합된 보다 작은 벽 사이의 접합부에서 상기 끝단부 셀에 일반적으로 직각이다. 당업자는 본 발명의 기술에 따라서 다른 실시예를 나타낼 수 있다.
도 7을 참조로, 본 압력 용기는 당업자에게 유사한 방법에 의하여 제조될 수있다. 요구된 구조 및 크기를 가지는 맨들러(도시되지 않았음) 주위에 라이너(28)(도 4)를 배치함으로써 셀(12)을 형성한다. 셀(12)( 도5 및6 참조) 및 본 발명의 다른 새로운 구조 특성 사이에서 직각적인 접촉을 제공하는 요구된 멘드럴 구조는 본 발명에 따라서 당업자에 의하여 쉽게 결정된다.
요구된 멘더럴 크기는 셀(12), 상기 셀(12)이 유지되는 압력, 및 완성된 압력 용기가 고정되어야하는 공간의 크기를 형성하기 위하여 사용된 재료의 강도를 포함한다. 하나의 실시예에서, 셀(12)을 형성하는데 사용된 재료는 약 3,600 p.s.i의 압력 용기내에서 표준 동작 압력 및 상기 압력의 2배 내지 3배의 폭발 강도에 견디는 충분한 강도를 제공하기 위하여 루프 및 나선형 권선의 조합으로 감기는 주입된 흑연 토우(tow)를 포함한다. 압력 용기의 이러한 실시에의 전체 크기는 압력 용기가 대치되는 종래 가솔린 탱크(도시되지 않았음)의 크기이다. 본 압력 용기는 CNG 연료를 사용하는 개량된 가솔린 연료 자동차가 아닌 용도에도 또한 이용될 수 있고, 종래의 가솔린 탱크의 크기가 아니라 표준으로 압력 용기의 요구된 크기를 형성할 것이다.
라이너(28)가 맨드럴 위에 놓인 후에, 상기 라이너(28)는 필라멘트 권선, 튜브 롤링, 테이프 랩핑, 자동화된 섬유 배치, 또는 당업자에게 잘 알려진 다른 방법을 사용한 복합 재료에 의하여 감싸일 수 있다. 정렬된 포트(64)는 셀 벽의 복합물이 경화된 후에 기계 가공 또는 적절한 고정물 주위에 합성 섬유를 대치함으로써 셀(12)의 벽에서 형성될 수 있다. 밸브(22)는 금속 폴라 보스(polar boss)에 의하여 한 끝단부 셀(18)의 하나에 고정된다.
셀(12)은 도 3에 도시된 바와같이 서로 인접하여 배치된다. 고무 또는 포옴 지지체(24)는 셀(12)에 대하여 배치되거나 또는 접착된다. 그러면 셀(12)은 복합 웨브(14)에 의하여 감싸인다. 웨브(14)는 공지된 복합 재료를 포함하고 필라멘트 권선 또는 당업자에 잘 알려진 다른 응용 기술이 적용된다.
전체 어셈블리는 클램셀(clamshell) 몰드(도시되지 않았음)에 배치된다. 상기 몰드는 한 측면에는 박스의 내부와 다른 측면에는 상기 요구된 외부 압력 용기 형태와 정합하는 실리콘 고무 삽입체를 갖는 박스 형태이다. 셀 라이너(28)의 확장 및 가압에 삽입되는 실리콘은 복합 재료를 요구된 형태에 압축하기 위하여 사용된다. 당업자는 본 발명에 따른 압축 용기를 형성하기 위하여 다른 제조 기술이 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
다른 실시예에서, 상기 셀(12)은 스탬핑, 압출 또는 당업자에 잘 알려진 다른 공정에 의한 금속으로 형성된다. 금속 피이스는 서로 용접되고 복합 웨브(14)로서 둘러싸인다. 적절한 금속은 티타늄, 알루미늄, 금속을 포함한다.
요약하여, 본 발명은 종래의 가솔린 탱크의 내부 형태와 근접하는 압력 용기를 제공한다. 셀의 구조는 상부벽 및 상기 상부벽의 반지름보다 적은 반지름을 갖는 하부벽을 이용한다. 상기 셀이 직각 구조를 충족하고 상기 웨브가 셀에 직각이고 상기 셀을 지지하기 때문에, 본 발명의 압축 용기는 껍질이 벗겨지는 경향에 견디는 원형 단면부를 가진다. 더욱이, 본 발명의 압력 셀의 외부는 일반적으로 직각이고 자동차에서 가솔린 탱크가 지지하는 스트랩과 맞물리게 하기 위한 함몰부를 형성하는 고정물을 구비한다.
본 발명은 본 발명의 특성에 벗어나지 않고 다른 특정 형태에서도 이용될 수 있다. 상기 언급된 실시예는 모든 측면에서 실예가 되나 제한적인지 않는 것으로 고려될 수 있다. 본 발명에 이용된 과학적인 원리는 본 발명의 설명을 위하여 제공되었다. 본 발명의 범위는 앞선 설명에 의해서가 아니라 첨부된 청구범위에 의하여 나타난다. 청구범위의 상응하는 의미 및 범위내에서 나오는 모든 변화는 청구범위내에 포함될 수 있다.

Claims (27)

  1. 단면부를 갖는 적어도 2개의 끝단부 셀을 포함하는데, 상기 끝단부 셀은,
    실질적으로 일정한 외부벽 반지름을 형성하는 아아크형 외부벽과;
    상기 외부벽 반지름보다 적은 실질적으로 일정한 상부벽 반자름을 형 성하고, 상부-외부 접합부에서 외부벽과 끝단부일체형을 갖는 아아크형 상부 벽을 가지며;
    상기 끝단부 셀 주위에 고정된 웨브를 포함하고 상기 웨브는 각 상기 끝단부 셀의 상부-외부 접합부에 일반적으로 직각인 실질적으로 평면 상부 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 끝단부 셀은 복합 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 웨브는 복합 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 각 끝단부 셀은 실질적으로 반-원통형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 외부벽 반지름은 상기 각 외부벽에 대하여 실질적으로 동일하고, 상기 상부벽 반지름은 상기 각 상부벽에 대하여 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 끝단부 셀의 상기 상부벽의 적어도 하나에 인접하여 내부 셀이 고정되고, 상기 웨브는 상기 내부 셀 주위에 고정되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 웨브에 인접한 상기 내부 셀의 일부분은 실질적으로 반-원 상부 단면부를 가지는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 내부 셀의 실질적인 반-원 상부 단면부는 상기 끝단부 셀의 끝단부벽의 적어도 하나에 일반적으로 직각인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 내부 셀의 반원형 상부 단면부의 반지름은 상기 상부벽의 적어도 하나의 상기 상부벽 반지름과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 끝단부 셀 사이에 적어도 2개의 내부 셀이 고정되고, 상기 끝단부 셀의 각 상기 끝단부벽은 상기 내부 셀의 적어도 하나에 인접하고, 상기 웨브는 상기 내부 셀 주위에 고정되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 시트를 상기 상부벽을 향하여 미는 힘에 견디는 상기 웨브의 상부 시트 및 상기 상부벽의 적어도 하나 사이에 놓여진 웨지를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  12. 단면부를 갖는 적어도 2개의 끝단부 셀을 포함하는데, 상기 끝단부 셀은,
    실질적으로 일정한 외부벽 반지름을 형성하는 아아크형 외부벽;
    외부벽 반지름보다 적은 실질적으로 일정한 상부벽 반지름을 형성 하고, 상부-외부 접합부에서 외부벽과 끝단부일체형 갖는 아아크형 상부벽;
    외부벽 반지름보다 적은 실질적으로 일정한 하부벽 반자름을 형성하 고, 하부-외부 접합부에서 외부벽과 끝단부일체형을 갖는 아아크형 하부 벽;
    상기 끝단부벽과 일체형이 되는 상부 끝단부 및 상기 하부벽과 일체형이 되는 하부 끝단부를 갖는 내부벽을 가지며;
    상기 끝단부 셀 주위에 고정된 복합 웨브를 포함하고 상기 웨브는 각 상기 끝단부 셀의 하부-외부 접합부에 일반적으로 직각인 실질적으로 평면 하부 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 상부벽 반지름 및 하부벽 반지름은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 상부벽의 적어도 하나 및 상기 하부의 적어도 하나에 내부 셀이 고정되고 상기 웨브는 상기 내부 셀 주위에 고정되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 웨브에 인접한 상기 내부 셀의 일부분은 상기 끝단부 셀의 적어도 하나의
    상기 끝단부벽에 직각인 실질적으로 반원형 상부 단면부 및 상기 끝단부 셀의 동일한 하나의 상기 하부벽에 직각인 실질적으로 반-원형 하부 단면부를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 압력 용기의 내부 챔버 및 상기 밸브에 접속된 외부 가압 액체 라인사이에서 액체 연통을 선택적으로 제공할 수 있는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  17. 단면부를 가지고 실질적으로 반-원통형 부분을 갖는 적어도 2개의 복합 끝단부 셀을 포함하는데, 상기 각 끝단부셀은,
    외부벽 반지름을 갖는 실질적으로 반-원형 외부벽;
    상부-외부 접합부에서 상기 외부벽과 끝단부일체형이되고, 상기 외부 벽 반지름보다 적은 상부벽 반지름을 갖는 실질적으로 1/4원형 상부벽;
    하부-외부 접합부에서 상기 외부벽과 끝단부일체형이되고, 상기 상부 벽 반지름과 실질적으로 동일한 하부벽 반지름을 갖는 실질적으로 1/4원형 하부벽;
    상기 상부벽과 상부 끝단부일체형이고 상기 하부벽과 하부 끝단부 일 체형이 되는 실질적으로 직선 라이너 내부벽;
    상기 끝단부 셀주위에 고정된 복합 웨브를 포함하는데, 상기 웨브는 상기 각 끝단부 셀의 상부-외부 접합부에 일반적으로 직각인 실질적으로 상부 시트 및 상기 각 끝단부 셀의 상기 하부-외부 접합부에 일반적으로 직각인 실질적으로 평면 하부 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 웨브의 상부 시트 및 상기 상부 시트를 상기 상부벽을 향하여 미는 힘에 대향하는 상기 상부벽의 적어도 하나 사이에 놓여진 상부 웨지 및 상기 웨지의 하부 시트 및 상기 하부 시트를 상기 하부벽을 향하여 미는 힘에 대향하는 상기 하부벽의 적어도 하나 사이에 놓여진 하부 웨지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 끝단부벽사이에 적어도 2개의 내부벽이 고정되고, 상기 각 끝단부 셀의 상부벽은 상기 내부 셀의 적어도 하나에 인접되고 상기 웨브는 상기 내부 셀 주위에 고정되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 각 내부 셀의 일부분은 상기 웨브의 상기 상부 시트에 인접한 실질적으로 반원형 상부 단면부를 가지고, 상기 실질적으로 반-원형 상부 단면부의 적어도 하나는 상기 끝단부 셀의 상기 상부 끝단부벽의 적어도 하나에 일반적으로 직각이고, 상기 각 내부 셀은 상기 웨브의 하부 시트에 인접한 실질적으로 반원형 하부 단면부를 가지며, 실질적으로 반-원형 하부 단면부의 적어도 하나는 상기 끝단부 셀의 하부벽의 적어도 하나에 실질적으로 직각인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 압력 용기의 채워진 무게는 상기 압력 용기와 동일한 공간 밀봉체를 차지하는 가솔린 탱크의 채워진 무게를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 압력 용기는 상기 압력 용기를 상기 자동차에 고정할 수 있는 가솔린 탱크 스트랩과 맞물릴 수 있는 외부 함몰부를 형성하는 고정물로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  23. 제 17항에 있어서,
    상기 압력 용기의 셀은 상기 셀의 내부 사이에 액체 연통을 제공하는 적어도 하나의 포트로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 압력 용기의 셀은 상기 셀 내부 사이에 액체 연통을 제공하는 외부 매니폴드로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  25. 제 17항에 있어서,
    상기 압력 용기의 내부 챔버와 액체 연통을 제공할 수 있는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 밸브는 가용성 플래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  27. 제 25항에 있어서,
    상기 밸브는 설정된 소정의 압력에서 가압된 액체가 흐르지 않도록 구성된 기계적인 압력 경감 메카니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
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