KR102038793B1 - 나노 텍스처링된 표면을 통해 배출하는 압력 용기 라이너 - Google Patents

나노 텍스처링된 표면을 통해 배출하는 압력 용기 라이너 Download PDF

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Abstract

압력 용기(10')는 제1 보스(16')를 갖는 제1 단부(14)를 가지며, 상기 제1 보스(16')는 제1 외부 표면(38)을 갖는다. 용기(10')는 제2 외부 표면(24)을 갖는 라이너(20'), 제2 외부 표면(24) 위에 배치된 쉘(12), 및 제1 배출구(22)를 포함한다. 제1 배출구(22)는 제1 외부 표면(38)의 적어도 일부분 및 제2 외부 표면(24)의 적어도 일부분 상에 형성된다. 제1 배출구(22)는 텍스처가 없는 라이너(20') 및 쉘(12)의 계면(26)의 일부분을 통하는 것보다 제1 배출구(22)를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함한다. 다른 양태에서, 압력 용기(10')는 제1 단부(14a') 및 제2 단부(14b'), 복수의 제1 종방향 배출구(22) 및 복수의 제2 종방향 배출구(22)를 갖는다. 제1 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나는 제2 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나로부터 압력 용기(10') 주위로 원주 방향으로 오프셋된다.

Description

나노 텍스처링된 표면을 통해 배출하는 압력 용기 라이너
나노 텍스처링된 표면을 통해 배출하는 압력 용기 라이너(pressure vessel liner)에 관한 것이다.
압력 용기는 일반적으로 예를 들어, 수소, 산소, 천연 가스, 질소, 프로판, 메탄 및 기타 연료를 저장하는 것과 같이 가압 하에서 다양한 유체를 수용하는 데 사용된다. 적절한 용기 쉘 재료는 열처리(thermal-setting) 또는 열가소성 수지에 의해 함께 결합된 권취된 유리 섬유 필라멘트 또는 다른 합성 필라멘트의 적층된 층을 포함한다. 중합체 또는 다른 비금속 탄성 라이너 또는 블래더가 복합체 쉘 내에 배치되어 용기를 밀봉하고 내부 유체가 복합 재료와 접촉하는 것을 방지한다. 용기의 복합체 구조는 예를 들어 중량의 경량화, 부식, 피로 및 치명적인 파괴에 대한 내성과 같은 많은 이점을 제공한다. 이러한 특성은 압력 용기의 구성에서 주요 힘의 방향으로 전형적으로 배향되는 강화 섬유 또는 필라멘트의 높은 비강도에 대해 적어도 부분적으로 기인한다.
또한, 도 1 및 도 2는 본원에 참조로 통합된 "손상 완화 시스템을 갖는 압력 용기"라는 명칭의 미국 특허 제5,476,189호에 개시된 것과 같은 종래의 세장형 압력 용기(10)를 도시한다. 용기(10)는 단부 섹션(14)과 함께 주 본체 섹션(18)을 갖는다. 일반적으로 알루미늄으로 구성된 보스(16)는 용기(10)의 내부와 연통하기 위한 포트를 제공하기 위해 용기(10)의 일 단부 또는 양 단부에 제공된다. 용기(10)는 외부 복합체 쉘(12)에 의해 덮인 내부 중합체 라이너(20)를 갖는다. 이 경우, "복합체"는 필라멘트 권취 또는 적층된 구조와 같은 섬유 강화 수지 매트릭스 재료를 의미한다. 복합체 쉘(12)은 용기(10) 상의 구조적 부하를 해결한다.
라이너(20)는 전형적인 작동 조건 하에서 가스 장벽을 제공하지만, 이러한 유형의 압력 용기(10)의 설계는 가압 하에 가스가 라이너(20) 내로 확산되는 현상을 생성한다. 용기(10)의 감압이 발생할 때, 이 가스는 라이너(20)와 복합체 쉘(12) 사이의 계면 또는 공간으로 확산한다. 이로써 가스 포켓이 형성되어, 라이너(20)가 내향으로 팽창하게 된다. 낮은 압력에서, 복합체 쉘(12)의 라미네이트 변형은 작고, 쉘(12)의 미세 균열은 폐쇄되어 효과적으로 밀봉을 형성하며, 높은 압력에 도달하면 그 미세 균열이 다시 개방됨으로써 포획된 가스 포켓의 배출을 허용할 수 있다. 따라서, 용기(10)가 재-가압될 때, 라이너(20)에 대한 압력이 증가하게 되고, 포획된 가스 포켓을 밀어 넣어, 가스가 궁극적으로 복합체 쉘(12)을 통해 대기 중으로 방출될 때까지 라이너(20)의 팽창부가 작아지게 된다. 쉘(12)을 통한 가스의 그러한 배출은 짧은 시간 간격으로 발생할 수 있고, 상당한 농도의 가스가 용기(10)의 주위에 존재하게 될 수 있다. 이는, 실제로 라이너(20)로부터 일정한 누설이 없을 때 용기(10) 주위의 누설 검출기를 작동시킬 수 있다.
일 양태에서, 압력 용기는 제1 보스를 구비한 제1 단부를 가지며, 제1 보스는 제1 외부 표면을 갖는다. 용기는 제2 외부 표면, 제2 외부 표면 위에 배치된 쉘 및 제1 배출구를 갖는 라이너를 포함한다. 제1 배출구는 제1 외부 표면의 적어도 일부 및 제2 외부 표면의 적어도 일부에 에칭된다. 제1 배출구는 텍스처가 없는 라이너 및 쉘의 계면의 일부분을 통하는 것보다 제1 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함한다.
또 다른 양태에서, 압력 용기는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 제1 단부는 제1 외부 표면을 갖는 제1 보스를 갖고, 제2 단부는 제2 외부 표면을 갖는 제2 보스를 갖는다. 용기는 제3 외부 표면을 갖는 라이너, 제3 외부 표면 위에 배치된 쉘, 복수의 제1 종방향 배출구 및 복수의 제2 종방향 배출구를 포함한다. 제1 종방향 배출구 각각은 제1 외부 표면의 일부분 및 제3 외부 표면의 일부분에 에칭된다. 제1 종방향 배출구 각각은 텍스처가 없는 라이너와 쉘의 계면의 일부분을 통하는 것보다 제1 종방향 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함한다. 제2 종방향 배출구 각각은 제2 외부 표면의 일부분 및 제3 외부 표면의 일부분으로 에칭된다. 제2 종방향 배출구 각각은 텍스처가 없는 계면의 일부분을 통하는 것보다 제2 종방향 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함한다. 제1 종방향 배출구 중 적어도 하나는 제2 종방향 배출구 중 적어도 하나로부터 압력 용기 주위로 원주 방향으로 오프셋된다.
장치 또는 방법 형태의 다양한 조합으로 된 본 개시 내용은 다음 항목 목록에 의해 특징지어질 수도 있다.
1. 제1 외부 표면을 갖는 제1 보스를 구비한 제1 단부를 갖는 압력 용기에 있어서,
제2 외부 표면을 갖는 라이너;
상기 제2 외부 표면 위에 배치된 쉘(shell);
상기 제1 외부 표면의 적어도 일부분 및 상기 제2 외부 표면의 적어도 일부분 상에 형성된 제1 배출구(vent)로서, 상기 제1 배출구는 텍스처가 없는 라이너 및 쉘의 계면의 일부분을 통하는 것보다 상기 제1 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함하는 것인 제1 배출구
를 포함하는, 압력 용기.
2. 제1 항목에 있어서,
상기 제1 배출구는 상기 제1 외부 표면의 나노 텍스처링된 부분을 포함하고, 상기 제1 배출구는 상기 제2 외부 표면의 나노 텍스처링된 부분을 포함하는 것인, 압력 용기.
3. 제1 항목 또는 제2 항목에 있어서,
상기 제1 배출구는 세장형인 것인, 압력 용기.
4. 제3 항목에 있어서,
상기 제1 배출구는 상기 압력 용기의 종방향 축에 실질적으로 평행하게 정렬되는 것인, 압력 용기.
5. 제1 항목 내지 제4 항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 압력 용기는 원통형 부분을 가지며, 상기 제1 배출구는 적어도 상기 원통형 부분으로부터 상기 제1 보스까지 연장되는 것인, 압력 용기.
6. 제5 항목에 있어서,
상기 제1 배출구는 적어도 압력 용기의 종방향 중간 지점까지 연장되는 것인, 압력 용기.
7. 제1 항목 내지 제6 항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 제1 배출구의 단부는 상기 제1 보스의 네크(neck) 상에 배치되는 것인, 압력 용기.
8. 제7 항목에 있어서,
상기 단부는 대기에 개방되어 있는 것인, 압력 용기.
9. 제1 항목 내지 제8 항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 텍스처는 복수의 피크(peak) 및 골(valley)을 포함하고, 인접한 피크들 사이의 거리는 바람직하게는 약 5 마이크로미터와 약 20 마이크로미터 사이의 범위에 있지만, 인접한 피크들 사이의 거리는 더 길거나 또는 더 짧을 수 있는 것인, 압력 용기.
10. 제1 외부 표면을 갖는 제1 보스를 구비한 제1 단부 및 제2 외부 표면을 갖는 제2 보스를 구비한 제2 단부를 갖는 압력 용기에 있어서,
제3 외부 표면을 갖는 라이너;
상기 제3 외부 표면 위에 배치된 쉘;
복수의 제1 종방향 배출구로서, 각각의 제1 종방향 배출구는 상기 제1 외부 표면의 일부분 및 상기 제3 외부 표면의 일부분 상에 형성되고, 각각의 제1 종방향 배출구는, 텍스처가 없는 라이너 및 쉘의 계면의 일부분을 통하는 것보다 제1 종방향 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함하는 것인 복수의 제1 종방향 배출구;
복수의 제2 종방향 배출구로서, 각각의 제2 종방향 배출구는 상기 제2 외부 표면의 일부분 및 상기 제3 외부 표면의 일부분 상에 형성되고, 각각의 제2 종방향 배출구는 텍스처가 없는 계면의 일부분을 통하는 것보다 제2 종방향 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함하는 것인 복수의 제2 종방향 배출구
를 포함하고,
상기 제1 종방향 배출구 중 적어도 하나는 상기 제2 종방향 배출구 중 적어도 하나로부터 상기 압력 용기 주위로 원주 방향으로 오프셋되는 것인, 압력 용기.
11. 제10 항목에 있어서,
상기 종방향 배출구 중 적어도 하나는 상기 압력 용기의 종방향 축에 실질적으로 평행하게 정렬되는 것인, 압력 용기.
12. 제10 항목 또는 제11 항목에 있어서,
상기 제1 종방향 배출구 및 상기 제2 종방향 배출구 중 적어도 하나는 상기 제3 외부 표면의 나노 텍스처링된 부분을 포함하는 것인, 압력 용기.
13. 제10 항목 내지 제12 항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 압력 용기는 원통형 부분을 가지며, 상기 제1 종방향 배출구 중 적어도 하나는 적어도 상기 원통형 부분으로부터 상기 제1 보스까지 연장되는 것인, 압력 용기.
14. 제10 항목 내지 제13 항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 제1 종방향 배출구 중 적어도 하나의 단부는 상기 제1 보스의 네크 상에 배치되는 것인, 압력 용기.
15. 제14 항목에 있어서,
상기 단부는 대기에 개방되어 있은 것인, 압력 용기.
16. 제10 항목 내지 제15 항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 종방향 배출구 중 적어도 하나는 적어도 상기 압력 용기의 종방향 중간 지점까지 연장되는 것인, 압력 용기.
17. 제10 항목 내지 제16 항목 중 어느 한 항목에 있어서,
상기 텍스처는 복수의 피크 및 골을 포함하고, 인접한 피크들 사이의 거리는 바람직하게 약 5 마이크로미터와 약 20 마이크로미터 사이의 범위에 있지만, 인접한 피크들 사이의 거리는 더 길거나 또는 더 짧을 수 있는 것인, 압력 용기.
18. 압력 용기를 형성하는 방법에 있어서,
제1 외부 표면을 갖는 보스를 제공하는 단계;
상기 보스와 접촉하게 라이너를 형성하는 단계로서, 상기 라이너는 제2 외부 표면을 갖는 것인 단계;
상기 제1 외부 표면의 적어도 일부분 및 상기 제2 외부 표면의 적어도 일부분 상에 나노 텍스처를 부여함으로써 상기 보스 및 상기 라이너 상에 배출구(vent)를 형성하는 단계
를 포함하는, 방법.
19. 제18 항목에 있어서,
상기 나노 텍스처를 부여하는 단계는 레이저 에칭 단계를 포함하는 것인, 방법.
20. 제18 항목 또는 제19 항목에 있어서,
상기 나노 텍스처를 부여하는 단계는 화학적 에칭 단계를 포함하는 것인, 방법.
이 개요는 아래의 상세한 설명에서 더 자세히 설명되는 단순화된 형태의 개념을 소개하기 위해 제공된다. 이 개요는 개시된 또는 청구된 주제의 주요 특징 또는 필수 특징을 식별하기 위한 것이 아니며 개시된 또는 청구된 주제의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 구현을 설명하기 위한 것이 아니다. 특히, 일 실시예와 관련하여 본원에 개시된 특징은 다른 실시예에 동등하게 적용될 수 있다. 또한, 이 개요는 청구된 주제의 범위를 결정하는데 도움을 주기 위하여 사용되는 것이 아니다. 이 설명이 진행됨에 따라 많은 다른 새로운 이점, 특징 및 관계가 명확해질 것이다. 다음의 도면 및 상세한 설명은 예시적인 실시예를 보다 구체적으로 예시한다.
개시된 주제는 첨부된 도면을 참조하여 더 설명될 것이며, 동일하고 유사한 구조 또는 시스템 요소는 여러 도면을 통해 동일한 참조 번호로 참조된다. 구조에 대한 모든 설명은 동일하거나 유사한 구조에 동일하게 적용된다.
도 1은 전형적인 세장형 압력 용기의 측면도이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 취해진 이러한 압력 용기의 일 단부를 통한 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 나노 텍스처링된 라이너 표면 배출구의 예시적인 실시예를 포함하는 압력 용기의 확대된 부분 단면도이다.
도 4는, 도 3의 라인 4-4를 따라 취해진 부분 단면도로서, 라이너와 복합체 쉘의 계면에서의 제1 예시적인 종방향 나노 텍스처링된 라이너 표면 배출구의 부분 단면도이다.
도 5는 종방향 나노 텍스처링된 라이너 표면 배출구의 예시적인 배치를 포함하는 세장형 압력 용기의 측면도이다.
도 6의 (a) 내지 (i)는 예시적인 나노 텍스처링된 라이너 표면 배출구의 지형적 특징을 보여주는 사진이다.
상기 확인된 도면은 개시된 주제의 하나 이상의 실시예를 나타내지만, 본 개시에서 언급된 바와 같이 다른 실시예도 또한 고려된다. 모든 경우에 있어서, 본 개시는 개시의 목적으로 개시된 주제를 제시하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 당해 분야의 숙련자는 본 개시의 원리의 범위 내에 있는 많은 다른 수정 및 실시예를 고안할 수 있다는 것을 알아야 한다.
도면을 실제 크기대로 도시되지 않을 수 있다. 특히, 일부 특징은 명확성을 위해 다른 특징에 비해 확대될 수 있다. 또한, 상부, 하부, 위, 아래, 상, 하, 측, 우측, 좌측 등의 용어가 사용되는 경우, 이들은 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해 사용된 것으로 이해해야 한다. 구조는 다르게 배향될 수 있다는 것이 고려된다.
본 발명은 라이너(20')와 압력 용기(10')의 복합체 쉘(12) 사이에서 가스 및 압력이 증가하는 것을 방지하는 배출 경로를 제공하는 것에 관한 것이다. 이 배출 경로를 통해 수소와 같은 가스가 일정한 속도로 빠져나와, 누설 감지기가 장애를 일으키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 개시된 배출 경로는 라이너(20')가 내향으로 팽창되거나 좌굴되는 것을 방지하여, 라이너(20')의 수명을 단축시킬 수 있는 국부적인 약화를 방지한다. 이러한 배출 경로의 예시적인 실시예는 도 3 내지 도 5의 종방향 배출구(22)로 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 보스(16')에 인접한 종방향 배출구(22)의 단부(22a)는 대기에 개방되어 있다.
압력 용기(10')를 형성하는 방법은 맨드릴(도시되지 않음) 상에 보스(16')를 장착하는 단계와, 라이너(20')용 유체 중합체 재료가 플랜지(32) 주위로 그리고 보스(16')의 홈(34)으로 흐르게 하는 단계를 포함한다. 이후 라이너 재료는 고화되고, 이에 따라 보스(16')와 기계적으로 맞물린 라이너(20')를 형성한다. 따라서, 극한의 압력 조건 하에서도 라이너(20')가 보스(16')로부터 분리되는 것이 방지된다.
일부 실시예에서, 라이너(20')는 플라스틱, 엘라스토머 또는 다른 중합체로 제조될 수 있으며, 압축 성형, 중공 성형, 사출 성형 또는 임의의 다른 일반적으로 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 라이너(20')는 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 스테인레스 강 및 이들의 임의의 합금과 같은 금속을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 재료를 포함할 수 있다. 적합한 금속은 일반적으로 높은 탄성 계수를 갖는 것으로 특징될 수 있다. 일 실시예에서, 라이너(20')는 중공 성형된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 형성된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 성형 용기(10')에서 복합 재료의 섬유를 라이너(20') 둘레에 권취해 쉘(12)을 형성하기 전에, 하나 이상의 배출구(22)가 라이너(20')의 외부 표면(24)의 적어도 일부분 및 보스(16')의 외부 표면의 적어도 일부분에 에칭된다. 에칭은 라이너 및 쉘 계면(26)에서 거친 표면 텍스처를 갖는 배출구(22)를 제공하며, 텍스처는 텍스처가 없는 계면(26)의 일부분을 통하는 것보다 배출구(22)를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공한다. 배출구(22)는 라이너(20')와 쉘(12) 사이의 계면(26)으로부터 가스가 빠져나올 수 있도록 라이너(20')의 거친 표면(24)을 따라 구불구불한 경로를 제공한다. 쉘(12) 상에 선택적 보조 외부 층이 또한 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 각각의 배출구(22)는 보스(16')로부터 적어도 압력 용기(10')의 중앙(30)까지 연장된다. 일 실시예에서, 배출구(22)는 제1 보스(16a')로부터 제2 보스(16b')까지 연장될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 에칭된 배출구 표면은 종방향 경로를 따르기 보다는 쉘(12)을 향한 라이너(20')의 전체 표면(24) 위에 실질적으로 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 배출구 단부(22a)는 압력 용기(10') 외부의 대기에 노출된다. 배출구(22)는 쉘(12)과 하부 라이너(20') 및 보스(16') 사이의 계면(26)에서의 유체가 배출구 단부(22a)에서 대기로 배출되게 이동할 수 있는 표면(24)의 에칭된 표면 부분 상에 구불구불한 경로를 형성한다. 배출구(22)는, 예를 들어, 라이너(20')의 외부 표면(24) 및 보스(16')의 외부 표면의 적어도 일부분을 변경하기 위해 레이저 에칭, 화학적 에칭 또는 기계적 에칭에 의해 형성된다. 예시적인 실시예에서, 약 3 개 내지 약 4 개의 레이저 에칭된 배출구(22)가 압력 용기(10')에 제공된다. 그러나, 압력 용기 상에 보다 많은 또는 보다 적은 배출구(22)를 사용하는 것도 고려된다.
외부 쉘(12)은 라이너(20')와 보스(16')의 플랜지(32)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 형성된다. 쉘(12)에 적합한 재료는 열처리 또는 열가소성 수지에 의해 함께 결합된 권취된 섬유 유리 섬유 또는 필라멘트 또는 다른 합성 필라멘트의 적층된 층의 복합체를 포함한다. 섬유는 섬유 유리, 아라미드, 탄소, 흑연, 또는 임의의 다른 일반적으로 공지된 섬유 보강 재료 또는 섬유 보강 재료의 조합일 수 있다. 사용되는 수지 매트릭스는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 열가소성 또는 섬유 대 섬유 결합, 섬유 층 대 층 결합, 및 용기가 사용되는 특정 용도에 필요한 분열 저항성을 제공할 수 있는 임의의 다른 적합한 수지 재료일 수 있다. 예시적인 방법에서, 섬유를 위한 분배 헤드는 라이너(20') 상의 섬유를 원하는 패턴으로 감싸는 방식으로 이동한다. 용기(10')가 구형이 아닌 원통형인 경우, 섬유 권취는 일반적으로 실질적으로 종방향(나선형) 랩 및 원주 방향(후프) 랩 모두에 적용된다. 이러한 권취 공정은 수지 함량, 섬유 형상, 권취 장력 및 라이너(20')의 축에 대한 랩의 패턴과 같은 다수의 요인에 의해 정의된다. 예시적인 압력 용기의 형성과 관련된 세부 사항은 본원에 참고로 통합된 "필라멘트 권취 공정 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 제4,838,971호에 개시되어 있다.
유체가 압력 하에 용기(10') 내에 수용되면, 일부 유체는 라이너(20')를 통해 라이너(20')와 쉘(12) 사이의 계면(26)으로 침투할 수 있다. 계면(26)에서의 가스의 존재는 보스(16)와 라이너(20')의 밀봉 관계를 손상시킬 수 있고, 라이너(20')의 국부적인 약화를 야기하고, 쉘(12)을 통해 용기(10') 외부의 대기로 가스가 배출되게 한다. 예시적인 실시예에서, 단일의 또는 복수의 배출구(22)가 라이너(20')의 외부 표면(24) 상에 제공되어, 예를 들어 에칭에 의해 나노 텍스처가 제공되는 표면(24)의 일부분에 의해 규정된 지정된 경로를 통해 계면(26)을 대기에 유체 연결한다.
예시적인 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 종방향 배출구(22)는 적어도 보스(16a' 또는 16b')로부터 원통형 용기(10')의 원통형 주 섹션(18)의 중앙(30)에 가까운 지점으로 연장되거나 또는 그 지점을 지나 연장된다. 통상적으로, 원통형 주 본체 섹션(18)의 중앙(30)은 용기(10')의 가장 컴플라이언트한(즉, 동일한 강도이지만 에지 지지부가 적은) 부분이어서, 가스 증가에 기인하여 용기 라이너(20)의 내향으로의 팽창 또는 좌굴을 나타낼 가능성이 가장 높은 영역이다. 예시적인 실시예에서, 보스(16a)로부터의 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나 및 보스(16b)로부터의 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나는 중앙(30)에 근접한 압력 용기(10')의 중간 부분까지 및/또는 이를 지나서 연장한다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같은 배출구(22)의 배열은 단부 섹션(14a', 14b')에 근접한 배출구의 개수와 비교하여 중앙(30)에 근접한 약 2 배 개수의 배출구(22)를 배치한다.
임의의 특정 용기에서, 도 5의 좌측 반부에 도시된 바와 같이, 단지 하나의 종방향 배출구(22)가 요구될 수 있다. 그러나, 도 5의 우측 반부에 도시된 바와 같이, 다수의 종방향 배출구(22)가 또한 제공될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 배출구(22)는, 원주 방향으로 인접한 배출구가 대향하는 보스(16a', 16b')까지 연장되도록 배열된다. 이러한 경우에, 복수의 제1 종방향 배출구(22)는 용기(10')의 일 단부(14a') 상의 보스(16a')로 유도되고, 복수의 제2 종방향 배출구(22)는 용기(10')의 대향 단부(14b') 상의 보스(16b')로 유도된다. 2 세트의 종방향 배출구(22)는 용기(10')의 원주 방향 둘레에 교대로 배열되어 각각의 보스(16a', 16b')로부터 적어도 중심선(30)으로 교대로 연장된다. 도시된 실시예에서, 2 개의 원주 방향으로 인접한 종방향 배출구(22)는 서로 원주 방향으로 오프셋되고 용기(10')의 대향 단부(14a', 14b')로 유도된다. 또 다른 실시예에서, 단일 종방향 배출구는 하나의 보스(16a')로부터 대향 보스(16b')로 연장된다. 도시된 실시예에서, 압력 용기(10')는 중심(10)에 근접한 중간의 실질적으로 원통형인 부분을 갖는다.
예시적인 실시예에서, 약 24 인치 내지 약 60 인치의 길이를 갖는 용기(10')는 약 1/4 인치 내지 약 1/2 인치의 폭을 갖는 약 4 개의 배출구(22)를 포함한다. 그러나, 보다 많은 또는 보다 적은, 더 넓거나 더 좁은 배출구(22)가 임의의 용기에 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 도시된 실시예가 하나의 종방향 배출구 또는 복수의 별개의 종방향 배출구(22)를 도시하고 있지만, 표면(24)의 라이너(20') 중 더 많은 부분에 나노 텍트처링된 특성이 제공되는 더 광범위한 배출 층이 사용될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 또한, 배출구(22)가 직선부를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 배출구(22)는 대안적으로 또는 추가적으로 구불구불하거나 다른 형상 또는 구성을 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 보다 적은 또는 보다 많은 배출구(22)가 압력 용기(10') 상에 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 또한, 배출구(22)는 예시적인 실시예와 다르게 크기가 정해질 수 있다. 부가적으로, 특정 압력 용기(10')에 대한 복수의 배출구(22)가 모두 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있고, 압력 용기(10')의 원주 방향 둘레에 대칭적으로 배치될 수 있지만, 배출구(22)는 대안적으로 단일 압력 용기에서 상이한 크기, 모양, 변화하는 폭 및 배치의 조합을 가질 수 있다.
도 6의 (a) 내지 (i)는 예시적인 나노 텍스처링된 배출구(22)의 토포그래픽 특성(topographical feature)을 보여주는 사진이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 텍스처링 또는 에칭 공정은 배출구(22)를 형성하도록 라이너(20')의 외부 표면(24) 및 플랜지(32)의 외부 표면 및 보스(16)의 네크(28) 상에서 완료된다. 이러한 텍스처링 또는 에칭 공정은 샌드 블라스팅, 널링(knurling), 레이저 광, 화학 재료, 나노-실리카 입자 블라스팅 또는 라이너(20')의 외부 표면(24)에 표면 변형을 부여하는 다른 수단에 의해 수행될 수 있다. 에칭 공정은 일반적으로 표면으로부터 재료를 제거하지만, 라이너(20')의 외부 표면(24)에 표면 변형을 부여하는 다른 적절한 방법은 라이너(20')의 외부 표면(24) 상에 재료를 증착하는 것을 포함하여, 그 위에 증착된 재료가 없는 인접한 표면에 비해 그 위에서 더 높은 가스 유동 속도를 제공할 수 있는 텍스처링된 표면을 형성한다. 도 6의 (a) 내지 (i)에 도시된 결과적인 배출구(22)의 실시예는 복수의 표면 피크(일부는 참조 번호 1 및 2로 표시됨)와 피크 사이의 골을 포함한다. 5 마이크로미터(5,000 나노미터) 길이 게이지가 도 6의 (a) 내지 (i)에 도시되어 있다. 예시적인 실시예에서, 각각의 배출구(22)는 인접한 표면 피크 사이의 거리가 평균 약 5 마이크로미터(5,000 나노미터)와 약 20 마이크로미터(20,000 나노미터) 사이의 평균인 표면 텍스처를 갖는다. 텍스처 표면의 크기가 작기 때문에, 때로는 "나노 텍스처링된 표면"이라고 한다. "나노 텍스처링된 표면"은 기계 가공된 채널 및 홈과 같은 거시적 크기의 특징을 갖는 표면과 구별되어야 한다. 예시적인 실시예에서, 배출구(22)의 표면 텍스처는 쉘(12)용 매트릭스 (예를 들어, 수지 및 필라멘트) 재료와 같은 액체가 표면을 완전히 관통하거나 또는 습윤시키지 않고, 피크 상에 부유하게 되기에 충분할 정도로 미세하여, 다공성 가스 배출 경로(22)가 표면(24)의 나노 텍스처링된 부분의 골 내에 남아있게 한다.
압력 용기(10')의 예시적인 비제한적인 실시예가 설명되고 도시된다. 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예에서, 압력 용기(10')는 제1 외부 표면(38)을 갖는 제1 보스(16a')를 구비한 제1 단부(14a')를 갖는다. 라이너(20')는 제2 외부 표면(24)을 갖는다. 복합체 쉘(12)은 제2 외부 표면(24) 위에 배치된다. 제1 배출구(22)는 제1 외부 표면(38)의 적어도 일부분 및 제2 외부 표면(24)의 적어도 일부분에 에칭되고, 제1 배출구(22)는 텍스처가 없는 라이너(20') 및 쉘(12)의 계면(26)의 일부분을 통하는 것보다 제1 배출구(22)를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 제1 배출구(22)는 제1 외부 표면(38)의 나노 텍스처링된 부분 및 제2 외부 표면(24)의 나노 텍스처링된 부분을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제1 배출구(22)는 세장형이다. 예시적인 실시예에서, 제1 배출구(22)는 압력 용기(10')의 종방향 축(36)에 실질적으로 평행하게 정렬된다. 예시적인 실시예에서, 압력 용기(10')는 원통형 부분(18)을 가지며, 제1 배출구(22)는 적어도 원통형 부분(18)으로부터 제1 보스(16a')까지 연장된다. 예시적인 실시예에서, 제1 배출구(22)는 적어도 압력 용기(10')의 종방향 중간 지점(30)까지 연장된다. 예시적인 실시예에서, 제1 배출구(22)의 단부(22a)는 제1 보스(16a')의 네크(28) 상에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 단부(22a)는 대기에 개방되어 있다. 예시적인 실시예에서, 텍스처는 복수의 피크 및 골을 포함하고, 인접한 피크들 사이의 거리는 도 6의 (a) 내지 (i)에 도시된 바와 같이, 약 5 마이크로미터와 약 20 마이크로미터 사이의 범위에 있다.
예시적인 실시예에서, 압력 용기(10')는 제1 외부 표면(38)을 갖는 제1 보스(16a')를 구비한 제1 단부(14a') 및 제2 외부 표면(38)을 갖는 제2 보스(l6b')를 구비한 제2 단부(14b')를 갖는다. 라이너(20')는 제3 외부 표면(24)을 갖는다. 쉘(12)은 제3 외부 표면(24) 위에 배치된다. 복수의 제1 종방향 배출구(22)는 제1 외부 표면(38)의 일부분 및 제3 외부 표면(24)의 일부분에 에칭되며, 각각의 제1 종방향 배출구(22)는 텍스처가 없는 라이너(20') 및 쉘(12)의 계면(26)의 일부분을 통하는 것보다 제1 종방향 배출구(22)를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함한다. 복수의 제2 종방향 배출구(22)는 제2 외부 표면(38)의 일부분 및 제3 외부 표면(24)의 일부분에 에칭되고, 각각의 제2 종방향 배출구(22)는 텍스처가 없는 라이너(20') 및 쉘(12)의 계면(26)의 일부분을 통하는 것보다 제2 종방향 배출구(22)를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 제1 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나는 제2 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나로부터 압력 용기(10') 주위로 원주 방향으로 오프셋된다. 예시적인 실시예에서, 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나는 압력 용기(10')의 종방향 축(36)에 실질적으로 평행하게 정렬된다. 예시적인 실시예에서, 제1 종방향 배출구 및 제2 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나는 제3 외부 표면(24)의 나노 텍스처링된 부분을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 압력 용기(10')는 원통형 부분(18)을 가지며, 제1 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나는 적어도 원통형 부분(18)으로부터 제1 보스(16a')까지 연장된다. 예시적인 실시예에서, 제1 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나의 단부(22a)는 제1 보스(16')의 네크(28) 상에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 단부(22a)는 대기에 개방되어 있다. 예시적인 실시예에서, 종방향 배출구(22) 중 적어도 하나는 적어도 압력 용기(10')의 종방향 중간 지점(30)까지 연장된다. 예시적인 실시예에서, 텍스처는 복수의 피크 및 골을 포함하고, 인접한 피크들 사이의 거리는 도 6의 (a) 내지 (i)에 도시된 바와 같이, 약 5 마이크로미터와 약 20 마이크로미터 사이의 범위에 있다
예시적인 실시예에서, 압력 용기(10')를 형성하는 방법은 제1 외부 표면(38)을 갖는 보스(16')를 제공하는 것; 보스(16')와 접촉하여 라이너(20')를 형성하는 것 - 라이너(20')는 제2 외부 표면(24)을 가짐 - ; 제1 외부 표면(38)의 적어도 일부분 및 제2 외부 표면(24)의 적어도 일부분에 나노 텍스처를 부여함으로써 보스(16') 및 라이너(20') 상에 배출구(22)를 형성하는 것을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 나노 텍스처를 부여하는 것은 레이저 에칭을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 나노 텍스처를 부여하는 것은 화학적 에칭을 포함한다.
본 개시의 주제가 몇몇 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항이 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 일 실시예와 관련하여 개시된 임의의 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.

Claims (20)

  1. 제1 외부 표면을 갖는 제1 보스를 구비한 제1 단부를 갖는 압력 용기에 있어서,
    제2 외부 표면을 갖는 라이너;
    상기 제2 외부 표면 위에 배치된 쉘(shell);
    상기 제1 외부 표면의 적어도 일부분 및 상기 제2 외부 표면의 적어도 일부분 상에 형성된 제1 배출구(vent)로서, 상기 제1 배출구는 텍스처가 없는 라이너 및 쉘의 계면의 일부분을 통하는 것보다 상기 제1 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함하는 것인 제1 배출구
    를 포함하는, 압력 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배출구는 상기 제1 외부 표면의 나노 텍스처링된 부분을 포함하고, 상기 제1 배출구는 상기 제2 외부 표면의 나노 텍스처링된 부분을 포함하는 것인, 압력 용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배출구는 세장형인 것인, 압력 용기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 배출구는 상기 압력 용기의 종방향 축에 평행하게 정렬되는 것인, 압력 용기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력 용기는 원통형 부분을 가지며, 상기 제1 배출구는 적어도 상기 원통형 부분으로부터 상기 제1 보스까지 연장되는 것인, 압력 용기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 배출구는 적어도 압력 용기의 종방향 중간 지점까지 연장되는 것인, 압력 용기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배출구의 단부는 상기 제1 보스의 네크(neck) 상에 배치되는 것인, 압력 용기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단부는 대기에 개방되어 있는 것인, 압력 용기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 텍스처는 복수의 피크(peak) 및 골(valley)을 포함하고, 인접한 피크들 사이의 거리는 5 마이크로미터와 20 마이크로미터 사이의 범위에 있는 것인, 압력 용기.
  10. 제1 외부 표면을 갖는 제1 보스를 구비한 제1 단부 및 제2 외부 표면을 갖는 제2 보스를 구비한 제2 단부를 갖는 압력 용기에 있어서,
    제3 외부 표면을 갖는 라이너;
    상기 제3 외부 표면 위에 배치된 쉘;
    복수의 제1 종방향 배출구로서, 각각의 제1 종방향 배출구는 상기 제1 외부 표면의 일부분 및 상기 제3 외부 표면의 일부분 상에 형성되고, 각각의 제1 종방향 배출구는, 텍스처가 없는 라이너 및 쉘의 계면의 일부분을 통하는 것보다 상기 제1 종방향 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함하는 것인 복수의 제1 종방향 배출구;
    복수의 제2 종방향 배출구로서, 각각의 제2 종방향 배출구는 상기 제2 외부 표면의 일부분 및 상기 제3 외부 표면의 일부분 상에 형성되고, 각각의 제2 종방향 배출구는 텍스처가 없는 계면의 일부분을 통하는 것보다 상기 제2 종방향 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 포함하는 것인 복수의 제2 종방향 배출구
    를 포함하고,
    상기 제1 종방향 배출구 중 적어도 하나는 상기 제2 종방향 배출구 중 적어도 하나로부터 상기 압력 용기 주위로 원주 방향으로 오프셋되는 것인, 압력 용기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 종방향 배출구 및 상기 제2 종방향 배출구 중 적어도 하나는 상기 압력 용기의 종방향 축에 평행하게 정렬되는 것인, 압력 용기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 종방향 배출구 및 상기 제2 종방향 배출구 중 적어도 하나는 상기 제3 외부 표면의 나노 텍스처링된 부분을 포함하는 것인, 압력 용기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 압력 용기는 원통형 부분을 가지며, 상기 제1 종방향 배출구 중 적어도 하나는 적어도 상기 원통형 부분으로부터 상기 제1 보스까지 연장되는 것인, 압력 용기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 종방향 배출구 중 적어도 하나의 단부는 상기 제1 보스의 네크 상에 배치되는 것인, 압력 용기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단부는 대기에 개방되어 있는 것인, 압력 용기.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 종방향 배출구 및 상기 제2 종방향 배출구 중 적어도 하나는 적어도 상기 압력 용기의 종방향 중간 지점까지 연장되는 것인, 압력 용기.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 텍스처는 복수의 피크 및 골을 포함하고, 인접한 피크들 사이의 거리는 5 마이크로미터와 20 마이크로미터 사이의 범위인 것인, 압력 용기.
  18. 압력 용기를 형성하는 방법에 있어서,
    압력 용기의 단부에 제1 외부 표면을 갖는 보스를 제공하는 단계;
    상기 보스와 접촉하게 라이너를 형성하는 단계로서, 상기 라이너는 제2 외부 표면을 갖는 것인 단계;
    상기 제2 외부 표면 위에 배치되는 쉘을 형성하는 단계;
    텍스처가 없는 라이너 및 쉘의 계면의 일부분을 통하는 것보다 배출구를 통해 가스 유동의 더 높은 속도를 제공하는 텍스처를 부여함으로써, 상기 제1 외부 표면의 적어도 일부 및 상기 제2 외부 표면의 적어도 일부 상에 상기 배출구를 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 텍스처를 부여하는 단계는 레이저 에칭 단계를 포함하는 것인, 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 텍스처를 부여하는 단계는 화학적 에칭 단계를 포함하는 것인, 방법.
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