KR102249349B1 - 압력 용기 보스용 통기형 이음쇠 - Google Patents

압력 용기 보스용 통기형 이음쇠 Download PDF

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브라이언 예기
두에인 브이 바이어리
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헥사곤 테크놀로지 에이에스
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Abstract

압력 용기(10)의 보스(16)와 쉘(18) 사이에 배치되도록 구성된 장치(28)를 제공한다. 보스(16)는 이를 통과하는 보어(26)를 포함하고, 이 보어(26)는 길이방향 축선(36)을 갖는다. 그 장치(28)는 환형 바디 및 가스 투과성 피처(30)를 포함한다. 환형 바디는 보스(16)와 맞대지도록 구성된 내면(38) 및 쉘(18)과 맞대지도록 구성된 외면(46)을 포함한다. 환형 바디는 길이방향 축선(36)에 대해 서로 대향한 제1 단부(42) 및 제2 단부(44)를 구비한다. 가스 투과성 피처(30)가 내면(38) 상에 마련되고 적어도 제1 단부(42)로부터 제2 단부(44)까지 연장한다. 본 개시는 또한 쉘(18), 보스(16) 및 이들 보스(16)와 쉘(18) 사이에 배치된 장치(28)를 포함한 압력 용기(10)를 기술한다. 압력 용기(10)를 형성하는 방법은, 맨드릴 사이에 보스(16)를 장착하는 단계, 보스(16)의 목부(22) 둘레에 환형 이음쇠(28)를 배치하는 단계, 라이너(20)를 형성하는 단계, 및 외부 쉘(18)을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

압력 용기 보스용 통기형 이음쇠
예를 들면 수소 산소, 천연 가스, 질소, 프로판, 메탄 및 기타 연료 등의 각종 유체를 가압하에 수용하는 데에 압력 용기가 통상 이용되고 있다. 일반적으로, 압력 용기는 임의의 사이즈 또는 구성으로 이루어질 수 있다. 그 용기는 예를 들면 중량 또는 경량, 단일 사용(예를 들면, 1회용), 재사용 가능, 고압(예를 들면, 50psi보다 높은 압력), 저압(예를 들면, 50psi 미만의 압력), 또는 고온 또는 극저온 유체 저장용일 수 있다.
적절한 압력 용기 쉘(pressure vessel shell) 재료로는 강 등의 금속, 또는 복합재를 포함하며, 이 복합재는 권취한 유리섬유 필라멘트 또는 기타 합성 필라멘트의 적층된 층들을 열경화성 또는 열가소성 수지로 함께 접합한 것을 포함할 수 있다. 섬유는 유리섬유, 아라미드, 탄소, 흑연 또는 임의의 기타 대체로 공지된 섬유 보강 재료일 수 있다. 이용되는 수지 재료는, 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 열가소성 수지, 또는 섬유들 간의 접합, 섬유 층들 간의 접합 및 그 용기가 이용될 특정 용례에 대해 요구되는 파쇄 저항(fragmentation resistance)을 제공할 수 있는 임의의 기타 적절한 수지 재료일 수 있다. 용기의 복합재 구조는, 경량이고 부식, 피로 및 파국적 고장(catastrophic failure)에 대한 저항성이 있다는 점 등을 비롯한 다수의 이점을 제공한다. 이들 특성은 적어도 부분적으로 보강 섬유 또는 필라멘트의 높은 비강도(specific strength) 때문이다.
폴리머 또는 기타 비금속 탄성 라이너 또는 블레더(bladder)가 종종 복합재 쉘 내에 배치되어, 용기를 밀봉하고 내부 유체가 복합재와 접촉하는 것을 방지한다. 그 라이너는 압축 성형, 블로우 성형, 사출 성형 또는 임의의 기타 대체로 공지된 기법에 의해 제조될 수 있다. 대안적으로, 라이너는 강, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 백금, 금, 은, 스테인리스강, 및 그 임의의 합금을 비롯한 기타 재료로 이루어질 수 있다. 그러한 재료는 일반적으로 높은 탄성률을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 하나의 실시예에서, 라이너(20)는 블로우 성형된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 형성된다.
도 1에서는 본 명세서에 참조로 인용되는 "Pressure vessel with damage mitigating system"라는 명칭의 미국 특허 제5,476,189호에 개시된 것과 같은 길이가 긴 압력 용기(10)가 도시되어 있다. 이 압력 용기(10)는 본체 섹션(12) 및 실질적으로 반구형 또는 돔형 단부 섹션(14)을 갖는다. 압력 용기(10)의 한쪽 또는 양쪽 단부에 통상 알루미늄으로 이루어지는 보스(boss)(16)가 마련되어, 압력 용기(10)의 내부와 연통하는 포트를 제공한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 그 압력 용기(10)는 외측 복합재 쉘(18)로 덮인 내측 폴리머 라이너(20)가 형성되어 있다. 복합재 쉘(18)은 압력 용기(10)에 대한 구조적 하중을 완화시킨다.
도 2에서는 본 명세서에 참조로 인용되는 "Boss for a filament wound pressure vessel"라는 명칭의 미국 특허 제5,429,845호에 개시된 것과 같은, 보스(16)를 포함한 통상의 단부 섹션(14)의 도 1의 라인 2-2를 따라 취한 부분 단면도를 도시하고 있다. 보스(16)는 통상, 목부(22), 압력 용기(10)의 내부와 유체 연통을 가능하게 하는 포트(26), 및 포트(26)로부터 반경방향으로 연장하는 환형 플랜지(24)를 포함한다. 보스(16)는 포트(26)가 압력 용기(10)의 내부와 외부 사이에 연장하도록 외부 쉘(18) 및 라이너(20)에 피팅된다. 통상, 쉘(18)은 목부(22)에 맞대진다. 일반적으로, 플랜지(24)는 라이너(20)의 부분들 사이에 수용되거나 및/또는 라이너(20)와 쉘(18) 사이에 샌드위치된다. 특정 실시예에서, 플랜지(24)는 라이너(20) 상의 대응하는 환형 탭(34)을 수용하는 형상으로 된 적어도 하나의 환형 홈(32)을 포함할 수 있다. 이러한 구조는 보스(16)를 압력 용기(10)에 고정하고 보스(16), 쉘(18) 및 라이너(20) 간의 계면에 시일을 제공한다.
압력 용기(10)를 형성하는 방법은, 맨드릴 상에 보스를 장착하고, 라이너(20)를 위한 유체 폴리머 재료를 보스(16)의 플랜지(24) 둘레 및 그 홈(32) 내로 흐르게 하는 것을 포함한다. 그러면, 라이너 재료는 고화되어, 플랜지(24) 및 홈(32) 내에 수용된 탭(34)에 인접하는 라이너(20)의 부분을 형성한다. 이에 의해, 라이너(20)는 보스(16)와 기계적으로 맞물린다. 따라서, 극단적인 압력 조건하에서도 보스(16)로부터 라이너(20)의 분리가 방지된다.
예시적인 실시예에서, 외부 쉘(18)은 권취한 섬유로 형성되어, 라이너(20)와 보스(16)의 플랜지(24)의 적어도 일부분을 둘러싼다. 예시적인 방법에서, 섬유를 위한 분배 헤드가 섬유를 라이너(20) 상에 원하는 식으로 래핑(wrapping) 하는 식으로 이동한다. 압력 용기(10)가 구형이 아니라 원통형인 경우, 섬유의 권취는 통상 실질적으로 길이방향(헬리컬) 및 둘레방향(후프(hoop)) 래핑 패턴으로 적용된다. 이 권취 프로세스는, 수지 함량, 섬유 구성, 권취 장력 및 라이너(20)의 축선에 대한 래핑 패턴에 의해 정의된다. 예시적 압력 용기의 형성에 관한 세부 사항은 본 명세서에 참조로 인용되는 "Filament Winding Process and Apparatus"라는 명칭의 미국 특허 제4,838,971호에 개시되어 있다.
라이너(20)가 통상의 작동 조건 하에서 가스 배리어를 제공하지만, 이러한 형태의 압력 용기(10)의 구조는 가스가 압력 용기(10)의 가압 하에서 라이너(20) 내로 확산하는 현상을 생성한다. 압력 용기(10)의 압력 제거가 이루어지면, 그 가스는 라이너(20)의 밖으로 확산하며, 몇몇 경우에 라이너(20)와 쉘(18) 사이의 공간 내로 확산한다. 가스 포켓이 형성되어, 라이너(20)가 약간 내측으로 부풀어 오르게 할 수 있고, 어쩌면 신장되게 할 수도 있다. 게다가, 라이너(20)와 쉘(18) 사이의 계면의 가스는 라이너(20)와 쉘(18) 간의 바람직하지 못한 분리를 조장할 수도 있다. 게다가, 재가압 시에, 라이너(20)와 쉘(18) 사이에 갇힌 가스는 높은 압력에서 형성되는 쉘(18) 내의 마이크로크랙을 통해 갑작스레 분출될 수 있다. 가스의 비교적 갑작스런 분출은 실제로 압력 용기(10)가 일정한 누설을 보이지 않는 경우에 누설 검출기를 작동시킬 수 있다.
하나의 양태에서, 장치는 압력 용기의 보스와 쉘 사이에 배치되도록 구성된다. 보스는 이를 통과하는 보어를 포함하고, 이 보어는 길이방향 축선을 갖는다. 그 장치는 환형 바디 및 가스 투과성 피처를 포함한다. 환형 바디는 보스와 맞대지도록 구성된 내면 및 쉘과 맞대지도록 구성된 외면을 포함한다. 환형 바디는 길이방향 축선에 대해 서로 대향한 제1 및 제2 단부를 구비한다. 가스 투과성 피처는 내면 상에 마련되고 적어도 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장한다.
다른 양태에서, 압력 용기는 쉘, 보스 및 이들 보스와 쉘 사이에 배치된 장치를 포함한다. 보스는 이를 통과하는 보어를 포함하고, 이 보어는 길이방향 축선을 갖는다. 그 장치는 환형 바디 및 가스 투과성 피처를 포함한다. 환형 바디는 보스와 맞대지도록 구성된 내면 및 쉘과 맞대지도록 구성된 외면을 포함한다. 환형 바디는 길이방향 축선에 대해 서로 대향한 제1 및 제2 단부를 구비한다. 가스 투과성 피처는 내면 상에 마련되고 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장한다.
또 다른 양태에서, 압력 용기를 형성하는 방법은 맨드릴 상에 보스를 장착하는 단계를 포함한다. 보스는 목부를 구비하며, 이 목부는 길이방향 축선을 갖는 보어를 구비한다. 보스는 보어로부터 반경방향 외측으로 연장하는 플랜지를 구비한다. 그 방법은 보스의 목부 둘레에 환형 이음쇠를 배치하는 단계를 포함한다. 그 이음쇠는 길이방향 축선에 대해 서로 대향한 제1 및 제2 단부를 구비한다. 그 방법은, 플랜지의 적어도 일부분 상에 압력 용기의 라이너를 형성하는 단계를 포함한다. 외부 쉘이 라이너, 플랜지 및 이음쇠를 둘러싸도록 형성된다. 그 방법은, 가스 투과성 피처가 적어도 제1 단부에서부터 제2 단부까지 연장하도록 수행된다.
본 개시는 또한 장치 또는 방법의 형태로의 다양한 조합에서 아래의 목록의 항들을 특징으로 할 수 있다.
1. 압력 용기의 보스와 쉘 사이에 배치되도록 구성된 장치로서, 보스는 보스를 통과하는 보어를 포함하고, 이 보어는 길이방향 축선을 구비하며, 그 장치는,
보스와 맞대지도록 구성된 내면 및 쉘과 맞대지도록 구성된 외면을 포함하며, 길이방향 축선에 대해 서로 대향한 제1 및 제2 단부를 구비한 환형 바디; 및
내면 상에 마련되고 적어도 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장하는 가스 투과성 피처
를 포함하는 것인 장치.
2. 항 1에 있어서, 가스 투과성 피처는 복수의 채널을 포함하는 것인 장치.
3. 항 2에 있어서, 복수의 채널 중 적어도 하나는 길이방향 축선과 실질적으로 정렬되는 것인 장치.
4 항 2 내지 3 중 임의의 항에 있어서, 복수의 채널 중 적어도 일부분은 내면 둘레에 실질적으로 균일하게 둘레방향으로 이격되는 것인 장치.
5. 항 2 내지 4 중 임의의 항에 있어서, 복수의 채널 중 적어도 하나는 실질적으로 직사각형 단면 프로파일을 갖는 것인 장치.
6. 항 1 내지 5 중 임의의 항에 있어서, 환형 바디는 목부 및 이 목부로부터 반경방향으로 연장하는 플랜지를 포함하는 것인 장치.
7. 압력 용기로서.
쉘;
보어가 통과하고 이 보어가 길이방향 축선을 구비하는 보스;
보스와 쉘 사이에 배치되는 장치
를 포함하며, 그 장치는,
보스와 맞대지도록 구성된 내면 및 쉘과 맞대지도록 구성된 외면을 포함하며, 길이방향 축선에 대해 서로 대향한 제1 및 제2 단부를 구비한 환형 바디; 및
내면 상에 마련되고 적어도 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장하는 가스 투과성 피처
를 포함하는 것인 장치.
8. 항 7에 있어서, 압력 용기는 쉘 내에 배치된 라이너를 포함하여, 라이너와 쉘 사이에 계면을 형성하며, 가스 투과성 피처는 제1 단부에서 계면과 유체 연통하고 제2 단부에서 압력 용기의 외부와 유체 연통하는 것인 압력 용기.
9. 항 7 내지 8 중 임의의 항에 있어서, 가스 투과성 피처는 복수의 채널을 포함하는 것인 압력 용기.
10. 항 9에 있어서, 복수의 채널 중 적어도 하나는 길이방향 축선과 실질적으로 정렬되는 것인 압력 용기.
11. 항 9 내지 10 중 임의의 항에 있어서, 복수의 채널 중 적어도 일부분은 내면 둘레에 실질적으로 균일하게 둘레방향으로 이격되는 것인 압력 용기.
12. 항 7 내지 11 중 임의의 항에 있어서, 환형 바디는 목부 및 이 목부로부터 반경방향으로 연장하는 플랜지를 포함하는 것인 압력 용기.
13. 압력 용기를 형성하는 방법으로서:
맨드릴 상에 보스를 장착하는 단계로서, 보스는 목부를 구비하며, 이 목부는 길이방향 축선을 갖는 보어를 구비하며, 보스는 보어로부터 반경방향 외측으로 연장하는 플랜지를 구비하는 것인, 단계;
길이방향 축선에 대해 서로 대향한 제1 및 제2 단부를 갖는 환형 이음쇠를 보스의 목부 둘레에 배치하는 단계;
플랜지의 적어도 일부분 상에 압력 용기의 라이너를 형성하는 단계; 및
라이너, 플랜지 및 이음쇠를 둘러싸는 외부 쉘 형성하는 단계
를 포함하며, 가스 투과성 피처가 적어도 제1 단부에서부터 제2 단부까지 연장하는 것인 방법.
14. 항 13에 있어서, 환형 이음쇠를 보스의 목부 둘레에 배치하는 단계는 라이너를 형성하는 단계 전에 이루어지는 것인 방법.
15. 항 13 내지 14 중 임의의 항에 있어서, 환형 이음쇠를 보스의 목부 둘레에 배치하는 단계는 라이너를 형성하는 단계 후에 이루어지는 것인 방법.
16. 항 13 내지 15 중 임의의 항에 있어서, 라이너를 형성하는 단계는, 맨드릴과 플랜지의 적어도 일부분 둘레에 비금속 재료를 배치하는 것을 포함하는 것인 방법.
17. 항 13 내지 16 중 임의의 항에 있어서, 환형 이음쇠를 보스의 목부 둘레에 배치하는 단계 전에 라이너 상에 가스 투과성 피처를 배치하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
전술한 개요는 아래의 상세한 설명에서 보다 상세하게 설명할 개념을 간단한 형식으로 소개하고자 마련한 것이다. 이 개요는 개시하거나 청구하는 본 발명의 주요 특징 또는 필수 특징을 확인시키고자 한다거나, 개시하거나 청구하는 본 발명의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 실시예를 설명하고자 한 것은 아니다. 구체적으로, 여기서 하나의 실시예에 대해 개시한 특징들은 다른 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 전술한 개요는 청구된 본 발명의 범위를 결정하는 데에 일조하고자 이용하는 것은 아니다. 수많은 기타 신규한 이점, 특징 및 관계가 상세한 설명을 계속해서 읽음에 따라 명백해질 것이다. 후술하는 상세한 설명 및 도면은 특히 예시적인 실시예를 들고자 한 것이다.
개시된 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명할 것이며, 첨부 도면에서 동일한 구조 또는 시스템 요소들은 여러 도면에 걸쳐 동일한 도면 부호를 부여한다. 모든 상세한 설명은 기술하는 요소들은 물론 유사한 도면 부호가 부여된 유사한 요소들에도 적용된다.
도 1은 통상의 압력 용기의 측면도이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2를 따라 취한 도 1의 압력 용기의 단부의 부분 단면도로서, 통상의 보스와 라이너를 도시한다.
도 3은 본 개시의 예시적인 통기형 이음쇠(vented fitting) 및 보스의 반경방향 분해 단면도이다.
도 4는 도 3의 통기형 이음쇠와 보스의 예시적인 조립체의 반경방향 단면도이다.
도 5는, 도 4의 예시적인 조립체가 적어도 부분적으로 쉘 내에 배치되고 라이너가 형성되어 있는 압력 용기의 단부 섹션의 반경방향 부분 사시 단면도이다.
도 6은 과장하여 나타낸 가스 포켓으로부터의 가스 통기 통로를 나타내는 도 5의 단부 섹션의 반경방향 부분 단면도이다.
도 7은 통기형 이음쇠의 제2의 예시적인 실시예의 반경방향 단면도이다.
도 8은 과장하여 나타낸 가스 포켓으로부터의 가스 통기 통로를 나타내는, 통기형 이음쇠의 제3의 예시적이 실시예를 포함하는 압력 용기의 단부 섹션의 반경방향 부분 단면도이다.
상기한 도면들에서는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 대해 나타내고 있지만, 본 명세서에서 언급하는 바와 같이 다른 실시예들도 역시 모색될 수 있다. 모든 경우에 있어서, 본 명세서는 개시된 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니라 예시로서 제시하고 있다. 본 발명의 원리의 범위 내에 포함되는 수많은 기타 수정예 및 실시예가 당업자들에 의해 안출될 수 있다는 점을 이해해야 할 것이다.
도면은 축적대로 도시되지 않을 수도 있다. 특히, 몇몇 구성들은 명료성을 위해 다른 구성들에 비해 확대될 수도 있다. 게다가, "위", "아래", "상", "하", "정상", "저부", "측부", "우측", "좌측" 등과 같은 용어가 사용되는 경우, 그 용어들은 상세한 설명의 이해를 용이하도록 하기 위해서만 사용한 것이라는 점을 이해해야 할 것이다. 구조체들을 다른 방식으로 배향할 수 있다는 점을 예상할 것이다.
본 개시는 압력 하의 쉘로부터 라이너의 분리를 방지하도록 압력 용기에 이용되는 유체 통기 구조를 기술한다. 개시하는 장치는, 라이너와 쉘 사이에 갇힌 가스를 통기시킬 수 있다. 하나의 양태에서, 본 개시는 압력 용기(10)의 보스(16)의 일부분 위에 배치되는 예시적인 실시예에서는 슬리브 형태로 마련된 이음쇠(28)에 관한 것이다. 이음쇠(28)는 라이너(20)와 쉘(18) 사이에 축적된 가스를 압력 용기(10) 외부의 대기 중으로 통기시킬 수 있는 피처를 구비한다. 예를 들면, 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 이음쇠(28) 상의 채널(30)이 가스가 쉘(18)과 라이너(20) 사이의 계면으로부터 압력 용기(10) 외부의 대기 중으로 통기될 수 있게 하는 통로를 제공한다. 따라서, 라이너(20)의 잠재적 손상 및 쉘(18)을 통한 원치 않는 통기가 감소 또는 방지될 수 있다.
도 3은 보스(16)와 환형 이음쇠(28)의 예시적인 실시예들 도시한다. 보스(16)는, 압력 용기(10')의 내부(I)와 압력 용기(10')의 외부의 환경(E) 간의 유체 연통을 허용하는 포트 또는 보어(26)를 갖는 목부(22)를 포함한다. 포트(26)는 길이방향 축선(36)을 갖는다. 보스(16)는 통상 포트(26)로부터 반경방향 외측으로 연장하고 라이너(20)에 부착되도록 구성된 환형 플랜지(24)를 구비한다. 예시적인 실시예에서, 플랜지(24)는 도 5에 도시한 바와 같이 라이너(20)의 상보적 환형 탭(34)을 수용하도록 환형 홈(32)을 구비한다. 기계적 맞물림(즉, 그 요소들의 분리가 기계적으로 방지되어 있음)이 도시되어 있지만, 기계식, 마찰식, 화학식(예를 들면, 접착제의 사용)으로 라이너(20)를 보스(16)에 고정시키는 기타 방법이 이용될 수도 있다는 점이 고려된다. 예시적인 실시예에서, 라이너(20)의 부분(35)은 라이너(20)와 보스(16)를 연결하는 데에 도움이 되도록 플랜지(24)의 외면 위에서 연장함을 유념해야 한다.
예시적인 실시예에서, 이음쇠(28)는 대체로 환형의 바디를 갖는다. 본 명세서에서, "환형"이란 용어는 엄격하게 링 형상을 말하는 것이 아니라, 보다 넓은 의미로 양 단부(42, 44) 사이에 관통로(40)를 갖는 바디를 가리킨다. 그 바디는 길이방향 축선(36)을 중심으로 대체로 반경방향 대칭 형상을 가질 수 있다. 그 바디는 아래에 놓인 보스(16) 및/또는 라이너(20)의 윤곽을 따를 수 있다. 도시한 실시예에서, 내면(38) 상의(즉, 그 상의, 그 내의 또는 그에 인접한) 가스 투과성 피처가 이음쇠(28) 상의 또는 그를 통과하는 하나 이상의 채널(내부 통기 채널(30) 등)의 형태로 마련되어, 쉘(20)과 라이너(18) 사이의 계면(56)을 압력 용기(10')의 외부의 환경에 도 6 및 도 8의 예시적인 실시예에 도시한 통기 통로(54)를 통해 유체 연통하게 연결한다. 이에 의해, 이음쇠(28)는 라이너(20)를 통해 계면(56) 내로 침투한 유체가 갇히는 것을 방지한다. 이음쇠(28)는 금속 또는 비금속 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 또는 강 등의 금속 재료의 경우, 기계 가공에 의해 이음쇠(28)를 형성하는 것이 특히 적합하다. 예를 들면, 폴리머 또는 복합재 등의 비금속 재료의 경우, 사출 성형에 의해 이음쇠(28)를 형성하는 것이 특히 적합하다. 하지만, 기타 공지의 부품 형성 방법이 이용될 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 이음쇠(28)는 목부(28)와, 이 목부(29)로부터 반경방향 외측으로 연장하는 플랜지(31)를 갖는 슬리브로서 구성된다. 이음쇠(28)의 절반만을 도시하지만, 다른 쪽 절반이 도시한 절반의 경면 이미지일 것이라는 점은 이해할 것이다. 이음쇠(28)의 만곡된 내면(38)이 개구(40)를 획정하는 한편, 플랜지(31)의 단부(42)에서부터 목부(29)의 단부까지 연장하는 통기 채널(20)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 가스 투과성 피처는 채널(30)들을 포함하며, 이들 채널(30)은 개구(40)의 둘레에 균일하게 이격되고, 실질적으로 직사각형 단면 프로파일을 가지며, 또한 단부(42)와 단부(44) 사이의 만곡된 내면(38) 상의 실질적으로 직선의 경로를 따른다(예를 들면, 길이방향 축선(36)과 실질적으로 정렬된다). 하지만, 다른 채널 구성, 통기 구조 또는 메커니즘을 비롯한 기타 가스 투과성 피처가 고려될 수도 있다. 예를 들면, 내면(38)은 보다 많거나 적은 수의 채널, 및/또는 다양한 깊이, 폭 또는 형상의 채널(예를 들면, 만곡된 채널 및/또는 대체로 반구형, 타원형 또는 둥근 단면 형상의 채널)을 포함할 수도 있다. 게다가, 내면(38)은 적어도 부분적으로 가스 투과성 재료로 이루어지거나 그 재료로 코팅될 수 있고, 및/또는 가스가 단부(42)에서부터 단부(44)까지 그 사이에서 흐를 수 있도록 하는 융기부 또는 범프들을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 가스 투과성 피처는 내면(38) 상에 및 또는 내면(38)과 보스(16)의 외면 사이에 마련된 가스 투과성 재료의 층을 포함할 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 가스 투과성 피처는, 그 전체가 본 명세서에 참조로 인용되는 "Pressure Vessel Longitudinal Vents"라는 명칭의 미국 특허 출원 공개 제US 2012/0048865호에 기술된 길이방향 통기부(longitudinal vent) 등의 라이너(20) 및/또는 보스(16)의 외면 상에 마련된 길이방향 통기부들을 포함할 수도 있다. 가스 투과성 피처가 길이방향 통기부인 경우, 통기부 획정 요소의 스트립이 라이너(20)의 외면에 부착된다. 적절한 통기부 획정 요소로는 예를 들면, 와이어, 유리섬유 스트랜드, 성기게 짠(open weave) 유리 섬유 테이프, 폴리에틸렌, 나일론 릴리스 직물(nylon release cloth) 또는 기타 피륙 또는 필름의 포개거나 포개지 않은(unfolded) 스트립을 포함한다. 예시적인 실시예에서 이음쇠(28)는 통기부 획정 요소 위에 마련되어 이를 덮음으로써, 가스 투과성 피처가 이음쇠(28)의 내면(28) 상에(즉, 그에 인접하게) 마련된다. 통기부 획정 요소가 "심자(wicking)" 특성을 갖는 피륙(예를 들면, 유리 직물 재료)인 경우, 그 가스 투과성 피처는, 후속한 수지 및 필라멘트 권취에 의한 복합재 쉘(18)의 형성 중에 수지의 침입으로부터 이음쇠(28)에 의해 보호된다. 따라서, 이음쇠(28)는 가스 투과성 피처의 다공질 특성의 막힘을 방지한다. 가스 투과성 피처는 이음쇠(28)의 내면의, 그 상의 또는 그에 인접한 채널과 가스 투과성 재료 중 어느 하나 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 게다가, 가스 투과성 피처는 이음쇠(28)의 단부(42)나 단부(44)를 지나 연장할 수도 있다.
특정 실시예에서, 이음쇠(28)는 완전한 환형이 아니라, 목부(22)의 전체를 에워싸는 대신에 목부(22)의 둘레의 하나 이상의 부분 위에 피팅될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 이음쇠(28)는 단부(42)가 보스(16)의 플랜지(24)를 지나 연장하도록 도시한 것보다 길 수 있다. 이러한 경우, 이음쇠(28)는 보스(16) 상에 라이너(20)가 형성된 후에 보스(16)와 라이너(20)의 일부분 둘레에 피팅될 수 있다. 이음쇠(28)는 심지어 압력 용기(10)의 돔형 단부 섹션(14)을 지나 바디 섹션(12)까지 연장할 수도 있다. 게다가, 단부(42)는 두께가 테이퍼질 수도 있다. 통기 메커니즘은, 이음쇠(28)가 라이너(20)와 쉘(18) 간의 계면(56)의 적어도 일부부에서부터 압력 용기(10') 외부의 환경(E)까지의 가스 흐름 경로를 허용하는 한, 원하는 용례에 좌우될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 조립체(48)가 이음쇠(28) 및 보스(16)를 포함한다. 보스(16)의 목부(22)가 이음쇠(28)의 개구(40) 내에 삽입되어, 이음쇠(28)의 목부(29)가 보스(16)의 목부(22)의 적어도 일부분 위에 피팅되도록 된다. 이음쇠(28)의 플랜지(31)는 보스(16)의 플랜지(24)의 적어도 일부분 위에, 그리고 선택적으로는 라이너(20)의 일부분 위에도 피팅된다. 내면(38)은, 목부(22) 및 플랜지(24)의 적어도 일부분을 포함한 보스(16)의 외부 윤곽, 그리고 선택적으로 라이너(20)의 일부분의 외부 윤곽에 실질적으로 상보적인 윤곽을 갖는다. 억지끼워맞춤, 상보적 스냅 락 피처, 테이프 또는 기타 형태의 접착제, 또는 기타 수단이 의도하지 않은 분리를 방지하도록 이음쇠(28)와 보스(16) 및/또는 라이너(20) 상에 마련될 수 있다.
도 5 및 도 6은 압력 용기(10')의 단부 섹션(14) 상의 조립체(48)의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 예시적인 실시예에서, 압력 용기(10')를 형성하기 위해, 보스(16)가 이음쇠(28) 내에 삽입되어, 압력 용기(10')의 형상을 획정하도록 구성된 맨드릴 상에 장착된다. 유체 폴리머(또는 기타 비금속) 라이너 재료가 맨드릴 위에서 그리고 플랜지(24)의 일부분의 주위에서 흐르게 하여, 라이너 재료(20)가 홈(32)을 채우고 이음쇠(28)의 단부(42)와 맞대지게 한다. 도 7에 도시한 바와 같은 이음쇠(28')의 예시적인 실시예에서, 채널(30')들이 단부(42) 상에까지 연장하여, 라이너 재료는 채널(30') 내로 들어가거나 그를 막지 않도록 하는 식으로 플랜지(31) 위에서 흐를 수 있도록 된다. 그 폴리머 재료가 고화되어 라이너(20)를 형성한다.
다른 압력 용기 형성 방법에서, 라이너(20)는 이음쇠(28) 없이 맨드릴에 장착된 보스(16) 상에 형성된다. 길이방향 통기부 획정 요소 등의 가스 투과성 피처가 라이너(20) 상에 배치된다. 이어서, 이음쇠(28)가 보스(16) 둘레와 가스 투과성 피처의 적어도 일부분의 둘러지게, 그리고 선택적으로는 라이너(20)의 일부분에 둘러지게 부착된다. 이에 의해, 가스 투과성 피처는 보스(16)의 외면과 이음쇠(28)의 내면(38) 사이에 샌드위치된다.
쉘(18)은 이음쇠(28)와 라이너(20)의 일부분(35)이 쉘(18)과 보스(16)의 플랜지(24) 사이에 샌드위치되도록 조립체(48)와 라이너(20) 상에 필라멘트를 권취함으로써 형성된다. 쉘(18)은 이음쇠(28)의 외면(46)에 접합되며, 이에 의해 쉘(18)과 라이너(20) 사이에 갇힌 가스가 쉘(18)과 이음쇠(28) 간의 계면(60)에 들어가는 것을 방지한다. 이음쇠(28)는 그 외면(46)이 아니라 내면(38)에 채널(30)을 갖고 있어, 압력 용기(10')의 형성 중에 쉘 재료가 채널(30)을 채우지 않도록 되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 이음쇠(28)의 내면(38)은, 라이너(20)와 쉘(18) 간의 계면(56)과 유체 연통하는 채널(30)을 통한 가스의 통기를 가능하게 하는 식으로 보스(16)와 맞대진다. 예시적인 실시예에서, 이음쇠(28)의 목부(29)는 단부(44)로부터 반경방향 내측으로 테이퍼져(도면 부호 58 부분), 조립체(48)에 대한 쉘(18)의 축방향 이동(예를 들면, 길이방향 축선(36)을 따른 이동)을 방지하는 리세스를 쉘(18)에 제공한다. 도시한 실시예에서, 이음쇠(28)의 단부(44)와 이에 인접한 가스 투과성 피처(예를 들면, 채널(30)의 단부)는 압력 용기(10') 외부의 대기압 환경(예를 들면, 도 5, 도 6 및 도 8의 도면 부호 E 부분)에 노출된다.
도 6에 도시한 예시적인 실시예에서, 가스(50)의 포켓이 쉘(18)과 라이너(20) 간의 계면에 갇혀, 라이너(20)의 변형부(52)를 야기한다. 경로(54)로 나타낸 바와 같이, 가장 작은 저항의 경로를 따라 가스(50)가 변형부(52)로부터 라이너(20)와 쉘(18) 간의 계면(56)을 따라 이음쇠(28)의 단부(42)로 이동한다. 그 가스는 단부(42)에서 채널(30) 내로 들어가, 채널(30)을 통과해 단부(44)로 이동하며, 여기서 가스(50)는 채널(30)로부터 압력 용기(10') 외부의 환경(E)으로 배출된다. 변형부(52)는 단부 섹션(14') 근처에서의 라이너(20) 내의 팽창부 또는 기포인 것으로 도시하지만, 단지 설명을 위해 그렇게 도시한 것이다. 다른 양의 가스(50)가 라이너(20)와 쉘(18) 간의 계면(56)에서 임의의 위치에 존재할 수도 있다. 게다가, 변형부(52)의 크기는 예시를 위해 상당히 과장된 것으로, 실제로는 보스(16) 상에 이음쇠(28)의 마련이 그러한 변형부(52)의 형성을 방지하는 통기를 가능하게 한다는 점을 이해해야 할 것이다.
도 8은 통기형 이음쇠(28")의 제3의 예시적이 실시예를 포함하는 압력 용기(10")의 단부 섹션의 반경방향 부분 단면도이다. 이 실시예에서, 이음쇠(28")의 플랜지(31")의 반경방향 크기는 보스(16)의 플랜지(24)의 반경방향 크기와 실질적으로 동일하다. 게다가, 이음쇠(28")의 단부(42")는 테이퍼져 있고, 이에 의해 변형부(52)와, 압력 용기(10") 외부에 대기에 노출된 이음쇠(28")의 단부(44) 사이에 보다 스무스한 통기 통로(54")를 제공한다.
본 발명의 주제를 다수의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항에 있어 변형이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 게다가, 하나의 실시예에 대해 개시한 임의의 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고 그 반대로도 가능하다.

Claims (17)

  1. 압력 용기의 보스와 쉘 사이에 배치되도록 구성된 장치로서:
    상기 보스는 보스를 통과하는 보어를 포함하고, 상기 보어는 길이방향 축선을 구비하며, 상기 보스는 보스 목부 및 상기 보스 목부에 대하여 길이방향 축선으로부터 멀어지게 연장되는 보스 플랜지를 포함하고,
    상기 장치는,
    환형 바디로서,
    상기 보스 목부 및 보스 플랜지와 접촉하고 맞대지도록 구성된 내면 및 상기 쉘과 맞대지도록 구성된 외면;
    상기 길이방향 축선에 대해 서로 대향하는 제1 및 제2 단부;
    상기 제1 단부와 인접한 바디 목부; 및
    상기 제2 단부와 인접한 바디 플랜지로서, 상기 바디 목부에 대하여 길이방향 축선으로부터 멀어지게 연장되는 바디 플랜지
    를 포함하는 환형 바디; 및
    상기 내면 상에 마련되고 적어도 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 연장하는 가스 투과성 피처
    를 포함하는 것인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 투과성 피처는 복수의 채널을 포함하는 것인 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 채널 중 적어도 하나는 상기 길이방향 축선과 정렬되는 것인 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 채널 중 적어도 일부분은 상기 내면 둘레에 균일하게 둘레방향으로 이격되는 것인 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 채널 중 적어도 하나는 직사각형 단면 프로파일을 갖는 것인 장치.
  6. 삭제
  7. 압력 용기로서:
    쉘;
    보어를 포함하는 보스로서, 상기 보어는 상기 보스를 통과하고, 상기 보어는,
    길이방향 축선;
    보스 목부;
    상기 보스 목부에 대하여 길이방향 축선으로부터 멀어지게 연장되는 보스 플랜지
    를 포함하는 것인 보스; 및
    상기 보스와 상기 쉘 사이에 배치되는 장치
    를 포함하고,
    상기 장치는,
    환형 바디로서,
    상기 보스 목부 및 상기 보스 플랜지와 접촉하고 맞대지도록 구성된 내면 및 상기 쉘과 맞대지도록 구성된 외면;
    상기 길이방향 축선에 대해 서로 대향하는 제1 및 제2 단부;
    상기 제1 단부에 인접한 바디 목부; 및
    상기 제2 단부에 인접한 바디 플랜지로서, 상기 바디 목부에 대하여 길이방향 축선으로부터 멀어지게 연장되는 바디 플랜지
    를 포함하는 환형 바디; 및
    상기 내면 상에 마련되고 적어도 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 연장하는 가스 투과성 피처
    를 포함하는 것인 압력 용기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압력 용기는 상기 쉘 내에 배치된 라이너를 포함하여, 상기 라이너와 상기 쉘 사이에 계면을 형성하며, 상기 가스 투과성 피처는 상기 제2 단부에서 상기 계면과 유체 연통하고 상기 제1 단부에서 압력 용기의 외부와 유체 연통하는 것인 압력 용기.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 가스 투과성 피처는 복수의 채널을 포함하는 것인 압력 용기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 채널 중 적어도 하나는 상기 길이방향 축선과 정렬되는 것인 압력 용기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 채널 중 적어도 일부분은 상기 내면 둘레에 균일하게 둘레방향으로 이격되는 것인 압력 용기.
  12. 삭제
  13. 제7항에 따른 상기 압력 용기를 형성하는 방법으로서:
    맨드릴 상에 상기 보스를 장착하는 단계;
    상기 환형 바디를 상기 보스 목부 둘레에 상기 보스와 접촉하게 배치하는 단계;
    상기 보스와 접촉하는 상기 압력 용기의 라이너를 형성하는 단계; 및
    상기 라이너 및 상기 바디를 둘러싸는 상기 쉘을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 환형 바디를 상기 보스 목부 둘레에 배치하는 단계는 상기 라이너를 형성하는 단계 전에 이루어지는 것인 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 환형 바디를 상기 보스 목부 둘레에 배치하는 단계는 상기 라이너를 형성하는 단계 후에 이루어지는 것인 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 라이너를 형성하는 단계는, 상기 맨드릴과 상기 보스 플랜지의 적어도 일부분 둘레에 비금속 재료를 배치하는 것을 포함하는 것인 방법.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 환형 바디를 상기 보스 목부 둘레에 배치하는 단계 전에 상기 라이너 상에 상기 가스 투과성 피처를 배치하는 단계를 더 포함하는 방법.
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