KR20010090714A - Hydrostatic pressure retainment system - Google Patents

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KR20010090714A
KR20010090714A KR1020017001578A KR20017001578A KR20010090714A KR 20010090714 A KR20010090714 A KR 20010090714A KR 1020017001578 A KR1020017001578 A KR 1020017001578A KR 20017001578 A KR20017001578 A KR 20017001578A KR 20010090714 A KR20010090714 A KR 20010090714A
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KR1020017001578A
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로버트 조셉 주니어 세트록
가렛트마이클언스트
Original Assignee
로버트 조셉 주니어 세트록
마이클 위크햄
더 비오씨 그룹 피엘씨
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Abstract

압력 용기는 3차원으로 뻗어있는 매트릭스 구조를 포함한다. 이 매트릭스는 매트릭스의 접촉점에서 상호 결합된 일련의 틈 내부에 보관된 압축된 유체의 압력에 의해 유도된 로딩을 지탱할 때 발생하는 유체 정역학적(3축, 또는 3차원) 장력을 받는다. 유체 불침투 외부 커버링은 매트릭스에 의해 둘러싸여 있고 인접하여 유지된다. 압력 용기는 불규칙적인 형태를 취할 수도 있다. 주요 간선 장치를 포함한, 이동 장치는 유체를 유입하고 방출하기 위해 구비된다. 액체 상태에서 고체 표면 성분은 매트릭스에 장착되고 고체 상태로 바뀌어서, 이 구성 성분을 내부 결합으로 매트릭스에 고정한다.The pressure vessel includes a matrix structure extending in three dimensions. The matrix is subjected to hydrostatic (three-axis or three-dimensional) tensions that occur when sustaining the loading induced by the pressure of the compressed fluid stored inside a series of interleaved gaps at the contact points of the matrix. The fluid impermeable outer covering is surrounded by the matrix and kept adjacent. The pressure vessel may take an irregular shape. Moving devices, including the main trunk device, are provided for inlet and discharge of fluid. In the liquid state, the solid surface component is mounted on the matrix and turns into the solid state, fixing this component to the matrix by internal bonds.

Description

유체 정압 유지 시스템{HYDROSTATIC PRESSURE RETAINMENT SYSTEM}HYDROSTATIC PRESSURE RETAINMENT SYSTEM

높은 압력 하에 기체를 유지하려면 구형, 실린더형, 타원형, 원환체 또는 복합 형태의 외벽을 가지는 공동이 있는 용기를 사용해야 한다. 내압에 의해 벽에 유도된 인장 강도를 견디는 가장 효과적인 형태가 있지만, 이것은 가능한 가장 효과적인 구조가 아니다. 또, 종래의 외부 셸 형태는 활용 가능한 공간에 효과적으로 끼워 맞추어지지 않는다. 일반적인 형태가 아닌 형태에도 적합하도록 압력 용기의 내부에 다양한 구조의 내부 지지부가 도입되는 종래 기술에서 많은 예들이 있다. 그러나, 선행 기술에서 일반적이지 않은 모든 압력 용기는 과다한 중량 특성을 공유한다. 이것은 모두 구조물 재료의 비효율적인 사용 때문에 동일한 일반적인 압력 용기보다 중량이 많이 나간다. 본 발명은 동일한 재료로 가공된 동일한종래의 압력 용기보다 무게가 적게 나가는 특성을 부여한다.To maintain the gas under high pressure, a vessel with a cavity with a spherical, cylindrical, elliptical, torus or composite outer wall should be used. There is the most effective form to withstand the tensile strength induced in the wall by internal pressure, but this is not the most effective structure possible. In addition, the conventional outer shell form does not effectively fit in the available space. There are many examples in the prior art in which internal supports of various structures are introduced into the interior of the pressure vessel to be suitable for non-general forms. However, all pressure vessels that are not common in the prior art share excess weight characteristics. All of this is heavier than the same general pressure vessels due to the inefficient use of structural materials. The present invention confers less weight than the same conventional pressure vessel processed from the same material.

종래 용기의 또다른 단점은 압력에 의해 유도된 응력으로 인해 벽 구조를 손상시키는 경우에, 용기는 크게 파괴될 것이다. 압축된 가스와 벽 파편의 갑작스런 방출은 폭발을 일으킬 수 있고, 가까이에 있는 사람과 장비에 심각한 결과를 초래한다.Another disadvantage of conventional containers is that if the wall structure is damaged due to stress induced by pressure, the container will be greatly destroyed. Sudden release of compressed gas and wall debris can cause an explosion and have serious consequences for nearby people and equipment.

선행 특허 제 WO 97/27105, USSN 08592004에서, 이것은 가스를 위한 고압 저장 탱크를 가질 수 있고, 특히 탱크 몸체에 배치되고 그 내벽에 부착된 보강 매트릭스를 포함할 수 있으며, 상기 매트릭스는 탱크 내부 체적의 50%를 옮길 수 있다. 그러나 고압 저장 탱크는 제작하는데 어렵고 많은 비용이 들며 이 탱크에서 비롯되는 높은 압력을 견디기에 충분한 강도를 가지지 않는다는 단점이 있다.In prior patent application WO 97/27105, USSN 08592004, it may have a high pressure storage tank for gas, in particular comprising a reinforcing matrix disposed on the tank body and attached to its inner wall, said matrix of You can move 50%. However, high pressure storage tanks are difficult and expensive to manufacture and do not have sufficient strength to withstand the high pressures from these tanks.

불규칙적인 형태의 압력 용기 내부에서 내부 지지부로서 DUOCEL 개방 셀 알루미늄 거품의 사용에 대해 설명한 ERG Aerospace의 전술한, 특허 받지 않은 발명의 단점은, 제작이 어렵고 많은 비용이 들며 상기 탱크와 결부된 높은 압력을 견딜 만큼 충분한 강도를 가지지 않는다.A disadvantage of the aforementioned, non-patent invention of ERG Aerospace, which describes the use of DUOCEL open cell aluminum foam as an internal support inside an irregularly shaped pressure vessel, is that it is difficult to manufacture and is expensive and has high pressure associated with the tank. It does not have sufficient strength to withstand

Mannesmann AG의 특허 제 WO98/33004는 외벽에 결합된 개방-셀 거품이 놓인 중공 챔버를 외부 금속 벽이 둘러싸고 있는 압축된 가스를 저장하기 위한 컨테이너에 대해 설명한다. 그러나, 이런 보강 컨테이너는 고압 저장 탱크에 의한 압력을 견딜 수 없다.Mannesmann AG patent WO98 / 33004 describes a container for storing a compressed gas surrounded by an outer metal wall in a hollow chamber with open-cell foam bonded to an outer wall. However, such a reinforcement container cannot withstand the pressure caused by the high pressure storage tank.

강철과 같은 균질 등방성 물질은, 모든 지점(균질)과 모든 방향(등방성)에서 동일한, 인장 강도를 포함한 기계적 특성을 가진다. 따라서, 강철은 모든 세Cartesian 축에서 동시에 인장 강도를 지탱할 수 있다. 그러나, 이런 식으로 재료는 보통 사용되지 않는다. 일반적으로, 재료는 한 방향으로 적재되거나(축 방향 로딩) 두 방향으로 적재된다(평면 로딩). 로딩을 유지할 수 있는 재료 용량의 일부는 사용되지 않은 채로 남겨져서, 구조적 효율성을 제한한다. 인장되었을 때 필라멘트 또는 섬유는 축 방향 하중을 받는다. 나머지 두 방향으로 가해지는 하중을 지탱하는 재료의 용량은 사용되지 않는다. 종래의 셸 형태인 압축 가스 보관 압력 용기는 평면 로딩된다. 이 벽의 모든 지점에서 재료는 도 1과 3에 나타낸 것처럼, 이 지점에서 바깥쪽 면과 접하는 평면에 의해 한정된 두 방향으로 응력을 받는다. 주어진 평면과 직교하는 방향으로 로딩을 지탱하는 재료의 용량은 사용되지 않은 채로 유지된다. 또, 축 방향 및 평면 로딩은 재료에서 각 변형을 일으키는데, 이것은 구조 파괴를 일으키는 주요 원인이다.Homogeneous isotropic materials such as steel have mechanical properties, including tensile strength, which are the same in all points (homogeneous) and in all directions (isotropic). Thus, steel can sustain tensile strength at all three Cartesian axes simultaneously. In this way, however, the material is not usually used. Generally, materials are loaded in one direction (axial loading) or in two directions (planar loading). Some of the material capacity that can maintain loading is left unused, limiting structural efficiency. When tensioned, the filaments or fibers are subjected to axial loads. The capacity of the material to support the load in the other two directions is not used. The compressed gas storage pressure vessel in the form of a conventional shell is plane loaded. At all points of this wall, the material is stressed in two directions defined by the plane that abuts the outer surface at this point, as shown in FIGS. The capacity of the material to support the loading in the direction orthogonal to a given plane remains unused. In addition, axial and planar loading cause angular deformation in the material, which is a major cause of structural failure.

모든 방향(유체 정역학적 로딩, 3축 로딩 또는 3-방향 로딩)에서 동일하게 재료를 로딩하는 것은 유리하다. 유체 정역학적 로딩(또는 3축 로딩 또는 3 방향 로딩) 하에 재료는 완전히 사용되고, 추가 로딩을 위해 사용되지 않고 있는 용량이 없다. 이런 이상적인 조건은 어떠한 각 변형도 일으키지 않는다. 각 변형이 존재하지 않으면 유체 정역학적 로딩에서 재료에 대해 증가된 항복 강도를 부여한다. 따라서, 용기를 가공하는데 적은 체적의 재료가 필요하므로, 종래의 외부 셸 압력 용기와 비교했을 때 중량을 줄일 수 있다. 압력 용기는, 반작용되는 유체 압력이 유체 정역학적이므로, 구조적으로 유체 정역학적 인장 로딩을 위해 이상적으로 사용할 수 있다.It is advantageous to load the material equally in all directions (hydrostatic loading, triaxial loading or three-way loading). The material is fully used under hydrostatic loading (or triaxial loading or three way loading) and there is no capacity not being used for further loading. This ideal condition does not cause any angular deformation. The absence of each strain imparts increased yield strength to the material at hydrostatic loading. Thus, a small volume of material is required to process the container, thus reducing the weight as compared to conventional outer shell pressure vessels. Pressure vessels are ideally suited for structurally hydrostatic tensile loading because the reacted fluid pressure is hydrostatic.

이런 구조는 가압 유체를 담기 위한 공동을 가지는 내부 매트릭스 형태를 취한다. 상기 매트릭스는 대부분의 압력 유도 로딩을 지탱한다. 약한 응력을 받는 얇은 고체 외부 커버는 유체를 유지하도록 매트릭스에 부착된다. 하나의 축으로(가장 나쁜 경우) 또는 세 개의 축으로(가장 좋은 경우) 로딩을 지탱하는 매트릭스 재료의 각 부분의 능력은, 매트릭스의 3차원 세부 구조에 따라 달라진다.This structure takes the form of an inner matrix having a cavity for containing pressurized fluid. The matrix carries most of the pressure induced loading. A weakly stressed thin solid outer cover is attached to the matrix to retain the fluid. The ability of each part of the matrix material to support loading in one axis (worst case) or in three axes (best case) depends on the three-dimensional detail structure of the matrix.

가장 좋은 매트릭스에 요구되는 특성을 실현한 매트릭스 구조의 한 가지 예는 접촉점에서 상호 연결되는 일련의 구형 공간을 가지는 재료로 이루어진 몸체이다. 이런 접촉 점은 구멍을 형성하는데, 인접한 공간 사이에서 구멍의 크기는 10% 이상을 초과하지 않고, 선호적으로 5%, 좀더 선호적으로 2%이며 공간 표면적의 !%가 유리하다. 이런 매트릭스 구조는, 상당량의 재료가 유체 정역학적(3축, 3차원) 장력을 받도록 한다. 이 공간의 형태는 구형이고 비슷한 크기로 형성된다. 이 공간은 매트릭스 전체에 대해 균일하게 분배되고, 면 중심 3차원 배향된다. 세 가지 모든 크기에서 연속성은 유지된다. 유체 정역학적으로 최적의 형태를 가지는 구조는 이상적인 구조 효율성을 부여하는데, 압력 용기에서 내부 매트릭스로서 사용될 때 유체 정역학적 인장 하중 하에 대부분의 매트릭스 재료를 배치할 수 있기 때문이다.One example of a matrix structure that realizes the properties required for the best matrix is a body made of a material having a series of spherical spaces interconnected at the point of contact. This contact point forms a hole, the size of the hole between adjacent spaces not exceeding more than 10%, preferably 5%, more preferably 2%, and!% Of the space surface area is advantageous. This matrix structure allows a significant amount of material to undergo hydrostatic (three-axis, three-dimensional) tension. This space is spherical in shape and formed in a similar size. This space is distributed evenly over the matrix and is oriented in the plane center three-dimensionally. Continuity is maintained at all three sizes. Hydrostatically optimally shaped structures impart ideal structural efficiency because most matrix materials can be placed under hydrostatic tensile load when used as internal matrix in pressure vessels.

도 8은 종래 폼(foam)의 사진이다. 이 지지부는 불규칙 구조와 셀 벽의 부재로 인해 전체적으로 단순한 축 방향 부재이다. 이 구조의 형태는 압력 용기에서 내부 매트릭스로서 사용될 때 매트릭스 재료의 유체 정역학적 인장 하중을 효과적으로 지탱할 수 없다.8 is a photograph of a conventional foam. This support is a simple axial member overall due to the irregular structure and the absence of the cell walls. The form of this structure cannot effectively support the hydrostatic tensile load of the matrix material when used as the inner matrix in a pressure vessel.

상대 밀도는 매트릭스의 전체 체적에서 모 재료의 체적 퍼센트이다. 가장 좋은 매트릭스 형태를 가지는 경우에, 매트릭스 강도는 상대 밀도에 따라 직선으로 변할 것이다. 요구되는 밀도는 디자인 인자를 포함해 모 재료의 유체 정역학적 인장 강도 대비 요구되는 유체 정역학적 인장 강도(저장되는 최대 압력)의 비율이다. 면 중심 3차원 배향은 일정한 구형 공간 형태에 대해 얻을 수 있는 최대 가스 용량, 약 67%를 제공한다. 이것은 약 33%의 상대 밀도와 동일해진다. 그러므로, 매트릭스는 모 재료 및 패킹 방법에 따라 약 30% 내지 35%, 또는 약 2% 내지 30%, 또는 약 35% 내지 50%를 가진다.Relative density is the volume percentage of the parent material in the total volume of the matrix. In the case of the best matrix form, the matrix intensity will change linearly with relative density. The density required is the ratio of the hydrostatic tensile strength (maximum pressure stored) to the hydrostatic tensile strength of the parent material, including design factors. The plane-centered three-dimensional orientation provides about 67% of the maximum gas capacity achievable for certain spherical space shapes. This is equivalent to a relative density of about 33%. Therefore, the matrix has about 30% to 35%, or about 2% to 30%, or about 35% to 50%, depending on the parent material and the packing method.

도 1과 2에서, 종래의 셸 형태 구형 압력 용기(10)를 가공하는데 필요한 모 재료의 체적은 매트릭스 유형 구형 압력 용기(12)를 가공하는데 필요한 체적과 비슷하다. 이것은 얇은 벽이 있는 구형 부분에 대해 근사값이다.1 and 2, the volume of parent material required to process a conventional shell shaped spherical pressure vessel 10 is similar to the volume required to process a matrix type spherical pressure vessel 12. This is an approximation for a thin walled sphere.

최대 응력 :I= σ2= pr/2t 셸 두께: t = pr/2σMaximum stress: I = σ 2 = pr / 2t Shell thickness: t = pr / 2σ

표면적: S=4πr2재료 체적: small=St=4πr2pr/2σSurface Area: S = 4πr 2 Material Volume: small = St = 4πr 2 pr / 2σ

small = 2 πpr3/σ(eq.60)small = 2 πpr 3 / σ (eq.60)

여기에서: σ= 최대 응력, 모 재료Where: σ = maximum stress, parent material

p = 저장된 최대 압력p = maximum stored pressure

r = 셸 두께r = shell thickness

S = 표면적S = surface area

Vsmall= 셸 재료의 체적V small = volume of shell material

상기 매트릭스형 구형 압력 용기(12)에 대해, 외부 커버는 임계 하중 지탱 구조가 아니므로, 고려될 수 없다. 매트릭스를 형성하는데 필요한 재료의 체적은 구형 부분 체적과 매트릭스 밀도의 곱이다.For the matrix type spherical pressure vessel 12, the outer cover is not a critical load bearing structure and therefore cannot be considered. The volume of material required to form the matrix is the product of the spherical partial volume and the matrix density.

구 체적: Vsph=4/3πr3 Sphere Volume: V sph = 4 / 3πr 3

따라서 Vsmall=4/3πr3*p/σ=1.33πpr3/σ(eq.62)Thus V small = 4 / 3πr 3 * p / σ = 1.33πpr 3 /σ(eq.62)

여기에서 Vsph= 구형 부분의 체적Where V sph = volume of the spherical part

Vsmall= 매트릭스 재료의 체적V small = volume of matrix material

식 60과 62를 비교하면 재료 효율성 장점을 알 수 있다. 최적 매트릭스 구조는 구형 셸에 대해 이론적으로 33% 개선시킬 수 있다. 실례는 20% 이상 개선시킬 수 있음을 보여준다.Comparing Equations 60 and 62 shows the material efficiency advantages. The optimal matrix structure can theoretically be improved by 33% for spherical shells. Examples show that improvement can be made by more than 20%.

도 3과 4에서, 종래의 셸 유형의 실린더형 압력 용기(14)를 가공하는데 필요한 모 재료의 체적은 매트릭스 유형의 실린더형 압력 용기(16)를 가공하는데 필요한 체적과 동일하다. 이것은 얇은 벽이 있는 실린더에 대해 근사치이고, 단부 클로저를 무시한다. 후우프 응력 I는 모든 외부 셸 실린더에서 종방향 응력2의 두 배이다.3 and 4, the volume of parent material required to process a conventional shell type cylindrical pressure vessel 14 is equal to the volume required to process a matrix type cylindrical pressure vessel 16. This is an approximation for a thin walled cylinder and ignores the end closure. Hoop stress I is twice the longitudinal stress 2 in all outer shell cylinders.

최대 응력: max=σ1=pr/t 셸 두께:t = pr/σMax stress: max = σ 1 = pr / t Shell thickness: t = pr / σ

표면적: S=2πrl 재료 체적: small=St=2πrlpr/σSurface Area: S = 2πrl Material Volume: small = St = 2πrlpr / σ

small=2πpr2l/σ(eq.66)small = 2πpr 2 l / σ (eq.66)

여기에서:I = 실린더의 길이Where: I = length of cylinder

매트릭스 유형의 실린더형 압력 용기(16)에 대해, 외부 커버는 임계 하중 지탱 구조가 아니므로, 고려되지 않을 것이다. 매트릭스로부터 요구되는 재료의 체적은 실린더 체적과 매트릭스 밀도의 곱이다.For the cylindrical type pressure vessel 16 of the matrix type, the outer cover is not a critical load bearing structure and therefore will not be considered. The volume of material required from the matrix is the product of the cylinder volume and the matrix density.

실린더 체적:cyl=πr2lCylinder volume: cyl = πr 2 l

따라서: Vmmil= πr2l* P/σ=πpr2l/σ(eq.68)Thus: V mmil = πr 2 l * P / σ = πpr 2 l / σ (eq.68)

여기에서: Vcyl= 실린더의 체적Where: V cyl = volume of cylinder

식 66과 68을 비교하면 재료 효율성 장점을 알 수 있다. 최적 매트릭스 구조는 실린더형 셸에 대해 이론적으로 50% 개선시킬 수 있다. 실례는, 40% 이상 개선할 수 있음을 나타낸다.Comparing Eqs. 66 and 68 shows the material efficiency advantages. The optimal matrix structure can theoretically be improved by 50% for the cylindrical shell. An example shows that 40% or more can be improved.

비교적 얇고, 경량인 외부 커버는 매트릭스에 부착되거나 일체형으로서 매트릭스와 모놀리식 구조로 형성될 수 있다. 분석을 목적으로, 얇은 외부 커버는 다수의 작고, 상호 연결된, 원형 판으로서 몰딩될 수 있다. 다양하게 바뀌는 반경을 가지는 원이 존재할 수 있다. 이 원의 최대 반경 크기는 매트릭스 틈의 크기에 의해 결정될 것이다. 도 5는 반경=a이고 측면의 수=n인 원을 가지는 다각형을 나타낸다. 요구된 외부 커버의 두께는 유압, 허용 가능한 재료 응력 및 다각형 방사상크기의 함수이다. 다각형 판에서 최대 응력은 Stress 및 Strain에 대해 Roark's 식에 따라, 각 판의 외부 가장자리에 가해진다. 다음 자료는 Roark's에서 표 26의 경우의 수(20)로부터 얻어진다.The relatively thin, lightweight outer cover can be attached to the matrix or formed integrally with the matrix as a monolithic structure. For the purpose of analysis, the thin outer cover can be molded as a number of small, interconnected, circular plates. There may be circles with varying radii. The maximum radial size of this circle will be determined by the size of the matrix gap. Figure 5 shows a polygon with a circle with radius = a and the number of sides = n. The thickness of the outer cover required is a function of hydraulic pressure, allowable material stress and polygonal radial size. In polygonal plates the maximum stress is exerted on the outer edge of each plate, according to Roark's equation for stress and strain. The following data are obtained from Roark's number 20 in Table 26:

nn 33 44 55 66 77 88 99 1010 ???? β2 β 2 1.4231.423 1.2321.232 1.1321.132 1.0681.068 1.0231.023 0.990.99 0.9640.964 0.9440.944 0.750.75

최대 응력: max = -β2qa2/t2두께: Max stress: max = -β 2 qa 2 / t 2 Thickness:

(eq.72) (eq.72)

여기에서: σmax= 최대 허용 응력Where: σ max = maximum allowable stress

β2= 표에서 얻은 계수β 2 = coefficient obtained from the table

a = 다각형의 반경a = radius of polygon

q = 유압q = hydraulic

t = 막 두께t = film thickness

이 예는 매트릭스형 압력 용기의 효율성을 나타낸다. 측면의 수=??, 반경=매트릭스 공간 반경인, 원형 다각형은 β2값=0.75이고, 가장 나쁜 경우로서 사용될 것이다. 0.0625인치 반경의 공극 크기와 40k psi의 항복 강도를 가지는 6061 T6 알루미늄으로 만들어진 유체 정역학적으로 최적의 매트릭스를 가정하면: 공식 72에서 두께는 q=450psi, 6k psi 및 15k psi로 요약된다.This example shows the efficiency of a matrix pressure vessel. A circular polygon, with the number of sides = ??, radius = matrix space radius, has a β 2 value = 0.75 and will be used as the worst case. Assuming a hydrostatically optimal matrix made of 6061 T6 aluminum with a pore size of 0.0625 inch radius and a yield strength of 40k psi: Thickness in formula 72 is summarized as q = 450 psi, 6k psi and 15k psi.

외부 커버, 충전 노즐 등과 같은 고체 표면 성분은 매트릭스와 모놀리식으로 형성되거나 그 후에 부착될 수 있다.Solid surface components, such as outer covers, filling nozzles, and the like, may be monolithically formed or attached to the matrix.

본원은 "유체 정압 유지 시스템과 고강도 결합 방법"이라는 제목으로, Robert J. Setlock, Jr.에 의해 98년 6월 8일에 미국 특허 사무소에 제출된, 60/095,509를 기초로 한다.This application is based on 60 / 095,509, filed with Robert J. Setlock, Jr., filed with the US Patent Office on June 8, 98, entitled "Fluid Static Pressure Maintenance System and High Strength Coupling Method."

본 발명은 일반적으로 압력 용기에 관련되고, 특히 3차원 구조 매트릭스 내부에서 가압 유체를 유지하고 이 구성 성분을 매트릭스에 결합하기 위한 장치 및 방법에 관련된다.The present invention relates generally to pressure vessels, and in particular to apparatus and methods for maintaining pressurized fluids within a three-dimensional structural matrix and for coupling these components to the matrix.

본 발명은 첨부 도면에 나타낸 선호되는 실시예에 대한 하기 상세한 설명에서, 그 특징과 장점을 분명히 알면서 충분히 이해할 수 있다:DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention can be fully understood, with obvious knowledge of its features and advantages, in the following detailed description of the preferred embodiments shown in the accompanying drawings:

도 1 은 셸 위에 가해지는 2차원 응력을 나타낸 구형 셸 형태 압력 용기를 나타낸 도면;1 shows a spherical shell shaped pressure vessel showing two dimensional stresses exerted on the shell;

도 2 는 외부 커버 없이 매트릭스를 나타낸 매트릭스 형태 구형 압력 용기를 나타낸 도면;2 shows a matrix type spherical pressure vessel showing the matrix without the outer cover;

도 3 은 셸에 가해지는 2차원 응력을 나타낸, 단부 클로저가 없는 실린더형 셸 형태 압력 용기를 나타낸 도면;3 shows a cylindrical shell shaped pressure vessel without end closure, showing the two-dimensional stress applied to the shell;

도 4 는 외부 커버 없이 매트릭스를 나타낸 매트릭스 형태 실린더형 압력 용기를 나타낸 도면;4 shows a matrix type cylindrical pressure vessel showing a matrix without an outer cover;

도 5 는 반경=a, 측면의 수=n인 원을 가지는 다각형을 나타낸 도면;5 shows a polygon with a circle with radius = a and the number of sides = n;

도 6 은 각각의 중심점에서 인접한 틈과 각각의 틈을 연결하는 작은 통로를 가지는 균일하게 분배된 구형 틈을 도시한, 유체 정역학적으로 최적화된 형태를 나타낸 도면;FIG. 6 shows a hydrostatically optimized shape showing uniformly distributed spherical gaps with adjacent gaps at each center point and small passages connecting each gap; FIG.

도 7 은 구형 틈의 면 중심 입방체 배향을 도시한, 유체 정역학적으로 최적화된 형태를 나타낸 도면;FIG. 7 shows a hydrostatically optimized form, showing the plane-centered cube orientation of the spherical gap.

도 8 은 종래 폼(foam)의 사진;8 is a photograph of a conventional foam;

도 9 는 본 발명에 따라 구조된 유체 정압 유지 기구를 나타낸 단면도;9 is a sectional view showing a fluid static pressure retention mechanism constructed in accordance with the present invention;

도 10 은 주요 통로의 단면을 나타낸, 도 10의 12 부분을 확대한 도면; 및10 is an enlarged view of part 12 of FIG. 10 showing a cross section of the main passage; And

도 11 은 매트릭스 안으로 구성 성분 재료의 침투를 나타낸 고체 표면 성분과 매트릭스를 관통하는 횡단면도.11 is a cross sectional view through a matrix with a solid surface component showing penetration of the constituent material into the matrix;

본 발명에 따르면 높은 내압을 견딜 수 있는 압축된 유체를 위한 유체 정역학적 유지 기구를 제공한다. 이 압력 유지 기구는 압축된 유체의 압력에 의해 발생된 하중을 지탱하기 위한 매트릭스를 포함한다. 상기 매트릭스 구조물은 접촉점에서 상호 연결된 일련의 구형 공간을 가지는 재료로 이루어진 몸체를 포함한다. 이 접촉점은 구멍을 형성하는데, 접촉 공간 사이의 구멍 크기는 10% 이상을 초과하지 않고, 선호적으로 5%, 보다 선호적으로 2%이며 공간 표면적의 1% 이하가 유리하다. 이런 매트릭스 구조는 닫혀진 개방 공간 형태를 가져서, 상당량의 재료가 유체 정역학적으로(3축, 3-차원) 인장된다. 이런 공간은 구형이고 소형으로 형성되는 것이 선호된다. 이 공간은 매트릭스 전체에 대해 균일하고, 면 중심 3차원 배향된다.According to the present invention there is provided a hydrostatic holding mechanism for a compressed fluid capable of withstanding high internal pressures. The pressure retention mechanism includes a matrix for supporting the load generated by the pressure of the compressed fluid. The matrix structure includes a body of material having a series of spherical spaces interconnected at the point of contact. This contact point forms a hole, the pore size between the contact spaces not exceeding 10% or more, preferably 5%, more preferably 2% and advantageously 1% or less of the space surface area. This matrix structure has the form of a closed open space such that a significant amount of material is hydrostatically (triaxial, three-dimensional) stretched. Such spaces are preferably spherical and compact. This space is uniform with respect to the entire matrix and is oriented in plane centered three dimensions.

이 매트릭스는 금속, 예를 들어 알루미늄, 강철, 스테인레스 강등이 선호된다.This matrix is preferably metal, for example aluminum, steel, stainless steel.

외부 커버는 매트릭스 내부에서 압축된 유체를 보관하기 위해, 매트릭스를 둘러싸고 있다. 상기 외부 커버는 매트릭스 외부 경계면에 부착된 안쪽 면을 가진다. 외부 커버는 보관되는 유체로 침투할 수 없고, 매트릭스 외부 경계면에 대해 접촉하여 유지된다.The outer cover surrounds the matrix to store the compressed fluid inside the matrix. The outer cover has an inner side attached to the matrix outer boundary. The outer cover cannot penetrate into the fluid being stored and remains in contact with the matrix outer interface.

이동 수단은 매트릭스로 유체를 끌어들이기 위해, 매트릭스에서 유체를 방출하기 위해 구비된다.The means of movement is provided for releasing the fluid from the matrix to draw the fluid into the matrix.

닫혀진 공간 구조물을 가지는 유체 정압 유지 기구는 표준 금속 거품 제조 기술에 의해 달성할 수 없다. 이런 형태의 기구는 소형의 균일한 구형 볼을 사용하는 인베스트먼트법(investment casting) 기술을 사용함으로써 만들어질 수 있다. 예를 들어, 가스 함유 구조물은 형성된 내부 매트릭스와 비슷한 금속으로 이루어진 성형 외부 스킨을 준비하고, 분말 금속을 가지는 카바마이드와 같은 휘발성 물질의 코팅 비드에 의해 내부 매트릭스를 형성한 후 이 비드를 컨테이너에 첨가하고, 분말 금속 층으로 가공하고 시스템으로 접근하는 관 또는 매니포울드가 있도록 보장함으로써 만들어질 수 있다. 상기 유닛은 약 200℃로 가열되는데 이것은 카바마이드 비드가 휘발되고 매니포울드를 통과하여 배출되는 동안 금속 슬러리가 붙어있도록 할 수 있다. 상기 '녹색' 컨테이너는 가공된 구조물을 제공하기 위해서 고온 노에서 소결될 수 있다. 내부적으로, 구조 방법으로 인해, 셀은 모두 구형이고 내부-연결부는 소형이며 인접한 셀과 접촉점에서, 이것은 각 셀 사이의 작은 상호 연결부와 다공성 형태로 이루어지므로, 전체 매트릭스의 강도를 최대화한다.Fluid static pressure retention mechanisms with closed spatial structures cannot be achieved by standard metal foam manufacturing techniques. This type of instrument can be made by using an investment casting technique that uses small, uniform spherical balls. For example, a gas-containing structure may prepare a molded outer skin of a metal similar to the inner matrix formed, form the inner matrix by coating beads of volatiles such as carbamide with powdered metal and then add the beads to the container. , And can be made by ensuring that there are tubes or manifolds that are processed into powder metal layers and that access the system. The unit is heated to about 200 ° C. which can cause the metal slurry to adhere while the carbamide beads are volatilized and discharged through the manifold. The 'green' container can be sintered in a high temperature furnace to provide a machined structure. Internally, due to the construction method, the cells are all spherical and the inner-connectors are compact and at the point of contact with the adjacent cells, this consists of a small interconnect and porous form between each cell, thus maximizing the strength of the entire matrix.

통으로 유기 구를 첨가하는 것은 불규칙성을 감소시키도록 "눈보라" 패킹에 의해 최상으로 달성되지만 간단한 단일 크기의 셀 구조는 자유 공간으로서 체적의 67%를 빈 채로 남겨둘 것이다. 이런 체적 부분은 다른 구 사이의 공간에 효율적으로 끼워 맞추어지는 보다 작은 크기의 구를 사용함으로써 증가될 수 있다. 실험 결과에 의하면 직경의 비율이 7:1과 10:1 범위 내에 있고 작은 구의 비율이 18-20%일 때 최적화 된다는 것을 보여준다. 다시 "눈보라" 패킹 기술을 사용함으로써 이 구조는 요구되는 크기 범위와 구의 비율을 이용해 아주 균일하게 만들어질 수 있다.Adding organic spheres to the vat is best achieved by "blizzard" packing to reduce irregularities, but a simple single size cell structure will leave 67% of the volume empty as free space. This volume portion can be increased by using smaller size spheres that fit efficiently into the spaces between the different spheres. Experimental results show that the ratio of diameters is in the range of 7: 1 and 10: 1 and is optimized when the ratio of small spheres is 18-20%. Again using the "snowstorm" packing technique, the structure can be made quite uniform using the required size range and sphere ratio.

다른 실시예는 모든 수축 문제점을 막을 수 있는 분말 금속 스킨을 사용하는 것이다.Another embodiment is to use a powder metal skin that can prevent all shrinkage problems.

면 중심 입방체 형태로 배향된 구형 틈 사이의 공간은, 반경 비율 dsmall=dlarge(√2-1)이고 dsmall은 작은 틈의 직경이고 dlarge는 큰 틈의 직경인 곳에서 작은 틈을 수용할 수 있다. 이런 형태의 과정은 보다 작은 구형 틈으로 반복되어서 낮은 밀도 구조를 형성한다. 다른 제조 기술은, 그 내용이 본원에 참고로 실린, Fraunhofer-Gesellschaft의 이름으로 U.S. 특허 제 5,151,246에 기술한 것과 같은 금속 포밍 방법을 포함한다. 이 방법은 본 발명의 필요한 구조, 신속 원형 기술 등을 달성하기 위해서 만들어질 수 있다.The space between the spherical gaps oriented in the form of a plane-centered cube is the radius ratio d small = d large (√2-1), where d small is the diameter of the small gap and d large is the diameter of the large gap. can do. This type of process is repeated with smaller spherical gaps to form a lower density structure. Other manufacturing techniques include metal forming methods, such as those described in US Pat. No. 5,151,246, in the name of Fraunhofer-Gesellschaft, the contents of which are incorporated herein by reference. This method can be made to achieve the required structure, rapid prototyping technique and the like of the present invention.

도 6,7,9와 10에서, 압축된 유체를 보관하기 위한 유체 정압 유지 기구는 20에 나타나 있다. 같은 재료로 가공된 동일한 종래의 압력 용기보다 무게가 적게 나가는 기구는, 압축된 유체의 압력에 의해 발생된 하중을 지탱하기 위한 3차원 매트릭스(22)를 포함한다. 이 매트릭스는 다양한 재료와 구조로 가공될 수 있다. 고분자, 금속 및 복합재는 유체 정역학적으로 최적화된 형태의 매트릭스를 형성하는데 이용될 수 있다. 도 7은 본 발명을 실현한 선호되는 구조인 구형 틈의 면 중심 입방체 배향을 가지는 유체 정역학적으로 최적화된 형태를 나타낸 도면이다. 각각의 셀은 그 형태가 구형이고 매트릭스 구조 전체에 대해 균일하게 분배된다. (이것은 거의 닫혀진 셀 구조를 나타낸다) 각각의 셀(26)은 압축된 유체를 담기 위해 공간 또는 틈(30)을 완전히 둘러싸는 연속 벽(28)을 가진다. 이 틈(30)은 셀 벽(28)에서 비교적 작은 오우프닝이나 구멍(32)을 통하여 서로 연결된다. 이 구멍(32)은 매트릭스(22) 전체에 걸쳐 유체의 균일한 분배를 보장한다. 매트릭스(22)의 외부 치수 한계는 외부 경계면(34)을 한정한다.6, 7, 9 and 10, a fluid static pressure retention mechanism for storing compressed fluid is shown at 20. A mechanism that weighs less than the same conventional pressure vessel processed from the same material includes a three-dimensional matrix 22 for supporting the load generated by the pressure of the compressed fluid. This matrix can be processed into a variety of materials and structures. Polymers, metals and composites can be used to form matrices of hydrostatically optimized forms. FIG. 7 shows a hydrostatically optimized form with the face-centered cubic orientation of a spherical gap, which is the preferred structure for realizing the present invention. Each cell is spherical in shape and evenly distributed throughout the matrix structure. Each cell 26 has a continuous wall 28 that completely encloses the space or gap 30 to contain the compressed fluid. These gaps 30 are connected to each other through relatively small openings or holes 32 in the cell wall 28. This hole 32 ensures a uniform distribution of the fluid throughout the matrix 22. The outer dimension limits of the matrix 22 define the outer boundary 34.

매트릭스(22)의 모든 부분은, 유체 정역학적으로 최적화된 형태(24)의 3차원적 성질에 의해, 압력 유도 하중을 지지할 때 유체 정역학적 장력을 받는다. 이 매트릭스(22)는 모 재료 및 패킹 방법에 따라 약 30% 내지 35% 또는 약 2% 내지 30%, 또는 약 35% 내지 50%의 상대 밀도를 가진다. 그러나, 종래의 압력 용기보다 무게가 적게 나가는 새로운 특징은 상대 밀도에 독립적이다. 낮은 중량의 특징은 전적으로 매트릭스 형태의 구조적 효율성에 달려있다.All parts of the matrix 22 are subjected to hydrostatic tension when supporting pressure induced loads due to the three-dimensional nature of the hydrostatically optimized form 24. This matrix 22 has a relative density of about 30% to 35% or about 2% to 30%, or about 35% to 50%, depending on the parent material and the packing method. However, a novel feature that weighs less than conventional pressure vessels is independent of relative density. The low weight characteristic depends entirely on the structural efficiency of the matrix form.

외부 커버링(36)은 매트릭스(22) 내부에 압축된 유체를 담고 있기 위해, 매트릭스(22)를 둘러싸고 있고 유체로 침투할 수 없다. 외부 커버링(36)은 바깥쪽 면(38)과 대향한 안쪽 면(40)을 가진다. 외부 커버링 내면(40)은 매트릭스 외부 경계면(34)에 부착된다. 외부 커버링(36)은 매트릭스 외부 경계면(34) 위로 인접하여 유지된다. 외부 경계면(34)과 외부 커버링(36)은 고려할 수 있는 모든 형태를 가질 수 있다. 이것은, 대부분의 응력이 매트릭스에 의해 지탱되고 외부 커버링(36)에 의해 일부 지탱되어서 후우프 응력은 더 이상 제한 요인이 아니기 때문이다. 그러므로, 외부 경계면(34) 구조는 대칭형이거나, 불규칙적인 형태로 형성될 수 있다.The outer covering 36 surrounds the matrix 22 and cannot penetrate the fluid to contain the compressed fluid inside the matrix 22. The outer covering 36 has an inner side 40 opposite the outer side 38. The outer covering inner surface 40 is attached to the matrix outer boundary 34. The outer covering 36 remains adjacent above the matrix outer boundary 34. The outer boundary 34 and the outer covering 36 can have any shape that can be considered. This is because most of the stress is supported by the matrix and partly by the outer covering 36 so that the hoop stress is no longer a limiting factor. Therefore, the outer boundary 34 structure may be symmetrical or irregularly shaped.

유체 정압 유지 기구(20)의 외부 커버링(36)과 매트릭스(22)는, 동일한 디자인 인자로 동일한 유압을 견디도록 형성되고, 동일한 모 재료로 만들어진, 외부 커버링(36)의 바깥쪽 면(38)에 대해 측정된 동일한 전체 체적을 가지는 등가의 종래의 셸 유형 압력 용기의 전체 구조 질량보다 상당히 작은 전체 구조 질량을 가진다.The outer covering 36 and the matrix 22 of the hydrostatic pressure retention mechanism 20 are formed to withstand the same hydraulic pressure with the same design factor and are made of the same parent material, the outer face 38 of the outer covering 36. It has a total structural mass that is significantly less than the overall structural mass of an equivalent conventional shell type pressure vessel having the same total volume measured for.

이동 수단은 매트릭스(22)로부터 유체를 방출하고, 매트릭스(22) 안으로 유체를 유입하기 위해 구비된다. 특히, 상기 이동 수단은 외부 커버링(36)에 부착된 적어도 하나의 노즐(42)을 포함한다. 이 노즐(42)은 안쪽 면(44), 매트릭스 틈(30)과 연결되는 관통하는 오리피스(46)를 가진다. 주요 간선(48)의 네트워크가 제공될 수 있는데, 노즐 오리피스(46) 및 매트릭스 틈(30)과 통한다. 도 9는 주요 간선(48)의 단면도이다. 이 주요 간선(48)은, 노즐 오리피스(46)로부터 매트릭스틈(30)을 향하여 전진하는 동안 크기가 보다 작고 개수가 보다 많은 관(50)을 포함한다. 이 관(50)은 도 10에 나타낸 것처럼, 유체를 옮기기 위해서 다수의 구멍(52)을 포함한다. 주요 간선(48)은 방출하는 동안 매트릭스(22)로부터 유체를 보다 빠르게 수집하고, 유입하는 동안 매트릭스(22)로 보다 빠르게 유체를 분배하기 위해 시스템 전체에 대한 유체 흐름 속도를 높인다. 상기 주요 간선(48)과 매트릭스(22)는 하나의 모놀리식 구조로 가공되거나, 이것은 따로따로 만들어질 수 있다. 주요 간선(48)은 매트릭스(22) 구조에 부착할 수 있고 양립할 수 있는 다른 재료로 만들어지거나 매트릭스(22)와 동일한 재료로 만들어진다.Movement means are provided for releasing the fluid from the matrix 22 and for introducing the fluid into the matrix 22. In particular, the moving means comprises at least one nozzle 42 attached to the outer covering 36. This nozzle 42 has an inner face 44, a penetrating orifice 46 that connects to the matrix gap 30. A network of main trunks 48 may be provided, in communication with nozzle orifices 46 and matrix gaps 30. 9 is a cross-sectional view of the main trunk line 48. This main trunk 48 comprises a smaller size and larger number of tubes 50 while advancing from the nozzle orifice 46 toward the matrix gap 30. This tube 50 includes a number of holes 52 for carrying the fluid, as shown in FIG. 10. The main trunk 48 collects fluid faster from the matrix 22 during discharge and speeds up the fluid flow through the system to distribute the fluid faster to the matrix 22 during inflow. The main trunk 48 and the matrix 22 can be machined into a single monolithic structure or it can be made separately. The main trunk 48 is made of another material that is attachable and compatible with the matrix 22 structure or made of the same material as the matrix 22.

고체 외부 커버링(36)이 모놀리식으로 형성된 매트릭스 부분으로 제공되지 않을 때, 도 11에 나타낸, 새로운 부착 장치는 고체 외부 커버링(36)이나 고체 표면 성분(54)이 매트릭스(22)의 바깥쪽 경계 면(34)에 일체형으로 장착하도록 적용된다. 상기 외부 커버링(36) 또는 구성 성분(54)은, 구성 성분 내면 또는 전체 구성 성분(54)이 액체 상태로 있을 때 고체 상태의 매트릭스(22)로 가공된다. 이 구성 성분 안쪽 면은 매트릭스(22) 안으로 기설정된 거리(56)만큼 연장되도록 허용된다. 상기 구성 성분은 매트릭스(22)에 구성 성분을 고정하기 위해서 응고된다. 따라서 강한 내부 결합 구조물이 형성된다. 이런 경제적인 부착 장치는 불규칙적인 외부 경계 구조와 함께 사용할 수 있다. 적용 방법은 보존하기 위해 넣기(potting), 담그기(dipping), 분사하기(spraying), 솔질하기(brushing) 및 진공 분사 등을 포함하지만 여기에 국한되지 않는다. 상기 외부 커버링은 충격, 관통 등으로부터 기계적으로 보호할 수 있도록 충분히 두꺼워야 한다. 재료 종류,안전성 및 지시 사항 등에 대한 정보를 제공하기 위해 라벨이 부착될 수 있다. 상기 커버링은 장식적인 특성을 가질 수도 있고 일부 시스템에서 생물학적으로 적합한 재료가 적용될 수 있다.When the solid outer covering 36 is not provided as a monolithically formed matrix portion, the new attachment device shown in FIG. 11 has a solid outer covering 36 or a solid surface component 54 outside of the matrix 22. It is adapted to integrally mount to interface 34. The outer covering 36 or component 54 is processed into the matrix 22 in the solid state when the component inner surface or the entire component 54 is in the liquid state. This component inner face is allowed to extend a predetermined distance 56 into the matrix 22. The components are solidified to fix the components to the matrix 22. Thus a strong internal coupling structure is formed. This economic attachment device can be used with irregular outer boundary structures. Application methods include, but are not limited to, potting, dipping, spraying, brushing and vacuum spraying to preserve. The outer covering should be thick enough to mechanically protect it from impact, penetration, and the like. Labels may be attached to provide information on material type, safety and instructions. The covering may have decorative properties and in some systems biologically suitable materials may be applied.

압축된 유체를 보관하기 위한 유체 정압 유지 방법에 대해 설명된다. 이 방법은, 매트릭스 구조(22)를 3차원에서 외부 경계 면(34)으로 연장하고; 유체가 통과할 수 있는 외부 커버링(36)으로 매트릭스(22)를 둘러싸며; 매트릭스(22)의 경계 면(34)으로 외부 커버링(36)의 내면(40)을 부착하고; 매트릭스 외부 경계 면(34)에 대해 인접하여 외부 커버링(36)을 유지하며; 매트릭스(22) 안으로 가압 하에 유체를 유입하고; 매트릭스(22) 안쪽의 틈(30)에서 압축된 유체를 보관하며; 외부 커버링(36)으로 매트릭스(22) 안쪽의 압축된 유체를 보관하고; 압축된 유체의 압력에 의해 매트릭스(22) 재료에 유체 정역학적 로딩을 부여하며; 매트릭스(22) 재료의 모든 부분에서 유체 정역학적 장력하에 로딩을 지탱하고; 매트릭스(22)로부터 유체를 방출하는 과정을 포함한다.A method for maintaining fluid static pressure for storing compressed fluid is described. The method extends the matrix structure 22 to the outer boundary surface 34 in three dimensions; Surround the matrix 22 with an outer covering 36 through which fluid can pass; Attaching the inner surface 40 of the outer covering 36 to the boundary surface 34 of the matrix 22; Maintain outer covering 36 adjacent the matrix outer boundary face 34; Introducing a fluid under pressure into the matrix 22; To store the compressed fluid in the gap 30 inside the matrix 22; To store the compressed fluid inside the matrix 22 with an outer covering 36; Impart hydrostatic loading to the matrix 22 material by the pressure of the compressed fluid; Support loading under hydrostatic tension in all portions of the matrix 22 material; Discharging the fluid from the matrix 22.

다른 과정은 외부 커버링(36)에 노즐(42)을 부착하고 노즐(42)을 통하여 매트릭스 틈(30)과 오리피스(46)를 연결하는 것을 포함한다.Another procedure involves attaching the nozzle 42 to the outer covering 36 and connecting the matrix gap 30 and the orifice 46 through the nozzle 42.

또다른 과정은 노즐 오리피스(46) 및 매트릭스 틈(30)과 망상 구조의 주요 간선(48)을 연결하고; 유입하는 동안 주요 간선(48)을 통하여 매트릭스(22)로 유체를 분배하며; 방출하는 동안 매트릭스(22)로부터 주요 간선(48)을 통하여 유체를 수집하는 것을 포함한다.Another procedure connects the nozzle orifice 46 and the matrix gap 30 with the main trunk 48 of the network structure; Distributes fluid to the matrix 22 through the main trunk 48 during inflow; Collecting fluid from the matrix 22 through the main trunk 48 during discharge.

또다른 과정은 내부 표면 재료가 액체 상태일 때 매트릭스(22)의 외부 경계면(34)과 구성 성분의 내면을 나란히 놓고; 내면 재료로 기설정된 깊이까지 매트릭스 틈(30)을 함침하며; 내면 재료를 고체 상태로 바꾸어서, 구성 성분을 매트릭스(22)에 고정하는 과정을 포함한다.Another procedure involves placing the outer boundary 34 of the matrix 22 and the inner surface of the component side by side when the inner surface material is in a liquid state; Impregnating the matrix gap 30 to a predetermined depth with an inner material; Changing the inner material to a solid state, thereby fixing the components to the matrix 22.

다른 단계는 불규칙 구조로 외부 경계면을 형성하는 것을 포함한다.Another step involves forming the outer interface with an irregular structure.

또다른 단계는 매트릭스(22)를 형성하고; 인베스트먼트법 프로세스를 사용함으로써 매트릭스를 형성하는 것을 포함한다.Another step forms the matrix 22; Forming a matrix by using an investment process.

다른 단계는 매트릭스(22)를 형성하고: 인접한 틈 사이의 작은 구멍을 개방하도록 조절되는 Fraunhofer형 금속 폼으로부터 매트릭스를 형성하는 것을 포함한다.Another step involves forming the matrix 22: forming the matrix from Fraunhofer-type metal foams that are adjusted to open small pores between adjacent gaps.

또다른 단계는 신속 원형 프로세스를 사용함으로써 매트릭스를 형성하는 것을 포함한다.Another step involves forming the matrix by using a rapid circular process.

위의 상세한 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명은 비교적 두꺼운 벽에서 2차원 로딩을 도입하지 않고 중량을 크게 줄이기 위해서 적은 재료로 보다 효과적인 유체 정역학적 로딩을 할 수 있으며; 구형, 실린더형, 타원형 또는 원환체 형태에 제한되지 않고 모든 주어진 엔벨로프 내부에 끼워 맞추어지도록 대칭성이 감소된 구조를 취할 수 있고; 벽이 구조적으로 손상된 경우에 폭발시키지 않으며; 모든 표면 구조의 매트릭스에 고체 표면 성분을 단단히 부착하기 위한 방법을 포함하는 가압 유체를 유지하기 위한 시스템을 제공할 필요성을 충족시킨다.As can be seen from the above detailed description, the present invention allows more efficient hydrostatic loading with less material to significantly reduce weight without introducing two-dimensional loading in relatively thick walls; It can take a structure with reduced symmetry to fit inside any given envelope without being limited to spherical, cylindrical, elliptical or toric shapes; Does not explode if the wall is structurally damaged; There is a need to provide a system for maintaining pressurized fluid, including a method for firmly attaching solid surface components to a matrix of all surface structures.

비록 본 발명은 선호되는 실시예로 나타내고 기술하였지만, 당해 업자들은본 발명과 기능적으로 등가인 수정을 할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 나타내고 전술한 유체 정압 유지 기구는 직사각형 평행 육면체이다. 모든 형태 또는 구조, 대칭 또는 비대칭이 모두 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 대한위의 상세한 설명은 예로서만 제공된다는 것을 이해해야 한다. 첨부된 청구항에 기술한 대로 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 구조를 다양하게 수정할 수 있다.Although the invention has been shown and described in the preferred embodiments, those skilled in the art can make modifications that are functionally equivalent to the invention. For example, the fluid static pressure maintaining mechanism shown in FIG. 9 and described above is a rectangular parallelepiped. It will be appreciated that any form or structure, symmetry or asymmetry can all be used. Accordingly, it should be understood that the above detailed description of embodiments of the invention is provided by way of example only. Various modifications may be made to the structure without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims.

Claims (34)

압축된 유체의 압력에 의해 야기된 로딩을 지탱하기 위한 매트릭스를 포함하는 압력 유지 장치에 있어서, 매트릭스 구조는 접촉점에서 상호 결합된 일련의 구형 틈을 가지는 몸체로 구성되는데 상기 접촉점은 작은 구멍을 형성하고 인접한 틈 사이에서 구멍의 크기는 틈의 내부 표면적의 10% 이상을 초과하지 않는, 압력 유지 장치.In a pressure retention device comprising a matrix for supporting a loading caused by the pressure of a compressed fluid, the matrix structure consists of a body having a series of spherical gaps which are joined to each other at a contact point, the contact point forming a small hole and Pressure retaining device, in which the size of the hole between adjacent gaps does not exceed more than 10% of the inner surface area of the gap. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 구조는 형태가 구형이고 매트릭스 전체에 대해 균일하게 분배된 틈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the matrix structure is spherical in shape and comprises gaps evenly distributed throughout the matrix. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스 구조는 비슷한 크기의 틈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the matrix structure consists of gaps of similar size. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 구조는 면 중심 입방체 배향의 틈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the matrix structure consists of gaps in face centered cubic orientation. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 내 다량의 물질은 유체 정역학, 3축, 3차원 또는 이 결합체로 구성된 그룹에서 선택된 장력을 받는 것을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the mass of material in the matrix is under tension selected from the group consisting of hydrostatic, triaxial, three-dimensional, or combinations thereof. 제 1 항에 있어서, 인접한 틈 사이의 구멍 크기는 틈 내부 표면적의 5% 이상을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the pore size between adjacent gaps does not exceed at least 5% of the interior surface area of the gap. 제 1 항에 있어서, 인접한 틈 사이의 구멍 크기는 틈 내부 표면적의 2% 이상을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the pore size between adjacent gaps does not exceed at least 2% of the interior surface area of the gap. 제 1 항에 있어서, 인접한 틈 사이의 구멍 크기는 틈 내부 표면적의 1% 이상을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1, wherein the pore size between adjacent gaps does not exceed 1% or more of the interior surface area of the gap. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 안쪽에서 압축된 유체를 보관하기 위해, 매트릭스를 둘러싸고 있는 외부 커버링이 있고, 상기 외부 커버링은 매트릭스 외부 경계 면에 부착된 안쪽 면을 가지며, 다른 커버링은 유체로 침투할 수 없고, 외부 커버링은 매트릭스 외부 경계면에 대해 인접하여 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.The method of claim 1, wherein there is an outer covering surrounding the matrix for storing the compressed fluid inside the matrix, the outer covering having an inner surface attached to the matrix outer boundary surface, and the other covering can penetrate into the fluid. And the outer covering remains adjacent to the matrix outer boundary. 제 1 항에 있어서, 매트릭스로 유체를 유입하고 매트릭스에서 유체를 방출하기 위한 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.The device of claim 1 comprising moving means for introducing fluid into the matrix and for discharging fluid from the matrix. 제 1 항에 있어서, 압축된 유체를 보관하기 위한 장치.The apparatus of claim 1, wherein the apparatus is for storing compressed fluid. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 장치는 외부 커버링에 부착된 하나 이상의 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 내면을 가지며, 이 노즐은 매트릭스 틈과 연결되는 관통하는 오리피스를 가지는 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.2. The pressure maintaining device of claim 1, wherein the moving device comprises at least one nozzle attached to an outer covering, the nozzle having an inner surface, the nozzle having a through orifice connected to the matrix gap. 제 2 항에 있어서, 상기 이동 장치는 유입하는 동안 매트릭스로 유체를 분배하고 방출하는 동안 매트릭스에서 유체를 수집하기 위해, 매트릭스 틈 및 노즐 오리피스와 연결되는 망상 구조의 주요 간선을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.3. The device of claim 2, wherein the moving device comprises a main trunk of the network structure connected with the matrix gap and the nozzle orifice to distribute the fluid to the matrix during inflow and to collect the fluid in the matrix during discharge. Pressure holding device. 제 1 항에 있어서, 내면은 이 내면을 매트릭스에 고정하기 위해서 매트릭스 안으로 기설정된 거리만큼 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.The pressure retention device of claim 1, wherein the inner surface extends a predetermined distance into the matrix to fix the inner surface to the matrix. 제 1 항에 있어서, 외부 경계면 구조는 불규칙적인 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.The pressure retention device of claim 1, wherein the outer interface structure is irregular. 제 1 항에 있어서, 상기 매트릭스는 구조 폼(foam)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.The pressure retention device of claim 1, wherein the matrix comprises a structural foam. 제 6 항에 있어서, 상기 매트릭스는 Fraunhofer형 금속 폼(foam)인 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.The pressure retention device according to claim 6, wherein the matrix is a Fraunhofer type metal foam. 압축된 유체를 보관하기 위한 유체 정압 유지 장치에 있어서,A fluid static pressure maintaining device for storing compressed fluid, (a) 압축된 유체의 압력에 의해 발생된 로딩을 지탱하기 위한 매트릭스를 포함하고, 상기 매트릭스는 3차원적으로 외부 경계면까지 뻗어있으며, 이 매트릭스는 압축된 유체를 담기 위해 접촉점에서 상호 결합된 일련의 틈을 가지고, 상기 틈은 유체를 균일하게 분배하기 위해 연결되며, 매트릭스의 모든 부분은 압력 유도 로딩을 지탱할 때 유체 정역학적 장력을 받고;(a) a matrix for supporting the loading generated by the pressure of the compressed fluid, the matrix extending three-dimensionally to the outer interface, the matrix being a series of mutually bonded at the contact points to contain the compressed fluid Having a gap of, the gaps are connected for uniformly distributing the fluid, and all portions of the matrix are subjected to hydrostatic tension when supporting pressure induced loading; (b) 매트릭스 내부에서 압축된 유체를 보관하기 위해, 매트릭스를 둘러싸고 있는 외부 커버링을 포함하고, 상기 외부 커버링은 바깥쪽 면과 대향한 안쪽 면을 가지며, 외부 커버링 내면은 매트릭스 외부 경계 면에 부착되고, 상기 외부 커버링은 유체가 침투할 수 없고, 외부 커버링은 매트릭스 외부 경계 면에 대해 인접하여 유지되며;(b) an outer covering surrounding the matrix for storing the compressed fluid inside the matrix, the outer covering having an inner surface opposite the outer surface, the outer covering inner surface attached to the matrix outer boundary surface; The outer covering is incapable of fluid penetration and the outer covering remains adjacent to the matrix outer boundary surface; (c) 매트릭스로 유체를 유입하고, 매트릭스에서 유체를 방출하기 위한 이동 장치를 포함하는데: 여기에서(c) a moving device for introducing fluid into the matrix and for releasing the fluid from the matrix, wherein: (d) 매트릭스와 유체 정압 유지 장치의 외부 커버링은 동일한 디자인 인자로 동일한 유압을 견디도록 형성되고, 동일한 모 재료로 만들어진, 외부 커버링 바깥쪽 면에 대해 측정된 동일한 전체 제적을 가지는 등가의 종래 셸 유형 압력 용기의 전체 구조 질량보다 적은 전체 구조 질량을 가지는, 압력 유지 장치.(d) The equivalent conventional shell type of the outer covering of the matrix and the hydrostatic pressure retaining device is formed to withstand the same hydraulic pressure with the same design factor and is made of the same parent material and has the same total volume measured against the outer covering outer surface made of the same parent material. A pressure holding device having a total structural mass less than the total structural mass of the pressure vessel. 제 18 항에 있어서, 상기 이동 장치는 외부 커버링에 부착된 하나 이상의 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 안쪽 면을 가지며, 이 노즐은 매트릭스 틈과 통하는관통하는 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.19. The pressure maintaining device of claim 18, wherein the moving device comprises one or more nozzles attached to an outer covering, the nozzle having an inner face, the nozzle having a hole through which a matrix gap is communicated. 제 19 항에 있어서, 유입하는 동안 매트릭스로 유체를 분배하고, 방출하는 동안 매트릭스에서 유체를 수집하기 위해, 매트릭스 틈 및 노즐 구멍과 통하는 망상 구조의 주요 간선을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.20. The pressure maintaining device of claim 19, comprising a main trunk of the network structure in communication with the matrix gaps and nozzle holes for dispensing fluid into the matrix during ingress and collecting fluid in the matrix during discharge. 제 18 항에 있어서, 내면은 이 내면을 매트릭스에 고정하기 위해서 매트릭스 안으로 기설정된 거리만큼 뻗어있는 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.19. The pressure maintaining device of claim 18, wherein the inner surface extends a predetermined distance into the matrix to secure the inner surface to the matrix. 제 18 항에 있어서, 외부 경계면 구조는 불규칙적인 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.19. The pressure retention device of claim 18, wherein the outer interface structure is irregular. 제 18 항에 있어서, 상기 매트릭스는 구조 폼(foam)인 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.19. The pressure maintaining device of claim 18, wherein said matrix is a structural foam. 제 23 항에 있어서, 상기 매트릭스는 Fraunhofer형 금속 폼인 것을 특징으로 하는 압력 유지 장치.24. The pressure maintaining device of claim 23, wherein said matrix is a Fraunhofer type metal foam. 압축된 유체를 보관하기 위한 유체 정압 유지 방법에 있어서,In the fluid static pressure maintaining method for storing the compressed fluid, (a) 3차원에서 매트릭스 구조를 외부 경계면으로 연장하고;(a) extending the matrix structure to outer boundaries in three dimensions; (b) 유체가 침투할 수 없는 외부 커버링으로 매트릭스를 둘러싸며;(b) surround the matrix with an outer covering in which fluid cannot penetrate; (c) 외부 커버링의 내면을 매트릭스의 외부 경계면으로 부착하고;(c) attaching the inner surface of the outer covering to the outer boundary of the matrix; (d) 매트릭스 외부 경계면에 대해 인접하여 외부 커버링을 유지하며;(d) maintain outer covering adjacent the matrix outer boundary; (e) 가압하에 유체를 매트릭스로 유입하고;(e) introducing the fluid into the matrix under pressure; (f) 매트릭스 내부의 접촉점에서 상호 결합된 일련의 구멍 안에 압축된 유체를 보관하며;(f) store the compressed fluid in a series of apertures interconnected at the points of contact within the matrix; (g) 외부 커버링으로 매트릭스 내부의 압축된 유체를 보관하고;(g) store the compressed fluid inside the matrix with an outer covering; (h) 압축된 유체의 압력에 의해 매트릭스에서 로딩을 유도하며;(h) induce loading in the matrix by the pressure of the compressed fluid; (i) 매트릭스의 모든 부분에서 유체 정역학적 장력으로 로딩을 지탱하고;(i) support loading with hydrostatic tension in all parts of the matrix; (j) 매트릭스로부터 유체를 방출하는 과정으로 이루어진 방법.(j) a process consisting of discharging the fluid from the matrix. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, (a) 외부 커버링에 노즐을 부착하고;(a) attaching a nozzle to the outer covering; (b) 매트릭스 틈과 노즐을 관통하는 오리피스를 연결하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 유지 방법.(b) connecting the matrix gap and the orifice through the nozzle. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, (a) 매트릭스 틈 및 노즐 오리피스와 망상의 간선을 연결하고;(a) connecting the matrix gap and the nozzle orifice with the reticulated edge; (b) 유입하는 동안 간선을 통하여 매트릭스로 유체를 분배하며;(b) distribute the fluid to the matrix through the trunk during inflow; (c) 방출하는 동안 매트릭스로부터 간선을 통하여 유체를 수집하는 과정으로구성되는 것을 특징으로 하는 압력 유지 방법.(c) collecting the fluid from the matrix through the trunk during discharge. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, (a) 내면 재료가 액체 상태로 유지될 때 매트릭스의 외부 경계면과 구성 성분의 내면을 나란히 배치하고;(a) arranging the outer boundary of the matrix and the inner surface of the constituent components side by side when the inner material remains in the liquid state; (b) 내면 재료를 가지고 기설정된 깊이까지 매트릭스 틈을 주입하며;(b) injecting the matrix gap with the inner material to a predetermined depth; (c) 내면 재료를 고체 상태로 바꾸어서, 이 구성 성분을 매트릭스에 부착하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 유지 방법.(c) converting the inner material into a solid state, and attaching this component to the matrix. 제 25 항에 있어서, 불규칙적인 구조로 바깥쪽 경계면을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 유지 방법.26. The method of claim 25, comprising forming an outer interface with an irregular structure. 제 25 항에 있어서, 구조 폼으로부터 매트릭스를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 유지 방법.The method of claim 25 including forming a matrix from the structural foam. 제 30 항에 있어서, Fraunhofer형 금속 폼으로부터 매트릭스를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 유지 방법.31. The method of claim 30 including forming a matrix from the Fraunhofer type metal foam. 압축된 유체를 보관하기 위한 유체 정압 유지 장치에 있어서,A fluid static pressure maintaining device for storing compressed fluid, (a) 압축된 유체의 압력에 의해 발생된 로딩을 지탱하기 위한 매트릭스를 포함하고, 상기 매트릭스는 3차원에서 외부 경계면으로 뻗어있으며, 이 매트릭스는 압축된 유체를 담고 있는 틈을 가지고, 매트릭스의 모든 부분은 압력 유도 로딩을 지탱할 때 유체 정역학적 장력을 받으며;(a) a matrix for supporting the loading generated by the pressure of the compressed fluid, the matrix extending to the outer interface in three dimensions, the matrix having a gap containing the compressed fluid, and having The part is subjected to hydrostatic tension when supporting pressure induced loading; (b) 매트릭스 내부에서 압축된 유체를 보관하기 위해, 매트릭스를 둘러싸고 있는 외부 커버링을 포함하는데, 상기 외부 커버링은 매트릭스 외부 경계 면에 부착된 내면을 가지고, 이 외부 커버링은 유체가 침투할 수 없으며, 외부 커버링은 매트릭스 외부 경계면에 대해 인접하여 유지되고;(b) an outer covering surrounding the matrix for storing the compressed fluid inside the matrix, the outer covering having an inner surface attached to the matrix outer boundary surface, the outer covering incapable of fluid penetration; The outer covering is kept adjacent to the matrix outer boundary; (c) 매트릭스 안으로 유체를 유입하고, 매트릭스에서 유체를 방출하기 위한 이동 장치를 포함하는 압력 유지 장치.(c) a pressure retention device comprising a moving device for introducing fluid into and exiting the fluid from the matrix. 압력이 가해질 때 유체로 유체 정압 유지 장치를 포함한 압력 용기를 채우는 방법에 있어서,A method of filling a pressure vessel including a fluid static pressure maintaining device with a fluid when pressure is applied, (a) (ⅰ) 내부 체적을 한정하는 둘 이상의 대향한 내벽을 가지는 탱크 몸체와 충전구를 가지는 압력 용기; 및(a) a pressure vessel having a filling body and a tank body having at least two opposing inner walls defining an interior volume; And (ⅱ) 내벽에 부착되고 탱크 몸체에 배치된 보강 매트릭스를 포함하고, 상기 보강 매트릭스 구조는 접촉점에서 상호 결합된 일련의 구형 틈을 가지는 몸체로 구성되는데 이 접촉점은 작은 구멍을 형성하고 인접한 틈 사이의 구멍 크기는 틈의 내부 표면적의 5% 이상을 초과하지 않는, 유체 정압 유지 장치를 포함한 압력 용기를 얻고,(Ii) a reinforcing matrix attached to the inner wall and disposed in the tank body, said reinforcing matrix structure consisting of a body having a series of spherical gaps joined together at a contact point, the contact point forming a small hole and between adjacent gaps. Obtain a pressure vessel with a fluid static pressure holding device whose pore size does not exceed at least 5% of the inner surface area of the gap, (b) 가압 하에 유체로 압력 용기를 일부 채우는 과정으로 이루어진 방법.(b) partially filling the pressure vessel with a fluid under pressure. 유체 정압 유지 장치를 포함한 압력 용기에서 가압 하에 유체를 보관하는 방법에 있어서,A method of storing a fluid under pressure in a pressure vessel including a hydrostatic pressure maintaining device, (a) (ⅰ) 내부 체적을 한정하는 둘 이상의 대향한 내벽을 가지는 탱크 몸체와 충전구를 가지는 압력 용기; 및(a) a pressure vessel having a filling body and a tank body having at least two opposing inner walls defining an interior volume; And (ⅱ) 내벽에 부착되고 탱크 몸체에 배치된 보강 매트릭스를 포함하고, 상기 보강 매트릭스 구조는 접촉점에서 상호 결합된 일련의 구형 틈을 가지는 몸체로 구성되는데 이 접촉점은 작은 구멍을 형성하고 인접한 틈 사이의 구멍 크기는 틈의 내부 표면적의 5% 이상을 초과하지 않는, 유체 정압 유지 장치를 포함한 압력 용기를 얻고,(Ii) a reinforcing matrix attached to the inner wall and disposed in the tank body, said reinforcing matrix structure consisting of a body having a series of spherical gaps joined together at a contact point, the contact point forming a small hole and between adjacent gaps. Obtain a pressure vessel with a fluid static pressure holding device whose pore size does not exceed at least 5% of the inner surface area of the gap, (b) 압력 용기에 가압 하에 유체를 두고;(b) placing the fluid under pressure in a pressure vessel; (c) 압력이 가해질 때 유체가 압력 용기에서 유지되도록 허용하는 과정으로 이루어진 방법.(c) allowing the fluid to remain in the pressure vessel when pressure is applied.
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