KR20170096222A - 유체 컨테이너 - Google Patents

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KR20170096222A
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sheet
layer
sheets
container
zone
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앤드류 웨이스버그
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에이치2세이프 엘엘씨
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Abstract

컨테이너의 파괴의 경우 유체 유동의 제어를 위해 제공되는 컨테이너가 개시된다. 본 발명의 실시예들에 따라, 컨테이너 벽; 및 상기 컨테이너 벽에 결합되는 하나 이상의 유동 지연 구조체를 포함하는 컨테이너가 제공되며, 하나 이상의 유동 지연 구조체들 중 적어도 하나는 컨테이너 벽의 파괴시 유동을 지연시키도록 변형하는 다중-시트 층이다. 소정의 실시예들에서, 다중-시트 층은 개별 시트들 사이에 형성된 캐비티들을 포함한다.

Description

유체 컨테이너{FLUID CONTAINER}
관련 출원
본 출원은 2010년 6월 29일에 출원된, 미국 가출원 제 61/359,502호, 및 2011년 6월 29일에 출원된, 미국 정규 출원 제 13/172,386호를 우선권으로 청구하며, 이들 모두는 본 명세서에서 전체적으로 참조된다.
기술 분야
본 발명은 유체 물질의 저장 및/또는 수송을 위한 컨테이너에 관한 것이다.
특히 대안 에너지 시스템 연료, 예를 들면 수소 또는 천연 가스 뿐만 아니라 다른 연료를 위한, 유체의 저장 및 수송을 위한 격납용기(containment vessel)에 대한 관심이 증가하고 있다. 유체의 격납을 용이하게 하는 것에 부가하여, 격납용기는 또한 격납용기와 관련하여 예상되지 않은 사고의 경우에 안전에 대비하여야 한다.
지금까지, 특히 수소와 같은 유체를 위한 격납용기의 안전성의 개선을 거의 달성하지 못하였다. 압력 용기 및 파이프라인에서의 재료 및 구성 방법이 상당히 진보되었지만, 1980년대 이래로 컨테이너 형태에서의 기술 혁신이 거의 없다. 재료 및 방법에서 이 같은 진보는 파괴(catastrophic)를 시작시키는데에 필요한 손상 세기의 한계치를 증가시킴으로써 컨테이너 안전에 직접 기여해 왔다. 유체의 조성 및 첨가제에서의 다른 진보는 유체 및 첨가제의 격납의 안전을 증가시켰다. 컨테이너 안전에서의 하나의 진보가 고긴(Goggin)의 미국 특허 제7,694,840호에서 설명되며, 이 미국 특허 제7,694,840호는 파괴(failure)의 경우 이들의 안전성을 근본적으로 증가시키는 격납용기의 형태에 있어서의 기술 혁신을 설명한다.
따라서, 유체 물질의 저장 및 수송을 위하여 보다 더 안전하고 진보된 컨테이너에 대한 즉각적인 요구가 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 컨테이너는 컨테이너 벽; 및 상기 컨테이너 벽에 결합되는 하나 이상의 유동 지연 구조체(flow impeding structure)를 포함하며, 상기 하나 이상의 유동지연 구조체 중 적어도 하나는 컨테이너 벽의 파괴시 유동을 지연시키기 위해 변형되는 다중-시트 층이다. 소정의 실시예들에서, 다중-시트 층은 개별 시트들 사이에 형성된 캐비티들을 포함한다.
소정의 실시예들에서, 컨테이너는 내용물 구역; 및 상기 내용물 구역 및 외계의 주변 구역을 구비한 경계면(interface)을 형성하는 하나 이상의 다중-시트 층을 포함하는 다중-시트 구역을 포함한다. 소정의 실시예들에서, 다중-시트 층은 복수의 평면형 층들; 및 복수의 평면형 층들 사이에 위치되는 하나 이상의 캐비티 형성 층을 포함한다.
이들 실시예들 및 다른 실시예들은 첨부되는 도면들에 대해 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 파이프라인을 도시하며,
도 1c는 도 1a 및 도 1b에 도시된 파이프라인과 유사한 파이프라인 내의 유체 제어를 도시하며,
도 1d, 도 1e, 및 도 1f는 파이프라인 코어 내에서 이용될 수 있는 유체 제어 장치의 소정의 예들을 제공하며,
도 2a, 도 2b, 도 2c, 및 도 2d는 도 1a 및 도 1b에 도시된 파이프라인 컨테이너의 벽 내의 파열부(breach)를 도시하며,
도 3a 및 도 3b는 예를 들면 도 1a 및 도 1b에 도시된 파이프라인(100) 내의 내부 층(111)으로서 사용되거나 또는 유동 지연 층으로서 자체적으로 이용될 수 있는 본 발명의 다중-시트 실시예를 도시하며,
도 3c는 도 3a 및 도 3b에 도시된 다중-시트 구조체의 시트들 사이의 유체 유동을 도시하며,
도 4a 및 도 4b는 각각 파열 전 및 후 도 3a 및 도 3b의 다중-시트 실시예의 횡단면을 도시하며,
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 5d 및 도 5e는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 비-주기적 다중-시트 구조체를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 다른 다중-시트 실시예를 도시하며,
도 7은 컨테이너 파열의 즉각적인 영향 상태에 있는 도 6의 다중-시트 구조체를 도시하며,
도 8a, 도 8b, 도 8c, 및 도 8d는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 라이닝되고 코팅된 가압 격납용기를 도시하며,
도 9a, 도 9b, 도 9c, 및 도 9d는 컨테이너의 다중 유동 지연 실시예의 개략적인 버블 다이어그램(bubble diagram)을 도시한다.
도면에서, 동일한 도면부호를 가지는 요소는 실질적으로 동일한 기능을 가진다. 또한, 도면은 스케일대로 도시되지 않았다. 대상물은 단지 예시적으로 도시되며 상대적인 크기는 정확하지 않다. 또한, 소정의 개념을 도시하기 위해 도면이 제공되며, 본 발명의 실시예들의 원리를 더 잘 설명하기 위해 과장될 수 있다.
후술하는 설명에서, 본 발명의 소정의 실시예들을 설명하는 특정된 상세 설명들이 제시된다. 본 발명이 이러한 특정된 상세 설명들 중 일부 또는 모두가 없이 실시될 수 있다는 것이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하게 될 것이다. 제시되는 특정 실시예들은 본 발명을 설명하는 것으로 의도되지만 이에 제한되는 것은 아니다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 비록 특별히 여기서 설명되지는 않지만, 본 명세서의 범위 및 사상 내에 있는 다른 구조, 재료, 및/또는 구성요소의 상대적인 위치를 인식할 수 있다.
본 발명의 소정의 실시예들은 파열과 같은, 컨테이너에서 발생될 수 있는 파괴를 초래할 수 있는 사고를 제어하는데 도움이 되도록 작동된다. 유체 유동이 사고 동안 제어되지 않는 경우, 이 같은 사고가 파괴로 이어질 수 있다. 몇몇의 관련된 파괴 사고는 대안적인 에너지 또는 화학적 프로세싱 혁신의 채택을 중단하기에 충분할 수 있다. 대부분의 위험한 재해 사고는 혼합된-요소와 및 혼합된 메커니즘의 "연쇄 반응들(chain reactions)"이며, 여기서 컨테이너 파괴는 연쇄 반응에서의 필연적인 연결고리이다. 많은 경우, 단순히 불편한 고장(breakdown)이 아닌 파괴적인 고장(failure)을 초래할 수 있는 연쇄적인 사고는 사고 동안 적절한 유동 제어에 의해 중단될 수 있다.
본 발명의 소정의 실시예들은 매우 다양한 컨테이너들의 안전을 개선하는 구조체를 제공한다. 소정의 실시예들에서, 동일한 구조체들은 또한 특정 유체들을 위한 컨테이너들의 소정의 실시예들의 작동 경제성을 개선할 수 있다.
컨테이너들은, 유체의 위치를 제한하거나 제한하려고 시도하는 임의의 장치, 예를 들면 파이프라인 또는 탱크일 수 있다. "컨테이너"라는 용어는 본 명세서에서 임의의 유체 격납장치에 대한 간단 명료한 용어로서 사용된다. 컨테이너들은 그들의 유체 내용물의 부분 또는 전체의 위치를 제한하며, 소정의 컨테이너들은 또한 컨테이너의 섹션 모두 또는 일부분, 또는 외부 충돌 유체의 모두 또는 일부분의 위치를 제한할 수 있다. 예를 들면, 컨테이너의 소정의 실시예들은 파열 컨테이너의 조각이 도달할 수 있는 장소를 제한할 수 있는 반면에, 컨테이너들의 나머지 실시예들은 '유체'(예를 들면, 그렇지 않으면 컨테이너를 천공하는, 공기를 통하여 탄도식으로 이동하는 파편)가 침투할 수 있는 위치를 제한할 수 있다. 본 발명의 소정의 실시예들은 정지형 컨테이너 뿐만 아니라 이동식(예를 들면, 차량) 컨테이너, 수송가능한(용이하게 재배치가 가능하지만 이동중에 반드시 가동되는 것은 아님) 컨테이너를 포함할 수 있다.
많은 종류의 장치들이 컨테이너로서 지칭될 수 있다. 포함될 수 있는 물리적 컨테이너들 중에서, 본 발명의 실시예들은 병, 탱크, 파이프라인, 호스, 사발, 통, 용기 및 래퍼이다. 컨테이너는 예를 들면 차량 연료 탱크, 초대형 유조선 저장 탱크, 포크-리프트 연료 탱크, 파이프라인, 또는 정지형 저장 용기를 포함할 수 있다.
본 발명의 소정의 실시예들은 예를 들면, 유체, 진공, 및 유동할 수 있는 재료들의 조합과 같은 재료의 격납에 적용가능하다. 본 명세서에서, '유동(flow)'은 순수 물질들 또는 혼합 물질들이 한 장소로부터 다른 장소로 이동하는 프로세스를 지칭한다. 상기 물질들은 진공, 가스, 액체, 슬러리, 및/또는 플라즈마에 혼합된 물질뿐만 아니라 입자, 알갱이, 덩어리, 파편, 부스러기, 및 심지어 인공물의 혼합물일 수 있다. 이들의 유동은 예를 들면 입자 분산, 점성력, 중력, 화학적 영향, 탄도 궤도, 또는 다른 메커니즘(예를 들면, 정전기, 정자기, 또는 전자기 커플링)에 의해 좌우된다.
본 발명의 소정의 실시예들은 컨테이너 내의 유체들의 향상된 격납 또는 이들의 구성 성분의 분포를 제공한다. 격납은 유체의 모두 또는 부분들의 위치의 제어를 지칭한다. 격납은 컨테이너에 대한 돌발적인 손상 뿐만 아니라 고비용의 작동, 예상외 작동, 원하지 않는 환경, 비-공칭(off-nominal) 작동, 부분적으로 손상된 작동 동안 수행될 수 있다. 안전을 개선하고 사고로 인한 위험 및/또는 경제적 손실을 완화하는 외에, 개선된 격납은 컨테이너 및 이의 유체 내용물의 개선된 제어 및 작동 경제성을 제공할 수 있다. 본 발명의 소정의 실시예들은 예를 들면 의도되지 않은 사고 동안의 격납에 부가하여, 충전 및/또는 비움 동안의 출렁거림, 층화(stratification), 충전 속도, 배출 속도 및 열 과도 현상을 제어하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 소정의 실시예들은 정적으로, 동적으로, 또는 일시적으로 유체 격납을 제공할 수 있다. 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 격납은 특정 상황에서 유체 유동의 속도를 상당히 감소시킬 수 있다. 소정의 실시예들은 다른 시간 척도 내에 유동을 감소시킬 필요 없이, 소정의 시간 척도 내에 유동을 지연시킬 수 있다. 예를 들면, 컨테이너의 충전은 컨테이너의 파열이 지연되는 동안 지연 없이 수행될 수 있다. 소정의 실시예들은, 다른 위치 또는 방향으로의 유동을 반드시 감소시키지 않으면서, 컨테이너 내의 특정 위치 또는 방향으로의 유동을 지연시킬 수 있다.
본 발명의 소정의 실시예들은 컨테이너 내에서 전체적으로 유동을 상당히 감소시키는 반면, 다른 실시예들은 또한 컨테이너와 컨테이너의 주변 사이의 경계면을 가로지르는 유동을 감소시킬 수 있다. 소정의 컨테이너 실시예들은 통 또는 파이프라인과 같은 개방 단부형일 수 있고, 다른 컨테이너 실시예들은 위험 재료 백, 압력 용기, 연료 저장 탱크, 또는 다른 이 같은 구조체와 같은 폐쇄형일 수 있다. 소정의 컨테이너들은 배관, 예를 들면 컨테이너 내에 저장된 유체의 유입 및 유출을 허용하는 장치(예를 들면, 대부분의 압력 용기와 유사함), 및 컨테이너 내로 또는 밖으로 유체를 연결하기 위한 커플링을 포함한다. 따라서, 컨테이너는 예를 들면, 입구, 출구, 벽, 내부 배플, 외부 셀, 덮개(lid), 커버, 압력 해제 장치, 버스트(burst) 격벽, 밸브, 및 무수한 배관 장치와 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 라이너 및 코팅은 그 안으로 이동하고 이에 후속하여 컨테이너의 구조적 성능 또는 화학적 성능을 공격하는 유체, 또는 다른 구성요소들(즉, 벽, 셀, 등)을 통하여 스며드는 유체로부터 다른 고체 성분을 보호하는 종래의 컨테이너 구성요소이다.
컨테이너는 다른 유동을 제한하는 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 해양 탱크 용기 및 액체 연료 로켓은 내부 슬러시 배플(slosh baffle)을 포함할 수 있다. 컨테이너 및 이의 내용물이 차량 질량의 상당한 부분을 구성하는 차량의 제어를 유지하기 위해, 배플은 내부 유체 유동을 지연시킬 수 있고 이에 의해 수용된 유체의 동적 운동을 제한한다. 유체의 내부 유동을 지연시키도록 설계된 다른 장치들은 궤도에 있을 때 액체를 축출하도록 설계된 우주선 추진제 탱크, 종래에 '소음장치'로 불리는 포신 연장부, 및 종래에 '머플러'로 불리는 장치 내의 배출 파이프(exhaust pipe)로부터 차량 음향 방출을 포함한다.
예를 들면 파열의 경우에 컨테이너를 통한 유체 유동의 제어를 위한 소정의 기하학적 형상이 고긴의 미국특허 제7,694,840호에 설명되며, 이 미국 특허는 본 명세서에서 전체적으로 참조된다. 고긴은 구조체를 통한 유체의 제어된 방출 및 유체의 제어된 유동을 허용하는, 물질을 위한 격납용기를 설명한다.
본 발명의 소정의 실시예들에 따른 구조체는 형상이 유체 동적 힘에 의해 변화될 수 있어서 유동을 지연시키는 종래의 본드형 물질 뿐만 아니라, 느리게 움직이는 점성 또는 겔형 물질을 포함하는 고체 물질에 의해 실현될 수 있다. 이 같은 형상 변화들은 특정 유동 상태에 반응하는 접힘, 신장, 굽힘 및 좌굴(buckling)을 포함할 수 있다.
소정의 실시예들에서, 적어도 하나의 구조체가 하나 이상의 "시트들(sheets)"로 형성될 수 있다. 시트는 그 두께보다 실질적으로 더 큰 표면 크기를 구비한 구조체이다. 소정의 실시예들에서, 시트들은 컨테이너의 다른 시트들 또는 다른 부분들에 구조적으로 부착될 수 있다. 그러나 유동 제어의 기능성은 유동을 나르는 시트들에 의해 제공된다. 캐비티들이 시트들 사이에 형성될 수 있다. 캐비티들은 개방형 또는 폐쇄형일 수 있다. 캐비티들은 유동의 방향 수정을 제공하여, 이에 의해 적어도 하나의 방향으로 유동의 지연 또는 유동의 제한의 시간 척도(time scale)를 변경한다. 갭들은 시트들 두께에 대해 수직한 방향(즉, 시트 표면적을 따라)으로 공칭 유동을 가능하게 하도록 시트들 사이에 형성된 캐비티들이지만, 돌발적이거나 일시적인 유동에서 시트들은 대부분의 유동을 차단하기 위해 갭이 붕괴될 수 있거나 자체적으로 재배열될 수 있다.
압력차(예를 들면, 파이프라인 벽, 컨테이너 압력 셀)에 의한 그리고 장착력(예를 들면, 보스, 플랜지, 스커트)에 의해 기계적 부하를 견디는 종래의 컨테이너 구성요소는 본 발명의 소정의 실시예들에 따라 컨테이너 내의 상대적인 운동을 지연하도록 다중-시트 구조체를 위하여 고정 위치를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 파이프라인(100)을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 파이프라인(100)은 다수의 동심 층들로 라이닝되고, 예시를 위해 다수의 동심 층들 중 2개 층, 즉 내부 층(111) 및 중간 층(112)이 외부 파이프 벽(114) 내에 도시된다. 소정의 실시예들에서, 임의의 개수의 층들이 있을 수 있으며, 2 개의 층들(층들(111, 112)이 단지 예시적인 목적을 위해 여기서 도시되었다. 대체로, 층들(111, 112)은 단일-시트 구조체 또는 다중-시트 구조체일 수 있다. 이러한 예에서, 2개의 상이한 층들(111, 112)은 파이프라인 벽(114)의 내부면에 인접하게 조립되어, 층(112)은 벽(114) 내에 크랙(crack) 또는 파열(rupture)과 같은 임의의 파열부의 에지 상에 나타날 수 있는 극도의 거칠기로부터 뿐만 아니라 벽(114)의 내경 상에 존재할 수 있는 그로스 가우지(gross gouge) 및 범프로부터 기능하도록 층(111)의 성능을 차폐한다. 정상 작동 하에서, 유체는 내부 층(111)에 인접한 개구(115)를 통하여 파이프라인(100)을 따라 유동한다.
도 1a는 파이프라인(100)의 절개된 섹션의 기울어진 도면을 도시한다. 파이프라인(100)의 도 1a의 기울어진 도면은 경사져서 벽(114)에 대해 층들(111, 112) 사이의 관계를 도시하기 위해, 파이프라인(100)의 축선이 도면에 대해 거의 수직하다. 도 1b는 벽(114)에 대해 층들(111, 112)을 도시하도록 충분한 절개된 파이프라인(100)의 측면도를 도시한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예의 파이프라인(100)에서, 내부 층(111)은 천공되고 텍스쳐링된(textured) 층일 수 있으며, 이는 예를 들면 약간의 반경방향 압축에 의해 서로 약하게 밀봉되는 자체적 다중 텍스처링된 시트들로 이루어질 수 있다. 내부 층(111)은 중간 층(112)에 의해 형성된 유연하고 매끄러운 내부 표면층 내에서 슬라이딩되도록 반경방향 압축에 의해 속박될 수 있거나, 파이프라인(100) 내의 파열에 의해 발생된 파열부 내로 유체력에 의해 당겨지도록 내부 층(111)이 중간층(112)으로부터 이탈되도록 내부층(111)이 중간층(112)에 약하게 부착될 수 있다. 또한, 내부층(111)은 통로(117)를 포함할 수 있어 내부층(111)의 시트들 사이의 유동을 허용하도록 한다.
중간층(112)의 외부 표면은 또한 반경방향 압축 또는 약한 부착에 의해 속박될 수 있어서 파이프라인 구조적 벽(114) 내에 고정상태를 유지한다. 위에서 설명된 바와 같이, 내부층(111), 중간층(112) 및 구조적 벽(114)은 중공형 코어 개구(115)를 둘러싸고 파이프라인(100)을 따른 의도된 유동에 대해 최소 지연을 제공한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 유체는 공칭 작동 동안 파이프라인(100)의 내부 층(111)의 통로(117) 내 및 중공형 코어 개구(115)로 강제된다.
대체로, 임의의 개수의 층들은 파이프라인(100) 내에 포함될 수 있다. 각각의 층들은 층의 두께에 대해 수직하게 그리고 그 결과 파이프라인(100)의 벽(114)에 대해 수직하게 유동 제한을 제공한다. 대체로, 비록 도 1a 및 도 1b가 긴 원통형 파이프라인(100)을 도시하지만, 파이프라인(100)은 임의의 횡단면 형상일 수 있으며, 예를 들면 엘보우 및 T-커넥터와 같은, 비-직선형 튜브 축 또는 벽의 평탄부를 포함할 수 있다. 또한, 소정의 실시예들은 유체의 유동을 제어하도록, 혼합을 촉진하도록, 또는 분리를 방지하도록 코어(115) 내에 적용된 시트 구조체들을 포함할 수 있다. 이 같은 추가의 구조체들은 부가 파이프라인 펌핑 능력 요건을 희생하면서 이용될 수 있다.
도 1c는 코어(115) 내의 유동 제어 장치(120)를 구비한 파이프라인(100)을 도시한다. 유동 제어 장치(120)는 혼합, 분리, 층류 유동, 난류 유동, 또는 파이프라인(100) 내의 유체의 유동을 제어하는 다른 기능성을 제공하도록 기능할 수 있다. 파이프라인(100)은 장치들(120) 중 다수의 장치를 포함할 수 있으며 추가의 장치(120)는 파이프라인(100)의 길이와 동일 선상에 있을 수 있으며, 코어(115)의 횡단면적의 임의의 부분을 이용할 수 있다.
도 1d, 도 1e 및 도 1f는 유동 제어 장치(120)의 예를 도시한다. 도 1d의 장치(120)는 혼합 장치를 도시하고 팬 블레이드와 유사한 핀(122)들을 포함한다. 핀(122)은 코어(115) 내의 유동에 소용돌이를 부여한다. 시계방향 및 반시계방향 소용돌이를 부여하는 핀(122)들의 연속 스테이지는 혼합을 촉진할 수 있다.
도 1e에 도시된 장치(120)는 루버(124)들을 포함한다. 루버(124)들은 십자형으로 해칭되고 난류를 억제하고 층류 유동을 증진하도록 평행하게 배치된다. 루버(124)들은 혼합을 억제하고 코어(115) 내의 계층화를 보존할 수 있다.
도 1f에 도시된 장치(120)는 충돌 루버(126)들의 측면도를 도시한다. 루버(126)들은 혼합 및 난류를 증진하고 계층화를 감소하도록 코어(115)의 축에 대해 내부로 각도를 형성할 수 있다.
도 2a는 파이프라인(100)의 일부분이 파열부(221)를 형성하도록 파열된 후 도 1a 및 도 1b의 파이프라인(100)을 보여준다. 예시 목적을 위해, 파열부(221)는 계속되는 결함으로서 알려진 파열부의 가장 통상적인 형태일 수 있으며, 여기에서 크랙은 상당한 거리 동안 거의 튜브의 축을 따라 전파된다. 포크 리프트 또는 "디치 위치(ditch witch)" 블레이드에 의해 유발될 수 있는 바와 같은 관통 손상과 같은 다른 형태의 파이프라인 파열이 또한 통상적이며, 또한 이러한 실시예에 의해 완화된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 대체로 온전한 다중-시트 내부 층(111)이 부분적으로 파열부(221)를 통하여 돌출할 때 벌지(bulge; 223)가 형성된다. 또한, 매끄러운 에지(222)는 중간 층(112)이 파열부(221)를 통하여 강제될 때 형성된다.
도 2b, 도 2c, 및 도 2d는 파열부(221)의 확대도에서 층들(111, 112)의 작동을 추가로 도시한다. 도 2b는 파이프라인(100) 외부의 벽(114) 내의 파열부(221)를 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 중간층(112)은 파열부(221)를 통하여 돌출되어 파열부(221) 둘레의 벽(114)의 거친 면들을 펼친다. 전형적으로 파열부(221)에서, 벽(114)의 재료가 파괴되어 파열부(221) 둘레에 거친 톱니형 에지(jagged edges)를 유발한다.
도 2c는 파열부(221)의 도 2b에 도시된 방향 A-A를 따른 횡단면을 도시한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 벽(114) 내의 갭에 형성된 파열부(221)는 파손된(broken) 중간 층(112)에 의해 라이닝된다. 중간층(112)은 매끄러운 에지(222)를 형성하도록 벽(114) 내의 거친 에지를 매끄럽게 하는 기능을 한다. 이어서 벌지(223)를 형성하도록 파열부(221) 내로 돌출하는 내부 층(111)은 파열된 벽(114)의 톱니형 에지에 의한 천공으로부터 보호된다. 이 같은 구조에서, 내부벽(111)은 신장되고 내부 벽의 다중-시트 구조체가 자체적으로 벌지(223)를 제공하기 위해 변형되며, 이에 의해 벽(114)에 수직한 유체의 유동을 제한한다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 중간층(112) 및 내부층(111)은 벽(114) 내의 파열부(221)를 통하여 분출되지만, 단지 벽(114) 및 중간층(112)은 파열부(221) 내에서 파열된다. 중간층(112)은 자체적으로 파열부(221) 내에 매끄러운 오리피스(222)를 형성하도록 단지 바깥쪽으로 찢어진다. 내부층(111)은, 파열부(221)에서 비틀리지만 온전한 유동 지연 배리어를 형성하도록, 오리피스(222)를 통하여 코어(115)로부터 유체 압력차에 의해 구동되어 이동하는 동안, 미끄러지고 팽출하여 상이한 층 형상으로 자체적으로 압출된다.
도 2d는 크랙 선단(224)에서 벽(114) 내의 파열부(221)가 존재하는 상태에서 내부 층(111) 및 중간 층(112)의 작용을 더 도시한다. 도 2d는 도 2b에서 도시된 B-B를 따른 횡단면도이다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 벽(114) 내의 파열부(221)에서 벽 재료는 가압되어 날카롭게 형성될 수 있다. 중간층(112)은 파손된 벽(114)의 톱니형 에지를 라이닝하여 매끄러운 에지(222)를 형성한다. 한편, 내부층(111)은 자체를 파열부(221) 안으로 벌지(223)로 재형성하여, 파이프(100)를 계속 밀봉한다. 파열부(221) 내에서 배리어가 되는 층(111) 내의 이 같은 상대적 운동에 의해 형성된 뒤틀림은 파열부(221)를 통한 그리고 이 둘레의 유동을 지연하도록 층(111)의 의도적으로 설계된 다중-시트 구조체와 조합한다.
소정의 실시예들에서, 중간층(112)은 매끄러운 물질의 단일 시트이다. 이와 같이, 중간층(112)은 플라스틱, 고무, 연성 금속, 또는 매끄러운 에지(222)를 형성할 수 있는 다른 재료의 단일 시트일 수 있다.
도 3a는 도 1a 및 도 1b에 도시된 예를 들면 파이프라인(100)의 내부층(111)으로서 유동을 지연하기 위해 이용될 수 있거나, 또는 임의의 컨테이너의 용적 전체에 걸쳐 또는 벽에 자체적으로 인접함으로써 이용될 수 있는 층(300)의 일 실시예를 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 층(300)은 다중-시트 구조체이다. 이러한 도면은 더 넓은 층의 정사각 섹션이며, 모서리부는 복수의 개별 시트(320)에 의해 형성된 내부 배열을 나타내기 위하여 추가로 절개되었다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 총괄적으로 시트(320)로 표시되는, 다중 텍스쳐링된 시트(302, 304, 306, 308, 310, 312 및 314)를 포함하는 층(300)이 도시된다.
도 3b는 층(300)의 개별 시트들(320)을 추가로 보여주는 분해도를 도시한다. 대체로, 임의의 개수의 개별 시트들은 다중-시트 구조체에서 이용될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 층(300)의 시트들은 캐비티들(330)이 층(300) 내에 형성되고 추가로 통로들(316)이 형성될 수 있어서 층(300)을 통한 유체 유동을 허용할 수 있도록 배열될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 하나의 시트 상의 형상부들은 이웃하는 시트 상의 형상부들에 대해 정렬될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 층들(302, 306, 310, 314)은 층(300)의 두께의 수직 방향으로(즉, 층(300)의 대 표면적에 대해 수직한) 구조체를 가지지 않는 편평한 시트들이다. 시트들(304, 308, 312)은 수직 방향, 예를 들면 층(300)의 두께를 따른 방향으로 구조체를 가질 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 시트(304, 308, 312)는 층들(305, 308, 312) 중 하나의 층의 공간 용적이 층들(305, 308, 312) 중 나머지 층들내의 유사한 공간 용적과 정렬되지 않도록 배열된 "머핀-틴(muffin-tin)" 구조체일 수 있다.
다중 텍스처링된 시트들(320)(시트(302, 304, 306, 308, 310, 312, 314) 상의 형상부의 기하학적 형상은 도 3a 및 도 3b에서 명료성을 위해 시트(304, 308, 312)의 각각의 평면의 6각형의 폐쇄 패킹 타일링(packed tiling)으로서 도시된다. 또한, 명료성을 위해, 시트들(302, 306, 310, 314) 사이에 시트들(304, 308, 312)이 배치된 2 개의 시트 기하학적 형상의 3개의 반복만이 도시된다.
층(300)은 개별 시트들의 임의의 개수의 반복을 포함할 수 있다. 시트들의 다수성이 도 3a 및 도 3b에서 적은 개수의 시트를 가지고 도시되며, 이들의 주기성이 명료성을 제공하기 위해 시트의 표면적에 대해 수직하게 충분히 크게 도시된다. 그러나 더 많은 층들 및 더 미세한 수직 층 간격은 실질적으로 유동 지연을 증가시킬 수 있으며, 반면 단지 2개의 층 및 층(300)이 이용되는 컨테이너의 크기의 약 50% 크기의 수직 주기성이 유동 지연을 여전히 제공할 수 있다. 또한, 비록 도 3a 및 3b는 시트들(320)이 반복되는 예를 도시하며, 각각의 시트(320)는 층(300)의 성능 매개변수를 최적화하기 위해 상이할 수 있다. 또한, 비주기적(예를 들면, 펜로즈(Penrose)), 카오틱(chaotic), 및 랜덤 타일링과 같은 다른 타일링 뿐만 아니라 상이한 배향의 삼각형, 직사각형, 또는 부등변 사각형을 포함하는 시트들(320)의 평면을 주기적으로 타일링하는 다른 텍스쳐 및 구멍 기하학적 형상은 시트들(304, 308, 312)의 개별 시트들로서 이용될 수 있다.
소정의 실시예들에서 시트들(320)은 평면형(예를 들면, 벤딩되지 않은 시트 금속)일 수 있지만, 다른 소정의 실시예들에서는 시트들은 평면형이 아닐 수 있으며, 다른 소정의 실시예들에서는 시트들은 구멍들(316)이 관통될 수 있다. 소정의 실시예에서, 층(300)은 베드 시트들 또는 주름형 시트 금속, 예를 들면 시트들(320)이 엄격히 평면형이 아닌 주로 국부적으로 평행한 구조체들의 적층으로부터 형성될 수 있다. 다른 시트들(320)은, 개별 시트들(320) 사이에 밀봉을 구비하거나 구비하지 않고, 자체적으로 공간-패킹 셀 또는 구획부(캐비티들) 내로 배열될 수 있다. 층(320)은 예를 들면 원통형 구조체를 형성하도록 또는 구조적 셀의 곡률에 일치하도록 또는 다른 구조체에 체결되도록 임의의 패턴으로 벤딩될 수 있다.
시트들(320)의 두께는 일정할 필요가 없다. 시트들(320)은 이들의 공칭 작동으로 서로 고정될 수 있거나 고정되지 않을 수 있지만, 일시적인 유동을 방해하도록 제위치에 그리고 적절한 배향으로 남아 있는 공칭 작동에서 컨테이너에 고정된다. 이어서 층(300)은 유동에 대한 지연으로서 작용하는 고체 시트 재료를 구비한 인접한 캐비티들(330)을 분리하는, 복수의 시트들(320)로 형성될 수 있다. 캐비티들(330)의 형상은 소정의 실시예들에서 고정될 수 있거나, 또는 캐비티들(330)은 특정 상태 하에서 유동을 제한하기 위해 동적으로 형상을 변화시킬 수 있다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b에 도시된 층(300) 내의 소정의 예시적인 유동 패턴들(318)을 도시한다. 공칭 작동 동안, 유체는 시트(320) 내의 텍스쳐에 의해 형성된 통로 내의 주기적 오리피스(316)를 통한 구획부들 사이를 유동한다. 예를 들면, 오리피스(316)는 내부 층(111)에서 도 1a 및 도 1b에 도시된 구멍(117)에 대응한다. 시트(320) 내의 이러한 오리피스(316)는 의도적으로 정렬되지 않아서, 하나의 오리피스에 의해 형성된 제트(jet)가 시트(320)의 하나의 표면상에 정체되지 않고 다른 오리피스 내로 직접 유동할 수 없게 된다.
유체로 채워질 수 있는, 캐비티(330)의 크기 및 형상은 시트의 간격에 의해, 그리고 시트(320) 내의 구멍(316)의 상대 위치 및 치수에 의해 설정될 수 있다. 크기는 특정 시간 척도 상의 유동을 제한하도록 명확하게 설계된 유동 기하학적 형상을 위한 공간 스케일을 제공한다. 상기 공간 스케일은 짧게는 마이크로-배터리를 위해 30 나노미터로부터 슈퍼 탱커를 위해 30 미터까지 변화될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 캐비티들(330)은 파열 또는 관통의 경우에 붕괴되어, 돌발적인 파열의 경우 공칭 내부 시트 충전 및 축출 동안 비교적 비지연 유동을 초크-오프 유동(chocked-off flow), 오리피스-지연 유동, 또는 강화된-난류 유동으로 변화시킨다.
시트들(320) 사이의 유동 경로(318)는 시트(320)의 표면에 대해 평행할 수 있고 비교적 매끄럽거나 시트(320) 상의 표면 형태부에 의해 난류를 강제할 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 유동 경로(318)는 거의 직선형이거나, 유동 경로는 꼬불꼬불(tortuous)할 수 있다. 구불구불한(serpentine) 경로(318)는 일련의 정체성, 충돌 회전을 구비한 유체 유동 상에 매우 높은 항력을 부과할 수 있다. 개방 및 핀칭 오프 경로(318)는 누설 제어를 위한 소정의 실시예들에서 바람직할 수 있다.
소정의 경우에서, 유동 경로들(318)은 분기될 수 있으며 유동 경로들은 시트들(320) 내의 구멍들(316)에 제공될 수 있다. 분기 유동 경로들은 상이한 성분의 유체들을 분리할 수 있으며, 이는 상이한 성분의 유체들을 분리하도록 소정의 컨테이너의 목적을 실현할 수 있다. 시트들(320) 상의 수렴 분기 및 난류-유도 표면 텍스쳐는 이들의 유체 구성 성분들을 혼합하는 다른 컨테이너들의 목적을 촉진할 수 있다.
소정의 실시예들에서, 시트들(320)의 열적 특성은 특정한 열적 목적을 달성하도록 배열될 수 있다. 시트들(320)을 가로지르는 열 전도는 현재의 내용물을 가진 입구 유체의 평형을 증진할 수 있어, 압축 가스를 수용하기 위해 적용된 소정의 실시예들에서 작동 경제성을 개선하고, 그렇지 않으면 유체가 중력-구동 밀도 계층화되기 쉬운 다른 실시예들에서 질량 위치 제어의 중심을 개선한다. 열 전도에 대한 저항은 종래의 내용물을 가지고 입구 유체의 지연된 열 평형에 대한 소정의 실시예들에서 강화될 수 있어, 이들의 작동 경제의 다른 측면들을 개선한다.
도 4a 및 도 4b는 파열부가 층(300)에 인접하여 발생되기 전 및 후의, 예를 들어 도 3a 및 도 3b에 도시된 층(300)의 횡단면을 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 시트들(302, 306, 310, 314)은 평평한 시트이다. 시트들(304, 308, 312)은 시트들 사이에 캐비티들(330)을 제공하도록 형성된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 캐비티들(330)은 시트(320)들 사이의 위치에 따라 상이한 형상들을 가질 수 있다. 상이한 캐비티들(330)은 시트(304, 308, 312)의 배치의 차이에 의해 형성된다. 오리피스들(316)은 캐비티들(330) 사이의 유체 유동을 허용한다. 시트들(320)은 이들의 교차 섹션, 또는 본드 지점(420) 중 일부 또는 모두에서 서로 약하게 본딩될 수 있거나, 또는 본딩이 본드 지점(420)에 마찰력에 의해 제공될 수 있다. 본딩은 시트들 사이의 접착제의 층, 다양한 용접 기술(진동, 초음파, 아크, 스폿, 스터(stir) 및 업셋 용접을 포함함), 마찰 또는 원자(존슨 블럭) 힘으로 상대적인 전단 운동에 대해 저항하도록 시트 면들을 서로 정합시키는 것을 강제하는 압축 예비로딩으로 달성될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 파열부(221)가 층(300)의 일부분에 인접하게 발생되면, 시트들(320)은 파열부(221)에 반응하여 변형될 수 있다. 변형은 각각의 시트(320)의 측방향 병진 운동, 각각의 시트(320)의 수직한 "크러싱(crushing)" 또는 다른 작용의 형태일 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 시트(304)는 좌굴되어 캐비티들(330) 중 일부를 붕괴시키고 그리고 추가로 구멍들(316)을 밀봉한다. 모든 시트들(302, 304, 306, 308, 310, 312, 314)는 서로에 대해 약간 병진 운동하여, 다른 구멍들(316)을 밀봉한다. 시트(308, 312)의 압축은 유체 유동이 지연되는 구멍들(316)의 연속적인 폐쇄에 의해 층(304)의 좌굴에 비해 감소된다. 연속적인 시트들 내의 크러싱은 파열부(221)로부터 거리와 함께 감소된다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 4a 및 도 4b에서 도시된 층(300)을 형성하는 시트들(320)은 공칭 및 설계된-예외 작동에서 충돌하는 유체의 힘에 저항하는 충분한 구조적 강도를 가진 고체 재료로 형성될 수 있다. 이러한 힘들은 통상적으로 컨테이너의 종래의 구조적 및 유동 제어 구성 요소 상의 정적 및 동적 유체 압력에 의해 가해진 힘 보다 몇 배 만큼 작다. 이는 시트들(320)이 캐비티들(330)의 공간 크기에 비해 상대적으로 얇게 되는 것을 허용한다. 소정의 실시예들에서 층(300)의 전체 두께가 층(300)이 이용되는 컨테이너의 용적 성능(컨테이너 내의 유체의 얼마나 많은 용적이 외부 엔벨로프 내에 포함되는가)을 실질적으로 손상시키지 않는다.
정적 및 동적 압력이 컨테이너와 유체에 대한 노출을 공유하는 시트들(320)에서 동일하지만, 시트들(320) 상의 형태부의 공간적 스케일은 파이프라인(100)과 같은 컨테이너의 크기보다 매우 적어서, 상기 형태부를 매우 보다 적은 차압력에 노출된다(상술된 바와 같이, 도면 내에 이용된 크기는 스케일에 따른 것이 아니다). 층(300) 내에 형성된 캐비티들(330) 및 시트들(320)을 둘러싸는 캐비티의 두께가 예시 목적을 위해 과장되었다.
시트들(320)의 실제 두께는 시트들(320)의 평면 영역 크기보다 실질적으로 더 작을 수 있다. 이어서 시트들(320)은 임프레싱, 엠보싱, 롤러 상의 열 성형, 사진석판술, 광화학적 에칭, 마스킹 화학적 에칭, 전착, 레이저-드릴링, 워터 제트 커팅, 및 다른 저 비용에 따른 특징 프로세스(other low cost-per-feature process)와 같은 롤-대-롤 프로세스(roll-to-roll process)에 의해 알맞게 제조될 수 있다.
시트(320)는 도 4a 및 도 4b에서 본드 지점(420)에 의해 도시된 바와 같이 시트의 제조의 부분으로서 서로 부착될 수 있다. 부착은 본딩에 의해 제공될 수 있거나 시트는 시트의 두께에 대해 평행한 마찰 및 압축력에 의해 서로 클램핑될 수 있다. 이 같은 힘은 파이프라인(100)과 같은 다수의 컨테이너 내부의 오목 표면 상에 일상적으로 이용가능하다.
시트들(320)은 공칭 작동시 서로 부착된다. 시트들(320)이 서로에 대해 이동하는 것이 허용될 때, 예를 들면 파열부(221)와 같은 설계된-예외 작동 동안, 더 큰 유동 지연이 유동 통로들을 폐색함으로써 제공될 수 있다. 공칭 작동 동안 상대적 시트 형상부 정렬을 유지하고, 비-공칭 작동 동안 작동하지 않기에 충분하게 되도록 본딩 지점(420)을 설계함으로써 부착이 분리될 수 있다. 도 2a, 도 2b, 및 도 2c에 도시된 특정한 예와 같이, 많은 종류의 일시적인 사고 동안, 마찰력을 없애기가 훨씬 더 용이하며, 방사상 압축은 파열부(221)의 근처에서 소실된다. 그러나 소정의 실시예들은 유용하고 안전-강화 유동 제어를 제공하도록 이 같은 의도적인 시트 사이의 오정렬을 요구하지 않는다.
도 3a 및 도 3b에서 도시된 시트(320)를 실시하기 위해 사용된 재료는 거의 임의의 고체일 수 있다. 인장 및 전단에서의 기계적 강도는 과도한 용적을 점유하지 않고 유동 지연 기능을 수행하는 시트들(320)의 경우에 일반적으로 바람직하다. 이러한 재료들에서 기계적 인성은 변형하도록 설계되는 층들(300)의 경우에 바람직하다. 그러나 더 약한 플라스틱에서 종종 제거되는 고 신장 성능은, 사고에 의해 컨테이너의 종래의 구조적 부품(예를 들면, 벽)의 극심한 변위가 예상되는 컨테이너의 경우에 강도 또는 인성보다 더 바람직할 것이다.
소정의 실시예들에서, 시트들(320)은 파이프라인을 위한 스테인레스 강(예를 들면, 316L) 및 비행선을 위한 특정 실리콘과 같은 단단한 재료로 형성될 수 있지만, 실제 최상의 시트 재료는 수용된 유체 및 이들의 최악의 경우의 작동 환경에 대해 매우 특별하게 될 것이다. 시트(320)에 사용되는 실제의 최상 재료는 경제적 장점을 최적화할 것이며, 이는 개방형-및 폐쇄형-셀 포옴을 포함하는 열 절연체가 컨테이너에 대해 유리할 수 있으며, 여기서 벽에 대한 열 전달이 더 비용이 많이 들 수 있으며, 반면 최상의 열 전도체(예를 들면, 비교적 큰 결정립의 순수 합금이며 또한 높은 연성을 갖는 Al, Au, Cu, 등)는 컨테이너에 대해 유리할 수 있으며 여기서 벽으로의 열 전달은 비용이 적다. 이들의 반대되는 열적 요건 모두 압력 용기에서 통상적이다.
위에서 설명된 바와 같이, 도 4a 및 도 4b는, 내부 층(111) 내의 벌지(223)의 가장자리에서 도 2의 도시와 같이, 벽(114) 내의 파열부(221)를 통하여 분출하는 근처에서, 도 3a 및 도 3b에서 도시된 바와 같은, 층(300)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 층(300)은, 도 2a에 도시된 외부 벽(110)과 같은, 손상된 외부 벽(110)에 대하여 속박되거나 또는 벽 내의 파괴된 파열부에 대하여 속박되지 않는다. 파열부 자체는 도 4에서 너무 넓게 나타나지 않거나 외부 벽이 본 도면의 스케일 상에 존재하지 않는다. 도 4a의 횡단면은 파열하기 전에 시트(300)의 구조를 나타낸다. 도 4b의 횡단면은 상기 구조가 매우 중요한 컨테이너 고장 모드를 동반할 것 같은 실질적인 힘에 의해 벤딩되어 뒤틀린 후를 나타낸다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 시트(320)의 구조는 순간적인 변형에서 부분적으로 붕괴된다. 약간의 상대적인 기울어짐은 시트(304, 308, 310)에서 구획부의 공간적으로 비-균일한 붕괴에 의해 발생된다. 각각의 시트(302, 304, 306, 308, 310, 312, 314)는 또한 그 인접 시트에 대해 슬라이딩된다. 이러한 변형 및 상대적인 변위는 재료 변화, 두께 비-균일성, 및 정확히 모델링하기가 매우 어려운 3차원 소성 유동 기하학적 형상에 의해 실제로 발생되는 것보다 더 큰 규칙성 및 정밀도로 도시된다. 특히, 원래 편평한 시트(302, 306, 310, 314)는 평면으로부터 약간 변형될 것이다.
도 4b에서 시트의 변형된 시퀀스는, 도 3에서 명료성의 이유를 위해 도시하도록 선택된 비교적 균일한 원래의 시트 구조체에 대해조차, 정확하지 않을 수 있지만, 질적으로 정확하다. 붕괴하는 유동 통로들을 통하여 오리피스(316)에서 새어나오는 차압은, 도미노의 넘어지는 스트링 같이, 유동 통로들을 차례로 외측 표면으로부터 내측으로, 구획부들의 하나의 평면 다음에 구획부들의 다른 평면을 크런치(crunch)한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 오리피스들(316)은 시트(304, 306)에서 발생되는 크러싱 작용(crushing action)에 의해 폐쇄된다. 절반보다 약간 작은 그 압력이 떨어지고 제어하는 오리피스가 다음 평면에 대해 내측으로 이동할 때까지, 시트들(302, 306) 사이의 시트(304)에 의해 형성된 최외측 평면이 먼저 붕괴되어, 순간적인 감압의 초기에 구획부들과 외부 사이의 차압 모두를 유지한다. 최내측 평면들은 적어도 압력차를 경험하고 적게 그리고 마지막으로 붕괴된다. 붕괴되는 평면들은 변형된 시트들의 상대적인 충돌에 의해, 그리고 시트들(320) 사이의 유체 통로들을 오정렬하는 인접한(구획되지 않거나 분리되지 않고 약하게 본딩된) 시트들(320)의 상대적 횡방향 슬라이딩 운동에 의해 동적 시일을 형성할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 순간적인 시일은 연속적으로 폐쇄하는 오리피스들(316)에 의해 거의 총 유동 지연(봉쇄)을 할 수 있다.
본 발명의 소정의 실시예들은 평면형 요소들 사이의 본딩되지 않은 구역들 또는 구멍들에 의해 가능하게 형성된 유체 상호 연결 경로들(소정의 응용들에서 환기로서 알려진)의 정돈되고, 동일하고, 독특하게 상이하고, 랜덤한 간격 뿐만 아니라, 평면형 요소들의 불균일하고 균등한 랜덤 분리를 포함할 수 있다. 정적 시일이 온전하게 남아 있는 한 챔버들을 분리하는 정적 시일이 이용될 수 있다. 또한, 특정 간격 동안 얼마나 많은 유동이 발생하는가를 제한하는 동적 시일이 포함될 수 있다. 인접한 시트들(320) 사이의 압축 접촉에 의해 형성된 동적 시일 또는 부분 시일이 유체 유동을 정상 작동의 시간 스케일에 대해 무의미하게 제한하기에 충분하다.
도 5a는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 또 다른 층(500)을 도시한다. 다중-시트 구조체인 층(500)은 또한 예를 들어 도 1a 및 도 1b에서의 내부 층(111)의 최내측 부분 모두로서 유동을 지연하기 위해 이용될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 층(500)은 컨테이너를 통하여 유체 유동을 제한하도록 그리고 유체와 벽 사이의 열적 평형을 변경하도록 임의의 컨테이너의 용적 전체에 걸쳐 또는 벽에 인접하게 자체적으로 이용될 수 있다. 시트들(510, 520, 530, 540, 550, 560, 570)로 도시되는 다중-시트들(502)은 적층되어 층(500)을 형성한다. 시트들(502)은 시트들(502)에 대해 수직한 압축력에 의해, 시트들(502)이 접촉되는 라인을 따른 접착 본드, 또는 압축 및 부착의 조합에 의해 함께 유지된다. 일반적으로, 층(500)은 소정의 개수의 시트들(502)의 배열체를 포함할 수 있다.
층(500)은 다수의 상이한 종류의 유동 지연 시트들(502)의 대안적인 패턴으로부터 조립된다. 도 5a에서, 두 개의 종류의 시트들(502), 평면형 시트들(504)(예를 들면, 시트(510, 530, 550, 570)) 및 캐비티 형성 시트들(506)(예를 들면, 시트(520, 540, 560)이 도시된다. 소정의 실시예들에서, 각각의 종류의 시트(502)는 등급별 두께(graduated thickness)의 서브-층을 형성한다. 각각의 타입의 시트(502)가 실질적으로 동일한 두께를 가지는 소정의 실시예가 또한 구성될 수 있다.
평면형 시트(504)는 거의 평면형 및 다공성 시트의 단일 재료이며, 다공성, 투과성, 또는 이들의 두께보다 직경이 상당히 더 작은 매우 미세한 구멍의 패턴을 구비한 이들의 측방향 크기에 대하여 수직한 유동을 지연시킨다. 평면형 시트들(504)은 또한 공칭 작동에서 가역적으로 압축가능한 고체로서 거동하지만 캐비티 형성 시트들(506)에 의해 일시적인 시일을 유지할 수 있는 점탄성 재료(viscoelastic materials)로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 평면형 시트들(504)의 각각 또는 어느 하나는 층(300)을 형성하는 것으로 설명된 시트들(320)을 따라 구성될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 캐비티 형성 시트들(506)은 평면형 시트들(504)과 교대로 배치되며, 캐비티를 형성하도록 시트들(506)의 표면에 대해 거의 수직하게 배치되는 더 얇은 시트들로 이루어진다. 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 캐비티 형성 층(506)의 예를 설명한다. 소정의 실시예들에서, 캐비티 형성 시트(506)는 컨테이너 벽이 접근되는 차례로 감소하는 두께를 가진다. 예를 들면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 시트(520)는 시트(560)보다 두껍다. 또한, 감소하는 두께 때문에, 캐비티 형성 시트들(504)에 형성된 캐비티들은 벽이 접근함에 따라 점점 더 미세한 캐비티들을 가진다.
층(500)은 개별 시트들(502)의 임의의 회수의 반복을 포함할 수 있다. 시트들의 다수성이 도 5a에서 적은 개수의 시트들을 가지고 도시되며, 주기성은 명료성을 제공하도록 시트의 측방향 크기에 대해 수직하게 충분히 크게 도시된다. 그러나 더 많은 층 및 더 미세한 수직 층 간격은 실질적으로 유동 지연을 증가시킬 수 있으며, 반면 단지 2개의 층 및 층(500)이 이용되는 컨테이너의 크기의 약 50% 크기의 수직 주기성이 유동 지연을 여전히 제공할 수 있다. 또한, 비록 시트가 동일한 종류의 다음의 가장 가까운 인근에 대해 기하학적 형상으로 유사한 예를 도 5a가 도시할지라도, 각각의 시트는 층(500)의 성능 매개변수를 최적화하기 위해 상이할 수 있다.
시트(120)의 두께에서의 비-균일도의 구배는 다양한 크기의 관통(penetration)을 최상으로 밀봉할 수 있는 층(500)의 실시예들에 대한 하나의 가능한 설계 접근으로서 도 5a에 도시된다. 캐비티 층들(506)에서 양쪽의 평면형 시트(504) 두께 및 캐비티들은 시트(520)로부터 시트(540)까지 대수적으로 크기를 조정할 수 있으며, 예를 들면 층(520)과 층(540) 사이의 치수에서 두 배 감소한다. 코어 유동 제한이 대부분의 파이프라인의 내부 전체에 걸쳐 경제적으로 단점이 되며 더 많은 시트들의 일시적인 유동 지연 효과가 코어(115) 내에 적은 유동 지연을 초래하므로, 이 같은 의도적인 두께 비-균일성은 파이프라인(100)(도 1a 및 도 1b에 도시됨)에서 특히 가치있게 될 것이다.
도 5b, 도 5c 및 도 5d는 캐비티 형성 시트들(506)의 예를 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 시트(506)는 교차하는 수직 벽들(530)을 형성한다. 교차 수직 벽들(530)은 캐비티들(532)을 형성한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 캐비티들(532)은 교차하는 수직 벽들(530)의 특정 기하학적 형상에 따라, 모두 상이한 형상들 및 크기들을 가질 수 있다.
도 5b, 도 5c 및 도 5d에 도시된 시트(506)는 평면이 펜로즈 타일링(Penrose tiling)이라 불리는 캐비티들의 패턴을 형성한다. 이러한 패턴은 임의의 방향으로 임의의 기간에 걸쳐 반복되지 않도록 수학적으로 보장되며, 따라서 서브-영역 좌굴로서 알려진 국부적 압축성 비안정성(감소된 압축 응력에서 발생되는)의 카테고리를 회피할 수 있다. 완전한 랜덤 타일링 뿐만 아니라 상이한 배향의 삼각형, 직사각형, 사다리꼴을 포함하는, 캐비티 형성 시트(506)의 평면을 주기적으로 타일링하는 다른 캐비티의 기하학적 형상이, 이용될 수 있는 다른 변형의 구조이다. 캐비티들은 도 5b에 도시된 바와 같이 구멍들 또는 슬롯들(525)과 측방향으로 결합될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 시트(506)는 공칭 유동 또는 지연 유동을 위하여 임의의 면내 유동 통로들에 의존할 필요가 없다.
도 5c 및 도 5d는 시트들(506)의 다른 예의 패턴을 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 시트들(506)이 두 개의 평면형 시트들(504) 사이에 위치되면, 캐비티들(532)은 모든 측부에서 둘러싸일 수 있다. 부가적으로, 소정의 실시예들에서, 캐비티들(532) 내로의 유동은 평면형 시트들(504)과 시트(506) 사이의 교차 지점에서 영향을 받을 수 있다.
시트들(506), 예를 들면 시트(520, 540, 560)는 컨테이너 감압의 경우 층(500)을 통하여 유발하는 바와 같이, 정밀한 압축 응력에서 좌굴되도록 설계될 수 있다. 도 5e는 컨테이너 관통, 벽 크랙, 또는 컷 아웃 시트들(510, 520, 530, 540, 550, 560, 570)의 도시된 섹션 바로 위의 벽 섹션에서 발생하는 파열의 즉각적 영향하에 있는 도 5a에 도시된 층(500)을 도시한다. 서브-층(520, 540, 560)의 좌굴은, 평면형 시트(510, 530, 550, 570)의 표면에 대해, 구겨진 캐비티 형성 시트들(560, 540, 520) 사이에 동적 시일을 형성하여, 손상된 구역을 향하여 그리고 이 구역을 통하여 유동을 지연시킨다. 층(500) 및 유사한 실시예들은 가압 컨테이너의 벽을 통한 돌발적인 유동을 제한하는데 특히 효과적일 수 있으며 여기서 큰 일시적인 압력 차이가 일시적인 시일을 형성하도록 이용가능하다.
도 6은 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 다른 시트 구조 층(600)을 도시한다. 시트 구조 층(600)은 또한 예를 들어 도 1a 및 도 1b에서의 내부 층(111)의 최내측 부분 또는 모두로서 유동을 지연하도록 이용될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 층(600)은 컨테이너를 통하여 유체 유동을 제어하도록 그리고 유체와 벽 사이의 열적 균형을 변경하도록 임의의 컨테이너의 용적을 전체에 걸쳐 또는 벽에 인접하게 자체적으로 이용될 수 있다. 도 6은 3차원으로 유동 지연 시트(602)의 일련의 컷 아웃 부분을 도시한다. 시트들(602)은, 시트(602)가 벤딩되는 것을 방지하는, 시트(이의 두께에 평행한)의 표면적에 대해 수직한 구조를 구비하지 않은, 단일-평면형 시트들일 수 있다.
다수의 텍스처링된 시트(602)는 컨테이너의 구조 벽 또는 뒷면 스트립(604)으로 강하게 부착되며, 이는 자체적으로 컨테이너 내의 다른 구조 지지부 또는 벽에 부착될 수 있다. 소정의 실시예에서, 뒷면 스트립(604)은 두께가 시트(602)와 비슷할 수 있으며, 반면 벽은 자체적으로 10배 더 두꺼울 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 상대적인 부동 시트들(320)에 비해, 도 6의 시트들(602)은 더구나 부착되는 벽에 대해 평행하지 않고 관통 사고시조차 균일하게 부착되어 남아 있게 된다. 시트(602)들 사이의 유동은 유체가 시트(602)들의 정면을 따라 유동할 수 있는 공칭 작동에서 상대적으로 지연되지 않지만, 시트(602)들의 천공 또는 파열의 경우 벽(도시 안됨) 내의 중간 크기의 파열부를 통한 유동을 차단하기 위해 접히거나 구부러질 수 있다. 시트들(602)이 밀봉하는 파열부는 도시된 마지막 시트의 측면 다음의 관통 또는 벽을 넘어 연장하는 시트 길이보다 작은 관통 또는 뒷면 스트립 아래의 크랙이 될 수 있거나 전체의 일련의 시트들의 부분들 아래에 형성되는 크랙이 될 수 있다.
시트들(602)의 부분들은 소정의 위치들(604)에서 체결 또는 밀봉하기 위해 본딩될 수 있으며, 다른 위치들(606)에서 슬라이딩되거나 변형되도록 자유롭게 남아있다. 시트(602)들은 벽 또는 뒷면 스트립으로부터 완전히 외팔보 형태가 될 수 있으며, 따라서 이들의 면의 어느 한쪽에 유체 용적(캐비티)을 연결하도록 구멍을 관통할 필요성을 가지지 않는다. 유체에 노출되는 상대적으로 큰 표면적 때문에, 시트들(602)은 작동 형상으로 부착되는 다른 구조 또는 벽과 유체 사이의 상당한 열 전달을 공급할 수 있다. 시트들(602)은 이어서 시트들(602)의 소정의 부분들이 손상되는 경우조차 파열부를 막기 위해 적층될 수 있다.
도 7은 동일한 일련의 시트들(600)의 외팔보형 벽 장착 뒤의 벽 섹션에 바로 인접하는 컨테이너 관통, 벽 크랙, 또는 파열의 즉각적 영향 상태에 있는 도 6에 도시된 시트들(602)을 나타낸다. 시트들(602)의 탄성 및/또는 소성 변형은 손상된 구역을 통하여 그리고 손상된 구역을 향하는 유동을 지연시키는, 동적 시일(702)을 형성한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 서로에 대해 놓이는 시트(602)들 중 다수의 시트들의 작용에 의해 시일(702)이 형성될 수 있다. 시트(602)들은 큰 유체 동적 유동 및 압력 차이가 일시적인 밀봉을 형성하기 위해 이용가능한 가압 컨테이너에서 특히 유효할 수 있다. 예를 들면, 시트 구조체(600)는 총알 관통부로부터의 유동을 효과적으로 지연시킬 수 있으며, 인접한 시트(602)들이 구멍을 가교(bridge)하도록 벤딩되기 때문에, 총알(또는 작은 피스의 파편)은 내부-시트 주기성보다 작은 구멍을 벽 내에 형성한다. 시트(602)들이 컨테이너 벽(604)에 천공되는 구멍으로부터 취출되어질 거대한 대형 관통부에 대해 메워지기 때문에, 시트 구조체(600)는 포크 리프트 블레이드, "디치 위치" 치형부, 또는 다른 이 같은 장치에 의한 관통에 대해 특별히 효율적이 될 것으로 기대된다.
도 8a는 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 포함할 수 있는 일 예의 압력 용기 컨테이너(800)의 절개도이다. 특히, 도 8a는 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 다중-시트 구조 층들을 사용할 수 있는, 라이닝되고 코팅된 압력 용기 컨테이너(800)를 도시한다. 컨테이너(800)는 정적 압력 셀(802)을 포함한다. 압력 셀(802)은 종래의 절연 및 관통-저항 층(너무 얇아서 도시되지 않으며 제조 동안 셀 외부와 통합됨)으로 코팅되지만, 종래의 층들(802)을 통하여 그 안으로의 관통이 라이너 층(804)에 의해 방지된다. 컨테이너(800)는 또한 본 발명의 소정의 실시예들에 따른 층들(806, 808)을 포함한다. 층들(806, 808)은 위의 도 3a, 도 5a 또는 도 6에서 도시된 층들(300, 500, 또는 600) 중 하나일 수 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 층들(806, 808)은 셀 벽(802)의 내부를 라이너(804) 내에 위치된다. 층들(806, 808) 내의 시트 구조체는 도 1에 도시된 층(300), 도 5에 도시된 층(500), 또는 도 6에 도시된 층(600) 또는 이들의 조합과 유사할 수 있다. 층들(806, 808)에서의 실시예들은 층들의 텍스쳐가 상이한 배향 및 주기성을 가질 수 있기 때문에 유사하지 않을 수 있으며, 층들이 부착되는 벽이 컨테이너(800) 내의 위치에 따라 시트 두께에 대해 수직한 일 방향 또는 양 방향으로 상이한 곡률을 가진다. 부가적으로, 소정의 실시예들에서 층들(806, 808)은 절연을 제공하고 자체적으로 관통 저항성일 수 있는 재료를 이용할 수 있다.
컨테이너(800)는 보스(810)를 통하여 상이한 포트들을 통한 유체의 유입 및 유출의 유동을 허용하도록 일 단부에서 개방될 수 있다. 컨테이너(800) 내로 또는 컨테이너 밖으로의 공칭 유동을 제공하는 실제 배관 연결은 보스(810)의 외부면을 통한 하나 이상의 파이프(812)를 통하여 형성될 수 있다. 예외 유동은, 쇼크 또는 가속을 통한 전체 컨테이너(800) 또는 셀(802)의 장착부로 또는 파이프(812)로 인가된 과잉 기계적 로드의 경우 뿐만 아니라, 과잉 컨테이너 내부 압력 또는 온도의 경우에 종래의 구성요소(예를 들면, 종래에는 버스트(burst) '다이어프램'으로 지칭되는 압력 해제 장치 또는 버스트 형상부)에 의해 제어될 수 있다. 보스(810)의 방사상 외부 가장자리(814)는 자주 이 같은 비-공칭 유동 완화 컴포넌트를 위한 대부분의 유용한 위치이며 압력 해제 장치 또는 버스트 다이어프램을 포함할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 방사상 외부 가장자리(814)에서 이 같은 장치는 특정 스트레스에서 개구를 분열하도록 설계되고 평면형이다. 이와 같이, 외부 가장자리(814)는 일반적으로 너무 얇아서 도 8a의 스케일 상에서 가시화되지 않은 시일이다.
유체 인터페이스 유동의 두 개의 방향은 내부 적층 상태 분리 기하학적 형상(816)에 의해 분리될 수 있다. 컨테이너(800)의 내부 용적은 구역(818)으로 도시되고 통상적으로 유체만으로 채워진다. 소정의 실시예들은 상이한 구역에서 하나 이상의 가능한 상이한 적층 시트 기하학적 형상을 이용하여 내부 용적(818) 내의 유동을 지연시킬 수 있다. 외계와 직면하는 보스(810)의 외부 표면은 그 외부 상의 다른 상이한 다중-시트 구조 실시예(820)에 의해 국부적으로 보호된 압력 해제 유동 경로를 가질 수 있다.
도 8b는 도 8a에 도시된 바와 같은 컨테이너(800)의 횡단면을 도시하며 보스(810)의 근처에 상세하게 도시하도록 단부 돔 구역의 팽창을 도시한다. 이와 같이, 도 8b는 컨테이너(800)의 횡단면의 상부 4분면을 도시한다. 컨테이너(800)의 대칭의 축은 라인(822)으로서 도시된다. 다른 통상적인 가압 유체 컨테이너들은 또한 축-대칭이지만, 어느 한 단부 상에 약간 상이한 보스 기하학적 형상을 가지며, 이들 중 다수는 단부에 파이프를 가지지 않는다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 층들(806, 808)은 컨테이너(800) 내에 위치된다. 층들(806, 808)은 라이너(804) 내에 그리고 라이너와 접촉하도록 도시된다. 층들(806, 808)은 동일한 다중-시트 구조체일 수 있거나, 컨테이너(800)의 외부 셀(802)의 표면 기하학적 형상에서의 차이를 더 잘 취급하기 위해 상이할 수 있다. 분리 기하학적 형상(816)은 본 발명의 소정의 실시예들에 따라 다중-시트 층들로 형성될 수 있다. 또한, 내부 용적(818) 내의 유체 유동은 본 발명의 소정의 실시예들에 따라 다중-시트 층을 이용하여 제한될 수 있다. 또한, 본 발명의 소정의 실시예들에 따라 다중-시트 층일 수 있는, 층(820)은 컨테이너(800) 외부의 보스(810) 둘레에 형성될 수 있다.
가압 유체를 포함하는 공칭 및 비-공칭 작동을 견디도록 설계된 컨테이너(800)는 셀(802) 내부의 라이너(804)를 포획하는 인터페이스에 대해 일반적으로 제공되며, 셀(802)에 대해 보스(810)를 가압하는 매우 큰 압력에 대해 구성요소를 제한한다. 컨테이너(800)의 소정의 예에서, 외부 가장자리(814)는 보스(810)의 가장자리에서 비-공칭 유체 방출을 위한 좁은 포텐셜 유동 경로를 제공한다.
도 8c는 외부 층(830)이 다중-시트를 구현하는 것을 제외하고, 도 8b에 도시되는 컨테이너(800)의 동일한 횡단면을 도시한다. 층(830)은 예를 들면 위에서 설명된 층(300) 또는 층(500)과 유사할 수 있다. 층(830)은 외부 유체의 충돌 또는 파편에 대한 보호용일 수 있으며, 그렇지 않으면 셀(802) 상의 방탄 코팅 또는 절연부가 손상될 수 있거나 셀 자체가 손상될 수 있다. 또한, 특히 층(830)이 예를 들면 층(500)과 같을 때, 층(830)은 또한 열 균형 강화 형태부를 제공할 수 있다. 소정의 실시예들에서, 층(830)은 또한 외부 점화 위험에 대한 보호를 제공할 수 있어서, 컨테이너(800)와 같은 수 개의 컨테이너들이 서로 근처에 있는 경우 발생될 수 있는 연쇄 반응 재해를 완화하도록 할 수 있다.
도 8d는 도 8b에 도시된 횡단면에 대해 수직한(즉, 축선 라인(824, 826)이 도 8b에 도시된 축선 라인(822)에 대해 수직하다) 컨테이너(800)의 횡단면에 도시된 도 8a 및 도 8b에 보여진 동일한 구성요소의 위치들을 제공한다. 보스(810)는 이러한 섹션에서 나타나지 않으며, 이 섹션은 교차된 축선 라인(824, 826)으로서 가장 통상적인 압력 유체 컨테이너에서의 회전 대칭 축선을 포함한다. 도 8d에 도시된 바와 같이, 컨테이너(800)는 외부 셀(802) 둘레에 외부 환형부로서 나타나는, 외부 보호 층(830)을 포함할 수 있다. 외부 셀(802) 내부에, 하나 이상의 라이너 층들(804)이 있을 수 있다. 라이너 층(804)의 내부에 층(806)이 도시되는 본 발명에 따른 하나 이상의 층이 있다. 도 8d에 도시된 컨테이너(800)의 횡단면은 동심원으로서 층을 표시하며 컨테이너(800)가 형상이 거의 원통형임을 표시한다. 또한 8a 및 도 8b로부터, 컨테이너(800)의 단부는 라운드형일 수 있다. 그러나 컨테이너(800)는 임의의 횡단면을 가질 수 있고 임의의 형상일 수 있다.
도 9a, 도 9b, 도 9c 및 도 9d는 컨테이너(900)의 구성을 개략적으로 도시하는 버블 다이어그램을 보여주며 여기서 다양한 층은 상이한 위험을 완화하도록 조합된다. 컨테이너 내 및 컨테이너를 둘러싸는 다양한 가능한 구역은 타원으로 단순화되는 공간 크기로 도시된다. 이러한 타원은 구역들 사이의 가능한 인터페이스를 나타낸다. 기계적 하중은 이러한 인터페이스를 넘어 전달된다. 컨테이너(900)의 내부 내용물(902)과 같은 유체를 포함하는 구역은 고체 구성성분 및 소정의 상황에서 고체뿐만 아니라 유체를 포함할 수 있는 구성요소의 전체 서브시스템과 동일한 포괄적인 형상으로 나타난다.
개방 경계부를 가지는 형상은 상기 개구의 어느 한 측부 상의 구역들 사이에 인터페이스를 형성할 수 있는 재료 배리어가 없다는 것을 표시한다. 이들 중 주요부(chief)는 컨테이너(900)의 크기를 제외한 특정 경계부를 가지지 않는 주변 외계 환경(surrounding ambient environment)(904) 및 유체 내용물(902) 또는 외계 환경(904)으로 개방될 수 있는 다중-시트 구조체(예를 들면, 위에서 상세화된 층(300, 500, 또는 700)의 층(906)의 다양한 가능한 실시예이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c, 및 도 9에 도시된 다른 구역은 위에서 설명된 바와 같이 배관 구성요소의 임의의 조합일 수 있는, 유체 유동 경로(908, 910)와 의도적으로 연결된다. 유동 경로(908)로서 도시된, 컨테이너(900) 내로 및 외부로의 배관뿐만 아니라 외계 환경(904)으로 유동 경로(910)로서 도시된, 하나 이상의 의도적인 유체 방출 경로들이 도시된다. 매우 다양한 컨테이너 배관 구성요소들은 의도적으로 설계된 비-공칭 작동, 또는 돌발적인 더 많이 안전한 유체의 방출을 할 수 있으며, 개략적으로 안전한 배출 서브시스템(912)으로서 도시된다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 컨테이너(900)는 내용물(902)과 외계 주변부(904) 사이의 다중-시트 구역(906)을 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 다중-시트 구역(906)은 다중-시트 구조체의 소정의 개수의 층들을 포함할 수 있으며 또한 라이너와 같이 다른 구조를 포함할 수 있다. 안전 배출 시스템(912)은 상술된 바와 같이 외계 환경(904)으로의 유체(902)의 제어된 방출을 위해 허용하도록 다중-시트 구역(906)과 결합한다. 또한, 컨테이너(900)는 관통 실드 구역들(916, 918)을 포함할 수 있다. 관통 실드 구역들(916, 918)은 각각 충돌(crash) 또는 발사체 손상을 보호하기 위해 이용될 수 있다.
일점 쇄선으로 도시된 잠재적인 충격 또는 관통 경로(914)는 일부가 컨테이너(900) 둘레 또는 컨테이너(900)를 통하여 유체 내로 혼입되거나 고체 매스(solid masses)를 구비한 유체를 수송하는, 고체 매스의 변화된 궤적의 일부를 나타낸다. 직접적으로 컨테이너를 관통하는 고체 매스를 넘어서는 상당한 위험은 내용물(902)이 가진 임의의 화학적 배합 금기를 동반할 수 있다. 도 9a에서 발사체 경로(914)는 돌발적인 파편, 입자, 인공물 및 심지어 차량이 취할 수 있는 개략적인 경로 및 상기 경로(914)가 컨테이너(900)의 고체 구성 요소들에 의해 변경될 수 있는 방법을 표시한다. 관통 경로들(914)에서의 예각은 이 같은 대상물이 안전성을 개선하기 위해 이들의 경로들(914)을 변경할 수 있는 구역에 배치된다.
컨테이너(900)를 둘러쌀 수 있는 외부 관통 실드(shield)(916)는 대형 물체의 급습을 방지하도록 최선을 다하며, 그렇지 않으면 컨테이너(900)는 파열될 수 있다. 다른 관통 실드(916)는 충돌 배리어, 체인 링크 펜스, 빗장이 질러진 개구, 그릴 및 다수의 다른 실드를 포함할 수 있으며, 이들 중 일부는 컨테이너(900)의 총 관통을 매우 적게 할 수 있는 방법으로 판명된다. 외부 실드(916)는 임의의 안전한 배출 서브시스템(912)에 의해 가교될 수 있다. 외부 관통 실드(916) 내에서, 있다면, 내부 관통 실드(918)가 전체 급습으로부터 외부 실드(916)에 의해 보호될 수 있고, 반면 더 작고 일반적으로 더 많은 활동적인 위협 고체 물체(예를 들면, 총알 및 파편)를 편향시킨다. 소정의 실시예들에서, 내부 관통 실드(918)는 층들(300, 500, 600)(각각 도 3, 도 5, 및 도 6에 도시된 바와 같은)과 같은 다중-시트 구조체일 수 있으며, 이는 파편(탄도식으로 유동하는 "유체"로서)을 편향시키기 위해 이용될 수 있다.
도 9a, 도 9b, 도 9c, 및 도 9d에 도시된 버블 다이어그램은 컨테이너 구성요소들 사이의 특정 인터페이스로 다중-시트 구조체들(906)의 실시예들을 국한시킨다. 이 같은 국한은 도 9a, 도 9b, 도 9c 및 도 9d에서 개략적으로 표현된다. 상기 경우, 구역들의 형상은 도시된 다양한 구조체들의 물리적 기하학적 형상을 표시하지 않으며, 따라서 일반적으로 타원으로서 도시된다. 일반화된 도면은 임의의 다양한 컨테이너들의 경우, 컨테이너가 직면하는 위험 및 상기 위험을 완화할 수 있는 보호 층을 표현할 수 있다. 심지어 더욱 기본적으로, 다수의 사고에서 고체 구성요소들 사이의 인터페이스는 사고 전에 존재하지 않을 수 있다(예를 들면, 소정의 구성 요소 내의 미래의 크랙의 위치). 사고 후 기하학적 국부화는 종종 사고에 대한 반응에 대해 통계적이고 또는 관련되지 않는다(예를 들면, 부스러기의 더미 중에 매립되거나 함유 유체 내의 어딘가에).
향상된 일반성을 제공하는 외에, 버블 표시 구역은 도시를 복잡화하지 않고 다중-시트 구역을 포함하는, 구조의 다양한 예를 도시한다. 도 9a, 도 9b, 도 9c 및 도 9d는 13개의 구별된 구역들을 계층적으로 드릴 다운(drill down)한다. 도 9a는 6개의 구별된 구역: 외계 환경(904) 내부의 다중-시트 구역(906)(하나 이상의 다중-시트 층을 포함할 수 있는), 안전 배출 서브시스템(912), 임팩트 관통 실드(918), 발사체 관통 실드(916) 및 내용물(902)을 보여준다. 이러한 6개의 구역은 15개의 개별 인터페이스(두 개의 구역이 6개 중에서 선택될 수 있는 방식의 개수)를 가질 수 있지만, 도 9a에서 이러한 인터페이스 중 4개는 확실히 없어진다. 도 9a의 도면은 다중-시트 구역(906)의 국부화가 임팩트 실드(916)와 인터페이싱하지 않거나 중간 구성요소를 통하는 것을 제외하고 임팩트 실드(916), 안전 배출 서브시스템(912) 또는 외계(902)와 내용물(902)이 인터페이싱하지 않는다.
도 9a, 도 9b, 도 9c, 및 도 9d에 도시된 인터페이스는 컨테이너(900)를 보호하기 위해 "심층 방호(defence in depth)" 구성의 예를 설명한다. 도 9b, 도 9c 및 도 9d는 안전 배출 서브시스템(912), 내용물(902), 및 다수 시트 구역(906) 내로 계층적으로 드릴 다운하는 예를 도시한다. 비록 본 발명의 측면들을 이용하는 컨테이너가 임의의 방식으로 구성될 수 있지만, 유용한 컨테이너를 생산하는 두 개의 인터페이스에 의해 나누어진 13 팩토리얼(13-factorial-divided-by-two interface)보다 적을 수 있다. 고체 및 유체는 임의의 두 개의 구역들 사이로 그리고 어느 한 방향으로 이동한다. 소정의 실시예들에서, 이러한 인터페이스들 중 다수를 가로질러 유동을 차단하는 구조를 덧붙이는 것이 유용할 수 있다.
도 9b는 컨테이너 셀(920)의 외부에 부착되는 하나의 잠재적으로 유용한 다중-시트 구역(922)을 도시함으로써 컨테이너(900)의 "심층 방호" 구성을 또한 도시한다. 도 9b에 도시된 컨테이너(900)의 실시예에서, 외부 다중-시트 구역(922)은 수용 유체(924)를 둘러싸는 압력 셀(920)을 둘러싼다. 도시된 바와 같이, 압력 셀(920)은 압력 해제 장치(PRDs)(930)를 통하여 안전 배출 시스템(912)으로( 및 이에 따라 외계 환경(904)으로) 그리고 유체 입구들/출구들(908)을 통한 허용된 유체 경로를 제외하고, 다중-시트 구역(922)에 의해 거의 완전히 둘러싼다.
컨테이너(900)가 컨테이너(800)에 유사한 실시예를 구비한 가압 유체를 유지하는 경우, 구역(922)은 가능한 외부 층(830)에 대응한다. 파이프라인 및 다른 개방 컨테이너는 또한 컨테이너 셀(920) 외부(파이프라인(100)의 벽(114)에 대응하여)에 구역(922) 내의 층을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 유체 경로(909)는 압력 해제 장치(PRDs)(930)를 통하여 안전 배출 시스템(912) 및 이에 따른 외계 환경(904)으로 유체 유동을 제공한다. PRDs(930)는 예를 들면 컨테이너(800) 내의 외부 가장자리(814)에 의해 제공된 압력을 해제할 수 있다(도 8a).
파이프라인 내뿐만 아니라 차량의 외부 실시예는 종종 외부 실시예 구역들(922)로부터 충분한 단점과 직면할 수 있는데, 이는 이들 및 다수의 다른 적용이 전체 컨테이너(900) 용적에서의 임의의 충분한 증가에 대한 높은 비용을 일으키기 때문이다. 유체 내용물(924)은 컨테이너(900)를 위한 이유를 제공하며, 외부 층(922)의 임의의 충분한 층 두께가 전체 용적에 특별히 부가된다. 다중-시트 구조체일 수 있는 층(922)의 캐비티 내에 유지되는 포함되지 않은 외계의 용적은 층(922) 자체가 매우 얇은 경우조차 이러한 부가적이고 비용이 많이 드는 외부 용적이 중요하게 된다.
외부 다중-시트 구역(922)(하나 이상의 개별 단일 또는 다중-시트 층을 포함할 수 있는) 자체 외에, 추가의 배리어 유체 엔벨로프 층(926)은 임의의 유체가 외계 환경 또는 관통 실드 내로 누출되는 것을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 엔벨로프 층(926)은 수용된 엔벨로프 외부의 유체의 심지어 느린 관통 또는 누출을 중단할 수 있으며, 특히 절연 층(928)의 주변 엔벨로프의 단열 기능을 보존하도록 이용될 수 있다. 도 9b에서 이들의 둘레의 서브세트로서 드러나는 다른 구역들은 이들의 안전 배출 서브시스템(912)으로부터 추출되는 압력 해제 장치 및 분출 격벽(930); 위험-완화 고체 경로들(914)의 수집으로부터 나오는 고체 물체(940)를 위한 안전 경로; 및 수용된 유체(924) 자체이다.
도 9c는 압력 셀(920)에 대해 내부인 다중-시트 구역(960)을 구비한 컨테이너(900)의 일 예를 도시한다. 소정의 실시예들에서, 양 다중-시트(920) 및 다중-시트 구역(922)이 이용될 수 있다. 도 9c에 도시된 실시예 구역(960)은 손상을 방지할 수 있는 다수의 고체 물체 굴절 경로들(940)을 제공하며, 도 9b에 도시된 바와 같이, 구역(922)을 구비한 컨테이너(900)를 이용하는 내용물-없는 용적에 부착된 경제적 불이익 거의 모두를 회피한다.
도 9d는 다른 예의 컨테이너(900)를 도시한다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 다중-시트 층을 포함할 수 있는 다중-시트 구역(970)이 압력 셀(920) 내부에 제공되지만 컨테이너 유체(924)를 완전히 둘러싸지 않는다. PRDs(930)는 임의의 돌발적인 또는 비-공칭 작동 유체를 비울 수 있다. 방출 유체를 PRDs(930)를 비우도록, 유체가 PRD(930) 내의 국부화 구역(980)을 수송하는 동안 유체(924)가 수용되어 있을 수 있다(예를 들면 도 9c에 도시된 유체 엔벨로프(926) 내에). 비록 국부적 구역(980)이 도 9d 내의 유출 다중-시트 구역(970)으로서 라벨링되지만, 구역(980)은 또한 PRD 구성요소(930)의 입구이다. PRD 구역(980)이 컨테이너(900)의 출구 구성 요소 내로 형성된 설계 분출 "격벽"과 같이 단순할 수 있다. 컨테이너(900)가 도 8에 도시된 컨테이너(800)와 같은 압력 용기인 경우, 구역(980)은 도 8b의 개별 기하학적 위치로서 너무 빽빽해서 구별될 수 없는 보스 가장자리(814) 내로 형성될 수 있다.
도 9d에 도시된 전체 통로(990)는 압력 셀(920) 내의 임의의 안전 유체 방출을 포함할 수 있으며 따라서 구역(970)은 컨테이너 내용물 압력에서 작동할 수 있다(흔히 대기압보다 더 크다). 방출된 유체는 PRDs(930)에 의해 제공된 임의의 압력 감소를 통하여 유동하고, 이에 의해 안전 방출 경로(912) 및 이에 따라 무해하게 외계(910) 내로 유동한다. 이와 같이, 소정의 실시예들에서, 구역(970) 및 그 출구 구역(980)은 컨테이너(900)의 용적에 비해 용적이 매우 작을 수 있으며, 이는 이러한 구역들은 둘다 많이 국부화될 수 있거나 상승된 압력에서 작동할 수 있기 때문이다. 이에 의해 실시예의 이러한 최종 구역은 중요하지 않은 내용물 없는 용적 불이익을 보유할 수 있다.
도 9a 내지 도 9d가 제안하는 개략적인 버블 다이어그램이 제안하는 실시예들 사이의 명확한 구분 외에, 수 개의 다중-시트 실시예들은 컨테이너 안정성, 기능 또는 경제성을 개선하는 방식으로 종래의 구성요소와 효과적으로 조합될 수 있다. 셀 또는 벽 컨테이너 구성 요소에 대한 일시적인 기계적 강도에 기여하는 총탄 또는 파편 관통-방지 기술은 또한 유용하게는 본 발명에 따라 층형 요소와 조합될 수 있어서 어느 하나의 기술이 자체적으로 달성될 수 있는 보호에 우수한, 관통 사고 및 연쇄 파열 사고에 대한 조합된 방어를 제공한다. 다중-시트 구조체들은 총탄 방어 층의 부분적으로 밀봉된 천공을 보호할 수 있다. 능동 및 수동 제어식 방출 통로들(종래에는 압력 해제 장치 및 버스트 디스크(burst disc)로 지칭되는) 및 외부 외계와 방출 유체의 혼합을 포함하는, 다른 이미-판명된 보호 장치는 보스 가장자리(814)와 같은, 컨테이너의 외부의 보호 구역 내에 최상으로 위치된다. 유동 제어 구성요소 분출물이 불붙는 경우 화염 및 토치(torch)가 초래되지 않도록, 상기와 같은 조합된 실시예들에 대한 가장 높은 레버리지 위치는 "970"과 같은 구역에서 실시예들에 의해 일련의 유동 제어 부품을 배치함으로써 연쇄 반응을 깨트린다.
본 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 실시예들을 제공하며 자체적으로 제한되는 것으로 고려되지 않아야 한다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서의 범위 내에 포함되어야 하는 다양한 변형 및 확대를 본 명세서로부터 인식할 수 있다. 엄밀한 의미에서, 본 발명은 다음의 특허청구범위의 청구항들에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (21)

  1. 컨테이너 벽; 및
    상기 컨테이너 벽에 인접하여 배열된 하나 이상의 층;을 포함하고,
    상기 하나 이상의 층 각각은 적어도 하나의 시트를 갖고, 상기 하나 이상의 층의 적어도 하나는 복수의 본딩된 시트들을 갖는 다중-시트 층이고,
    상기 하나 이상의 층의 적어도 하나는 상기 컨테이너 벽을 통한 유동을 지연시키도록 상기 컨테이너 벽의 파괴에 반응하여 변형되는, 컨테이너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다중-시트 층은 상기 다중-시트 층의 개별 시트들 사이에 형성된 캐비티들을 포함하는, 컨테이너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 캐비티들 중 인접한 캐비티들 사이에 유체 유동을 허용하도록 상기 다중-시트 층의 시트들 내에 형성된 통로들을 추가로 포함하는, 컨테이너.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨테이너 벽의 파괴를 초래하는 사고 동안, 상기 통로들은 서로에 대한 상기 다중-시트 층의 개별 시트들의 상대 운동에 의해 폐쇄되는, 컨테이너.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 다중-시트 층의 복수의 본딩된 시트들은 이들의 표면 영역들을 따라 서로 부착되고, 상기 개별 시트들은 평면형 시트들 및 캐비티 형성 시트들을 포함하는, 컨테이너.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 캐비티 형성 시트들은 규칙적으로 이격된 기하학적 형성물 또는 펜로즈 타일형 캐비티들을 형성하는, 컨테이너.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 개별 시트들은 인접한 시트들에 본딩되는, 컨테이너.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중-시트 층의 복수의 본딩된 시트들은 각각 외부 프레임에 부착되고, 상기 복수의 본딩된 시트들의 개별 시트들은 상기 컨테이너 벽의 파괴 동안 시일을 형성하도록 서로 변형되는, 컨테이너.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨테이너는 파이프라인이고, 상기 하나 이상의 층은 상기 파이프라인 내에 동심으로 배치된 다중-시트 내부층 및 중간층을 포함하는, 컨테이너.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨테이너는 압력 용기인, 컨테이너.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 컨테이너는 상기 컨테이너의 용적으로 유체의 유입 및 유출을 허용하는 보스를 포함하는, 컨테이너.
  12. 내용물 구역; 및
    상기 내용물 구역을 포함하고 상기 내용물 구역을 외계의 주변 구역으로부터 분리하는 컨테이너 벽; 및
    상기 내용물 구역과 상기 컨테이너 벽 사이에 배열된 하나 이상의 층;을 포함하고,
    상기 하나 이상의 층의 적어도 하나는 복수의 본딩된 시트들을 갖는 다중-시트 구역을 형성하며,
    상기 하나 이상의 층의 적어도 하나는 상기 컨테이너 벽을 통한 유동을 지연시키도록 상기 컨테이너 벽의 파괴에 반응하여 변형되는, 컨테이너.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 내용물 구역 및 상기 다중-시트 구역과 인터페이스를 형성하는 제1 관통 실드 구역;
    상기 제1 관통 실드 구역과 인터페이스를 형성하는 제2 관통 실드 구역; 및
    상기 다중-시트 구역, 상기 제1 관통 실드 구역, 상기 제2 관통 실드 구역, 및 상기 외계의 주변 구역과 인터페이스를 형성하는 안전 배출 구역;을 추가로 포함하는, 컨테이너.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 관통 실드 구역은 충돌 임팩트에 대해 보호하도록 상기 컨테이너 벽 주위의 보호 배리어인, 컨테이너.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 관통 실드 구역은 제1 구역 다중-시트 층으로 형성되는, 컨테이너.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 다중-시트 구역은:
    상기 컨테이너 벽을 둘러싸는 외부 다중-시트 구역;
    상기 적어도 하나의 다중-시트 층 주위의 유체 엔벨로프 구역; 및
    상기 유체 엔벨로프 구역 주위의 절연 구역;을 포함하는, 컨테이너.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유체 엔벨로프 구역은 적어도 하나의 다중-시트 층을 포함하는, 컨테이너.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 외부 다중-시트 구역은 적어도 하나의 다중-시트 층을 포함하는, 컨테이너.
  19. 제 16 항에 있어서,
    적어도 하나의 다중-시트 층을 포함하는 내부 다중-시트 구역을 추가로 포함하는, 컨테이너.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 컨테이너는 압력 용기인, 컨테이너.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 다중-시트 구역은 적어도 하나의 다중-시트 층을 포함하고,
    상기 다중-시트 층은 복수의 평면형 층들 사이에 위치된 하나 이상의 캐비티 형성 층;을 포함하며,
    상기 하나 이상의 캐비티 형성 층은 상기 평면형 층들 중 2개 층 사이에 복수의 캐비티들을 형성하는 기하학적 형상을 포함하는, 컨테이너.
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