KR20240034208A - 압력 용기용 돔 강화 쉘 및 이의 제조 방법 - Google Patents

압력 용기용 돔 강화 쉘 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20240034208A
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비외른 크리엘
헤르트 나우번
드리스 드비셔
칸-훙 응우옌
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플라스틱 옴니엄 뉴 에너지스 프랑스
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Abstract

섬유 강화 복합 재료 테이프들의 층들의 권선으로 이루어진, 압력 용기용 돔 강화 쉘 (16; 16') 은, 베이스 (24) 및 중심축 (10) 을 갖는 돔 형상부 (22) 를 가지고, 상기 층들은,
- 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 근위층으로서, 상기 적어도 하나의 근위층은 상기 근위층의 제 1 단부에서 측정된 상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도 (α1) 를 갖고, α1 은 엄격하게는 0° 과 90° 사이인, 상기 적어도 하나의 근위층, 및
- 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 원위층으로서, 상기 적어도 하나의 원위층은 상기 원위층의 제 1 단부에서 측정된 상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도 (α2) 를 갖고, α2 은 엄격하게는 0° 과 α1 사이인, 상기 적어도 하나의 원위층을 포함한다.

Description

압력 용기용 돔 강화 쉘 및 이의 제조 방법
본 발명은 차량용 압력 용기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 압력 용기용 돔 강화 쉘, 이러한 돔 강화 쉘을 포함하는 압력 용기, 이러한 압력 용기를 포함하는 차량 및 압력 용기용 돔 강화 쉘을 제조하는 방법 및 압력 용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
차량용 고압 용기는, 일반적으로 라이너라고도 지칭되는 중공 용기를 포함하고, 상기 중공 용기는 2 개의 돔 형상의 종방향 단부들을 갖는 일반적인 원통형 형상을 갖고, 생산하기 위해 가볍고 저렴하도록 선택되는 재료와 같은 플라스틱 재료, 또는 금속 (예를 들어, 알루미늄) 과 같은 다른 재료로 제조된다. 이 용기는 압력하에서 가스, 예를 들어 디하이드로겐 (dihydrogen) 을 저장하도록 의도되고, 동력 공급원과 같은 다양한 기능들을 위한 압력 용기가 장착된 차량에 의해 사용되도록 의도된다. 압력하의 가스는 용기의 내부 표면에 강한 제약을 가하며, 이는 용기의 무결성을 손상시키고 특히 디하이드로겐과 같은 가연성 가스로 위험한 누출을 야기할 수 있다.
용기의 기계적 특성을 향상시키기 위해, 강화 섬유, 예를 들어 탄소 섬유로 제조된 필라멘트를 용기의 외부 표면 주위에 모두 권취하는 것이 공지되어 있다. 필라멘트는, 권취를 용이하게 하고 용기의 외부 표면의 각각의 피스를 확실히 덮기 위해 수지 내에 매립된다.
용기의 돔 형상의 종방향 단부에 대해, 용기와 독립적으로 필라멘트의 권취, 및 그 후 후속 단계에서 용기에 돔 강화 쉘을 끼워 맞추는 것을 포함하는 돔 강화 부분 또는 돔 강화 쉘을 제조하는 것이 공지되어 있다. 문헌 DE 10 2017 208 492 A1 은 이러한 돔 강화 쉘의 예를 제공한다. 그러나, 몇 가지 단점이 있다.
우선, 이 문헌에서 필라멘트의 층이 권취되는 방식 및 순서는, 각각의 후속 층의 극 개구 (pole opening) 가 돔 강화 쉘의 외부측으로부터 가시적이기 때문에, 각 층의 단부 상에 예리한 에지들이 존재하게 한다. 이러한 예리한 에지들은 돔 강화 쉘의 국부적인 취약점들을 형성하는 응력 집중 위치들을 구성하고, 사실상 압력 용기 상에 있으며, 이는 결국 압력 용기의 파손을 야기할 수 있다. 이는 압력 용기의 종방향 단부들이 중심의 원통형 부분보다 더 파손되기 때문에 중요하다.
또한, 이 문헌에 따른 권선의 결속 (tie-on) 부분, 즉 권취 작업의 시작은 낮은 각도의 나선형 패턴을 따르므로 구현하기가 복잡하다. 후프 패턴 ( hoop pattern ) 으로 권선을 시작한 후 낮은 각도의 나선형 패턴으로 전환할 필요가 있다. 그러나, 후프층들은 돔 강화 쉘의 기계적 특성의 개선에 기여하지 않기 때문에, 이는 필라멘트의 낭비 및 돔 강화 쉘의 불필요한 중량 증가를 초래하며, 이는 압력 용기 및 이를 구비한 차량의 과중량을 피하기 위해 방지되어야 한다.
상기를 고려하여, 돔 강화 쉘 기계적 특성을 최적화하고 돔 강화 쉘 중량을 제한할 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명에 따르면, 베이스 및 중심축을 갖는 돔 형상부를 갖는 섬유 강화 복합 재료 테이프들의 층들의 권선으로 이루어진 압력 용기용 돔 강화 쉘이 제공되며, 상기 층들은,
- 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 근위층으로서, 적어도 하나의 근위층은 근위층의 제 1 단부에서 측정된 중심축에 대한 시작 각도 (α1) 를 갖고, α1 은 엄격하게는 0° 과 90° 사이인, 상기 적어도 하나의 근위층, 및
- 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 원위층으로서, 적어도 하나의 원위층은 원위층의 제 1 단부에서 측정된 중심축에 대한 시작 각도 (α2) 를 갖고, α2 은 엄격하게는 0° 과 α1 사이인, 상기 적어도 하나의 원위층
을 포함한다.
각각의 층에서 섬유들의 상대적인 배향들의 시퀀스는 섬유 강화 복합 재료의 "레이-업 (lay-up)" 으로 알려져 있다.
적어도 하나의 원위층에 대한 적어도 하나의 근위층의 상대 위치 덕분에, 돔 강화 쉘의 가장 외부 층은 아래의 층들의 극성 개구들보다 더 작은 극성 개구를 갖는다. 이와 같이, 돔 강화 쉘의 외부측 상에 예리한 에지들이 없거나, 적어도 더 적은 예리한 에지들이 존재하며, 이는 응력 집중의 취약점을 더 적게 포함한다는 것을 의미한다. 이는 이전에 논의된 선행 기술 문헌의 것에 비해 돔 강화 쉘의 기계적 특성들을 개선시킬 수 있다.
또한, 적어도 하나의 원위층에 대한 적어도 하나의 근위층의 상대 위치 때문에, 권선의 타이-온 부분은 더 이상 후프 패턴 권선으로 시작할 필요가 없다. 이는 더 단순한 권취 작업을 야기하고 권선에 필요한 필라멘트의 양을 감소시킴으로써, 돔 강화 쉘의 질량 및 생산 비용을 감소시킨다. 참고로, 본 발명은, 선행 기술 문헌과 비교하여 일정한 기계적 특성들에서, 용기의 압력의 외부 복합 구조의 질량의 약 10% 내지 15% 의 감소를 얻을 수 있는 것으로 측정되었다.
시작 각도 (α1) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 근위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
근위층의 돌출된 섬유 토우는 2 개의 말단들을 갖고: 하나의 말단은 아래에 제시된 절단 공정으로부터 생성되는 자유 말단이고, 다른 말단은 연속 말단이며, 이는 근위층의 섬유 토우가 절단되지 않고 다른 평면에서 그의 궤적을 계속함을 의미한다. 중심축을 통과하는 절단 평면은 자유 말단의 중간점이 중심축 상에 투영되는 평면이다. "시작" 접선는 연속적인 말단의 접선이다.
시작 각도 (α2) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 원위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
“필라멘트” 라는 표현은 복합 재료를 형성하기 위해 액체 매트릭스로 함침되거나 미리 함침되지 않은 (즉, 건조 섬유들), 연속적인 섬유 토우, 바람직하게는 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 아라미드 섬유를 의미한다. 사용되는 매트릭스의 유형에 따라, 복합 재료의 2 개의 메인 군들이 있다. 열경화성 수지 또는 열가소성 중합체를 매트릭스로 하여 형성된 열경화성 복합체 및 열가소성 복합체가 제공된다.
열경화성 수지는, 열경화성 수지를 형성하기 위해 경화 조건들 (예를 들어, 열, UV 또는 다른 복사들, 또는 단순히 이들을 서로 접촉시킴으로써 등) 에 노출시에 반응하는, 반응성 열경화성 전구체를 형성하는 2 개 이상의 반응성 성분들을 혼합함으로써 형성된다. 열경화성 매트릭스는 고성능 복합체를 산출하기 위해 완전히 경화되어야 한다. 일단 경화되면, 열경화성 수지는 고체이며, 수지가 더 이상 흐를 수 없기 때문에 더 이상 가공되거나 재성형될 수 없다. 열경화성 수지의 예는 불포화 폴리에스테르, 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리우레아, 이소시아누레이트, 및 폴리우레탄 수지를 포함한다. 점착성이지만 여전히 연성이도록 부분적으로만 경화된 반응성 수지로 함침된 섬유들로 제조된 열경화성 프리프레그를 제조할 수 있다. 프리프레그는 저장되고 나중에 수지를 UV 에 가열 또는 노출시켜 프리프레그를 완전 경화시키고 고형화시킴으로써 압력 하에서 추가로 가공될 수 있다.
열가소성 중합체는 각각 온도를 증가 및 하강시킴으로써 고체 상태 (또는 비-유동성 상태) 로부터 액체 상태 (또는 유동성 상태) 로 그리고 그 반대로 변경할 수 있다. 반결정성 중합체의 경우, 열가소성물의 온도를 낮추면 결정의 형성 및 열가소성물의 고화를 촉진된다. 반대로, 반결정성 중합체를 이의 용융 온도 이상으로 가열하는 것은 결정을 용융시키고 열가소성물이 유동할 수 있다. 반결정성 열가소성물의 예들로서는 폴리에테르 케톤, 예컨대 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤 (PEKK), 폴리 에테르 케톤 케톤 에테르 케톤 (PEKKEK), 폴리아미드, 예컨대 폴리아미드 6 (PA6), 폴리아미드 66 (PA66), 폴리아미드 10 (PA10), 폴리아미드 11 (PA11), 폴리아미드 12 (PA12), 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP) 등을 포함한다. 비정질 열가소성물은 결정을 형성하지 않고, 용융 온도를 갖지 않는다. 비정질 열가소성물은 재료 온도가 그의 유리 전이 온도 미만인지 또는 초과인지에 따라 응고되거나 유동성이 된다. 비정질 열가소성물의 예들로서는 폴리에테르이미드 (PEI), 폴리설폰 (PSU), 폴리에테르설폰 (PES), 폴리카보네이트 (PC), 폴리스티렌 (PS), 열가소성 폴리우레탄 (TPU) 등을 포함한다. 따라서, 반결정성 및 비정질 열가소성물 둘 모두는 용융 또는 유리 전이 온도 이상으로 가열함으로써 재성형될 수 있고, 그에 따라 온도를 낮춤으로써 새로운 형상으로 동결될 수 있다. 물리적 관점에서 엄격하게 정확하지는 않지만, 단순화를 위해, 액체 상태의 반결정성 및 비정질 열가소성물 둘 모두는 본 명세서에서 "열가소성 용융물" 로 지칭된다.
유리하게는, 섬유 강화 복합 재료의 층들은 테이프-형상이다.
필라멘트의 이러한 형상은, 돔 강화 쉘의 형상을 효율적으로 덮고 그리고 만족스러운 권취 응집을 달성하는데 특히 적합하다.
유리하게는, α1 은 60° 와 75° 사이, 바람직하게는 70° 와 75° 사이이다.
유리하게는, α2 은 10° 와 20° 사이, 바람직하게는 13° 와 17° 사이이다.
이러한 값들은 돔 강화 쉘에 적합하며 돔 강화 쉘의 제조에서 구현하기 쉽다.
유리하게는, 돔 강화 쉘은 적어도 하나의 근위층과 적어도 하나의 원위층 사이에 놓인 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 중간층 세트를 더 포함하고, 중간층들 세트 각각은 중심축에 대해 엄격하게는 α1 과 α2 사이인 시작 각도 (αi) 를 갖는다.
따라서, 돔 강화 쉘이 다수의 유형의 패턴들에 따라 놓이는 층들을 갖는 것이 가능하여, 임의의 설계의 압력 용기에 적응가능하게 한다.
시작 각도 (αi ) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 중간층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
바람직하게는, 돔 강화 쉘은 중심축에 대한 시작 각도 (αi) 가 적어도 하나의 근위층으로부터 적어도 하나의 원위층으로 점진적으로 감소하는 여러 세트의 중간층들을 포함한다.
중간층들의 이러한 차수는 돔 강화 쉘에 보다 양호한 기계적 특성들을 제공한다.
유리하게는, 돔 강화 쉘은 돔 형상부의 베이스로부터 축방향으로 연장되는 중심축을 중심으로 하는 회전의 일체형 연장부를 더 포함한다.
일체형 연장부는 내부면과 외주면을 갖는다. 바람직하게는, 일체형 연장부의 외주면은 원통형 표면인 반면, 일체형 연장부의 내부면은 원통형, 절두 원추형, 만곡형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 표면이다.
따라서, 이러한 설계가 바람직한 경우, 돔 강화 쉘이 라이너의 중간부를 덮는 것이 가능하다.
유리하게는, 돔 강화 쉘은 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 더 포함하고, 적어도 하나의 추가층은 중심축에 대해 시작 각도 (α0) 를 갖고, α0 은 엄격하게는 α1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이이다.
섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층은 레이-업 (lay-up) 내의 어디에나 놓인다. 바람직하게는, 섬유 강화 복합 재료의 추가층은 적어도 하나의 근위층 아래에 놓인다.
적어도 하나의 추가층은 돔 강화 쉘에 필요한 구조적 강도를 제공함으로써 돔 강화 쉘의 기계적 특성들을 추가로 개선하는 것을 허용한다. 이러한 제공은 또한 돔 강화 쉘이 일체형 연장부를 포함할 때 외부 복합 구조물의 제 1 층 상의 하중을 감소시킬 수 있다. 실제로, 돔 강화 쉘의 일체형 연장부를 둘러싸는 외부 복합 구조물의 제 1 층에서 섬유의 방향으로의 필라멘트 응력의 감소가 관찰되었다.
시작 각도 (α0) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 시작 층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
압력 용기는 라이너 내외로 유체를 충전 및 배출하기 위한 보스를 포함한다. 보스 근방의 "브리징 (bridging)" 을 방지하기 위해, 추가적인 낮은 각도의 나선형 층들이 레이업에 추가될 수 있다. "브리징" 은 새롭게 위치된 섬유 토우가 이전에 위치된 섬유 토우와 접촉하지 않을 때 돔 강화 쉘 내의 공동의 외관이다.
대안적으로, "브리징" 은 낮은 각도의 나선형 층들의 권취 동안 보스 근처의 층들의 두께를 증가시킴으로써 제한될 수 있다.
이 목적은 돔 강화 쉘 및 이에 따른 압력 용기의 조기 파열을 초래할 수 있기 때문에 돔 강화 쉘에 가능한 한 적은 공동들을 갖는 것이다.
바람직하게는, 돔 강화 쉘은 다음과 같다:
- 적어도 하나의 근위층은 중심축에 대해 단부 각도 (β1) 를 가지며, β1 은 엄격하게는 40° 와 90° 사이이고,
- 적어도 하나의 원위층은 중심축에 대해 단부 각도 (β2) 를 가지며, β2 은 엄격하게는 40° 와 β1 사이이며, 그리고/또는
- 중간층들의 세트들 각각은 중심축에 대해 엄격하게는 β1 와 β2 사이인 단부 각도 βi 를 갖고 그리고/또는,
- 적어도 하나의 추가층은 중심축에 대해 단부 각도 (β0) 를 가지며, β0 은 엄격하게는 β1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이이다.
이러한 값들은 돔 강화 쉘에 적합하며 돔 강화 쉘의 제조에서 구현하기 쉽다.
단부 각도 (β1) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 근위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
근위층의 돌출된 섬유 토우는 2 개의 말단들을 갖고: 하나의 말단은 아래에 제시된 절단 공정으로부터 생성되는 자유 말단이고, 다른 말단은 연속 말단이며, 이는 근위층의 섬유 토우가 절단되지 않고 다른 평면에서 그의 궤적을 계속함을 의미한다. 중심축을 통과하는 절단 평면은 자유 말단의 중간점이 중심축 상에 투영되는 평면이다. "단부" 접선은 자유 말단에서의 접선이다.
단부 각도 (β2) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 원위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
단부 각도 (βi) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 중간층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
단부 각도 (β0) 는 중심축과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 시작 층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
바람직하게는, 돔 강화 쉘은 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 더 포함하고, 적어도 하나의 추가층은 종축에 대해 각도 (α0') 를 형성하는 후프층이며, α0' 는 대략 90° 이다.
섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층은 레이-업 내의 어디에나 놓인다. 바람직하게는, 섬유 강화 복합 재료의 추가층은 적어도 하나의 근위층 아래에 놓인다.
후프 패턴을 갖는 적어도 하나의 추가층은, 돔 강화 쉘의 기계적 특성들을 용이하게 향상시킬 수 있고, 돔 강화 쉘이 일체형 연장부를 포함할 때 외부 복합 구조물의 제 1 층 상의 하중을 감소시킬 수 있다. 실제로, 돔 강화 쉘의 일체형 연장부를 둘러싸는 외부 복합 구조물의 제 1 층에서 섬유의 방향으로의 필라멘트 응력의 감소가 관찰되었다.
또한, 본 발명에 따르면 하기를 포함하는 압력 용기가 제공된다:
- 유체 저장 챔버를 규정하는 라이너,
- 라이너의 돔 형상의 종방향 단부에 걸쳐 끼워맞춰지는, 상기 제시된 바와 같은 적어도 하나의 돔 강화 쉘,
- 보스, 및
- 라이너 및 적어도 하나의 돔 강화 쉘을 둘러싸거나 감싸는 외부 복합 구조물.
유리하게는, 압력 용기는 라이너의 2 개의 돔 형상 종방향 단부들에 걸쳐 끼워맞춰지는, 상기 제시된 바와 같은 2 개의 돔 강화 쉘들을 포함한다.
유리하게는, 라이너는 적어도 하나의 돔 강화 쉘이 라이너와 플러싱하도록 적어도 하나의 돔 강화 쉘을 수용하도록 치수결정된 중간부를 포함한다.
"적어도 하나의 돔 강화 쉘이 라이너와 플러싱하는" 이라는 표현은, 라이너의 외부 표면이 적어도 하나의 돔 강화 쉘의 외부 표면과 기하학적으로 혼합된다는 것을 의미한다.
중간부는 라이너의 중심 원통형부와 라이너의 돔 형상의 종방향 단부 사이에 위치되고 이들을 연결한다. 중간부는 원통형, 절두원추형, 만곡형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 외주면을 갖는다. 중간부의 외주면이 원통형 표면인 경우에, 라이너는 중심 원통형부와 돔 형상 종방향 단부 사이에 정사각형 외부 숄더를 포함하는 계단형 라이너로서 볼 수 있다.
이와 같이, 적어도 하나의 돔 강화 쉘을 포함하는 라이너의 외부 표면은 특히 매끄럽다. 이는 외부 복합 구조물의 적용을 개선하고 압력 용기 내의 응력 레벨을 감소시킨다.
본 발명에 따르면 또한 상기 제시된 바와 같은 압력 용기를 포함하는 차량이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면 다음의 연속적인 단계들을 포함하는 압력 용기를 위한 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 제조하는 방법이 제공된다:
(a1) 중심축을 규정하는 2 개의 대칭 돔 형상부들을 갖는 맨드릴을 제공하는 단계,
(b1) 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 근위층을 놓는 단계로서, 상기 적어도 하나의 근위층은 상기 근위층의 제 1 단부에서 측정된 중심축에 대한 시작 각도 (α1) 를 갖고, α1 은 엄격하게는 0° 과 90° 사이인, 상기 적어도 하나의 근위층을 놓는 단계, 및
(c1) 적어도 하나의 근위층에 걸쳐 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 원위층을 놓는 단계로서, 적어도 하나의 원위층은 원위층의 제 1 단부에서 측정된 중심축에 대한 시작 각도 (α2) 를 갖고, α2 은 엄격하게는 0° 과 α1 사이인, 상기 적어도 하나의 원위층을 놓는 단계,
따라서, 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 획득하는 단계.
유리하게는, 맨드릴은 종축을 중심으로 하는 회전체의 중심부 및 2 개의 종방향 단부들을 더 포함하고, 2 개의 대칭 돔 형상부들은 2 개의 대칭 돔 형상부들의 중심축이 중심부의 종축과 동축이 되도록 중심부의 종방향 단부들에 위치된다.
유리하게는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 제조하기 위한 방법은, 다음으로 구성되는 단계 (c1) 이후에 발생하는 단계를 더 포함한다:
(d1) 상기 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 2 개의 대칭 부분들로 분할하여, 2 개의 별개의 돔 강화 쉘들을 획득하는 단계.
바람직하게는, 단계 (d1) 의 분할은 2 개의 대칭 부분들에서 상기 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 절단함으로써, 바람직하게는 2 개의 대칭 부분들에서 상기 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 원주방향으로 절단함으로써 수행된다.
유리하게는, α1 은 60° 와 75° 사이, 바람직하게는 70° 와 75° 사이이다.
유리하게는, α2 은 10° 와 20° 사이, 바람직하게는 13° 와 17° 사이이다.
유리하게는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 제조하기 위한 방법은, 다음으로 구성되는 단계 (c1) 이전에 발생하는 단계를 더 포함한다:
(b2) 적어도 하나의 근위층과 적어도 하나의 원위층 사이의 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 중간층 세트를 놓는 단계로서, 중간층들 세트 각각은 중심축에 대해 엄격하게는 α1 과 α2 사이인 시작 각도 (αi) 를 갖는, 상기 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 중간층 세트를 놓는 단계.
바람직하게는, 단계 (b2) 는 중심축에 대한 시작 각도 (αi) 가 적어도 하나의 근위층으로부터 적어도 하나의 원위층으로 점진적으로 감소하는 여러 세트의 중간층들을 놓는 단계로 구성된다.
유리한 실시형태에 따르면, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘들을 제조하기 위한 방법은, 다음으로 구성되는 단계 (a1) 이전에 발생하는 단계를 더 포함한다:
(a0) 적어도 하나의 근위층 아래의 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계로서, 적어도 하나의 추가층은 중심축에 대해 시작 각도 (α0) 을 갖고, α0 은 엄격하게는 α1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이인, 상기 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계, 또는
(a0') 적어도 하나의 근위층 아래의 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계로서, 적어도 하나의 추가층은 중심축에 대해 각도 α0' 를 형성하는 후프층이고, α0' 는 대략 90°인, 상기 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계.
따라서, 상기 방법은 돔 강화 쉘이 일체형 연장부를 포함하는지 여부에 따라 조정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 다음의 단계를 포함하는 압력 용기를 제조하는 방법이 제공된다:
- 유체 저장 챔버를 규정하는 라이너를 제공하는 단계,
- 유체를 유체 저장 챔버 내외로 충전 및 배출하기 위해 보스를 라이너의 돔 형상의 종방향 단부에 결합하는 단계,
- 상기 제시된 바와 같이 적어도 하나의 돔 강화 쉘을 제조하는 단계,
- 맨드릴로부터 적어도 하나의 돔 강화 쉘을 제거하는 단계,
- 라이너의 돔 형상의 종방향 단부에 걸쳐 적어도 하나의 돔 강화 쉘을 끼워맞추는 단계, 및
- 라이너 및 적어도 하나의 돔 강화 쉘에 걸쳐 외부 복합 구조물을 놓는 단계.
유리하게는, 압력 용기를 제조하는 방법은, 상기 제시된 바와 같은 2 개의 돔 강화 쉘을 제조하는 단계, 맨드릴로부터 2 개의 돔 강화 쉘을 제거하는 단계, 2 개의 돔 강화 쉘들을 라이너의 돔 형상의 종방향 단부에 걸쳐 끼우맞추는 단계 및 라이너 및 2 개의 돔 강화 쉘들에 걸쳐 외부 복합 구조물을 놓는 단계를 포함한다.
유리하게는, 라이너는 적어도 하나의 돔 강화 쉘이 라이너와 플러싱하도록 적어도 하나의 돔 강화 쉘을 수용하도록 치수결정된 중간부를 포함한다.
다른 특징들 및 이점들은, 예시적이고 비제한적인 예로서 주어지고 첨부된 도면들과 함께 다음의 설명을 읽음으로써 나타날 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 차량의 일반도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 돔 강화 쉘을 포함하는 압력 용기의 단면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d 는 본 발명에 따른 돔 강화 쉘과 선행 기술의 돔 강화 쉘에서의 상이한 내부 응력들의 재분할을 비교하는 시뮬레이션 그래픽이다.
도 4 는 도 2 와 유사하지만 외부 복합 구조물이 돔 강화 쉘에 걸쳐 끼워맞춰지는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 돔 강화 쉘이 추가층을 포함하는지의 여부에 따라 외부 복합 구조물의 제 1 층 내의 내부 응력을 비교한 시뮬레이션 그래픽이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 돔 강화 쉘을 포함하는 압력 용기의 단면도이다.
본 발명은 특정 실시형태들에 관하여 그리고 소정의 도면들을 참조하여 설명될 것이지만 발명은 이에 제한되는 것이 아니라 청구항들에 의해서만 제한된다. 설명된 도면들은 단지 개략적이고 비제한적이다. 도면들에서, 일부 요소들의 크기는 예시적인 목적들을 위해 과장되며 비율대로 도시되지 않는다. 치수들 및 상대적 치수들은 발명을 실시하기 위한 실제 축소들에 대응하지 않는다.
청구항들에 사용된 "포함하는" 이라는 용어는 그 이후에 열거된 수단으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되고; 이는 다른 요소들이나 단계들을 제외하지 않는다. 따라서, 이는 언급된 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들의 존재를 특정하는 것으로 해석되어야 하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들 또는 구성요소들, 또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다. 따라서, "수단 A 및 B 를 포함하는 디바이스" 라는 표현의 범위는 구성요소들 A 및 B 로만 이루어진 디바이스들로 제한되지 않아야 한다. 이는 본 발명과 관련하여, 디바이스의 관련 구성요소들만이 A 및 B 인 것을 의미한다.
도 1 은 고압하에서 가스를 포함하도록 구성된 압력 용기 (4; 4') 를 포함하는 차량 (2) 을 나타낸다. 예를 들어, 압력 용기 (4; 4') 는 차량의 연료 전지에 통전하기 위한 디하이드로젠을 포함할 수 있다. "고압 용기" 라는 표현은 700 bar 에 이르는 내부 압력을 견딜 수 있는 압력하에서 가스를 저장하도록 의도된 용기를 의미한다. 예를 들어, 압력 용기는 국제 연합에 의해 발행된 "Agreement Concerning the Adoption of Uniform Technical Prescriptions for Wheeled Vehicles, Equipment and Parts which can be Fitted and/or be Used on Wheeled Vehicles and the Conditions for Reciprocal Recognition of Approvals Granted on the Basis of these Prescriptions" 의 부록 133-규정 제 134 를 준수할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 압력 용기 (4) 의 횡단면의 절반을 나타낸다. 압력 용기 (4) 는 압력 용기 (4) 의 유체 저장 챔버를 규정하는 라이너 (6) 를 포함한다. 라이너 (6) 는 종축 (10) 및 2 개의 돔 형상 종방향 단부들 (12) 을 규정하는 중심 원통형부 (8) 를 갖는다. 라이너 (6) 는 종축 (10) 에 수직이고 라이너 (6) 의 체적의 중심을 통과하는 대칭 평면을 갖는다.
압력 용기 (4) 는 라이너 (6) 내외로 유체를 충전 및 배출하기 위한 보스 (14) 를 포함한다. 보스 (14) 는 라이너 (6) 의 돔 형상 종방향 단부들 (12) 중 하나에 위치된 구멍에 끼워맞춰진다.
압력 용기 (4) 는 라이너 (6) 의 돔 형상 종방향 단부들 (12) 중 하나에 끼워맞춰지는 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16) 을 포함한다. 이 실시형태에서, 압력 용기 (4) 는 라이너 (6) 의 돔 형상 종방향 단부들 (12) 각각에 끼워맞춰지는 하나의 돔 강화 쉘 (16) 을 포함하고, 2 개의 돔 강화 쉘들 (16) 은 전술한 대칭 평면에 대해 서로 대칭이다. 이하에서, 하나의 돔 강화 쉘 (16) 만이 설명될 것이며, 다른 하나가 대칭 평면에 대해 대칭에 의해 추론될 수 있음을 알고 있다.
도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 라이너 (6) 는 돔 강화 쉘 (16) 이 라이너 (6) 와 플러싱하도록 돔 강화 쉘 (16) 을 수용하도록 치수결정된 숄더 또는 중간부 (18) 를 포함한다.
압력 용기 (4) 는 라이너 (6) 및 돔 강화 쉘들 (16) 을 둘러싸거나 감싸는 외부 복합 구조물 (20) 을 포함한다. 이러한 외부 복합 구조물 (20) 은 압력 용기의 제조에서 잘 알려진 것으로서, 이하의 설명에서는 더 이상 설명하지 않는다.
돔 강화 쉘 (16) 은 섬유 강화 복합 재료 테이프의 층들의 권선으로 구성된다. 섬유 강화 복합 재료는, 예를 들어 흔히 RTM 공정이라고 불리는 수지 주입 공정 또는 수지 이송 성형 공정에 의해, 놓이고 나서 미리 함침되고 경화되거나, 미리 함침되고 함침되지 않을 수 있다. 그러한 공정들 동안, 복합 재료가 수지 주입 공구 또는 수지 이송 몰드 내부에 남아 있는 동안 복합 재료의 경화가 발생한다. RTM 공정은 감소된 내부 응력을 갖는 돔 강화 쉘 (16) 의 여분의 매끄러운 외부 표면을 획득하는 것을 허용한다는 것에 유의해야 한다. 돔 강화 쉘 (16) 은 라이너 (6) 의 종축 (10) 과 동축인 중심축과 베이스 (24) 를 갖는 돔 형상부 (22) 를 갖는다. 층들은:
- 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 근위층으로서, 적어도 하나의 근위층은 근위층의 제 1 단부에서 측정된 중심축에 대한 시작 각도 (α1) 를 갖고, α1 은 엄격하게는 0° 과 90° 사이인, 상기 적어도 하나의 근위층, 및
- 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 원위층으로서, 적어도 하나의 원위층은 원위층의 제 1 단부에서 측정된 중심축에 대한 도 2 에 도시된 시작 각도 (α2) 를 갖고, α2 은 엄격하게는 0° 과 α1 사이인, 상기 적어도 하나의 원위층
을 포함한다.
시작 각도 (α1) 는 중심축 (10) 과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 근위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
시작 각도 (α2) 는 중심축 (10) 과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 원위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
여기서, α1 은 60° 와 75° 사이, 바람직하게는 70° 와 75° 사이이고, α2 는 10° 와 20° 사이, 바람직하게는 13° 와 17° 사이이다.
이 실시형태에서, 층들은 돔 강화 쉘은 적어도 하나의 근위층과 적어도 하나의 원위층 사이에 놓인 섬유 강화 복합 재료의 중간층들의 여러 세트를 더 포함하고, 중간층들 세트 각각은 중심축 (10) 에 대해 엄격하게는 α1 과 α2 사이인 시작 각도 (αi) 를 갖는다. 중간층들의 세트들은 중심축 (10) 에 대한 그들 각각의 시작 각도들 (αi) 이 적어도 하나의 근위층으로부터 적어도 하나의 원위층으로 점진적으로 감소하도록 된다.
시작 각도 (αi ) 는 중심축 (10) 과 중심축 (10) 을 통과하는 절단 평면 상으로의 중간층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
이 실시형태에서, 층들은, 적어도 하나의 근위층 아래의 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 더 포함하고, 적어도 하나의 추가층은 중심축 (10) 에 대해 시작 각도 (α0) 을 갖고, α0 은 엄격하게는 α1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이이다.
시작 각도 (α0) 는 중심축 (10) 과 중심축을 통과하는 절단 평면 상으로의 시작 층의 섬유 토우의 직교 투영의 "시작" 접선 사이에 형성된 각도이다.
이 실시형태에서, 층들은 다음과 같이 배열된다:
- 적어도 하나의 근위층은 중심축 (10) 에 대해 단부 각도 (β1) 를 가지며, β1 은 엄격하게는 40° 와 90° 사이이고,
- 적어도 하나의 원위층은 중심축 (10) 에 대해, 도 2 에 도시된, 단부 각도 (β2) 를 가지며, β2 은 엄격하게는 40° 와 β1 사이이며, 그리고/또는
- 중간층들의 세트들 각각은 중심축 (10) 에 대해 엄격하게는 β1 내지 β2 로 포함되는 단부 각도 (βi) 를 갖고 그리고/또는,
- 적어도 하나의 추가층은 중심축 (10) 에 대해 단부 각도 (β0) 를 가지며, β0 은 엄격하게는 β1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이이다.
단부 각도 (β1) 는 중심축 (10) 과 중심축 (10) 을 통과하는 절단 평면 상으로의 근위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
단부 각도 (β2) 는 중심축 (10) 과 중심축 (10) 을 통과하는 절단 평면 상으로의 원위층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
단부 각도 (βi) 는 중심축 (10) 과 중심축 (10) 을 통과하는 절단 평면 상으로의 중간층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
단부 각도 (β0) 는 중심축 (10) 과 중심축 (10) 을 통과하는 절단 평면 상으로의 시작 층의 섬유 토우의 직교 투영의 "단부" 접선 사이에 형성된 각도이다.
도 3a 내지 도 3d 는 전제부에 인용된 문헌 DE 10 2017 208 492 A1 에 의해 제안된 바와 같은 돔 강화 쉘 (16) 및 돔 강화 쉘 내의 상이한 응력을 비교하는 소프트웨어 ABAQUS 에서의 시뮬레이션을 도시한다.
도 3a 는 전제부에 기재된 예리한 에지들의 위치들에 대응하는 돔 강화 쉘 (16) 의 4 개의 위치들 (26c, 26d, 26e, 26f) 을 도시한다. 도 3b 는 시뮬레이션에서 출력 UVARM8 에 대응하는 필라멘트의 섬유 방향으로의 층상 응력을 나타내고, 도 3c 는 시뮬레이션의 출력 UVARM10 에 대응하는 필라멘트의 섬유 방향에 수직인 방향으로의 층상 응력을 나타내며, 도 3d 는 시뮬레이션의 출력 UVARM13 에 대응하는 필라멘트의 평면내 전단 응력을 나타낸다. 이들 3 개의 도면들에서, 점선 (28) 은 본 발명에 따른 돔 강화 쉘 (16) 에서의 응력의 발생에 대응하고, 실선 (30) 은 선행 기술의 돔 강화 쉘에서의 응력의 발생에 대응한다.
도 3b, 도 3c 및 도 3d 는 본 발명으로부터 오는 2 개의 개량들을 보여준다. 첫째, 본 발명은 돔 강화 쉘을 따라 상이한 응력들의 발생을 매끄럽게 하여, 압력 용기의 잠재적 파손을 초래할 수 있는 집중된 응력의 구역들을 제거한다. 이러한 파손은 전형적으로 예를 들어 20 bar 내지 700 bar 로 진행하는 연속적인 압력 사이클링 후에 발생된다. 둘째, 본 발명에 따른 돔 강화 쉘에서는 돔 강화 쉘 내의 전체 응력이 약간 낮춰져서 선행 기술에 비해 보다 신뢰가능하게 한다.
도 4 에 도시된 이 실시형태의 변형예에 따르면, 돔 강화 쉘 (16) 의 베이스 (24) 는 돔 강화 쉘 (16) 의 일체형 연장부 (25) 를 형성하는 중공 실린더에 의해 연장된다. 일체형 연장부 (25) 는 돔 강화 쉘 (16) 의 선단 (27) 에 대응하는 자유 단부를 갖는다. 선단 (27) 은 돔 강화 쉘 (16) 이 라이너 (6) 와 플러싱할 때 돔 강화 쉘 (16) 을 수용하도록 라이너 (6) 의 숄더 (18) 와 협력한다. 이 경우에, 적어도 하나의 근위층 아래에 놓인 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층은 중심축 (10) 에 대해 각도 (α0') 를 형성하는 후프층이며, α0' 는 대략 90° 이다.
돔 강화 층을 제조하는 방법을 이제 제시될 것이다.
첫째, 중심축을 규정하는 2 개의 대칭 돔 형상부들을 갖는 맨드릴이 제공된다. 그 후, 위에서 설명한 바와 같은 층들의 권선이 맨드릴 상에서 수행되어, 추가층, 근위층, 중간층들 및 원위층이 맨드릴 상에서 이러한 순서로 권취된다. 이러한 권선의 실현의 예로서, 상이한 층들의 각도들은 다음과 같을 수 있으며, 5 개의 중간층들: α0 = 85° ; α1 = 71,3° ; αi = {63,6° ; 56,2° ; 44,9° ; 33,4° ; 25,3°} , α2 = 15° 이다. 층들 각각은 0.5 과 1 mm 사이, 보다 바람직하게는 0.7 과 0.85 mm 사이인 층 두께를 갖는다.
전술한 실시형태의 변형예의 경우에, 적어도 하나의 추가층은 후프 패턴에 따라 맨드릴 상에 권취된다. 즉, 각도 α0 를 가진 층은, 각도 α0' 로서 90° 인 층으로 교체된다.
권취 후, 층들은 2 개의 별개의 돔 강화 쉘들 (16) 을 획득하기 위해 2 개의 대칭 부분들로 분할된다. 분할 작업은 한쌍의 돔 강화 쉘들 (16) 을 2 개의 대칭 부분들로 원주방향으로 절단함으로써 수행된다. 2 개의 돔 강화 쉘들 (16) 은, 필라멘트가 미리 함침되지 않으면 함침되고, 경화된 다음 최종적으로 맨드릴로부터 제거된다.
2 개의 돔 강화 쉘들 (16) 이 이제 제조되어, 압력 용기 (4) 를 제조하기 위한 방법을 구현할 수 있다. 라이너 (6) 가 제공되고 보스 (14) 는 라이너 (6) 의 돔 형상 종방향 단부들 중 하나에 결합된다. 돔 강화 쉘들 (16) 중 적어도 하나, 바람직하게는 이들 모두는, 돔 강화 쉘 (16) 이 라이너 (6) 와 플러싱하도록 숄더 상의 라이너의 돔 형상 종방향 단부들에 걸쳐 끼워맞춰진다. 마지막으로, 외부 복합 구조물 (20) 은 라이너 (6) 및 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16) 을 내부에 둘러싸거나 감싸도록 라이너 (6) 및 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16) 에 걸쳐 놓인다.
도 5 는 라이너 (6) 및 일체형 연장부 (25) 를 포함하는 돔 강화 쉘 (16) 둘 모두를 둘러싸거나 감싸는 외부 복합 구조물 (20) 내의 상이한 응력들을 비교하는 소프트웨어 ABAQUS 내의 시뮬레이션을 도시한다. 응력 비교는, 베이스 (24) 의 축방향 위치와 돔 강화 쉘 (16) 의 중심축 (10) 을 따른 선단 (27) 의 축방향 위치에 각각 대응하는, 용기의 종축 (10) 을 따른 제 1 축방향 위치 (24') 와 제 2 축방향 위치 (27') 사이에서, 일체형 연장부 (25) 를 둘러싸는 외부 복합 구조물 (20) 의 섹션의 제 1 후프층에서 수행된다.
이 도면에서, 점선 (29) 은, 돔 강화 쉘 (16) 이 추가층을 포함하지 않을 때, 외부 복합 구조물 (20) 의 제 1 후프층에서 내부 응력의 발생에 대응하고, 실선 (31) 은, 돔 강화 쉘 (16) 이 추가층을 포함할 때, 외부 복합 구조물 (20) 의 제 1 후프층에서 내부 응력의 발생에 대응한다. 이 시뮬레이션에서, 외부 복합 구조물 (20) 의 제 1 후프층의 내부 응력은 외부 복합 구조물 (20) 의 제 1 후프층의 필라멘트의 섬유 방향의 층상 응력이다.
도 5 는 본 발명으로부터 나온 제 3 개량을 도시한다. 실제로, 외부 복합 구조물의 제 1 후프층에서의 내부 응력은, 돔 강화 쉘이 추가층을 포함할 때 대 돔 강화물이 추가층을 포함하지 않을 때, 외부 복합 구조물에서 약간 낮아진다. 이는 돔 강화 쉘의 일체형 연장부를 둘러싸는 외부 복합 구조물의 제 1 후프층 상의 하중을 감소시킬 수 있다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압력 용기 (4') 의 절반을 나타낸다. 숄더를 포함하지 않는 라이너 (6') 를 포함한다는 점에서 본 발명의 제 1 실시형태의 압력 용기와 상이하다. 대신에, 도시된 바와 같이, 돔 강화 쉘 (16') 의 형상은 라이너 (6') 상에 놓일 때 표면 불연속이 발생하지 않도록 조정된다.
전술한 실시형태들은 예시적이며 제한적인 실시형태들이 아니다. 명백하게, 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고서 전술한 교시들에 비추어 본 발명의 많은 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명은 구체적으로 설명된 바와 같이 달리 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
2: 차량
4; 4': 압력 용기
6; 6': 라이너
8: 중심 원통부
10: 종축/중심축
12: 돔 형상 종방향 단부
14: 보스
16; 16': 돔 강화 쉘
18: 숄더
20: 외부 복합 구조물
22: 돔 형상부
24: 돔 형상부의 베이스
24': 제 1 축방향 위치
25: 일체형 연장부
26c, 26d, 26e, 26f: 돔 강화 쉘의 위치들
27: 돔 강화 쉘의 선단
27': 제 2 축방향 위치
28; 29: 점선
30; 31: 실선

Claims (25)

  1. 섬유 강화 복합 재료 테이프들의 층들의 권선으로 이루어진, 압력 용기용 돔 강화 쉘 (16; 16') 로서,
    베이스 (24) 및 중심축 (10) 을 갖는 돔 형상부 (22) 를 가지고,
    상기 층들은,
    - 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 근위층으로서, 상기 적어도 하나의 근위층은 상기 근위층의 제 1 단부에서 측정된 상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도 (α1) 를 갖고, α1 은 엄격하게는 0° 과 90° 사이인, 상기 적어도 하나의 근위층, 및
    - 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 원위층으로서, 상기 적어도 하나의 원위층은 상기 원위층의 제 1 단부에서 측정된 상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도 (α2) 를 갖고, α2 은 엄격하게는 0° 과 α1 사이인, 상기 적어도 하나의 원위층
    을 포함하는, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  2. 제 1 항에 있어서,
    α1 은 60° 와 75° 사이, 바람직하게는 70° 와 75° 사이인, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    α2 는 10° 와 20° 사이, 바람직하게는 13° 와 17° 사이인, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 강화 쉘은 상기 적어도 하나의 근위층과 상기 적어도 하나의 원위층 사이에 놓인 섬유 강화 복합 재료의 중간층들의 적어도 하나의 세트를 포함하고, 상기 중간층들의 세트 각각은 상기 중심축 (10) 에 대해 엄격하게는 α1 과 α2 사이인 시작 각도 (αi) 를 갖는, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도들 (αi) 이 상기 적어도 하나의 근위층으로부터 상기 적어도 하나의 원위층으로 점진적으로 감소하는 중간층들의 여러 세트를 포함하는, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 형상부 (22) 의 상기 베이스 (24) 로부터 축방향으로 연장되는 상기 중심축 (10) 을 중심으로 회전체의 일체형 연장부 (25) 를 더 포함하는, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 일체형 연장부 (25) 는 내부면 및 외주면을 갖고, 상기 외주면은 원통형 표면이고, 상기 내부면은 원통형, 절두 원추형, 만곡형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 표면인, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돔 강화 쉘은 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가층은 상기 중심축 (10) 에 대해 시작 각도 (α0) 를 갖고, α0 은 엄격하게는 α1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이인, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  9. 제 8 항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 근위층은 상기 중심축 (10) 에 대해 단부 각도 (β1) 를 가지며, β1 은 엄격하게는 40° 와 90° 사이이고,
    - 상기 적어도 하나의 원위층은 상기 중심축 (10) 에 대해 단부 각도 (β2) 를 가지며, β2 은 엄격하게는 40° 와 β1 사이이며, 그리고/또는
    - 중간층들의 세트들 각각은 상기 중심축 (10) 에 대해 엄격하게는 β1 과 β2 사이인 단부 각도 (βi) 를 갖고 그리고/또는,
    - 상기 적어도 하나의 추가층은 상기 중심축 (10) 에 대해 단부 각도 (β0) 를 가지며, β0 은 엄격하게는 β1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이인, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 돔 강화 쉘은 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가층은 종축 (10) 에 대해 각도 (α0') 를 형성하는 후프층이며, α0' 는 대략 90° 인, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  11. 제 8 항 또는 제 10 항에 있어서,
    섬유 강화 복합 재료의 상기 적어도 하나의 추가층은 상기 적어도 하나의 근위층 아래에 놓이는, 돔 강화 쉘 (16; 16').
  12. 압력 용기 (4; 4') 로서,
    - 유체 저장 챔버를 규정하는 라이너 (6; 6'),
    - 상기 라이너 (6; 6') 의 돔 형상 종방향 단부 (12) 에 걸쳐 끼워맞춰지는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16; 16'),
    - 보스 (14), 및
    - 상기 라이너 (6; 6') 및 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 둘러싸거나 감싸는 외부 복합 구조물 (20)
    을 포함하는, 압력 용기 (4; 4').
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 라이너 (6) 는 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16) 이 상기 라이너 (6) 와 플러싱하도록 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16) 을 수용하도록 치수결정된 중간부 (18) 를 포함하는, 압력 용기 (4).
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 따른 압력 용기 (16; 16') 를 포함하는, 차량 (2).
  15. 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘들 (16; 16') 을 제조하는 방법으로서, 이하의 연속적인 단계들,
    (a1) 중심축 (10) 을 규정하는 2 개의 대칭 돔 형상부들을 갖는 맨드릴을 제공하는 단계,
    (b1) 상기 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 근위층을 놓는 단계로서, 상기 적어도 하나의 근위층은 상기 근위층의 제 1 단부에서 측정된 상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도 (α1) 를 갖고, α1 은 엄격하게는 0° 과 90° 사이인, 상기 적어도 하나의 근위층을 놓는 단계, 및
    (c1) 상기 적어도 하나의 근위층에 걸쳐 상기 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 원위층을 놓는 단계로서, 상기 적어도 하나의 원위층은 상기 원위층의 제 1 단부에서 측정된 상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도 (α2) 를 갖고, α2 은 엄격하게는 0° 과 α1 사이인, 상기 적어도 하나의 원위층을 놓는 단계,
    따라서, 한 쌍의 돔 강화 쉘들 (16; 16') 을 획득하는 단계
    를 포함하는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘들 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 맨드릴은 종축을 중심으로 하는 회전체의 중심부 및 2 개의 종방향 단부들을 더 포함하고, 상기 2 개의 대칭 돔 형상부들은 상기 2 개의 대칭 돔 형상부들의 중심축 (10) 이 상기 중심부의 상기 종축과 동축이 되도록 상기 중심부의 종방향 단부들에 위치되는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘들 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    (d1) 상기 한 쌍의 돔 강화 쉘들 (16; 16') 을 2 개의 대칭 부분들로 분할하여, 2 개의 별개의 돔 강화 쉘들을 획득하는 단계
    로 구성되는, 단계 (c1) 이후에 발생하는 단계를 추가로 포함하는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    α1 은 60° 와 75° 사이, 바람직하게는 70° 와 75° 사이인, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    α2 은 10° 와 20° 사이, 바람직하게는 13° 와 17° 사이인, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (b2) 상기 적어도 하나의 근위층과 상기 적어도 하나의 원위층 사이의 상기 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 중간층들의 적어도 하나의 세트를 놓는 단계로서, 상기 중간층들의 세트 각각은 상기 중심축 (10) 에 대해 엄격하게는 α1 과 α2 사이인 시작 각도 (αi) 를 갖는, 상기 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 중간층 세트를 놓는 단계
    로 구성되는, 단계 (c1) 이전에 발생하는 단계를 추가로 포함하는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    단계 (b2) 는 상기 중심축 (10) 에 대한 시작 각도 (αi) 가 상기 적어도 하나의 근위층으로부터 상기 적어도 하나의 원위층으로 점진적으로 감소하는 중간층들의 여러 세트를 놓는 단계로 이루어지는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  22. 제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a0) 상기 적어도 하나의 근위층 아래의 상기 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계로서, 상기 적어도 하나의 추가층은 상기 중심축 (10) 에 대해 시작 각도 (α0) 을 갖고, α0 은 엄격하게는 α1 과 90° 사이, 바람직하게는 82° 와 87° 사이인, 상기 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계
    로 구성되는, 단계 (a1) 이전에 발생하는 단계를 추가로 포함하는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  23. 제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a0') 상기 적어도 하나의 근위층 아래의 상기 맨드릴 상에 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계로서, 상기 적어도 하나의 추가층은 상기 중심축 (10) 에 대해 각도 (α0') 를 형성하는 후프층이고, α0' 는 대략 90° 인, 상기 섬유 강화 복합 재료의 적어도 하나의 추가층을 놓는 단계
    로 구성되는, 단계 (a1) 이전에 발생하는 단계를 추가로 포함하는, 압력 용기용 한 쌍의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 방법.
  24. 압력 용기 (4; 4') 를 제조하는 방법으로서,
    - 유체 저장 챔버를 규정하는 라이너 (6; 6') 를 제공하는 단계,
    - 유체를 상기 유체 저장 챔버 내외로 충전 및 배출하기 위해 보스 (14) 를 상기 라이너 (6; 6') 의 돔 형상의 종방향 단부 (12) 에 결합하는 단계,
    - 제 15 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제조하는 단계,
    - 맨드릴로부터 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 제거하는 단계,
    - 상기 라이너 (6; 6') 의 상기 돔 형상 종방향 단부 (12) 에 걸쳐 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16; 16') 을 끼워맞추는 단계, 및
    - 상기 라이너 (6; 6') 및 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16; 16') 에 걸쳐 외부 복합 구조물 (20) 을 놓는 단계
    를 포함하는, 압력 용기 (4; 4') 를 제조하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 라이너 (6) 는 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16) 이 상기 라이너 (6) 와 플러싱하도록 상기 적어도 하나의 돔 강화 쉘 (16) 을 수용하도록 치수결정된 중간부 (18) 를 포함하는, 압력 용기 (4) 를 제조하는 방법.
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