WO2024071410A1 - 液体貯留容器 - Google Patents

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WO2024071410A1
WO2024071410A1 PCT/JP2023/035750 JP2023035750W WO2024071410A1 WO 2024071410 A1 WO2024071410 A1 WO 2024071410A1 JP 2023035750 W JP2023035750 W JP 2023035750W WO 2024071410 A1 WO2024071410 A1 WO 2024071410A1
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WO
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shaft
fixed
container body
liquid
rib
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PCT/JP2023/035750
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English (en)
French (fr)
Inventor
光紀 伊藤
トール ビスコア
知広 高梨
善樹 阪口
Original Assignee
株式会社Mjolnir Spaceworks
サムテック株式会社
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Filing date
Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D90/00Component parts, details or accessories for large containers
    • B65D90/52Anti-slosh devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00Details of vessels or of the filling or discharging of vessels

Definitions

  • the present invention relates to a liquid storage container having a device disposed therein.
  • the propulsion system for liquid rockets consists of a propellant tank that stores liquid propellant, a gas tank that supplies gas for pressurization to the propellant tank, and a combustion chamber in which the propellant pressurized by gas supplied from the gas tank and ejected from the propellant tank is burned.
  • This type of propellant system generally uses two types of propellant tanks, one for fuel and one for oxidizer, but there is no significant structural difference between these two types of propellant tanks.
  • Patent document 1 JP 2008-303956 A
  • an object of the present invention is to provide a liquid storage container with a device disposed therein and that has high durability.
  • a liquid storage container comprising a seamless cylindrical container body having a storage chamber capable of storing liquid therein and openings at both ends connecting the storage chamber to the outside, and a device partially disposed in the storage chamber of the container body and acting on the liquid in the storage chamber to damp vibrations occurring on the liquid level and/or control the position of the liquid level, the device having a pair of fixing parts fixed in contact with the opening of the container body, and a device part supported by the pair of fixing parts and not fixed directly to the container body.
  • the device part is preferably connected directly to one of the fixed parts and connected via a sliding part that can slide relative to the other fixed part.
  • the device part also preferably has a first rib that is directly connected to one of the fixed parts, a second rib that is connected via the sliding part in a manner that allows it to slide relative to the other fixed part, a stringer that connects the first rib and the second rib, and a baffle plate that is fixed to the stringer.
  • the fixing portion has a cylindrical shaft with a part of its outer circumferential surface contacting the opening of the container body, a fitting portion having a convex portion and/or a concave portion is provided on the part of the outer circumferential surface of the shaft, and a fitted portion having a shape corresponding to the fitting portion is provided on the part of the opening with which the outer circumferential surface of the shaft contacts.
  • the shaft is provided with a hole that connects the inner space of the shaft with the outer space.
  • the cylindrical container body is constructed seamlessly, making the container body more durable than, for example, a container body constructed by welding multiple parts together.
  • a pair of fixing parts constituting the device are fixed to openings located at both ends of the container body, and the device part constituting the device is not fixed directly to the container body. Therefore, unlike when the device part is fixed directly to the container body by welding, even if the container body expands or contracts due to the effects of heat or pressure, stress does not concentrate between the device part and the container body.
  • a highly durable liquid storage container is provided with a device disposed therein.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view that illustrates a liquid storage container.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic diagram of the device.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view that illustrates a schematic view of the first fixing portion and the surrounding structure.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view that illustrates a schematic view of the second fixing portion and the surrounding structure.
  • 5(A), 5(B), 5(C), 5(D), and 5(E) are cross-sectional views that typically show a method for manufacturing a liquid storage container.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view showing a liquid storage container 2 according to this embodiment.
  • the liquid storage container 2 includes a seamless cylindrical container body 4.
  • This container body 4 is a seamless single member (component) made of a metal such as an aluminum alloy (typically, aluminum alloy numbers 2000 series, 5000 series, 6000 series, and 7000 series as specified by JIS) in a cylindrical shape, and has a storage chamber 4a therein capable of storing liquid.
  • an aluminum alloy typically, aluminum alloy numbers 2000 series, 5000 series, 6000 series, and 7000 series as specified by JIS
  • the two ends of the container body 4 are both configured in a dome shape that closes the storage chamber 4a.
  • an opening 4b or an opening 4c is provided that connects the outside and the inside (storage chamber 4a) of the container body 4.
  • both openings 4b and 4c are configured in the shape of a small diameter cylinder that protrudes outward.
  • the liquid storage container 2 of this embodiment also includes a device 6, a portion of which is disposed in the storage chamber 4a of the container body 4.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the device 6.
  • the device 6 has a first fixing part 8 which is fixed in contact with one opening 4b of the container body 4, and a second fixing part 10 which is fixed in contact with the other opening 4c of the container body 4.
  • the first fixed part 8 and the second fixed part 10 support a device part 12 that acts on the liquid in the storage chamber 4a to damp vibrations (waves) that occur on the liquid surface, and also has the function of controlling the position of the liquid surface. More specifically, the device part 12 is directly connected to the first fixed part 8, and is connected to the second fixed part 10 via a cylindrical sliding plug (sliding part) 14 that can slide relative to the second fixed part 10. This device part 12 is supported by the first fixed part 8 and the second fixed part 10, but is not directly fixed to the container body 4. Note that the device part 12 is basically not in contact with the container body 4, but the container body 4 and the device part 12 may be in contact.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of the first fixing part 8 and its surrounding structure.
  • this first fixing part 8 has a tubular (e.g., cylindrical or rectangular) shaft 16 that is fixed to the opening 4b with one end inserted into the opening 4b so that it is located within the storage chamber 4a.
  • the shaft 16 is made of a metal such as an aluminum alloy, and a portion of the outer circumferential surface 16a on the other end side of the shaft 16 is in contact with and pressure-bonded to the opening 4b of the container body 4.
  • a portion of the outer circumferential surface 16a of the shaft 16 that contacts the opening 4b is provided with a mating portion 16b having a convex portion and a concave portion.
  • a mated portion 4d having a shape corresponding to the mating portion 16b is provided on a portion of the opening 4b that contacts the outer circumferential surface 16a (matting portion 16b) of the shaft 16.
  • the first fixing portion 8 is firmly fixed to the container body 4 by mating the mating portion 16b with the mating portion 4d.
  • the shaft 16 is firmly crimped and fixed to the opening 4b by fitting the fitting portion 16b into the fitted portion 4d, and is not fixed by welding.
  • the fitting portion 16b having a convex portion and a concave portion is shown, but it is sufficient for the fitting portion 16b to have either a convex portion or a concave portion (i.e., either one).
  • the number, shape, arrangement, etc. of the convex and concave portions constituting the mating portion 16b are not limited to the aspect of this embodiment, and can be freely set within the scope that does not impair the function of the mating portion 16b.
  • the mating portion 16b may be configured with a screw thread or the like provided on the outer circumferential surface 16a of the shaft 16.
  • the mated portion 4d may also be configured with a screw thread or the like corresponding to the screw thread or the like of the mating portion 16b.
  • this cylindrical shaft 16 is provided with a plurality of holes 16c that connect the inner space of the shaft 16 with the outer space.
  • the plurality of holes 16c are arranged, for example, at a position that does not overlap with the fitting portion 16b. However, the plurality of holes 16c may be arranged at a position that overlaps with the fitting portion 16b.
  • the shaft 16 is provided with a plurality of holes 16c, but the number of holes 16c provided in the shaft 16 may be one. Also, a screw thread may be provided on the inner peripheral surface of the shaft 16.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the second fixing part 10 and its surrounding structure.
  • the second fixing part 10 has a tubular (e.g., cylindrical or rectangular) shaft 18 that is fixed to the opening 4c while being inserted into the opening 4c so that one end is located within the storage chamber 4a.
  • the structure and material of the shaft 18 are similar to the structure and material of the shaft 16 of the first fixing part 8.
  • the shaft 18 is made of a metal such as an aluminum alloy, and a portion of the outer circumferential surface 18a on the other end side of the shaft 18 is in contact with and pressure-bonded to the opening 4c of the container body 4.
  • a portion of the outer circumferential surface 18a of the shaft 18 that contacts the opening 4c is provided with a mating portion 18b having a convex portion and a concave portion.
  • a mated portion 4e having a shape corresponding to the mating portion 18b is provided on a portion of the opening 4c that contacts the outer circumferential surface 18a (matting portion 18b) of the shaft 18.
  • the mating portion 18b mats with the mated portion 4e, so that the second fixing portion 10 is firmly fixed to the container body 4.
  • the shaft 18 is firmly crimped and fixed to the opening 4c by fitting the fitting portion 18b into the fitted portion 4e, and is not fixed by welding.
  • the fitting portion 18b having a convex portion and a concave portion is shown, but it is sufficient for the fitting portion 18b to have either a convex portion or a concave portion (i.e., either one).
  • the number, shape, arrangement, etc. of the convex and concave portions constituting the mating portion 18b are not limited to the aspect of this embodiment, and can be freely set within the scope that does not impair the function of the mating portion 18b.
  • the mating portion 18b may be configured with a screw thread or the like provided on the outer circumferential surface 18a of the shaft 18.
  • the mated portion 4e may also be configured with a screw thread or the like corresponding to the screw thread or the like of the mating portion 18b.
  • this cylindrical shaft 18 is provided with a plurality of holes 18c that connect the inner space of the shaft 18 with the outer space.
  • the plurality of holes 18c are arranged, for example, at a position that does not overlap with the fitting portion 18b. However, the plurality of holes 18c may be arranged at a position that overlaps with the fitting portion 18b.
  • the shaft 18 is provided with a plurality of holes 18c, but the number of holes 18c provided in the shaft 18 may be one. Also, a screw thread may be provided on the inner peripheral surface of the shaft 18.
  • a cylindrical sliding plug 14 is inserted into the space inside the shaft 18 from one end of the shaft 18 located inside the storage chamber 4a.
  • the width (diameter) of the sliding plug 14 is slightly smaller than the width (diameter) of the space inside the shaft 18, and the sliding plug 14 can slide smoothly along the length of the shaft 18 (the height direction of the cylinder).
  • the sliding plug 14 be made of a resin such as a fluororesin, so that the stored liquid can be prevented from igniting due to sparks or temperature rise caused by contact with the shaft 18.
  • the material that makes up the sliding plug 14 is not limited to resin.
  • the sliding plug 14 may be made of any material that allows for appropriate operation in relation to the material of the shaft 18, the stored liquid, etc.
  • the device section 12 has four first ribs 20, one end of which is fixed to the shaft 16 of the first fixing section 8.
  • Each first rib 20 is made of a metal such as an aluminum alloy or stainless steel, and is configured in an arc-like, plate-like shape that fits along the dome-shaped end of the container body 4.
  • the position of the liquid level of the liquid stored in the storage chamber 4a is controlled by the surface tension acting between each first rib 20 and the liquid.
  • the four first ribs 20 are fixed to the shaft 16 by welding or other methods so that the angular intervals between any two adjacent first ribs 20 are approximately equal.
  • the device section 12 has a rib fastener 24 that is attached to the sliding plug 14 by a screw 22 or the like.
  • the rib fastener 24 is cylindrical and made of a metal such as an aluminum alloy or stainless steel.
  • One end of each of the four second ribs 26 is fixed to the rib fastener 24.
  • Each second rib 26 is made of a metal such as an aluminum alloy or stainless steel, and is formed in an arc shape (a gently curving arc shape) with a larger radius of curvature than the first rib 20, and in a plate shape.
  • the four second ribs 26 are fixed to the rib fixing device 24 by a method such as welding so that the angular intervals between two adjacent second ribs 26 are approximately equal.
  • the device section 12 has four stringers 28 that connect the other end of each first rib 20 to the other end of the corresponding second rib 26.
  • Each stringer 28 is made of a metal such as an aluminum alloy or stainless steel and has a cylindrical or rectangular columnar (long plate) shape. One end of each stringer 28 is fixed to the other end of the corresponding first rib 20 by welding or other method.
  • each stringer 28 is fixed to the other end of the corresponding second rib 26 by welding or other method.
  • the four stringers 28 are arranged between the four first ribs 20 and the four second ribs 26 so that their respective longitudinal directions (the height direction of the cylinder or rectangular column) are roughly parallel to each other.
  • the four first ribs 20 and the four second ribs 26 are connected by four stringers 28, but the shape, number, arrangement, etc. of the first ribs 20, the second ribs 26, the stringers 28, etc. can be changed according to the specifications of the liquid storage container 2.
  • the first ribs 20 and the second ribs 26 may be hollowed out.
  • the first rib 20, the second rib 26, the stringer 28, etc. may be integrally molded. Furthermore, the device section 12 does not necessarily have to include the first rib 20, the second rib 26, and the stringer 28. For example, the device section 12 may have a columnar (tubular) portion that passes through the central axis of the container body 4.
  • the device section 12 has three baffle plates 30 arranged at arbitrary intervals along the longitudinal direction of the four stringers 28.
  • Each baffle plate 30 is made of a metal such as an aluminum alloy or stainless steel in a circular plate shape, and is fixed to the stringers 28 by welding or other methods. Vibrations generated on the surface of the liquid stored in the storage chamber 4a are quickly damped by impacting with the baffle plates 30.
  • baffle plates 30 configured in annular and plate-like shape are fixed to four stringers 28, but the shape, number, arrangement, etc. of the baffle plates 30 can be changed according to the specifications of the liquid storage container 2.
  • the baffle plates 30 may be hollowed out.
  • the baffle plates 30 do not necessarily have to be fixed to the stringers 28.
  • the baffle plates 30 may be fixed to this columnar (cylindrical) part.
  • the liquid storage container 2 of this embodiment configured in this manner has high durability and can withstand use in harsh environments such as outer space.
  • the liquid storage container 2 is used as a propellant tank for a liquid rocket.
  • gas supplied from outside the container body 4 (such as a gas tank that supplies gas for pressurization) flows into the storage chamber 4a through the hole 18c of the shaft 18, increasing the pressure within the storage chamber 4a.
  • Figures 5(A), 5(B), 5(C), 5(D), and 5(E) are cross-sectional views that typically show a method for manufacturing the liquid storage container 2.
  • the device portion 12 first rib 20, rib fastener 24, second rib 26, stringer 28, and baffle plate 30
  • the shaft 16 of the first fixing portion 8 is inserted into the space inside the cylindrical member 42 that will become the container body 4.
  • the first fixing jig 101 is inserted into the shaft 16.
  • the first fixing jig 101 is then temporarily fixed to the device part 12 (e.g., the rib fixing device 24) from the shaft 16 side.
  • a second fixing jig 103 is inserted into the shaft 18 of the second fixing part 10 that is not connected to the device part 12.
  • the second fixing jig 103 is temporarily fixed to the device portion 12 (e.g., the rib fixing device 24) from the side opposite the shaft 16.
  • the shaft 18 is fixed to the second fixing jig 103, for example, by applying pressure from the inside of the shaft 18 with the second fixing jig 103.
  • the method of fixing the shaft 18 to the second fixing jig 103 is not limited to this embodiment.
  • inward pressure is applied to this portion from the outside.
  • pressure is applied to the cylindrical member 42 by pressing a protruding metal member 107 against the cylindrical member 42 while rotating the metal member 107 coaxially with the cylindrical member 42.
  • the end of the cylindrical member 42 on the shaft 16 side is formed into a dome shape, and a cylindrical opening 4b with a smaller diameter than the original cylindrical member 42 is formed.
  • a mating portion 4d having a shape that matches the shape of the mating portion 16b of the shaft 16 is formed in the opening 4b.
  • inward pressure is applied to this portion from the outside.
  • pressure is applied to the cylindrical member 42 by pressing a protruding metal member 111 against the cylindrical member 42 while rotating the metal member 111 coaxially with the cylindrical member 42.
  • the end of the cylindrical member 42 on the shaft 18 side is formed into a dome shape, and a cylindrical opening 4c with a smaller diameter than the original cylindrical member 42 is formed.
  • a mating portion 4e having a shape that matches the shape of the mating portion 18b of the shaft 18 is formed in the opening 4c. Note that in this embodiment, the opening 4c is formed after the opening 4b is formed, but the opening 4b may be formed after the opening 4c is formed.
  • the first fixing jig 101 and the second fixing jig 103 are removed from the device section 12 as shown in FIG. 5(D). Then, the first fixing jig 101 and the second fixing jig 103 are pulled out from the shaft 16 and the shaft 18.
  • the sliding plug 14 is inserted into the shaft 18 and fixed to the rib fixing device 24 by fastening or other methods, thereby completing the liquid storage container 2.
  • the sliding plug 14 in order to avoid deformation of the sliding plug 14 due to heat applied when manufacturing the liquid storage container 2, it is desirable to insert the sliding plug 14 into the shaft 18 in the final process.
  • the sliding plug 14 may be inserted into the shaft 18 before the tubular member 42 and the like are heated.
  • the container body 4 is constructed seamlessly. Therefore, the durability of the container body 4 is higher than when the container body 4 is constructed by welding multiple parts together.
  • the first fixing part 8 (shaft 16) and the second fixing part 10 (shaft 18) constituting the device 6 are fixed to the openings 4b and 4c located at both ends of the container body 4, and the device part 12 constituting the device 6 is not directly fixed to the container body 4. Therefore, unlike when the device part 12 is fixed to the container body 4 by welding, even if the container body expands or contracts due to the effects of heat or pressure, stress is not concentrated at the contact and fixed part between the device part 12 and the container body 4.
  • the device part 12 constituting the device 6 is directly connected to the first fixed part 8 (shaft 16), and is also connected via a sliding plug (sliding part) 14 that can slide relative to the second fixed part 10 (shaft 18). Therefore, even if each part expands or contracts due to a change in temperature, the sliding plug 14 slides, mitigating the effects of the expansion or contraction.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified as desired.
  • the baffle plate 30, but also members (components) such as the first rib 20 and the second rib 26 constituting the device section 12 may have the function of damping vibrations generated on the liquid surface.
  • the second rib 26, stringer 28, baffle plate 30, and other members (components) constituting the device section 12 may have the function of controlling the position of the liquid surface by surface tension.
  • a component with a diameter smaller than the inner diameter of the opening 4c, such as the shaft 18 or sliding plug 14, may be inserted and fixed into the opening 4c in any process (typically the last process) after molding of the container body 4.
  • Reference Signs List 2 Liquid storage container 4 Container body 4a Storage chamber 4b Opening 4c Opening 4d Fitted part 4e Fitted part 6 Device 8 First fixing part 10 Second fixing part 12 Device part 14 Sliding plug (sliding part) Reference Signs List 16 Shaft 16a Outer circumferential surface 16b Fitting portion 16c Hole 18 Shaft 18a Outer circumferential surface 18b Fitting portion 18c Hole 20 First rib 22 Screw 24 Rib fastener 26 Second rib 28 Stringer 30 Baffle plate 42 Cylindrical member

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Abstract

内部にデバイスが配置され高い耐久性を実現できる液体貯留容器を提供する。 液体貯留容器は、液体を貯留できる貯留室が内部に設けられ、該貯留室と外部とを接続する開口部を両端部に有するシームレスな筒状の容器本体と、容器本体の貯留室に一部が配置され、貯留室内の液体に作用して液面に生じる振動を減衰させ且つ/又は液面の位置を制御するデバイスと、を含み、デバイスは、容器本体の開口部に接触して固定される一対の固定部と、一対の固定部により支持され容器本体には直に固定されないデバイス部と、を有する。

Description

液体貯留容器
 本発明は、内部にデバイスが配置されている液体貯留容器に関する。
背景技術
 液体ロケットの推進装置は、液体の推進剤を貯留する推進剤タンクと、推進剤タンクに加圧用のガスを供給するガスタンクと、ガスタンクから供給されるガスで加圧されて推進剤タンクから噴射される推進剤が燃焼する燃焼室と、で構成される。この推進装置には、一般的に、燃料用及び酸化剤用の2種類の推進剤タンクが用いられるが、これら2種類の推進剤タンクに大きな構造上の違いはない。
 ところで、推進剤タンクの内部に貯留されている液体の液面が、ロケットの加速等により大きく揺れ動く(振動する)と、この液面の揺れ動きにより、ロケットを構成する複数の部品に連成振動が誘起されて、飛行中のロケットの姿勢制御に悪影響を及ぼす可能性が高くなる。そこで、液面の振動を速やかに減衰させるように、バッフル等と呼ばれる環状の部材を含むデバイスが推進剤タンクの内部に配置されている。なお、この種のデバイスは、溶接によって推進剤タンクの本体に固定される(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1:特開2008-303956号公報
 しかしながら、溶接によって推進剤タンクの本体にデバイスが固定されている場合に、本体が熱や圧力の影響を受けて膨張したり収縮したりすると、本体とデバイスとの溶接部分に応力が集中し、この溶接部分が破損する可能性が高い。また、推進剤タンクの本体は、内部にデバイスを配置できるように、複数の部品を溶接で繋ぎ合わせて構成されるので、必ずしも十分に高い耐久性が得られないという問題もあった。
 よって、本発明の目的は、内部にデバイスが配置され高い耐久性を持つ液体貯留容器を提供することである。
 本発明の一側面によれば、液体を貯留できる貯留室が内部に設けられ、該貯留室と外部とを接続する開口部を両端部に有するシームレスな筒状の容器本体と、該容器本体の該貯留室に一部が配置され、該貯留室内の液体に作用して液面に生じる振動を減衰させ且つ/又は液面の位置を制御するデバイスと、を含み、該デバイスは、該容器本体の該開口部に接触して固定される一対の固定部と、一対の該固定部により支持され該容器本体に対して直に固定されないデバイス部と、を有する液体貯留容器が提供される。
 上述した本発明の一側面において、該デバイス部は、一方の該固定部に対して直に接続され、他方の該固定部に対して摺動できる摺動部を介して連結されていることが好ましい。また、該デバイス部は、一方の該固定部に対して直に接続される第1リブと、他方の該固定部に対して摺動できる態様で該摺動部を介して連結される第2リブと、該第1リブ及び該第2リブを接続するストリンガーと、該ストリンガーに固定されるバッフル板と、を有することが好ましい。
 また、該固定部は、該容器本体の該開口部に外周面の一部が接触する円筒状のシャフトを有し、該シャフトの該外周面の一部には、凸部及び/又は凹部を有する嵌合部が設けられており、該開口部の該シャフトの該外周面が接触する部分には、該嵌合部に対応した形状の被嵌合部が設けられていることが望ましい。また、該シャフトには、該シャフトの内側の空間と外側の空間とを接続する穴が設けられていることが好ましい。
 本発明の一側面にかかる液体貯留容器では、筒状の容器本体がシームレスに構成されているので、容器本体が複数の部品を溶接で繋ぎ合わせて構成される場合等に比べて、容器本体の耐久性が高くなる。
 また、本発明の一側面にかかる液体貯留容器では、デバイスを構成する一対の固定部が容器本体の両端部に位置する開口部に固定され、デバイスを構成するデバイス部は、容器本体に対して直に固定されない。そのため、溶接によってデバイス部を容器本体に直に固定する場合等とは異なり、容器本体が熱や圧力の影響を受けて膨張したり収縮したりしても、デバイス部と容器本体との間に応力が集中することがない。
 よって、本発明の一側面によれば、内部にデバイスが配置され高い耐久性を持つ液体貯留容器が提供される。
図1は、液体貯留容器を模式的に示す断面図である。 図2は、デバイスを模式的に示す斜視図である。 図3は、第1固定部及び周辺の構造を模式的に示す断面図である。 図4は、第2固定部及び周辺の構造を模式的に示す断面図である。 図5(A)、図5(B)、図5(C)、図5(D)、及び図5(E)は、液体貯留容器の製造方法を模式的に示す断面図である。
 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかる液体貯留容器2を模式的に示す断面図である。図1に示されるように、液体貯留容器2は、シームレスな筒状の容器本体4を含む。この容器本体4は、例えば、アルミニウム合金(代表的には、JISで規定されるアルミニウム合金番号の2000系、5000系、6000系、7000系)等の金属によって円筒状に構成された継ぎ目のない単一の部材(部品)であり、内部に液体を貯留できる貯留室4aを有している。
 容器本体4の2つの端部(円筒の高さ方向に沿った2つの端部)は、いずれも、貯留室4aを閉じるドーム状に構成されている。そして、各端部の頂点に相当する位置には、容器本体4の外部と内部(貯留室4a)とを接続する開口部4b又は開口部4cが設けられている。本実施形態では、開口部4b及び開口部4cが、ともに、外向きに突出する小径の円筒状に構成されている。
 また、本実施形態の液体貯留容器2は、一部が容器本体4の貯留室4aに配置されるデバイス6を含んでいる。図2は、デバイス6を模式的に示す斜視図である。図1及び図2に示されるように、このデバイス6は、容器本体4の一方の開口部4bに接触して固定される第1固定部8と、容器本体4の他方の開口部4cに接触して固定される第2固定部10と、を有している。
 第1固定部8及び第2固定部10には、貯留室4a内の液体に作用して液面に生じる振動(波)を減衰させるとともに、液面の位置を制御する機能を持つデバイス部12が支持されている。より詳細には、デバイス部12は、第1固定部8に対して直に接続され、また、第2固定部10に対して摺動できる円柱状の摺動プラグ(摺動部)14を介して、第2固定部10に連結されている。このデバイス部12は、第1固定部8及び第2固定部10によって支持されているが、容器本体4に直に固定されていない。なお、デバイス部12は、基本的には、容器本体4と接触していないが、容器本体4とデバイス部12とが接触していてもよい。
 図3は、第1固定部8及びその周辺の構造を模式的に示す断面図である。図3に示されるように、この第1固定部8は、一端が貯留室4a内に位置するように開口部4bに挿入された状態で開口部4bに固定される筒状(例えば、円筒状又は角筒状)のシャフト16を有する。シャフト16は、例えば、アルミニウム合金等の金属によって構成され、シャフト16の他端側の外周面16aの一部が、容器本体4の開口部4bに接触して圧着されている。
 開口部4bに接触するシャフト16の外周面16aの一部には、凸部及び凹部を有する嵌合部16bが設けられている。また、このシャフト16の外周面16a(嵌合部16b)が接触する開口部4bの一部には、嵌合部16bに対応した形状の被嵌合部4dが設けられている。嵌合部16bが被嵌合部4dに嵌合することで、第1固定部8は、容器本体4に強固に固定される。
 このように、シャフト16は、嵌合部16bが被嵌合部4dに嵌合することで開口部4bに強固に圧着固定され、溶接によって固定されていない。なお、本実施形態では、凸部及び凹部を有する嵌合部16bが示されているが、嵌合部16bは、凸部又は凹部(つまり、いずれか一方)を有していればよい。
 更に、嵌合部16bを構成する凸部や凹部の数量、形状、配置等は、本実施形態の態様に制限されず、嵌合部16bの機能を失わない範囲で自由に設定され得る。例えば、嵌合部16bは、シャフト16の外周面16aに設けられたネジ山等によって構成されてもよい。この場合には、被嵌合部4dも、嵌合部16bのネジ山等に対応するネジ山等で構成されることがある。
 また、この筒状のシャフト16には、シャフト16の内側の空間と外側の空間とを接続する複数の穴16cが設けられている。複数の穴16cは、例えば、嵌合部16bと重ならない位置に配置される。ただし、複数の穴16cは、嵌合部16bと重なる位置に配置されてもよい。更に、本実施形態では、複数の穴16cがシャフト16に設けられているが、シャフト16に設けられる穴16cの数は、1つでもよい。また、シャフト16の内周面には、ネジ山が設けられていてもよい。
 図4は、第2固定部10及びその周辺の構造を模式的に示す断面図である。図4に示されるように、この第2固定部10は、一端が貯留室4a内に位置するように開口部4cに挿入された状態で開口部4cに固定される筒状(例えば、円筒状又は角筒状)のシャフト18を有する。このシャフト18の構造や材質等は、第1固定部8が有するシャフト16の構造や材質等に類似している。例えば、シャフト18は、アルミニウム合金等の金属によって構成され、シャフト18の他端側の外周面18aの一部が、容器本体4の開口部4cに接触して圧着されている。
 開口部4cに接触するシャフト18の外周面18aの一部には、凸部及び凹部を有する嵌合部18bが設けられている。また、このシャフト18の外周面18a(嵌合部18b)が接触する開口部4cの一部には、嵌合部18bに対応した形状の被嵌合部4eが設けられている。嵌合部18bが被嵌合部4eに嵌合することで、第2固定部10は、容器本体4に強固に固定される。
 このように、シャフト18は、嵌合部18bが被嵌合部4eに嵌合することで開口部4cに強固に圧着固定され、溶接によって固定されていない。なお、本実施形態では、凸部及び凹部を有する嵌合部18bが示されているが、嵌合部18bは、凸部又は凹部(つまり、いずれか一方)を有していればよい。
 更に、嵌合部18bを構成する凸部や凹部の数量、形状、配置等は、本実施形態の態様に制限されず、嵌合部18bの機能を失わない範囲で自由に設定され得る。例えば、嵌合部18bは、シャフト18の外周面18aに設けられたネジ山等によって構成されてもよい。この場合には、被嵌合部4eも、嵌合部18bのネジ山等に対応するネジ山等で構成されることがある。
 また、この筒状のシャフト18には、シャフト18の内側の空間と外側の空間とを接続する複数の穴18cが設けられている。複数の穴18cは、例えば、嵌合部18bと重ならない位置に配置される。ただし、複数の穴18cは、嵌合部18bと重なる位置に配置されてもよい。更に、本実施形態では、複数の穴18cがシャフト18に設けられているが、シャフト18に設けられる穴18cの数は1つでもよい。また、シャフト18の内周面には、ネジ山が設けられていてもよい。
 シャフト18の内側の空間には、貯留室4a内に位置するシャフト18の一端側から、円柱状の摺動プラグ14が挿入されている。摺動プラグ14の幅(直径)は、シャフト18の内側の空間の幅(直径)よりも僅かに小さく、摺動プラグ14は、シャフト18の長さの方向(円筒の高さ方向)に沿って滑らかにスライドすることができる。
 なお、この摺動プラグ14は、シャフト18との接触による火花の発生や昇温に起因して、貯留されている液体に着火することを防止できるように、フッ素系樹脂等の樹脂によって構成されることが望ましい。ただし、摺動プラグ14を構成する材質は、樹脂に限定されない。摺動プラグ14は、シャフト18の材質や貯留される液体等との関係で適切な運用を可能にする任意の材質で構成されていればよい。
 図1、図2、及び図3に示されるように、デバイス部12は、第1固定部8のシャフト16に対して一端部が固定された4枚の第1リブ20を有している。各第1リブ20は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属によって、容器本体4のドーム状の端部に沿った円弧状且つ板状に構成される。
 各第1リブ20と液体との間に作用する表面張力によって、貯留室4aに貯留されている液体の液面の位置が制御される。なお、4枚の第1リブ20は、隣り合う2枚の第1リブ20の角度の間隔が概ね等しくなるように、溶接等の方法でシャフト16に固定されている。
 また、図1、図2、及び図4に示されるように、デバイス部12は、ネジ22等によって摺動プラグ14に取り付けられるリブ固定具24を有している。リブ固定具24は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属によって円柱状に構成されている。このリブ固定具24には、4枚の第2リブ26の一端部が固定されている。
 各第2リブ26は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属によって、第1リブ20に比べて曲率半径が大きい円弧状(曲がり方が緩やかな円弧状)且つ板状に構成される。4枚の第2リブ26は、隣り合う2枚の第2リブ26の角度の間隔が概ね等しくなるように、溶接等の方法でリブ固定具24に固定されている。
 更に、デバイス部12は、各第1リブ20の他端部と、対応する第2リブ26の他端部と、を連結する4本のストリンガー28を有している。各ストリンガー28は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属によって、円柱状又は角柱状(長板状)に構成される。各ストリンガー28の一端部は、対応する第1リブ20の他端部に溶接等の方法で固定されている。
 また、各ストリンガー28の他端部は、対応する第2リブ26の他端部に溶接等の方法で固定されている。これにより、4本のストリンガー28は、それぞれの長手の方向(円柱又は角柱の高さ方向)が互いに概ね平行になるように、4枚の第1リブ20と4枚の第2リブ26との間に配置される。
 なお、本実施形態のデバイス部12では、4本のストリンガー28によって4枚の第1リブ20と4枚の第2リブ26とが連結されているが、第1リブ20、第2リブ26、ストリンガー28等の、形状、数、配置等は、液体貯留容器2の仕様等に応じて変更され得る。例えば、第1リブ20及び第2リブ26には、肉抜き加工が施されてもよい。
 また、第1リブ20、第2リブ26、ストリンガー28等は、一体に成形されていてもよい。更に、デバイス部12は、必ずしも、第1リブ20、第2リブ26、及びストリンガー28を備えていなくてもよい。例えば、デバイス部12は、容器本体4の中心軸を通る柱状(筒状)の部分を有することがある。
 デバイス部12は、4本のストリンガー28の長手の方向に沿って任意の間隔で配置される3枚のバッフル板30を有している。各バッフル板30は、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属によって、円環状且つ板状に構成されており、溶接等の方法でストリンガー28に固定されている。貯留室4aに貯留されている液体の液面に生じた振動は、このバッフル板30に衝突することで、速やかに減衰する。
 なお、本実施形態のデバイス部12では、円環状且つ板状に構成された3枚のバッフル板30が4本のストリンガー28に固定されているが、バッフル板30の形状、数、配置等は、液体貯留容器2の仕様等に応じて変更され得る。例えば、バッフル板30には、肉抜き加工が施されてもよい。また、バッフル板30は、必ずしもストリンガー28に固定されていなくてよい。例えば、デバイス部12が容器本体4の中心軸を通る柱状(筒状)の部分を有している場合には、この柱状(筒状)の部分にバッフル板30が固定されることがある。
 このように構成された本実施形態の液体貯留容器2は、高い耐久性を有しており、宇宙空間をはじめとする過酷な環境下での使用に耐え得る。代表的には、液体貯留容器2は、液体ロケットの推進剤タンクとして用いられる。この場合には、例えば、容器本体4の外部(加圧用のガスを供給するガスタンク等)から供給されたガスが、シャフト18の穴18cを通じて貯留室4aに流れ込み、貯留室4a内の圧力が高められる。
 貯留室4a内の圧力が高められると、貯留室4aに貯留されている燃料や酸化剤等の液体が押し出され、シャフト16の穴16cを通じてシャフト16の他端から容器本体4の外部へと排出される。また、燃料や酸化剤等の液体を貯留室4aに貯留する際には、容器本体4の外部から供給された液体が、シャフト16の穴16c又はシャフト18の穴18cを通じて貯留室4aに流れ込む。ただし、このようなシャフト16及びシャフト18の機能は、使用の態様等に応じて入れ替えられ、又は変更されることがある。
 次に、上述した液体貯留容器2の製造方法について説明する。図5(A)、図5(B)、図5(C)、図5(D)、及び図5(E)は、液体貯留容器2の製造方法を模式的に示す断面図である。本実施形態にかかる液体貯留容器2の製造方法では、図5(A)に示されるように、まず、容器本体4となる筒状部材42の内側の空間に、第1固定部8のシャフト16に固定されたデバイス部12(第1リブ20、リブ固定具24、第2リブ26、ストリンガー28、及びバッフル板30)が挿入される。
 なお、シャフト16には、第1固定治具101が挿入される。そして、第1固定治具101は、シャフト16側からデバイス部12(例えば、リブ固定具24)に仮固定される。また、デバイス部12に連結されていない状態の第2固定部10のシャフト18には、第2固定治具103が挿入される。
 そして、第2固定治具103は、シャフト16とは反対側からデバイス部12(例えば、リブ固定具24)に仮固定される。なお、シャフト18は、例えば、第2固定治具103でシャフト18の内側から圧力を掛けることにより第2固定治具103に固定される。ただし、第2固定治具103に対するシャフト18の固定方法は、この態様に限定されない。
 その後、図5(B)に示されるように、バーナーの炎105等によって筒状部材42のシャフト16側の部分が加熱された状態で、この部分に外側から内向きの圧力がかけられる。例えば、突起状の金属部材107を円筒部材42と同軸に回転させながら、この金属部材107を円筒部材42に押し付けることにより、円筒部材42に圧力がかけられる。
 これにより、円筒部材42のシャフト16側の端部がドーム状に成形されるとともに、元の筒状部材42に比べて径が小さい円筒状の開口部4bが成形される。同時に、開口部4bには、シャフト16の嵌合部16bの形状に合致する形状を持つ被嵌合部4dが形成される。
 同様に、図5(C)に示されるように、バーナーの炎109等によって筒状部材42のシャフト18側の部分が加熱された状態で、この部分に外側から内向きの圧力がかけられる。例えば、突起状の金属部材111を円筒部材42と同軸に回転させながら、この金属部材111を円筒部材42に押し付けることにより、円筒部材42に圧力がかけられる。
 これにより、円筒部材42のシャフト18側の端部がドーム状に成形されるとともに、元の筒状部材42に比べて径が小さい円筒状の開口部4cが成形される。同時に、開口部4cには、シャフト18の嵌合部18bの形状に合致する形状を持つ被嵌合部4eが形成される。なお、本実施形態では、開口部4bが成形された後に、開口部4cが成形されているが、開口部4cが成形された後に、開口部4bが成形されてもよい。
 上述の工程により容器本体4が成形された後には、図5(D)に示されるように、第1固定治具101及び第2固定治具103がデバイス部12から取り外される。そして、シャフト16及びシャフト18から第1固定治具101及び第2固定治具103が引き抜かれる。
 その後、図5(E)に示されるように、摺動プラグ14がシャフト18に挿入され、リブ固定具24に締結等の方法によって固定されることで、液体貯留容器2が完成する。なお、液体貯留容器2を製造する際に加えられる熱による摺動プラグ14の変形等を避けるために、摺動プラグ14は、最後の工程でシャフト18に挿入されることが望ましい。ただし、摺動プラグ14が熱に強い材質で構成されている場合には、摺動プラグ14は、筒状部材42等が加熱される前にシャフト18に挿入されてもよい。
 以上のように、本実施形態の液体貯留容器2では、容器本体4がシームレスに構成されている。そのため、容器本体4が複数の部品を溶接で繋ぎ合わせて構成される場合等に比べて、容器本体4の耐久性が高くなる。
 また、本実施形態の液体貯留容器2では、デバイス6を構成する第1固定部8(シャフト16)及び第2固定部10(シャフト18)が容器本体4の両端部に位置する開口部4b及び開口部4cに固定され、デバイス6を構成するデバイス部12は、容器本体4に対して直に固定されていない。そのため、溶接によってデバイス部12を容器本体4に固定する場合等とは異なり、容器本体が熱や圧力の影響を受けて膨張したり収縮したりしても、デバイス部12と容器本体4との接触固定部分に応力が集中することがない。
 更に、本実施形態の液体貯留容器2では、デバイス6を構成するデバイス部12が、第1固定部8(シャフト16)に対して直に接続され、また、第2固定部10(シャフト18)に対して摺動できる摺動プラグ(摺動部)14を介して連結されている。そのため、温度の変化に起因して各部が膨張又は収縮したとしても、摺動プラグ14が摺動して膨張又は収縮の影響が緩和される。
 なお、本発明は、上述した実施形態の記載に制限されずに、任意に変更して実施され得る。例えば、バッフル板30だけでなく、デバイス部12を構成する第1リブ20や第2リブ26等の部材(部品)が、液体の液面に生じた振動を減衰させる機能を有していてもよい。
 また、第1リブ20だけでなく、デバイス部12を構成する第2リブ26やストリンガー28、バッフル板30等の部材(部品)が、液体の液面の位置を表面張力により制御する機能を有していてもよい。また、例えば、シャフト18や摺動プラグ14のような開口部4cの内径よりも直径が小さい部品は、容器本体4の成形後の任意の工程(代表的には、最後の工程)で開口部4cに挿入され、固定されてもよい。
 その他、上述した実施形態にかかる構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて任意に変更して実施され得る。
 2   液体貯留容器
 4   容器本体
 4a  貯留室
 4b  開口部
 4c  開口部
 4d  被嵌合部
 4e  被嵌合部
 6   デバイス
 8   第1固定部
 10  第2固定部
 12  デバイス部
 14  摺動プラグ(摺動部)
 16  シャフト
 16a 外周面
 16b 嵌合部
 16c 穴
 18  シャフト
 18a 外周面
 18b 嵌合部
 18c 穴
 20  第1リブ
 22  ネジ
 24  リブ固定具
 26  第2リブ
 28  ストリンガー
 30  バッフル板
 42  筒状部材

Claims (5)

  1.  液体を貯留できる貯留室が内部に設けられ、該貯留室と外部とを接続する開口部を両端部に有するシームレスな筒状の容器本体と、
     該容器本体の該貯留室に一部が配置され、該貯留室内の液体に作用して液面に生じる振動を減衰させ且つ/又は液面の位置を制御するデバイスと、を含み、
     該デバイスは、
     該容器本体の該開口部に接触して固定される一対の固定部と、
     一対の該固定部により支持され該容器本体に対して直に固定されないデバイス部と、を有する液体貯留容器。
  2.  該デバイス部は、一方の該固定部に対して直に接続され、他方の該固定部に対して摺動できる摺動部を介して連結されている請求項1に記載の液体貯留容器。
  3.  該デバイス部は、一方の該固定部に対して直に接続される第1リブと、他方の該固定部に対して摺動できる該摺動部を介して連結される第2リブと、該第1リブ及び該第2リブを接続するストリンガーと、該ストリンガーに固定されるバッフル板と、を有する請求項2に記載の液体貯留容器。
  4.  該固定部は、該容器本体の該開口部に外周面の一部が接触する円筒状のシャフトを有し、
     該シャフトの該外周面の一部には、凸部及び/又は凹部を有する嵌合部が設けられており、
     該開口部の該シャフトの該外周面が接触する部分には、該嵌合部に対応した形状の被嵌合部が設けられている請求項1から請求項3のいずれかに記載の液体貯留容器。
  5.  該シャフトには、該シャフトの内側の空間と外側の空間とを接続する穴が設けられている請求項4に記載の液体貯留容器。
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