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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023083257
(43)【公開日】2023-06-15
(54)【発明の名称】接続システム
(51)【国際特許分類】
F17C 13/00 20060101AFI20230608BHJP
【ＦＩ】
F17C13/00 302D
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022193329
(22)【出願日】2022-12-02
(31)【優先権主張番号】10 2021 131 892.0
(32)【優先日】2021-12-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(71)【出願人】
【識別番号】516077644
【氏名又は名称】アリアーネグループ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100154612
【弁理士】
【氏名又は名称】今井 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】ベルト ホレンバッハ
【テーマコード（参考）】
3E172
【Ｆターム（参考）】
3E172AA03
3E172AA06
3E172AB01
3E172AB12
3E172BA06
3E172BC04
3E172BC05
3E172BC07
3E172BC08
3E172BD10
3E172DA90
3E172EA03
3E172EA43
3E172EB03
3E172EB13
(57)【要約】 （修正有）
【課題】組み合わされた材料の不均等な熱膨張係数によって熱的に引き起こされる機械的応力が、接続要素に半径方向の負荷をもたらさない極低温タンクのための接続システムを提供する。
【解決手段】本発明は、極低温タンクのための接続システムに関し、その極低温タンクのタンク壁は、第１材料で形成され、接続システムは、タンクに接続されるコンポーネントのためのコネクタを有し、コネクタは、第２材料で形成され、第２材料で形成された相手部材が、タンクの内側に配置され、第１及び第２材料は、異なる熱膨張係数（α１、α２）を有する。
【選択図】図２
【解決手段】本発明は、極低温タンクのための接続システムに関し、その極低温タンクのタンク壁は、第１材料で形成され、接続システムは、タンクに接続されるコンポーネントのためのコネクタを有し、コネクタは、第２材料で形成され、第２材料で形成された相手部材が、タンクの内側に配置され、第１及び第２材料は、異なる熱膨張係数（α１、α２）を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
極低温タンク（１０２）のための接続システム（１００）であって、
前記極低温タンク（１０２）のタンク壁（１０４）は、第１材料（１０６）で形成され、
前記接続システム（１００）は、前記タンク（１０２）に接続されるコンポーネント（１１６）のためのコネクタ（１１０）を有し、
前記コネクタ（１１０）は、第２材料（１２０）で形成され、前記コネクタ（１１０）は、前記タンクの外側（１２４）に配置され、前記タンク壁（１０４）の通路開口部（１２６）と本質的に一致し、
少なくとも１つのシール要素（１３０）が設けられ、前記第１及び第２材料（１０６、１２０）は、異なる熱膨張係数（α１、α２）を有する接続システムにおいて、
前記第２材料（１２０）で形成された相手部材（１４０）が、前記タンクの内側（１３６）に配置され、
前記タンク壁（１０４）が、前記相手部材（１４０）、前記コネクタ（１１０）、及び前記少なくとも１つのシール要素（１３０）の間に挟まれるように、前記相手部材（１４０）は、少なくとも２つの締結要素（１４６、１４８）を用いて前記コネクタ（１１０）と接続でき、
熱的に誘発される機械的応力を補償するために、前記コネクタ（１１０）及び前記相手部材（１４０）の、前記タンク壁（１０４）に平行なわずかな変位可能性が残っていることを特徴とする、接続システム（１００）。
前記極低温タンク（１０２）のタンク壁（１０４）は、第１材料（１０６）で形成され、
前記接続システム（１００）は、前記タンク（１０２）に接続されるコンポーネント（１１６）のためのコネクタ（１１０）を有し、
前記コネクタ（１１０）は、第２材料（１２０）で形成され、前記コネクタ（１１０）は、前記タンクの外側（１２４）に配置され、前記タンク壁（１０４）の通路開口部（１２６）と本質的に一致し、
少なくとも１つのシール要素（１３０）が設けられ、前記第１及び第２材料（１０６、１２０）は、異なる熱膨張係数（α１、α２）を有する接続システムにおいて、
前記第２材料（１２０）で形成された相手部材（１４０）が、前記タンクの内側（１３６）に配置され、
前記タンク壁（１０４）が、前記相手部材（１４０）、前記コネクタ（１１０）、及び前記少なくとも１つのシール要素（１３０）の間に挟まれるように、前記相手部材（１４０）は、少なくとも２つの締結要素（１４６、１４８）を用いて前記コネクタ（１１０）と接続でき、
熱的に誘発される機械的応力を補償するために、前記コネクタ（１１０）及び前記相手部材（１４０）の、前記タンク壁（１０４）に平行なわずかな変位可能性が残っていることを特徴とする、接続システム（１００）。
【請求項2】
前記コネクタ（１１０）は、本質的にスリーブ状のデザインを有し、前記タンクの外側（１２４）に面する第１端部（１６０）に連続締結フランジ（１６４）と、前記第１端部から離れて向いた第２端部（１６８）に前記コンポーネント（１１６）のための接続フランジ（１７２）とを有することを特徴とする、請求項１に記載の接続システム（１００）。
【請求項3】
前記少なくとも２つの締結要素（１４６、１４８）は、ねじ付きボルト（１５０、１５２）として設計されていることを特徴とする、請求項２に記載の接続システム（１００）。
【請求項4】
前記相手部材（１４０）は、本質的に円形のデザインを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項5】
前記コネクタ（１１０）、前記相手部材（１４０）、及び少なくとも１つのシール要素（１３０）は、長手方向中心線（１３４）に対して本質的に回転対称に設計されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項6】
前記締結フランジ（１６４）は、ねじ付きボルト（１５０、１５２）の数に対応する数の好ましくは不連続なねじ穴（１７８、１８０）を有し、前記相手部材（１４０）は、前記ねじ付きボルト（１５０、１５２）のための対応する数のねじ無し貫通穴（１８２、１８４）を有し、又はその逆であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項7】
前記コネクタ（１１０）の前記締結フランジ（１６４）、又は前記相手部材（１４０）が、前記不連続なねじ穴（１７８、１８０）を備えるか否かに応じて、前記少なくとも１つのシール要素（１３０、１３２）は、前記タンクの外側（１２４）と前記締結フランジ（１６４）の間、及び／又は前記相手部材（１４０）と前記タンクの内側（１３６）の間に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の接続システム（１００）。
【請求項8】
前記第１材料（１０６）は、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維強化プラスチックなどの繊維複合プラスチックであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項9】
前記第２材料（１２０）は、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼などの金属、又は金属合金で形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の接続システム（１００）。
【請求項10】
前記少なくとも１つのシール要素（１３０）は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのプラスチックで形成されていることを特徴とする、請求項８又は９に記載の接続システム（１００）。
【請求項11】
前記少なくとも１つのシール要素（１３０）は、好ましくは、本質的に円形フラットシール（２００）として、又はばね式シールとして設計されていることを特徴とする、請求項１０に記載の接続システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、極低温タンクのための接続システムに関し、そのタンク壁が第１材料で形成され、接続システムは、タンクに接続されるコンポーネントのためのコネクタを有し、コネクタは第２材料で形成され、コネクタは、タンクの外側に配置され、タンク壁の通路開口と本質的に一致し、少なくとも１つのシール要素が設けられ、第１及び第２材料は、異なる熱膨張係数を有する。
【背景技術】
【0002】
非常に冷たい（極低温）の水素（ＬＨ２：２０Ｋ、又は－２５３．１５℃）と酸素（ＬＯＸ：９０Ｋ、又は－１８３．１５℃）を意味する液体は、高いエネルギー密度からロケットの推進剤として使用されている。原則として、打ち上げ用ロケットのタンクはアルミニウム製であり、ラインやセンサなどの接続部品は、タンク壁のねじ付きレセプタクルに直接接続される。金属製のシールが、通常、ねじ接続部のシールに使用される。
【0003】
荷重最適化設計により、燃料タンクの製造に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＫ、又は英語ではＣＦＲＰ）を使用することで、金属設計に比べて大幅な重量的優位を達成することができる。このとき、異なる材料の熱膨張係数が不均等であると、熱による機械的応力や変形が発生する場合がある。特に、ＣＦＫの部品は、ねじ付きレセプタクルを実現するのに非常に手間がかかるという欠点がある。さらに、これまで極低温金属容器に使用されてきた金属輪郭シールは、その薄い接触線と場合によっては硬いシールエッジにより、複合材料のマトリックスと強化繊維を損傷し、それによって漏れと強度損失を引き起こすおそれがある。
【0004】
熱膨張係数が異なるため、ＣＦＫ部品を金属部品と組み合わせることに対して、さらに別の課題をもたらす。ＣＦＫの熱膨張係数α１は、繊維方向で約０．２×１０－６Ｋ－１であり、繊維方向に垂直な方向で３０×１０－６Ｋ－１のレベルである。一方で、鋼の場合、熱膨張係数α１は全方向で約１２×１０－６Ｋ－１～１５×１０－６Ｋ－１であり、アルミニウムの場合、約２３×１０－６Ｋ－１である。そのため、約２００℃まで冷却すると、金属部品は大きく収縮するが、ＣＦＫ部品は繊維方向にほとんど変化しない。ＣＦＫ部品は、金属部品と比較して、繊維方向に対して垂直方向に大幅に収縮する。
【0005】
上記の影響により、金属部品とＣＦＫ部品の半径方向の収縮率が変化する可能性がある。例えば、金属部品がＣＦＫ部品に強くねじ込まれている場合、接続要素は好ましくない曲げ応力にさらされる可能性がある。また、ＣＦＫ部品に直接組み込まれた金属製インサートも、さまざまな熱膨張率によって引き起こされる機械的応力を受けることになる。このため、インサートとマトリックスの剥離、及びそれに伴う漏れの危険性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、組み合わされた材料の不均等な熱膨張係数によって熱的に引き起こされる機械的応力が、接続要素に半径方向の負荷をもたらさない極低温タンクのための接続システムを示すことである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
冒頭に述べた目的は、第２材料で形成された相手部材が、タンクの内側に配置され、タンク壁が、相手部材、コネクタ、及び少なくとも１つのシール要素の間に挟まれるように、相手部材は、少なくとも２つの締結要素を用いてコネクタと接続でき、コネクタ及び相手部材の、タンク壁に平行なわずかな変位可能性が、熱的に誘発される機械的応力を補償するために残っているという事実によって達成される。
【0008】
コネクタと相手部材が材質的に均一であるため、タンク内が約－１８３℃以下の深冷（極低温）温度で、外気温が約２０℃と比較的高い場合でも、コネクタと相手部材の低温による半径方向の収縮がほぼ同じであり、接続システム内部の熱による機械的応力は低減される。また、タンクの側面に当接する相手部材により、コネクタからタンク壁に導入される力は、より広い領域で作用する。
【0009】
コネクタは、好ましくは、本質的にスリーブ状の設計であり、タンクの外側に面する第１端部に連続締結フランジと、第１端部から離れる方向に向く第２端部にコンポーネントのための接続フランジとを有する。その結果、標準的なコンポーネントをコネクタとして使用することができる。
【0010】
技術的に有利な実施形態では、少なくとも２つの締結要素は、ねじ付きボルトとして設計される。これにより、コネクタと相手部材の軸方向張力のレベルを調整でき、よって結果として生じるタンク壁に作用するクランプ力を調整することができる。これにより、シール効果を損なうことなく、タンク壁に対して前述のコンポーネントの少なくともわずかな半径方向の変位、又はタンク壁に対する「フローティング（浮動）ベアリング」が可能になる。
【0011】
相手部材は、本質的に円形のデザインを有することが好ましい。これにより、周囲に均一な力を加えることができる。
【0012】
さらなる発展形態では、コネクタ、相手部材、及び少なくとも１つのシール要素は、長手方向中心線に対して本質的に回転対称に設計されている。これにより、費用対効果の高い製造可能性が提供される。コネクタ、相手部材、及びシール要素はそれぞれ、好ましくは円形の開口部を有し、これらは、約２０℃の室温における接続システムの組み立て状態において、好ましくはそれぞれが互いに一致し、タンク壁の通路開口部と一致するように配置される。
【0013】
締結フランジは、好ましくは、ねじ付きボルトの数に対応する数の好ましくは不連続のねじ穴を有し、相手部材は、ねじ付きボルトのための対応する数のねじ無し貫通穴を有し、又はその逆であってもよい。原理的に、不連続のねじ穴又はねじ付きの止まり穴を設けることで、シール要素は十分なものとなる。不連続のねじ穴が設けられたコンポーネントは、その不連続のねじ穴と一致するように設計されたそれぞれのねじ無し貫通穴を有する。
【0014】
好ましい更なる展開として、コネクタの締結フランジ又は相手部材に不連続のねじ穴が設けられているかどうかに応じて、少なくとも１つのシール要素が、タンクの外側と締結フランジとの間、及び／又は相手部材とタンクの内側との間に配置されることを提案する。これにより、組み立て時の柔軟性が向上する。相手部材又はコネクタに不連続のねじ穴が設けられているかどうかに応じて、ねじ付きボルトはタンク内部からねじ込まれるか、タンクの外部環境からねじ込まれる。ここでの前提条件は、タンク内部に適切にアクセスできることである。
【0015】
第１材料は、好ましくは、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維強化プラスチックなどの繊維複合プラスチックである。これにより、アルミニウム製タンクと比較して、より軽量なタンクを実現できる。
【0016】
第２材料は、好ましくは、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼などの金属、又は金属合金で形成される。これにより、コンポーネントをタンクや、例えば、ライン、パイプ、センサなどに機械的に堅牢に接続できる。
【0017】
好ましい更なる展開の場合、少なくとも１つのシール要素は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのプラスチックで形成される。軟質プラスチックは、タンク壁がその上に固定された金属部品によって損傷するのを防ぐと同時に、信頼性のあるシール効果を生み出す。
【0018】
有利なさらなる展開において、少なくとも１つのシール要素は、好ましくは、本質的に円形のフラットシールとして、又はばね式シール（spring-loaded seal）として設計される。これにより、変位性に影響を与えず、シール要素が１つしか無い場合でも、信頼性の高いシール効果を得ることができる。
【0019】
本発明の好ましい例示的な実施形態を、概略図に基づいて以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
図１は、先行技術による接続システムの概略縦断面図を示す。図面Ｉの左半分の接続システムは約２０℃（室温）の温度Ｔ１であるのに対し、図面ＩＩの右半分の接続システムは－１８３．１５℃（酸素の沸点）以下の極低温である。
【0022】
とりわけ、接続システム１０は、詳細には図示されていないタンク１６のタンク壁１４に接続される部品（ここでは図示せず）のための接続スピゴット１２を備える。接続スピゴット１２は、タンク壁１４に当接する働きをする円形フランジ１８を有し、タンク壁１４から離れる方向に向く管状接続部２０から続いている。タンク壁１４の外側２２とフランジ１８のシール面２４との間に、シール要素２６が設けられることが好ましい。タンク壁１４は、炭素繊維強化プラスチックなどの繊維複合プラスチックで製造され、接続スピゴット１２は、鋼、チタン、又はアルミニウムなどの金属材料で形成される。
【0023】
フランジ１８は、互いに均一に間隔をあけて周方向に配置された複数の貫通穴を有し、そのうちの２つの貫通穴３０、３２のみが、すべての追加した貫通穴の代表としてここに示されている。フランジ１８は、貫通穴の数に対応する複数のねじ付きボルトによってタンク壁１４に固定されており、それらボルトはそれぞれ、タンク壁側の割り当てられたねじ付きインサートにねじ込まれている。ここで、タンク１６の外側２２から導入されたねじ付きインサートは、タンク壁１４を貫通していない。ねじ付きボルト及びねじ付きインサートのうち、それぞれの２つのねじ付きボルト３４、３６、及び２つのねじ付きインサート３８、４０（いわゆる「インサート」）のみが、すべての追加したものの代表として図示されている。
【0024】
温度による膨張及び収縮効果とは別に、接続システム１０は、長手方向中心線４６に対して回転対称の構造を有している。接続システム１０は、図面Ｉの左半分において、室温又は約２０℃の温度Ｔ１にあるのに対し、図面ＩＩの後半において、接続システム１０は－１８３．１５℃以下の極低温にある。
【0025】
炭素強化プラスチックで形成された材料又は素材は、繊維方向に約０．２×１０－６Ｋ－１、繊維方向と垂直な方向に３０×１０－６Ｋ－１のレベルの熱膨張係数α１を有する一方、鋼のような材料では、熱膨張係数α２は、すべての空間方向に約１２×１０－６Ｋ－１から１５×１０－６Ｋ－１となり、アルミニウムでは約２３×１０－６Ｋ－１となる。使用される材料のこれらの熱膨張係数α１、２は、互いに著しく乖離しているので、タンク１６が、室温から極低温の酸素で満たされるときに生じるように、約２００℃に冷却されると、白矢印５０で示すように、タンク１６の最小限の収縮しかないタンク壁１４に関連して、接続スピゴット１２に著しい収縮効果が生じる。例えば、このことは、ねじ付きボルト３６に、その長手方向中心線５２に対して横方向の相当な機械的半径方向負荷をもたらす。ねじ付きボルト３６への熱的に誘発された機械的負荷は非常に高くなり、ねじ付きボルトは塑性変形を受ける可能性がある。これは断面的に強く湾曲した外輪郭５４によって象徴的に示される。よって象徴的に示されるように、後者が塑性変形を受けるほど高くなり得る。
【0026】
上記の接続システム１０のこれらの温度によって誘発される収縮効果は、接続システム１０のタンク壁１４と接続スピゴット１２との間に望ましくない機械的応力をもたらすが、これは本発明による接続システムでは大幅に回避される（図２参照）。
【0027】
図２は、本発明による接続システムの概略縦断面を示し、接続システムは、図面の左半分ＩＩＩで約２０℃（室温）の温度Ｔ１であるのに対し、図面の右半分ＩＶの接続システムは－１８３．１５°℃（酸素の沸点）以下の極低温である。
【0028】
とりわけ、タンク壁１０４が第１材料１０６で形成された極低温タンク１０２のための接続システム１００は、コンポーネント１１６に接続するためのコネクタ１１０を備える。コネクタ１１０は、第２材料１２０で形成される。コネクタ１１０は、タンク壁１０４の通路開口部１２６と本質的に一致（正確に合致）してタンクの外側１２４に配置されている。厳密には例として、ここではシール要素１３０が密閉目的のために設けられている。熱的に誘発される収縮又は膨張効果とは別に、接続システム１００は、長手方向中心線１３４に対して本質的に回転対称である構造を有する。
【0029】
タンク壁１０４の第１材料１０６は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＫ）のような繊維複合プラスチックを含む。あるいは、タンク壁１０４は、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＫ）、又はアラミド（登録商標）繊維で強化されたプラスチックで形成することも可能である。第１材料１０６は、繊維方向に約０．２×１０－６Ｋ－１で、繊維方向に垂直な方向に約３０×１０－６Ｋ－１となる熱膨張係数α１を有する。コネクタ１１０の第２材料１２０は、アルミニウム、鋼、又はチタンのような均質な金属材料である。第２材料１２０が鋼又はアルミニウムである場合、方向に依存しない熱膨張係数α２は、鋼の場合、１２×１０－６Ｋ－１から１５×１０－６Ｋ－１の範囲内にあり、アルミニウムの場合、約２３×１０－６Ｋ－１となる。同様に第２材料１２０で形成されたほぼ円形の相手部材（カウンターパート）１４０は、タンクの内側１３６に配置され、少なくとも２つの締結要素を用いてコネクタ１１０と接続することができ、タンク壁１０４が相手部材１４０、コネクタ１１０、及びシール要素１３０の間で確実にクランプ又は支持されるようにする。熱膨張係数の変化により熱的に誘発される機械的応力を補償するために、タンク壁１０４に平行なコネクタ１１０と相手部材１４０の少なくともわずかな変位可能性が残されている。相手部材１４０の材料厚さは、タンク壁１０４の材料厚さにほぼ対応する。
【0030】
好ましくは互いに周囲に一様に配置された締結要素のうち、２つの締結要素１４６、１４８のみが示され、残りの全てのものを代表するものとしてここにラベル付けされる。締結要素１４６、１４８は、ここでは単なる例としてねじ付きボルト１５０、１５２として設計されている。シール要素１３０は、本質的にＵ字型の断面形状を有する連続溝１５４（リング溝）に受容され、締結要素１４６、１４８のそれぞれ１つのための通路開口部１５６、１５８、ならびに図２には示すことができない締結要素のための通路開口部を有する。締結フランジ１６４の連続溝１５４は、ここでは、締結要素１４６、１４８及び不可視の締結要素のいずれかの側で半径方向（半径方向内向き及び外向き）に延在するが、締結フランジ１６４の接触面１７４の半径方向幅全体を占めていない。
【0031】
コネクタ１１０は、本質的にスリーブ状の設計を有し、タンクの外側１２４に面する第１端部１６０に連続した締結フランジ１６４と、そこから軸方向に離れた第２端部１６８にコンポーネント１１６を接続するための接続フランジ１７２とを有する。締結フランジ１６４のＵ字溝１５４は、ブレース（braced）された状態のシール要素１３０が、締結フランジ１６４の接触面１７４と面一になる程度まで、相手部材１４０、タンク壁１０４、及びコネクタ１１０によって軸方向に本質的に圧縮されるように設計されている。
【0032】
シール要素１３０及びＵ字溝１５４の代わりに、図２上に破線の輪郭のみで図示したように、締結フランジ１６４内の締結要素１４６、１４８に対して半径方向外側にのみ延びる連続したＵ字溝内にシール要素（図面を見易くするためにラベル付けされていない）を設けることが可能である。このような配置において、シール要素は、プロファイルシールなどとして設計することもできる。
【0033】
締結フランジ１６４は、ねじ付きボルト１５０、１５２の数に対応する数の好ましくは不連続なねじ穴１７８、１８０を有する一方、ねじ付きボルト１５０、１５２を通すための対応する数のねじ無し貫通穴１８２、１８４が相手部材１４０に導入されている。ねじ付きボルト１５０、１５２をタンク壁１０４に通すことができるように、タンク壁１０４は同様に、ねじ付きボルト１５０、１５２の数に対応する数のねじ無し貫通穴１８６、１８８を好ましくは互いに均一に間隔をあけて周辺に有する。コネクタ１１０のねじ穴１７８、１８０、相手部材１４０の貫通穴１８２、１８４、及びタンク壁１０４の貫通穴１８６、１８８は、それぞれ、設計上、互いに本質的に一致している。図２の図示とは反対に、不連続なねじ穴１７８、１８０を相手部材１４０に導入することもでき、その場合、コネクタ１１０の締結フランジ１６４（図示せず）の内部に対応する数のねじ無し貫通穴が設けられる。そのような場合、締結要素１４６、１４８は、図２の図解に関連して、１８０°ねじられ、すなわち、タンクの外側１２４から進行して挿入される。これは、タンク内部へのアクセスがより困難であることを考慮すると、有利である。
【0034】
相手部材１４０にある軸方向に不連続なねじ穴１７８、１８０は、接続システム１００を密封するために必要な技術的労力を低減する。コネクタ１１０の締結フランジ１６４又は相手部材１４０が不連続なねじ穴１７８、１８０を備えるか否かに応じて、シール要素１３０は、タンク壁１０４とコネクタ１１０の締結フランジ１６４との間、及び／又は相手部材１４０とタンクの内側１３６との間に配置される。接続システム１００の漏れ経路を完全に密閉するために、追加の密閉要素をおそらく設けなくてはならない可能性がある。
【0035】
シール要素１３０は、ここでは完全に一例として小さな軸方向高さＨを有する円形フラットシール２００として設計されているが、代替的にＯリング、又はばね式シールで実現することもできる。シール要素１３０は、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ又はＴｅｆｌｏｎ（登録商標））で実現される。
【0036】
図面ＩＩＩの最初の左半分の接続システム１００は室温であり、つまり約２０℃の温度Ｔ１である。－１８３．１５℃以下の温度の液体酸素などの極低温燃料又は深冷燃料でタンク１０２を充填すると、接続システム１００は、２００℃以上のオーダーで集中的に冷却され、第２の金属材料１２０で形成されたコネクタ１１０と相手部材１４０の著しい機械的収縮効果を伴う。しかし、コネクタ１１０及び相手部材１４０の材料の均一性が与えられると、２つの矢印２１０、２１２で示されるように、冷却による収縮率は本質的に同じであるので、従来知られている接続システムとは対照的に、締結要素１４８がタンク壁１０４の内側の貫通穴１８８に大きすぎる半径方向の力で当接されない限り、割り当てられた長手方向中心線２１４を横切る締結要素１４８の塑性変形は生じない。タンク壁１０４の貫通穴１８６についても、その中に配置された締結要素１４６に関して同じことが当てはまる。このような背景から、タンク壁１０４の貫通穴１８６、１８８の断面は、相手部材１４０の貫通穴１８２、１８４の断面よりも大きな寸法を有し、コネクタ１１０及び相手部材１４０の熱的に誘発される収縮及び膨張率を補償するために、十分な半径方向のクリアランスを確保することが有利である。シール要素１３０は、一方では流体シールを確立するために用いられ、他方では、金属材料で形成されたコネクタ１１０と、金属材料で同様に形成された相手部材１４０との間で、両側から機械的にクランプされることから、繊維複合プラスチックで形成されたタンク壁１０４が機械的に損傷する危険を低減するために使用される。
【0037】
最後に、図２の取り付け状態において、タンク壁１０４の通路開口部１２６、及び本質的に円筒形の通路開口部２２４、２２６は、通過する流体に対して可能な限り低い流れ抵抗を達成するように、互いにほぼ一致して配置される。
【0038】
本発明は、極低温タンク（１０２）のための接続システム（１００）に関し、そのタンク壁（１０４）が、第１材料（１０６）で形成され、接続システム（１００）は、タンク（１０２）に接続されるコンポーネント（１１６）のためのコネクタ（１１０）を有し、コネクタ（１１０）は、第２材料（１２０）で形成され、コネクタ（１１０）は、タンクの外側（１２４）に配置され、タンク壁（１０４）の通路開口部（１２６）と本質的に一致し、少なくとも１つのシール要素（１３０）が設けられ、第１及び第２材料（１０６、１２０）は、異なる熱膨張係数（α１、α２）を有する。
【0039】
本発明は、第２材料（１２０）で形成された相手部材（１４０）が、タンクの内側（１３６）に配置され、タンク壁（１０４）が、相手部材（１４０）、コネクタ（１１０）、及び少なくとも１つのシール要素（１３０）の間に挟まれるように、相手部材（１４０）は、少なくとも２つの締結要素（１４６、１４８）を用いてコネクタ（１１０）と接続でき、コネクタ（１１０）及び相手部材（１４０）の、タンク壁（１０４）に平行なわずかな変位可能性が、熱的に引き起こされる機械的応力を補償するために残っていることを規定する。
【0040】
コネクタ（１１０）と相手部材（１４０）は、材料的に均一であり、２００℃の範囲内で高温変動があった場合、同一の熱収縮率と膨張率となり、どちらも締結要素（１４６、１４８）に作用する横方向の力が発生するのを防ぐ。
【符号の説明】
【0041】
１０ 接続システム（ＳｄＴ）
１２ 接続スピゴット
１４ タンク壁
１６ タンク
１８ フランジ
２０ コネクタ
２２ 外側（タンク壁）
２４ シール面
２６ シール要素
３０、３２ 貫通穴
３４、３６ ねじ付きボルト
３８、４０ ねじ付きインサート
４６ 長手方向中心線
５０ 白矢印
５２ 長手方向中心線（ねじ付きボルト）
５４ 外輪郭（ねじ込み式ボルト）
１００ 接続システム
１０２ タンク
１０４ タンク壁
１０６ 第１材料（繊維複合樹脂）
１１０ コネクタ
１１６ コンポーネント
１２０ 第２材料（金属）
１２４ タンクの外側
１２６ 通路開口部（タンク壁面）
１３０ シール要素
１３４ 長手方向中心線
１３６ タンクの内側
１４０ 相手部材
１４６、１４８ 締結要素
１５０、１５２ ねじ付きボルト
１５４ 溝
１５６、１５８ 通路開口部（シール要素）
１６０ 第１端部（コネクタ）
１６４ 締結フランジ（コネクタ）
１６８ 第２端部（コネクタ）
１７２ 接続フランジ（コネクタ）
１７４ 接触面（締結フランジ）
１７８、１８０ ねじ穴（コネクタ）
１８２、１８４ 貫通穴（相手部材）
１８６、１８８ 貫通穴（タンク壁）
２００ フラットシール
２１０、２１２ 矢印
２１４ 長手方向中心線
２１６、２１８ 貫通穴（タンク壁）
２２４ 貫通穴（コネクタ）
２２６ 貫通穴（対向）
α１ 熱膨張係数
α２ 熱膨張係数
Ｈ 高さ（シール要素）
Ｔ１、２ 温度
Ｉ 描画の１分目
ＩＩ 描画の２分目
ＩＩＩ 描画の３分目
ＩＶ 描画の４分目
１２ 接続スピゴット
１４ タンク壁
１６ タンク
１８ フランジ
２０ コネクタ
２２ 外側（タンク壁）
２４ シール面
２６ シール要素
３０、３２ 貫通穴
３４、３６ ねじ付きボルト
３８、４０ ねじ付きインサート
４６ 長手方向中心線
５０ 白矢印
５２ 長手方向中心線（ねじ付きボルト）
５４ 外輪郭（ねじ込み式ボルト）
１００ 接続システム
１０２ タンク
１０４ タンク壁
１０６ 第１材料（繊維複合樹脂）
１１０ コネクタ
１１６ コンポーネント
１２０ 第２材料（金属）
１２４ タンクの外側
１２６ 通路開口部（タンク壁面）
１３０ シール要素
１３４ 長手方向中心線
１３６ タンクの内側
１４０ 相手部材
１４６、１４８ 締結要素
１５０、１５２ ねじ付きボルト
１５４ 溝
１５６、１５８ 通路開口部（シール要素）
１６０ 第１端部（コネクタ）
１６４ 締結フランジ（コネクタ）
１６８ 第２端部（コネクタ）
１７２ 接続フランジ（コネクタ）
１７４ 接触面（締結フランジ）
１７８、１８０ ねじ穴（コネクタ）
１８２、１８４ 貫通穴（相手部材）
１８６、１８８ 貫通穴（タンク壁）
２００ フラットシール
２１０、２１２ 矢印
２１４ 長手方向中心線
２１６、２１８ 貫通穴（タンク壁）
２２４ 貫通穴（コネクタ）
２２６ 貫通穴（対向）
α１ 熱膨張係数
α２ 熱膨張係数
Ｈ 高さ（シール要素）
Ｔ１、２ 温度
Ｉ 描画の１分目
ＩＩ 描画の２分目
ＩＩＩ 描画の３分目
ＩＶ 描画の４分目
【図1】
【図2】
【手続補正書】
【提出日】2023-01-19
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
極低温タンク（１０２）のための接続システム（１００）であって、
前記極低温タンク（１０２）のタンク壁（１０４）は、第１材料（１０６）で形成され、
前記接続システム（１００）は、前記タンク（１０２）に接続されるコンポーネント（１１６）のためのコネクタ（１１０）を有し、
前記コネクタ（１１０）は、第２材料（１２０）で形成され、前記コネクタ（１１０）は、前記タンクの外側（１２４）に配置され、前記タンク壁（１０４）の通路開口部（１２６）と本質的に一致し、
少なくとも１つのシール要素（１３０）が設けられ、前記第１及び第２材料（１０６、１２０）は、異なる熱膨張係数（α１、α２）を有する接続システムにおいて、
前記第２材料（１２０）で形成された相手部材（１４０）が、前記タンクの内側（１３６）に配置され、
前記タンク壁（１０４）が、前記相手部材（１４０）、前記コネクタ（１１０）、及び前記少なくとも１つのシール要素（１３０）の間に挟まれるように、前記相手部材（１４０）は、少なくとも２つの締結要素（１４６、１４８）を用いて前記コネクタ（１１０）と接続でき、
熱的に誘発される機械的応力を補償するために、前記コネクタ（１１０）及び前記相手部材（１４０）の、前記タンク壁（１０４）に平行なわずかな変位可能性が残っていることを特徴とする、接続システム（１００）。
前記極低温タンク（１０２）のタンク壁（１０４）は、第１材料（１０６）で形成され、
前記接続システム（１００）は、前記タンク（１０２）に接続されるコンポーネント（１１６）のためのコネクタ（１１０）を有し、
前記コネクタ（１１０）は、第２材料（１２０）で形成され、前記コネクタ（１１０）は、前記タンクの外側（１２４）に配置され、前記タンク壁（１０４）の通路開口部（１２６）と本質的に一致し、
少なくとも１つのシール要素（１３０）が設けられ、前記第１及び第２材料（１０６、１２０）は、異なる熱膨張係数（α１、α２）を有する接続システムにおいて、
前記第２材料（１２０）で形成された相手部材（１４０）が、前記タンクの内側（１３６）に配置され、
前記タンク壁（１０４）が、前記相手部材（１４０）、前記コネクタ（１１０）、及び前記少なくとも１つのシール要素（１３０）の間に挟まれるように、前記相手部材（１４０）は、少なくとも２つの締結要素（１４６、１４８）を用いて前記コネクタ（１１０）と接続でき、
熱的に誘発される機械的応力を補償するために、前記コネクタ（１１０）及び前記相手部材（１４０）の、前記タンク壁（１０４）に平行なわずかな変位可能性が残っていることを特徴とする、接続システム（１００）。
【請求項2】
前記コネクタ（１１０）は、本質的にスリーブ状のデザインを有し、前記タンクの外側（１２４）に面する第１端部（１６０）に連続締結フランジ（１６４）と、前記第１端部から離れて向いた第２端部（１６８）に前記コンポーネント（１１６）のための接続フランジ（１７２）とを有することを特徴とする、請求項１に記載の接続システム（１００）。
【請求項3】
前記少なくとも２つの締結要素（１４６、１４８）は、ねじ付きボルト（１５０、１５２）として設計されていることを特徴とする、請求項２に記載の接続システム（１００）。
【請求項4】
前記相手部材（１４０）は、本質的に円形のデザインを有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項5】
前記コネクタ（１１０）、前記相手部材（１４０）、及び少なくとも１つのシール要素（１３０）は、長手方向中心線（１３４）に対して本質的に回転対称に設計されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項6】
前記締結フランジ（１６４）は、ねじ付きボルト（１５０、１５２）の数に対応する数の好ましくは不連続なねじ穴（１７８、１８０）を有し、前記相手部材（１４０）は、前記ねじ付きボルト（１５０、１５２）のための対応する数のねじ無し貫通穴（１８２、１８４）を有し、又はその逆であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項7】
前記コネクタ（１１０）の前記締結フランジ（１６４）、又は前記相手部材（１４０）が、前記不連続なねじ穴（１７８、１８０）を備えるか否かに応じて、前記少なくとも１つのシール要素（１３０、１３２）は、前記タンクの外側（１２４）と前記締結フランジ（１６４）の間、及び／又は前記相手部材（１４０）と前記タンクの内側（１３６）の間に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の接続システム（１００）。
【請求項8】
前記第１材料（１０６）は、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維強化プラスチックなどの繊維複合プラスチックであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の接続システム（１００）。
【請求項9】
前記第２材料（１２０）は、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼などの金属、又は金属合金で形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の接続システム（１００）。
【請求項10】
前記少なくとも１つのシール要素（１３０）は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのプラスチックで形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の接続システム（１００）。
【請求項11】
前記少なくとも１つのシール要素（１３０）は、好ましくは、本質的に円形フラットシール（２００）として、又はばね式シールとして設計されていることを特徴とする、請求項１０に記載の接続システム（１００）。
【外国語明細書】