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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-17
(45)【発行日】2024-12-25
(54)【発明の名称】タイプＩＶ圧力容器用のエンドボス
(51)【国際特許分類】
F17C 1/06 20060101AFI20241218BHJP
F16J 12/00 20060101ALI20241218BHJP
【ＦＩ】
F17C1/06
F16J12/00 Z
【請求項の数】
29
(21)【出願番号】P 2021577417
(86)(22)【出願日】2020-06-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-02
(86)【国際出願番号】 US2020070213
(87)【国際公開番号】W WO2020264585
(87)【国際公開日】2020-12-30
【審査請求日】2023-05-30
(31)【優先権主張番号】62/867,910
(32)【優先日】2019-06-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518392026
【氏名又は名称】リナマー・コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【氏名又は名称】竹内 茂雄
(72)【発明者】
【氏名】コバレフスキー，ウラジーミル
(72)【発明者】
【氏名】サンチェス，ジョーダン
【審査官】矢澤 周一郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－３３２０８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６６０２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５１９４８０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１７Ｃ １／０６
Ｆ１６Ｊ １２／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体および／またはガスを圧力下で収容するための圧力容器であって、ポリマーライナの第１の末端と第２の末端との間に延びる対向する内面および外面を有する細長いシリンダ壁によって画定される中空本体を含むポリマーライナであって、前記ポリマーライナの前記第１の末端の近くの入口開口を含み、前記入口開口が前記ポリマーライナのフレアエッジによって画定される、ポリマーライナと、
樹脂および繊維を含む外側複合シェルであって、前記ポリマーライナの外周を囲む外側複合シェルと、
ボスを軸方向に通過するボアを有するボスであって、前記ボアが内面を有するシリンダ壁によって画定され、前記ボアが前記圧力容器の内部と流体連通する、ボスと、
を含み、
前記ボスは、対向する内側支承面および外側支承面を備えたシャンクを有し、前記内側支承面は、前記ポリマーライナの前記外面に向けて配向され、前記外側支承面は、前記外側複合シェルに向けて配向され、
前記シャンクは、前記シャンクに固定結合され、前記外側支承面から遠く半径方向に突出する複数のスパイクを含み、前記複数のスパイクのそれぞれは、前記外側複合シェルの中に少なくとも部分的に埋め込まれ、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、前記ボスに固定結合され、
前記外側複合シェルは、編組繊維ストランドの層を形成するために、前記ポリマーライナと前記ボスの前記シャンクとのまわりに複数の繊維ストランドを編組することによって形成され、
前記複数の繊維ストランドのそれぞれは、複数の繊維フィラメントを含み、前記複数の繊維ストランドの前記それぞれは、公称ストランド幅を有し、
隣接するスパイクの各対は、それぞれのスパイク先端を有し、少なくとも前記公称ストランド幅によって離隔される、
液体および／またはガスを圧力下で収容するための圧力容器。
【請求項2】
前記複数のスパイクは、４つ以上のスパイクを含む、請求項１に記載の圧力容器。
【請求項3】
前記複数のスパイクの少なくとも第１の部分は、前記シャンクの外周のまわりに隔置される第１の列のスパイクを形成する、請求項２に記載の圧力容器。
【請求項4】
前記複数のスパイクは、前記シャンクの前記外周上の少なくとも１つのゾーンを横切って分配される、請求項２に記載の圧力容器。
【請求項5】
前記複数のスパイクは、前記シャンクの前記外周上の２つ以上のゾーンを横切って分配され前記２つ以上のゾーンは、前記シャンクの前記外周上に離隔される、請求項４に記載の圧力容器。
【請求項6】
前記複数のスパイクの第２の部分は、前記シャンクの前記外周のまわりに隔置される第２の列のスパイクを形成し、前記第２の列のスパイクは、前記第１の列のスパイクから前記ボスの軸方向に離隔される、請求項３に記載の圧力容器。
【請求項7】
前記第２の列のスパイクの各スパイクは、前記第１の列のスパイクの前記スパイクから円周方向にオフセットしている、請求項６に記載の圧力容器。
【請求項8】
前記複数のスパイクの第２の部分は、前記シャンクの前記外周のまわりに隔置される第２の列のスパイクを形成し、
前記第２の列のスパイクは、前記第１の列のスパイクから前記ボスの軸方向に離隔され、
前記第１の列のスパイクと前記第２の列のスパイクとは、少なくとも前記公称ストランド幅の前記ボスの軸方向距離によって離隔される、請求項３に記載の圧力容器。
【請求項9】
前記複数のスパイクの各スパイクは、スパイク基部と前記スパイクのスパイク先端との間に画定されるスパイク主要本体を有し、前記スパイク基部は、前記シャンクに固定結合され、
前記複数のスパイクの各スパイクの前記スパイク先端は、前記公称ストランド幅より小さい最大幅を有し、
前記複数のスパイクの各スパイクの前記スパイク主要本体は、前記公称ストランド幅より小さい最大幅を有する、請求項３に記載の圧力容器。
【請求項10】
前記複数のスパイクの各スパイクは、約０．２ｍｍから約２．０ｍｍの間の最大断面幅を有する、請求項９に記載の圧力容器。
【請求項11】
前記複数のスパイクの各スパイクは、前記スパイク基部と前記スパイク先端との間に画定されるスパイク長さを有し、前記スパイク長さは、約０．５ｍｍから約５ｍｍの間である、請求項１０に記載の圧力容器。
【請求項12】
前記複数のスパイクの各スパイクの前記スパイク基部は、前記ボスの前記シャンクに溶接および／または接着される、請求項１１に記載の圧力容器。
【請求項13】
前記複数のスパイクの各スパイクは、前記ボスの前記シャンクの穴の中に圧入される、請求項１１に記載の圧力容器。
【請求項14】
前記複数のスパイクのうちの少なくとも１つのスパイクは、前記スパイク基部から遠く軸方向に突出するピンを含み、前記ピンは、前記ボスの前記シャンクの穴の中に圧入されるように構成される、請求項１３に記載の圧力容器。
【請求項15】
前記複数のスパイクのうちの少なくとも１つのスパイクは、シリンダ形状スパイクである、請求項１１に記載の圧力容器。
【請求項16】
前記複数のスパイクのうちの少なくとも１つのスパイクは、四面体形状スパイクである、請求項１１に記載の圧力容器。
【請求項17】
前記複数のスパイクのうちの少なくとも１つのスパイクは、４つ以上の側面を有するピラミッド形状スパイクである、請求項１１に記載の圧力容器。
【請求項18】
前記複数のスパイクのうちの少なくとも１つのスパイクは、円錐形状スパイクである、請求項１１に記載の圧力容器。
【請求項19】
前記複数のスパイクのうちの少なくとも１つは、丸いスパイク先端を有する、請求項１１に記載の圧力容器。
【請求項20】
前記ボスは、前記ボスの外側部分に形成されたフランジ肩部を含み、
前記フランジ肩部は、前記外側複合シェルに当接する、請求項３に記載の圧力容器。
【請求項21】
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、輪郭付きネックを形成するために、前記ボスの前記ボアの中に軸方向に延び、
前記ポリマーライナは、前記ボスの前記ボアの前記内面に固定結合される、請求項３に記載の圧力容器。
【請求項22】
前記ボスの前記ボアは、前記ボスの前記内面に形成された内側シリンダネック部と、前記内側シリンダネック部に隣接する前記ボスの前記内面に形成されたボスコーン面と、を含み、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、前記輪郭付きネックを形成するために、前記ボスの前記ボアの中に軸方向に延び、前記ポリマーライナの前記輪郭付きネックは、前記ボスの前記内側シリンダネック部および前記ボスコーン面に実質上適合するコーン形状フレアエッジを形成するために、外方に曲がるシリンダネック領域を含む、請求項２１に記載の圧力容器。
【請求項23】
前記圧力容器は、前記ボスの前記ボアの内部に嵌合および係合するように形状付けされたシールインサートを含み、前記シールインサートは、前記ボスコーン面と雌雄嵌合式に係合するように構成されたコーン面を有し、
前記シールインサートが前記ボスの前記ボアと係合するとき、前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、前記シールインサートの前記コーン面と、前記ボスの前記ボスコーン面と、の間で半径方向に圧縮される、請求項２２に記載の圧力容器。
【請求項24】
液体および／またはガスを圧力下で収容するための圧力容器であって、
ポリマーライナの第１の末端と第２の末端との間に延びる対向する内面および外面を有する細長いシリンダ壁によって画定される中空本体を含むポリマーライナであって、前記ポリマーライナの前記第１の末端の近くの入口開口を含み、前記入口開口が前記ポリマーライナのフレアエッジによって画定される、ポリマーライナと、
樹脂および繊維を含む外側複合シェルであって、前記ポリマーライナの外周を囲む外側複合シェルと、
ボスを軸方向に通過するボアを有するボスであって、前記ボアが内面を有するシリンダ壁によって画定され、前記ボアが前記圧力容器の内部と流体連通する、ボスと、
を含み、
前記ボスは、対向する内側支承面および外側支承面を備えたシャンクを有し、前記内側支承面は、前記ポリマーライナの前記外面に向けて配向され、前記外側支承面は、前記外側複合シェルに向けて配向され、
前記シャンクは、前記シャンクに固定結合され、前記外側支承面から遠く半径方向に突出する複数のスパイクを含み、前記複数のスパイクのそれぞれは、前記外側複合シェルの中に少なくとも部分的に埋め込まれ、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、前記ボスに固定結合され、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、輪郭付きネックを形成するために、前記ボスの前記ボアの中に軸方向に延び、
前記ポリマーライナは、前記ボスの前記ボアの前記内面に固定結合され、
前記ボスの前記ボアは、前記ボスの前記内面に形成された内側シリンダネック部と、前記内側シリンダネック部に隣接する前記ボスの前記内面に形成されたボスコーン面と、を含み、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、前記輪郭付きネックを形成するために、前記ボスの前記ボアの中に軸方向に延び、前記ポリマーライナの前記輪郭付きネックは、前記ボスの前記内側シリンダネック部および前記ボスコーン面に実質上適合するコーン形状フレアエッジを形成するために、外方に曲がるシリンダネック領域を含み、
前記ボスコーン面は、前記ボスコーン面を横切って延びる１つまたは複数のリッジを有する、
液体および／またはガスを圧力下で収容するための圧力容器。
【請求項25】
液体および／またはガスを圧力下で収容するための圧力容器であって、
ポリマーライナの第１の末端と第２の末端との間に延びる対向する内面および外面を有する細長いシリンダ壁によって画定される中空本体を含むポリマーライナであって、前記ポリマーライナの前記第１の末端の近くの入口開口を含み、前記入口開口が前記ポリマーライナのフレアエッジによって画定される、ポリマーライナと、
樹脂および繊維を含む外側複合シェルであって、前記ポリマーライナの外周を囲む外側複合シェルと、
ボスを軸方向に通過するボアを有するボスであって、前記ボアが内面を有するシリンダ壁によって画定され、前記ボアが前記圧力容器の内部と流体連通する、ボスと、
を含み、
前記ボスは、対向する内側支承面および外側支承面を備えたシャンクを有し、前記内側支承面は、前記ポリマーライナの前記外面に向けて配向され、前記外側支承面は、前記外側複合シェルに向けて配向され、
前記シャンクは、前記シャンクに固定結合され、前記外側支承面から遠く半径方向に突出する複数のスパイクを含み、前記複数のスパイクのそれぞれは、前記外側複合シェルの中に少なくとも部分的に埋め込まれ、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、前記ボスに固定結合され、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、輪郭付きネックを形成するために、前記ボスの前記ボアの中に軸方向に延び、
前記ポリマーライナは、前記ボスの前記ボアの前記内面に固定結合され、
前記ボスの前記ボアは、前記ボスの前記内面に形成された内側シリンダネック部と、前記内側シリンダネック部に隣接する前記ボスの前記内面に形成されたボスコーン面と、を含み、
前記ポリマーライナの前記フレアエッジは、前記輪郭付きネックを形成するために、前記ボスの前記ボアの中に軸方向に延び、前記ポリマーライナの前記輪郭付きネックは、前記ボスの前記内側シリンダネック部および前記ボスコーン面に実質上適合するコーン形状フレアエッジを形成するために、外方に曲がるシリンダネック領域を含み、
前記ボスコーン面の少なくとも一部は、粗面テクスチャを有する、
液体および／またはガスを圧力下で収容するための圧力容器。
【請求項26】
前記ボスコーン面の少なくとも一部は、平滑面を有する、請求項２３に記載の圧力容器。
【請求項27】
前記シールインサートは、圧着継手および／または圧入継手によって前記ボスに固定結合される、請求項２３に記載の圧力容器。
【請求項28】
前記シールインサートは、ねじ継手によって前記ボスの前記ボアに結合される、請求項２３に記載の圧力容器。
【請求項29】
対向する第１および第２の末端間に延びる第１の細長いシリンダ壁と、前記第１の末端の近くの第１のフレアエッジと、前記第１のフレアエッジの第１の入口開口と、を有する第１のポリマーライナを形成するステップと、
第１のシャンクに連結された第１のシリンダ部と、第１のボスを軸方向に通過する第１のボアと、前記第１のシャンクから遠く半径方向に突出する第１の複数のスパイクと、を有する第１のボスを形成するステップと、
第１のライナ／ボスサブ組立体を形成するために、前記第１のライナの前記第１のフレアエッジを前記第１のボスの前記第１のボアに固定結合するステップと、
第１の編組繊維層を形成するために、第１の複数の繊維ストランドを前記第１のライナ／ボスサブ組立体の外周の少なくとも一部のまわりに編組するステップと、
対向する第１および第２の末端間に延びる第２の細長いシリンダ壁と、前記第１の末端
の近くの第２のフレアエッジと、前記第２のフレアエッジの第２の入口開口と、を有する第２のポリマーライナを形成するステップと、
第２のシャンクに連結された第２のシリンダ部と、第２のボスを軸方向に通過する第２のボアと、前記第２のシャンクから遠く半径方向に突出する第２の複数のスパイクと、を有する第２のボスを形成するステップと、
第２のライナ／ボスサブ組立体を形成するために、前記第２のライナの前記第２のフレアエッジを前記第２のボスの前記第２のボアに固定結合するステップと、
第１の管末端と第２の管末端との間に延びる第３のシリンダ壁を有する犠牲管セクションを形成するステップと、
細長い組立体を形成するために、前記第１のライナ／ボスサブ組立体と前記第２のライナ／ボスサブ組立体を、前記犠牲管セクションの前記第１の末端と前記第２の末端にそれぞれ固定結合するステップと、
編組繊維層を形成するために、第２の複数の繊維ストランドを前記細長い組立体の外周のまわりに編組するステップと、
前記編組繊維層をトリムするステップと、
個別の圧力容器を形成するために、前記犠牲管セクションを前記細長い組立体から除去するステップと、
を含む、タイプＩＶ圧力容器を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[001]本出願は、２０１９年６月２８日に提出された米国仮出願第６２／８６７，９１０号の優先権を主張する。
[001]本出願は、２０１９年６月２８日に提出された米国仮出願第６２／８６７，９１０号の優先権を主張する。
【0002】
[002]本発明は、タイプＩＶ適合圧力容器を含むタイプＩＶ圧力容器用のボスに関する。より詳細には、本発明は、外側複合シェル中に埋め込まれたスパイクを有し、ライナがボスの内側に位置するボス設計に関する。
【背景技術】
【0003】
[003]圧力容器は、一般に、天然ガス、酸素、窒素、水素、プロパン、および同種のものなど、圧力下で流体および／またはガスを貯蔵する。タイプＩＶ圧力容器またはタンクは、熱可塑性ポリマーライナ上に巻装および／または編組された炭素繊維強化ポリマー複合体を典型的に含む金属非含有の本体を有する。弁は、容器を圧縮流体で充填するために容器に連結される。しかしながら、弁は、ポリマーライナに直接連結できない。それ故に、ボスは、弁を容器に連結するために設けられることを必要とする。
【0004】
[004]ボスをポリマーライナおよび外側複合シェルに取り付けることによってタイプＩＶ圧力容器を形成する第１の知られた方法は、米国特許第１０，１８０，２１０号に例証されている。第１の知られた方法は、射出成形プロセスを利用し、ライナをボスのロック特徴部のまわりに成形して、ボスをライナに機械的にロックする。この第１の知られた方法は、ポリマーライナとボスの外面との間に優れた表面接触を提供する。ライナおよびボス間のシールは、ライナおよびボス間の界面によって形成される。更に、ボスは、ボスが加圧されたときにそれ自体をシールするリップ特徴部を典型的に含む。ガス密性のボス／ライナ組立体は、複合シェルの外カバーによって支持される。シール機構と機械的制約は、結合しない。ボスおよびライナ間の継手は、事前応力付与されない。
【0005】
[005]しかしながら、この第１の知られた方法は、ライナを複合繊維でラップする前に、ライナをボスのまわりに成形することを要求する。更に、第１の知られた方法は、ボスおよび外側複合シェル間の機械的係合がない。したがって、ボスは、応力下で外側複合シェルから分離でき、ボスが、外側複合シェル内で回転、および／または、外側複合シェルに対して軸方向に摺動、するのを可能にする。ライナおよび／または外側複合シェルに対するボスの移動は、ボスおよび圧力容器間の連結の漏洩および潜在的不全をもたらす場合がある。
【0006】
[006]タイプＩＶ圧力容器のボスを形成する第２の知られた方法は、米国公開第２０１８／２８３６１２号に例証され、ホース型の圧着、例えば、フェルールは、外側複合シェル、ポリマーライナ、およびボスの積層組立体のまわりに圧着される。第２の知られた方法は、ライナがボスの外面に対して位置するように、ライナの開口内で摺動するボスを含む。フェルールは、ボスを外側複合シェルに固定結合するために、ライナが外側複合シェルでカバーされた後で、ボスおよび複合シェルのまわり圧着される。ボスは、ライナの内面を把持するために、ボスの外面に沿ったリッジを含むことができる。ホース型の圧着取付け具は、複合的な定着およびシールを提供するために圧着圧力に依存する。ライナに沿って脱出を試みるガスは、ボスおよびライナ間のギャップを開く傾向がある。フェルールおよび複合体は、ギャップの開きに抵抗する状態まで事前応力付与される。フェルールも、複合体に把持を設けることおよびステムの軸方向変位に抵抗することによって、軸方向に応力付与される。
【0007】
[007]しかしながら、この第２の知られた方法は、ボスをライナに固定結合するために圧着圧力に依存する。ボスは、ボスおよびライナ間の継手への圧着力が不足している場合に、ボスへの増加した荷重下で、ライナ内を回転できる。更に、第２の知られた方法は、ボスおよび外側複合シェル間の直接の機械的係合がなく、ボスを外側複合シェルに固定結合するためにフェルールに依存する。ボスへの軸方向荷重および回転荷重は、ボスおよび外側複合シェル間の連結を弱化できる。ボスは、応力下で外側複合シェルから分離でき、ボスが、外側複合シェル内で回転、および／または、外側複合シェルに対して軸方向に摺動、するのを可能にする。ライナおよび／または外側複合シェルに対するボスの移動は、ボスおよび圧力容器間の連結の漏洩および潜在的不全をもたらす場合がある。
【0008】
[008]それ故に、望ましいことは、ボスを直接タイプＩＶ圧力容器の外側複合シェルに機械的に結合することである。更に、望ましいことは、ボスを直接圧力容器のライナに機械的に結合することである。望ましいことは、シールをライナおよびボス間に形成することである。同じく、望ましいことは、トルクがボスに適用されたときに、ライナに対してと外側複合体に対してのボスの回転移動を制約することである。更に、望ましいことは、軸力がボスに適用されたときに、ライナに対してと外側複合シェルに対してのボスの軸方向移動を制約することである。加えて、望ましいことは、ライナをボスに固定結合することであり、成形プロセスを使用しないこと、そして、ライナをボスに圧着するためにフェルールの使用を要求しないことである。最後に、望ましいことは、外側複合シェルをボスに固定結合することであり、外側複合シェルをボスに圧着するためにフェルールに依存しないことである。
【発明の概要】
【0009】
[009]タイプＩＶ適合圧力容器は、外側複合シェルおよびボス間の機械的な結合を改善して設けられる。圧力容器は、ボスに固定結合されたフレアエッジを有する内側ポリマーライナを含む。ボスは、圧力容器の内部と流体連通するボアを有する。加えて、ボスは、ライナおよび外側複合シェル間に延びるシャンクを有する。シャンクは、ボスから遠く半径方向に突出する複数のスパイクを含む。樹脂および繊維の外側複合シェルは、ライナの外周とシャンクの外周を囲む。スパイクは、外側複合シェルをボスに機械的に締結するために、外側複合シェルの中に埋め込まれる。
【0010】
[010]本発明の利点は、添付の図面と関連して考察されるとき、次の詳細な説明の参照によって、より良く理解される如く、容易に認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】[011]本発明の１つの実施形態に係るポリマーライナおよび外側複合シェル間に組み立てられたボスを有するタイプＩＶ圧力容器の一部の断面図である。
【図3】[013]図３Ａは圧力容器から取り外された図１のボスの斜視図である。 [014]図３Ｂはボスコーン面の微細リッジを例証する図３Ａのボスの破断図である。図３Ｃはボスコーン面の粗面テクスチャを例証する図３Ａのボスの破断図である。図３Ｄはボスコーン面の平滑面テクスチャを例証する図３Ａのボスの破断図である。
【図4】[015]図４Ａは圧力容器から取り外された図１のシールインサートの断面図である。 [016]図４Ｂはシールインサートのコーン面の微細リッジを例証する図４Ａのシールインサートの一部の斜視図である。図４Ｃはシールインサートのコーン面の粗面テクスチャを例証する図４Ａのシールインサートの一部の斜視図である。図４Ｄはシールインサートのコーン面の平滑面テクスチャを例証する図４Ａのシールインサートの一部の斜視図である。
【図5】[017]樹脂含浸繊維のストランドをライナまわりに螺旋パターンでラップする知られた方法を例証する図である。
【図12】[024]図１２Ａは図１０のシリンダ形状スパイクが図３Ａのボスの穴の中に圧入される組立て方法を例証する図である。 [025]図１２Ｂは図１１のシリンダ形状スパイクが図３Ａのボスの穴の中に圧入される組立て方法を例証する図である。 [026]図１２Ｃは図１０のシリンダ形状スパイクが図３Ａのボスに溶接される組立て方法を例証する図である。 [027]図１２Ｄは図３Ａのボスと一体的に形成される図１０のピラミッド形状スパイクを例証する図である。
【図18】[033]本発明の１つの実施形態に係るライナ／ボスサブ組立体の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[039]図面を参照すると、同様の数字は、幾つかの図を通して同様のまたは対応する部品を指し、タイプＩＶ圧力容器１０（ポリマーライナ１４および外側複合シェル１８を備える）は、圧力下で液体および／またはガスを収容するためのものであり、本発明の一実施形態に係る図１および図２に示される。圧力容器１０は、窒素、水素、天然ガス、ヘリウム、ジメチルエーテル、液化石油ガス、キセノン、および同種のものなどの圧縮液体および／またはガスの貯蔵に適する。自動車の用途のための水素貯蔵用の圧力容器１０は、典型的には、最大７０ＭＰａの公称作動圧力のために設計される。比較して、圧縮天然ガスの貯蔵用の圧力容器１０は、典型的には、最大２５ＭＰａの公称作動圧力のために設計される。
【0013】
[040]図１および図２を参照すると、圧力容器１０は、ボス１６に固定結合されたポリマーライナ１４を含み、外側複合シェル１８は、ポリマーライナ１４の外周１４’を囲む。ライナ１４は、第１の末端２６と第２の末端３０との間に延びる細長いシリンダ壁２２によって画定される内部中空本体２０を含む。圧力容器１０の長手軸線は、要素３２によって示される。図１に示された実施形態では、ライナ１４は、ネック領域４０と、テーパ領域４２と、チャンバ領域４４と、を含む。ポリマーライナ１４は、対向する内面および外面５０、５４と、第１の末端２６の入口開口５８と、を含む。ライナ１４の入口開口５８は、シーリングインサート１３４を用いてボス１６に固定結合されるフレアエッジ６２を含む。
【0014】
[041]図１に示されたポリマーライナ１４は、一般に、１つまたは複数のポリマー材料から形成され、例えば、ナイロン（ＰＡ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、リニア低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリウレタン（ＰＵ）、および／または、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）である。ポリマーライナ１４は、ポリマー材料の単一層で形成でき、または、２つ以上のポリマー層の多層構造を含むことができ、更には、特定用途に所望されるように、１つまたは複数の金属層または添加剤を含むことができる。
【0015】
[042]図１のボス１６は、図３Ａでは、圧力容器１０から取り外されて示される。図２および図３Ａを参照すると、ボス１６は、ボス１６の対向する末端８８、８８’の間でボス１６を通って軸方向に通過するボア８６を有する。ボス１６の長手軸線は、図３Ａの要素３２によって示される。ボア８６は、ネック部９８、コーン面１０２、および、雌雄嵌合面９４から構成される。ボスコーン面１０２は、図３Ｂ～図３Ｄにそれぞれ例証されたように、１つまたは複数の微細リッジ１０２Ａ、粗面テクスチャ１０２Ｂ、および／または、平滑面テクスチャ１０２Ｃを含むことができる。図１および図２に示された実施形態では、ライナ１４のフレアエッジ６２は、コーン面１０２に固定結合されてシールされる。
【0016】
[043]ライナ１４のフレアエッジ６２は、コーン面１０２に適合する。フレアエッジ６２は、ライナ１４の押出プロセス中に形成されるか、あるいは、直接ボス１６のコーン面１０２に形成または熱成形される。ライナ１４のネックセクション１１８は、ネック部９８に適合する。ネックセクション１１８は、ライナ１４の押出プロセス中に形成され、また、シールを強化するためにネック部９８に対して追加で熱成形できる。
【0017】
[044]図１および図２に示すシールインサート１３４は、ボス１６の雌雄嵌合面９４に嵌入および係合するように形状付けされる。図１のシールインサート１３４は、図４Ａでは、ボス１６との組立て前が示される。図４Ａを参照すると、シールインサート１３４は、略シリンダ主要本体部１３８を有し、雌雄嵌合面１４２は、シリンダ主要本体部１３８の外周のまわりに延び、ねじ山、圧入、スエージ加工、または同種のものによって、雌雄嵌合面９４と噛み合い式に係合するように構成される。シールインサート１３４の長手軸線は、図４Ａでは要素３２によって示される。
【0018】
[045]更に、シールインサート１３４は、シールインサート１３４を通って軸方向に通過するボア１５８を含む。シールインサート１３４の主要本体部１３８から延びるのは、コーン面１６２であり、ライナ１４のフレアエッジ６２に対してシールするように構成される。コーン面１６２は、それぞれ、図４Ｂ～図４Ｄに例証されたように、１つまたは複数の微細リッジ１６２Ａ、粗面テクスチャ１６２Ｂ、および／または、平滑面テクスチャ１６２Ｃを含むことができる。
【0019】
[046]同じく、図２に示されたように、シールインサート１３４がボス１６の雌雄嵌合面９４と係合するとき、ライナ１４のフレアエッジ６２は、シールを提供するために、シールインサート１３４の外面１６６と、ボア８６のボスコーン面１０２と、の間で圧縮される。
【0020】
[047]ライナ１４のフレアエッジ６２に対してシールインサート１３４によって適用される圧縮は、図２に示されたように、ライナ１４とボス１６のボスコーン面１０２との間にシールを形成する。ライナ１４をボア８６およびシールインサート１３４間で挟むことは、初期シールをボス１６およびライナ１４間に形成する。ネック部９８は、ライナ１４が加圧された後に、内面１４外面５４でシールを形成する。
【0021】
[048]代替的に、Ｏリングや同種のものなどの１つまたは複数の補助シールは、特定用途に所望される場合に、ライナ１４、ボア８６、および／または、シールインサート１３４に隣接して含めることができる。ライナ１４フレアエッジ６２と、ボスコーン面１０２と、シールインサート１３４と、の間のシールは、或る種の実施形態に所望される場合に、粗面テクスチャ１０２Ｂ、１６２Ｂおよび／または微細リッジ１０２Ａ、１６２Ａをボスコーン面１０２上および／またはシールインサート１３４のコーン面１６２上に含むことによって改善できる。他の実施形態では、満足なシールは、ボスコーン面１０２とシールインサート１３４のコーン面１６２の双方の平滑面テクスチャ１０２Ｃ、１６２Ｃを用いて取得されるであろう。
【0022】
[049]図３に戻ると、ボス１６は、シャンク１８２に連結される略シリンダ部１７８を有する。図１～図３Ａに示された実施形態では、シャンク１８２は、外側支承面１９８と略シリンダ形状を有する。シャンク１８２の支承面１９８は、外側複合シェル１８に対して位置する。図１に示されたシャンク１８２は、ネック領域４０に沿って、また、ライナ１４のテーパ領域４２の一部に沿って、延びる。
【0023】
[050]外側複合シェル１８およびボス１６間の機械的な締結は、図１および図２に示されたように、シャンク１８２の支承面１９８から遠く半径方向に突出するスパイク１８６によって達成される。スパイク１８６は、ボス１６を外側複合シェル１８に機械的に締結するために、外側複合シェル１８に少なくとも部分的に埋め込まれる。スパイク１８６の、外側複合シェル１８との係合は、ボス１６が内部圧力に対抗するのを可能にし、また、許容できるボストルクの量を増加させ、ボス１６がライナ１４および／または外側複合シェル１８から離れることがない。
【0024】
[051]ボス１６は、図１～図３Ａに示されたように、略シリンダ部１７８およびシャンク１８２間のボス１６の外面２０２に位置するフランジ肩部２００を任意選択で含む。フランジ肩部２００は、外側複合シェル１８に接触する。代替的に、外側複合シェル１８は、フランジ肩部２００をボス１６に当接させることなく、シャンク１８２の一部に沿って延びることができる。
【0025】
[052]ライナ１４は、ライナ１４に対するボス１６の位置付けおよび組立てについて助成する実装特徴部２０６（図１８に示される）を備えて任意選択で製作される。ライナ１４は、ボス１６との組立を可能にするために、必要な場合には、カットおよび／またはトリムされる。ボス１６および他の取付け具がライナ１４と組み立てられた後に、ライナ１４および／またはボス１６は、ライナ１４がボス１６に適合および／または接着するのを引き起こすために、任意選択で加熱される。
【0026】
[053]ボス１６およびライナ１４が組み立てられた後に、ライナ１４および／またはシャンク１８２は、特定用途に所望される場合に、ポリマーフィルムなどの樹脂バリア層でカバーできる。追加的に、任意のブリーザ層または２次ガスバリア層は、特定用途に所望されるように、ライナ１４およびシャンク１８２の部分まわりにおよび／またはその全長にラップできる。ブリーザ層に適切な材料は、ガラス繊維織布、不織ガラス繊維布、および同種のものを含む。適切なガスバリア層は、金属化フィルム、ＥＹＯＨ膜、および同種のものを含む。
【0027】
【0028】
[055]樹脂含浸繊維２１４をライナ１４に適用する第１の知られた方法は、フィラメントワインディングであり、図５に例証される。複数の繊維フィラメント２１４は、繊維ストランド２１６を形成するためにグループ化される。複数の繊維フィラメント２１４は、繊維２１４をライナ１４に適用するための製造プロセスの前または間に、繊維ストランド２１６を形成するためにグループ化できる。同様に、単一の繊維ストランド２１６または複数の繊維ストランド２１６のグループ化は、製造プロセスに所望されるように、所与の時間に適用できる。繊維ストランド２１６は、図５に例証されたように、１つまたは複数のラップ繊維層２１８を形成するために、オーバーラップする螺旋パターンでライナ１４のまわりに１つまたは複数の繊維ストランド２１６を連続的にラップすることによってライナ１４に適用できる。繊維ストランド２１６は、図５に示されたように、ライナ１４にラップされる前に液状樹脂２２０でコーティングできる。代替的に、繊維ストランド２１６は、ライナ１４にラップされた後に液状樹脂２２０でコーティングでき、および／または、繊維フィラメント２１４は、樹脂２２０で事前含浸できる。樹脂２２０は、樹脂２２０およびラップ繊維層２１８が、ライナ１４を囲む剛性外側複合シェル１８を形成するように、硬化される。
【0029】
[056]樹脂含浸繊維２１４をライナ１４に適用する第２の方法は、図６に例証されたように、繊維２１４を編組することである。第１の方法と同様に、複数の繊維フィラメント２１４は、繊維ストランド２１６を形成するために組み立てられる。複数の繊維ストランド２１６は、図６に例証されたように、編組機械２２６を使用して編組繊維層２２４を形成するために、ライナ１４のまわりにオーバー編組（ｏｖｅｒ－ｂｒａｉｄｅｄ）される。更に、繊維ストランド２１６は、繊維ストランド２１６をライナ１４のまわりに編組する前、その間、および／または、その後に、樹脂２２０で含浸できる。
【0030】
[057]編組、図６に例証されたプロセス、を用いて細長いライナ１４のまわりに複数の繊維ストランド２１６をオーバー編組することは、圧力容器１０のための細長いライナ１４の大径シリンダセクション２２８、小径シリンダセクション２３２、および、テーパ移行セクション２３６に適合する編組繊維層２２４を形成するであろう。同様に、図６に示されたオーバー編組プロセス２２６は、編組繊維ストランド２１６をボス１６のシャンク１８２上に形成できる。オーバー編組プロセス２２６は、樹脂含浸繊維２１４を適合圧力容器１０に適用する好適な方法であり、複数の離隔された大径シリンダセクション２２８を含むことができ、隣接する大径セクション２２８は、小径シリンダセクション２３２によって連結される。樹脂２２０が硬化されるとき、樹脂２２０および編組繊維ストランド２１６は、ライナ１４を囲む剛性外側複合シェル１８を形成する。
【0031】
[058]図１に示された外側複合シェル１８は、１つまたは複数の層の樹脂含浸繊維２１４を含む。外側複合シェル１８のための適切な繊維２１４は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、ホウ素繊維、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維（ＨＤＰＥ）、Ｚｙｌｏｎ（商標）ポリ（ｐ－フェニレン－２，６－ベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ）、アラミド繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、ナイロン繊維（ＰＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエステル繊維（ＰＬ）、および同種のもの、のうちの１つまたは複数を含む。適切な樹脂２２０は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、熱可塑性樹脂、ウレタン、および同種のもの、のうちの１つまたは複数を含む。
【0032】
[059]ライナ１４のための材料および寸法の選択、並びに、外側複合シェル１８を形成する樹脂２２０および繊維２１４のタイプおよび量は、圧力容器１０の所望の動作条件に部分的に基づいて選択される。更に、ライナ１４および外側複合シェル１８間の、ブリーザ層、バリア層、および／または、金属層、のうちの１つまたは複数の包含、並びに、追加層の材料組成は、圧力容器１０の所望の動作条件に部分的に基づく。
【0033】
[060]外側複合シェル１８は、シャンク１８２の外周１９８のまわりに形成され、外側複合シェル１８は、フランジ肩部２００に当接し、図２に例証された通りである。繊維ストランド２１６は、複合自由エッジ２４０を形成するためにフランジ肩部２００に隣接してトリムされる。フランジ肩部２００は、複合自由エッジ２４０を支持および保護する。ボス１６にフランジ肩部２００がない場合、繊維ストランド２１６は、複合自由エッジ２４０を形成するために所定の場所でトリムされる。複合自由エッジ２４０は、図７に示されたように、フランジ肩部２００および複合自由エッジ２４０をカバーするテープ２４２を適用することによって保護および／または補強できる。代替的に、フランジ肩部２００の近くの複合自由エッジ２４０は、追加の繊維ストランド２１６、フェルールなどの圧着リング、または同種のものによってカバーできる。複合自由エッジ２４０をカバーするための適切な繊維２１４は、炭素繊維、ガラス繊維、ナイロン繊維、および同種のものを含む。テープ、繊維ストランド２１６、および／または、圧着リングを複合自由エッジ２４０上に適用することは、エッジの層間剥離を防止、圧力容器１０の美しさを向上、および／または、圧力容器１０実装用の支持エリアを提供できる。
【0034】
[061]任意選択で、シャンク１８２の内面１９４は、図７および図８などに例証されたように、ライナ１４のテーパセクション２３６と雌雄嵌合式に係合するように構成できる。図７が示す第２の実施形態の圧力容器１０は、ライナ１４のテーパ領域４２全体に沿ってテーパセクション２３６を支持するシャンク１８２Ａを備えたボス１６Ａを有する。任意選択で、ボス１６Ａは、テーパ領域４２を過ぎるまでずっとテーパセクション２３６に沿って延び、また、ライナ１４の大径シリンダセクション２２８の一部とオーバーラップする。図７に示されたシャンク１８２Ａは、テーパセクション２３６に沿った完全なテーパ定着を提供する。ボス１６Ａは、ライナ１４のフープ応力の大部分を吸収し、ライナ１４のテーパセクション２３６への荷重を低減する。図７のボス１６Ａおよびライナ１４間の増加した接触面積は、シールの品質を向上させる。ライナ１４および／または外側複合シェル１８からボス１６が離れることなしに許容できるボストルクの量は、シャンク１８２Ａから半径方向に突出するスパイク１８６の追加によって増加される。
【0035】
[062]図１および図７に示された実施形態とは対照的に、図８に示された第３の実施形態のボス１６Ｂは、ライナ１４のテーパ領域４２の一部に沿ってテーパセクション２３６を支持するシャンク１８２Ｂを有する。ボス１６Ｂは、部分的なテーパ定着を提供するが、その理由は、シャンク１８２Ｂだけがテーパ領域４２の一部を支持するからである。図８に示された短いシャンク１８２Ｂは、図７に示された長いシャンク１８２Ａよりも、テーパセクション２３６のための少ない支持を提供する。しかしながら、短いシャンク１８２Ｂは、長いシャンク１８２Ａよりも低い材料価格を有する。更に、図８のボス１６Ｂは、図７に示された完全テーパ定着ボス１６Ａよりも軽い。シャンク１８２、１８２Ａ、１８２Ｂの形状、長さ、寸法は、圧力容器１０の所望の動作条件、並びに、材料価格や構成要素重量などの２次的要因および同種のものに部分的に基づいて選択される。
【0036】
[063]図１に転じると、スパイク１８６は、シャンク１８２、１８２Ａ、１８２Ｂから遠く半径方向に離れて突出し、外側複合シェル１８の中に埋め込まれており、ボス１６、１６Ａ、１６Ｂを外側複合シェル１８に機械的に締結する。スパイク１８６は、シャンク１８２、１８２Ａ、１８２Ｂの外側支承面１９８全体に分配できる。第４の実施形態は、ボス１６Ｃの図９に示されており、シャンク１８２Ｃへのスパイク１８６の代替配置を例証する。図９によって例証されたように、スパイク１８６は、シャンク１８２Ｃの１つまたは複数の特定ゾーン２３８、２３８’に配置できる。シャンク１８２～１８２Ｃに取り付けられたスパイク１８６の数、形状、サイズ、および位置は、使用中の圧力容器１０の予想される公称作動圧力またはボストルク、シャンク１８２～１８２Ｃの寸法、外側複合シェル１８の寸法、および同種のものに基づいて選択される。スパイク１８６は、シャンク１８２Ｂの外側支承面１９８の全体上に分配でき、あるいは、スパイク１８６は、シャンク１８２Ｂの特定ゾーン２３８、２３８’に配置できる。
【0037】
[064]ボス１６Ｃは、図９に示されており、圧力容器１０と組み立てる前である。ボス１６Ｃは、ライナ１４のテーパセクション２３６と雌雄嵌合式に係合するように構成されたシャンク１８２Ｃを有する。斯くして、シャンク１８２Ｃは、フランジ肩部２００に当接するテーパ円錐形状および／またはテーパシリンダ形状を有する。ボス１６Ｃがライナ１４と組み立てられて外側複合シェル１８でカバーされるとき、スパイク１８６は、シャンク１８２Ｃの外側支承面１９８から遠く半径方向に突出しており、ボス１６Ｃを外側複合シェル１８に機械的に締結するために外側複合シェル１８の中に埋め込まれる。
【0038】
[065]同じく図９に示されるのは、任意選択のベント溝２４８であり、シャンク１８２Ｃの外側支承面１９８に沿って長手方向におよびフランジ肩部２００に沿って半径方向に延びる。ボス１６Ｃは、特定用途に所望されるように、任意の数および構成のベント溝２４８を含むことができ、水素ガスがライナ１４および外側複合シェル１８間の界面から大気に流通するのを可能にする。ガスは、ライナ１４を透過し、ライナ１４および外側複合シェル１８間のギャップに収集される。透過ガスは、ベント溝２４８を通って大気に流通し、ライナ１４のその後の崩壊を防止する。
【0039】
[066]加えて、図１に示されたように、ライナ１４および外側複合シェル１８の双方がボス１６に固定結合されるという理由で、ボス１６に適用される力は、外側複合シェル１８に分配される。対照的に、ボス１６が外側複合シェル１８でカバーされたライナ１４の開口に挿入され、続いてフェルールを外側複合シェル１８のまわりに圧着するとき、ボス１６は、単にライナ１４に直接接触する。フェルールは、外側複合シェル１８に固定結合され、ボス１６に固定結合される。しかしながら、ボス１６は、直接外側複合シェル１８に固定結合されない。代わりに、フェルールおよび外側複合シェル１８間の連結と、フェルールおよびボス１６間の連結とは、ボス１６および外側複合シェル１８間の機械的な結合を形成する。ギャップは、ライナ１４および外側複合シェル１８間に時間を越えて形成できる。更に、フェルールは、外側複合シェル１８からおよび／またはボス１６から分離できる。ボス１６の回転荷重および軸方向荷重は、外側複合シェル１８へのライナ１４の付着を潜在的に弱化でき、フェルール圧着を弱化でき、および／または、ライナ１４および外側複合シェル１８間に形成されるギャップを増加できる。フェルール圧着が十分に緩められる場合、ボス１６は、フェルール内で回転できる。弱化されたフェルール圧着に起因する外側複合シェル１８に対するボス１６の移動は、ボス１６がライナ１４から離れるのを引き起こすことができる。フェルールの、ボス１６のスパイク１８６との交換は、スパイク１８６が外側複合シェル１８の中に埋め込まれたときに、ボス１６を外側複合シェル１８に直接結合する。幾つかの実施形態では、スパイク１８６は、ボス１６および外側複合シェル１８間の機械的な結合を増大させるために、フェルールと組み合わせることができる。外側複合シェル１８に埋め込まれたスパイク１８６の包含は、ボス１６の予想される荷重に応じて、所望のおよび／または所要の場合に、ボス１６をライナ１４および外側複合シェル１８に取り付ける幾つかの異なった締結方法と組み合わせることができる。
【0040】
[067]スパイク１８６は、図１０に例証されたものなど、様々な形状を有することができる。適切なスパイク１８６の変形例は、シリンダ形状スパイク２６４、四面体形状スパイク２６８、ピラミッド形状スパイク２７０、および、円錐形状スパイク２７４を非限定の例として含む。四面体形状スパイク２６８は、３つの側面２８０を有する。ピラミッド形状スパイク２７０は、４つ以上の側面２８０を有し、それらに限定されないが、５、６、７、またはそれ以上の側面２８０を含む。各スパイク１８６、２６４、２６８、２７０、２７４は、スパイク先端２８２およびスパイク基部２８６間に延びるスパイク主要本体２７８を有する。スパイク先端２８２は、ピラミッドスパイク２７０によって例証されたように、尖端形状にできる。代替的に、スパイク先端２８２は、円錐形スパイク２７４のスパイク先端２８２によって例証されたように、丸い形状を有することができる。意図した用途に適切な任意の形状のスパイク１８６は、使用でき、スパイク１８６の形状およびサイズの混合物を含む。
【0041】
[068]スパイク基部２８６は、図１１に例証されたように、スパイク基部２８６から遠く長手方向に突出するシリンダ形状のピン２８８を含むことができる。図１１が示す非限定の実施形態は、シリンダ形状スパイク２６４、四面体形状スパイク２６８、ピラミッド形状スパイク２７０、および、円錐形状スパイク２７４であり、スパイク基部２８６から遠く突出するシリンダ形状ピン２８８を有する。ピン２８８は、図１２Ｂに例証されたように、異なった形状のスパイク１８６、２６４、２６８、２７０、２７４をシャンク１８２の円形穴２９０の中に実装するのを可能にする。円形穴２９０は、凹状空洞、貫通穴、および／または、空洞と貫通穴の組合せにできる。更に、ピン２８８および穴２９０は、幾つかの実施形態では非円形にできる。
【0042】
[069]図１２Ａ～図１２Ｄは、スパイク１８６、２６４、２６８、２７０、２７４をシャンク１８２に取り付ける方法を例証する。シリンダ形状スパイク２６４をシャンク１８２の円形穴２９０の中に、矢印Ｄによって例証されたように、押し込むことは、図１２Ａに示される。シリンダ形状スパイク２６４は、シリンダ形状スパイク２６４を雌雄嵌合式に受容するようにサイズ決めされた円形穴２９０の中に圧入（矢印Ｄによって例証された）できる。円形穴２９０は、特定用途に所望されるように、部分深さ穴２９０または貫通穴２９０にできる。
【0043】
[070]図１２Ｂに示された第２の取付け方法は、図１２Ａに示された取付け方法と同様である。シリンダ形状スパイク２６４、四面体形状スパイク２６８、ピラミッド形状スパイク２７０、および、円錐形状スパイク２７４は、図１１に示されたように、スパイク基部２８６から遠く突出するシリンダ形状ピン２８８を含むことができる。ピン２８８は、図１２Ｂに示されたように、ピン２８８と雌雄嵌合式に係合するようにサイズ決めされた内径を有するシャンク１８２の円形穴２９０の中に圧入（矢印Ｅによって例証された）される。スパイク基部２８６へのピン２８８の追加は、円形穴２９０を用いて非シリンダスパイク２６８、２７０、２７４をシャンク１８２に圧入するのを可能にする。
【0044】
[071]スパイク１８６をシャンク１８２に溶接することは、図１２Ｃに例証された第３の取付け方法である。スパイク１８６、２６４、２６８、２７０、２７４のスパイク基部２８６は、シャンク１８２に溶接２８６Ａ、および／または、接着できる。図１２Ｃは、シリンダ形状スパイク２６４のスパイク基部２８６をシャンク１８２の外側支承面１９８に溶接することを例証する。溶接線２８６Ａは、スパイク１８６の基部２８６のまわりに形成される。溶接線２８６Ａは、スパイク１８６の直径を増加させるが、オーバー編組プロセス２２６中に問題を引き起こしそうもなく、その理由は、溶接線２８６Ａがシャンク１８２に隣接するからである。幾つかの実施形態では、スパイク１８６は、接着剤を用いてシャンク１８２に接着できる。溶接および接着する取付け方法は、図１１に示されたシリンダ形状スパイク２６４、四面体形状スパイク２６８、ピラミッド形状スパイク２７０、および、円錐形状スパイク２７４、並びに、他の形状のスパイク１８６、を含む様々なスパイク１８６の形状に適応できる。
【0045】
[072]図１２Ｄに例証された第４の方法は、シャンク１８２が形成されるときにスパイク１８６を機械加工および／または成形することである。第４の方法は、非限定の例として、シリンダ形状スパイク２６４、四面体形状スパイク２６８、ピラミッド形状スパイク２７０、および、円錐形状スパイク２７４を形成するために使用できる。機械加工プロセス中に、材料は、スパイク１８６を形成するために、スパイク１８６のまわりが除去される。代替的に、スパイク１８６は、ボス１６が成形プロセス中に形成されるときに成形工具の中に統合できる。
【0046】
[073]図３Ａを参照すると、複数のスパイク１８６は、ボス１６のシャンク１８２に固定結合される。図３Ａに示された実施形態では、スパイク１８６は、シャンク１８２の外周１９８のまわりに分配される。スパイク１８６は、スパイク１８６の複数の列２９４、２９４’で配置でき、スパイク１８６の４つの列２９４、２９４’は、図３Ａの例示的な実施形態に示される。
【0047】
[074]図３Ａに示されたように、スパイク１８６の列２９４、２９４’は、シャンク１８２の外周１９８のまわりに隔置された複数のスパイク１８６として画定され、ボス１６の末端８８’と、スパイク１８６の列２９４、２９４’内の各スパイク先端２８２の中心と、の間で測定される軸方向距離は、所定の量によって画定される範囲内にある。１つの実施形態では、所定の量は、スパイク１８６の列２９４、２９４’を含むスパイク１８６の最大幅１８６’の倍数にでき、倍数は、非限定の例として、１、２、３またはそれ以上である。
【0048】
[075]スパイク１８６の隣接する列２９４、２９４’は、図３Ａに示されたように、ボス１６の軸方向に離隔される。スパイク１８６の隣接する列２９４、２９４’間の軸方向距離２９４Ａは、列２９４、２９４’間で均一にでき、あるいは、間隔は、不均一にでき、すなわち、幾つかの列２９４、２９４’は、スパイク１８６の他列２９４、２９４’間の間隔よりも互いに近くに隔置される。
【0049】
[076]更に、第１の列２９４内のスパイク１８６は、ボス１８の軸方向において、図３Ａに示された実施形態のスパイク１８６の第２の列２９４’のスパイク１８６と整列される。しかしながら、理解されるであろうことは、任意のスパイク１８６の数、任意のスパイク１８６の列２９４、２９４’の数、並びに、隣接する列２９４’におけるスパイク１８６の位置的な整列に対する第１の列２９４におけるスパイク１８６の相対整列が、本発明の範囲を変化させることなく変更できる、ということである。スパイク３００Ａ～３００Ｄは、図３Ａのシャンク１８２上の代替的で例示的なスパイク１８６の場所を例証する。スパイク３００Ａ、３００Ｂを包含する場合、スパイク１８６の第２の列２９４’は、スパイク１８６の第１の列２９４に存在するよりも多くのスパイク１８６を有するであろう。更に、スパイク３００Ａおよび３００Ｂは、スパイク１８６の第１の列２９４を形成するスパイク１８６からオフセットされる。スパイク３００Ｃおよび３００Ｄは、追加のスパイク３００Ｃ～３００Ｅを備えた局所ゾーン２３８を作成するために、スパイク３００Ｅの近くに位置する。加えて、スパイク１８６の第１の列２９４のスパイク１８６は、特定用途に所望される場合に、下で説明される図１６に例証されたように、スパイク１８６の隣接する列２９４’内のスパイク１８６から円周方向にオフセットできる。
【0050】
[077]シャンク１８２の外周１９８のまわりのスパイク１８６の例示的な配置は、図１３に例証される。図１３は、断面線Ａ－Ａに沿って取った図１の圧力容器１０の断面図である。図１３は、シャンク１８２に取り付けられたスパイク１８６の列２９４を形成する１２個のスパイク１８６を示す。スパイク１８６は、図１３に示されており、シャンク１８２の外周１９８のまわりに等距離に位置する。しかしながら、スパイク１８６は、スパイク１８６がシャンク１８２の外周１９８のまわりに等距離に隔置されないように位置できる。図１３に示されたスパイク１８６は、外側複合シェル１８の中に完全に埋め込まれる。しかしながら、或る種の実施形態では、スパイク１８６は、外側複合シェル１８の中に部分的に貫通するように構成できる。
【0051】
[078]更に、スパイク１８６の数は、特定用途の要求に基づいて選択できる。シャンク１８２は、少なくとも４つのスパイク１８６を含むことが好ましい。略シリンダ形状スパイク２６４が図１３に示されているが、四面体形状スパイク２６８、ピラミッド形状スパイク２７０、円錐形状スパイク２７４、および同種のものは、特定用途に所望される場合に、シリンダ形状スパイク２６４の代わりに使用できる。加えて、スパイク１８６は、１つまたは複数の形状のスパイク１８６を含むことができ、すなわち、非限定の例として、スパイク１８６のうちの第１の部分がシリンダ形状スパイク２６４であり、残りのスパイク１８６がピラミッド形状スパイク２７０であるように選択できる。
【0052】
[079]更に、スパイク１８６は、図１３に例証されたように、シャンク１８２の外周１９８のまわりにスパイク１８６を分配する代わりに、図９に示されたように、シャンク１８２の１つまたは複数の局所ゾーン２３８、２３８’に分配できる。代替的に、スパイク１８６は、シャンク１８２の２つ以上の局所ゾーン２３８、２３８’に分配でき、２つ以上の局所ゾーン２３８、２３８’は、シャンク１８２の外側ベアリング面１９８上で離隔される。任意選択で、２つ以上のゾーン２３８、２３８’は、シャンク１８２の外周１９８のまわりの選択された場所にあってもよい。加えて、２つ以上のゾーン２３８、２３８’は、特定用途に所望される場合に、シャンク１８２の外周１９８上で等距離に離して位置できる。
【0053】
[080]図１４および図１５を参照すると、スパイク１８６の全長は、外側複合シェル１８の厚さ、公称作動圧力、またはボス１６上の予想されるトルク量、ボス１６の寸法、およびシャンク１８２に取り付けられたスパイク１８６の数に基づいて選択できる。図１４および図１５は、図１３に示された圧力容器１０の部分Ｃの拡大図を示しており、外側複合シェル１８の厚さと比較したスパイク１８６の長さの変化を例証する。図１４を参照すると、外側複合シェル１８は、例示的な３つの繊維層２２４Ａ～２２４Ｃを含むものとして示される。図１６のスパイク１８６は、第１の繊維層２２４Ａを通って延びる。対照的に、図１８は、３つの繊維層２２４Ａ～２２４Ｃの全てを貫通するのに十分な長さを有するスパイク１８６を示す。圧力容器１０の様々な実施形態は、図１４および図１５に示されるよりも多くのまたは少ない繊維層２２４Ａ～２２４Ｃを含む場合がある。斯くして、スパイク１８６は、編組繊維層２２４およびラップ繊維層２１８の両方を含む任意の所望の数の繊維層２２４Ａ～２２４Ｃの中におよび／またはそれを貫いて突出するようにサイズ決めできる。更に、スパイク１８６は、バリア層、ブリーザ層、金属フィルム層、および同種のものを含むライナ１４および外側複合シェル１８間の材料の補充層の中に埋込みおよび／または貫いて突出できる。
【0054】
[081]図１０～図１５を参照すると、スパイク１８６の全体形状、スパイク１８６の最大外径１８６’、スパイク先端２８２の輪郭、スパイク１８６の全高、隣接するスパイク１８６間の周方向距離、スパイク１８６の数、および、シャンク１８２上のスパイク１８６の配置、および同種のものは、ボス１６への予想される回転力および軸方向力、繊維２１４をライナ１４に適用する方法、に部分的に基づいて、並びに、シャンク１８２の寸法、外側複合シェル１８、および、ライナ１４および外側複合シェル１８間への補充層の包含、に部分的に基づいて、選択される。例えば、増加した全長を有する多数のスパイク１８６は、上昇した回転荷重および／または軸方向荷重が使用中にボス１６に予想されるとき、シャンク１８２に固定結合できる。ボス１６への回転荷重および軸方向荷重が低く予想される特定用途に関して、より少ないおよび／またはより短いスパイク１８６は、選択できる。
【0055】
[082]スパイク１８６の配置、形状、および、全体寸法は、図６に例証されたオーバー編組プロセス２２６に部分的に基づいて選択される。適合圧力容器１０は、図６に示されており、テーパシリンダセクション２３６によって小径シリンダセクション２３２に連結される大径シリンダセクション２２８を備えたライナ１４を有する。ライナ１４のフレアエッジ６２は、繊維２１４がライナ１４のまわりにオーバー編組される前に、予めボス１６のボア８６に固定結合されている。複数の繊維フィラメント２１４は、繊維ストランド２１６にグループ化される。複数の繊維ストランド２１６は、図６に示されたように、編組機械２２６を使用して、ライナ１４のまわりにオーバー編組される。編組繊維ストランド２１６は、ライナ１４の外面５４に適合し、ライナ１４の表面５４の編組繊維ストランド２１６の密度は、ライナ１４の外径が変わるにつれて変化する。編組繊維ストランド２１６は、オーバー編組プロセス２２６に影響を及ぼすことなく、シャンク１８２をカバーするために、ライナ１４から円滑に移行する。
【0056】
[083]オーバー編組プロセス２２６は、図１６および図１７に例証されたように、シャンク１８２から突出するスパイク１８６のまわりに繊維ストランド２１６の編組層２２４を形成できる。図１６および図１７のそれぞれは、図６に示された部分Ｂの拡大図を示す。図１６は、四面体形状スパイク２６８を例証し、図１７は、シリンダ形状スパイク２６４を例証する。図１６を参照すると、各繊維ストランド２１６は、複数の繊維フィラメント２１４を含む。図６に示された例示的な実施形態は、約２５ｍｍの直径のシャンク１８２の外側支承面１９８を有し、繊維ストランド２１６は、約４ｍｍの公称ストランド幅２１６’を有し、外側複合シェル１８は、繊維ストランド２１６の複数の編組層２２４を含み、外側複合シェル１８は、厚さが約５ｍｍである。しかしながら、外側複合シェル１８の半径方向厚さは、必要に応じてボス直径におよび特定用途の要求に基づき、約５ｍｍより大きくも小さくもできる。
【0057】
[084]図１６を参照すると、各スパイク１８６の最大外径１８６’は、編組繊維層２２４を形成するために使用される繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’よりも小さいことが好ましい。より好ましくは、各スパイク１８６のスパイク主要本体２７８の最大外径１８６’とスパイク先端２８２の最大外径１８６’とは、繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’の約半分以下である。より好ましくは、各スパイク１８６のスパイク先端２８２の最大外径１８６’とスパイク主要本体２７８の最大外径１８６’とは、約０．２ｍｍから約２．０ｍｍの間である。各スパイク１８６のスパイク基部２８６は、必要に応じて更にはシャンク１８２へのスパイク１８６の取付け方法に応じて、上記の範囲よりも大きくできる。例えば、シャンク１８２に取り付けられたスパイク１８６は、溶接プロセスによって引き起こされるスパイク主要本体２７８よりも大きいフレア基部２８６Ａを有することができる。四面体形状スパイク２６８、ピラミッド形状スパイク２７０、および同種のものなどの非シリンダ形状を有するスパイク１８６に関して、各スパイク１８６、２６８、２７０のスパイク基部２８６の最大外側寸法１８６’は、好ましくは、繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’以下であり、より好ましくは、繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’の半分以下であり、最も好ましくは、約０．２ｍｍから約２．０ｍｍの間である。しかしながら、より大きいおよび／またはより小さい直径１８６’を有するスパイク１８６は、必要に応じて特定用途のために選択できる。
【0058】
[085]図１０～図１５を参照すると、各スパイク１８６の長さは、スパイク先端２８２およびスパイク基部２８６間で測定したときに、約０．５ｍｍから約５ｍｍの間であることが好ましい。より好ましくは、各スパイク１８６の長さは、図１４に示されたように、外側複合シェル１８を形成する第１の繊維層２２４Ａに少なくとも埋設されるためにサイズ決めされる。しかしながら、各スパイク１８６は、編組繊維層２２４およびラップ繊維層２１８の両方を含む任意の所望の数の繊維層２２４、２２４Ａ～２２４Ｃ、２１８を貫通するのに十分な全長を選択的に有することができる。更に、スパイク１８６の長さは、特定用途に所望される場合に、バリア層、ブリーザ層、および同種のもののうちの１つまたは複数など、任意選択の補充層を貫通するように選択できる。
【0059】
[086]図１６に示された隣接するスパイク１８６Ａ、１８６Ｂは、繊維ストランド２１６の少なくとも１つの公称ストランド幅２１６’によって離隔するのが好ましい。繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’は、図１６に例証されたように、繊維ストランド２１６の近似幅２１６’として画定される。約４ｍｍの繊維ストランド２１６の公称幅２１６’を有する図６に示された例示的な実施形態に関して、隣接するスパイク１８６間の好適な最小間隔は、少なくとも４ｍｍであり、すなわち、好適な最小間隔は、繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’以上である。個別のスパイク１８６は、繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’よりも互いに近くに隔置できるが、それは、隣接するスパイク先端２８２間の最小距離が、好ましくは、繊維ストランド２１６の公称ストランド幅２１６’以上である限りにおいてである。スパイク１８６の数は、約４という少数にでき、スパイク１８６の最大数は、シャンク１８２の外径および長さによって決定され、同時に、スパイク１８６を繊維ストランド２１６の少なくとも公称ストランド幅２１６’に離して位置させる。更に、ボス１６がスパイク１８６の複数の列２９４、２９４’を含むとき、隣接する列２９４、２９４’は、繊維ストランド２１６の少なくとも１つの公称ストランド幅２１６’で離隔されるのが好ましい。
【0060】
[087]繊維ストランド２１６は、図１６および図１７に示されたように、繊維ストランド２１６Ａ～２１６Ｄおよびスパイク１８６Ａの相対位置によって例証などされるように、スパイク１８６のまわりに編組される。繊維ストランド２１６、２１６Ｅが、図１６および図１７に示された繊維ストランド２１６Ｅおよびスパイク１８６Ｅによって例証などされるように、スパイク１８６と整列するとき、繊維ストランド２１６Ｅの繊維フィラメント２１４の幾つかは、スパイク１８６Ｅのまわりに寝かせられるであろうが、例えば、繊維ストランド２１６Ｅは、２１４Ｅおよび２１４Ｆによって例証されたように、フィラメント２１４のグループに分割される。繊維ストランド２１６Ａ～２１６Ｅとスパイク１８６、１８６Ａ、１８６Ｅとの間の係合は、編組繊維層２２４Ａをスパイク１８６、１８６Ａ、１８６Ｅと連動させる。追加の編組繊維層２２４Ｂ、２２４Ｃは、同様の方法でスパイク１８６、１８６Ａ、１８６Ｅと連動する。スパイク１８６、１８６Ａ、１８Ｅのまわりに編組される各編組繊維層２２４Ａ～２２４Ｃは、ボス１６および外側複合シェル１８間の機械的連結の強度を増大させるであろう。ボス１６および外側複合シェル１８間の機械的連結は、繊維ストランド２１６、２１６Ａ～２１６Ｅの中に含浸された樹脂２２０の硬化によって更に増強される。繊維ストランド２１６、２１６Ａ～２１６Ｅは、繊維ストランド２１６、２１６Ａ～２１６Ｅが、ラップ繊維層２１８を形成するシャンク１８２のまわりに螺旋状にラップされるとき、同様にスパイク１８６、１８６Ａ、１８６Ｅと連動するであろう。
【0061】
[088]図１８～図２３は、圧力容器１０、特に、オーバー編組された外側複合シェル１８を備えた適合圧力容器１０を連続的に製造する方法を例証する。ライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’の分解図は、図１８に示される。ライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’は、ライナ１４、１４Ａと、ボス１６、１６Ｄと、シールインサート１３４、１３４’と、を含む。ライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’の長手軸線は、図１８の要素３２によって示される。ライナ１４、１４Ａは、組立て中にボス１６、１６Ｄを位置させるためにライナ１４、１４Ａのシリンダネック領域１１８の中に統合される位置付け特徴部２０６を任意選択で含む。位置付け特徴部２０６は、凹所チャネル、リッジ、突起、および同種のものを非限定の例として含むことができる。ボス１６、１６Ｄのシャンク１８２は、ライナ１４、１４Ａ上を摺動し、したがって、ライナ１４、１４Ａのフレアエッジ６２は、ボス１６、１６Ｄのボア８６の中に挿入され、ボス１６、１６Ｄの末端８８’がライナ１４、１４Ａの位置付け特徴部２０６と係合するまでずっとである。シールインサート１３４、１３４’は、ボス１６、１６Ｄのボア８６と組み立てられ、したがって、シールインサート１３４、１３４’のコーン面１６２は、ライナ１４、１４Ａをボア８６のボスコーン面１０２に対して挟む。ボス１６、１６Ｄ、ライナ１４、１４Ａ、および、シールインサート１３４、１３４’を組み立てることは、図１９に例証されたライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’を形成する。
【0062】
[089]図１９を参照すると、ライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’は、細長いサブ組立体３３２を形成するために犠牲管セクション３２４の各末端３２２、３２２’に締結される。犠牲管セクション３２４は、対向する末端３２２、３２２’の間に延びるシリンダ壁３３６によって画定される。更に、各ボス１６、１６Ｄの末端８８と、犠牲管セクション３２４の末端３２２、３２２’とは、ライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’を犠牲管セクション３２４に雌雄嵌合式に係合させて固定結合および／または解除可能に結合するように構成される。図２０は、犠牲管セクション３２４の対向する末端３２２、３２２’に結合される一対のライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’の細長いサブ組立体３３２を例証する。任意の数のライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’は、ライナ／ボスサブ組立体３１８、３１８’を１つまたは複数の編組機械２２６に通す前に、細長い組立体３３２を形成するために、犠牲管セクション３２４と互いに結合できる。
【0063】
[090]図２１は、矢印Ｇで例証されたように、細長い組立体３３２を編組機械２２６に通して給送するプロセスを例証する。各ライナ１４、１４Ａは、１つまたは複数の大径シリンダセクション２２８と、小径シリンダセクション２３２と、隣接する大径および小径セクション２２８、２３２間に延びるテーパライナセクション２３６と、を含む。編組機械２２６は、ライナ１４、１４Ａの外周５４’のまわりに複数の繊維ストランド２１６をオーバー編組する。編組プロセス２２６は、自動的に繊維ストランド２１６を細長い組立体３３２の外周５４’上に編組し、編組繊維層２２４は、ライナ１４の外側輪郭５４、５４’に倣う。細長い組立体３３２が編組機械２２６を通過するとき、繊維ストランド２１６は、ライナ１４、１４Ａ、ボス１６、１６Ｄ、および犠牲管セクション３２４の外周５４、５４’のまわりに、これらの構成要素１４、１４Ａ、１６、１６Ｄ、３２４が編組機械２２６を通過するので、編組される。細長い組立体３３２は、複数の編組機械２２６を順次通過でき、各編組機械２２６は、編組繊維ストランド２１６の単一層２２４をオーバー編組するように構成される。
【0064】
[091]細長い組立体３３２は、細長い組立体３３２のまわりに繊維ストランド２１６をオーバー編組する前に、１つまたは複数のバリア層、ブリーザ層、金属フィルム層、および同種のものでラップできる。更に、１つまたは複数のバリア層、ブリーザ層、金属フィルム層、および同種のものは、個別の繊維層２２４、２２４Ａ～２２４Ｃをオーバー編組した後および／またはする前に、細長い組立体３３２に適用できる。非限定の例として、ブリーザ層は、細長い組立体３３２の外周５４’のまわりに第１の繊維層２２４、２２４Ａをオーバー編組する前に、細長い組立体３３２全体のまわりにラップできる。別の例として、金属フィルム層は、第１の編組繊維層２２４Ａの外周５４’のまわりのライナ１４、１４Ａのまわりにラップでき、その後に、追加の繊維層２２４Ｂ、２２４Ｃを細長い組立体３３２のまわりにオーバー編組できる。
【0065】
[092]図２２は、細長い組立体３３２を例証しており、編組機械２２６を通過後であり、編組繊維層２２４が各ボス１６、１６Ｄのフランジ肩部２００に隣接してトリムされる前である。図２２に示されたように、細長い組立体３３２全体は、繊維ストランド２１６でオーバー編組される。編組繊維層２２４は、複合自由エッジ２４０を形成するために各ボス１６、１６Ｄのフランジ肩部２００に隣接してトリム（図２２に示された矢印Ｋによって例証されたように）される。犠牲管セクション３２４は、編組繊維層２２４がトリムされた後に各ボス１６、１６Ｄから取り外される。図２３は、別々の圧力容器１０、１０’を形成するためのトリム後の細長い組立体３３２を示す。各ボス１６、１６Ｄ上の複合自由エッジ２４０は、必要に応じてテープ２４２および／または圧着フェルールでカバーできる。
【0066】
[093]外側複合シェル１８に埋め込まれたボス１６から外方に突出するスパイク１８６を有するボス１６に固定結合されたライナ１４を有する圧力容器１０の１つの利点は、ボス１６が外側複合シェル１８に直接機械的に結合されること並びにライナ１４に機械的に結合されることである。第２の利点は、シールが、ボス１６を軸方向に通過するボア８６のボスコーン面１０２にライナ１４を固定結合することによって、ライナ１４およびボス１６間で達成されることである。第３の利点は、外側複合シェル１８の埋込みスパイク１８６が外側複合シェル１８に対するボス１６の回転を制限することである。第４の利点は、外側複合シェル１８の埋込みスパイク１８６が外側複合シェル１８に対するボス１６の軸方向運動を制限することであり、その理由は、ボス１６および外側複合シェル１８がスパイク１８６によって機械的に結合されるからである。第５の利点は、成形プロセスを使用せずに、また、ライナ１４をボス１６に圧着するためのフェルールを使用せずに、ライナ１４をボス１６に固定結合することである。第６の利点は、外側複合シェル１８をボス１６に圧着するためのフェルールに依存せずに、外側複合シェル１８をボス１６に固定結合することである。
【0067】
[094]本発明は、例証的な方法で説明されたが、理解すべきは、使用されてきた用語が限定というより寧ろ説明の言葉の本質にあると意図されることである。本発明の多くの修正および変更は、上の教示に照らして可能である。それ故に、理解すべきは、添付の特許請求の範囲の範囲内で、本発明が具体的に説明された以外でも実施できることである。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】