特表 2024-522539 圧力容器を保護するための容器および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-21

(54)【発明の名称】圧力容器を保護するための容器および方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 1/06 20060101AFI20240614BHJP

   B29C 70/32 20060101ALI20240614BHJP

【ＦＩ】

F17C1/06

B29C70/32

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023574343

(86)(22)【出願日】2021-06-07

(85)【翻訳文提出日】2024-01-26

(86)【国際出願番号】 US2021036162

(87)【国際公開番号】W WO2022256022

(87)【国際公開日】2022-12-08

(31)【優先権主張番号】63/195,295

(32)【優先日】2021-06-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523451222

【氏名又は名称】ヒラコイド インダストリーズ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ジュベール デ ウッシュ， パスカル

(72)【発明者】

【氏名】メンカテッリ， ロレンツォ

(72)【発明者】

【氏名】ワシレンコフ， チャドウィック

【テーマコード（参考）】

3E172

4F205

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AA06

3E172AB01

3E172BB12

3E172BB17

3E172BC01

3E172BC04

3E172BC05

3E172CA13

3E172CA14

3E172DA37

3E172DA38

4F205AD16

4F205AG07

4F205AH55

4F205HA02

4F205HA23

4F205HA37

4F205HA46

4F205HB01

4F205HK33

(57)【要約】

容器は、圧力容器（ＰＶ）の一部を受け入れるための第１および第２の内面をそれぞれ含む第１および第２の中空シェルを含む。第１の中空シェルは、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された繊維層と、第１の内面と実質的に同心であり、第１の内面と繊維層との間に配置されたエネルギー散逸材料とを含む。第２の中空シェルは、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された繊維層と、第２の内面と実質的に同心であり、第２の内面と第２の繊維層との間に配置されたエネルギー散逸材料とを含む。第１および第２の中空シェルは、ＰＶを少なくとも部分的に囲むための容積を画定するように互いに取り付け可能である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧力容器用の容器であって、
前記圧力容器の第１の部分を受け入れるように構成された第１の内面を含む第１の中空シェルであって、
前記第１の内面と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第１の繊維層と、
前記第１の内面と実質的に同心であり、前記第１の内面と前記第１の繊維層との間に配置された第１のエネルギー散逸材料と
を備える、第１の中空シェルと、
前記圧力容器の第２の部分を受け入れるように構成された第２の内面を含む第２の中空シェルであって、
前記第２の内面と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第２の繊維層と、
前記第２の内面と実質的に同心であり、前記第２の内面と前記第２の繊維層との間に配置された第２のエネルギー散逸材料と
を備える、第２の中空シェルと、
を備え、
前記第１および第２の中空シェルが、前記圧力容器を少なくとも部分的に囲むための容積を画定するように互いに取り付け可能である、容器。

【請求項2】

前記第１および第２の内面のうちの少なくとも一方が、少なくとも部分的に円筒形、少なくとも部分的に球形、少なくとも部分的に円錐形である、請求項１に記載の容器。

【請求項3】

前記第１および第２の内面のうちの少なくとも一方が、少なくとも部分的に軸対称である、請求項１または２に記載の容器。

【請求項4】

前記第１および第２の中空シェルが、前記圧力容器を実質的に囲むための容積を画定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の容器。

【請求項5】

前記第１の中空シェルが第１の半円筒を画定し、前記第２の中空シェルが第２の半円筒を画定する、請求項１から４のいずれか１項に記載の容器。

【請求項6】

前記第１の中空シェルが第１のボウル形状を画定し、前記第２の中空シェルが第２のボウル形状を画定する、請求項１から５のいずれか１項に記載の容器。

【請求項7】

前記第１および第２の繊維層のうちの少なくとも一方が、複数の螺旋プライを備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の容器。

【請求項8】

前記螺旋プライが、互いに対して螺旋状に配置されている、請求項７に記載の容器。

【請求項9】

前記螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）が、軸に対してθ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える、請求項８に記載の容器。

【請求項10】

前記螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）が、軸に対してθ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える、請求項８または９に記載の容器。

【請求項11】

θ_ｉ＝２がθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる、請求項１０に記載の容器。

【請求項12】

前記螺旋プライが織り合わされたトウを備える、請求項８に記載の容器。

【請求項13】

前記螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）が、軸に対して（＋α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）および（－α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされたトウを備える、請求項１２に記載の容器。

【請求項14】

前記螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）が、軸に対して（＋α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）および（－α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされたトウを備える、請求項１２または請求項１３に記載の容器。

【請求項15】

θ_ｉ＝２がθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる、請求項１４に記載の容器。

【請求項16】

前記第１のエネルギー散逸材料が、前記第１の中空シェルの前記内面を画定する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の容器。

【請求項17】

前記第１の繊維層が、前記第１の中空シェルの外面を画定する、請求項１から１６のいずれか１項に記載の容器。

【請求項18】

前記第２のエネルギー散逸材料が、前記第２の中空シェルの前記内面を画定する、請求項１から１７のいずれか１項に記載の容器。

【請求項19】

前記第２の繊維層が、前記第２の中空シェルの外面を画定する、請求項１から１８のいずれか１項に記載の容器。

【請求項20】

前記第１の中空シェルが、
前記第１の内面と実質的に同心の第３の繊維層と、
前記第１の内面と実質的に同心であり、前記第１の繊維層と前記第３の繊維層との間に配置された第３のエネルギー散逸材料と
をさらに備える、請求項１から１９のいずれか１項に記載の容器。

【請求項21】

前記第２の中空シェルが、
前記第２の内面と実質的に同心の第４の繊維層と、
前記第２の内面と実質的に同心であり、前記第２の繊維層と前記第４の繊維層との間に配置された第４のエネルギー散逸材料と
をさらに備える、請求項１から２０のいずれか１項に記載の容器。

【請求項22】

前記第１の中空シェルが、前記第１の内面と前記第１の繊維層との間に配置された第１の螺旋状に編組された層または織布を備える、請求項１から２１のいずれか１項に記載の容器。

【請求項23】

前記第２の中空シェルが、前記第２の内面と前記第２の繊維層との間に配置された第２の螺旋状に編組された層または織布を備える、請求項１から２２のいずれか１項に記載の容器。

【請求項24】

前記第１の繊維層の前記樹脂が、前記第１の螺旋状に編組された層または織布を少なくとも部分的に含浸するか、または前記第２の繊維層の前記樹脂が、前記第２の螺旋状に編組された層または織布を少なくとも部分的に含浸する、請求項２３に記載の容器。

【請求項25】

前記第１の繊維層および前記第２の繊維層の繊維が、独立して、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、パラアラミド、炭素、グラファイト、ガラス、アラミド、玄武岩、超高分子量ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＰ）、天然材料、金属、石英、セラミック、および再生繊維からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１から２４のいずれか１項に記載の容器。

【請求項26】

前記第１および第２のエネルギー散逸材料のうちの少なくとも一方が、発泡体を備える、請求項１から２５のいずれか１項に記載の容器。

【請求項27】

前記発泡体が、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、膨張性ポリウレタン（ＰＵ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、アルミニウム発泡体、放射状に配向された足場３Ｄ印刷材料、ハニカム構造体、独立気泡体、連続気泡体、粘弾性ゲルを含むか、またはメタマテリアルを規定する、請求項２６に記載の容器。

【請求項28】

前記第１の繊維層が、前記第２の繊維層と実質的に同一の組成を含む、請求項１から２７のいずれか１項に記載の容器。

【請求項29】

前記第１の繊維層が、前記第２の繊維層とは異なる組成を含む、請求項１から２７のいずれか１項に記載の容器。

【請求項30】

前記第１の繊維層が、前記第２の繊維層と実質的に同一の材料構成を含む、請求項１から２９のいずれか１項に記載の容器。

【請求項31】

前記第１の繊維層が、前記第２の繊維層とは異なる材料構成を含む、請求項１から２９のいずれか１項に記載の容器。

【請求項32】

前記第１のエネルギー散逸材料が、前記第２のエネルギー散逸材料と実質的に同一の組成を含む、請求項１から３１のいずれか１項に記載の容器。

【請求項33】

前記第１のエネルギー散逸材料が、前記第２のエネルギー散逸材料とは異なる組成を含む、請求項１から３１のいずれか１項に記載の容器。

【請求項34】

前記第１のエネルギー散逸材料が、前記第２のエネルギー散逸材料と実質的に同一の材料構成を含む、請求項１から３２のいずれか１項に記載の容器。

【請求項35】

前記第１のエネルギー散逸材料が、前記第２のエネルギー散逸材料とは異なる材料構成を含む、請求項１から３２のいずれか１項に記載の容器。

【請求項36】

前記第１の中空シェルに取り付けられた第１のファスナと、
前記第２の中空シェルに取り付けられ、前記第１の中空シェルを前記第２の中空シェルに取り付けるために前記第１のファスナと係合するように構成された第２のファスナと
をさらに備える、請求項１から３５のいずれか１項に記載の容器。

【請求項37】

前記第１のファスナが第１のねじ山を備え、前記第２のファスナが前記第１のねじ山と回転可能に係合するように構成された第２のねじ山を備える、請求項３６に記載の容器。

【請求項38】

前記第１のファスナが、トグルラッチ、パイプクランプ、またはボルト継手を備える、請求項３６に記載の容器。

【請求項39】

第１の部分および第２の部分を有する圧力容器を保護する方法であって、
前記圧力容器の前記第１の部分を請求項１から３８のいずれか１項に記載の容器の第１の中空シェルに挿入することと、
前記圧力容器の前記第２の部分を請求項１から３８のいずれか１項に記載の容器の第２の中空シェルに挿入することと、
前記第１の中空シェルを前記第２の中空シェルに取り付けることと
を含む、方法。

【請求項40】

圧力容器を保護する方法であって、
前記圧力容器を複数の螺旋プライによって覆うこと
を含み、前記螺旋プライが互いに対して螺旋状に配置される、方法。

【請求項41】

前記螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）が、軸に対してθ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える、請求項４０に記載の方法。

【請求項42】

前記螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）が、軸に対してθ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える、請求項４１に記載の方法。

【請求項43】

θ_ｉ＝２がθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる、請求項４２に記載の方法。

【請求項44】

前記螺旋プライが織り合わされたトウを備える、請求項４０から４４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項45】

前記螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）が、軸に対して（＋α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）および（－α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされたトウを備える、請求項４４に記載の方法。

【請求項46】

前記螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）が、軸に対して（＋α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）および（－α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされたトウを備える、請求項４５に記載の方法。

【請求項47】

θ_ｉ＝２がθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる、請求項４６に記載の方法。

【請求項48】

圧力容器用の容器を製造する方法であって、
第１の中空シェルを、
前記圧力容器の第１の部分を受け入れるように構成された第１の内面を形成するように第１のエネルギー散逸材料を成形すること、および
樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第１の繊維層を、前記第１のエネルギー散逸材料と実質的に同心になるように前記第１のエネルギー散逸材料の上に形成すること
を含むステップを使用して形成することと、
第２の中空シェルを、
前記圧力容器の第２の部分を受け入れるように構成された第２の内面を形成するように第２のエネルギー散逸材料を成形すること、および
樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第２の繊維層を、前記第２のエネルギー散逸材料と実質的に同心になるように前記第２のエネルギー散逸材料の上に形成すること
を含むステップを使用して形成することと、
を含み、
前記第１の中空シェルが、前記圧力容器を少なくとも部分的に囲むように前記第２の中空シェルに取り付け可能である、
方法。

【請求項49】

圧力容器であって、
複数の螺旋プライであって、前記螺旋プライが、互いに対して螺旋状に配置される複数の螺旋プライを備える、圧力容器。

【請求項50】

前記螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）が、軸に対してθ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える、請求項４９に記載の方法。

【請求項51】

前記螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）が、軸に対してθ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える、請求項５０に記載の方法。

【請求項52】

θ_ｉ＝２がθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる、請求項５１に記載の方法。

【請求項53】

前記螺旋プライが織り合わされたトウを備える、請求項４９から５２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項54】

前記螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）が、軸に対して（＋α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）および（－α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされたトウを備える、請求項５３に記載の方法。

【請求項55】

前記螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）が、軸に対して（＋α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）および（－α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされたトウを備える、請求項５４に記載の方法。

【請求項56】

θ_ｉ＝２がθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる、請求項５５に記載の方法。

【請求項57】

前記容器の１つ以上の層の中または間に埋め込まれたセンサをさらに備える、請求項１から３８のいずれか１項に記載の容器。

【請求項58】

前記センサが、衝撃を監視するように構成された圧電センサを備える、請求項５７に記載の容器。

【請求項59】

前記センサが、ガス漏れを監視するように構成されたファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を備える、請求項５７または請求項５８に記載の容器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年６月１日に出願された「Ｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌｓ」という名称の米国仮特許出願第６３／１９５，２９５号の利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

分野
本出願は、圧力容器に関する。

【背景技術】

【0003】

背景
圧力容器（ＰＶ）は、圧力下で液体または気体などの流体を貯蔵するように構成されたリザーバである。圧力は、周囲圧力よりも実質的に高いことがあり、例えば、２００バールを超えることがある。ＰＶ内の流体は、単独で、または圧力下にあるときに危険であり得る。例えば、一部のＰＶは、約７００バールの圧力で水素を貯蔵するために使用され得る。燃料源として加圧水素または他の加圧燃料を使用することが望ましい場合があるが、乗り物（自動車、トラック、飛行機、宇宙船など）において使用されるＰＶは、衝突または突然の停止によって引き起こされ得るような突然の動きを受けることがある。ＰＶが破損した場合、結果として生じる漏れまたは爆発は危険であり、または壊滅的でさえあり得る。したがって、ＰＶを保護する改善された方法が必要とされている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

概要
圧力容器を保護するための容器および方法が本明細書で提供される。

【0005】

一態様では、圧力容器用の容器が本明細書で提供される。容器は、圧力容器の第１の部分を受け入れるように構成された第１の内面を含む第１の中空シェルを含み得る。容器は、圧力容器の第２の部分を受け入れるように構成された第２の内面を含む第２の中空シェルを含み得る。第１の中空シェルは、第１の内面と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第１の繊維層を含み得る。第１の中空シェルは、第１の内面と実質的に同心であり、第１の内面と第１の繊維層との間に配置された第１のエネルギー散逸材料を含み得る。第２の中空シェルは、第２の内面と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第２の繊維層を含み得る。第２の中空シェルは、第２の内面と実質的に同心であり、第２の内面と第２の繊維層との間に配置された第２のエネルギー散逸材料を含み得る。第１および第２の中空シェルが、圧力容器を少なくとも部分的に囲むための容積を画定するように互いに取り付け可能であり得る。

【0006】

一部の例では、第１および第２の内面のうちの少なくとも一方が、少なくとも部分的に円筒形、少なくとも部分的に球形、少なくとも部分的に円錐形である。

【0007】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１および第２の内面のうちの少なくとも一方が、少なくとも部分的に軸対称である。

【0008】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１および第２の中空シェルが、圧力容器を実質的に囲むための容積を画定する。

【0009】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の中空シェルが第１の半円筒を画定し、第２の中空シェルが第２の半円筒を画定する。

【0010】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の中空シェルが第１のボウル形状を画定し、第２の中空シェルが第２のボウル形状を画定する。

【0011】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１および第２の繊維層のうちの少なくとも一方が、複数の螺旋プライを備える。

【0012】

一部の例では、螺旋プライは、互いに対して螺旋状に配置され得る。必要に応じて、螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、軸に対してθ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）は、軸に対してθ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える。必要に応じて、θ_ｉ＝２はθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる。

【0013】

一部の例では、螺旋プライは織り合わされたトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、軸に対して（＋α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）および（－α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされたトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）は、軸に対して（＋α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）および（－α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされたトウを備える。必要に応じて、θ_ｉ＝２はθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる。

【0014】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１のエネルギー散逸材料が、第１の中空シェルの内面を画定する。

【0015】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の繊維層が、第１の中空シェルの外面を画定する。

【0016】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第２のエネルギー散逸材料が、第２の中空シェルの内面を画定する。

【0017】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第２の繊維層が、第２の中空シェルの外面を画定する。

【0018】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の中空シェルが、第１の内面と実質的に同心の第３の繊維層と、第１の内面と実質的に同心であり、第１の繊維層と第３の繊維層との間に配置された第３のエネルギー散逸材料とをさらに備える。

【0019】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第２の中空シェルが、第２の内面と実質的に同心の第４の繊維層と、第２の内面と実質的に同心であり、第２の繊維層と第４の繊維層との間に配置された第４のエネルギー散逸材料とをさらに備える。

【0020】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の中空シェルが、第１の内面と第１の繊維層との間に配置された第１の螺旋状に編組された層または織布を備える。

【0021】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第２の中空シェルが、第２の内面と第２の繊維層との間に配置された第２の螺旋状に編組された層または織布を備える。必要に応じて、第１の繊維層の樹脂は、第１の螺旋状に編組された層または織布を少なくとも部分的に含浸するか、または第２の繊維層の樹脂が、第２の螺旋状に編組された層または織布を少なくとも部分的に含浸する。

【0022】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の繊維層および第２の繊維層の繊維が、独立して、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、パラアラミド、炭素、グラファイト、ガラス、アラミド、玄武岩、超高分子量ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＰ）、天然材料、金属、石英、セラミック、および再生繊維からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含む。

【0023】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１および第２のエネルギー散逸材料のうちの少なくとも一方が、発泡体を備える。必要に応じて、発泡体は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、膨張性ポリウレタン（ＰＵ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、アルミニウム発泡体、放射状に配向された足場３Ｄ印刷材料、ハニカム構造体、独立気泡体、連続気泡体、粘弾性ゲルを含むか、またはメタマテリアルを規定する。

【0024】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の繊維層が、第２の繊維層と実質的に同一の組成を含む。

【0025】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の繊維層が、第２の繊維層とは異なる組成を含む。

【0026】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の繊維層が、第２の繊維層と実質的に同一の材料構成を含む。

【0027】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１の繊維層が、第２の繊維層とは異なる材料構成を含む。

【0028】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１のエネルギー散逸材料が、第２のエネルギー散逸材料と実質的に同一の組成を含む。

【0029】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１のエネルギー散逸材料が、第２のエネルギー散逸材料とは異なる組成を含む。

【0030】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１のエネルギー散逸材料が、第２のエネルギー散逸材料と実質的に同一の材料構成を含む。

【0031】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、第１のエネルギー散逸材料が、第２のエネルギー散逸材料とは異なる材料構成を含む。

【0032】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、容器は、第１の中空シェルに取り付けられた第１のファスナと、第２の中空シェルに取り付けられ、第１の中空シェルを第２の中空シェルに取り付けるために第１のファスナと係合するように構成された第２のファスナとをさらに備える。必要に応じて、第１のファスナは第１のねじ山を備え、第２のファスナは第１のねじ山と回転可能に係合するように構成された第２のねじ山を備える。必要に応じて、第１のファスナは、トグルラッチ、パイプクランプ、またはボルト継手を備える。

【0033】

追加的または代替的に、本明細書で提供される容器のいずれかは、容器の１つ以上の層の中または間に埋め込まれたセンサを含み得る。必要に応じて、センサは、衝撃を監視するように構成された圧電センサを含む。必要に応じて、センサは、ガス漏れを監視するように構成されたファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を含む。

【0034】

別の態様では、圧力容器を保護する方法が本明細書で提供される。圧力容器は、第１および第２の部分を有し得る。本方法は、圧力容器の第１の部分を本明細書で提供される容器のいずれかの第１の中空シェルに挿入することを含み得る。本方法は、圧力容器の第２の部分を本明細書で提供される容器のいずれかの容器の第２の中空シェルに挿入することを含み得る。本方法は、第１の中空シェルを第２の中空シェルに取り付けることを含み得る。

【0035】

別の態様では、圧力容器を保護する別の方法が本明細書で提供される。本方法は、圧力容器を複数の螺旋プライによって覆うことを含む得る。螺旋プライは、互いに対して螺旋状に配置され得る。

【0036】

一部の例では、螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、軸に対してθ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）は、軸に対してθ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える。必要に応じて、θ_ｉ＝２はθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる。

【0037】

追加的にまたは代替的に、一部の例では、螺旋プライは織り合わされたトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、軸に対して（＋α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）および（－α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされたトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）は、軸に対して（＋α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）および（－α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされたトウを備える。必要に応じて、θ_ｉ＝２はθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる。

【0038】

本明細書で提供されるなお別の態様では、圧力容器用の容器を製造する方法が提供される。方法は、第１の中空シェルを形成すること、および第２の中空シェルを形成することを含み得る。第１の中空シェルは、圧力容器の第１の部分を受け入れるように構成された第１の内面を形成するように第１のエネルギー散逸材料を成形すること、および樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第１の繊維層を、第１のエネルギー散逸材料と実質的に同心になるように第１のエネルギー散逸材料の上に形成することを含むステップを使用して形成され得る。第２の中空シェルは、圧力容器の第２の部分を受け入れるように構成された第２の内面を形成するように第２のエネルギー散逸材料を成形すること、および樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第２の繊維層を、第２のエネルギー散逸材料と実質的に同心になるように第２のエネルギー散逸材料の上に形成することを含むステップを使用して形成され得る。第１の中空シェルは、圧力容器を少なくとも部分的に囲むように第２の中空シェルに取り付け可能である。

【0039】

本明細書で提供されるさらに別の態様では、圧力容器が提供される。圧力容器は、複数の螺旋プライを含み得る。螺旋プライは、互いに対して螺旋状に配置され得る。

【0040】

一部の例では、螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、軸に対してθ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）は、軸に対してθ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを備える。必要に応じて、θ_ｉ＝２はθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる。

【0041】

一部の例では、螺旋プライは織り合わされたトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、軸に対して（＋α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）および（－α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされたトウを備える。必要に応じて、螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）は、軸に対して（＋α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）および（－α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされたトウを備える。必要に応じて、θ_ｉ＝２はθ_ｉ＝１と約１から約２５度異なる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】図１Ａ～図１Ｂは、圧力容器（ＰＶ）用の例示的な容器の断面図を概略的に示している。

【0043】

【図2】図２Ａ～図２Ｂは、ＰＶの周りの例示的な容器の組み立ての断面図を概略的に示している。

【0044】

【図3AB】図３Ａ～図３Ｃは、異なるプライの例示的な構成を概略的に示している。

【図3C】図３Ａ～図３Ｃは、異なるプライの例示的な構成を概略的に示している。

【0045】

【図4】図４Ａ～図４Ｂは、ＰＶ用の別の例示的な容器の断面図を概略的に示している。

【0046】

【図5】図５は、ＰＶ用の別の例示的な容器の断面図を概略的に示している。

【0047】

【図6】図６は、ＰＶ用の別の例示的な容器の断面図を概略的に示している。

【0048】

【図7】図７は、ＰＶについての例示的なオーバーラップを概略的に示している。

【0049】

【図8】図８は、ＰＶの例示的な構造を概略的に示している。

【0050】

【図9】図９～図１２は、ＰＶ用の容器を作製するためのそれぞれの方法における操作の例示的なフローを示している。

【図10】図９～図１２は、ＰＶ用の容器を作製するためのそれぞれの方法における操作の例示的なフローを示している。

【図11】図９～図１２は、ＰＶ用の容器を作製するためのそれぞれの方法における操作の例示的なフローを示している。

【図12】図９～図１２は、ＰＶ用の容器を作製するためのそれぞれの方法における操作の例示的なフローを示している。

【0051】

【図13】図１３は、ＰＶを作製するための方法における操作の例示的なフローを示している。

【0052】

【図14A】図１４Ａは、例示的な螺旋状レイアップによる亀裂伝播のモデルを概略的に示している。

【0053】

【図14B】図１４Ｂは、図１４Ａのモデルにおける異なるピッチ角に対する深さの関数としてのエネルギー放出率のプロットである。

【発明を実施するための形態】

【0054】

詳細な説明
圧力容器を保護するための容器および方法が本明細書で提供される。

【0055】

本明細書で提供されるように、ＰＶ（水素圧力容器、ＨＰＶなど）は、保護ボックスまたはクラッシュボックスと呼ばれることがある耐衝撃性容器内にそれらを部分的または完全に囲むことによって保護され得る。そのような別個の容器の使用は、ＰＶの耐圧機能を容器の衝突耐性／耐衝撃性から分離し得る。例えば、そのような容器は、衝突または外部発射体などの衝撃からＰＶへの損傷を抑制し得る。容器は、ＰＶとは別個であって囲むことから、容器およびＰＶの構造設計は、例えば、繊維タイプ、樹脂、および製造プロセスの異なる選択によって個々に最適化され得る。本明細書のいくつかの例では、容器は、少なくとも１つの外部繊維複合シェル（例えば、螺旋状複合シェル）と、「コア」と呼ばれることがある少なくとも１つのエネルギー散逸材料とを含む積層構造として設計され得る。容器は、ＰＶの挿入に対応するように２つ以上の部品に形成されてもよく、部品は、その中にＰＶを部分的または完全に囲み、それによってＰＶを保護するように互いに取り付け可能であってもよい。したがって、容器が損傷した場合、ＰＶを交換する（これは面倒で高価で危険であり得る）必要なく、別のそのような容器と容易に交換され得る。本明細書のいくつかの例では、損傷した容器が修理され、次いで同じまたは異なるＰＶとともに再使用され得る。本明細書の他の例では、ＰＶ自体は、互いに対して螺旋状に配置された複数の螺旋プライによって覆われてもよく、またはＰＶは、互いに対して螺旋状に配置された複数の螺旋プライを使用して形成されてもよい。

【0056】

図１Ａ～図１Ｂは、ＰＶ１００用の例示的な容器１１０の断面図を概略的に示している。容器１１０は、ＰＶ１００を少なくとも部分的に囲み、いくつかの例では、ＰＶ１００を実質的に囲むか、または完全に囲む。本明細書で使用される場合、ＰＶを「少なくとも部分的に囲む」とは、ＰＶの少なくとも一部が容器によって囲まれていることを意味することを意図している。ＰＶを「実質的に囲む」とは、ＰＶの大部分（例えば、ＰＶの５０％超、６０％超、７０％超、８０％超、９０％超、９５％超、９８％超、または最大９９％）が容器によって囲まれているが、ＰＶの残り（例えば１％以上）は容器によって囲まれていないことを意味することを意図している。図示の例では、ＰＶ１００の首部１０１は、ＰＶ内の流体が使用され得るように容器１１０から突出し得る一方で、ＰＶの残りは容器１１０内に囲まれ得る。この例では、ＰＶ１００の主リザーバは、容器１１０内に完全に囲まれているが、ＰＶ１００の別の部分（ここでは、首部１０１、または首部の一部のみであり得る）は、容器から突出していることから、ＰＶ１００は、容器１１０内に実質的に囲まれていると考えることができる。ＰＶを「完全に囲む」とは、ＰＶの全体が容器によって囲まれていることを意味することを意図している。

【0057】

容器１１０は、第１の中空シェル１２０および第２の中空シェル１３０を含み得る。第１の中空シェル１２０は、圧力容器１００の第１の部分を受け入れるように構成された第１の内面１２１を含み得る。第１の中空シェル１２０は、第１の内面と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第１の繊維層１２２を含み得る。第１の中空シェル１２０はまた、第１の内面１２１と実質的に同心であり、第１の内面１２１と第１の繊維層１２２との間に配置された第１のエネルギー散逸材料１２３を含み得る。第２の中空シェル１３０は、圧力容器１００の第２の部分を受け入れるように構成された第２の内面１３１を含み得る。第２の中空シェル１３０は、第２の内面１３１と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第２の繊維層１３２を含み得る。第２の中空シェル１３０はまた、第２の内面と実質的に同心であり、第２の内面と第２の繊維層との間に配置された第２のエネルギー散逸材料１３３を含み得る。第１および第２の中空シェル１２０、１３０は、圧力容器１００を少なくとも部分的に囲むための容積を画定するように互いに取り付け可能であり得る。図１Ａに示す非限定的な例では、第１および第２の中空シェル１２０、１３０は、接合部１４０において互いに交わる。中空シェルを互いに取り付けるための例示的な構造が図２Ａ～図２Ｂを参照して説明される。要素を指すために「第１」、「第２」などのラベルを使用することは、それらの要素間の特定の空間的関係を暗示することを意図しないことを理解されたい。

【0058】

図１Ａ～図１Ｂに示す非限定的な例では、第１のエネルギー散逸材料１２３は、第１の中空シェル１２０の内面１２１を画定し得、第１の繊維層１２２は、第１の中空シェルの外面を画定し得る。同様に、第２のエネルギー散逸材料１３３は、第２の中空シェル１３０の内面１３１を画定し得、第２の繊維層１３２は、第２の中空シェルの外面を画定し得る。しかしながら、そのような層は、互いに対して、およびそれらのそれぞれの中空シェルの内面および外面に対して任意の適切な配置を有し得る。さらにまた、内面および外面は、繊維層、エネルギー散逸材料、および／または他の層の任意の適切な組み合わせを含み得る。代替的な配置のいくつかの追加の非限定的な例が、図４Ａ～図４Ｂ、図５、および図６を参照して説明される。第１の繊維層１２２などの繊維層の例示的な構成が、図３Ａ～図３Ｃを参照して以下にさらに説明される。

【0059】

容器１１０、および本明細書の他の箇所に記載されている他の容器は、ＰＶ１００を少なくとも部分的に囲むのに適した形状の任意の適切な組み合わせを含み得ることが理解されよう。例示的には、中空シェル１２０の内面１２１は、ＰＶ１００の外面のそれぞれの部分の形態に追従し、接触するように成形され得る。同様に、中空シェル１３０の内面１３１は、ＰＶ１００の外面のそれぞれの部分の形態に追従し、接触するように成形され得る。したがって、中空シェル１２０、１３０の異なる部分は、互いに異なる形状であってもよく、任意の適切な断面を有してもよい。例示的には、第１および第２の内面１２１、１３１のうちの少なくとも一方は、少なくとも部分的に円筒形、少なくとも部分的に球形、または少なくとも部分的に円錐形である。図１Ａ～図１Ｂに示す非限定的な例では、第１の内面１２１の一部は円筒形であり、第１の内面１２１の別の部分は球形であり、内面１３１は球形である。したがって、第１の中空シェル１２０は、第１のボウル形状を画定すると考えられてもよく、第２の中空シェル１３０は、第２のボウル形状を画定すると考えられてもよい。乗り物（自動車、トラック、飛行機、宇宙船など）などの任意の適切な状況において使用するために、ＰＶを部分的に、実質的に、または完全に囲むように、他の形状が容易に想定され得る。これに関して、２つの材料間の空間的関係を説明するための「実質的に同心」という用語の使用は、材料が必然的に特定の形状の断面（例えば、円筒形、円錐形、または球形）を有することを暗示するのではなく、互いに実質的に同一の中心を有する形状を有する材料を指すことを意図している。

【0060】

例えば、図２Ａ～図２Ｂは、ＰＶの周りの例示的な容器の組み立ての断面図を概略的に示している。図２Ａに示す非限定的な例では、容器２１０は、第１の半円筒を画定する第１の中空シェル２２０と、第２の半円筒を画定する第２の中空シェル２３０とを含む。図２Ａに示す非限定的な例では、第１および第２の中空シェル２２０、２３０は、接合部２４０において互いに交わる。したがって、容器２１０の複合断面は、図２Ａに示す領域において実質的に円筒形であってもよい。容器２１０は、存在する場合、他の領域（具体的には図示せず）において異なる形状であり得る。

【0061】

第１および第２の中空シェルを互いに取り付けるために、例えば、第１および第２の中空シェル１２０、１３０を互いに取り付けるために、または第１および第２の中空シェル２２０、２３０を互いに取り付けるために、任意の適切な構造が使用され得る。例示的には、容器１１０または２１０（または本明細書で提供される任意の他の容器）は、第１の中空シェルに取り付けられた第１のファスナと、第２の中空シェルに取り付けられ、第１の中空シェルを第２の中空シェルに取り付けるために第１のファスナと係合するように構成された第２のファスナとを含み得る。例えば、図２Ａに示す容器２１０では、第１および第２のファスナ（まとめて２５０で指定される）は、トグルラッチ、パイプクランプ、またはボルト継手のそれぞれの部分を含み得る。必要に応じて、容器２１０はまた、接合部２４０の周りに配置されたパッド２６０を含み得る。別の例として、図２Ｂに示す容器２１１は、図１Ａ～図１Ｂに示す容器１１０と同様に構成されてもよく、例えば、第１の中空シェル１２０と同様に構成された第１の中空シェル２２１を含んでもよく、第２の中空シェル１３０と同様に構成された第２の中空シェル２３１を含んでもよい。ＰＶ１００を第１の中空シェル２２１内に挿入し、ＰＶの露出端部を第２の中空シェル２３１によって覆い、第１および第２のファスナを使用して第１および第２の中空シェルを互いに固定することによって、ＰＶは、容器２１１内に部分的に、実質的に、または完全に囲まれ得る。容器２１１において、第１および第２のファスナ（まとめて２５１で指定される）は、トグルラッチ、パイプクランプ、またはボルト継手のそれぞれの部分を含んでもよく、パディング２６１を含んでもよい。あるいは、第１のファスナは、第１のねじ山を含んでもよく、第２のファスナは、第１のねじ山と回転可能に係合するように構成された第２のねじ山を含んでもよい。すなわち、容器２１１の第１および第２のファスナは、ＰＶ１００を収容する内部容積を画定するように第２の中空シェル２３１が第１の中空シェル２２１にねじ込まれ得るように構成され得る。

【0062】

第１の中空シェル（例えば、中空シェル１２０、２２０、または２２１）の第１の繊維層は、１つ以上のプライを含み得、そのそれぞれは、任意の適切な構成を有し得る。同様に、第２の中空シェル（例えば、中空シェル１３０、２３０、または２３１）の第２の繊維層は、１つ以上のプライを含み得、そのそれぞれは、任意の適切な構成を有し得る。第１の中空シェルの第１の繊維層の組成および材料構造は、第２の中空シェルの第２の繊維層の組成および材料構造と同様であってもよく、または異なっていてもよい。いくつかの例では、第１の繊維層、第２の繊維層、または第１および第２の繊維層の両方は、織布、編組された層、または１つ以上の螺旋プライを含み得る。本明細書で使用される場合、「織布」という用語は、２つ以上のトウを互いに直角に交絡させることによって形成された要素を意味することを意図している。本明細書で使用される場合、「トウ（ｔｏｗ）」という用語は、糸、ロープ、フィラメント、またはテープなどのトウの長手方向軸に沿って細長い可撓性部材を意味することを意図している。トウは、モノリシックであってもよく、または複数の繊維を含んでもよい。いくつかの例では、トウは、樹脂によって少なくとも部分的に含浸され、トウの長手方向軸に沿って細長い複数の繊維を含み得る。本明細書で使用される場合、「編組された層」という用語は、３つ以上のトウを互いに非直角に互いに交絡させることによって形成された要素を意味することを意図している。本明細書で使用される場合、プライを指す場合の「螺旋状」という用語は、プライのトウがそのプライ内に螺旋状に配置されていることを意味することを意図している。本明細書で使用される場合、「プライ」という用語は、組成、材料構成、またはその両方によって、別の層と区別可能な層を意味することを意図している。プライは、１つの層を含んでもよく、または複数の層を含んでもよい。

【0063】

図３Ａ～図３Ｃは、異なるプライの例示的な構成を概略的に示している。図３Ａに示す非限定的な例では、プライ３２１、３２２、３２３は、ＰＶ１００から離間して配置されている（例えば、エネルギー散逸材料によってＰＶ１００から分離されてもよく、または互いに隣接して配置されて繊維層を形成してもよい）。図示の例では、プライ３２１は、第１の繊維層の最も内側のプライ（「プライ１」）であり得、プライ３２２は、プライ３２１の外側であり得（「プライ２」）、プライ３２３は、第１の繊維層の最も外側のプライ（「プライ３」）であり得るが、第１の繊維層は、任意の適切な数のプライを含んでもよいことが理解されよう。プライ３２１、３２２、３２３は、それぞれ螺旋状であり得る。図３Ａに示すように、各プライのトウは、別個のプライ配向を有する単一のプライを形成するために互いに隣接して巻回され得る。例えば、プライ３２１のトウ（ｉ＝１）は、ＰＶ１００の軸３２０（この軸は、第１の中空シェルの内面３４０と同軸であり得る）に対してθ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回され得る。プライ３２２のトウ（ｉ＝２）は、軸３２０に対してθ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回されてもよい。プライ３２３のトウ（ｉ＝３）は、軸３２０に対してθ_ｉ＝３の角度で互いに隣接して巻回されてもよい。角度θ_ｉ＝１、θ_ｉ＝２、およびθ_ｉ＝３は、グローバル基準軸（ここでは、ＰＶ長手方向軸３２０）に対するトウの繊維配向を示す。隣接するプライのトウ配向間の差、すなわちθ_ｉ＝２－θ_ｉ＝１は、ピッチ角と呼ばれることがある。隣接するプライの角度の差θ_ｉ＝２－θ_ｉ＝１、θ_ｉ＝３－θ_ｉ＝２、θ_ｉ＝４－θ_ｉ＝３が互いに実質的に同一である場合、得られるプライは、一定のピッチ角を有すると呼ばれることがあり、そのような隣接するプライの配向の差が互いに異なる場合、得られるプライは、一定のピッチ角を有しないと呼ばれることがある。例えば、θ_ｉ＝２は、θ_ｉ＝１から約１度から約２５度異なっていてもよく、θ_ｉ＝３は、θ_ｉ＝２から約１度から約２５度異なっていてもよい。角度θ_ｉ＝１、θ_ｉ＝２、およびθ_ｉ＝３の間のこのような差の結果として、螺旋プライ３２１、３２２、３２３は、互いに対して螺旋状に配置され得る。そのような螺旋状配置は、容器、したがってＰＶ１００に追加の衝突耐性を付与し得る。本明細書で使用される場合、複数のプライに言及する場合の「螺旋状配置」または「螺旋状レイアップ」は、隣接するプライのトウが螺旋を画定するように互いに異なる角度で配置されることを意味することを意図している。したがって、プライ３２１、３２２、３２３のそれぞれは、螺旋状であってもよく、プライ３２１、３２２、３２３の配置も螺旋状であってもよい。本明細書で使用される場合、「約」および「実質的に」とは、記載された値の±１０％以内を意味する。螺旋状に配置されたプライは、隣接するプライ間の滑らかなプライ間（ピッチ）角度遷移を可能にする。これは、弾性特性の滑らかな遷移をもたらし、プライ間の界面における層間せん断応力を低減する。これらの応力は、衝撃事象下での層間剥離の形成を担う。したがって、螺旋状レイアップは、損傷の発生を遅延、低減、または抑制するのに役立つ。さらに、螺旋状レイアップは、主にマトリックス損傷の形成を介してエネルギーを散逸させることができる。例えば、亀裂は、局所的な繊維配向（螺旋状の亀裂）に続いて、蛇行した経路に沿って成長および伝播し、したがって繊維の大部分を損傷せずに残し、高いエネルギー散逸、遅延、低減、または抑制された壊損、および構造的完全性の増加につながることがある。亀裂は、伝播中に局所的な繊維配向に追従することができ、したがって繊維（臨界荷重を担持する構成要素）の破損を抑制または防止する。これは、マトリックス分裂の形成および層間剥離の螺旋状分布を特徴とする、亜臨界レベルでの（すなわち、貫通または剛性の実質的な損失の前の）広範な損傷拡散をもたらす。

【0064】

繊維層は、プライおよび／またはプライ内のトウのさらに他の配置を含み得る。例えば、図３Ｂは、螺旋プライが織り合わされたトウを含む例を示している。図３Ｂに示す非限定的な例では、第１の中空部材の第１の繊維層のプライ３３１、３３２、３３３は、ＰＶ１００から離間して配置される（例えば、エネルギー散逸材料によってＰＶ１００から分離され得る）。図示の例では、プライ３３１は、第１の繊維層の最も内側のプライ（「プライ１」）であり得、プライ３３２は、プライ３２１の外側であり得（「プライ２」）、プライ３３３は、第１の繊維層の最も外側のプライ（「プライ３」）であり得るが、第１の繊維層は、任意の適切な数のプライを含んでもよいことが理解されよう。プライ３３１、３３２、３３３は、それぞれ螺旋状であり得る。例えば、図３Ｂに示すように、プライ３３１のトウ（ｉ＝１）は、ＰＶ１００の軸３２０（第１の中空シェルの内面３４０と同軸であり得る）に対して（＋α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）および（－α_ｉ＝１＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされてもよい。プライ３３２のトウ（ｉ＝２）は、軸３２０に対して（＋α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）および（－α_ｉ＝２＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされてもよい。プライ３３３のトウ（ｉ＝３）は、軸３２０に対して（＋α_ｉ＝３＋θ_ｉ＝３）および（－α_ｉ＝３＋θ_ｉ＝３）の角度で織り合わされてもよい。角度θ_ｉ＝１、θ_ｉ＝２、θ_ｉ＝３は、互いに異なっていてもよい。例えば、θ_ｉ＝２は、θ_ｉ＝１から約１度から約２５度異なっていてもよく、θ_ｉ＝３は、θ_ｉ＝２から約１度から約２５度異なっていてもよい。角度α_ｉ＝１、α_ｉ＝２、およびα_ｉ＝３は、互いに異なっていてもよい。例えば、α_ｉ＝２は、α_ｉ＝１から約１度から約９０度異なっていてもよく、α_ｉ＝３は、α_ｉ＝２から約１度から約９０度異なっていてもよい。角度θ_ｉ＝１、θ_ｉ＝２、およびθ_ｉ＝３の間のこのような差の結果として、螺旋プライ３３１、３３２、３３３は、互いに対して螺旋状に配置され得る。そのような螺旋状配置は、容器、したがってＰＶ１００に追加の衝突耐性を付与し得る。織り合わされたトウのない層では、層内の隣接するプライ間の界面は、シェルと実質的に同等の形状の滑らかな表面で表され得る。織り合わされたトウを有する層では、隣接するプライ間の界面は、互いに交差する隣接するプライのトウに起因して不均一である。ＰＶ上の衝突または衝撃事象中に、繊維強化層に発生する可能性が高い重大な破損の１つは、層間剥離損傷、すなわち２つの隣接するプライに属する隣接するトウ間の剥離である。不均一な界面の存在は、層間剥離がその元の平面から偏向することを制約し得る。このメカニズムは、層間剥離の伝播を妨害、低減、または抑制することがあり、したがって、耐衝撃性の向上をもたらす。

【0065】

図３Ｃは、螺旋状レイアップを形成するように互いに対して螺旋状に配置された複数の螺旋プライ３０１～３０７を含む繊維層３４３の断面を概略的に示している。螺旋プライ３０１～３０７のそれぞれは、樹脂マトリックス３１２内に螺旋トウ３１１を含む。図示の例では、それぞれのプライ３０１～３０７内のトウ３１１の配向は、（例えば、図３Ａまたは図３Ｂを参照して説明したような方法で）互いに異なる。繊維層３４３の形状は、ＰＶ軸３２０と同心である。図３Ｃに示す断面内の繊維層３４３は、例えば、図１Ａ～図１Ｂを参照して説明した容器１１０の断面１８０内の繊維層１２２、図２Ａを参照して説明した容器２１０の断面２８０内の繊維層、図２Ｂを参照して説明した容器２１１の断面２８１内の繊維層（図３Ｃに示すボリュームに投影される）、図４Ａ～図４Ｂを参照して説明した容器４１０の断面４８０内の繊維層４２２、図４Ａ～図４Ｂを参照して説明した容器４１０の断面４８０’内の繊維層４２２’、図５を参照して説明した容器５１０の断面５８０内の繊維層（図３Ｃに示すボリュームに投影される）、図６を参照して説明した容器の第１の中空シェル６２０の断面６８０内の繊維層６２２、図６を参照して説明した容器の第１の中空シェル６２０の断面６８０’内の繊維層６２２’、図６を参照して説明した容器の第１の中空シェル６２０の断面６８０’’内の繊維層６２２’’、図７を参照して説明したオーバーラップ７００の断面７８０内の繊維層、または図８を参照して説明したＰＶ８００の断面８８０内の繊維層に対応し得る。７つの螺旋プライ３０１～３０７が図３Ｃに示されているが、本明細書で提供される繊維層のいずれも任意の適切な数のプライを含んでもよく、例えば、約１～２０プライ、または約２～１５プライ、または約３～１０プライ、または約４～８プライを含み得ることが理解されよう。必要に応じて、そのような各プライは、螺旋状に巻回されてもよく、さらなる選択肢として、螺旋状に巻回されたプライは、本明細書に記載されるような利点の１つ以上を提供するように螺旋状に配置されてもよい。

【0066】

図１Ａ～図１Ｂを参照してさらに上述したように、第１の中空シェル、第２の中空シェル、または第１および第２の中空シェルの両方は、１つ以上の追加の層を含み得る。例示的に、図４Ａ～図４Ｂは、ＰＶ１００用の別の例示的な容器４１０の断面図を概略的に示している。容器４１０は、ＰＶ１００を少なくとも部分的に囲み、いくつかの例では、ＰＶ１００を実質的に囲むか、または完全に囲む。図１Ａ～図１Ｂを参照して説明したものと同様の方法で、容器４１０は、第１の中空シェル４２０および第２の中空シェル４３０を含み得る。第１の中空シェル４２０は、ＰＶ１００の第１の部分を受け入れるように構成された第１の内面４２１を含み得る。第１の中空シェル４２０は、第１の内面と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第１の繊維層４２２を含み得る。第１の中空シェル４２０はまた、第１の内面４２１と実質的に同心であり、第１の内面４２１と第１の繊維層４２２との間に配置された第１のエネルギー散逸材料４２３を含み得る。図４Ａ～図４Ｂに示す非限定的な例では、第１の中空シェル４２０は、第１の内面４２１と実質的に同心の追加の繊維層４２２’と、第１の内面と実質的に同心であり、第１の繊維層４２２と追加の繊維層４２３との間に配置された追加のエネルギー散逸材料４２３とをさらに含み得る。追加の繊維層４２２’は、樹脂によって少なくとも部分的に含浸され得る。

【0067】

図４Ａ～図４Ｂに示す第２の中空シェル４３０は、ＰＶ１００の第２の部分を受け入れるように構成された第２の内面４３１を含み得る。第２の中空シェル４３０は、第２の内面４３１と実質的に同心であり、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第２の繊維層４３２を含み得る。第２の中空シェル４３０はまた、第２の内面と実質的に同心であり、第２の内面と第２の繊維層との間に配置された第２のエネルギー散逸材料４３３を含み得る。図４Ａ～図４Ｂに示す非限定的な例では、第２の中空シェル４２０は、第２の内面４３１と実質的に同心の追加の繊維層４３２’と、第２の内面と実質的に同心であり、第２の繊維層と追加の繊維層との間に配置された追加のエネルギー散逸材料４３３’とをさらに含み得る。第１および第２の中空シェル４２０、４３０は、ＰＶ１００を少なくとも部分的に囲むための容積を画定するように互いに取り付け可能であり得る。図４Ａに示す非限定的な例では、第１および第２の中空シェル４２０、４３０は、接合部４４０において互いに交わる。中空シェルを互いに取り付けるための例示的な構造が図２Ａ～図２Ｂを参照して説明される。

【0068】

図４Ａ～図４Ｂに示す非限定的な例では、図１Ａ～図１Ｂを参照して説明したものと同様に、第１のエネルギー散逸材料４２３は、第１の中空シェル４２０の内面４２１を画定し得、第２のエネルギー散逸材料４３３は、第２の中空シェル４３０の内面４３１を画定し得る。さらに、追加の繊維層４２２’は、第１の中空シェル４２０の外面を画定し得、追加の繊維層４３２’は、第２の中空シェル４３０の外面を画定し得る。第１および第２の中空シェル４２０、４３０のそれぞれに設けられた追加の繊維層および追加のエネルギー散逸材料は、複数段の耐衝撃性を提供し得る。さらなる耐衝撃性を提供するために、追加の繊維層４２２’、４３２’の一方または両方は、図４Ｂに示すような方法で、複数のプライ、例えば必要に応じて螺旋状に配置され得る螺旋プライを含み得る。必要に応じて、１つ以上のセンサは、容器４１０の１つ以上の層の中または間に埋め込まれてもよい。センサは、例えば、衝撃を監視するように構成された圧電センサ、ガス漏れを監視するように構成されたファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）などを含み得る。そのようなセンサは、例えば有線または無線通信経路を介して、適切な監視システムに取り付けられ得る。１つの非限定的な例では、ＦＢＧセンサは、局所歪み磁場（ｌｏｃａｌ ｓｔｒａｉｎ ｆｉｌｅｄ）の変化を記録および監視する。そのような変化は、損傷の存在の結果である。したがって、シェル内の様々な深さにＦＧＢセンサを配置することにより、衝撃事象時にクラッシュボックス内の損傷の深さを検出することが可能である。これは、クラッシュボックスの耐久性、残存する保護能力、およびこれが交換または修理を必要とするかどうかを判断するために使用されることができる。ＦＢＧ信号は、オンボードライブ（有線または無線）監視によって処理され、監視された信号の特定の変更の発生時に記録をトリガするように較正されることができる。信号変更のタイプに応じて、異なるタイプの損傷を区別することが可能である。例えば、記録された信号のピークの変化は、層間剥離の通過を示唆し、一方、信号の完全な切断は、ＦＢＧセンサを担持する光ファイバを破壊する層間亀裂（ｔｒａｎｓｌａｍｉｎａｒ ｃｒａｃｋ）（深刻な損傷）の形成を示す。例えばポリマーの形態の圧電センサの存在は、衝撃時の漏れ検出インジケータおよび損傷インジケータの両方として使用されることができる。圧電センサは、圧力の局所的な変化の指標を提供する。これは、ＰＶからの漏れ、ならびに衝撃荷重発生圧力状態から生じる可能性がある。送信信号のエンティティは、潜在的な漏れならびに衝撃損傷事象の深刻さおよび位置と相関するように適切に較正されることができる。

【0069】

追加的または代替的に、図４Ａに示すような方法で、エネルギー散逸材料４２３、４３３の一方または両方は、追加の耐衝撃性を提供するように成形されてもよい。例えば、図４Ａに示すような方法で、第１のエネルギー散逸材料４２３は、ＰＶ１００の第１の端部を受け入れるように構成された球状／ボウル形状の領域内でより厚くてもよく、第２のエネルギー散逸材料４３３は、ＰＶ１００の第２の端部を受け入れるように構成された球状／ボウル形状の領域内でより厚くてもよく、したがって、これらの端部領域へのあらゆる衝撃に対するさらなる緩衝材をもたらす。あるいは、エネルギー散逸材料４２３、４３３の一方または両方は、実質的に均一な厚さを有してもよい。図１Ａ～図１Ｂを用いて説明した第１のエネルギー散逸材料１２３、１３３も同様に、図４Ａを用いて説明したような形状であってもよく、実質的に均一な厚さであってもよいことに留意されたい。

【0070】

耐衝撃性をさらに高めるために、追加のおよび／または異なる形状のエネルギー散逸材料が含まれてもよい。例えば、図５は、ＰＶ１００用の別の例示的な容器５１０の断面図を概略的に示している。容器５１０は、本明細書に記載の他の容器（例えば、容器１１０、２１０、２１１、４１０または６１０、具体的に示されていない詳細）と同様に構成され得、ＰＶ１００の対応する端部を衝撃から緩衝するための追加の材料５５０を含み得る。そのような追加の材料は、例えば、ＰＶ１００の一方の端部が衝撃に対して特に脆弱である、例えば燃料タンクの前縁を形成する場合に有用であり得る。ＰＶのこの領域は、実際には、特にＰＶの輸送および取り扱い中に低速衝撃損傷を受けやすい。

【0071】

さらに他の構成も想定され得る。例えば、図６は、ＰＶ用の別の例示的な容器の断面図を概略的に示している。図６は、容器の第１の中空シェル６２０の断面を示しているが、容器の第２の中空シェルは、同様に構成されてもよく、または異なって構成されてもよいことが理解されよう。図６に示す例では、第１の中空シェル６２０は、第１の中空シェル内の任意の適切な位置に配置され得る第１の螺旋状に編組された層または織布６６０を含む。例示的には、第１の螺旋状に編組された層または織布６６０は、第１の内面６２１と繊維層６２２との間に配置され得る。追加的または代替的に、繊維層６２２’’は、第１の中空シェル６２０の内面を画定してもよい。必要に応じて、エネルギー散逸層６２３は、内部に、例えば、第１の螺旋状に編組された層または織布６６０と繊維層６２２’’との間に配置されてもよい。第１の中空シェル６２０（ならびに本明細書で提供される他の中空シェル）は、任意の適切な数および配置の層を含み得、これらは、ともに衝突に起因するＰＶ１００への損傷を抑制し得る。例示的には、中空シェル６２０は、繊維層６２２の外側に配置された追加の螺旋状に編組された層または織布６６０’と、追加の螺旋状に編組された層または織布６６０’の外側に配置された追加のエネルギー散逸層６３２’と、追加のエネルギー散逸層６３２’の外側に配置され、第１の中空シェル６２０の外面を画定する追加の繊維層６２２’とを含み得る。

【0072】

２Ｄまたは３Ｄ技術を使用して製造された編組は、繊維角度変動に関連する直径変動の興味深い特性を提供する。繊維は管状編組内で滑ることができるため、これはそのような編組の直径を拡大または縮小することを可能にする。この特性は、構造の直径を漸進的に拡大し、層間および／または層に沿って繊維角度を僅かに変化させて、２つの隣接する編組された層の間に非常に小さなクロック角度（ｃｌｏｃｋｉｎｇ ａｎｇｌｅ）の変動を形成するように、いくつかの層が互いに効果的にスリーブを付けられた螺旋状構成（ｈｅｌｉｃｏｉｄａｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を有する構造を形成するのに有利とすることができる。このような編組繊維強化構造は、筒状の編組を長手方向に沿って切断した後、平らに広げた平坦な編組テープの形態で提供されることもできる。繊維角度配向はまた、テープの幅とともに変化する。このような編組テープが使用されて、同じテープの異なる層を僅かに異なる繊維角度で積層して、螺旋状構成を有する構造を形成することもできる。この特性はまた、たて糸とよこ糸との間の最初の９０°の角度を変更するように傾斜された織布に見出すことができ、これは、ある織物層から次の織物層への小さな角度変動（例えば、９０°、８５°、８０°、７５°などで層を整列するための５°のクロック角度など）を有する一連のたて糸／よこ糸角度を形成するように調整されることができ、したがって螺旋状構成を有する構造を形成する。

【0073】

例えば、図６を参照して説明したような方法で、繊維層が螺旋状に編組された層または織布に隣接して配置される例では、繊維層の樹脂は、螺旋状に編組された層または織布に少なくとも部分的に含浸し得る。例えば、フィラメントワインディングが使用される場合、予備含浸トウおよび乾燥繊維トウの両方が使用され得る。これは、容器部分の硬化中に、予備含浸トウの過剰な樹脂の一部が乾燥トウに流入し得ることを意味する。予備含浸トウの過剰な樹脂に応じて、乾燥トウの特定の程度の部分的な含浸が得られ得る。螺旋状に編組された層または織布の完全または部分的な含浸は、例えば、本明細書の他の箇所に記載されているようなセンサを使用して、耐衝撃性およびガス漏れ検出を向上させ得る。繊維強化層内では、より高い程度の繊維含浸を有するプライをより低い程度の繊維含浸を有するプライに交互にすることは、隣接するプライ間の弾性特性の変動をもたらす。亀裂偏向、亀裂停止および亀裂拡散を含むこれらのエネルギー散逸メカニズムは、繊維層のより高い耐損傷性および構造的完全性を可能にする。これらのメカニズムの有効性は、弾性特性の差とともに増加する。さらに、繊維層内に部分的に含浸されたプライが存在すると、シェルの可撓性を向上させる。これは、破壊点に達する前の衝撃事象中に、弾性変形下でより大量のエネルギーの吸収度を可能にする。

【0074】

中空シェルが同様のタイプの２つ以上の層（例えば、２つ以上の繊維層、２つ以上のエネルギー散逸材料、または２つ以上の螺旋状に編組された層または織布）を含む例では、そのタイプの各層は、互いに同じ組成、または互いに同じ材料構成、または互いに同じ組成および同じ材料構成の両方を有してもよいことが理解されよう。本明細書で使用される場合、「組成」という用語は、要素に含まれる材料を指すことを意図している。本明細書で使用される場合、「材料構成」という用語は、要素に含まれる材料の物理的配置を指すことを意図している。例えば、互いに同じ組成を有する２つの要素は、互いに実質的に同一の材料から作製され得る。これらの材料は、互いに同じ材料構成を有してもよく、互いに異なる材料構成を有してもよい。また、例えば、互いに異なる組成を有する２つの要素は、互いに同じ材料構成を有してもよく、または互いに異なる材料構成を有してもよい。例示的には、所与のプライは、互いに異なる長手方向の配向を有するトウを含み得る。そのようなトウは、互いに同じ細長部材の一部であり得る。

【0075】

１つの非限定的な例では、内側繊維層は、微小亀裂を停止するように選択された角度△θおよびαを有する螺旋状体（ｈｅｌｉｃｏｉｄ）を含み得る。このような内側繊維層は、加圧下でガスを保護するのに役立ち得るが、外側繊維層は、内側繊維層とは異なる材料構成を有し得る。例えば、外側繊維層は、衝突などのより大きな衝撃から保護するように選択された角度△θおよびαを有する螺旋状体を含み得る。微小亀裂耐性（ｍｉｃｒｏ－ｃｒａｃｋｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を高めるための△θおよびαの範囲は、例えば、３０°から９０°であり得る。さらに、微小亀裂耐性をさらに高めるために、薄いプライのトウが使用され得る。より大きな衝撃から保護するための△θおよびαの範囲は、１°～２５°でなければならない。さらに、薄いプライ、標準プライ、および／または厚いプライの任意の適切な組み合わせが使用されて、良好な耐衝撃性を達成し、材料コストおよびレイアップ時間を低減し得る。△θおよびαのより小さい範囲は、螺旋状レイアップによって決定される局所的な繊維配向にしたがって、主に制動マトリックスを介して亀裂が伝播することを可能にし得る。これは、繊維の大部分が損傷を受けない蛇行した亀裂パターンに沿って大量のエネルギーを散逸させることを可能にし、したがって、深刻な衝撃事象下でシェルの構造的完全性を維持することを可能にする。

【0076】

△θおよびαの範囲におけるこのような区別は、螺旋状に配置されたレイアップにおいて成長する螺旋状マトリックス亀裂（ｓｐｒｉａｌｌｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｃｒａｃｋ）の前面でのエネルギー放出率（亀裂が特定の材料内を伝播するのに必要なエネルギー）の発生を説明する解析モデルにしたがう。解析モデルを記述する方程式は、Ｍｅｎｃａｔｔｅｌｌｉら、「Ｒｅａｌｉｓｉｎｇ ｂｉｏ－ｉｎｓｐｉｒｅｄ ｉｍｐａｃｔ ｄａｍａｇｅ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｔｈｉｎ－ｐｌｙ ＣＦＲＰ Ｂｏｕｌｉｇａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｖｉａ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｅｄ ｓｕｂ－ｃｒｉｔｉｃａｌ ｈｅｌｉｃｏｉｄａｌ ｄａｍａｇｅ」、Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１８２，１０７６８４（２０１９）に見出すことができ、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。このモデルは、亀裂前面に沿った局所エネルギー放出率（Ｇ）の解析を介してねじれた螺旋状亀裂の成長を記述し、亀裂は、最初は平坦な状態から開始する。グローバル基準システム（ｇｌｏｂａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ）および亀裂前面に沿ったローカル基準システムは、任意の所与の時点でねじれてよじれたときに、亀裂前面を完全に画定する。図１４Ａは、例示的な螺旋状レイアップによる亀裂伝播のモデルを概略的に示している。図１４Ｂは、図１４Ａのモデルにおける異なるピッチ角に対する深さの関数としてのエネルギー放出率のプロットである。より具体的には、図１４Ａは、０°配向およびＰＶの長手方向軸に対応するｘ軸に沿って整列された繊維を有するプライ（０）内で開始し、次いで追加のプライ（１）、（２）、（３）、および（４）を通ってｚ方向（ＰＶの長手方向軸に対して垂直であり、且つＰＶの半径方向に）に伝播する螺旋状亀裂を示している。亀裂の表面は、図１４Ａに示す網掛け曲線１４０１によって説明され得る。問題に対する閉形式解は、（ｉ）亀裂はマトリックスのみを破壊し、マトリックスは等方性である；（ｉｉ）亀裂前面が真っ直ぐのままである；（ｉｉｉ）層間剥離および繊維破断などの他の破損メカニズムが発生しない；（ｉｖ）最初に平坦な亀裂がモードＩで開いている、すなわち、亀裂表面が、主にｘに沿って、すなわち亀裂表面に垂直に加えられる変位で開いている、と仮定することによって得られることができる。この開放状態は、ＰＶを通って半径方向に伝播する層間亀裂をよく表す。これらの仮定にしたがうと、ＰＶの空間ｘ－ｙ－ｚに完全に画定された螺旋状亀裂の前面におけるエネルギー放出率の発生の式を得ることが可能である。

【0077】

図１４Ｂは、２．５°（曲線１４１１）、５°（曲線１４１２）、１０°（曲線１４１３）、２０°（曲線１４１４）、および４５°（曲線１４１５）のピッチ角（Δθ）に対するエネルギー放出率（Ｇ／Ｇ_０、無次元量）を示している。例えば、Δθ＝２０°（曲線１４１４）を有する螺旋状層は、ＰＶの長手方向軸に対して以下の配向θ_ｉで積層されたプライを有するようにモデル化された：［０°／２０°／４０°／６０°／８０°／１００°／１２０°／１４０°／１６０°／１８０°／２００°／．．．／１４４０°］。Δθ＝５°の螺旋状層（曲線１４１２）は、ＰＶの長手方向軸に対して以下の配向θ_ｉで積層されたプライを有するようにモデル化された：［０°／５°／１０°／１５°／２０°／２５°／３０°／３５°／４０°／４５°／５０°／．．．７１５°／７２０°］。他のレイアップ（他のピッチ角を有する）も同様にモデル化された。この非限定的な例では、プライは、２０ｇ／ｍ^２の繊維面積重量を有する炭素／エポキシＵＤの薄いプライによって作製される。より高いエネルギー放出率は、微小亀裂が促進され、拡散損傷および高いエネルギー散逸を可能にすることを意味する。より低いエネルギー放出率は、微小亀裂の形成の可能性がより低いことを意味する。図１４Ｂは、図１４Ａに示すｘ－ｚ平面に平行な平坦な亀裂を成長させるのに必要なエネルギー放出率（Ｇ_０）の値によって正規化されたものである。図１４Ｂでは、ピッチ角が２．５°（曲線１４１１）から５°（曲線１４１２）、１０°（曲線１４１３）、２０°（曲線１４１４）、および４５°（曲線１４１５）に増加するにつれて、エネルギー放出率が減少することが分かる。したがって、図１４Ｂから、△θを小さくすることにより、螺旋状亀裂の成長に対する亀裂耐性（衝撃下などの支配的なモードＩ開放下）が低下し、微小亀裂の伝播が容易になることが理解されよう。これは、繊維、したがってクラッシュボックスの完全性を維持しながら、より多くのエネルギーが散逸されることを可能にする。△θを増加させると、成長する螺旋状亀裂に対する（支配的なモードＩ開放下の）亀裂耐性が増加し、微小亀裂の形成を遅延させ、減少させ、または抑制し、層間剥離および繊維破断などの破損の壊滅的なメカニズムの発生を促進する。したがって、より大きい△θは、漏れ（内層）を回避するためにより良好な微小亀裂耐性を可能にするが、より小さい△θは、衝撃により良好に抵抗し、衝撃位置（外層）においてより多くのエネルギーを散逸させることを可能にする。内側および外側繊維層はまた、または代替的に、意図された機能のそれぞれの性能を高めるために異なる組成を有してもよい。例えば、内層は、強化されたエポキシ樹脂に埋め込まれた薄いプライの炭素繊維などの微細亀裂に対する高い耐性を有する強靭な材料によって作製されることができ、外層は、ガラス繊維および／またはアラミド繊維または複数の繊維タイプの組み合わせなどの炭素繊維よりも高い延性を有する繊維強化材から作製することができる。

【0078】

薄いプライ（ＴＰ）の繊維強化材料のスタックを含む複合積層体は、より厚いプライを使用して製造された同じ厚さの部品と比較して、より良好な機械的特性、ならびに微細亀裂および層間剥離に対する改善された耐性を示し得る。ＴＰ繊維強化材料は、繊維の長手方向においてマトリックスに微小亀裂を形成するために（すなわち、マトリックス分裂）、より高い適用荷重を必要とする。この上昇した微小亀裂耐性は、改善された層間剥離耐性をもたらす。例えば、市販の航空宇宙用一方向（ＵＤ）炭素／エポキシ（Ｃ／Ｅ）プリプレグは、グレード１９０（．００７３インチ／プライ）またはグレード１４５（．００５６インチ／プライ）である。ＴＰＵＤは、典型的には、グレード７５（．００３インチ／プライ）またはそれより薄い。グレードは、ｇ／ｍ^２で測定されたＵＤプリプレグ中の炭素繊維の公称面積重量を指定する。ＴＰ積層体は、最小ゲージの低減および／またはより軽い等価な性能構造を可能にする。ＴＰ材料は、例えば、一方向（ＵＤ）テープ、非クリンプ布（ＮＣＦ）または織られた材料を含み得る。積層体は、バランスのとれた（ほぼ同じ数のプラス配向およびマイナス配向のプライを有する）、対称な（すなわち、レイアップの中央平面よりも上の各プライは、中央平面より下のほぼ等しい距離に同一のプライ（ほぼ同じ材料、厚さ、および配向）を有し得る）プライスタックを含み得る。

【0079】

任意の適切な材料、または材料の組み合わせが本容器に使用され得ることが理解されよう。例えば、上記のように、本繊維層は、樹脂、例えば、当該技術分野において知られているような熱硬化性または熱可塑性樹脂によって少なくとも部分的に含浸され得る。樹脂は、必要に応じて、衝撃の場合の爆発の危険性をさらに低減するために、難燃剤であってもよく、または難燃剤を含んでいてもよい。１つの非限定的な例では、外側複合シェル内の樹脂は、ＰＶへの損傷に起因する漏れの場合に火炎損傷についての可能性を低減するために難燃材料を備えてもよい。

【0080】

本繊維層は、任意の適切な材料または材料の組み合わせを含み得る。例えば、本明細書で提供される繊維層は、互いに独立して、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、パラアラミド、炭素、グラファイト、ガラス、アラミド、玄武岩、超高分子量ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＰ）、天然材料（例えば、麻または亜麻）、金属、石英、セラミック、および再生繊維からなる群より選択される少なくとも１つの材料を含み得る。本繊維層内の繊維は、エネルギー散逸材料のより広い表面に衝撃のエネルギーを分配し、したがってＰＶへの損傷を抑制し得る荷重スプレッダおよび鋭い衝撃ストッパとして作用することが期待され得る。

【0081】

いくつかの例では、本エネルギー散逸材料は、発泡体を含み得る。発泡体は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、膨張性ポリウレタン（ＰＵ）、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）、発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、アルミニウム発泡体、放射状に配向された足場３Ｄ印刷材料、ハニカム構造体、独立気泡体（ｃｌｏｓｅｄ ｃｅｌｌ ｆｏａｍ）、連続気泡体（ｏｐｅｎ ｃｅｌｌ ｆｏａｍ）、粘弾性ゲルを含み得るか、またはメタマテリアルを規定し得る。ハニカム構造体は市販されており、例えば、アルミニウムハニカム、またはＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ．（デラウェア州ウィルミントン）から市販されている難燃性メタアラミド材料であるＮＯＭＥＸ（登録商標）である。本明細書で使用される場合、「メタマテリアル」という用語は、フットボール用ヘルメットにおいて使用されるような、異なる長さスケールで同様の特性を有するセル状の階層構造を指すことを意図している。

【0082】

本明細書で提供される容器のいずれかの第１および第２の中空シェルは、ＰＶを保護するための任意の適切な方法で使用され得ることが理解されよう。そのような方法は、例えば、ＰＶの第１の部分を本容器のいずれかの第１の中空シェルに挿入することと、ＰＶの第２の部分をその容器の第２の中空シェル内に挿入することと、第１の中空シェルを第２の中空シェルに取り付けることとを含み得る。

【0083】

本明細書の教示は、ＰＶから分離可能なクラッシュボックスを必ずしも形成することなくＰＶを保護するために使用され得ることも理解されよう。例示的には、ＰＶを保護する方法は、圧力容器を複数の螺旋プライによって覆うことを含み得、螺旋プライは、互いに対して螺旋状に配置される。図７は、ＰＶ１００（ＰＶ１００の内部プライが示されている）のための例示的なオーバーラップ７００を概略的に示している。オーバーラップ７００は、複数の螺旋プライを含み得、螺旋プライは、互いに対して螺旋状に配置される。あるいは、ＰＶ自体は、複数の螺旋プライを含むように形成されてもよく、螺旋プライは、互いに対して螺旋状に配置される。図８は、ＰＶの例示的な構造を概略的に示している。ＰＶ８００は、複数の螺旋プライを含み得、螺旋プライは、互いに対して螺旋状に配置される。図３Ａを参照して説明したのと同様の方法で、ＰＶ８００またはオーバーラップ７００の螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、θ_ｉ＝１の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを含み得る。螺旋プライのうちの第２の螺旋プライ（ｉ＝２）は、θ_ｉ＝２の角度で互いに隣接して巻回された複数のトウを含み得る。必要に応じて、θ_ｉ＝２は、プライが螺旋状配置を画定するように、θ_ｉ＝１から約１から約２５度異なってもよい。あるいは、図３Ｂを参照して説明したのと同様の方法で、螺旋プライは、織り合わされたトウを含み得る。例えば、螺旋プライのうちの第１の螺旋プライ（ｉ＝１）は、（＋α＋θ_ｉ＝１）および（－α＋θ_ｉ＝１）の角度で織り合わされたトウを含み得る。螺旋プライの第２のもの（ｉ＝２）は、（＋α＋θ_ｉ＝２）および（－α＋θ_ｉ＝２）の角度で織り合わされたトウを含む。必要に応じて、θ_ｉ＝２は、θ_ｉ＝１と約１から約２５度異なっていてもよい。非限定的な一例では、ＰＶ８００の少なくとも一部は、圧力荷重に耐えるように犠牲マンドレルに従来から巻回されている螺旋層と、衝撃に耐えるように螺旋状に配置された第２の外側の複数のプライとを使用して形成されてもよい。

【0084】

本容器、ＰＶ用のオーバーラップ、およびＰＶは、操作の任意の適切な組み合わせを使用して作製され得る。図９～図１２は、ＰＶ用の容器を作製するためのそれぞれの方法における操作の例示的なフローを示している。ここで図９を参照すると、方法９００は、第１の中空シェルを形成すること（操作９１０）と、第２の中空シェルを形成することとを含み得、第１の中空シェルは、ＰＶを少なくとも部分的に囲むように第２の中空シェルに取り付け可能である。第１の中空シェルは、圧力容器の第１の部分を受け入れるように構成された第１の内面を形成するために第１のエネルギー散逸材料を成形すること（操作９１１）と、第１のエネルギー散逸材料の上に、第１のエネルギー散逸材料と実質的に同心となるように、樹脂によって少なくとも部分的に含浸された第１の繊維層を形成すること（操作９１２）とを含むステップを使用して形成され得る。第２の中空シェルは、圧力容器の第２の部分を受け入れるように構成された第２の内面を形成するために第２のエネルギー散逸材料を成形すること（操作９２１）と、第２のエネルギー散逸材料の上に、第２のエネルギー散逸材料と実質的に同心となるように、少なくとも部分的に樹脂を含浸させた第２の繊維層を形成すること（操作９２２）とを含むステップを使用して形成され得る。方法９００の操作は、図１Ａ～図１Ｂ、図２Ａ～図２Ｂ、図４Ａ～図４Ｂ、図５、または図６を参照して説明したような容器を調製するために使用され得る。

【0085】

例示的に、操作９１１、９１２、９２１および９２２は、図１０～図１２に示すような操作の任意の適切な組み合わせを使用して実行され得る。ここで図１０を参照すると、方法１０００は、成形されたマンドレルにエネルギー散逸材料（コア）を形成すること、例えば発泡体を成形して、コアのハニカム／発泡体ストリップをマンドレル形状に成形することまたは巻回すること（操作１０１０）を含み得る。方法１０００は、エネルギー散逸材料（例えば、発泡体）上に、可変または一定のピッチ角を有する螺旋状レイアップで螺旋層を巻回すること（操作１０２０）を含み得る。螺旋層を形成するために使用されるトウは、樹脂によって少なくとも部分的に含浸され得る。方法１０００は、構造を硬化させること（操作１０３０）を含み得る。方法１０００は、マンドレルを除去すること（操作１０４０）を含み得る。方法１０００は、結果として得られる容器（クラッシュボックス）にＰＶを挿入すること（操作１０５０）を含み得る。図１Ａ～図１Ｂを参照して説明した容器１１０は、図１０を参照して説明したような操作を使用して作製され得る容器の非限定的な例である。

【0086】

ここで図１１を参照すると、方法１１００は、可変または一定のピッチ角を有する螺旋状レイアップで螺旋層を犠牲マンドレル上に巻回して、内側および外側シェルを形成すること（操作１１１０）を含み得る。方法１１００は、得られた構造を硬化させること（操作１１２０）を含み得る。方法１１００は、マンドレルを除去すること（操作１１３０）を含み得る。方法１１００は、サンドイッチクラッシュボックスを形成するために、エネルギー散逸材料、例えば膨張性ポリウレタン（ＰＵ）発泡体をシェル間に注入すること（操作１１４０）を含み得る。方法１１００は、結果として得られる容器（クラッシュボックス）にＰＶを挿入すること（操作１１５０）を含み得る。結果として得られる容器は、それらの間に配置されたエネルギー散逸材料を有する、それぞれの繊維層によって画定された内面および外面を含み得る。

【0087】

ここで図１２を参照すると、方法１２００は、エネルギー散逸材料、例えば発泡体コアをマンドレル形状にトリミングすること（操作１２１０）を含み得る。方法１２００は、可変または一定のピッチ角を有する螺旋状レイアップにおいて螺旋層を巻回すること（操作１２２０）を含み得る。方法１２００は、層を編組して螺旋状に編組された構造を形成するか、または追加のエネルギー散逸材料、例えば発泡体を使用すること（操作１２３０）を含み得る。方法１２００は、構造体に難燃性添加剤樹脂を含浸させること（操作１２４０）を含み得る。方法１２００は、螺旋状レイアップにおいて螺旋層を巻回すること（操作１２５０）を含み得る。操作１２３０から１２５０は、任意の適切な回数、例えば、１回、２回、３回、または３回を超えて繰り返されてもよい。方法１２００は、構造を硬化させること（操作１２６０）を含み得る。方法１２００は、マンドレルを除去すること（操作１２７０）を含み得る。方法１２００は、結果として得られる容器（クラッシュボックス）にＰＶを挿入すること（操作１２８０）を含み得る。図６を参照して説明した容器は、図１２を参照して説明したような操作を使用して作製され得る容器の非限定的な例である。

【0088】

図１３は、ＰＶを作製するための方法１３００における操作の例示的なフローを示している。方法１３００は、螺旋状に螺旋層を巻回すること（操作１３１０）を含み得る。方法１３００は、構造を硬化させること（操作１３２０）を含み得る。方法１３００は、マンドレルを除去すること（操作１３３０）を含み得る。図８を参照して説明したＰＶは、図１３を参照して説明したような操作を使用して作製され得るＰＶの非限定的な例である。

【0089】

本明細書で提供されるような分離された保護クラッシュボックス（容器）の使用は、ＰＶの重量および複雑さを低減することを可能にし得ることが理解されよう。実際に、繊維を含む以前に知られている繊維強化複合ＰＶでは、繊維は、加圧ガスに起因して常に引張応力下にあり得る。繊維強化複合材料では、このような引張状態は、例えば、Ｋａｍａｒｕｄｉｎら、「Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｒｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ（ＣＦＲＰ）ｐｌａｔｅｓ」、ＩＯＰ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｅｒｉｅｓ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １６５（１）：０１２００５（２０１７）（その全内容が参照により本明細書に組み込まれる）に記載されたように、衝撃強度の低下をもたらし得る。本発明者らは、従来知られている複合ＰＶが、引張応力を緩和するために過剰に構築（ｏｖｅｒｂｕｉｌｄ）されていること、例えば、ＰＶを過剰に構築することが、構造的重量も増加させながら衝撃性能を向上させ得、したがって非効率的な設計をもたらすことを認識した。比較すると、本明細書で提供される別個の保護容器は加圧される必要がないことから、衝撃特性は低下せず、材料をより効率的に使用することができる。

【0090】

図４Ａ～図４Ｂおよび図６を参照して説明したようないくつかの例では、本容器は、交互の螺旋状サブ積層体およびエネルギー散逸材料（例えば、発泡体）層を有するマルチコア構造で構築することができる。そのような配置は、衝撃損傷の亀裂停止メカニズムとして機能すると期待される弾性特性の周期的変化を生じさせることがある。これは、容器に複数の耐衝撃性を付与することが期待され、ひいてはＰＶの稼働寿命を延ばすことが期待される。

【0091】

他の例では、マルチコア構造は、交互の螺旋状サブ積層体および部分的に含浸された乾燥繊維強化層を含み得る。部分的な含浸は、過剰な樹脂をブリードアウトし、乾燥繊維層を部分的に含浸させるために、過剰に含浸されたフィラメント巻回螺旋状サブ積層体を使用して達成され得る。これは、衝突性能を改善するためだけでなく、クラッシュボックス内の異なる段階で漏れ検出システムを形成し得る。追加的または代替的に、部分的に含浸された層は、亀裂停止およびより高い損傷許容性を促進する弾性特性の周期的変化を提供し得る。

【0092】

追加的または代替的に、エネルギー散逸材料（例えば、発泡体コア）は、圧力／歪みに応答する圧電／ＦＢＧ検知を備えてもよい。ほとんどの外部層が使用されて、クラッシュボックスを修理するための中断時間を必要とせずに衝撃損傷およびその深さを検出し得る。これは、クラッシュボックスの安全マージン変化のライブ監視を提供し得る。例えばＰＶと接触しているエネルギー散逸材料の最内層は、最終的な漏れを検出するように構成されたセンサを含み得る。しかしながら、圧力容器ではなく容器が衝撃損傷を吸収することにより、そのような衝撃に続く貯蔵／燃料電池ユニットの中断時間が比較的短くなり得ることが理解されよう。

【0093】

いくつかの例では、圧力容器により近い容器の内側シェルの少なくとも一部は、螺旋状に配置されたＵＨＭＷＰＥ、パラアラミド繊維、または本明細書に開示される他の繊維から作製されることができる。そのような螺旋状に配置された材料は、衝撃および高速衝撃中の背面偏向の比較的大きな減少を提供し、衝撃事象中のより小さな鈍り（ｂｌｕｎｔ）をもたらすことが期待され得る。これは、容器を突き抜けてＰＶ内の局所領域に運動量を伝達する衝撃の可能性をさらに低減し、衝撃許容性をさらに向上すると期待される。

【0094】

螺旋状繊維配置は、螺旋状マトリックス分裂および層間剥離を含むマトリックス損傷の形成を通じて衝撃からのエネルギーの散逸を促進し得ることにさらに留意されたい。本明細書のいくつかの例は、そのようなマトリックス損傷を「修復」するために使用され得る繊維強化材料または熱可塑性ベールの埋め込まれた熱可塑性ストリップを含み得る。例えば、熱および／または圧力が損傷した容器に加えられ、熱可塑性材料を溶融させ、割れたマトリックスを再充填させ得る。これは、容器の使用可能寿命を著しく延ばし得る。

【0095】

さらに、より詳細に上述したように、本容器は、ＰＶの挿入に容易に対応するように２つ以上の部品を含み得る。このように、容器は、損傷した場合に容易に交換され得る（必要に応じて、上述したような方法で修復される）。例示的には、２つの同一のハーフシェルが、例えば図２Ａを参照して説明したような方法で、ＰＶ形状によって画定された矢状面の周りに組み立てられて接続され得る。あるいは、中空シェルは、例えば図２Ｂを参照して説明したような方法で、内部でＨＰＶを摺動させるためのドーム開口部を有する容器形状にわたって軸対称を画定するように形成されてもよい。いくつかの例では、容器は、そうでなければ耐衝撃性を低下させ得る容器に対する応力または荷重の変化を抑制するために、加圧後に設置されてもよい。

【0096】

本容器を調製するための操作のいくつかの例は、図９～図１２を参照して説明されているが、本容器は、樹脂トランスファ成形、注入、圧縮プレス成形、繊維巻回、および自動繊維配置を含むがこれらに限定されない技術の任意の適切な組み合わせを使用して調製され得ることが理解されよう。図１０を参照して説明したような方法で、繊維は、エネルギー散逸材料上に直接配置されてもよい。あるいは、図１１を参照して説明したような方法で、繊維は、マンドレル／雄型上に配置されてシェルを形成し、エネルギー散逸材料（例えば、膨張性ＰＵなどの発泡体）がシェルの内側に注入されてもよく、より小さい雄マンドレルが使用されて、発泡体ライナーの厚さを画定する半径方向の空間を残してもよい。さらに他の例では、容器を調製することは、構造のコアを構成するために独立気泡体軸対称マンドレル上に、またはプライの高い圧縮を確保するために軸対称マンドレル上に螺旋状に繊維層のフィラメントワインディングを行うことを含み得、エネルギー散逸材料は、シェルの製造後に挿入され得る。追加的または代替的に、エネルギー散逸材料は、３Ｄ印刷またはフライス加工またはスタンピングされてもよい。追加的または代替的に、エネルギー散逸材料は、それ自体が螺旋状または螺旋状に巻回され得るフィラメント巻回可撓性発泡体を含むか、またはそれから構成されてもよい。

【0097】

図１Ａ～図１Ｂおよび図２Ｂを参照して説明したような例から明らかなように、１つまたは２つの開口部を有する少なくとも部分的に円筒形の中央部の使用は、両側からのＰＶの摺動での出入りを可能にし得る。いくつかの例では、キャップは、容器の入口（首）へのアクセスを可能にするように構成されてもよく、接続パイプを少なくとも部分的に覆ってもよい。例えば図２Ｂを参照して説明したようなねじ付きエンドキャップは、キャップが少なくとも部分的に円筒形の中央部に取り付けられ得る方法の一例である。

【0098】

本発明の様々な例示的な実施形態を上述したが、本発明から逸脱することなく様々な変形および変更が行われることができることは当業者には明らかであろう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に入る全てのそのような変形および変更を包含することを意図している。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【国際調査報告】