(57)【要約】少なくとも部分的に複合素材で製造された１つまたは数個の組立てられた要素的容器またはモジュールを含む高圧流体用タンクに関する。要素的容器(２０)は、複合素材製のシリンダー状本体(２２)と、前記シリンダー状本体をその軸方向端部で閉じる２つのフランジ(３０)と、フランジの外側面の一部によって支持されることによって、実質的に長手方向に容器を閉じる少なくとも１つのベルトとを含む。
2005522638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体に組立てられ少なくとも部分的に、複合素材から製造された１または複数の個別容器またはモジュールを含む高圧下の流体用タンクであって、
前記タンクは、各個別容器(２０)が、複合素材のシリンダー状本体(２２)と、シリンダー状本体の軸方向両端部を閉じる２つの端部プレートと、実質的にシリンダー状本体の長手方向周囲を通り、両端部プレートの外側面の一部と向き合ってこれを支持する少なくとも２つのストラップ(４０a，４０b)とを含んでおり、前記ストラップは、シリンダー状本体(２２)の中間長手方向面の両側に配列された点を特徴とするタンク。
【請求項２】
容器の端部プレート(３０)の少なくとも一つは、ストラップ間のスペース内に収容された計測用、安全用、または接続用の機器(５２)を装着する点を特徴とする請求項１記載のタンク。
【請求項３】
ストラップ(４０a，４０b)は、連続ファイバーの補強体を備える複合素材から製造される点を特徴とする請求項１または２記載のタンク。
【請求項４】
端部プレート(３０)は、複合素材製であり、その内側面に液密性の被複層を備える点を特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載のタンク。
【請求項５】
端部プレート(３０)は、金属製である点を特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載のタンク。
【請求項６】
各ストラップ(４０a，４０b)は、各端部プレートの外側面に形成された溝(３６a，３６b)内を通る点を特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載のタンク。
【請求項７】
各端部プレート(３０)は、シリンダー本体(２２)の一端に漏れない態様で係合された部分(３４)を備えるプラグの形態をなす点を特徴とする請求項１〜６のいずれか１記載のタンク。
【請求項８】
各容器のシリンダー状本体(２２)は、耐流体性の素材の中間被複層(２４)を備える点を特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載のタンク。
【請求項９】
シリンダー状本体(２２)と少なくとも１つの端部プレート(３０)との間の回転を防止するために、少なくとも１つの部品(１６)が設けられ、端部プレートがシリンダー本体の軸を中心としてシリンダー状本体に対し回転することを防止する点を特徴とする請求項１〜８のいずれか１記載のタンク。
【請求項１０】
複数の個別容器(２０)を含み、タンクは、並んで配置された２つの容器が、隣接端部プレート(３０)を介して相互の直接的物理的接触をなす点を特徴とする請求項１〜９のいずれか１記載のタンク。
【請求項１１】
複数の個別容器(２０)を含み、タンクは、２つの隣接容器が、２つの容器の並んで配列された端部プレート(３０)を相互接続する少なくとも１つの機械的連結部材(５０)によって、一体に接続されている点を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１記載のタンク。
【請求項１２】
複数の個別容器(２０)を含み、タンクは、２つの隣接容器の内側容積が、２つの容器の並んで配列された端部プレート(３０)を相互接続する少なくとも１つの接続パイプ(４２)を介して互いに連通している点を特徴とする請求項１〜１１のいずれか１記載のタンク。
【請求項１３】
少なくとも幾つかの個別容器が、１つの端部プレート内を通って形成された少なくとも１つの出口を介して液体取り出し部材に接続される点を特徴とする請求項１〜１２のいずれか１記載のタンク。
【請求項１４】
複数の個別容器が、バンドルを形成しており、前記バンドルは、バンドルの周囲を通るデバイス(１７)によって少なくとも部分的には一体に支持される点を特徴とする請求項１〜１３のいずれか１記載のタンク。
【請求項１５】
長さを異にする複数の個別容器を含む点を特徴とする請求項１〜１４のいずれか１記載のタンク。
【請求項１６】
保護盾を備える点を特徴とする請求項１〜１５のいずれか１記載のタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
この発明は、高圧下の、すなわち、１メガパスカル(MPa)より大きい圧力の流体用のタンクに関する。
この発明の、特別な、しかしそれのみには限定されない適用分野は、自動車用に約２０MPaに圧縮されたガスを保持する天然ガス(VNG)用のタンクである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】WO98/26209号
【０００３】
【特許文献２】JP10-274391号
【０００４】
【特許文献３】DE3,026，116号  発明の背景  高圧下の気体または液化燃料を使用する自動車推進手段の開発は、望み得る最善の安全状態の下における下記の状態を実現する燃料貯蔵技術の探求に向けられている。  -容量パフォーマンスの最大の指針または搭載係数(公定の大きさに対する搭載量の比)を獲得すること。
【０００５】
-最大の構造係数(タンク容量に対する搭載容量の比)を獲得すること。
-低コスト技術の利用。
液化石油ガス(ＬＰＧ)エンジンにあっては、使用圧力は比較的低い(約１ＭＰa)ので、構造係数は、他の要素よりも差別性が低い。
これとは対照的に、ＶＮＧエンジンの場合は、圧力が極めて大きく約２０ＭＰaである。この分野において、既存のタンクは、金属または複合素材のどちらかから作られるほぼシリンダー状の１または複数の個別容器またはモジュール製である。
【０００６】
良好な充填係数を維持するとともに、流体を高圧の下に貯蔵することができるタンクは、特許出願ＷＯ  ９８/２６２０９号において提案されている。この従来技術のタンクは、個々のチューブ状容器の複数個で作られており、次の特別な利点を備える多様な構造体を示す。
【０００７】
-利用が可能なスペースに順応することが非常に容易である。
-モジュラー型である。
-その貯蔵容量は細分化されており、必要に応じて、安全上の諸目的を満たすために個別の容器を分離することができる。
-各個別容器用の壁厚要件は、同じ実用搭載量を備える単一本体のタンクに当て嵌まる要件に較べて非常に小さいので、その容積は比較的小さい。
【０００８】
モジュールが金属製であるときは、それらは、比較的小さい構造係数を示す。複合素材製のモジュールの場合は、構造係数が相当大きいが、耐圧性能に関する制約から、大きい壁厚が必要となり、それによって、搭載係数に影響する。更に、底部がモノリスの(monolithic)タンク+複合素材からのフェルール(ferrule)タイプのものは、特に、複合素材の繊維補強物を捲着および/またはドレープを施すための相当に大きい製造上の制約、をもたらし、そしてまた、必要な冷却、特に、捲着したりドレープした構造物を除去することを可能にするマンドレルや形成体の制約をもたらす。
【０００９】
特許出願DE3,026,116号は、平面状の壁を介して互いに接触状態にある複数のタンク部分を含む高圧流体のタンクの製法を提案する。このタンク部分は、周囲のストラップによって一緒に保持される。蓋がその長手方向端部においてタンク部分を閉じる。長手方向のストラップは、蓋の隣接縁部に位置して、これらを定位置に保持するように機能する。
【００１０】
各蓋が蓋の縁の部分に存在する単一のストラップによって保持されているという事実は、高圧に耐える性能を保証するものではない。
更に、各長手方向ストラップが、２つのタンク部分の間で分担されるという事実は、タンク構造の融通性を制限し、特に、長さの異なるタンク部分を一緒に組立てることを可能にしない。ストラップを利用することによって耐圧タンクの性能を改善することは、ファイバー補強テープの形態をなす周辺ストラップの利用を示す文献であるJP10-274391号にも記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明の目的と発明の概要
この発明の１つの目的は、１または複数の個別容器で構成される高圧流体用タンクでありながら、個別容器の構造が簡単であり、したがって、製造コストの大きな低減を可能にするとともに、他方においては、コンパクトで高パフォーマンスをもたらすタンクを提案することである。
【００１２】
この発明の別の目的は、ＶＮＧタンクにおいて出会う典型的なオーダーの高圧、すなわち、約２０ＭＰaに耐える高性能を示すタンクを提案することである。
この発明の別の目的は、高度に融通性のあるモジュラー構造体、特に、タンクを受け入れるために利用できるスペースに順応する様々な形のタンクの構造を実現することである。
【００１３】
これらの目的は、１または、複数の各容器が、複合素材のシリンダー状本体と、前記シリンダー状本体の軸方向両端部を閉じる２つの端部プレートと、実質的にその長手方向において、容器の周囲を通り端部プレートの外側面の一部と向き合ってこれを支持する少なくとも２つのストラップとを含むという事実によって達成される。ここに、前記ストラップは、シリンダー状本体の中央長手方向の両側に配置される。
【００１４】
各容器を２つの長手方向ストラップによって定位置に支持される２つの端部プレートと関連するシリンダー状本体として製造することは、以下の多数の利点を提供する。
-シリンダー状本体は、内圧によって生じる径方向力だけに耐えるような大きさとすることができるので、壁厚を小さくすることが可能である。
【００１５】
-径方向力を処理する機能と、長手方向力を処理する機能を分離することは、シリンダー状本体、ストラップ、端部プレートに用いられる素材の範囲を拡大するとともに、これらの諸パーツに用いられる寸法の範囲を拡大する。
-シリンダー状本体は、一定の決まったセクションであるから、様々な連続した、または半連続的な製造方法、すなわち、捲着やドレープの技術のみならず、「引き抜き」(pultrusion)」法のような複合素材の管状構造体を得るための他の方法を用いることができる。
【００１６】
-２つの長手方向ストラップの使用は、高圧下を含むシリンダー状本体の固定保持を可能にする。そして、
-少なくとも、一対の端部プレートの間のスペースが、計測、安全、または接続機器を、あらゆるサイズを犠牲にすることなく収容するための凹部の形成に利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
これらのストラップは、金属又は複合素材から製造することができる。もしもこれらが複合素材から製造されるならば、連続ファイバーを用いたファイバー補強体を含む。
端部プレートは、金属または構造的複合素材で製造することができる。
有利なことには、各ストラップは、各端部プレートの外側面に形成された１つの溝に沿って通過する。
【００１８】
やはり、有利なことには、各端部プレートは、シリンダー本体の一方の端部に漏れがない態様で係合する部分を備えるプラグの形態をなしている。回転防止部材もまた、シリンダー状本体と端部プレートの少なくとも１つの間に設けられることができ、端部プレートが、シリンダー本体の軸を中心に回転することを防止する。
【００１９】
シリンダー状本体と、各容器の端部プレートは、容器の構成素材の性質と収容される流体の性質に依存する液密素材の内側被覆層を備えることができる。
複数の容器が存在する場合は、これらの容器は、有利にも端部プレートによって規定されるプリズムまたは長方形の平行六面体の形態をなす容積を占めるので、これらを並べて配置することによって、容器をモジュラー態様で一緒に組立てることが可能になる。
【００２０】
２つの隣り合う容器の間の機械的接続は、したがって、機械的連結部材によって、例えば、これら２つの容器の隣接端部プレートを介して一体に接続することによって達成される。
１つの変形においては、容器はバンドルとして組立てることができ、バンドルの周囲に配置されるデバイスによって少なくとも部分的に支持される。容器は、長さを異にしても差し支えない。
【００２１】
２つの隣接容器の内部容積は、２つの容器の隣接端部プレート同士を接続する少なくとも１つの流体接続を介して互いに連通させることができる。
１つの変形または、追加として、少なくとも幾つかの容器が、１つの端部プレートを通って形成される少なくとも１つの出口を介して流体マニホールドに接続されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
発明の具体例の詳細な説明
この発明のタンクの他の特徴と利点は、非限定的な表示を介して、添付図面を参照して与えられる下記の説明において現われる。
図１は、(全部が示されるわけではないが)並んで配置された個別モジュールまたは容器２０のアセンブリーとして構成されたタンク１０を示す。各容器２０は、それぞれの端部プレート３０によってその軸方向端部において閉じられたほぼシリンダー状の本体２２を含む。容器２０は、互いに並んで配列されており、それぞれが、端部プレート３０の形状によって規定された長方形の平行六面体２１の容積内に収容されている。容器の組は、それを収容することが可能なスペースによって規定される容積内に収容される。断面においては、この組は、オプションによって規則的な多角形を呈するとともに、他の容器の長さとは長さが異なる容器も幾つかあるので、タンクは、(図１には示さないが)陥没したり突出したりする部分を示す。
【００２３】
図２および３は、個別の容器２０を一層詳細に示している。例えば円形断面であるシリンダー状本体２２は、マトリクスによって浸透されたファイバー補強体を含む構造複合素材で製造される。一例を挙げれば、この補強ファイバーは、カーボン、ガラス、アラミド、ポリエチレン等である。一例をあげれば、マトリクスは、熱可塑性または熱硬化性樹脂である。シリンダー状本体２２もまた、補強ファイバーとカーボンまたはセラミックのマトリクスを有する熱構造性複合素材で製造することができる。
【００２４】
シリンダー状本体２２は、容器２０に、それが収容する流体の圧力の径方向成分に抵抗する性能を付与する。
シリンダー状本体２２を製造するために、事前に樹脂浸漬を施した糸条をマンドレルに捲着する方法、事前に樹脂浸漬を施したファイバーのプライまたはストリップをマンドレルに捲着する方法、或いはまた、プライを樹脂トランスファー成形する方法(樹脂トランスファー成形すなわち「ＲＴＭ」)のような様々な知られた方法が用いられる。このシリンダー状の形状はまた、「引き抜き(”pultrusion”)」方法の使用を可能とし、シリンダー状本体２２と連続する大きい長さの管を製造し、これを所望の長さに切断することを可能にする。
【００２５】
シリンダー状本体２２は、必要な場合には、その内側面に、液密であって、実質的に厚さが一定の被覆層２４(または「ライナー」)を備えている。この被覆層２４は、金属箔、例えば、アルミニューム合金、或いはまた、プラスチック材料、例えば、ポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、或いはまたエラストマーであっても差し支えない。被複層２４は、少なくとも、流体と接触するようになる表面全体に亘って存在する。
【００２６】
被複層２４は、それが製造された後は、シリンダー状本体２２の内面に貼り付いてもよい。変形においては、被覆層２４は、シリンダー状本体２２が製造されるとき、例えば、被覆箔に直接捲着するかドレープすることによって、または、被覆材料中に同時に供給するときに引き抜きを施すことによって、これと一体化されてもよい。
【００２７】
シリンダー状本体２２の両端部を閉じる両端部プレート３０は、プラグの形態をなし、それぞれが、シリンダー状本体の端部と向き合ってこれを支持するヘッド３２と、その内部に貫通するスカート３４とを含んでいる。
この端部プレートは、構造的複合素材の単一片から製造することができる。この端部プレートは、シリンダー状本体のように、必要な場合は、内面に液密な被複層を備えることができ、前記被複層は、シリンダー状本体２２の被複層２４と連続するように作られる。
【００２８】
端部プレート３０は、金属材料、例えば、アルミニューム合金の単一片として作られることが好ましい。ヘッド３２は、容器２０のために利用できるスペースを規定する長方形の平行六面体の容積２１の断面に適切に内接する多角形の断面を呈している。
スカート３４は、被複層２４の内面と対向してこれを支持するシールリング３５を受け入れる少なくとも１つの溝を有する。
【００２９】
各端部プレート３０が、シリンダー状本体２２に対してその軸を中心に回転することを防止するために、１または複数のピン１６によって回転が停止される。前記ピン１６は、シリンダー状本体２２の壁内に形成されたスロット２８を介して、容器の内部容積に対してシールリングの３５の外側に形成された盲孔内に受け入れられる。スロット２８は、長手方向に延出して、容器が圧力の下にあるとき、シリンダー状本体と端部プレートの間で軸方向に対して移動することができる。
【００３０】
個別のタンク２０内に保持される流体によって作用される軸方向圧力に耐える端部プレート３０の性能は、少なくとも２つのストラップ４０aと４０bによって提供される。これらのストラップは、端部プレート３０の外側面と向き合ってこれを支持する容器２０の長手方向周囲に延出している。これらのストラップ４０aと４０bは、有利にも、端部プレートのヘッド３２の端面に形成された溝３６aおよび３６bに収容されているので、これらストラップは定位置に保持される。
【００３１】
溝３６aおよび３６bの深さは、両ストラップ４０a、４０bの全体の厚さが、ヘッド３２の外側面にいかなる突出部も生じることなく、それらの内部に受け入れられるように選択される。これらの溝３６aと３６bは、したがって、これらが果たす案内機能に加えて、容器の端部においてストラップを保護する機能を遂行する。溝３６aと３６bの底部とストラップの間には、１つの中間層、例えばエラストマーの層が配置されてもよい。
【００３２】
ストラップ４０aと４０bは、よぷきの周囲に固定される金属ストリップによって構成されることができる。これらのストラップは、ファイバー補強体とマトリクス、例えば、樹脂マトリックスを有する構造複合材料で作られることが好ましい。補強ファイバーは、長手方向の力に耐える性能を提供する連続ファイバーである。このファイバーは、カーボン、ガラス、アラミド、ポリエチレン等で作られ、マトリクスは、例えば、フェノール樹脂またはエポキシ樹脂で作ることができる。ストラップ４０a、４０bは、次に、フィラメントまたはファイバーを、マトリクス樹脂とともに事前に浸漬されたストリップの形態をなす布帛に捲着することによって定位置に置くことができる。
【００３３】
２つのストリップ４０a、４０bは、容器の中間面の両側に位置する互いに平行な面に沿って延出する。その結果、ストラップ４０a、４０bおよび溝３６a、３６bの凸部をなす部分は、長方形の平行六面体の容積２１内部に内接し、全体のサイズを増加しない。
【００３４】
２つのストリップを用いることが好ましいが、２より多いストラップを設けること、例えば、ストラップ４０a、４０bの面とは平行しない面に、または、端部プレートのヘッド３２を越えて交叉する場合は、ストラップを越えて交叉して、１または複数の追加ストリップを設けることが可能である。
【００３５】
図１〜３の具体例においては、各個別容器が互いに内部で連通するか、少なくとも、その隣接容器とは一方の端部において連通している。
このために、そして、図４および５に示すように、それぞれの内部通路４２aを備える管状継手４２が、端部プレート３０のヘッド３２の側面３２１、３２２、３２３、３２４の少なくとも１つに形成される孔３８内に挿入されるように設計される。シールリング４６もまた、継手４２にマウントされるので、孔３８内へ貫通される継手の部分と孔の内側壁の間に介在することができる。各管状継手４２は、例えば、フラスコ(flasks)３０の隣接側面に形成される凹部３８a内に収容されるカラー４４の存在によって、２つの隣接端部プレートの間の定位置に保持される。
【００３６】
２つの隣接容器の内部容積間の連通は、このように、端部プレートのスカート３４を介してシリンダー状本体の内側容積へと開く管状継手４２と孔３８とによって、提供される(図３参照)。
各容器は、端部プレート３０の側面３２１、３２２、３２３、３２４の側面を介して１または複数の隣接容器と自然の直接物理的接触状態にある。これらの容器は、端部プレート３０のヘッド３２内の孔３９に係合されるねじ５１によって固定される継ぎ目板(fishplate)５０のような局部ファスナーによって一緒に組立てることができる(図１、４参照)。
【００３７】
継ぎ目板による接続は、容器の両端部で行われる。
変形において、または、これに追加して、タンクアセンブリーは、図６に示すように、端部プレートと同じレベルで個別の容器の軸と直角な方向にタンク１０を周回する少なくとも１つのベルト１７によって一体に保持されることができる。このタンクは、長さの異なる容器から構成される。
【００３８】
容器２０が直接相互接続されるとき、タンクと液体取り出し管１４(図１)の間の液体接続は、使用時にその形態が最も適切に与えられるタンクの部位にある単一の容器２０を介して提供される。
変形において、特に、容器が相互接続されていないか、或いは、容器が全部は全部が相互接続されていない場合に、もし必要ならば、１または複数の取り出し管と個別容器の間の複式の液体接続が行われることが可能である。図７は、１端においてマニホールド形成管１４にそれぞれ接続された容器の高度に概略的な図である。マニホールド管１４は、取り出し管１５を介して一体に接続されており、前記取り出し管１５は、次に容器２０を一体に保持するために機械的に機能することができる。
【００３９】
容器の長さおよび/または配列は、タンクを囲むために利用できるスペースに対応してタンクに所望される一般的な形状に合致するように選択される(図６、７参照)。
上記の１つのタンク１０は、ＶＮＧで走行する自動車内で高圧下のガスを貯蔵するために特に適切である。それは、有利にも、それ自身は知られている(先に引用されているWO98/26029号参照)(図示しない)少なくとも、外部からの攻撃から複合材料製の可視部分を保護するための金属または複合素材製の防護盾を備えている。
【００４０】
図８は、容器２０の内部容積とマニホールド管１４との接続がどのようになされるかを示している。１つのダクト４８が、個別のタンクの１端において端部プレート３０のヘッド３２内に形成される孔３７に接続される。ダクト４８は、マニホールド管１４に接続される。
【００４１】
同様な配置が個別タンクの他端にも設けられるが、この場合は、それが単一のマニホールド管に接続されるのではなく、２つのマニホールド管に接続されている。
有利なことには、端部プレートにおけるストラップの間のスペースは、圧力計、独立システム、熱ヒューズ、流量リミッター、またはマニホールド管を備える継手のような計測、安全、または継手機器の少なくとも１つを収容するために用いられる。この配置は、これらの機器が、タンクの内部容積の内側と一体化されることを可能にするとともに、それを保護することに貢献する。
【００４２】
図９に示す例においては、機器５２、例えば、圧力計が端部プレート３０に形成される中央開口にねじ込まれ、シールリング５４が介装される。
図１０の具体例においては、同様に、機器５２がシールリング５４とともに一緒に端部プレート３０の中央開口に挿入されるが、機器５２に接するフランジ５８を通過するねじ５６によって機械的な接続が提供される。
【００４３】
図１１の具体例は、機器５２が、その内部を通過するダクト６０を備え、容器の内部容積がマニホールド管１４に接続される点において図９の具体例とは異なる。図１１の具体例において、機器５２は、図１１に代えて図１０に示すように、ねじによって端部プレートに接続されることが可能である。
【００４４】
当然のことながら、この発明の範囲を逸脱することなく他の変形を想定することが可能である。
したがって、各個別の容器が内接することができる容積は、端部プレートのヘッドの形状次第で長方形の平行六面体以外のプリズム状とすることができよう。例えば、端部プレートのヘッドは、六角形状の断面を持つことができる。
【００４５】
更に、タンクは、パイプによって相互接続された個別容器の１つのアセンブリーを含む複数のサブアセンブリーで構成することができる。そのようなサブアセンブリーで構成されたタンク形態の具体例は、自動車内部において利用できる様々なスペースの最大の利点を獲得するために機能する。
【００４６】
更には、タンクは、個別容器のために上に説明した１つの容器と同様な態様で作られた単一容器を含むことができる。
最後に、この発明の意図的な適用は、ＶＮＧで走る自動車用のガスタンク用ではあるが、高圧下の流体用の任意のタンクにも応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明のタンクの具体例の高度に概略的な断片的斜視図。
【図２】図１のタンクの１つの個別容器の断片的拡大斜視図。
【００４８】
【図３】図２の容器の断片的長手方向断面図。
【図４】図１の隣接容器同士の間の連結具体例を示す断片的拡大分解斜視図。
【図５】図４の具体例における２つの隣接容器間の断片的連結断面図。
【図６】タンク形成容器の変形アセンブリー形態を示す高度に概略的な図。
【図７】タンクを形成する容器の内部容積の間の接続形態の変形を示す高度に概略的な図。
【図８】タンクの容器とマニホールド管の間の連結を示す概略的断面図。
【図９】ハウジングの設備に好適な容器の端部プレートの変形具体例を示す断面図。
【図１０】図９と同様な図。
【図１１】図９と同様な図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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