(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側の保管スペースを規定している壁(４)を有している複合材料の圧力容器(１)であって、
前記壁(４)は、
導電性であり、１つ又は複数の補強用ファイバーを含んでいる補強層(１１)と、
前記補強層(１１)を覆っている導電層(１５)と、
前記補強層(１１)と前記導電層(１５)との間に介在されている誘電体層(１４)とを、
前記補強層(１１)により形成されている第１のプレート、前記導電層(１５)により形成されている第２のプレート、及び前記誘電体層(１４)により電気キャパシターを形成するように具備しているとともに、
前記電気キャパシター(１３)の前記第１及び第２のプレートに接続されている電気ターミナル(１９，２０)を具備している、圧力容器（１）。
【請求項２】
前記壁(４)は、互いに電気的に分離され、前記壁(４)の複数異なる領域に位置された複数の電気キャパシター(１３)を形成している、請求項１に記載の圧力容器（１）。
【請求項３】
前記複数の電気キャパシター(１３)は、前記導電層(１５)を、互いに離間され且つ電気的に絶縁されている複数の部分(１５’)に分けることにより与えられている、請求項２に記載の圧力容器(１)。
【請求項４】
前記補強層(１１)は、樹脂が含浸された導電ファイバーを有している、請求項３に記載の圧力容器(１)。
【請求項５】
前記誘電体層(１４)は、絶縁樹脂が充填された誘電体合成材料のメッシュを有している、請求項４に記載の圧力容器(１)。
【請求項６】
前記誘電体層(１４)は、絶縁樹脂のマトリックスにより結合されたグラスファイバーを有している、請求項４に記載の圧力容器(１)。
【請求項７】
前記導電層(１５)は、
導電性粘着剤を有するペイントと、
物理蒸着ＰＶＤにより与えられた金属コーティングと、
プラズマ増強化学蒸着ＰＥＣＶＤにより与えられた金属コーティングと、
拭き付けにより与えられた金属コーティングとの、いずれか１つを有している、請求項４に記載の圧力容器(１)。
【請求項８】
請求項１に記載された圧力容器(１)と、
１つ又は複数の前記電気キャパシター(１３)の前記電気ターミナル(１９，２０)に接続され、前記電気キャパシター(１３)の少なくとも１つの電気的な特性のリアル値を検出するために、前記電気キャパシター(１３)に少なくとも１つの電気的なテストを受けさせ、検出された前記電気的な特性のリアル値に基づいた、前記壁(４)の構造上の状態を表している少なくとも１つの制御データ又は信号を発生させるように構成されている電気制御ユニット(１６)と、を具備する、圧力容器の制御システム。
【請求項９】
前記電気制御ユニット(１６)は、通知装置(２１)に接続されており、前記通知装置(２１)を、この通知装置が発生された制御データ又は信号に従って通知するように制御する、請求項８に記載の制御システム。
【請求項１０】
圧力容器(１)の構造上の特性を制御するための方法であって、
内側の保管スペースを規定している壁(４)を有している複合材料の圧力容器(１)を準備することを具備し、
前記壁(４)は、
導電性であり、１つ又は複数の補強用ファイバーを含んでいる補強層(１１)と、
前記補強層(１１)を覆っている導電層(１５)と、
前記補強層(１１)と前記導電層(１５)との間に介在されている誘電体層(１４)とを、
前記補強層(１１)により形成されている第１のプレート、前記導電層(１５)により形成されている第２のプレート、及び前記誘電体層(１４)により電気キャパシターを形成するように有しているとともに、
前記電気キャパシター(１３)の前記第１及び第２のプレートに接続されている電気ターミナル(１９，２０)を有し、そして、この方法は、更に
電気制御システム(１６)を前記圧力容器(１)の前記電気ターミナル(１９，２０)に接続することと、
前記電気制御システム(１６)によって、前記電気キャパシター(１３)の少なくとも１つの電気的特性のリアル値を検出するために、前記電気キャパシター(１３)に少なくとも１つの電気的なテストを受けさせることと、検出された前記電気的特性のリアル値に基づいて前記壁(４)の構造上の状態を示す少なくとも１つの制御データ又は信号を発生させることを実行することを、
具備する方法。
【請求項１１】
所定の時間間隔で、前記電気的なテストを自動的に実行することを具備する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気的なテストは、
前記電気キャパシター(１３)の容量を検出することと、
前記電気キャパシター(１３)の絶対誘電率を検出することと、
１つ又は複数の周波数のもとで、前記電気キャパシター(１３)のインピーダンスを検出することと、のいずれか１つを有している、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
異常のない壁(４)の前記電気キャパシター(１３)の電気的な特性の１つ又は複数の基準値を算出し及び／又は検出することと、
算出及び／又は検出された基準値を記憶することと、
前記電気制御システム(１６)により、検出された前記電気的な特性のリアル値と前記記憶された基準値とを比較することと、
前記リアル値と前記基準値との間の比較の結果に基づいて前記制御データ又は信号を発生することとを具備する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
損傷した前記壁(４)の、又は予めクラス分けされている構造の異常性を有している前記壁（４）の前記電気キャパシターの電気的な特性の値である１つ又は複数の異常表示値を算出し、及び／又は検出することと、
算出及び／又は検出された前記異常表示値を記憶することと、
前記電気制御システム(１６)により、前記検出された電気的な特性のリアル値と前記記憶された異常表示値とを比較することと、
前記リアル値と前記異常表示値との間の比較の結果に基づいて前記制御データ又は信号を発生することとを具備する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
発生した前記制御データ又は信号に対応している視覚又は音響での通知を、前記電気制御システム(１６)により与える工程を具備する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記制御データ又は信号を、遠隔のモニターステーションに前記電気制御システム(１６)により伝える工程を具備する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
この方法の前記与える工程と伝える工程とは、前記壁(４)の複数の領域に対して選択的になされる、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明の目的は、複合材料の圧力容器、例えば、加圧された気体を収容するためのガスシリンダー、又は、圧力アキュムレータである。
【背景技術】
【０００２】
既知の複合材料のガスシリンダーは、通常、例えば、中に保管されている気体に対して不浸透性であるスチール又は合成材料で形成されている内側層と、動作圧力の基でシリンダーの機械的強度を有するファイバー強化複合材料でできている外側層と、シリンダーの外側から内側への流れ開口部を形成しているネック部と、前記流れ開口部の開閉のためのバルブを受けている座部とを有している。
【０００３】
この既知のガスシリンダーは、多方面での使用が意図されており、製造のための規定とこれらのテストとは、適用に応じて異なっている。ガスシリンダーの主な適用の例としては、モータの推進用、家庭用、又は、工場用の液化又は加圧されているガスの保管物、圧縮空気の緩衝用タンク、呼吸装置のための呼吸に適した混合物の保管物、医療用ガスの保管物、及び、消火器が、あげられ得る。
【０００４】
圧力に対しての機械的耐性及び不浸透性の機能のための異なる材料の使用により、複合ガスシリンダーは、自動車産業での適用のために、非常に低い重量運搬能力比(weigh/carrying capacity ratio)と、一体性とを有している。
【０００５】
しかし、複合ガスシリンダーの比較的複雑な構成は、並びに、不浸透性の層と、補強層と、ネック部との異なる材料間の相互作用は、シリンダーのシールの問題と、特に、延長された動作時間の場合には、内側の層と外側の層とネック部との間の界面領域と合成材料との低下の現象とを含み得る。
【０００６】
このような構造及びシールの低下は、内側の不浸透性の層の材料と外側の補強層(これらは面全体に渡って互いに接続されている)の材料との熱膨張係数間の相違によりいっそう悪くされる。このような熱膨張係数の相違は、２つの層の周期的なストレスをもたらし、これらの界面により、これらの自由で独立している熱変形が阻止されていることにより生じる。
【０００７】
最後に、複合材料のガスシリンダーは、補強用のファイバー層を損傷し、中に保管されている気体の圧力抵抗を減じる可能性のある機械的衝撃、切断、摩耗にもとづく損傷に対して敏感である。
【０００８】
例えば、自動車の分野において、複合ガスシリンダーの破裂のリスクを減じるか無くすために、起こり得る損傷の診断を信頼性良く容易にすることができる必要性を感じている。
【０００９】
このために、ガスシリンダーの補強層内に巻かれ、光源に接続可能である光ファイバーと、光源からから光ファイバーに伝送される光パルスを処理する装置とによる診断システムが提案されている。今までは、このような解決は、頗る信頼性がなく、また、光ファイバーのコストのために、非常に高価である。
【００１０】
更に、シリンダーの壁に埋め込まれ、衝撃を受けたときに、染料を放出し、できた損傷の視覚による表示を与えるように構成されている染料のカプセルにより、起こり得る損傷を示すような提案がある。しかし、この解決策は、例えば、自動車の分野で必要とされている自動的、システム的、且つ標準化された診断には、適していない。
【発明の概要】
【００１１】
かくして、本願発明の目的は、従来技術を参照して説明された欠点の少なくとも幾つかを克服するような特性を有する複合材料の圧力容器を提供することである。
【００１２】
本願発明の特別な目的は、減じられたコストと、例えば、圧力容器の構造状態の関数として圧力容器により影響される電気信号の自動的又はシステム的な処置による自動化とにより、簡単で信頼性があるようにして損傷の識別を可能にするように構成されている複合材料の圧力容器を提供することである。
【００１３】
この及び他の目的は、内側の保管スペースを規定している壁を有しており、前記壁は、
導電性であり、１つ又は複数の補強用ファイバーを含んでいる補強層を有する、複合材料の圧力容器において、前記壁は、
・前記補強層により形成されている第１のプレートと、
・補強層の外周で延びている誘電体層と、
・前記誘電体層の外周で延びている導電層により形成されている第２のプレートと、
・前記第１及び第２のプレートに接続されている複数の電気ターミナルとを備えている、電気キャパシターを具備することを特徴としている。
【００１４】
圧力容器の少なくとも１つの構成部材が、電気キャパシターの電気構成部材を構成しているので、キャパシターによりなされる電気的なテストにより、構造上の特性を、かくして、起こり得る構造上の損傷を診断することが可能である。この電気的なテストは、所定の時間間隔で、又は、所定の出来事の関数として、例えば、気体で駆動される自動車の設定された動作工程の関数として、自動的に行われ得、又、電気制御回路により駆動され得る。
【００１５】
本願発明の目的は、又、内側の保管スペースを規定しており、１つ又は複数の補強用のファイバーを含んでいる補強層を有する壁を具備している複合材料の圧力容器の一体性を、検証するための方法により達成される。
【００１６】
この方法は、
・導電体として前記補強層を準備することと、
・前記補強層の外側に誘電体層を準備することと、
・前記誘電体層の外側に導電層を準備することとを含み、
この結果、前記補強層と誘電体層と導電層とは、電気キャパシターを構成し、更に、
・前記キャパシターの少なくとも１つの電気的特性のリアル値を検出するように、キャパシターに少なくとも１つの電気的なテストを受けさせることと、
検出された電気的特性に基づいて補強層の構造上の性質を示す少なくとも１つのデータを発生させること、を含んでいる。
【００１７】
本願発明より良く理解し、これの効果をより良く評価するために、これの幾つかの限定されない実施の形態が、図を参照して以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本願発明の一実施の形態に係わるガスシリンダーの長手方向の断面図である。
【図２】図２は、図１の細部の拡大図である。
【図３】図３は、本願発明の一実施の形態に係わる圧力アキュムレータの長手方向の断面図である。
【図４】図４は、図３の細部の拡大図である。
【図５】図５は、複合材料の構造物の、例えば、ガスシリンダー又は圧力アキュムレータの細部の断面図である。
【図６】図６は、複合材料の構造物の、例えば、ガスシリンダー又は圧力アキュムレータの特性をモニター及び診断するためのシステムを示している。
【図７】図７は、圧力タンクを、例えば、ガスシリンダーを備えている自動車と、実施の形態に係わるタンクの構造の特性をモニター及び診断するためのシステムとを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図を参照すると、ガスシリンダー(以下ではシリンダー)又は圧力アキュムレータは、概して、符号１で全体が示されており、複合材料の圧力容器の限定されない例を示している。
【００２０】
このシリンダー１は、閉成バルブ３により閉成可能な気体保管スペース２を内部に規定している壁４を有している。
【００２１】
この壁４は、保管されている気体により発生される内圧に、もしくは、異なる機械的、熱的、又は、化学的ストレスに耐える機能を奏している。
【００２２】
壁４は、剛性があり、広い意味で、複合構造物を形成している。この構造物の少なくとも１つの構造上の特性が、例えば、破壊強度、及び／又は、損傷の有無、構造上の一体性、材料及び／又は層及び／又はファイバー及び／又は表面の連続性等が、モニターされ、及び／又は、実証され及び／又は、テストされ、及び／又は、記憶されることが望まれている。
【００２３】
本願発明の一態様に係われば、壁４は、
・内部に前記ガス保管スペース２を規定しているシール層１２と、
・シール層１２に対して(周りで)外側で延びており、１又は複数の補強用ファイバーを含んでいる補強層１１とを有している。この補強層１１は、電気キャパシター１３と同様に導電体である。
【００２４】
キャパシター１３は、前記補強層１１により形成されている第１のプレートと、この補強層１１に対して(周りで)外側で延びている誘電体層１４と、誘電体層１４に対して(周りで)外側で延びている導電層１５により形成されている第２のプレートと、第１及び第２のプレートに接続されている複数の電気ターミナル１９，２０とにより構成されている。シリンダーの少なくとも１つの構造物(壁４)が、電気キャパシターの電気部品を形成するようなガスシリンダー１の形態により、構成上の特性を、かくして、キャパシター１３によりなされる電気的なテストにより部品の起こり得る構造上の損傷を診断することが可能である。この電気的なテストは、所定の時間間隔で、又は、所定の出来事の関数として、例えば、電気制御回路により駆動され、気体によりパワーが与えられる自動車の動作工程を決定する関数として自動的になされ得る。
【００２５】
本願発明に係われば、シリンダー１の構造的状態をモニターするための方法は、キャパシターの少なくとも１つの電気的な特性を検出するように、少なくとも１つの電気的なテストを壁４に形成されているキャパシター１３にさせる工程と、検出された電気的な特性に従っている補強層１１の構造上の特性を示す少なくとも１つのデータを発生させる工程とを有している。
【００２６】
キャパシター１３の電気的なテストの工程は、キャパシターの容量の検出を含んでいる。この目的のために、電位差(電圧)が、第１のプレートと第２のプレート(補強層１１と導電層１５)との間に与えられ、与えられた電圧に比例する、又は、これに関連した量(例えば、キャパシター１３を有するＲ−Ｃタイプの測定回路の放電時定数)の、キャパシター１３の電荷Ｑが検出される。電気容量(ファラド)は、電荷Ｑと印加された電圧との間の比の比例定数(Ｃ＝Ｑ／ΔＶ)であり、特別なキャパシター１３の電気的特性を生じさせている。この容量Ｃは、第１及び第２のプレートのと、幾何学的形状と、誘電体層１４の材料の厚さ、分布、及び、タイプとに依存している。従って、検出される容量Ｃは、他の特性の中でも、補強層の構造上の特性、例えば、厚さ、厚さでの変化、連続性、不連続性、中断、切欠き、傷、つぶれ、等に依存している。
【００２７】
加えて、又は、代わって、キャパシター１３の電気的なテストの工程は、キャパシター１３の絶対誘電率(absolute electric permittivity)の検出を含み得る。最も単純であり、限定されない例では、平坦で平行なプレートを備えているプレーナーキャパシター１３の容量Ｃは、第１及び第２のプレートのうちの一方の面Ｓとこれらの間の距離ｄとの比に比例するであろう。絶対誘電率ε(ファラド)は、面Ｓと、距離ｄと、容量Ｃとの比に対しては、定数であり、補強層１１と導電層１５との間に介在されている誘電体層１４の電気的特性を生じさせている。この電気的特性は、他の特性の中でも、複合層の壁４の構造上の特性、例えば、１つ又は複数の層１１，１４，１５の厚さ、厚さでの変化、連続性、不連続性、中断、切欠き、傷、つぶれ、等に依存している。
【００２８】
勿論、より複雑な幾何学的形状(シリンダー、球、球状キャップ、等)のために、キャパシター１３の電気量のための計算式と、これの実験に基づいた検出のための既知の方法とがある。
【００２９】
加えて、又は、代えて、キャパシター１３の電気的なテストの工程は、例えば、所定の周波数の基で既知の振幅を有する正弦波電圧信号を与え、この結果の正弦波電流の振幅を検出することによる、１又は複数の所定の周波数の基でのキャパシター１３のインピーダンスＺの検出と、印加電圧、及び検出電流の振幅に従ってキャパシター１３のインピーダンスを算出することとを含み得る。このインピーダンスＺは、又、他の特性の中でも、構成上の特性に依存している壁４の電気的特性をなしている。
【００３０】
一実施の形態に係われば、検証方法は、完全な、即ち、損傷又は異常の無い壁４のキャパシター１３の電気的特性の１つ又は複数の基準値を算出する／検出する工程と、基準値を記憶する工程と、シリンダー１の検証の間に、検出された電気的特性のリアル値と前記基準値とを比較する工程と、リアル値と基準値との間の比較に基づいて壁４の構造上の状態を表す信号を発生する工程とを含んでいる。
【００３１】
このようにして、例えば、新しいガスシリンダーの品質制御の間に、又は、使用されたガスシリンダーの構造上の一体性の検証の間に、例えば、以下の一連の情報を含んでいる電気信号、又は、データを得ることができる。
【００３２】
・検証されたシリンダーは、基準値に従っているか、又は、検証されたシリンダーは、基準値に従っていないか
・検証された使用されたシリンダーは、変化していないか、又は、検証された使用されたシリンダーは、変化しているいか。
【００３３】
更なる実施の形態に係われば、検証方法は、損傷された壁４の、又は、予めクラス分けされている異常性を有している壁４のキャパシター１３の電気的特性の１つ又は複数の異常表示値を算出する及び／又は検出する工程と、異常表示値を記憶する工程と、シリンダー１の検証の間に、検出された電気特性と異常表示値とを比較する工程と、リアル値と異常表示値との間の比較に基づいて壁４の構造上の状態を表しているデータを発生する工程とを含んでいる。
【００３４】
このようにして、例えば、新しいガスシリンダーの品質制御の間に、又は、使用されたガスシリンダーの構造上の一体性の検証の間に、例えば、以下の一連の情報を含んでいる電気信号、又は、データを得ることができる。
【００３５】
・検証されたシリンダーは、クラス分けされていない異常性を有しているか、又は、検証されたシリンダーは、クラス分けされた異常性を有している(既にクラス分けされた異常性の表示を有する)か。
【００３６】
ガスシリンダー１の壁４の検証をするために、電気制御ユニット１６は、キャパシター１３のターミナル１９，２０に接続されるか接続されている電気プロセッサー１７と、メモリー１８とを有し得、以下のプロセスをなすように構成され得る。
【００３７】
・検証工程を行わせる、そして、
・基準値と、異常表示値と、検出されたリアル値のための最大許容変化を示す参照値の閾値インターバルと、検出されたリアル値、及び／又は、検出されたリアル値のオーバタイム変更との１つ又は複数を処理し記憶する
・検出されたリアル値を基準値と及び／又は異常表示値と及び／又はキャパシター１３の電気量の基準値の閾値インターバル。
【００３８】
一実施の形態に係われば、圧力容器の制御及びモニター方法は、制御の間に検出された電気量のリアル値の、事前の制御の間に検出された同じ電気量のリアル値に対する変化(Δ時間に依存しているΔリアル値)を算出することと、誘電体層の避けられない耐用時間の超過により実際に生じる異常の誤診を特定するように、好ましくは、避けるように、リアル値の算出された変化を使用することとを含んでいる。
【００３９】
本願発明の更なる実施の形態に係われば、方法は、検出を規定しており、又、制御ユニット１６は、以下のことを直接では無く、検出するように構成され得る。
【００４０】
・圧力、及び／又は、
・時間に依存している圧力変化、及び／又は、
・壁４全体の、又は、壁の測定される個々の部分の幾何学的大きさ(膨張、収縮)、及び／又は、
・キャパシター１３の検出された電気量のリアル値に依存している圧力容器１のストレスのサイクル曲線から導かれた値の解析と同様に、容器の負荷／非負荷サイクルのヒストリー。
【００４１】
実際に、この方法は、圧力容器１の加圧状態と電気キャパシター１３を構成すると共にキャパシターの電気的特性を決定する層の厚さ／距離との間の比例関係を使用し得る。
【００４２】
本願発明の更なる実施の形態に係われば、制御ユニット１６は、１つのものとして構成されているか、少なくとも、改ざんの恐れのない(tamper-proof)、又は、異変又は事故の可能性のある原因の後の検証を可能にするように、データの削除(ブラックボックス)に対して保護されている１つのデータ記憶ユニットを有している。
【００４３】
本願発明の他の実施の形態に係われば、この方法は、検出を与え、そして、制御ユニット１６は、特性のリアル値を、又は、キャパシター１３の個々の構成部材の、例えば、補強層１１のみの、又は、導電層１５のみの電気量を、特に、これの電気抵抗を検出し、対応している基準値及び／又は異常表示値との比較を果たし、そして、キャパシター１３の電気量を参照して前述されたのと同様に壁４の機械的な性質を表す信号又はデータを発生するように構成され得る。
【００４４】
一実施の形態に係われば、制御ユニット１６は、更に、通知装置(notification device)２１に、例えば、ディスプレイ又は音響通知装置に接続され、壁４の実施された検証の結果に従った通知をするために、通知装置２１を制御するように、構成されている。
【００４５】
前記通知は、例えば、ガスシリンダー１の構造上の一体性の確認、もしくは、例えば、ガスシリンダー及びシリンダー検証システムが自動車内に装備されている場合に、ガスシリンダー１の修理又は交換を行わせるための勧め、又は異常の場合での警報であり得る。
【００４６】
更なる実施の形態に係われば、制御ユニット１６は、遠隔モニターステーション２２と、例えば、有線又は無線で信号の通知をし、壁４の実施された検証の結果に従っているモニター信号を発生し、遠隔モニターステーション２２に伝送するように構成されている。
【００４７】
生じ得る異常の遠隔モニターステーション２２への通知は、ガスシリンダー１の使用者、例えば、自動車のドライバーが、異常の検証を認識しておらず、又、潜在的に欠陥のあるガスシリンダー１を装備している自動車を使用し続ける可能性のある場合に、第３者の迅速な介入を可能にしている。
【００４８】
更なる実施の形態に係われば、制御ユニット１６は、以下の部材と信号接続され得る。
【００４９】
・内側スペース内の圧力、又は、壁４の変形を示す値を検出するように設定されているセンサー２５、例えば、表面歪検出センサー、及び／又は、
・壁４の温度を表す値を検出するように設定され、もしくは、可能であれば、時間の関数としての圧力曲線及び／又は時間の関数としての温度曲線を規定している値のチャートとして、検出された温度値と圧力値を記憶するように配置又はデザインされているセンサー２６。
【００５０】
この場合、制御ユニット１６は、検出され可能で有れば記憶されている圧力及び／又は温度に、又従っている壁４の構造上の状態の制御信号、即ち又は、データを発生し得る。
【００５１】
一実施の形態では、制御ユニット１６は、キャパシターを形成しているガスシリンダー１の、及び／又は、導電層と誘電体層とのみ(これ自体では、導電性の両プレートを形成していない)有する異なる圧力容器の、導電層(例えば、ファイバーを含んでいる補強層、又は、代わって金属層)に接続され得、そして、容量性「接触制御(touch control)」タイプの導電層内の電荷の変化(例えば、金属物体の接近、又は、より一般的には静電荷を有する物体の接近により)を検出するように、そして、容器の起こり得る手を加えることを示している信号を発生、好ましくは、記憶させるように構成され得る。
【００５２】
方法と制御ユニット１６とのこの実施の形態で、制御ユニット１６に接続されている圧力容器の所定の部分(導電層、例えば、補強層及び誘電体層、例えば、容器の外側の覆い層)は、静電荷を帯びている他の物体が誘電体層に接近しているときにのみキャパシターを形成し得る。
【００５３】
これは、少なくとも、既知の圧力容器に対してでさえも起こり得る手の加えの検出の態様を広げることを可能にし、オプションでは、方法の工程、及び／又は、上述された制御装置と、勿論、組み合わせて、上述された容量タッチ制御形態と合うように適合され得る。
【００５４】
一実施の形態に係われば、壁４は、互いに(電気的に)分離し、壁４の複数の異なる領域２４に形成されている複数のキャパシター１３を形成し得る。これは、構造上の一体性の、又は、壁４の所定の領域に対して一体的な方法で損傷の有無の検診の工程を実施するのを可能にしている。一実施の形態(図５)で、複数のキャパシター１３が、互いに離間され且つ電気的に絶縁されている複数の部分１５’への導電層１５の分離により与えられている。
【００５５】
１つ又は複数のキャパシター１３を形成するために、シリンダー１の壁４は、補強層１１と導電層１５とが、互いに離間され且つ電気的に絶縁されるように構成されなければならない。
【００５６】
前記壁４の幾何学的形状は、圧力容器の適用に応じて変わり得る。ガスシリンダー又は圧力アキュムレータの例では、壁４は、好ましくは、ほぼ円筒状でシリンダー１の長軸６に沿って延びている筒状の部分５と、例えば、球形又は楕円形のキャップの形状を有し、筒状の部分５の下端に接続し、シリンダー１の下側に内側スペース２を規定している底部分７と、弓型の断面であり、筒状部分５の上端に接続し、前記下側とは反対のシリンダー１の上側に内側スペース２を規定している上側部分８とを有し得る。
【００５７】
前記シリンダー１(図１)は、更に、壁４のアクセス用開口部１０に取り外し可能に又は取り外せないように接続され、内側スベース２と連通するバルブ３を受けるように構成されている筒状のネック部９を有し得る。時々、シリンダー１は、圧力アキュムレータ(図３)として構成され得、バルブ３を備えたネック部９が、壁４の両対向側(上側部分８、及び下側部分７)に設けられ得る。
【００５８】
前記補強層１１は、カーボンファイバーを有し得、これは、又、例えば、エポキシ樹脂が含浸された連続したカーボンファイバーのフイラメントをマンドレルに巻き付けることにより、製造され得る。そして、このマンドレルは、例えば、分解、機械的な粉砕、又は、複数の片でできているマンドレルの場合には、解体により、除去され得る。
【００５９】
代わって、補強層１１が巻き付けられるマンドレルは、硬い壁４内に一体的に残り、この壁の１つの層を、例えば、壁４の不浸透性を確実にする内側の層１２を、又は、補強層１１と内側の層１２との間の中間層(図示されていない)を形成する。
【００６０】
更に、補強層１１と誘電体層１４と導電層１５との少なくとも１つは、シリンダーに入れられている気体に対して不浸透性であり得ることが、考えられている。このようにして、壁４は、不浸透性の内側の層１２を必要としないで構成され得る。壁４が、可撓性且つ不浸透性の内側のバックを備えているガスシリンダー又は圧力アキュムレータ、又は他の構造物で、不浸透性を要求されていない適用の場合には、壁４の全ての層がガス浸透性である必要は、無い。
【００６１】
補強層１１の補強用ファイバーは、４５００ＭＰａより大きい、好ましくは、４８００ＭＰａ乃至５２００ＭＰａの引っ張り強さと、２００ＧＰａより大きい、好ましくは、２００乃至２５０ＧＰａの弾性率とを有し得る。
【００６２】
効果的には、補強層１１は、５０％ｖｏｌ乃至７０％ｖｏｌの、好ましくは、５５％ｖｏｌ乃至６５％ｖｏｌの範囲の、更に好ましくは、約６０％ｖｏｌの(体積)量の補強用ファイバーを含んでいる。残りの体積の部分は、熱処理により、例えば、約５時間の間、約１２０°で加熱することにより、硬化されるエポキシ樹脂又はビニルエステルで有り得るマトリックスで形成されている。
【００６３】
一実施の形態(タイプｌｌの圧力シリンダー）に係われば、前記補強層１１は、かくして、補強用カーボンファイバーの導電性巻き体は、純粋なフープ巻パターンと、デザイン圧力に応じて、例えば、２ｍｍ乃至２５ｍｍの補強層１１の厚さとにより、壁４の筒状(即ち、円筒状)部分５の中にのみある。この場合の軸方向の荷重に対しては、内側の層１２、例えば、金属ライナーにより支持される。
【００６４】
更なる実施の形態(タイプｌｌｌの圧力シリンダー）に係われば、前記補強層１１は、かくして、補強用カーボンファイバーの導電性巻き体は、筒状の部分での純粋なフープ巻パターンと、底部分７及び上側部分８を又覆う更なる螺旋巻きパターンにより、筒状(即ち、円筒状)部分５と、底部分７及び上側部分８との両方の中に有る。
【００６５】
前記誘電体層１４は、絶縁性樹脂、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル、又は、ビニルエステルにより形成され得るか、これを含み得る。このような樹脂は、例えば、カーボンファイバーを有する補強層１１のマトリックスを形成し得、又、一般的に０．０１ｍｍ乃至０．３ｍｍの範囲を有し得る厚さの樹脂のみで誘電体層１４を形成し得る。
【００６６】
満足できる厚さの均一性を有する樹脂(壁４の複数の層のうちの高い領域にも拘わらず)のみで誘電体層１４を形成ときの困難性を解消するために、誘電体層１４を、樹脂に埋め込まれた又は樹脂が満たされた誘電体合成材料の、例えば、ポリエステルのメッシュで形成することが、有効である。
【００６７】
更なる実施の形態に係われば、誘電体層１４は、上述された絶縁性樹脂の１つにより結合されたポリイミド(カプトン(登録商標))、又は、ポリエチレンテレフタレート(マイラー(登録商標))の１つ又は複数のシート又はウェブを有している。
【００６８】
より更なる実施の形態に係われば、前記誘電体層１４は、例えば、補強層１１に巻かれ、エポキシ樹脂、ポリエステル、又は、ビニルエステルのマトリックスにより結合されているグラスファイバーを有している。複合材料を形成するようにグラスファイバーを巻き付けるシリンダーは、誘電体層１４の厚さの、かくして、キャパシター１３の２つのプレート間の距離の、正確で信頼性のある制御を可能にしている。
【００６９】
本願発明は、６５％のＳｉＯ２と２５％のＡｌ２Ｏ３と１０％のＭｇＯとからなる高強度Ｓタイプのグラスファイバー、又は、５２〜５６％のＳｉＯ２と１２〜１６％のＡｌ２Ｏ３と１６〜２５％ＣａＯと８〜１３％のＢ２Ｏ３とからなるＥタイプのものを誘電体層１４で使用することを意図している。
【００７０】
誘電体層１４内のグラスファイバーは、カーボンファイバーによる補強と共同して、圧力容器１の所定の機械的耐性と、これの製造コストを下げ、これの重量を増している。
【００７１】
実施の形態に係われば、前記導電層１５は、
・導電性ペイント、例えば、(粉末又は微粒子状の)グラファイト、銅、アルミニウム、等のような導電性接着剤を有するペイントと、
物理蒸着ＰＶＤ、又は、プラズマ増強化学蒸着ＰＥＣＶＤにより得られた金属コーティングと、
例えば、種々の種類の金属(亜鉛、アルミニウム、亜鉛とアルミニウムとの合金、等)の熱アークスプレイ、プラズマ熱スプレイによる金属蒸着により得られた金属コーティングとから構成、又はこれらを有し得る。
【００７２】
導電層１５の厚さは、例えば、０．０１ｍｍ乃至０．５ｍｍの範囲内で有り得、導電性と、好ましくは、耐表面摩耗性とを与えている。
【００７３】
前記内側の層１２(ここでは、与えられ得る)は、例えば、ポリエチレン、ポリエステル、ＰＥＴ(ポリエチレン・テレフタル酸塩)、ポリ塩化ビニル、ボリテトラフルオロエチレンからなるグループから選ばれた、好ましくは、熱可塑性の合成材料(プラスチックライナー)で形成され得る。一実施の形態に係われば、内側の層１２は、更にコーティングされ得るか、内側スペース２に直接露出され得る、天然又は人工のファイバー又はフイラメントの布を、例えば、ポリエステルを有している。
【００７４】
内側の層１２は、壁４に、
・１つ又は複数の可能な中間層を有する補強層１１からなるモールド内でのブロー成形、及び／又は、
・内側の層１２の成形(例えば、補強層１１以外のモールドによる)、及び、続いたシール層１２への補強層１１の巻き付け、及び／又は、
・スプレー、及び／又は、
・この場合には、壁４の半完成品の上に堆積されるコーティング用粉末、又は、コーティング用液体での内側のスペース２の仮の充填を果たす浸漬コーティング、により取着され得る。
【００７５】
代わって、内側の層１２(もし、与えられていれば)は、金属材料(金属ライナー)で形成され得る。
【００７６】
ここに記載されているガスシリンダー１と、検証、即ち、診断システムと、検証方法とは、圧力容器を備えた自動車、例えば、気体によりパワーが与えられる自動車２３(図７)、工業プラント、民間プラント、軍事プラント、病院、及び、圧力容器を製造しているときに、品質制御工程で、有効に使用され得る。
【００７７】
前記補強層１１と、誘電体層１４と、導電層１５とに対する記載された順序は、ll、lll、又はＶタイプのガスシリンダーにとって特に有効であるが、「外側」又は「内方」及び「内側」の参照は、圧力容器の特別な形態で、補強層１１は、誘電体層１４及び導電層１５に対して外側に位置されるかもしれないので、必要な制限ではない。勿論、誘電体層１４は、補強層１１と導電層１５との間に介在されていることは、必要である。
【００７８】
本願発明は、圧力容器の例を参照して記載されているけれども、記載されている構造上の一体性の検証方法とシステムとは、圧力容器以外の複合材料の構成物、例えば、航空の、宇宙の、又は、ハイドロメカニカルな構造物(例えば、飛行機の翼、風力ロータの羽根、タービンの羽根、等)のために、もしくはこれらと組合わせて有効に使用され得る。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］内側の保管スペースを規定している壁(４)を有している複合材料の圧力容器(１)であって、
前記壁(４)は、
導電性であり、１つ又は複数の補強用ファイバーを含んでいる補強層(１１)と、
前記誘電体層(１１)を覆っている導電層(１５)と、
前記補強層(１１)と導電層(１５)との間に介在されている誘電体層(１４)とを、
前記補強層(１１)により形成されている第１のプレートと、前記導電層(１５)により形成されている第２のプレートと、前記誘電体層(１４)ととにより電気キャパシターを形成するように具備し、又、
前記キャパシター(１３)の前記第１及び第２のプレートに接続されている電気ターミナル(１９，２０)を具備している、圧力容器。
［２］  前記壁(４)は、互いに電気的に分離され、壁(４)の複数異なる領域に位置された複数の前記キャパシター(１３)を形成している［１］に記載された圧力容器(１)。
［３］  前記複数のキャパシター(１３)は、前記導電層(１５)を、互いに離間され且つ電気的に絶縁されている複数の部分(１５’)に分けることにより与えられている［２］に記載された圧力容器(１)。
［４］  前記補強層(１１)は、樹脂が含浸された導電ファイバーを有している［１］乃至［３］のいずれか１項に記載された圧力容器(１)。
［５］  前記誘電体層(１４)は、絶縁樹脂が充填された誘電体合成材料のメッシュを有している［１］乃至［４］のいずれか１項に記載された圧力容器(１)。
［６］  前記誘電体層(１４)は、絶縁樹脂のマトリックスにより結合されたグラスファイバーを有している［１］乃至［５］のいずれか１項に記載された圧力容器(１)。
［７］  前記導電層(１５)は、
導電性粘着剤を有するペイント、又は、
物理蒸着ＰＶＤにより与えられた金属コーティング、又は、
プラズマ増強化学蒸着ＰＥＣＶＤにより与えられた金属コーティング、又は、
拭き付けにより与えられた金属コーティング、を有している［１］乃至［６］のいずれか１項に記載された圧力容器(１)。
［８］  ［１］乃至［７］のいずれか１項に記載された圧力容器(１)と、
前記キャパシター(１３)の１つ又は複数のターミナル(１９，２０)に接続され、
キャパシター(１３)の少なくとも１つの電気的な特性のリアル値を検出するために、キャパシター(１３)を少なくとも１つの電気的なテストを受けさせ、
検出された電気的な特性のリアル値に基づいた、前記壁(４)の構造上の状態を表している少なくとも１つの制御信号又はデータを発生させる、ように構成されている電気制御ユニット(１６)とを具備する、圧力容器の制御システム。
［９］  前記電気制御ユニット(１６)は、通知装置(２１)に接続されており、通知装置(２１)を、この通知装置が、発生された制御信号又はデータに従って通知するように、制御する［８］に記載された制御システム。
［１０］  ［１］乃至［９］のいずれか１項に記載の圧力容器(１)の構造上の特性を制御するための方法であって、
電気制御システム(１６)を圧力容器(１)の前記ターミナル(１９，２０)に接続することと、
前記キャパシター(１３)の少なくとも１つの電気的特性のリアル値を検出するように、キャパシター(１３)に少なくとも１つの電気的なテストを受けさせることと、
検出された電気的特性のリアル値に基づいて前記壁(４)の構造上の性質を示す少なくとも１つの制御信号又はデータを発生させることとを具備する方法。
［１１］  所定の時間間隔で、又は、所定の出来事の関数として、前記電気的なテストを自動的に行わせることを具備する［１０］に記載の方法。
［１２］  前記電気的なテストは、
前記キャパシター(１３)の容量を検出することと、及び／又は、
キャパシター(１３)の絶対誘電率を検出することと、及び／又は、
１つ又は複数の周波数のもとで、キャパシター(１３)のインピーダンスを検出することとを有している［１０］又は［１１］に記載の方法。
［１３］  異常のない壁(４)のキャパシター(１３)の電気的な特性の１つ又は複数の基準値を算出する／検出することと、
算出又は検出された基準値を記憶することと、
電気制御シリンダー(１６)により、検出された電気的な特性のリアル値と前記記憶された基準値とを比較することと、
前記リアル値と基準値との間の比較の結果に基づいて前記制御データ又は信号を発生することとを具備する［１０］乃至［１２］のいずれか１項に記載の方法。
［１４］  損傷された前記壁(４)の、又は、予めクラス分けされている異常性を有している構造の電気的な特性の値である１つ又は複数の異常表示値を算出する／検出することと、
算出又は検出された異常表示値を記憶することと、
電気制御シリンダー(１６)により、検出された電気的な特性のリアル値と前記記憶された異常表示値とを比較することと、
前記リアル値と異常表示値との間の比較の結果に基づいて前記制御データ又は信号を発生することとを具備する［１０］乃至［１３］のいずれか１項に記載の方法。
［１５］  発生した前記制御データ又は信号に対応している視覚又は音響での通知を、前記電気制御システム(１６)により、与える工程を具備する［１０］乃至［１４］のいずれか１項に記載の方法。
［１６］  制御信号又はデータを、遠隔のモニターステーションに前記電気制御システム(１６)により、伝える工程を具備する［１０］乃至［１５］のいずれか１項に記載の方法。
［１７］  この方法の前記工程は、前記壁(４)の複数の領域に対して選択的になされる［１０］乃至［１６］のいずれか１項に記載の方法。
［１８］  静電荷を有する物体の前記壁(４)への接近による、前記導電層内の電荷の変化を検出することと、容器の起こり得る手を加えることを示している信号を発生することとを具備する［１０］乃至［１７］のいずれか１項に記載の方法。
［１９］  少なくとも１つの導電層と、前記導電層を覆っている誘電体層とを備えている壁(４)を有している圧力容器(１)を制御するための方法であって、この方法は、
電気制御システム(１６)を前記導電層(４)に接続すること、及び、前記壁(４)をタッチ制御タイプ容量性キーボードとして使用することと、
静電荷を帯びている物体を前記壁(４)に近づけることによる、導電層内の電荷の変化を検出することと、
検出された電荷の変化に基づいて容器の起こり得る手を加えることを示している信号を発生することとを具備する方法。
［２０］  複合材料の構造品の制御システムであって、この制御システムは、
Ａ）構造品の壁(４)であって、この壁(４)は、
導電性であり、１つ又は複数の補強用ファイバーを含んでいる補強層(１１)と、
前記誘電体層(１１)を覆っている導電層(１５)と、
前記補強層(１１)と導電層(１５)との間に介在されている誘電体層(１４)とを、
前記補強層(１１)により形成されている第１のプレートと、前記導電層(１５)により形成されている第２のプレートと、前記誘電体層(１４)とにより電気キャパシター(１３)を形成するように形成している壁と、
Ｂ）前記キャパシター(１３)の前記第１及び第２のプレートに接続されている電気ターミナル(１９，２０)と、
Ｃ）前記電気ターミナル(１９，２０)に接続され、
前記キャパシター(１３)の少なくとも１つの電気的特性のリアル値を検出するように、キャパシター(１３)を少なくとも１つの電気的なテストを受けさせることと、
検出された電気的特性のリアル値に基づいて前記壁(４)の構造上の性質を示す少なくとも１つの制御信号又はデータを発生させることを、果たすように構成されている電気制御ユニット(１６)とを具備するシステム。
【図１−２】
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【図３−４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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