(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのマニホールドデバイス（３０、３２、３４）に対して並列に連結された複数の要素タンク（２０）と、
マニホールドデバイス内の圧力に対する要素タンク内の圧力降下に応答してその要素タンクの端部を閉鎖するように、マニホールドデバイス（３０）に設けられ、かつ複数の要素タンク（２０）に共通する可撓性膜（４０）と
を含むことを特徴とする、圧力下における流体用のタンク。
【請求項２】
要素タンク（２０）はチューブ状タンクの形態を有することを特徴とする、請求の範囲１に記載のタンク。
【請求項３】
要素タンク（２０）は互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求の範囲１または２に記載のタンク。
【請求項４】
要素タンク（２０）の複数の列を含むことを特徴とする、請求の範囲１〜３のいずれかに記載のタンク。
【請求項５】
タンクは、数の異なる要素タンク（２０）の列で構成されることを特徴とする、請求の範囲４に記載のタンク。
【請求項６】
タンクは、長さの異なる要素タンク（２０）を有することを特徴とする、請求の範囲１〜５のいずれかに記載のタンク。
【請求項７】
タンクは、複数の相互接続されたサブアセンブリであって、各々が複数の要素タンクを含むサブアセンブリ（１２、１４）を含むことを特徴とする、請求の範囲１〜６のいずれかに記載のタンク。
【請求項８】
タンクは、少なくとも各露出表面を被覆する保護シールド（４２、４４）を備えることを特徴とする、請求の範囲１〜７のいずれかに記載のタンク。
【請求項９】
保護シールドは、複合材料の硬質シェル（４４）内で被覆された多孔性材料の層（４２）を含むことを特徴とする、請求の範囲８に記載のタンク。
【請求項１０】
要素タンク（２０）は複合材料からなることを特徴とする、請求の範囲１〜９のいずれかに記載のタンク。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、圧力下における流体用のタンクに関し、特に高圧下すなわち１ＭＰａより大きい、代表的には５ＭＰａより大きい圧力下における流体用のタンクに関する。
本発明の特定の適用分野は、液化ガス、特に自動車に使用される液化プロパンガス（ＬＰＧ）用のタンクの分野であるが、他を排するものではない。
背景技術
人間または敏感な物の付近あるいは閉じられた空間に圧力下にあるタンクを配置することは、安全性の問題を生じさせる。通常の解決策は、強固な、従って重いコンテナを使用することである。加えて、内部圧力に耐え得るこのようなコンテナの最適形状は、特に自動車への取り付け方法を頻繁に制限する。これは、自動車の利用可能な容積の大部分を占める。加えて、安全標準は、このようなタンクを備える自動車がトンネル道へアクセスすることを禁じ得ることになる。
発明の簡単な説明
本発明の目的は、それらの欠点のない高圧下における流体用のタンクを提供することにあり、この目的において本発明は、少なくとも一つのマニホールドデバイスに対して並列に接続された複数の要素タンクと、その中の任意の一つの要素タンク内の圧力降下に応答してその要素タンクを隔離するのに適切な閉鎖手段とを含むタンクを提供する。
有利には、要素タンクはチューブにより構成される。
本発明の第一の利点は、それが利用可能な空間に適合され得ることを極めて容易にすることにある。耐圧性能は、全体的なタンクの総括形状に関係することなく、各要素タンクの断面および壁厚によって決定される。従って、長さの異なる要素タンクを使用しつつ、あるいは要素タンクを列あたりの数を異ならせて配列することにより、または相互接続された別個のサブアセンブリ内に要素タンクをまとめることにより、利用可能な空間にタンク容積を分配することが可能である。このオプションは自動車に特に有利であって、タンク用のハウジングが利用可能な容積を不利にしないことを確保する。
加えて、モジュール設計にすると、このタンクは製造が簡易であり、かつ低コストである。これは特にチューブの形態を有する要素タンクに当てはまる。なぜなら、同一のチューブが、所望の長さに切断されて、任意の形状および任意の容積のタンクを製造するのに使用され得るからである。
さらに、このような要素タンクは、代表的には要素タンクにおける相対的圧力損失に起因する外部圧力に耐える能力を示し、そのような外部圧力は特別の構造および寸法決めが無い場合には、いかなる複雑な形状のコンテナであっても耐えることができない。
本発明はまた、要素タンクに様々な材料、例えば金属、合金、または複合材料を使用することを可能にする。複合材料は、炭素繊維、「Ｋｅｖｌａｒ」（登録商標）またはガラスで強化され得、それらは樹脂、例えばエポキシ樹脂からなるマトリクスを有し得る。
さらに、必要な条件、特に壁厚条件に関しては、配設されるべきタンクの容積を有する単体タンクについてよりも、要素タンクの各々についての方がはるかに緩く、そして質量の節約は単体タンクに比べて顕著であり得る。
本発明のタンクのもう一つの利点は、安全性にある。要素タンクへの損傷は、閉鎖手段のおかげでタンク全体をその内容物と共に危険にさらすことなく、従って、リーク発生時における環境被害を限定する。ただ一つの要素タンクが損傷した場合に流出する流体の小さい流量および小さい全容積は、使用時の所定の規制、例えばトンネル道へのアクセス禁止などは、もはや正当化され得ないことを意味する。
有利には、閉鎖手段は個々のバルブの形態、例えば可撓性膜手段の形態であり、これはマニホールドに連結された要素タンクの各々の各端部に取り付けられる。バルブは、マニホールド内の圧力に相対して降下した要素タンク内の圧力に応答して、この要素タンクの端部を閉鎖する。同一の可撓性膜は、複数の要素タンク端部に連結されたマニホールド内に取り付けられ、これにより複数の要素タンクに共通するものとなる。
タンクは、タンクの少なくとも各露出表面を覆う保護シールドを備え得る。
有利には、シールドは硬質の被覆シートと、フォームまたはハネカム形態の多孔性材料の厚い下部層とからなる外装構造を有する。被覆シート（例えば、複合材料からなる被覆シート）は、衝撃または押圧のエネルギーの一部を吸収し得、また、それが吸収しないエネルギーをフォーム材料に伝え得るが、この材料は、広いタンク面積にわたってエネルギーを分散させるのに適切であり、これにより下に位置する構造物の変形を回避する。タンク全体を機能的に損傷させずに吸収される衝撃の程度で、シールドの寸法が決定される。
【図面の簡単な説明】
本発明のタンクについての他の特徴および利点は、これに制限するものではないが、以下に示される記載を添付の図面を参照して読むことによって明らかになるであろう。
図１および２は、本発明のタンクのある実施態様を示す非常に模式的な図であり、それぞれ端面図および側面図である。
図３は、図１および２のタンクにおいて、要素チューブのマニホールドへの連結方法を示す詳細な図である。
図４および５は、図１および２のタンクにおいて、要素チューブを閉鎖する手段を示す非常に模式的な断面図である。
図６は、衝撃および押圧に対してタンクを保護するためのシールドを備える、本発明のタンクの断面図である。
図７は、複数部分による本発明のタンクの実施態様を示す非常に模式的な図である。
好ましい実施態様の詳細な説明
以下の記載は、高圧液化ガス用タンク、特に自動車用のＬＰＧタンクの製造に関する。記載事項の原理が高圧のガスまたは液体用タンク、例えば工場で毒性物質を収容するタンクまたはハロンガスを収容するタンクについての他の使用に直ちに適用可能であることを当業者は理解するであろう。
図１および２は、マニホールド３０に対して並列に連結された複数の要素チューブ２０で構成されるタンク１０を示す。
チューブ２０は、複数の重ね合わされた列の形で互いに平行に、すなわち「束」型配置で配置される。チューブはすべて、同一の直径および同一の壁厚を有する。例として、それらはスチールなどの金属、炭素繊維または「Ｋｅｖｌａｒ」（登録商標）で強化されたエポキシ樹脂などの複合材料からなる。
チューブ２０の長さおよび各列におけるチューブの数は、タンクを収めるために利用可能な容積、例えば自動車の構造体の下方を最適な様式で占めるように選択される。図１および２において、利用可能な容積は一点鎖線であらわされる。直ちに理解し得るように、要素チューブを用いてモジュール形態にタンクを構成することは、タンクを様々な形状に適合させることに非常に良く適している。
チューブ２０はその両端の各々でマニホールド３０に連結されている。例示されるようにマニホールド３０の各々は所定のチューブ列にある全ての要素チューブ２０が連結されたチューブの形態である。さらなるマニホールド３２および３４が、タンクの両端の各々で並列にマニホールド３０を相互接続する。マニホールド３２および３４は、タンク１０を使用出口および充填入口（図示せず）に連結するダクト３６に連結される。
要素タンク２０の各端部は連結器２２でマニホールド３０に連結される。連結器２２は要素タンク２０の端部２２ａでねじ止めまたは溶接され、反対側の端部でマニホールドチューブ３０にねじ止めまたは溶接される。連結器２２は反対側の端部２２ｂでマニホールドチューブ３０の内部へ短い距離で挿入され、よってこの端部はチューブの内側に突出する（図３、４、および５）。
マニホールドアレイは要素チューブの各端部で図示されるが、チューブの一方の端部で一つのみのマニホールドアレイを設けることも通常可能である。この場合、反対側の端部は閉じられている。
加えて、マニホールドチューブ３２または３４に対して自身が並列に相互接続されたチューブの形態を有するマニホールド３０を用いるかわりに、タンクの各端部における各マニホールドアセンブリは、チューブの全列を通過する曲がったチューブによって構成されていてもよく、あるいは中空のエンドプレート（または鏡板）によって構成されていてもよい。この場合、エンドプレートは二つの間隔を隔てた平行な壁であって、その周囲で気密的に相互接続された壁で構成され得、この壁の一方は要素チューブの連結器が入り込む穴が設けられている。
図４および５は、例えば衝突または押圧の衝撃による破壊または損傷のために、任意の要素チューブ内部で圧力降下が起こった場合に、要素チューブ２０についての閉鎖手段を構成する可撓性膜４０を示す。
例示において、膜４０はマニホールド３０の長さ全体にわたって延びる可撓性材料のストリップの形態を有し、その表面はマニホールドに結合された列の要素チューブ２０の軸に対して垂直である。これにより、列のチューブ２０の全てに共有される閉鎖手段を構成する。膜４０は、その端部においてマニホールド３０の閉鎖端部に、例えば粘着手段または機械的手段で固定される。
例として、可撓性膜４０は繊維強化されたエラストマーによって構成される複合材料からなる。通常の操作において、膜４０は変形せず、マニホールドチューブ３０に連結されているチューブ２０に自由にアクセスし得る（図４）。膜はマニホールド３０を、シール状態で互いに隔離された二つの縦方向の容積に分割しないので、膜の両面において等しい圧力が維持される。
要素チューブ２０内で急激な圧力降下が起こった場合に（図５）、膜４０は自動的に変形してこのチューブ２０に対応する連結器２２の端部２２ａを閉じる。要素チューブがその端部の各々においてマニホールドアセンブリに連結される場合には、要素チューブの両端において同じ現象が起こる。これにより、タンクの欠陥部はタンクの残りの部分から速やかに隔離され、それによって、残りの部分は継続して使用でき、流体の全損失は非常に限られたものとなる。
可撓性膜の使用は、低コストで、信頼性があり、可動部品が不要であるという利点がある。それでもやはり、閉鎖手段の他の実施態様が使用され得る。例えば、各要素チューブの各端部に結合された逆止弁であり、その場合、逆止弁は、対応する要素チューブ内で圧力降下が起こっていない場合には弁を開口状態で維持する小さな戻り力が場合によって作用している。
上述のように、要素チューブの使用によれば、その各々が極めて小さい直径（代表的には５ｃｍ未満、またはさらに１ｃｍ未満）であり得、非常に厚くない壁を用いつつも非常に高い圧力に耐えることが可能となる。例えば、炭素／エポキシ複合材料からなり、外径８ｍｍで壁厚１ｍｍのチューブは、１００ＭＰａの内圧に耐え得る。
従って、タンクは高圧流体用タンクでさえも、同一容積の単体タンクよりも実質的に軽くなり得る。
衝撃および押圧に対して要素チューブを保護するために、少なくとも各露出面において保護シールドをタンクに設けることが好ましい。
このようなシールドは、図６に示される。この例においてシールドは要素チューブ２０の束とマニホールドチューブとを囲むフォーム材料（特にポリウレタンフォーム）層４２を含む。層４２は、例えばアラミド（ａｒａｍｉｄ）繊維で強化されたエポキシ樹脂マトリクスを含む複合体からなる硬質シェルまたは構造体４４で被覆される。シェル４４は、樹脂含浸繊維布でフォーム４２を包み、次いで樹脂を重合させて形成され得る。改変例では、被覆フォーム層を形成するためにタンクを内挿した型の内側表面を含浸繊維布で覆うことができる。シールドは、繊維（例えばアラミド繊維）のケースと、フォーム材料を代替してその機能を果たすハネカム構造材料とによって構成されてもよい。
保護シールドの使用は、要素チューブ（およびマニホールドチューブ）が例えば複合材料のように金属以外の材料からなる場合に特に望ましい。なぜなら、このような材料は、金属よりも低い耐衝撃性を示し、低い可塑性をもたらすからである。
衝突または衝撃の際に、硬質シェル４４はフォーム４２の表面にわたって圧力を分配させる。これは、タンクの要素チューブと接触しているフォームの背面では変形が起こらないように、より均一に圧力を分配させる。
上記において、タンク１０は要素チューブ２０の単一のセットとして考えていながらも、タンク１０は複雑な形状であり得ると仮定している。
タンクを収容するのに離れた空間が利用可能であり、かつそのいずれもがそれ自身では十分な容積を提供しない場合には、図７に示されるように、タンク１０を複数のサブアセンブリ１２、１４として形成することが可能である。各サブアセンブリは、利用可能な空間に応じて選択された長さおよび配列の、複数の要素チューブを含む。サブアセンブリ１２、１４は一つ以上のパイプ３８で相互接続される。
【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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