(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器において、
少なくとも２つの端部セルであって、該端部セルの各々が、
略一定の外壁の半径を画成する、円弧状の外壁と、
前記外壁と一体である一端を有する円弧状の上方壁であって、前記外壁の半径よりも小さい、略一定の上方壁の半径を画成する前記上方壁と、
前記外壁と一体である一端を有する下方壁と、
前記円弧状の上方壁と一体である第１の端部及び前記下方壁と一体である第２の端部を有する内壁と、
前記円弧状の外壁、前記円弧状の上方壁、前記円弧状の下方壁及び前記内壁により囲繞されたライナーとから成る断面部分を有する、前記少なくとも２つの端部セルと、
前記端部セルの周りに固着されたウェブであって、前記端部セルの各々の円弧状の外壁と前記円弧状の上方壁との間の接続部に略正接する略平面状の上方シートを有する前記ウェブと、
を備え、前記ウェブの一部が前記少なくとも２つの端部セルの内の少なくとも１つの端部セルの外壁に固着されて一体的な構造となっている、圧力容器。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力容器において、前記端部セルが複合材料から成る、圧力容器。
【請求項３】
請求項１に記載の圧力容器において、前記ウェブが、複合材料から成る、圧力容器。
【請求項４】
請求項１に記載の圧力容器において、前記端部セルの各々が、略半円形筒部分を備える、圧力容器。
【請求項５】
請求項１に記載の圧力容器において、前記外壁の半径が、前記外壁の各々について、略同一であり、前記上方壁の半径が前記上方壁の各々について、略同一である、圧力容器。
【請求項６】
請求項１に記載の圧力容器において、内部セルが、前記端部セルの前記上方壁の少なくとも１つに隣接する位置に固着され、前記ウェブが、前記内部セルの周りに固着される、圧力容器。
【請求項７】
請求項６に記載の圧力容器において、前記ウェブに隣接する前記内部セルの一部が、略半円形の上方断面部分を有する、圧力容器。
【請求項８】
請求項７に記載の圧力容器において、前記内部セルの前記略半円形の上方断面部分が、前記端部セルの前記上方壁の少なくとも１つに略正接する、圧力容器。
【請求項９】
請求項７に記載の圧力容器において、前記内部セルの前記略半円形の上方断面部分の半径が、前記上方壁の少なくとも１つの前記上方壁の半径に略等しい、圧力容器。
【請求項１０】
請求項１に記載の圧力容器において、少なくとも２つの内部セルが、前記端部セルの間にて固着され、前記端部セルの前記上方壁の各々が、前記内部セルの少なくとも１つに隣接する位置に配置され、前記ウェブが、前記内部セルの周りに固着される、圧力容器。
【請求項１１】
請求項１に記載の圧力容器において、前記上方壁の半径、及び前記下方壁の半径が、略等しい、圧力容器。
【請求項１２】
請求項１に記載の圧力容器において、内部セルが、前記上方壁の少なくとも１つに隣接する位置で且つ前記下方壁の少なくとも１つに隣接する位置に固着され、前記ウェブが、前記内部セルの周りに固着される、圧力容器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の圧力容器において、前記ウェブに隣接する前記内部セルの一部が、前記端部セルの少なくとも１つの前記上方壁に略正接する略半円形の上方断面部分と、前記端部セルの同一のセルの前記下方壁に略正接する略半円形の下方断面部分とを有する、圧力容器。
【請求項１４】
請求項１ないし１３の何れかに記載の圧力容器において、弁を更に備え、該弁が、前記圧力容器の内部チャンバと、前記弁に接続された外部の加圧流体の管とを選択的に流体連通させることができる、圧力容器。
【請求項１５】
圧力容器であって、複合材料からなる少なくとも２つの端部セルを備え、
前記少なくとも２つの端部セルは、各々が略半円筒形部分を有し、該端部セルの各々が、
外壁の半径を有する、略半円形の外壁と、
前記外壁半径よりも小さい、上方壁の半径を有する略四分円の上方壁であって、前記外壁と一体である一端を有する前記上方壁と、
前記上方壁の半径に略等しい、下方壁の半径を有する略四分円の下方壁であって、前記外壁と一体である一端を有する前記下方壁と、
前記上方壁と一体である上端及び前記下方壁と一体である下端を有する略直線状の内壁と、
前記円弧状の外壁、前記円弧状の上方壁、前記円弧状の下方壁、及び前記内壁により囲繞されたライナーと、を備えた断面を有し、
複合材料からなるウェブであって、前記端部セルの周りに固着され、前記端部セルの各々の前記外壁と前記上方壁との接続部に略正接する略平面状の上方シート、及び前記端部セルの各々の前記外壁と前記下方壁との接続部に略正接する略平面状の下方シートを有する前記ウェブを備え、
前記ウェブの一部が前記少なくとも２つの端部セルの内の少なくとも１つの端部セルの外壁に固着されて一体的な構造となっている、圧力容器。
【請求項１６】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記ウェブの前記上方シートと、前記上方壁の少なくとも１つとの間に配置されて、前記上方シートを前記上方壁に向けて付勢する力に抵抗する上方楔と、前記ウェブの前記下方シートと、前記下方壁の少なくとも１つとの間に配置されて、前記下方シートを前記下方壁に向けて付勢する力に抵抗する下方楔とを更に備える、圧力容器。
【請求項１７】
請求項１５に記載の圧力容器において、少なくとも２つの内部セルが、前記端部セルの間に固着され、前記端部セルの前記上方壁の各々が、前記内部セルの少なくとも１つに隣接する位置に配置され、前記ウェブが、前記内部セルの周りに固着される、圧力容器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の圧力容器において、前記内部セルの各々の一部が、前記ウェブの前記上方シートに隣接する略半円形の上方断面部分を有し、前記略半円形の上方断面部分の少なくとも１つが前記端部セルの前記上方壁の少なくとも１つに略正接し、前記内部セルの各々が、前記ウェブの前記下方シートに隣接する略半円形の下方断面部分を有し、前記半円形の下方断面部分の少なくとも１つが前記端部セルの前記下方壁の少なくとも１つに略正接する、圧力容器。
【請求項１９】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記圧力容器の充填重量が、前記圧力容器と略同一の容積を占めるガソリンタンクの充填重量を越えない、圧力容器。
【請求項２０】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記圧力容器が、該圧力容器を前記乗物に固着することのできるガソリンタンクのストラップを保持し得る外部の凹所を画成する保持具を備える形態とされた、圧力容器。
【請求項２１】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記圧力容器の前記セルが、該セルの内部を流体連通させる、少なくとも１つのポートを備える形態とされた、圧力容器。
【請求項２２】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記圧力容器の前記セルが、該セルの内部を流体連通させる、外部マニホルドを備える形態とされた、圧力容器。
【請求項２３】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記圧力容器の内部チャンバと選択的に流体連通させることのできる弁を更に備える、圧力容器。
【請求項２４】
請求項２３に記載の圧力容器において、前記弁が、可溶性栓を備える、圧力容器。
【請求項２５】
請求項２３に記載の圧力容器において、前記弁が、所定の設定圧力にて、加圧流体を放出する形態とされた機械的な圧力逃がし機構を備える、圧力容器。
【請求項２６】
請求項１に記載の圧力容器において、前記ウェブの上方シートと少なくとも一つの前記上方壁の間に配置されていて、前記上方シートを前記少なくとも一つの上方壁の方に向けて付勢する力に抗する楔を更に備えている、圧力容器。
【請求項２７】
請求項２６に記載の圧力容器において、前記楔が、ゴム及び弾性発泡材からなるグループから選択された少なくとも一つの部材を備えている、圧力容器。
【請求項２８】
請求項１に記載の圧力容器において、前記端部セルのそれぞれが個々の端部キャップを有する端部を備えている、圧力容器。
【請求項２９】
請求項１に記載の圧力容器において、前記圧力容器が内側壁を備えた少なくとも一つの内部セルを備え、前記端部セルの内側壁及び前記少なくともとも１つの内部セルの各々には、前記セルの間で流体連通する少なくとも一つのポートが形成されている、圧力容器。
【請求項３０】
請求項１に記載の圧力容器において、前記圧力容器の端部セルが、前記セルの間で流体連通する外側のマニホールドと共に形成される、圧力容器。
【請求項３１】
請求項１に記載の圧力容器において、前記端部セルの各壁がループ状及び螺旋状の巻き付けを組み合わせて前記ライナーの周りに巻き付けられた含浸トウを備えている、圧力容器。
【請求項３２】
請求項１６に記載の圧力容器において、前記上方楔及び下方楔の各々が、ゴム及び弾性発泡材からなるグループから選択された少なくとも一つの部材を備えている、圧力容器。
【請求項３３】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記端部セルの各々が、それぞれ個々の端部キャップを有する端部を備えている、圧力容器。
【請求項３４】
請求項１５に記載の圧力容器において、前記前記複合のセル壁がループ状及び螺旋状の巻き付けを組み合わせて前記ライナーの周りに巻き付けられた含浸トウから形成される、圧力容器。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、圧縮流体を保持する圧力容器、より具体的には、複合ウェブ内で接線方向に交わって、略矩形の容積に正確に且つ効率的に近似した形態とする複数の貯蔵セルを有する複合型圧力容器に関する。
発明の技術的背景
圧力容器は、液体及び気体を圧力下にて貯蔵するために広く使用されている。圧力容器の貯蔵容積は、その圧力容器の内部容積、及びその圧力容器が安全に保持することのできる圧力によって決まる。特別の用途にて、その貯蔵容積に加えて、その圧力容器の寸法、内部形状、外部形状、及び重量が重要であることが多い。
圧力容器の採用が増大する一つの用途は、圧縮天然ガス（「ＣＮＧ」）の貯蔵である。ＣＮＧは、乗物の燃料としてガソリンよりも好ましいと益々考えられている。ＣＮＧは、一般に、ガソリンよりも清浄に燃焼するから、空気汚染を顕著に少なくし、これに対応して、保険費用を削減する。また、天然ガスは、比較的豊富にある燃料である。従って、ガソリンに代えてＣＮＧを使用し得るように、既存のガソリン炊きの乗物を改造するための方策が開発されている。
ＣＮＧを使用し得るように既存の乗物を改造する公知の方策は、ガソリンタンクを従来の天然ガス貯蔵容器と交換することを含む。残念ながら、従来のＣＮＧシリンダを使用する場合、改造後の乗物の走行距離は約120乃至140マイルに制限されるが、このことは、かかる改造が消費者に受け入れらる程度を著しく制限する。かかる改造後の乗物の走行距離は、より多くのＣＮＧ貯蔵シリンダを追加すれば長くすることができる。このことは、例えば、追加のＣＮＧシリンダを乗物のトランク内に取り付けることで行われる。しかしながら、ＣＮＧ貯蔵シリンダは、その前にガソリンタンクがあった狭いスペース内に取り付けることが一般に望ましい。
その乗物の走行距離を長くするための一つの示唆された方策は、同一の貯蔵シリンダ内により多量のＣＮＧを保持することである。これは、より多量のＣＮＧを貯蔵シリンダ内に圧送して、これにより、その貯蔵容器内の圧力を増大させることにより行われる。しかしながら、貯蔵圧力を増大させるためには、その貯蔵容器がより高圧に耐えるのに十分な構造体強度を持つようにすべく貯蔵容器の肉厚を厚くしなければならないことが多い。肉厚を厚くするためには、貯蔵容器の外部寸法を大きくするか、又は、シリンダの内部貯蔵容積を小さくしなければならないが、前者であれば、その前にガソリンタンクがあったスペース内にシリンダを貯蔵する妨げとなり、また、後者によれば、貯蔵されるＣＮＧの容積が小さくなる、従って、乗物の走行距離が短くなる。また、肉厚を厚くすれば、貯蔵シリンダの重量も増し、その結果、その乗物の燃料効率が低下する。
ＣＮＧ炊きの乗物の走行距離を長くする別の方策は、ＣＮＧ貯蔵シリンダの形状を変更することを提案するものがある。現在、球形、円筒体、及び球形と円筒状部分を組み合わせたものが好まれる。図１及び図２に示すように、一つの従来の圧力容器１００は、共に固着された幾つかのローブ１０２を有している。これらローブ１０２の各々は、「管及びドーム」形状の一部分として幾何学的に形成されている。一般に、この管及びドームは、横断面にて半径Ｒを有する円形（図２参照）の直管１０４を有する。管１０４の長手方向軸線１０８に対し平行な面１０６に沿って各ローブ１０２を薄切りすることで、２つのローブ１０２が組み合わされている。次に、その２つのローブ１０２の截頭円錐形面を互いに固着する。このようにして、１つ以上の中央ローブ１１０の各々は、中央ローブの管の長手方向軸線１１２に対して平行な２つの面１０６に沿って薄切りされる。形成される容器１００において、これらのローブ１０２は、そのローブが交わる接続部１１４にて互いに正接していない。ローブ１０４の各々には、各端部にて、管１０４と同一の半径Ｒを有する半球状のドーム１１６の一部分により蓋がしてある。
かかる管及びドーム容器には、略矩形の圧力容器を必要とする用途にて採用されるとき、幾つかの欠点がある。かかる用途は、乗物の燃料として使用すべくＣＮＧを貯蔵することを含むが、これにのみ限らない。乗物は、従来、ガソリン炊きであった後に、その既存の乗物にＣＮＧタンクを取り付けて改造し、又は、最初からＣＮＧ炊きとして設計された乗物とすることができる。
管及びドームの幾何学的形態の欠点は、その幾何学的形態と略矩形の幾何学的形態との差によるものである。既存の乗物に取り付けた場合、図１及び図２に仮想線の矩形の殻体１１８で全体として示すように、多くのガソリンタンクは、略矩形の殻体のような形状とされているため、略矩形の容器であることが望まれる。最初からＣＮＧ炊きとして設計とされた乗物の場合、その他の設計上の条件を考慮すれば、略矩形の圧力容器の方が好ましい。その何れの場合でも、単一の管及びドームローブ１０２では、かかる矩形の容器に極めて不十分にしか近似し得ない。
幾つかの管及びドームローブ１０２の截頭円錐形部分を共に配置して、圧力容器１００を形成することは、その近似程度を改良するものの、ＣＮＧの貯蔵に使用されない大きい楔形の不使用容積１２０が残る結果となる。隣接する管及びドームローブ１０２の円形壁により画成される不使用容積１２０は、矩形の殻体１１８の内部容積の相当な比率を占める。この不使用容積１２０を完全に解消するためには、略矩形の形状をした殻体であるＣＮＧ容器が必要である。しかし、典型的なＣＮＧ貯蔵圧力に十分に耐え得る強度を有する矩形の殻体の形状をしたＣＮＧ容器を製造するためには、矩形の殻体は、従来、１つの球形材から形成されているため、過度に厚い肉厚が必要となる。
不使用容積１２０があることに加えて、この容器１００は、接続部１１４にて生ずる応力のため、ローブ１０２がその接続部１１４にて引きちぎれる傾向があるという不利益な点がある。この引きちぎれる傾向に打ち勝つため、そのローブ１０２の肉厚を厚くすれば、その容器１００の貯蔵容積が小さくなり、又はその寸法が大きくなり、容器の重量も増大する。
このようにして、矩形の容積に近似する圧力容器を提供し得るならば、当該技術分野にて一つの進歩となり得よう。
また、このガソリンタンクの外部の矩形の形状に順応する外部形状を有することによりガソリンタンクに既存の乗物に取り付けることを容易にする圧力容器を提供し得るならば、一つの進歩であろう。
また、略矩形の断面形状を有する圧力容器を提供し得るならば更なる進歩であろう。
また、内部の貯蔵圧力の作用を受けたとき、引きちぎれる傾向に抵抗する圧力容器を提供し得ることも一つの進歩であろう。
かかる圧力容器が本明細書に開示され且つその請求の範囲に記載されている。
発明の簡単な概要
本発明は、新規な幾何学的形態を有する圧力容器を提供するものである。一つの実施の形態において、この圧力容器は、該容器内に貯蔵された圧縮天然ガス（「ＣＮＧ」）からの圧力に耐え得るような形態とされており、この圧力容器は、従来のガソリンタンクの矩形の形状に近似する。この圧力容器は、約3,600p.s.i.迄の通常の作用圧力に耐え、また、この通常の作用圧力の約３倍の圧力、即ち、約11,000p.s.i.の圧力に耐えるのに十分な破断強度を有する。
本発明の圧力容器の新規な幾何学的形態に関して、ある形状体をある面で薄切りするような幾何学的方法に関して本明細書に説明する。こうした幾何学的方法は、必ずしも製造方法に対応するものではなく、製造される圧力容器の幾何学的形態を示すものである。
この圧力容器の一つの実施の形態は２つの端部セルを有する。その端部セルの各々は、半円筒状の外壁を有する。この外壁の幾何学的形態は、半円筒体を形成し得るように、その長手方向軸線を関するする面で第一の円筒状容器を薄切りすることにより画成される。また、端部セルの各々は、四分円筒形の上方壁と、四分円筒形の下方壁とを備えている。これらの上方壁及び下方壁は、外壁と一体となっている。この上方壁の幾何学的形態は、第一の円筒形容器と等しい長さを有するが、より小さい半径を有する第二の円筒形容器を薄切りすることで画成される。この第二の円筒形容器は、その長手方向軸線を貫通する２つの垂直面で薄切りされる。下方壁は、第三の円筒形容器を２つの垂直面で薄切りすることにより同様に画成される。矩形部分が上方壁の下端を下方壁の上端と接続する。このように、各セルの端部は、外壁及び上方又は下方壁の異なる半径を基準にして、本明細書にて「多数半径」曲線と称する曲線を画成する。
接続された半円筒形壁及び四円筒形壁の各端部には、キャップで蓋がしてある。キャップの各々は、境界状態として閉じた多数半径曲線に固着され、その後、均一な変形圧力が加えられた、弾性シートの形状に対応する（実際に採用される材料は必ずしも同一ではない）。
本発明の新規な幾何学的形態は、端部セルの一方の長手方向軸線に対し垂直な断面により更に図示されている。この断面は、円弧状の外壁と、円弧状の外壁と、円弧状の上方壁と、円弧状の下方壁とを含む、多数半径曲線を画成する。外壁は、より大きい半径（このため、外壁半径と称される）を有する半円筒体に対応する。上方−外方接続部にて外壁と一体とされた一端を有する上方壁は、上方の四分円筒体に対応し、このため、外壁の半径よりも小さい上方壁の半径を有する。下方−外方接続部にて外壁と一体とされた一端を有する下方壁は、下方四分円筒体に対応する。この実施の形態において、下方壁の半径は、上方壁の半径に等しいが、その他の実施例においては、これらの半径は異なるものとすることができる。このように、一般に、多数半径断面は、２つ又は３つの異なる半径を有する円形の円弧を有することができる。
圧力容器の代替的な実施の形態は、端部セルの間に固着された１つ以上の内部セルを含む。断面にて、該内部セルの各々は、２つの直線状内壁により半円筒形の下方部分に固着された半円筒形の上方部分を有する。内部セルは、互いに正接し且つ隣接する位置に固着され、端部セルは、最外側の内部セルに正接し且つ隣接する位置に固着される。
半円筒形の内部壁の上方部分及び下方部分の半径は、端部セルのそれぞれ四分円筒形の上方壁及び下方壁の半径に等しい。このため、本発明の圧力容器の端部セル及び内部セルは、公知の圧力容器のローブの場合と異なり、そのセルが交わる箇所にて互いに略正接している。本発明のこの新規な幾何学的形態の特徴により、隣接するセルが引きちぎれる傾向が軽減される。
ウェブは、端部セルの周りに固着され且つ存在する全ての内部セルの周りに固着されている。このウェブは、略平面状の上方シートを有しており、該上方シートは、端部セルの各々の上方−外方接続部及び各内部セルの半円筒形の上方部分に略正接している。また、該ウェブは、端部セルの各々の下方−外方接続部及び各内部セルの半円筒状の下方部分に略正接する略平面状の下方シートを有する。このウェブは、互いに正接するようにセルを保持することを支援し、またセルの壁を補強することにより、圧力容器を補強する。
本発明の圧力容器はウェブとセルとの間に、加圧流体を貯蔵するために使用されない楔状の不使用容積を画成する。一つの実施の形態において、この圧力容器は、ウェブシートとセルとの間に配置された発泡材又はゴムの楔によりその不使用容積を略充填することにより補強される。
本発明の圧力容器は、圧力容器の内部チャンバと、弁に接続されたＣＮＧ管のような外部の加圧流体管との間にて、流体を選択的に連通させることのできる弁を備えている。本発明の圧力容器を形成する幾つかのセルの内部は、互いに流体連通可能な形態とされており、圧力容器に出入りする流体の流れを制御するためには、弁が１つあればよい。この弁は、圧力容器の内部圧力が所定の値を超えた場合に、加圧流体を放出する圧力逃がし機構を備えている。また、この弁は、高温が存在するとき、緊急に排気する可溶性栓を備えている。
本発明の圧力容器は、この圧力容器の充填重量が同一容積を略占める従来のガソリンタンクの充填重量を超えないため、ガソリン炊きの既存の乗物に取り付け易い点で有利である。更に、この圧力容器は、従来のガソリンタンクのストラップが係合し得る外部凹所を画成する保持具を備える形態とすることができる。このように、顕著な変更又は更なる試験を行わずに、ガソリンタンクを乗物に固着するのに従来から使用するされているものと同一のタンクストラップを使用して、圧力容器を乗物に固着することができる。
本発明の圧力容器は、既存の乗物に取り付ける場合に使用されることにのみ制限されるものではないことが当業者に理解されよう。また、本発明は新型の乗物の設計、及び略矩形の形状を有する圧力容器を使用することが有利なその他の用途にも同様に提供される。
本発明による圧力容器は、金属又は複合部品で製造される。一つの実施の形態において、セルは、気体不透過性を提供し得るように金属フォイル又は合成ポリマーフィルムのようなライナーで形成される。このライナーは、当業者に周知のフィラメント巻き付け又はその他の方法を使用して、複合層により包み込まれる。セル同士を流体連通させるため、セル壁内に内部ポートを形成するか、又は、かかる連通を可能にすべく、その後に外部マニホルドを取り付けてもよい。これらのセルは互いに隣接する位置に配置され、その後に、全てのセルは複合ウェブで包み込まれる。セル内に使用される複合体、ウェブ又はその双方は、炭素、ガラス、グラファイト、アラミドを含み、又は熱可塑性又は熱硬化樹脂に見られる公知のその他の繊維を含むことができる。
別の実施の形態において、これらのセルは、押し抜き、押し出し成形、又は当業者に周知の別の方法により金属から製造される。これらの金属片は、共に溶接され、その後、複合ウェブで包み込まれる。適当な金属の例は、チタニウム、アルミニウム、鋼である。
要するに、本発明は、セルが正接状態に交わり且つ補強ウェブで包み込まれた圧力容器を提供するものである。この圧力容器の新規な幾何学的形態は、内部圧力に応答して引きちぎれる傾向に抵抗する略円形の断面を提供する。この圧力容器の外部は、従来のガソリンタンクの外部形状に略適合し、また、従来のガソリンタンクのストラップに係合する凹所を画成する保持具を備えている。
本発明の特徴及び有利な点は、添付図面に関する以下の説明及び添付した請求の範囲の記載からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来技術の圧力容器の斜視図である。
図２は、図１の線２−２に沿った断面図である。
図３は、本発明の圧力容器の一つの実施の形態の部分切欠き斜視図である。
図４は、図３の線４−４に沿った圧力容器の一部の横断面図である。
図５は、本発明の圧力容器の第一の代替的な実施の形態の断面斜視図である。
図６は、本発明の圧力容器の第二の代替的な実施の形態の断面斜視図である。
図７は、図３に示した実施の形態の選択された構成要素を示す分解斜視図である。
図８は、本発明の圧力容器の代替的な実施の形態の部分切欠き斜視図である。
好適な実施の形態の詳細な説明
次に、同様の部品を同様の参照番号で示す図面について説明する。本発明は、全体として圧力容器に関し、より具体的には、乗物（図示せず）の燃料となる圧縮天然ガス（「ＣＮＧ」）を保持するタンクに関するものである。本発明の圧力容器の一つの実施の形態が図３に全体として参照番号１０で示してある。この圧力容器１０の実施の形態は、ウェブ１４内に固着された３つのセル１２を備えている。これら３つのセル１２は、左端部セル１６と、右端部セル１８と、１つの内部セル２０を含む。これらのセル１２は、新規な幾何学的形態及びその他の特徴を備えており、これらの特徴に関しては、圧力容器１０のその他の主要な構成要素について説明した後に、詳細に説明する
右端部セル１８は、圧力容器１０に出入りする流体の流れを制御すべく弁２２を備える形態をしていることが好ましい。この弁２２は、圧力容器１０の内部圧力が所定の値を超えたならば、圧力容器１０から加圧流体を制御状態で放出させる圧力逃がし手段を備えることが好ましい。一つの実施の形態において、この加圧流体はＣＮＧであり、流体を制御状態にて放出するときの所定の値は約3,600p.s.i.である。
適当な圧力逃がし手段は、設定された所定の圧力にてＣＮＧを放出させる形態とされた当該技術分野で周知の型式の機械的な圧力逃がし機構を含む。また、適当な圧力逃がし機構は、圧力容器１０内の圧力を所定値以上に上昇させる温度のような高温度が存在するとき、緊急的に排気する可溶栓を備えることが好ましい。この可溶栓は、タンク内の温度が約100℃（212°Ｆ）以上に上昇したとき、緊急的に排気する形態とされることが現在、好ましい。この圧力容器１０は、別の位置にて弁２２を備える形態とされ、又は１つ以上の弁を備える形態とすることも有用であることが当業者に理解されよう。
楔状の支持体２４は、セル１２とウェブ１４との間を長手方向に伸長し得るように配置されている。図面の便宜上、これらの支持体２４の部分は図３に切り欠いて示してある。支持体２４は、セル１２とウェブ１４との間の楔形の不使用容積を略充填し、ウェブ１４に対し構造的支持体を提供する。支持体２４に適した材料は、ゴム、弾性発泡材、及び当業者に周知のその他の剛性又は半剛性材料を含む。
圧力容器１０の外部は、従来のガソリンタンクストラップ（図示せず）を受け入れ且つ保持する凹所２５を画成する保持具を備える形態とされている。既存の乗物に取り付ける適用例において、この圧力容器１０の外部は、その略矩形の形状及びその寸法の双方の点にて従来のガソリンタンクに略順応する形状であることが現在、好ましい。この圧力容器１０の凹所２５及びその他の順応特徴部分はガソリン炊きの乗物の形態からＣＮＧ炊きの形態に改造する間に、従来のガソリンタンクをこの圧力容器１０と交換することを容易にする。
図４を参照すると、端部セル１８は、ライナー２８の周りに配置された外壁２６を有する。この外壁２６は、炭素、ガラス、グラファイト、アラミド又はエポキシのような熱可塑性又は熱透過性樹脂内のその他の公知の繊維結合材のような複合材料で出来ていることが好ましい。このライナー２８は、金属フォイル又は合成ポリマーフィルムのような気体不透過性材料で製造することができる。
本発明の新規な幾何学的形態及びその他の特徴を端部セル１８に関して説明するが、圧力容器１０のその他のセル１２もまた新規な特徴を備えている。この外壁２６は略半円筒形である。この外壁２６の幾何学的形態は、長手方向軸線３０を貫通する面で第一の円筒体を薄切りすることで画成される。この長手方向軸線３０は、図４の面に対して垂直な点３２を貫通して伸長する。このように、外壁２６の半径３４は、約180°の円弧に亙って略一定である。
略四分円筒形の上方壁３６及び略四分円筒形の下方壁３８は、外壁２６に取り付けられている。この上方壁３６は、上方−外方接続部４０にて外壁２６と一体であり、また、下方壁３８は、下方−外方接続部４２にて外壁２６と一体である。壁３６、３８の四分円筒形の幾何学的形態は、各々が外壁２６の円筒体と同一長さを有するが、より小さい管のそれぞれの半径４４、４６を有する第二及び第三の円筒体を薄切りすることで画成される。第二及び第三の円筒体の各々は、その長手方向軸線を貫通する２つの垂直面により薄切りされて、四分円筒体を画成する。
このように、外壁２６の上半分及び上方壁３６が多数半径曲線を画成する。外壁２６の下半分及び下方壁３８は、第二の多数半径の曲線を画成する。この現在好適な実施の形態において、上方壁３６の半径４４は、下方壁３８の半径４６に等しいが、別の実施の形態においては、これらの半径は異なる。しかしながら、外壁２６の半径３４は、常に、半径４４、４６の何れよりも大きい。
略直線状の内壁４８が上方壁３６と下方壁３８とを接続する。内壁４８は、上方−内方接続部５０にて上方壁３６と一体であり、また、下方−内方接続部５２にて下方壁３８と一体である。内壁４８は、上方−内方接続部５０にて上方壁３６に略正接し、また、下方−内方接続部５２にて下方壁３８に略正接している。
該ウェブ１４（図３）は、上方−外方接続部４０にて上方壁３６に略正接する上方シート５４を備えている。また、このウェブ１４は、下方−外方接続部４２にて下方壁３８に略正接する下方シート５６も備えている。これらの上方シート５４及び上方壁３６は、加圧流体を貯蔵するために使用されない容積である、不使用容積５８を略画成する。これらの下方シート５６及び下方壁３８は、同様の不使用容積６０を略画成する。これらの不使用容積５８、６０は、楔形の支持体２４（図３）により略充填されることが好ましい。
図３に図示するように、各セル１２の各端部は、キャップ６２を備える形態とすることが好ましい。一つの実施の形態において、端部セル１６、１８に設けられたキャップ６２は、一方で、外壁の半径３４に等しい半径を有する球形部分の一部と、他方にて、上方壁の半径４４及び下方壁の半径４６を有する、球形部分の一部との間にて平滑に移行する形態を有している。内側セル２０におけるキャップ６２の幾何学的形態は、一方で、外壁の半径３４に等しい半径を有する球形部分の一部と、他方にて、上方壁の半径４４及び下方壁の半径４６を有する、球形部分の一部との間にて平滑に移行する。代替的な実施の形態において、キャップ６２は、３つの半径３４、４４、４６を有する球形部分と平滑に交わる異なる幾何学的形態を有している。
一つの実施の形態において、キャップ６２の各々は、セルの端部により画成され、閉じた多数半径曲線に固着された仮想の弾性シート（次に、均一な変形圧力が加わる）と形状が対応している。分析の条件において、セル１２の端部が境界状態を画成し、また、キャップ６２の形状は、気体の圧力のような空間的に均一な力による均一なシートの変形に対応した異なる等式を操作することにより、決定される。シートの弾性が異なれば、キャップの形状も異なることが当業者に理解されようし、また、当業者は、近似される矩形の容積とその他の設計の条件との間にて容易に選択することができよう。
図５及び図６には、本発明の圧力容器の２つの代替的な実施の形態が図示されている。実施の形態の各々は、図３の線４−４に沿った位置に略対応する線に沿った断面図で図示されている。図５に図示した実施の形態は、左端部セル１６と、右側端部セル１８とを備えているが、この実施の形態は、内部セル２０を全く、備えていない。これに反して、図６に図示した実施の形態は、左端部セル１６と、右側端部セル１８と、２つの内部セル２０とを備えている。より一般的には、本発明の圧力容器の実施の形態は、内部セル２０を１つ以上備え、又は内部セルを全く備えなくてもよい。
図６に図示するように、内部セル２０の各々は、端部セル１６、１８の上方壁３６、又は別の内部セル２０の半円形の上方断面部分２１の何れかに略正接する略半円形の上方断面部分２１を有している。また、内部セル２０の各々は、端部セル１６、１８の下方壁３８、又は別の内部セル２０の半円形の下方断面部分２３の何れかに略正接する略半円形の下方断面部分２３を有している。この実施の形態において、各半円形の上方断面部分２１の半径は、上方壁３６の上方壁半径に略等しい。
図５乃至図７に図示するように、この圧力容器のセル１２の内部チャンバは、１つ以上のポート６４により互いに流体連通状態となるように配置することができる。このようにして、セル１２の内部の圧力は、均等となり、圧力容器に出入れする加圧流体の流れを制御するためには、弁２２が１つあれば十分である。図８に図示した代替的な実施の形態は、外部マニホルド６６を通じてセル１２同士を流体連通させる。このマニホルドは、金属、又はその他の周知の材料で形成されている。この実施の形態において、圧力逃がし弁２２及び可溶性栓は、マニホルド６６内に一体化されている。
図３乃至図６に図示した圧力容器は、全体として、１列の円筒体の形態をしているが、代替的な実施の形態は、別の全体的な形態を有する圧力容器に本発明の新規な幾何学的形態を採用する。例えば、一部の実施の形態は、その断面にて、本発明の幾何学的形態を有する、略円環状のセルを備えている。
別の実施の形態は、端部セルを２つではなくて、端部セルを４つ備えている。かかる実施の形態において、４つの端部セルの各々の断面は、少なくとも１つの多数半径曲線を有し、また、より小さい２つの四分円の壁と一体である、略四分円の外壁の形態をした２つの多数半径曲線を有している。このウェブは、外壁と単一のより小さい壁との間の接続部にて端部セルに略正接しており、また、各種のセルは、互いに交わる箇所にて略正接している。当業者には、本明細書に記載した教示に従い別の実施の形態が理解されよう。
図７を参照すると、本発明の圧力容器は、当該技術分野の当業者に周知の方法により製造される。その一つの解決策は、所望の幾何学的形態及び寸法を有するマンドレル（図示せず）の周りにライナー２８（図４）を配置することによりセル１２を形成するものである。セル１２（図５及び図６参照）を正接して交らせることを可能にする所望のマンドレルの幾何学的形態、及び本発明のその他の新規な幾何学的形態は、本明細書に記載した教示に従い、当業者により容易に理解されよう。
この所望のマンドレルの寸法は、セル１２を形成するために使用される材料の強度、セル１２が耐えることを要する圧力、完成した圧力容器が嵌まるスペースの寸法を含む情報に基づいて当業者が容易に設定されよう。一つの実施の形態において、セル１２の製造に使用される材料は、ループ状及びら旋状の巻き付けを組み合わせて巻き付けられる、含浸グラファイトトウを含み、約3,600p.s.i.という圧力容器内の標準的な作用圧力に耐えるのに十分な強度、及びこの圧力の約２乃至３倍の破断強度を提供する。この圧力容器のこの実施の形態の全体的な寸法は、全体として、この圧力容器と交換される従来のガソリンタンク（図示せず）の寸法に略等しい。また、この圧力容器は、ＣＮＧを使用するために、ガソリン炊きの既存の乗物に取り付ける以外の用途にも利用可能である。この場合、従来のガソリンタンクの寸法以外の基準により、この圧力容器の所望の寸法が決まる。
マンドレルの周りにライナー２８を配置した後、ライナー２８は、フィラメント巻き、管巻き、テープ巻き、自動的な繊維巻き、又は、当業者に周知の別の方法を使用して、複合材料で包み込まれる。セル壁の複合材が硬化した後に、機械加工することにより、又は、複合繊維を適当な保持具の周りに配置することにより、セル１２の壁の内部に整合したポート６４を形成することができる。この弁２２は、金属製のポーラボスにより端部セル１８の一つに固着される。
次に、これらのセル１２を図３に図示するように、互いに隣接する位置に配置する。ゴム、又は発泡材の支持体２４をセル１２の上に配置し、又はこのセル１２に接着する。次に、セル１２を複合ウェブ１４で包み込む。このウェブ１４は、公知の複合材料から成っており、また、フィラメント巻き、又は当業者に周知の別の施工技術で取り付けられる。
次に、その組み立て体の全体をクラムシェル金型（図示せず）内の所定位置に配置する。この金型は、一側部にてボックスの内部に適合し、反対側にて、圧力容器の所望の外部形状に適合するシリコーンゴム製の挿入体を有する、略箱形の形態をしている。次に、シリコーンゴム挿入体の膨張と、セルライナー２８の加圧とを組み合わせて利用し、複合材料を圧縮して所望の形状にする。本明細書に記載した教示に従い、圧力容器を形成するためにその他の製造技術を使用することがてきることが当業者には、理解されよう。
別の実施の形態において、これらのセル１２は、押し抜き、押出し成形、又は当業者に周知の別の方法により、金属で製造される。これらの金属片は、共に溶接されて、次に、複合ウェブ１４で包み込まれる。適当な金属は、チタニウム、アルミニウム、及び鋼を含む。
要するに、本発明は、従来のガソリンタンクの内部容積に近似した圧力容器を提供するものである。このセルの幾何学的形態は、その半径が外壁の半径よりも小さい、上方壁及び下方壁を利用する。これらのセルは、正接状態に交じわるため、及びウェブはセルに接しかつセルを支持するため、本発明の圧力容器は、引きちぎれる傾向に抵抗する略円形の断面を有している。更に、この圧力容器は、従来のガソリンタンクの外部形状に略適合する。この圧力容器の外部は、略矩形であり、また、保持具が設けられており、この保持具は、従来、ガソリンタンクを乗物に保持するために使用していたストラップに係合する凹所を画成する。
本発明は、その必須の特徴から逸脱することなく、別の特別な実施の形態にて具体化することができる。上述した実施の形態は、全ての点にて、単に一例にしか過ぎず、限定的なものではないと解釈されるべきである。本発明に採用される科学的原理の説明の関して本明細書に記載した説明は、全て、単に一例にしか過ぎない。このため、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、請求の範囲の記載から明らかになる。請求の範囲の意義、及びその均等物に属する全ての変更は、その範囲に包含されるべきものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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