(57)【要約】  本開示は、タンクライナー（３０）の周りに巻き付けられた（炭素繊維（２０）フィラメント等の）炭素繊維（２０）を含んだ（複合オーバーラップ圧力容器つまり「ＣＯＰＶ」として知られることもある）圧力容器（１０）を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．炭素繊維オーバーラップと、
ｂ．ポリマー透過障壁と、
ｃ．タンクライナーと
を備え、前記タンクライナーが繊維強化プラスチックを備える、
圧力容器。
【請求項２】
前記ポリマー材料がポリウレタン及びポリ尿素から成るグループから選択される、請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】
前記透過障壁がナノ粒子添加剤をさらに備える、請求項２に記載の圧力容器。
【請求項４】
前記ナノ粒子添加剤が、剥離粘土及びカーボンナノチューブから成るグループから選択される、請求項３に記載の圧力容器。
【請求項５】
前記透過障壁が、剥離粘土及びカーボンナノチューブから成るグループから選択されるナノ粒子添加剤をさらに備える、請求項１に記載の圧力容器。
【請求項６】
前記タンクライナーが一体構造である、請求項５に記載の圧力容器。
【請求項７】
前記タンクライナーが炭素繊維をさらに備える、請求項６に記載の圧力容器。
【請求項８】
前記タンクライナーが複数の中心セグメント及びキャップセグメントを備える、請求項７に記載の圧力容器。
【請求項９】
前記キャップセグメントが金属から構成される、請求項８に記載の圧力容器。
【請求項１０】
前記タンクライナーが繊維強化プラスチックをさらに備える、圧力容器。
【請求項１１】
前記タンクライナーが一体構造である、請求項１０に記載の圧力容器。
【請求項１２】
前記タンクライナーが炭素繊維をさらに備える、請求項１０に記載の圧力容器。
【請求項１３】
前記タンクライナーが複数の中心セグメント及びキャップセグメントを備える、請求項１２に記載の圧力容器。
【請求項１４】
前記キャップセグメントが金属から構成される、請求項１３に記載の圧力容器。
【請求項１５】
前記タンクライナーが巻かれた炭素繊維層によって覆われる、請求項１０に記載の圧力容器。
【請求項１６】
前記巻かれた炭素繊維層が約７００ＫＳＩの引っ張り強さ及び約３３ＭＳＩの係数を有する炭素繊維を含む、請求項１５に記載の圧力容器。
【請求項１７】
前記巻かれた炭素繊維が前記タンクライナーの周りで均一な連続厚さとなる、請求項１６に記載の圧力容器。
【請求項１８】
前記タンクライナーと前記巻かれた炭素繊維層との間に位置する透過障壁をさらに備える、請求項１７に記載の圧力容器。
【請求項１９】
複合工具／マンドレルに対して内部の第２の透過障壁をさらに備える、請求項１８に記載の圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、「Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ」と題する２０１４年２月２７日に出願された、係属中の米国仮出願第６１／９４５，２２０号の利点及びそれに対する優先権を同様に主張した「Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｖｅｓｓｅｌ」と題する２０１４年１０月２８日に出願された係属中の米国非仮出願第１４／５２５，６４５号の利点及びそれに対する優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、加圧ガス及び加圧液体の輸送用の容器に関する。より詳細には、一実施形態では、本開示は圧縮天然ガス（「ＣＮＧ」）、プロパン、メタン、アルコール、ヘリウム、水素、又はアルゴンの輸送及び保管のための容器に関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車及び他の用途のためにより環境に配慮した（いわゆる「グリーン」）燃料を供給する要求は、燃料を保管できるだけではなく燃料の輸送で使用できる圧力容器に対する需要を大幅に増加させている。今日最も期待される燃料の１つはＣＮＧであり、ＣＮＧ容器用の圧力容器を生産する費用効果の高い方法に対する必要性が生じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
概して、ＣＮＧ圧力容器の２つの最も高価な特徴は炭素繊維及び（周りに炭素繊維が巻き付けられる）タンクライナーである。炭素繊維のコストは自由市場によって大きく変動し、したがって圧力容器製造業者は炭素繊維のコストを制御又は削減するのはほとんど不可能である。したがって、タンクライナーのコストの削減が望ましい。
【０００５】
使用される最も一般的なタイプの圧力容器は、タイプ３（金属で裏打ちされている）容器及びタイプ４（プラスチックで裏打ちされている）容器である。また、業界により検討されている新しいタイプ５容器もある。タイプ５容器は全複合材（金属ライナー又は非金属ライナーなし）であると考えられる。また、圧力容器が内側に非常に薄い透過障壁を有する場合、さらに圧力容器が非耐力である場合に、圧力容器はタイプ５容器であると考えられてもよい。本開示はタイプ４及び／又はタイプ５の容器に適用することができる。共通タイプ３容器タンクライナーはアルミニウムであるが、溶接鋼アセンブリにより生産されるタンクライナーもいくつかある。アルミニウムタンクライナーのサイズ制限は、使用可能な管鍛造物の直径により制御される。直径サイズは、通常約１８インチで止まる。２５インチ直径以上のタンクライナーを必要とするトラック及び大量貯蔵システム向けに新しい新興市場がある。このより大きい直径の必要性は、より多くのタイプ４容器が開発されている理由の１つである。より大きいタイプ４ライナーのための製造方法は、成形品及び工具が高価であるため、頻繁な設計変更がある場合には、高価になることがある。しかしながら、新しいタイプ４容器は、タイプ３容器用のアルミニウムライナーよりも軽量且つ安価である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
しかしながら、タンクライナーの生産は、特殊化された工具及び他の設備を必要とするため簡単ではなく、必要とされる設備のコストは業界の大きな参入障壁を呈している。
【０００７】
本開示は、互いに接着できるセグメント付きのタンクライナーを含む、ＣＮＧ等の気体及び液体の輸送及び保管で有用な圧力容器を提供する。本開示の圧力容器は、費用効果が高く、変更、より頑強な端金具、及び半球体に容易に適応可能であるモジュラー製造を可能にする。
【０００８】
本開示の優位点及び特徴をさらに提供するために、本発明の発明を実施するための形態が添付図面で示されるその特定の実施形態を参照して提供される。これらの図面は範囲の制限と見なされるべきではないと理解される。本発明は、添付の図面を使用することにより追加の特異性及び詳細により記述及び説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】タンクライナー３０上にオーバーラップされた炭素繊維２０の一実施形態を示す図である。
【図２】本明細書に開示されるタンクライナー３０の一実施形態を示す図である。
【図３】本明細書に開示されるタンクライナー３０の代替実施形態を示す図である。
【図４】保護エンクロージャ６０の内側で輸送される複数の圧力容器１０の一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、タンクライナー３０の周りに巻き付けられた（炭素繊維２０フィラメント等の）繊維２０を含んだ（複合オーバーラップ圧力容器、つまり「ＣＯＰＶ」としても知られている）圧力容器１０を提供する。また、繊維２０は、当業者によって認識されるように、必要に応じて性能を強化するためにファブリック又は他のテキスタイルの埋め込まれた層と共に使用することもできる。
【００１１】
技術で既知のいずれの繊維２０も本明細書に開示される圧力容器１０と共に使用することができる。例えば、圧力容器１０用の典型的な炭素繊維２０は、約７００重量キロポンド毎平方インチ（ｋｓｉ）の引っ張り強さ、及び約３，３００万重量ポンド毎平方インチ（ｍｓｉ）以上の引張係数を有するため、類似する特徴のいずれかを有する材料を使用してもよい。他の繊維２０オーバーラップは、ガラス繊維、玄武岩繊維、ジュート撚り糸、Ｚｙｌｏｎ（登録商標）、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、Ｖｅｃｔｒａｎ（登録商標）、及び高強度金属線を含むが、これに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、炭素繊維２０は、炭素繊維２０を強化及び硬化するように作用するエポキシ又は樹脂をさらに含んでもよい。本開示は、単一のタイプの繊維２０を含んだ圧力容器１０に制限されておらず、したがって圧力容器１０が、圧力容器１０の用途及びサイズに応じて、複数の異なるタイプの炭素繊維又は他の繊維２０に巻き付けられてもよい（又はオーバーラップされてもよい）ことが理解されるべきである。オーバーラップされており、タンクライナー３０の上にオーバーラップされたいくつかの炭素繊維２０を示すタンクライナー３０の一例が図１に示される。繊維２０はタンクライナー３０の周りで連続的な「深さ」で巻き付けられてもよい、又はタンクライナー３０の特定のセグメントは繊維２０のより厚い層で巻き付けられてもよい。例えば、より大きい圧力にさらされることが知られている領域は、より少ない圧力をかけられるセクションよりもオーバーラップされたより多くの繊維２０を有してもよい。代替的には、異なるタイプの繊維２０は異なる圧力を受ける圧力容器の異なる領域で使用されてもよい。さらに、層化パターンは、螺旋層、極性層、又はフープ層で巻かれた繊維２０を含むが、これに制限されずに、本開示に関連して使用されてもよい。さらに、個々の繊維２０は、圧力容器１０の所望される特色に応じて、タンクライナーに対して同じ角度又は異なる角度で巻かれてもよい。
【００１２】
本開示と関連して使用できる多くの適切なエポキシ又は樹脂がある。いくつかの係る樹脂はＥＰＯＮ（登録商標）８２８及び８６２、並びにＤｏｗ３８３であり、必要に応じてエポキシ性能を調整するために使用できる、さまざまな異なる硬化剤及び添加剤がある。さらに、エポキシ又は樹脂は、巻かれる前に繊維２０の上に浸透できる、又は繊維２０は「湿式で巻く」ことができ、繊維２０はタンクライナー３０の周りに巻かれるためエポキシ又は樹脂が添加される。エポキシは共通の樹脂マトリックスであるが、ウレタン、ポリ尿素、エポキシビニールエステル、ビスマレイミド、ベンゾオキサジン等の他のものも使用することができる。
【００１３】
また、本開示は、新規のタンクライナー３０を有する圧力容器１０も提供する。タンクライナー３０は、球形、円筒形、又は円錐形を含んだ様々な形状を有してもよい（したがって、圧力容器１０上に類似した形状を与える）。言うまでもなく、上述の形状の組合せも本開示の範囲内である。一実施形態では、タンクライナー３０は、金属端金具（以下に説明する）を定位置に保持するマンドレル／工具として働き、タンクライナー３０は透過障壁の適用のための表面を提供する。複合マンドレル工具は気体を含むために浸透層５０（以下に説明）に依存することがあり、マンドレルはフライアウェイ工具と見なすことができる。
【００１４】
一実施形態では、タンクライナー３０は、互いに接着される複数のセグメント４０を含む。代替的な実施形態では、タンクライナー３０は、ただ１つのセグメント４０を含んだ一体構造である。セグメント４０は多数の構成に成形又は形作ることができる。例えば、図２に示されるように、タンクライナー３０は複数のセグメント４０を含んでよく、一方のセグメント４２はタンクライナーの円筒形の本体を形成し、他の２つのセグメント４４はタンクライナーの端部つまり半球体キャップを形成する。代替的には、図３に示されるように、タンクライナー３０の円筒形の本体は、互いに接着される複数のセグメント４２ａ、４２ｂから成ってもよい。
【００１５】
圧力容器１０の用途に応じて、一方又は両方の端部セグメント４４は、ＣＮＧを圧力容器１０から排出できるようにするために有用なバルブ又は他の機構に接続されるように適応される端金具４６（典型的には、キャップセグメント用の工具の頂点にあけられた穴であり、次いでガスシステムのバルブ接続と接続する金具に取り付けられる穴であるが、これに限らない）を含んでもよい。また、金属端金具は、鋳造することができ、又はマンドレル材料で定位置に巻くこともできる。当業者に既知のいずれの端金具も本開示の範囲とともに考慮されるべきである。さらに、端金具のタイプは圧力容器１０の用途に応じて変えられてもよい。
【００１６】
タンクライナー３０を含んだセグメント４０は多くの異なる材料を含んでもよい。一実施形態では、タンクライナー３０は単一の材料から成ってもよい。一方、他の実施形態では、タンクライナー３０は複数の材料から成ってもよい（例えば、端部セグメント４４はタンクライナー３０の本体を形成するセグメント４２とは異なる材料から成ってもよい）。タンクライナー３０の構成は、圧力容器１０の用途に応じて変えられてもよい。１つの応用では、セグメント４２及び４４はガラス繊維強化プラスチックを含んでもよい。代替的な実施形態では、セグメント４２及び４４は炭素繊維強化プラスチックを含んでよい。代替的な構成では、セグメント４２はガラス繊維強化材料を含んでもよい。一方、端部セグメント４４は金属製である。重量が限界の場合、複合工具マンドレルは炭素繊維及びエポキシマトリックス樹脂又は他の樹脂で作ることができる。また、複合端部セグメント４４及び金属端金具４６は、金属界面及び非金属界面でＯリング又はシーラント材を装備できる。端金具４６は端部セグメント４４に接着されるのではなく、むしろ端部セグメント４４の一体化したパーツであるので、全金属端金具４６及び端部セグメント４４は、極めて高圧の状況で特に有用である。
【００１７】
タンクライナー３０が複数のセグメント４０を含む実施形態では、セグメントは互いに接着されなければならない。セグメント４０は、接着剤の薄い接着層がセグメント４０を互いに接着できるようにする重複ジョイントを有することがある。
【００１８】
タンクライナー３０は、炭素繊維２０によって直接的にオーバーラップされてもよく、又はタンクライナー３０は最初に透過障壁５０によって覆われてもよい。透過障壁５０は、応用に応じて複合マンドレル工具の内側、外側、又は両側にあることがある。透過障壁５０は、ポリ尿素若しくはポリウレタン等のポリマー又は他の可撓材料を含んでもよい。また、透過障壁５０は、気体透過性を強化するために多様な充填剤及び添加剤を含むこともある。一実施形態では、透過障壁５０はその性能を強化するのに役立つ、ナノ粒子等の添加剤を含んでもよく、係るナノ粒子は剥離粘土又はカーボンナノチューブを含むだろうが、これに限定されるものではない。この透過障壁５０は、通常、透過障壁５０が圧力容器１０の内容物が漏れ出すのを防ぐのに役立つ構造に強度を加えない。透過障壁５０の主要な機能の１つは、タンクライナー３０の中にガスを含むことである。透過障壁５０は、ガスの拡散を削減するために使用される異なる材料のいくつかの層を有することがある。いったん透過障壁５０がタンクライナー３０上に追加されると、炭素繊維１０は従来のフィラメント巻線機を使用してオーバーラップされてもよい。一実施形態では、透過障壁５０はタンクライナー３０に対して内部であってよく、次いでタンクライナー３０は炭素繊維１０でオーバーラップされてもよい。さらに別の代替的な実施形態では、二（２）つの透過障壁５０、つまりタンクライナー３０に対して内部の透過障壁及びタンクライナー３０に対して外部の透過障壁がある。
【００１９】
本開示の圧力容器１０は、ＣＮＧ動力自動車、（陸路で又は海路で）ＣＮＧの出荷、又はロケットで等のいくつかの用途で使用されてもよい。さらに、本明細書に開示される圧力容器１０の１つ又は複数は、圧力容器１０がＣＮＧを出荷するために使用されている場合、保護エンクロージャ６０の中に含まれてもよい、又は保護エンクロージャ６０によって囲まれてもよい。例えば、４つの圧力容器１０が図４に示されるように保護エンクロージャ６０によって囲まれてもよい。
【００２０】
本開示の特定の実施形態が説明されてきたが、係る参照が、特許請求の範囲に述べられるのを除き、本開示の範囲に対する制限として解釈されることは意図されていない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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