(57)【要約】  本発明は、流体を加圧下で貯蔵するように構成される圧力容器（１００）に関し、その圧力容器は、円筒区域（４１）、第１の丸い端区域（４２）、および第２の丸い端区域（４２’）を有する熱可塑性ライナ（４０）と、複合材料から作られる強化構造（５０）であって、熱可塑性ライナの円筒区域を少なくとも包囲する強化構造と、局所強化層（２０）とを備える。
2020525735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を加圧下で貯蔵するように構成される圧力容器（１００）であって、
円筒区域（４１）、第１の丸い端区域（４２）、および第２の丸い端区域（４２’）を有し、前記第１の丸い端区域は開口（４３）を有する、熱可塑性ライナ（４０）と、
複合材料から作られる強化構造（５０）であって、前記熱可塑性ライナの前記円筒区域を少なくとも包囲する強化構造と、
フランジ（１１）を伴うボス（１０）であって、前記フランジ（１１）は、前記第１の丸い端区域における前記開口の周りで延びる、ボス（１０）と、
前記強化構造に埋め込まれるか、前記熱可塑性ライナと前記強化構造との間に位置付けられるか、前記熱可塑性ライナにおいて一体にされるかのいずれかの局所強化層（２０）であって、前記ボスと前記熱可塑性ライナの前記円筒区域との間の領域において前記第１の丸い端区域の一部分を少なくとも包囲し、前記円筒区域のうちの２０％未満を包囲する局所強化層（２０）と、
を備える圧力容器。
【請求項２】
前記局所強化層（２０）は、前記熱可塑性ライナに溶接されるテープ区域を備える、請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】
前記局所強化層（２０）は、前記強化構造の複合材料が前記局所強化層の下方および上方で延びるように前記強化構造に埋め込まれる、請求項１に記載の圧力容器。
【請求項４】
前記局所強化層（２０）は実質的に一定の厚さを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項５】
前記局所強化層（２０）は、以下の材料、すなわち、金属、複合材料のうちのいずれか１つから作られる、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項６】
前記強化構造（５０）は前記局所強化層（２０）にわたって少なくとも部分的に延び、好ましくは、前記強化構造は前記局所強化層にわたって完全に延びる、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項７】
前記局所強化層によって形成される周辺部分の最大外径（Ｄｍａｘ）は、前記熱可塑性ライナの前記円筒区域の外径（Ｄ）の５０％より大きく、好ましくは７０％より大きく、より好ましくは８０％より大きい、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項８】
圧力容器の軸方向において見ると、前記第１の丸い端区域は長さＬ２を有し、前記局所強化層は、前記第１の丸い区域の第１の帯域（Ｚ１）の少なくとも一部分において前記第１の丸い端区域を包囲し、前記第１の帯域（Ｚ１）は前記円筒区域から前記圧力容器の軸方向において長さＬ２／２にわたって延びる、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項９】
前記局所強化層は、３０ＧＰａより大きく、より好ましくは４０ＧＰａより大きく、さらにより好ましくは５０ＧＰａより大きいヤング率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１０】
前記局所強化層（２０）は１ｍｍを超える厚さを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１１】
前記局所強化層（２０）は、６ｍｍより小さく、より好ましくは５ｍｍより小さい厚さを有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１２】
前記局所強化層（２０）は、熱硬化性または熱可塑性の母材に埋め込まれる強化繊維を含む、好ましくは、前記局所強化層は、熱可塑性もしくは熱硬化性のプリプレグによって、または、強化テープによって形成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１３】
前記強化構造（５０）は、熱硬化性または熱可塑性の母材に埋め込まれる強化繊維を含む、好ましくは、前記強化構造（５０）は、以下のもの、すなわち、フィラメントワインディング層、編組層、テープ層のうちの１つまたは複数を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１４】
前記局所強化層（２０）および／または前記強化構造（５０）は前記ボスにわたって延びる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１５】
前記第１の丸い端区域（４２）の前記開口（４３）の周辺の縁が、前記熱可塑性ライナから外向きに突出する円筒端区域（４５）に連結され、前記ボス（１０）は前記円筒端区域の周りに配置される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１６】
前記第１の丸い端区域（４２）の前記開口（４３）の周辺の縁が、前記熱可塑性ライナから内向きに突出する円筒端区域（４６）に連結され、前記ボス（１０）は、前記円筒端区域（４６）に配置される部分を有し、前記ボス（１０）の前記フランジ（１１）は前記開口の周りで前記熱可塑性ライナ（４０）から突出する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１７】
前記第１の丸い端区域および／または前記第２の丸い端区域は実質的にドーム形とされる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１８】
前記圧力容器は、以下のもの、すなわち、液化石油ガス（ＬＰＧ）、水素、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、アンモニアのうちのいずれかを貯蔵するように構成され、前記圧力容器は２ｂａｒを超える圧力に耐えるように構成される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項１９】
第２の局所強化層が、前記圧力容器の軸方向において見られるとき、前記局所強化層に隣接して設けられ、前記第２の局所強化層は前記局所強化層と異なる、請求項１から１８のいずれか一項に記載の圧力容器。
【請求項２０】
流体を加圧下で貯蔵するように構成される圧力容器（１００）を製造するための方法であって、
円筒区域（４１）、第１の丸い端区域（４２）、および第２の丸い端区域（４２’）を有する熱可塑性ライナ（４０）を形成するステップと、
複合材料から作られる強化構造（５０）を、前記強化構造が前記熱可塑性ライナの前記円筒区域を少なくとも包囲するように形成するステップであって、開口が前記第１の丸い端区域に設けられる、ステップと、
ボスを前記第１の丸い端区域における前記開口の周りに配置するステップと、
局所強化層（２０）が、前記ボスと前記熱可塑性ライナの前記円筒区域との間の領域において前記第１の丸い端区域の一部分を少なくとも包囲し、前記円筒区域のうちの２０％未満を包囲するように、前記局所強化層（２０）を前記強化構造に埋め込むステップ、前記局所強化層（２０）を前記熱可塑性ライナと前記強化構造との間に位置付けるステップ、または、前記局所強化層（２０）を前記熱可塑性ライナにおいて一体にするステップのいずれかと、
を含む方法。
【請求項２１】
前記局所強化層は、６ｍｍより小さく、好ましくは５ｍｍより小さい厚さを有するように配置される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記局所強化層は、前記熱可塑性ライナまたは前記熱可塑性ライナの副次的部分の成形の間に前記熱可塑性ライナにオーバーモールドされる、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記局所強化層は、前記熱可塑性ライナの形成と前記強化構造の形成との間において前記熱可塑性ライナに位置付けられ、前記局所強化層は、独立した構成要素として一体にされるか、ライナの形成の後にライナに付着させられるかのいずれかである、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記局所強化層は前記熱可塑性ライナに溶接される、請求項２０から２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記局所強化層は、前記強化構造の２つの複合物層の間での前記局所強化層の位置付けによって前記強化構造に埋め込まれる、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記局所強化層の一部分が、前記熱可塑性ライナに配置されるか、または、前記局所強化層の一部分において埋め込まれ、熱硬化性または熱可塑性の樹脂が、前記局所強化層と前記強化構造とを形成するために前記局所強化層に注入される、請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記熱可塑性ライナ（４０）は、前記第１の丸い端区域および前記第２の丸い端区域は実質的にドーム形とされるように形成される、請求項２０から２６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、圧力容器に関し、詳細には、車両での使用のための圧力容器に関する。具体的な実施形態は、水素ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、またはアンモニアを貯蔵するための圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高圧での貯蔵のための圧力容器は、典型的には、フィラメントワインディング工程を用いて複合物強化構造がライナ上に製造される該ライナから作られる。例えば、タイプＩＶの圧力容器について、圧力容器を作るための工程は、
−  例えば、射出成形もしくは吹込成形、回転成形、または、管押出の任意の種類の成形工程との組み合わせによる、熱可塑性ライナの製造のステップであって、成形された端区域が典型的には管押出に溶接され、このステップについての製造時間が典型的には１分間から５分間の間である、ステップと、
−  例えば強化繊維をインライン含浸で適用することによる、フィラメントワインディングを適用するステップであって、このステップのために必要とされる時間が６０リットルの容器について典型的には２〜４時間である、ステップと、
−  硬化させるステップであって、６０リットルの容器について４〜６時間を典型的には必要とするステップと
を含み得る。
【０００３】
特許文献１は、巻付けの層同士の間に巻き付けられる環状の強化パッチを述べている。これは、極の開口とは別の場所において圧力容器を貫く開口を作ることを可能にする。この開口の設計は、層同士の間で一体にされ、容器製造の後に孔が切り通される複数の環状の強化パッチに基づかれる。
【０００４】
特許文献２は、金属ライナと、金属ライナと樹脂が含浸された繊維筐体との間の一体型荷重分配層とを伴う圧力容器を述べている。その手法では、タイプＩＩＩの圧力容器の圧力周期の間の疲労の問題が回避できる。
【０００５】
特許文献３は、フランジを伴うボスを伴う圧力コンテナを開示している。フランジは、コンテナ本体に接合する接合位置において、コンテナ本体の周囲に向けて延びる。圧力コンテナのライナは、一緒に封止するようにフランジに当接する自己封止部品を有する。自己封止部品の外方周囲側において、環形とされた規制部材がライナの外方周囲に設けられ、規制部材は、コンテナ本体の膨張によって引き起こされるライナの直径の膨張を抑制するものである。
【０００６】
ライナは、その外方周囲において、自己封止部品の径方向において簡単に拡張可能および変形可能である容易に変形可能な部品である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３，１１２，２３４号
【特許文献２】米国特許第３，８１５，７７３号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１７３６１８号
【特許文献４】ＥＰ１６３０５３７４．７
【特許文献５】ＥＰ１６３０５８３９．９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、大きな応力負荷に耐えることができ、同じ応力負荷に耐えることができる先行技術の容器と比較して重量を低減した圧力容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、流体を加圧下で貯蔵するように構成される圧力容器が提供される。圧力容器は、熱可塑性ライナと、ボスと、強化構造と、局所強化層とを備える。熱可塑性ライナは、円筒区域、第１の丸い端区域、および第２の丸い端区域を有する。第１の丸い端区域は開口を有する。ボスのフランジが前記開口の周りに配置される。強化構造は複合材料から作られ、強化構造は、熱可塑性ライナの円筒区域を少なくとも包囲する。局所強化層は、前記強化構造に埋め込まれるか、強化構造とライナとの間に位置付けられるか、ライナにおいて一体にされるかのいずれかである。局所強化層は、ボスと熱可塑性ライナの円筒区域との間の領域において第１の丸い端区域の一部分を少なくとも包囲し、円筒区域のうちの２０％未満を包囲する。
【００１０】
注目されるのは、米国特許出願公開第２００４／０１７３６１８号では、規制部材がライナの丸い端区域を包囲していないことである。むしろ、規制部材はライナの円筒の段付き端区域を包囲している。
【００１１】
「丸い端区域」という表現は、端区域がライナの軸方向において丸められているという意味を含む。後で説明されているように、好ましくは、端区域は実質的にドーム形とされる。
【００１２】
「２０％未満」という表現は、特定の実施形態では、局所強化層が円筒区域を包囲せず、他の実施形態では、局所強化層が円筒区域において小さい距離（円筒区域の長さの２０％より小さい）にわたって延びるという意味を含む。
【００１３】
「ライナにおいて一体にされる」という表現は、局所強化層が、例えば溶接によって、ライナの表面に付着され得るか、または、例えばオーバーモールディングによって、ライナと一緒に形成され得るという意味を含むが、そのため、局所強化層は、ライナの局所的な強化を作り出すために、ライナの材料特性と異なる材料特性で作り出される。好ましい実施形態では、局所強化層は、ライナに溶接される１つまたは複数のテープ区域によって形成される。
【００１４】
「強化構造とライナとの間に位置付けられる」という表現は、局所強化層がライナに付着される必要はないが、強化構造によって所定位置で保持され得るという意味を含む。
【００１５】
「強化構造に埋め込まれる」という表現は、強化構造の複合材料が局所強化層の下方および上方で延びることを意味する。
【００１６】
発明者は、先行技術の圧力容器において、強化構造が圧力容器の最大圧力に置かれるとき（典型的には、破裂試験の間）、強化構造がその限度の負荷能力まで使用されないこと、つまり、典型的には、強化構造の繊維は、最大圧力に置かれるとき、その限度の負荷能力まで使用されないことを見出している。これは、強化構造における応力が一部の場所において大きいが、圧力容器の他の場所では小さいままであることを意味する。最大応力の場所は、典型的には、圧力容器の丸い端区域に、または、圧力容器の円筒区域と丸い端区域との間の移行領域にある。これらの領域は、典型的には、螺旋層を追加すること、および／または、強化構造の既存の螺旋層の角度を最適化することによって強化される。本発明の実施形態は、圧力容器の丸い端区域において、または、円筒区域と丸い端区域との間の移行領域において、応力を低減させるために加えられる層が、圧力容器の円筒区域の実質的な部分において効率的に使用されていないという発明者の洞察にとりわけ基づかれている。追加の層は、局所的にのみ寄与しており、そのため、重量および製造時間を圧力容器に付加している。圧力容器を製作するときの別の問題は、強化構造の形成の後の硬化サイクルの期間である。この期間は、強化構造の最終的な複合物の厚さに依存し、強化構造が厚くなればなるほど硬化期間が長くなる。これらの発明的な洞察は、本発明の圧力容器の実施形態によって取り組まれている。実際、先に記載されている手法で局所強化層を加えることで、強化構造はより薄くでき、同じ機械的強度を伴う先行技術の圧力容器との比較で、圧力容器の重量低減をもたらす。局所強化層は、第１の丸い端区域の一部分を少なくとも包囲し、円筒区域のうちの２０％未満を包囲し、局所強化層の少なくとも一部分は、ボスと熱可塑性ライナの円筒区域との間の圧力容器の領域に配置される。この手法では、局所強化層は、応力が最も大きくなる危うい領域に設けられ得る。
【００１７】
好ましくは、強化構造は局所強化層を少なくとも部分的に覆う。より好ましくは、強化構造は局所強化層を完全に覆う。この手法では、局所強化層は、強化構造によって所定位置でしっかりと保持され得る。
【００１８】
例示の実施形態によれば、局所強化層は、以下の材料、すなわち、金属、複合材料のうちのいずれか１つから作られる。好ましくは、複合材料は、熱硬化性または熱可塑性の母材に埋め込まれる強化繊維を含む。より好ましくは、局所強化層は、熱可塑性もしくは熱硬化性のプリプレグによって、または、強化テープによって形成される。このような複合材料は、圧力容器において容易に配置でき、十分に強い一方で同時に軽量であるという利点を有する。
【００１９】
本出願の文脈において、「プリプレグ」という用語は、熱可塑性または熱硬化性の材料と、織られても織られなくてもよい短繊維、長繊維、または連続繊維との両方を含むシートを言っている。概して、短繊維は数十／数百ミクロンの最終的な長さを有する。長繊維の場合、残っている長さは数ミリメートルであり得る。使用される繊維の長さが数十センチメートルである場合、これらは連続繊維または連続フィラメントと称される。これらの繊維は、ガラス（Ｅ種、Ｓ種など）、炭素、ポリマ（例えばアラミドなどの芳香族ポリアミドといったポリアミド、またはポリエチレンなど）に基づかれてもよく、または、大麻もしくはサイザル麻などの天然繊維であってもよい。繊維は好ましくは炭素繊維である。プリプレグの繊維は、好ましくは、プリプレグの熱可塑性材料または熱硬化性材料と適合できる。この両立性を得るために、繊維は、サイザル麻などの適合性の物質に合う大きさとされ得る（表面処理され得る）。反応性のＨＤＰＥの種類の結合剤が使用されてもよい。この状況において、無水マレイン酸の種類の反応性の機能が有利に使用されてもよい。プリプレグにおける繊維含有量は、好ましくは最大で７０％であり、強化の残余は熱可塑性または熱硬化性の材料から本質的に成る。別の言い方をすれば、プリプレグの熱可塑性または熱硬化性の材料の含有量は少なくとも３０％である。実際、プリプレグは、カレンダー加工、圧縮成形、射出成形、吹付成形、または成形によって製作され得る。
【００２０】
本発明の文脈において、「強化テープ」という用語は、任意の種類の強化繊維を熱可塑性または熱硬化性の樹脂において含むテープを言っている。強化繊維は、例えば、炭素、ガラス、バサルト、アラミド、ポリエチレン、または任意の他の強化繊維から作られ得る。強化繊維は、繊維の長さの方向に沿って部品に強度および剛性を加える。繊維は、好ましくは長さが連続的またはほとんど連続的であり、好ましくはテープ長さ（または、テープの長手方向軸）と実質的に平行に並べられるが、テープ内の特定の強化構成が、実施される発明に必要とされる。熱可塑性樹脂は、例えばポリアミド、ポリオレフィン、またはポリフェニレンサルファイドであり得る。熱硬化性樹脂は、エポキシ、不飽和ポリエステル、または不飽和ポリウレタンであり得る。ほとんどの複合物用途と同様に、使用される特定の樹脂および繊維と、複合物内のそれらの比率および構成とが、製造される局所強化層の特定の要件によって決定される。熱可塑性テープは、例えばレーザー、高温ガス、ＩＲ、超音波、電子投射、または、当業者によって知られる任意の他の方法によって、ライナに配置され得る。熱可塑性材料は、熱および圧力の適用によってライナに配置されたときのままで接合され得る。テープは、例えば帯形、波形といった、ほとんどあらゆる形であり得る。好ましくは、テープは帯形である。
【００２１】
例示の実施形態によれば、局所強化層の材料はライナの材料と異なる。例示の実施形態によれば、局所強化層の材料は強化構造の材料と異なる複合材料である。より具体的には、強化層の材料は、必要とされる応力負荷に耐えることができるのに最適となるように選択され得る。
【００２２】
例示の実施形態によれば、局所強化層は、例えば４０ｘ１０ｘ１ｍｍの試験標本について測定された、３０ＧＰａより大きく、より好ましくは４０ＧＰａより大きく、さらにより好ましくは５０ＧＰａより大きいヤング率を有する。局所強化層が繊維を含む場合、測定は繊維の方向において実施される。局所強化層が繊維を異なる方向において含む場合、要件は少なくとも１つの方向において好ましくは満たされる。このようなヤング率を有する材料は、例えばプリプレグまたは強化テープの形態で利用可能であり、十分な局所的な強度を提供する。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、局所強化層は、実質的に一定の厚さを有し、好ましくは、名目値の２０％以内であり、より好ましくは名目値の１０％以内である厚さを有する。
【００２４】
例示の実施形態によれば、局所強化層は１ｍｍより大きい厚さを有する。例示の実施形態によれば、局所強化層は、６ｍｍより小さく、より好ましくは５ｍｍより小さい厚さを有する。発明者は、それらの厚さの要件を満たす層が、丸い端区域、および／または、圧力容器の丸い端区域と円筒区域との間の移行領域において、典型的な局所的な応力に耐えることができるのに適切であることを見出した。
【００２５】
例示の実施形態によれば、局所強化層によって形成される周辺部分の最大外径（Ｄｍａｘ）は、ライナの円筒区域の外径（Ｄ）の５０％より大きく、好ましくは７０％より大きく、より好ましくは８０％より大きく、さらにより好ましくは９０％より大きい。その手法では、第１の丸い端区域における危うい領域が局所強化層によって強化されることになる。
【００２６】
例示の実施形態によれば、圧力容器の軸方向において見ると、第１の丸い端区域は長さＬ２を有し、局所強化層は、第１の丸い区域の第１の帯域（Ｚ１）の少なくとも一部分において第１の丸い端区域を包囲し、前記第１の帯域（Ｚ１）は円筒区域から圧力容器の軸方向において長さＬ２／２にわたって延びる。この手法では、ライナの円筒部分の近くの第１の丸い端区域の危うい領域が局所強化層によって強化されることになる。より好ましくは、第１の帯域（Ｚ１）は、円筒区域から圧力容器の軸方向において、例えば全体の長さＬ２にわたってといった、長さ（３／４）＊Ｌ２にわたって延びる。後で説明されているように、局所強化層はボスにわたって延びてもよい。
【００２７】
例示の実施形態によれば、局所強化層はライナと強化構造との間に配置される。この手法では、局所強化層は圧力容器における流体と接触せず、強化構造によって所定位置に保持され、局所強化層のために使用され得る幅広い範囲の材料をもたらす。
【００２８】
例示の実施形態によれば、強化構造は、熱硬化性または熱可塑性の母材に埋め込まれる、例えば炭素、ガラス、アラミドなどの強化繊維を含む。例示の実施形態によれば、強化構造は、以下のもの、すなわち、フィラメントワインディング層、編組層、テープ層のうちの１つまたは複数を備える。強化構造は、フィラメントワインディング工程、編組工程、自動テープ配置工程、レーザー支援テープ配置工程、それらの組み合わせ、または任意の代替の工程によって得ることができる。
【００２９】
好ましくは、ボスは金属から作られ、より好ましくはアルミニウムから作られる。好ましくは、ボスは、ボスの円筒形の内面によって画定される通路を有する。典型的には、通路は、圧力容器の軸方向に延び、典型的にはライナにおける開口と並べられる。ボスのフランジは通路から外向きに突出する。ボスのフランジの形は、そこでの開口の周りでの第１の丸い端区域の形に適合され得る。ボスは、機能的構成要素が取り付けられ得る構成要素である。そのために、ボスには、機能的構成要素におけるネジ山と協働するための雌ネジ山が設けられてもよい。機能的構成要素は、例えば、圧力逃し弁または多機能弁などの弁、出口、センサ、熱的加圧逃し弁、圧力センサ、温度センサ、過圧逃し弁、アダプタ部品、接続部品、閉止部品などであり得る。
【００３０】
例示の実施形態によれば、第１の丸い端区域の開口の周辺の縁は、ライナから外向きに突出する円筒端区域に連結され、ボスは円筒端区域の周りに配置され、局所強化層および／または強化構造はボスにわたって延びる。その手法では、局所強化層および／または強化構造はボスを所定位置で保持し、圧力容器のコンパクトで強い端区域をもたらす。
【００３１】
例示の実施形態によれば、第１の丸い端区域の開口の周辺の縁は、ライナから内向きに突出する円筒端区域に連結され、ボスは円筒端区域に配置され、ライナから突出し、局所強化層および／または強化構造はボスの一部分にわたって延びる。この実施形態でも、局所強化層および／または強化構造はボスを所定位置で保持し、圧力容器のコンパクトで強い端区域をもたらす。
【００３２】
例示の実施形態によれば、ライナの第１および／または第２の丸い端区域は実質的にドーム形とされる。これは、通常は、圧力容器における大きな圧力負荷に対処するのに最適な形である。ライナの端区域が、開口を含む概ね平坦な端部分、または、開口を含む円形部分をさらに備えてもよいが、強化層は、段差または不連続のない実質的にドーム形の区域を包囲する。
【００３３】
例示の実施形態によれば、圧力容器は、以下のもの、すなわち、液化石油ガス（ＬＰＧ）、水素、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、アンモニアのうちのいずれか１つを貯蔵するように構成され、圧力容器は２ｂａｒを超える圧力に耐えるように構成される。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、流体を加圧下で貯蔵するように構成される圧力容器を製造するための方法であって、
−  円筒区域、第１の丸い端区域、および第２の丸い端区域を有する熱可塑性ライナを形成するステップであって、開口が前記第１の丸い端区域に設けられる、ステップと、
−  ボスを前記第１の丸い端区域における前記開口の周りに配置するステップと、
−  前記熱可塑性ライナの前記円筒区域を少なくとも包囲するように複合材料から作られる強化構造を形成するステップと、
−  局所強化層が、ボスと熱可塑性ライナの円筒区域との間の領域において第１の丸い端区域の一部分を少なくとも包囲し、円筒区域のうちの２０％未満を包囲するように、前記局所強化層を前記強化構造に埋め込むステップ、前記局所強化層をライナと強化構造との間に位置付けるステップ、または、前記局所強化層を前記ライナにおいて一体にするステップのいずれかと
を含む方法が提供される。
【００３５】
例示の実施形態によれば、局所強化層は、ライナまたはライナの副次的部分の成形の間にライナにオーバーモールドされる。ライナの形成は、例えば、吹込成形、射出成形、回転成形、または、管押出の任意の種類の成形工程との組み合わせによって行われ、成形された端区域が典型的には管押出に溶接される。例えば、炭素に基づくプリプレグといったプリプレグは、金型の外で加熱され、正しい形へとドレープされ、ライナ製造工程の間にオーバーモールドされるように金型の内側で位置付けられ得る。
【００３６】
例示の実施形態によれば、局所強化層は、ライナの形成と強化構造の形成との間においてライナに位置付けられ、強化層は、独立した構成要素として一体にされるか、ライナの形成の後にライナに付着させられるかのいずれかである。例えば、局所強化層が、ライナ製造の工程ステップと強化構造製造の工程ステップとの間にライナに位置決めされてもよい。この実施形態では、局所強化層は、独立した構成要素として一体にされてもよい。代替で、局所強化層は、ライナの製造工程の後、例えばライナに溶接されるなど、ライナに付着され得る。具体的な実施形態では、熱可塑性強化テープが、局所強化層を作り出すために第１の丸い端区域に直接的にレーザー溶接され得る。
【００３７】
例示の実施形態によれば、局所強化層は、強化構造の２つの複合物層の間での局所強化層の位置付けによって強化構造に埋め込まれる。局所強化層は、例えば強化構造の２つのフィラメント層の間での局所強化層の位置付けによって、強化構造に埋め込まれ得る。この手法では、局所強化層は、複合物構造の２つの複合物層の間における所定位置でしっかりと保持され得る。
【００３８】
例示の実施形態によれば、局所強化層の一部分が、ライナに配置されるか、または、強化構造の一部分において埋め込まれ、熱硬化性または熱可塑性の樹脂が、局所強化層と強化構造とを形成するために注入される。ライナにおける局所強化層の「乾燥」部分の配置、または、強化構造の「乾燥」部分における局所強化層の「乾燥」部分の埋め込みによって、局所強化層および強化構造を形成するための熱硬化性または熱可塑性の樹脂の注入は、１つのステップで行うことができる。例えば、フィラメントワインディングは、強化繊維のインライン含浸なしで実施されてもよい。その実施形態では、「乾燥」した局所強化層の部分が、ライナに、および／または、フィラメントワインディングの異なる層の間に位置付けられ得る。フィラメントワインディングのステップは、強化構造および局所強化層の複合材料を固めるために、熱硬化性または熱可塑性の樹脂の注入が続く。
【００３９】
例示の実施形態によれば、ライナは、例えばＨＤＰＥ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＶＤＦ、または任意の他の適切な熱可塑性材料に基づかれる単一材料から作られ得る。代替で、ライナは、例えば、非常に小さい水素透過性（典型的にはＥＶＯＨ）を伴う層を含む共押出層といった、共押出構造から作られてもよい。
【００４０】
例示の実施形態によれば、強化構造は、局所強化層にわたって少なくとも部分的に形成され、好ましくは局所強化層にわたって完全に形成される。
【００４１】
例示の実施形態によれば、局所強化層の位置は、局所強化層によって形成される周辺部分の最大外径（Ｄｍａｘ）がライナの円筒区域の外径（Ｄ）の５０％より大きくなり、好ましくは７０％より大きくなり、より好ましくは８０％より大きくなるように選択される。
【００４２】
例示の実施形態によれば、局所強化層は、１ｍｍより大きく、および／または、６ｍｍより小さく、より好ましくは５ｍｍより小さい厚さを有するように選択される。
【００４３】
例示の実施形態によれば、強化構造は、以下のもの、すなわち、フィラメントワインディング、編組、強化テープを適用することのうちの１つまたは複数によって作られる。
【００４４】
例示の実施形態によれば、局所強化層および／または強化構造は、ボスにわたって延びるように形成される。
【００４５】
例示の実施形態によれば、ライナは、第１の丸い端区域の開口の周辺の縁に、ライナから外向きに突出する円筒端区域が設けられるように形成され、ボスは円筒端区域の周りに配置される。別の実施形態によれば、ライナは、第１の丸い端区域の開口の周辺の縁に、ライナから内向きに突出する円筒端区域が設けられるように形成され、ボスは円筒端区域に配置され、ボスのフランジは開口の周りでライナから突出する。
【００４６】
例示の実施形態によれば、第１の丸い端区域および第２の丸い端区域には第１の局所強化層および第２の局所強化層がそれぞれ設けられ得る。第１の局所強化層は、強化構造に埋め込まれるか、ライナに配置されるか、または、ライナにおいて一体にされるかのいずれかとでき、第１の局所強化層は、第１の丸い端区域の一部分を少なくとも包囲し、円筒区域のうちの２０％未満を包囲する。同様に、第２の局所強化層は、強化構造に埋め込まれるか、ライナに配置されるか、または、ライナにおいて一体にされるかのいずれかとでき、第２の局所強化層は、第２の丸い端区域の一部分を少なくとも包囲し、円筒区域のうちの２０％未満を包囲する。典型的な実施形態では、第１の丸い端区域および第２の丸い端区域は局所的な強化から便益を得ることができ、これはこの実施形態で達成される。
【００４７】
例示の実施形態によれば、例えば、ライナにおける局所強化層またはライナにおいて一体にされる局所強化層、および、強化構造に埋め込まれるさらなる局所強化層といった、２つ以上の局所強化層があってもよく、局所強化層およびさらなる局所強化層は、同じ丸い端区域の一部分を少なくとも包囲でき、円筒区域のうちの２０％未満を包囲できる。このような実施形態は、必要とされる局所的な領域において機械的強度をさらに増加させることができる。別の例示の実施形態によれば、第２の局所強化層が、圧力容器の軸方向において見られるとき、局所強化層に隣接して設けられ、前記第２の強化層は前記局所強化層と異なる。別の言い方をすれば、圧力容器の軸方向において見られる複数の隣接する局所強化層が提供されてもよい。隣接する局所強化層は、圧力容器における位置の関数で最適化され得る異なる特性を有してもよい。隣接する局所強化層は、例えばプリプレグまたは強化テープとして適用されてもよい。
【００４８】
本発明の背景では文脈において、「圧力容器」という用語は、少なくとも２ｂａｒで、好ましくは３ｂａｒの内部圧力に耐えることができる容器を言っている。圧力容器は、圧力容器本体の開口に備え付けられる機能部品など、圧力容器本体の本体において一体にされる構成要素を備え得る。その例が、以下の図の記載においてより詳細に記載されている。圧力容器本体は、２つの丸い端区域を伴う細長い実質的に円筒形の区域を有することができ、機能部品がこれらの丸い端区域のうちの１つに配置され得る。
【００４９】
本発明の文脈において、「タイプＩＶの圧力容器」という用語は、炭素繊維またはハイブリッド炭素／ガラス繊維の複合物が配置されるライナを特徴とする構造を言っている。ライナは、製造の後に容器の一部として留まる。
【００５０】
本発明の文脈において、「熱可塑性材料」という用語は、熱可塑性エラストマを含む任意の熱可塑性ポリマ、およびそれらの混合物を意味する。「ポリマ」という用語は、単独重合体と共重合体（特に二元または三元の共重合体）との両方を意味する。このような共重合体の例は、限定されることはないが、ランダム共重合体、線状ブロック共重合体、他のブロック共重合体、およびグラフト共重合体である。しばしば使用される１つのポリマはポリエチレンである。優れた結果が、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）および繊維強化ポリマで得られる。
【００５１】
例示の実施形態によれば、ライナの第１および／または第２の丸い端区域は、実質的にドーム形とされるように形成される。端区域は、開口を含む概ね平坦な端部分を有し得るが、強化層は、段差または不連続のない実質的にドーム形の区域を好ましくは包囲することは、留意されている。
【００５２】
圧力容器について先に記載された好ましい特徴は方法にも当てはまり、逆もまた然りである。
【００５３】
添付の図面は、本発明の装置の現在好ましいとされる非限定的な例示の実施形態を示すために使用される。本発明の特徴および目的の上記の利点および他の利点がより明らかとなり、本発明は、添付の図面と併せて読まれるとき、以下の詳細な記載からより良く理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による圧力容器の第１の例示の実施形態を貫いての概略的な断面図である。
【図２Ａ】本発明による圧力容器の異なる実施形態による、圧力容器の一部分の概略的な断面図である。
【図２Ｂ】本発明による圧力容器の異なる実施形態による、圧力容器の一部分の概略的な断面図である。
【図２Ｃ】本発明による圧力容器の異なる実施形態による、圧力容器の一部分の概略的な断面図である。
【図２Ｄ】本発明による圧力容器の異なる実施形態による、圧力容器の一部分の概略的な断面図である。
【図３】本発明による圧力容器の様々な例示の実施形態を貫いての概略的な断面図である。
【図４】本発明による圧力容器の第１の例示の実施形態を貫いての概略的な断面図である。
【図５】本発明による圧力容器の第１の例示の実施形態を貫いての概略的な断面図である。
【図６】本発明による圧力容器の例示の実施形態を備える燃料電池システムの概略図である。
【図７Ａ】本発明による圧力容器の異なる実施形態による、圧力容器の一部分の概略的な断面図である。
【図７Ｂ】本発明による圧力容器の異なる実施形態による、圧力容器の一部分の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１は、ガスを加圧下で貯蔵するように構成された圧力容器１００の第１の例示の実施形態を示している。図１の圧力容器１００は、熱可塑性ライナ４０と、強化構造５０と、第１および第２の強化層２０、２０’と、ボス１０、１０’とを備える。熱可塑性ライナ４０は、細長い円筒区域４１と、第１の丸い端区域４２と、第２の丸い端区域４２’とを有する。強化構造５０は複合材料から作られ、熱可塑性ライナ４０の円筒区域４１を少なくとも包囲する。好ましくは、強化構造５０は、図１に描写されているように、ライナ４０を円筒区域４１と第１および第２の丸い端区域４２、４２’との両方において包囲する。より好ましくは、強化構造５０はボス１０、１０’にもわたって延びる。局所強化層２０、２０’は、熱可塑性ライナ４０において直接的に、少なくとも部分的に前記強化構造５０の下で、好ましくは前記強化構造５０によって完全に覆われるように配置されるか（図１に描写されている）、または、前記強化構造５０に埋め込まれるか（後で見るが、図２Ｃに描写されている）のいずれかである。
【００５６】
第１の局所強化層２０は、第１の丸い端区域４２を、圧力容器１００の軸方向Ａにおいて見たとき、好ましくは長さＬ２の少なくとも２０％にわたって、より好ましくは長さＬ２の少なくとも５０％にわたって、さらにより好ましくは長さＬ２の少なくとも７０％にわたって包囲する。好ましくは、第１の局所強化層２０は、円筒区域４１を包囲しない、または、好ましくは円筒区域４１の直径の２０％未満で、より好ましくは円筒区域４１の直径の１５％未満で、円筒区域４１の小さな部分だけにわたって延びる。局所強化層２０は、第１の丸い端区域４２の第１の帯域（Ｚ１）の少なくとも一部分において第１の丸い端区域４２を包囲し、前記第１の帯域（Ｚ１）は、円筒区域から圧力容器の軸方向において長さＬ２／２にわたって延びる。局所強化層２０は、第１の帯域Ｚ１の一部分において、または、第１の帯域Ｚ１全体において存在してもよい。局所強化層２０は、第１の丸い端区域４２の最後の半分を覆う第２の帯域Ｚ２にわたって延びてもよく、円筒区域４１にわたって延びてもよく、および／または、後で見るが、ボス１０にわたって延びてもよい。好ましくは、局所強化層２０によって形成される周辺部分の最大外径Ｄｍａｘは、ライナ４０の円筒区域４１の外径Ｄの５０％より大きく、好ましくは７０％より大きく、より好ましくは８０％より大きく、さらにより好ましくは９０％より大きい。その手法では、第１の丸い端区域４２における危うい領域が局所強化層２０によって強化されることになる。
【００５７】
図１に示されているシステムでは、ライナ４０、強化構造５０、および第１および第２の強化層２０、２０’は、細長い円筒区域１０１と第１および第２の丸い端区域１０２、１０２’とを伴う圧力容器１００を形成している。
【００５８】
好ましくは、第１および第２の強化層２０、２０’は、以下の材料、すなわち、金属、複合材料のうちのいずれか１つから作られる。好ましい実施形態では、第１および第２の強化層２０、２０’は、熱可塑性または熱硬化性のプリプレグの形態で適用される複合材料から作られる。プリプレグは、「あらかじめ含浸された」繊維を含み、繊維は熱硬化性または熱可塑性のポリマの母材材料においてあらかじめ含浸されている。繊維は織りの形態を取ることができ、母材は、それら繊維を一緒に接合するために、および、ライナまたは他の構成要素への接合を許容するために使用される。熱硬化性の母材が使用される場合、典型的には、熱硬化性の母材は、容易な取り扱いを可能とするために、それを圧力容器に配置する前にはある程度までしか硬化させられず、圧力容器において一体になった後に完全に硬化することが許容される。
【００５９】
例示の実施形態によれば、局所強化層２０、２０’は、例えば４０ｘ１０ｘ１ｍｍの試験標本について測定された、３０ＧＰａより大きく、より好ましくは４０ＧＰａより大きく、さらにより好ましくは５０ＧＰａより大きいヤング率を有する。局所強化層２０、２０’が繊維を含む場合、測定は繊維の方向において実施される。局所強化層が繊維を異なる方向において含む場合、要件は少なくとも１つの方向において好ましくは満たされる。
【００６０】
好ましくは、局所強化層２０、２０’は１ｍｍより大きい厚さを有する。より好ましくは、厚さは１ｍｍから５ｍｍの間であり、さらにより好ましくは、１ｍｍから４ｍｍの間である。
【００６１】
強化構造５０は、複合材料から作られてもよく、熱硬化性または熱可塑性の母材に埋め込まれた、例えば炭素、ガラス、アラミドなどの強化繊維を含んでもよい。強化構造５０は、フィラメントワインディング工程、編組工程、自動テープ配置工程、レーザー支援テープ配置工程、それらの組み合わせ、または任意の代替の工程によって得ることができる。強化構造５０は、以下のもの、すなわち、フィラメントワインディング層、編組層、テープ層のうちの１つまたは複数を備え得る。好ましくは、強化構造はフィラメントワインディング層を備える。有利な強化構造は、本出願者の名前での特許文献４および特許文献５に記載されており、それら特許文献は、参照により本明細書に含まれている。
【００６２】
好ましくは、第１および第２の丸い端区域４２、４２’は実質的にドーム形とされる。それらの端区域に開口４３、４３’が典型的には設けられることが留意されている。開口４３、４３’を画定する縁は、ライナ４０から外向きに突出する円筒端区域４５、４５’に連結されており、ボス１０、１０’が円筒端区域４５、４５’の周りに配置されている。ボス１０、１０’は、開口４３、４３’の周りの領域において丸い端区域４２、４２’に当てて配置されるフランジ１１、１１’を有する。好ましくは、強化構造５０はボス１０、１０’にわたって延びる。任意選択で、局所強化層２０、２０’はボス１０、１０’にわたって延びてもよい（図１では描写されていない）。ライナ４０は機能部品を開口４３内に保持するだけの強さの材料から作られないことが多いため、圧力容器１００には、円筒端区域４５、４５’の周りでボス１０、１０’が典型的には設けられる。このボス１０は、圧力容器１００内の圧力に耐える金属または任意の他の材料から形成されてもよい。ボス１０、１０’は、典型的にはアルミニウムから作られる。強化構造５０はボス１０の周りに配置され得る。別の言い方をすれば、製造する間、ボス１０は最初にライナ４０の円筒端区域４５の周りに配置され、それから、強化構造５０を形成するための強化材料が、ライナ４０にわたって、および、ボス１０の周辺外面にわたって配置され得る。同様に、局所強化層２０は、ボス１０の周辺外面にわたって部分的に延びるように配置されてもよい。
【００６３】
図１の圧力容器は２０リットルから１２０リットルの間の容積を有し得る。先に提供されている定義を見ると、これはいわゆるタイプＩＶの容器であり得る。好ましくは、圧力容器は、以下のもの、すなわち、液化石油ガス（ＬＰＧ）、水素、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、アンモニアのうちのいずれか１つを貯蔵するように構成される。好ましくは、圧力容器は、２ｂａｒを超える圧力に耐えるように構成されている。圧力容器は、本発明の一部の実施形態では、ガスを０．３ＭＰａ（３ｂａｒ）を超える圧力において貯蔵するように構成され得る。圧力容器が液化石油ガス（ＬＰＧ）を貯蔵するように構成される場合、圧力容器はこの液化石油ガスをおおよそ０．５〜１．５ＭＰａ（５〜１５ｂａｒ）の圧力において貯蔵するように構成され得る。水素ガスを貯蔵するように構成される圧力容器について、圧力容器は、このガスをおおよそ７０ＭＰａ（７００ｂａｒ）または３５ＭＰａ（旧基準３５０ｂａｒ）の圧力において貯蔵できる。圧力容器は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を貯蔵するためのものである場合、ガスをおおよそ２０ＭＰａ（２００ｂａｒ）において貯蔵するように構成され得る。圧力容器は、典型的にはアンモニア水であるアンモニアを貯蔵するためのものである場合、アンモニアを０．１ＭＰａから２ＭＰａの圧力で貯蔵するように構成され得る。
【００６４】
ライナ４０は、吹込成形、射出成形、または任意の他の適切な成形技術によって熱可塑性材料から製造され得る。ライナ４０は、押し出しされた管区域と、管区域に溶接される２つの成形されたドーム形の区域とから形成されてもよい。ライナ４０は、ＨＤＰＥ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＶＤＦなどに基づかれた単一材料から成り得る、または、ＥＶＯＨ層などの非常に小さい水素浸透性を伴う層を含む共押出構造から作られ得る。
【００６５】
強化構造５０は螺旋状の巻付けを含むことができ、本発明の実施形態では、螺旋状の巻付けの一部は、局所強化層２０、２０’を、丸い端区域４２、４２’に、または、円筒区域４１と丸い端区域４２、４２’との間の移行領域に加える一方で、同じ機械的強度要件での先行技術の実施形態と比較して取り除くことができる。本発明の実施形態は、同じ機械的強度要件に対してより小さい重量の圧力容器をもたらすことになる。これは製造時間も短縮し、特に硬化に必要とされる時間を短縮する。
【００６６】
局所強化層２０、２０’は以下の例示の方法によって得られる。
−  ライナまたはライナの副次的部分の成形過程の間に局所強化層をオーバーモールドする。例示の実施形態では、例えば炭素に基づかれたプリプレグといったプリプレグが、金型の外側で加熱され、正しい形へとドレープされ、ライナ製造過程の間にオーバーモールドされるように金型の内側に位置付けでき、別の例示の実施形態では、強化テープ区域の構築が、ライナ製造の間にオーバーモールドされる型の内側に位置付けられ得る。
−  ライナ製造の工程ステップと強化構造製造の工程ステップとの間に局所強化層をライナに位置決めする。この実施形態では、局所強化層は、独立した構成要素として一体にされてもよい。
−  ライナの製造過程の後、例えば溶接するといった、局所強化層をライナへと付着する。具体的な実施形態では、熱可塑性テープは、局所強化層を作り出すために丸い端区域に直接的にレーザー溶接されてもよく、また、複数のテープ区域は、１つまたは複数の局所強化層を形成するためにレーザー溶接されてもよく、異なるテープ区域は異なる強度特性の熱可塑性テープを有してもよい。
−  例えば、強化構造の２つの複合物層の間での局所強化層の位置付けによって、局所強化層を強化構造に埋め込む。
−  局所強化層の「乾燥」部分をライナに配置するか、または、局所強化層の「乾燥」部分を強化構造の「乾燥」部分に埋め込み、局所強化層および強化構造を形成するために熱硬化性または熱可塑性の樹脂を注入する。例えば、フィラメントワインディングは、強化繊維のインライン含浸なしで実施されてもよい。その実施形態では、「乾燥」した局所強化層の部分が、ライナに、および／または、フィラメントワインディングの異なる層の間に位置付けられ得る。フィラメントワインディングのステップは、強化構造および局所強化層の複合材料を固めるために、熱硬化性または熱可塑性の樹脂の注入が続く。局所強化は、製造支持体におけるテープ区域の構築によって製造されてもよい。この構築は、完成されると、任意の成形過程によってライナにおいて一体にされ得るかまたはライナに配置され得る。
【００６７】
図２Ａ〜図２Ｄは、ライナ４０と、強化構造５０と、局所強化層２０とを備える圧力容器の４つの可及的な例示の実施形態を示している。ボス１０が、図１の実施形態について先に記載されているように提供されている。
【００６８】
図２Ａの実施形態では、局所強化層２０は、ライナ４０において一体にされており、ライナ４０の厚さの一部分にわたって、または、ライナ４０の厚さ全体にわたって延びることができる。好ましくは、局所強化層はライナ４０の外面において一体にされる。図２Ｂの実施形態では、局所強化層２０はライナ４０の外面において位置付けられており、ライナ４０の厚さ全体にわたって延びていない。この実施形態は、局所強化２０が圧力容器におけるガスと接触せず、これは、汚染を防止する意味において有利であり得る。
【００６９】
図２Ｃの実施形態では、局所強化層２０は強化構造５０に埋め込まれている。任意選択で（描写されていない）、局所強化層２０はボス１０にわたって延びてもよい。一部の実施形態では、ボス１０は、図２Ｃを見ると、機能的構成要素をボスにおいて固定するためのネジ山を備えてもよい。図２Ｄは、可及的な圧力容器の他のより詳細な実施を示している。この実施形態では、強化構造５０は、ライナ４０の円筒区域４１に配置され、局所強化層２０にわたって部分的に延びる。局所強化層２０は、ライナ４０の丸い端区域４２に配置されるプリプレグまたは強化テープである。局所強化層２０はボス１０にわたって延びている。図１および図２Ａ〜図２Ｄとの関連で記載された特徴のうちの一部が、図３〜図６の例示の実施形態にも存在しており、再度記載されてはいない。
【００７０】
図１に示した圧力容器１００の実施形態では、外向きに突出する実質的に円筒の端区域４５が提供されている。実質的に円筒の端区域４５が外向きに突出している実施形態では、ボス１０は実質的に円筒の端区域４５の周りに配置され得る。対照的に、図３では、ライナ４０には、内向きに突出する円筒端区域４６（つまり、圧力容器１００の内部の方へ内向きに突出する実質的に円筒の端区域４６）が設けられている。ボス１０が、内向きに突出する端区域４６に挿入され得る。ボス１０は、例えば、圧力逃し弁または多機能弁などの弁、出口、センサ、熱的加圧逃し弁、圧力センサ、温度センサ、過圧逃し弁、アダプタ部品、接続部品などの構成要素を装着するように意図されている。代替の実施形態では、ボス１０は、閉じた部品、つまり、中心の通路を有していない部品であってもよい。図３に示された圧力容器１００では、ボス１０は、第１の直径を有する第１の実質的に円筒の部分１２と、例えば第１の直径より大きい第２の直径を有するフランジ１１を形成する第２の実質的に円筒の部分とを備え、前記第１の部分１２は開口４３において挿入され、フランジ１１は開口４３から外向きに延びている。シール３が、貯蔵されたガスが圧力容器１００から漏れるのを防止するために、円筒端区域４６とボス１０との間で開口４３内に配置されてもよい。局所強化層２０および／または強化構造５０は、第１の実質的に円筒の部分１２および／またはフランジ１１にわたって延びて包囲してもよい。
【００７１】
図４の例示の実施形態では、ライナ４０に円筒端区域が設けられていない。代わりに、円筒区域は、ボス１０にオーバーモールドされ得る別の円筒の構成要素４７によって形成されている。この円筒の構成要素４７は、溶接可能な熱可塑性材料から形成され得る。図４の実施形態の製造の間、最初に円筒の構成要素４７がライナ４０に溶接でき、次に局所強化層２０および強化構造５０が適用できる。局所強化層２０は円筒の構成要素４７の前に配置されてもよい。さらに、ここではアダプタ部品の形態で描写されている機能的構成要素６５が、円筒の構成要素４７に挿入される。機能的構成要素６５は、圧力逃し弁または多機能弁などの弁、出口、センサ、熱的加圧逃し弁、圧力センサ、温度センサ、過圧逃し弁、アダプタ部品、接続部品、閉止部品などのいずれか１つであり得る。
【００７２】
図５の圧力容器１００では、圧力容器１００には、ライナ４０における開口４３に挿入された内部ボス７０が設けられている。この内部ボス７０は、金属から、または、圧力容器内の圧力に耐える任意の他の材料から作ることができ、ライナ４０の吹込成形の間に一体にされ得る。図５の実施形態では、圧力容器１００は外部のボスを備えていない。開口４３が適切に封止されるように、シール３がライナ４０の内周と内部容器アダプタ７０との間に設けられてもよい。
【００７３】
２つのさらなる例示の実施形態が図７Ａおよび図７Ｂにおいて概略的に示されている。図７Ａの例示の実施形態によれば、第１、第２、および第３の局所強化層２０ａ、２０ｂ、２０ｃが、圧力容器の軸方向において見たときに互いと隣接して提供されており、第１、第２、および第３の強化層２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、例えば、異なる繊維母材、異なる厚さ、および／または異なる繊維含有量などの異なる特性を有する。より大まかには、圧力容器の軸方向において見たとき、任意の数の隣接する局所強化層２０ａ、２０ｂ、２０ｃが提供され得る。隣接する局所強化層は、圧力容器における位置の関数で最適化され得る異なる特性を有してもよい。図示されている実施形態では、第３の局所強化層２０ｃはボス１０にわたって延びており、強化構造５０は、ライナ４０全体と、第１、第２、および第３の局所強化層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ全体と、ボス１０全体とにわたって延びている。他の実施形態（図示せず）では、第３の局所強化層２０ｃはボス１０にわたって延びない。第１、第２、および第３の局所強化層２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、例えばプリプレグ層または強化テープ層であり得る。第１、第２、および第３の局所強化層２０ａ、２０ｂ、２０ｃはすべて第１の丸い端区域４２に配置されてもよく、例えば、第１の局所強化層２０ａは、ライナ４０の円筒区域４１にわたって小さい距離で延びてもよい。
【００７４】
図７Ｂの例示の実施形態によれば、ライナ４０に位置付けられるかまたはライナ４０で一体にされる第１の局所強化層２０ｄと、強化構造５０に埋め込まれるさらなる局所強化層２０ｅとが設けられる。第１の局所強化層２０ｄと第２の局所強化層２０ｅとの両方は、同じ丸い端区域４２の一部分を少なくとも包囲し、円筒区域の２０％未満を包囲する。このような実施形態は、特定の局所領域における機械的強度を、所望の機械的強度特性の機能においてさらに増加させることができる。
【００７５】
本発明の図示されている実施形態では、圧力容器１００は、以下のもの、すなわち、液化石油ガス（ＬＰＧ）、水素、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、アンモニアガスのうちのいずれか１つを貯蔵するように構成され得る。
【００７６】
図６は、図１の圧力容器と大まかには同一である圧力容器１００を備える燃料電池システムの例示の実施形態を示している。圧力容器１００は、強化構造５０と局所強化層２０、２０’とによって包囲されたライナ４０によって形成されている。圧力容器１００は、細長い円筒区域１０１と、第１の丸い端区域１０２と、第２の丸い端区域１０２’とを有する。圧力容器１００には、丸い端区域１０２、１０２’において緩衝装置１３８、１３９が設けられ得る。さらに、圧力容器システム１００を車両に固定するために、圧力容器１００の円筒区域１０１の周りにストラップ１３０、１３１が設けられ得る。
【００７７】
図６の圧力容器システム１００では、ライナ４０の第１の丸い端区域４２における第１の開口４３と、ライナ４０の第２の丸い端区域４２’における第２の開口４３’とがある。他の実施形態では、１つだけの丸い端区域４２または４２’に開口４３または４３’が設けられてもよい。例えば水素多機能弁といった多機能弁を例として備える第１の機能部品１３２が、ライナ４０の第１の円筒端区域４５に配置される。例えば補助圧力逃し弁といった第２の機能部品１４７が、ライナ４０の第２の円筒端区域４５’に配置される。
【００７８】
図６では、機能部品１３２の装着は、ライナ４０から外向きに突出する円筒端区域４５の周りに設けられたボス１０、１０’を使用して行われる。しかしながら、当業者は、図３〜図５のいずれか１つの構造も可能であることを理解する。
【００７９】
図６の燃料電池システムは、燃料補給管１３５を通じて多機能弁１３２に連結された燃料補給接合部１３７と、燃料電池供給管１４２を通じて多機能弁１３２に連結された燃料電池１４５とをさらに備える。
【００８０】
本発明の原理が特定の実施形態と関連して先に述べられたが、この記載は、添付の特許請求の範囲によって決定される保護の範囲の限定としてではなく、単に例を用いて行われている。
【符号の説明】
【００８１】
１０、１０’  ボス
１１、１１’  フランジ
１２  第１の実質的に円筒の部分
２０  第１の局所強化層
２０’  第２の局所強化層
２０ａ  第１の局所強化層
２０ｂ  第２の局所強化層
２０ｃ  第３の局所強化層
２０ｄ  第１の局所強化層
２０ｅ  第２の局所強化層
４０  熱可塑性ライナ
４１  細長い円筒区域
４２  第１の丸い端区域
４２’  第２の丸い端区域
４３、４３’  開口
４５  第１の円筒端区域
４５’  第２の円筒端区域
４６  内向きに突出する円筒端区域
４７  円筒の構成要素
５０  強化構造
６５  機能的構成要素
７０  内部ボス、内部容器アダプタ
１００  圧力容器システム
１０１  円筒区域
１０２  第１の丸い端区域
１０２’  第２の丸い端区域
１３０、１３１  ストラップ
１３２  第１の機能部品、多機能弁
１３５  燃料補給管
１３７  燃料補給接合部
１３８、１３９  緩衝装置
１４２  燃料電池供給管
１４５  燃料電池
１４７  第２の機能部品
Ａ  軸方向
Ｄｍａｘ  最大外径
Ｄ  外径
Ｌ２  長さ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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