プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口用はみ出し防止シール・システム
プラスチックで裏打ちされたボンベの出口用のシール・システムは、ボス穴の中へ延在するプラスチックのライナー出口を有する。インサートは、ボス穴と係合可能であって、インサートとライナー出口部分の間に１次シールを形成する。さらに、インサートのテーパー圧縮面は、圧力下でシールがはみ出す可能性を除くために、ライナー出口を圧縮して１次シールにおけるいかなる環状の組立てクリアランスもふさぐための１次シールに隣接しているライナー出口のテーパー穴部分と係合する。ライナー出口の環状の遠位末端を、止め具によって穴の中で係合させることにより、ライナー出口の、ボス内における軸方向の位置および寸法の保全性が維持される。止め具は、ボスと一体化することができる。閉じ込められたガスによる１次シールの逆方向のはみ出しおよびボンベの急速減圧は、漏れ経路を設けることによって防ぐことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１０年２月２６日出願の米国特許仮出願第６１／３０８，７３６号および２０１０年２月２６日出願の米国特許仮出願第６１／３０８，７５１号の利益を主張するものであり、これら仮出願の全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされたボンベに、特にボンベの出口ボスの終端取付け具内部のシール・システムに関し、より具体的にはシール境界面におけるはみ出し防止およびクリープ防止の方策に関する。
【背景技術】
【０００３】
液化天然ガス（ＬＮＧ）用燃料ボンベ、液化石油ガス（ＬＰＧ）用燃料ボンベ、および特に水素ガス（Ｈ２）用燃料ボンベは、理想的には可能な限り軽いものである。高圧力を維持し、かつ軽量を保つために使用されるボンベ構造体は、炭素繊維を巻き付けたアルミニウムのボンベまたはライナーと、同様に炭素繊維を巻き付けたプラスチックのライナーまたはブラダとを使用する。炭素繊維を巻き付けると、構造的には対応困難であるものの、低透水性で燃料を保持するライナーを使用するのに必要な構造的保全性がもたらされる。
【０００４】
高圧力に耐え得るボンベ構造体は、半球または有極性の先端部を利用する。使用されるのが軽金属ボンベであろうとプラスチックのライナーであろうと、現在、１つまたは複数の出口が金属から形成されている。例えば、繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされた容器の有極性の先端部には、金属ボスが取り付けられ得る。通常、金属ボスは、炭素繊維を巻き付けるのに先立ってライナーと一体化される。ボスは、炭素繊維を入念に巻き付けた部分的な有極性の肩部を有することができる。ボスは、ねじ切りされており、プラグ、弁または減圧弁を含んでいる「終端取付け具」またはインサートが取り付けられている。
【０００５】
ボス自体は、弁またはレギュレータなどの終端取付け具またはインサートを設置するのに必要とされるものである。ボスとインサートの間の従来型のねじ接続は、内部の加圧された流体の漏れ経路の遮断が十分でなく、低分子量ガスに対して特に難易度が高いことが知られている。
【０００６】
現行の軽量燃料ボンベは、一般に、金属ボスを取り付けてから炭素繊維を巻き付けたプラスチックのライナーを備える。プラスチックのライナーを導入したために、ここで、ボンベの入口でのボスの封止に伴って新規の問題が生じている。ライナーと、ボンベの内部と接続するのに使用される有極性の終端ポートとの間に、問題をはらむ境界面がある。プラスチックのライナーと金属ボスの境界面で、漏れが生じる可能性がある。
【０００７】
いくつかの製造業者は、いかなるライナー部品もなく、従来型の取付け具を受け入れるボス穴を残すことにより、ボスとライナーの間にシール境界面を設けることに大いに努力している。一例には、Ｓｈｉｍｏｊｉｍａらの米国特許第６，２２７，４０２号で説明されているようなさねはぎ継ぎ形式の境界面があり、プラスチックのライナーがボスの環状溝の中に一体化されている。ライナー自体にボスが埋め込まれている他の形式には、Ｓｉｒｏｓｈの米国特許第５，２５３，７７８号、Ｎｅｗｈｏｕｓｅらの米国特許第５，５１８、１４１号およびＳｕｚｕｋｉらの米国特許第７，５４９，５５５号で説明されているものがある。ボンベは、漏れが生じると修理することができず、廃品となる。
【０００８】
プラスチックの特性には、持続荷重の下で、クリープ速度がより高いことがある。この場合、クリープは、ライナーとインサートのシール境界面に表れる。シールは、一般に、剛体の座面に押し付けられたゴム状シール要素を備える。プラスチックのライナーの導入に伴って、剛体の座面がプラスチック材料で置換される。時間が経つにつれて、プラスチックは、シール要素との封止係合から徐々に離れる傾向があり、次いで、それによって、加圧された流体が漏れる可能性がある。
【０００９】
従来技術では、ボス穴の中にライナー出口を導入することが知られている。したがって、ボスの内部のプラスチックのライナーとインサートの間にシールを設けることが試みられている。Ｓｉｒｏｓｈらの米国特許第５，９３８，２０９号、Ｂａｒｋｌｅｙらの米国特許第６、１８６，３５６号では、ライナーの環状の終端面とインサートの終端面の軸方向における間にＯリングが挟まれている。別の形式では、Ｓａｔｏらの米国特許出願公開第２００９／００７１９３０号で説明されているように、ライナーとボスの間にＯリングが配置されるものがある。やはり、漏れが生じた場合には、ボンベは修理することができず廃品となる。
【００１０】
他の従来技術の機構には、インサートに形成された環状の溝の中に、Ｏリングが周囲に配置され、インサートおよびＯリング部分が、ライナーの円筒状のスロートの中へ突出し、同通路に接して封止するものが含まれる。
【００１１】
シール漏れの一因となる他の要因には、異なる材料の熱膨張の差が含まれる。インサートは、通常はアルミニウムまたはステンレス鋼であり、プラスチックより熱膨張率が低く、このことも境界面で問題を引き起こす場合がある。
【００１２】
したがって、新規のシール・システムが、従来技術によって経験された欠点を克服することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本明細書で説明される実施形態は、ボス穴の中へ延在するプラスチックのライナー出口の間に形成されるシール・システムを対象とするものである。ライナー出口とボス穴が、輪郭のある穴を形成する。輪郭のある穴と係合可能なインサートは、輪郭のある穴を封止するための輪郭のある面を形成する。ライナー出口は、寸法安定性のためにボス穴に沿って保持される。シール・システムは、環状のシール要素を使用して封止を可能にし、その間にシール要素がはみ出すのを防止する。他の実施形態には、輪郭のある穴と輪郭のある面の間のテーパー境界面の圧縮性の干渉を利用して２次シールを設けるものがある。他の実施形態には、はみ出しを回避するために、あらゆる組立クリアランスに圧縮を与え、また、任意選択で、クリープの影響を最小限にするためにライナー出口に予荷重をかけるものがある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、広範な一態様では、プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口用のシール・システムが提供される。プラスチックで裏打ちされたボンベは、プラスチックのライナーおよびボスを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有する。シール・システムは、輪郭のある穴を形成するようにボス穴の中へ軸方向に延在するプラスチックのライナーのライナー出口を備える。輪郭のある穴は、ライナー区間およびボス区間を備える。ライナー出口は、ボスに沿って軸方向の位置を有する環状の遠位末端を有する。ライナー区間は円筒状のシール穴部分およびテーパー穴部分を備える。ボス区間は、インサート固定穴部分および軸方向の位置で環状の遠位末端と係合するための保持肩部を備える。シール・システムは、輪郭のある穴と係合可能な輪郭のある面を有するインサートをさらに備える。インサートの輪郭のある面は、環状のシール要素を収容する環状の窪み、このシール要素に隣接するテーパー圧縮面、および穴固定面を備える。穴固定面がインサート固定穴部分と軸方向に係合するとき、インサートの輪郭のある面が、輪郭のある穴と係合して、シール要素とシール穴部分の間に環状の組立てクリアランスを形成する。シール要素は、シール穴部分に対応し、シール穴部分を封止して、環状の１次シールを形成する。テーパー圧縮面は、環状のテーパー境界面を形成するために、テーパー穴部分に対応し、テーパー穴部分と係合する。テーパー境界面が、ライナー出口を圧縮して、シール要素のまわりで環状の組立てクリアランスをふさぐ。
【００１５】
したがって、別の広範な態様では、繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされたボンベの出口を封止する方法が提供される。プラスチックで裏打ちされたボンベは、プラスチックのライナーおよびボスを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有する。この方法は、プラスチックのライナーのライナー出口をボス穴の中へ軸方向に延在させて、輪郭のある穴を形成するステップを含む。ライナー出口の環状の遠位末端は、輪郭のある穴における環状の遠位末端の軸方向の位置を維持するために、ボスの中で止め具に対して係合している。輪郭のある面を有するインサートは、環状の１次シールおよびライナー出口に対する環状のテーパー境界面を形成するために、輪郭のある穴と係合する。１次シールは、インサート上の環状のシール要素を輪郭のある穴の円筒状のシール穴部分と係合させることにより形成される。テーパー境界面は、インサート上のテーパー圧縮面を輪郭のある穴のテーパー穴部分と係合させることにより形成される。テーパー境界面は、シール要素のまわりでライナー出口を圧縮する。インサート上の穴固定面は、インサートをボスに固定するために、輪郭のある穴のインサート固定穴部分と係合する。
【００１６】
したがって、さらに別の広範な一態様では、プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口のシール・システムを補修する方法が提供される。ボンベは、プラスチックのライナーおよびボスを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有し、この穴は、普通にはインサートで封止される。この方法は、ボス穴の中へ軸方向に延在するライナー出口の輪郭のある穴を露出するために、ボンベの出口からインサートを取り外すステップを含む。インサートのまわりに配置された環状のシール要素が交換される。このシール要素は、普通には、輪郭のある穴と封止可能に係合する。輪郭のある穴の上に配置された少なくとも１つのシール面が修繕される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】一実施形態による、プラスチックで裏打ちして繊維を巻き付けたボンベの部分的断面図であり、有極性ボスにプラグ式インサートが取り付けられており、インサートは保持肩部を有する。
【図１Ｂ】流通式インサートを取り付けた図１の有極性ボスの分解組立図であり、ボスと係合する以前のインサートおよびボスと係合する以前のライナー出口が示されている。
【図２】流通式インサートを取り付けた図１の有極性ボスの拡大図である。
【図３】プラグ式インサートを取り付けた図１の有極性ボスの拡大図である。
【図４Ａ】図２および図３のどちらのインサートの実施形態にも共通の、ライナー、環状のテーパー境界面、環状のシール要素、および裏打ちリングの拡大図である。
【図４Ｂ】図４Ａのテーパー境界面における、ライナーの係合以前の段階のシール要素を示す、シール要素の拡大図である。
【図４Ｃ】図４Ａのテーパー境界面における、ライナーの係合以降の段階のシール要素を示す、シール要素の拡大図である。
【図５】ボスの一実施形態の等角図である。
【図６】図１から図４および図５のものなどのボスに適合するライナーおよびライナー出口の部分的断面図である。
【図７Ａ】有極性ボスの一形式の側面図である。
【図７Ｂ】有極性ボスの一形式の断面図である。
【図８】図２による流通式インサートの等角図である。
【図９】図１および図３によるプラグ式インサートの等角図である。
【図１０Ａ】図２による流通式インサートの側面図である。
【図１０Ｂ】図２による流通式インサートの断面図である。
【図１１Ａ】図１および図３によるプラグ式インサートの側面図である。
【図１１Ｂ】図１および図３によるプラグ式インサートの断面図である。
【図１２】インサートが中に設置されているボスの別の実施形態の断面図であり、ボスが保持肩部を有し、インサートがシール要素を有する。
【図１３】インサートが中に設置されているボスのさらなる実施形態の断面図であり、ボスが保持肩部を有し、インサートがシール要素および裏打ちリングを有する。
【図１４】図１３による、インサートの輪郭のある面およびボスの輪郭のある穴の部分的断面図である。
【図１５】背圧はみ出し防止インサートが取り付けられている、図１３による輪郭のある面およびボスの輪郭のある穴の部分的断面図である。
【図１６】図１３による、輪郭のある面および輪郭のある穴の部分的断面図である。
【図１７Ａ】ライナー出口のねじ切りされている組立体の分解組立断面図である。
【図１７Ｂ】ボスに対してねじ切りされている組立体の分解組立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書では、各実施形態は、プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス用ボンベの出口用シール・システムを対象とする。ボンベは、ライナー出口およびライナー出口に結合されたボスを有するプラスチックのライナーを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有する。圧縮ガスを貯蔵するために、ライナーは、炭素繊維巻付けなどの上部構造体を使用して、破裂に備えた支持がなされている。プラスチックのライナーおよびボスには、必要な構造的保全性をもたらすように、炭素繊維が巻き付けられている。ボスとライナーに繊維を巻き付け、一体化して、ボンベを形成する。
【００１９】
ライナー出口は、ボス穴の中へ軸方向に延在して、輪郭のある穴を形成する。輪郭のある穴は、輪郭のある穴と係合可能なインサートによって封止される。インサートは、対応する輪郭のある面を有する。インサートがボスと係合するとき、輪郭のある面と輪郭のある穴の環状のシール要素の間に、少なくとも１つの環状の１次シールが形成される。一実施形態では、輪郭のある面と輪郭のある穴の間に環状のテーパー２次シールも形成される。輪郭のある面と輪郭のある穴の間の環状のテーパー境界面における干渉および圧縮によって２次シールが形成され得る。ライナー出口は、ライナー出口の環状の遠位末端を止め具に接して保持することにより、ボスの中で拘束される。
【００２０】
一実施形態では、止め具は、インサート上に設けられた保持肩部である。別の実施形態では、止め具は、ボスに設けられた保持肩部である。別の実施形態では、高圧でのシール要素のはみ出しを阻止するために、テーパー境界面においてライナー出口を圧縮することも、あらゆる環状組立体のクリアランスをふさぐことができる。ライナー材料を圧縮することも、そうしなければ、支持されたシール要素および圧力負荷の影響を受けやすいシール面のクリープを最小限にすることができる。さらに、本明細書で開示された機構により、シール・システムを修繕する方法が可能になる。時間が経つにつれて漏れが進展すると、ライナーまたはインサートの境界面を修理するのに手が届き、ボンベの運用を迅速に再開することができる。
【００２１】
図１から図１１Ｂは、インサートに保持肩部が備わっているシール・システムの実施形態を示す。図１から図１１Ｂに示された実施形態は、約２５０バールの圧力で圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などの通常のガスの貯蔵用に試験されており、この用途に適切である。
【００２２】
図１Ａ、図１Ｂ、図２および図５を参照すると、プラスチックで裏打ちされた燃料ボンベ２の有極性の先端部１には、ボンベと接続するための穴４を有する金属ボスなどの剛体のボス３が取り付けられている。ボス３は、容器終端の張り開き３ａと、ボス穴４およびボンベまたは容器の内部と接続するための外側終端の燃料開口３ｂ（図５）とを有する。ライナー５の出口５ａは、ボス３の穴４の中に延在し、ボス３に結合される。一実施形態では、ライナー出口の外面には、ボスの内側のねじ部３ｃに結合するためのねじ部５ｂがある。接着剤も、単独で、またはねじ結合に加えて、ライナー出口５ａをボス３に結合するために、ライナー出口５ａとボス３の間に使用することができる。ボス３およびライナー５は、炭素繊維巻付け７で包まれ、繊維ラップの中でボスの張り開き３ａを挟んでおり、したがってボンベ２の有極性の先端部１に一体化される。ボス３の穴４が、インサート９によって封止される。インサート９は、ボス３に対して取外し可能に係合可能である。
【００２３】
図１Ｂに示されるように、インサート９は、外側ねじ部９ａを含んでいる全体的に円筒状の本体を有し、外側ねじ部９ａは、インサート９をボス３に対して取外し可能に結合するために、ボス３の内側ねじ部３ｃと係合する。容器の加圧された燃料内容物の封止は、インサート９とライナー出口５ａの境界面で行なわれる。
【００２４】
図４Ａを参照して、インサート９とライナー出口５ａの間のシール・システムは、ボス穴４の中に延在するライナー出口５ａによって形成された輪郭のある穴４ａ（図１Ｂに最もよく示されている）を備える。インサート９は、輪郭のある穴４ａと係合するための相補的な輪郭のある面４ｂ（図１Ｂに最もよく示されている）を有する。輪郭のある穴４ａは、容器またはボンベ２の内側から参照したとき軸方向に離隔されており、ライナー区間ＬＳ（図１Ａに最もよく示されている）およびボス区間ＢＳ（図１Ａに最もよく示されている）を備える。ライナー区間ＬＳは、円筒状のシール穴部分１２、テーパー穴部分１３、および環状の遠位末端１４を備える。環状の遠位末端１４は、穴４の中に軸方向の位置を有する。ボス区間ＢＳは、インサート固定穴部分１５を備える。好ましくは、インサート固定部分１５は、ボスの内側ねじ部３ｃである。インサートの輪郭のある面４ｂは、インサート９の挿入中に、シール穴部分１２に対応してこれを封止するために、インサート９の円筒状のプラグ部分１８のまわりの周辺に形成された環状の窪み１７ａに取り付けられた環状のシール要素１７を備える。一般的な環状のシール要素１７は、Ｏリングの形式である。Ｏリング用の適切な材料の１つには、ＣＮＧを含む多くの圧縮ガス向けのニトリル７００ＬＴがある。
【００２５】
この実施形態では、インサート９の輪郭のある面４ｂは、テーパー圧縮面１９、保持肩部２０、および穴固定面２１をさらに備える。好ましくは、穴固定面２１は、インサートの外側ねじ部９ａである。穴固定面２１がインサート固定部分１５と軸方向に係合するとき、インサートの輪郭のある面４ｂが、輪郭のある穴４ａと係合する。
【００２６】
動作においては、インサート９のねじ切リされた挿入部が、インサートのシール要素１７を位置決めし、ライナーの封止穴部分１２が、インサート９とライナー出口５ａの間に環状の１次シールを形成する。さらに、インサート９とライナー出口５ａの間の環状のテーパー２次シールを形成するために、インサートのテーパー圧縮面１９が、環状のテーパー境界面４ｃでライナー区間のテーパー穴部分１３と軸方向に係合する。テーパー境界面４ｃは、直円錐の先を切った円錐台である。インサートの保持肩部２０は、ボス３の穴４の中の軸方向の位置における環状の遠位末端１４の軸方向の位置を維持するために、ライナー出口５ａの遠位末端１４と係合して軸方向に保持する。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｃに示されるように、インサート９の円筒状のプラグ部分１８の内部に、シール要素１７が取り付けられる。円筒状のプラグ部分１８は、輪郭のある穴４ａのライナー区間ＬＳの円筒状の封止穴部分１２と係合して、その間に、小さな（これらの図面の解像度では識別不可能な）環状の組立てクリアランスまたは間隙２９（図４Ｃ）を形成する。組立て中に、この組立てクリアランスにより、シール要素１７が、円筒状の封止穴部分１２に入ることができる。しかし、この組立てクリアランスにより、より高い圧力での問題も生じる可能性がある。環状のシール要素１７は、シール材料の特性、組立てクリアランスの寸法および圧力を含む要因の組合せの下で、環状の窪み１７ａから組立てクリアランスへの押し出しに対して、影響を受けやすい、または脆弱であろう。
【００２８】
図４Ｂに示されるように、環状のシール要素１７は、エラストマであり、圧縮されていない自由な状態では、図４ＢにＯリングの実施形態の円形断面として示されている第１の弛緩断面を有する。図４Ｃに示されるように、環状のシール要素１７は、封止穴部分１２と係合するとき、環状の窪み１７ａの中に圧縮して詰め込まれて、窪み１７ａの断面形状が実質的に想定される。環状の窪み１７ａには、裏打ちリング２２も設けることができる。裏打ちリング２２は、環状のシール要素とテーパー境界面４ｃの間にある環状の窪み１７ａの壁１７ｂと、環状のシール要素１７の間の、環状の窪み１７ａの中に配置される。裏打ちリング２２は、環状のへこんだ位置合わせ窪み２２ａを含むことができ、その中に環状のシール１７が押し込まれる。裏打ちリングは、インサート設置中に環状のシール要素１７が動きに耐えるのを支援することができ、圧縮されたとき、はみ出すリスクを低減するように、半径方向に拡大する。環状のシール要素１７を、へこんだ位置合わせ窪み２２ａの中に押し込む作用は、環状の窪み１７ａの中の裏打ちリング２２の半径方向の変位と、組立てクリアランスの遮断とを支援することもできる。適切な裏打ちリング材料には、９０ジュロメータ・ニトリルが含まれる。
【００２９】
また、圧縮することにより、テーパー境界面４ｃにおいて、インサートからライナーの直接的シールまたは２次シールも形成され得ることが分かる。
【００３０】
ライナー出口５ａは、保持肩部２０によって、テーパー圧縮面およびボンベの圧力によって与えられる圧縮力下の軸方向の押し出しまたはクリープからの動きを含む軸方向の動きを拘束される。
【００３１】
結果として、簡単で高信頼の封止システムまたは機構が実現される。
【００３２】
図６に示されるライナーの一実施形態では、ライナー５は、天然ガスに対して適切な約５ｍｍの高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を備えたブラダである。円筒状のシール面は、直径が約３３．３ｍｍ、軸方向の長さが２０ｍｍ、ライナーの厚さ約４．３５ｍｍに対してライナー出口５ａの外径は約４２ｍｍである。テーパー圧縮面１９は、軸方向の長さが約５．４ｍｍで、軸から２０度のテーパーになっている。
【００３３】
ライナーの別の実施形態では、ライナー５は、燃料ガスの透過性に対する耐性を改善するためにＥＶＯＨ ＥＶＡＬ Ｆ１０１ Ｂの追加の層を含むことができる。
【００３４】
ボスの輪郭のある穴４ａの中で、環状の遠位末端１４の軸方向の位置を維持するために、ライナー出口５ａは、ボス３に対して軸方向に位置合わせされる。テーパー圧縮面１９がテーパー・シール穴部分１３と係合するとき、インサート９は、保持肩部２０が環状の遠位末端１４と軸方向の位置で係合して保持するように、ボス３に対して軸方向で位置合わせされる。一実施形態では、ボス３とライナー５の間の軸方向の位置合わせは、ボス３が、第１の環状の基準面２４ａおよび第２の環状の基準面２４ｂ（最善に図１Ａおよび図１Ｂに示されている）を備えるようにもたらされる。インサート９には、終止外端２４ｃが備わっている。基準面２４ａは、ボス３の張り開き３ａ（最終的には繊維ラップで覆われる）とライナー５の有極性先端部の表面（好ましくは、容器軸に対して垂直な平面などのボス張り開き３ａに対応するように機械加工されている）の間に設けられる。基準面２４ｂは、ボスの燃料開口３ｂに設けられる。ライナー出口５ａの環状の遠位末端１４は、環状の基準面２４ａから軸方向に基準距離だけ離隔される。ボスの燃料開口３ｂからボスの張り開き３ａまでの距離が既知であるため、ボスの燃料開口３ｂから環状の遠位末端までの距離を計算することができる。この距離が、第２の基準距離をなす。保持肩部２０は、外側の終端肩部２４ｃから第２の基準距離だけ離隔され、その結果、外側の終端肩部２４ｃが環状の基準面２４ｂと係合するとき、保持肩部２０は、テーパー圧縮面１９がテーパー穴部分１３と係合するとき、環状の遠位末端１４と軸方向の位置で係合して保持する。
【００３５】
ボス３およびインサート９は、一般に、陽極酸化処理されたＡＡ６０６１−Ｔ６ ＡＳＴＭ Ｂ２２１などのアルミニウム合金から形成される。ライナー出口５ａは、金属用接着剤でボス３の内側に固定することができる。この接着剤は、組立てを通じてライナー出口をボスの内部で拘束するようにライナー出口５ａを固定すること、および寸法安定性を維持するためにライナーとボスのはめ合わせにおける不整合を充填することを含む、１つまたは複数の態様を支援することができる。適切な接着剤は、２成分で高剥離強度の金属接着剤である。適切な接着剤の一例には、Ｌｏｃｔｉｔｅ（商標）Ｕ０５−ＦＬ（米国オハイオ州のＨｅｎｋｅｌ社の商標）が含まれる。
【００３６】
図１Ａ、図１Ｂ、図２、図８、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるインサート９の一実施形態では、インサート９は、ボンベ２の内部に延在する追加の流管延長部２５を含む。ボンベ２の充填および放出を通じて、ガス流れは、インサート９またはインサート９に設置された取付け部品によって調節される。ボンベ２を加圧すると局所的に温度が上昇し、減圧すると温度低下をもたらす。流管延長部２５は、このような熱運動をボンベ２の内部から移動するように働くことができ、プラスチック面から離れて静的な蓄積のアキュムレータとして働くこともできる。いずれにしても、インサート９を取付け組立体などの外部に置くと、静的な蓄積を取り出すことができる。
【００３７】
図１２から図１７は、シール・システムの実施形態を示しており、ボス３の穴４の中で、ライナー出口５ａの環状の遠位末端１４の軸方向の位置が、ボス３に形成された保持肩部２０ａによって保たれる。図１２から図１７に示される実施形態は、約７００バールの高い運用圧で（１．２５の安全係数、すなわち約８７５バールの圧力で）圧縮ガスを貯蔵するのに適切であることが確認されている。図１２から図１７に示されたライナー５は、約２５０バールから約８７５バールの圧力および約−４０℃から約８５℃の温度で圧縮ガスを含有するのに適切である。圧縮ガスは、水素、ヘリウム、またはメタンであり得る。このようなガスの上記圧力での貯蔵に適したライナー５は、単層ブラダ、またはＥＶＯＨ ＥＶＡＬ Ｆ１０１Ｂの層、ＢＡＳＥＬＬ ＬＵＰＯＬＥＮ ４２６１Ａ（オランダのロッテルダムのＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｂ．Ｖ．の商標）の層、およびＤＵＰＯＮＴ ＢＹＮＥＬ ４０Ｅ５２９（米国デラウェア州のＤｕＰｏｎｔ社の商標）の層を備える多層ブラダであり得る。
【００３８】
図１２から図１７に示されたシール・システムおよび図１Ａから図１１Ｂに示されたシール・システムには、共通の要素がある。共通の要素は、ライナー出口５ａによって形成されて部分的にボス３の穴４の中に延在する輪郭のある穴４ａおよび輪郭のある面４ｂを有するインサート９である。輪郭のある穴４ａは、円筒状のシール穴部分１２、テーパー穴部分１３およびインサート固定部分１５を有する。インサート９の輪郭のある面４ｂは、円筒状のプラグ部分１８の窪み１７ａに配置された環状のシール要素１７、テーパー圧縮面１９および穴固定面２１を備える。図１Ａから図１１Ｂで説明されたシール・システムと図１２から図１７で説明されたシール・システムの間の差異は、図１Ａから図１１Ｂで説明されたシール・システムでは保持肩部２０がインサート９上に配置されており、図１２から図１７で説明されたシール・システムでは保持肩部２０ａがボス３上に配置されていることである。保持肩部は、ボス穴４の中へ半径方向に延在する。また、図１２から図１７で説明されたシール・システムでは、環状のテーパー境界面４ｃ（テーパー穴部分１３がテーパー圧縮面１９と出会う部分）は、環状のシール要素１７を収容する環状の窪み１７ａと実質的に直接隣接している。図１２から図１７で説明されたシール・システムは、図１２から図１７のテーパー境界面４ｃの機能が、環状のシール要素１７のまわりのライナー出口５ａを圧縮することに向けたものであるという点を除けば、図１Ａから図１１Ｂで説明されたシール・システムと全体的に同様に作用する。テーパー境界面４ｃにおいてライナー出口５ａを圧縮すると、環状のシール要素１７の環状の窪み１７ａからのはみ出し防止を支援し、環状のシール要素１７の周囲からの反応性クリープにも耐える。図１２から図１７のテーパー境界面４ｃのより詳細な機能が、以下で説明される。
【００３９】
図１２から図１７で説明されたシール・システムでは、組立て中に、環状のシール要素１７を円筒状のシール穴部分１２に入れるのを可能にするために、インサート９の円筒状のプラグ部分１８とライナー区間ＬＳの円筒状のシール穴部分１２の間に、小さな環状の組立てクリアランス２９（図１２および図１４）が設けられている。環状の組立てクリアランス２９は、これらの図面の解像度では識別することができない。高圧では、環状のシール要素１７が、環状の窪み１７ａから環状の組立てクリアランス２９の中へはみ出す恐れがある。テーパー境界面４ｃにおいてライナー出口５ａを圧縮すると、環状のシール要素１７がはみ出す可能性を防止するために、組立てクリアランスを縮小してふさぐように作用することができる。テーパー境界面４ｃは、普通には容器２の中の加圧された気体内容物から下流に配置される。テーパー境界面４ｃには、このような密接な干渉および圧縮性の接触がもたらされ、環状の組立てクリアランスが効果的に解消され、したがってはみ出しの傾向または可能性が回避される。一実施形態では、テーパー境界面４ｃが、環状の窪み１７ａと直接隣接しており、いかなる組立てクリアランスも環状のシール要素１７と直接隣接するところでふさがれることが保証される。
【００４０】
インサートの環状のシール要素１７は、円筒状のシール穴部分１２に対して半径方向の封止荷重を与える。高圧では、時間が経つにつれて、ライナーのクリープが、維持された半径方向の封止荷重に応じて、封止接触を減少させて環状のシール要素１７を抜ける漏れをもたらす恐れがある。環状のシール要素１７も、封止接触が減少すると、環状の窪み１７ａから環状の組立てクリアランスの中へはみ出す可能性がある。この問題は、環状のシール要素１７のまわりのライナー５に十分な予荷重を与えることによって克服することができる。インサート９のねじ係合が、テーパー圧縮面１９を圧縮し、テーパー穴部分１３でライナー出口５ａに圧縮荷重をかけて、圧縮の作用は、円筒状のシール穴部分１２のまわりのライナー材料に及ぶ。テーパー穴部分１３は、インサートのテーパー圧縮面とボス３の間で、テーパー境界面４ｃにおいて圧縮される。この荷重が、クリープに耐えてその影響を打ち消すために、ライナー５において十分なプレストレスを与える。
【００４１】
プレストレスの圧縮の閾値または所定の量は、制御することができる。一実施形態では、圧縮の閾値は、インサート９を輪郭のある穴４ａの中へはめるのに必要なトルクを監視することによって制御される。この実施形態では、インサートの輪郭のある面４ｂが、輪郭のある穴４ａとねじ係合する。インサート９は、環状のシール要素１７のまわりのライナー出口５ａを圧縮するために、テーパー穴部分をテーパー圧縮面と係合させるように回転する。テーパー圧縮面とテーパー穴部分を圧縮の閾値まで係合させるのに必要なトルクが監視される。圧縮の閾値が達成されたことを閾値トルクが示すとき、インサート９の回転が停止される。インサート９が輪郭のある穴４ａの中にねじ込まれるとき、テーパー面１９がテーパー穴部分１３と接触し、テーパー穴部分１３が圧縮される。インサート９を回転させるのに必要なトルクが、閾値トルクまで増加する。トルクが閾値トルクに到達したとき、十分な圧縮が達成されている。さらに、保持肩部２０ａは、第１に、寸法の保全性を維持するためにライナー出口５ａの軸方向の動きを防止するための止め具として、第２に、任意選択でさらなる圧縮を与えるために、ライナー５の環状の遠位末端１４と係合する。
【００４２】
別の実施形態では、圧縮の閾値は、対応する軸方向のねじ込みを求めて、必要なねじ込みが達成されたときに、外側の終止肩部２４ｃを有するインサート９をボス３と係合させるように形成すること（六角形の道具における直径の変化など）によって制御される。ボス３の基準面２４をインサート９上の終止肩部２４ｃに一致させることができ、それぞれの軸方向の配置は、圧縮閾値が達成されたときに、終止肩部２４ｃがボスの基準面２４ｂに対して「底打ち」することによってインサートの軸方向の挿入を止めるように計算される。インサート９の要素とボス３の要素の軸方向の間隔は、Ｏリングシール１７を円筒状のシール穴部分に配置し、ライナーのテーパー穴部１３と係合させて圧縮し、インサートの外側の構成要素が、ボスの外側の面に対して係合する、もしくは底打ちするとき、またはそれに先行して、ライナーの環状の遠位末端１４を軸方向で保持するように寸法的に離隔される。
【００４３】
図１５を参照すると、Ｏリングシールの場合には、時間が経つにつれて、水素などの高圧ガスが、Ｏリングを通って浸透して、環状のシール溝または窪み１７ａ、Ｏリング１７と円筒状のシール面１２の間の、いかなる小さな下流のＯリングの空隙も満たす。ボンベ２の急速な減圧中に、環状の窪み１７ａの中の閉じ込められた高圧ガスは、流出するのを制限されることになる。減圧の速度が十分に高いと、閉じ込められたガスが、Ｏリング１７をボンベ２の中へ押し返して、ライナー５とインサート９の平行な円筒状の面に沿って押し出す可能性がある。
【００４４】
解決策の１つは、テーパー境界面を、それ自体は不十分なシールであるインサート固定部分１５またはボス３とインサート９の間のねじ区間の中へバイパスするように、Ｏリングの空隙から小さな減圧漏れ経路を設けることである。
【００４５】
したがって、インサート９の一部分として、金属などの適合するインサート材料から形成された円錐形のスリーブ２８が設けられる。円錐形のスリーブ２８とインサート９の間に形成された減圧漏れ経路が、環状のシール要素１７と穴固定部分２１の間に延在する。円錐形のスリーブ２８は、環状のシール要素１７と穴固定部分２１の間のインサート９に取り付けられる。円錐形のスリーブ２８は、外側のテーパー面２８ａ、内側の円筒状の穴２８ｂ、および上流の終端２８ｃを有する。外側のテーパー面２８ａは、インサートのテーパー圧縮面１９を形成し、円錐形のスリーブ２８をインサートに取り付けるとき、以前の実施形態で説明されたのと同一目的の圧縮を遂行する。上流の終端２８ｃは、円錐形のスリーブ２８をインサート９に取り付けるとき環状のシール要素１７を収容する環状の窪み１７ａの壁を形成する。インサート９の円筒状の外側の面を取り付ける円筒状の内側の穴２８ｂは、金属間境界面を形成する。金属間境界面は、円錐形のスリーブ２８とインサート９の間に減圧漏れ経路を形成する。漏れ経路は、Ｏリング空隙から、保持肩部２０およびインサート９とボス３の間のねじ部を通って延在する。Ｏリング空隙は、環状のシール要素１７の下流にある。ボンベの内容のほとんどは、Ｏリングシール１７を通すべきでない。したがって、金属間境界面は限定的であるが、高圧の蓄積およびボンベ２の迅速または急速な減圧に際してＯリング１７を押し出し得る関連したエネルギーを防止するための十分な漏れ経路が存在する。
【００４６】
出口における異なる材料の熱膨張差を最小限にすることができる。ライナー出口５ａのプラスチック材料が、ボス３の材料より大きな熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するとき、熱膨張差が生じる可能性がある。シール・システムのどちらの実施形態でも、温度変化によるライナー出口５ａの半径方向の膨張は、ライナー出口５ａのライナー材料の厚さを低減することにより、最小限にすることができる。シール・システムのどちらの実施形態でも、Ｏリング、ライナー出口５ａ上のシール面またはインサート９上のシール面の劣化のために時間が経つにつれて漏れが進展する場合には、ライナー出口またはインサートのシール面を、手入れする、または修理することができる。ライナー出口５ａがボス３の穴４の中へ延在し、修理または手入れのために容易に到達することができるので、このことが可能である。Ｏリングがインサート９上に配置されており、インサート９をボスから取り外すことができるので、Ｏリングも容易に交換することができる。
【００４７】
したがって、図１Ａから図１１Ｂおよび図１２から図１７のシール・システムを手入れする方法が提供される。この方法は、輪郭のある穴４ａを露出するために、ライナー出口５ａと係合しているインサート９をボス３の穴４から取り外すステップを含む。環状のシール要素１７を交換する必要があるとき、同要素が交換される。環状のシール要素は、普通には、輪郭のある穴４ａと封止可能に係合する。ライナー出口５ａに配置されたシール面、すなわちテーパー穴部分１３および／または円筒状のシール穴部分１２が修繕される。インサート９に配置されたシール面、すなわちテーパー圧縮面１９および円筒状のプラグ部分１８は、頑健であっても修繕することもある。穴固定部分２１、インサート固定部分１５、環状の遠位末端１４および保持肩部２０、２０ａも、必要に応じて点検作業中に修繕することができる。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１０年２月２６日出願の米国特許仮出願第６１／３０８，７３６号および２０１０年２月２６日出願の米国特許仮出願第６１／３０８，７５１号の利益を主張するものであり、これら仮出願の全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされたボンベに、特にボンベの出口ボスの終端取付け具内部のシール・システムに関し、より具体的にはシール境界面におけるはみ出し防止およびクリープ防止の方策に関する。
【背景技術】
【０００３】
液化天然ガス（ＬＮＧ）用燃料ボンベ、液化石油ガス（ＬＰＧ）用燃料ボンベ、および特に水素ガス（Ｈ２）用燃料ボンベは、理想的には可能な限り軽いものである。高圧力を維持し、かつ軽量を保つために使用されるボンベ構造体は、炭素繊維を巻き付けたアルミニウムのボンベまたはライナーと、同様に炭素繊維を巻き付けたプラスチックのライナーまたはブラダとを使用する。炭素繊維を巻き付けると、構造的には対応困難であるものの、低透水性で燃料を保持するライナーを使用するのに必要な構造的保全性がもたらされる。
【０００４】
高圧力に耐え得るボンベ構造体は、半球または有極性の先端部を利用する。使用されるのが軽金属ボンベであろうとプラスチックのライナーであろうと、現在、１つまたは複数の出口が金属から形成されている。例えば、繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされた容器の有極性の先端部には、金属ボスが取り付けられ得る。通常、金属ボスは、炭素繊維を巻き付けるのに先立ってライナーと一体化される。ボスは、炭素繊維を入念に巻き付けた部分的な有極性の肩部を有することができる。ボスは、ねじ切りされており、プラグ、弁または減圧弁を含んでいる「終端取付け具」またはインサートが取り付けられている。
【０００５】
ボス自体は、弁またはレギュレータなどの終端取付け具またはインサートを設置するのに必要とされるものである。ボスとインサートの間の従来型のねじ接続は、内部の加圧された流体の漏れ経路の遮断が十分でなく、低分子量ガスに対して特に難易度が高いことが知られている。
【０００６】
現行の軽量燃料ボンベは、一般に、金属ボスを取り付けてから炭素繊維を巻き付けたプラスチックのライナーを備える。プラスチックのライナーを導入したために、ここで、ボンベの入口でのボスの封止に伴って新規の問題が生じている。ライナーと、ボンベの内部と接続するのに使用される有極性の終端ポートとの間に、問題をはらむ境界面がある。プラスチックのライナーと金属ボスの境界面で、漏れが生じる可能性がある。
【０００７】
いくつかの製造業者は、いかなるライナー部品もなく、従来型の取付け具を受け入れるボス穴を残すことにより、ボスとライナーの間にシール境界面を設けることに大いに努力している。一例には、Ｓｈｉｍｏｊｉｍａらの米国特許第６，２２７，４０２号で説明されているようなさねはぎ継ぎ形式の境界面があり、プラスチックのライナーがボスの環状溝の中に一体化されている。ライナー自体にボスが埋め込まれている他の形式には、Ｓｉｒｏｓｈの米国特許第５，２５３，７７８号、Ｎｅｗｈｏｕｓｅらの米国特許第５，５１８、１４１号およびＳｕｚｕｋｉらの米国特許第７，５４９，５５５号で説明されているものがある。ボンベは、漏れが生じると修理することができず、廃品となる。
【０００８】
プラスチックの特性には、持続荷重の下で、クリープ速度がより高いことがある。この場合、クリープは、ライナーとインサートのシール境界面に表れる。シールは、一般に、剛体の座面に押し付けられたゴム状シール要素を備える。プラスチックのライナーの導入に伴って、剛体の座面がプラスチック材料で置換される。時間が経つにつれて、プラスチックは、シール要素との封止係合から徐々に離れる傾向があり、次いで、それによって、加圧された流体が漏れる可能性がある。
【０００９】
従来技術では、ボス穴の中にライナー出口を導入することが知られている。したがって、ボスの内部のプラスチックのライナーとインサートの間にシールを設けることが試みられている。Ｓｉｒｏｓｈらの米国特許第５，９３８，２０９号、Ｂａｒｋｌｅｙらの米国特許第６、１８６，３５６号では、ライナーの環状の終端面とインサートの終端面の軸方向における間にＯリングが挟まれている。別の形式では、Ｓａｔｏらの米国特許出願公開第２００９／００７１９３０号で説明されているように、ライナーとボスの間にＯリングが配置されるものがある。やはり、漏れが生じた場合には、ボンベは修理することができず廃品となる。
【００１０】
他の従来技術の機構には、インサートに形成された環状の溝の中に、Ｏリングが周囲に配置され、インサートおよびＯリング部分が、ライナーの円筒状のスロートの中へ突出し、同通路に接して封止するものが含まれる。
【００１１】
シール漏れの一因となる他の要因には、異なる材料の熱膨張の差が含まれる。インサートは、通常はアルミニウムまたはステンレス鋼であり、プラスチックより熱膨張率が低く、このことも境界面で問題を引き起こす場合がある。
【００１２】
したがって、新規のシール・システムが、従来技術によって経験された欠点を克服することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本明細書で説明される実施形態は、ボス穴の中へ延在するプラスチックのライナー出口の間に形成されるシール・システムを対象とするものである。ライナー出口とボス穴が、輪郭のある穴を形成する。輪郭のある穴と係合可能なインサートは、輪郭のある穴を封止するための輪郭のある面を形成する。ライナー出口は、寸法安定性のためにボス穴に沿って保持される。シール・システムは、環状のシール要素を使用して封止を可能にし、その間にシール要素がはみ出すのを防止する。他の実施形態には、輪郭のある穴と輪郭のある面の間のテーパー境界面の圧縮性の干渉を利用して２次シールを設けるものがある。他の実施形態には、はみ出しを回避するために、あらゆる組立クリアランスに圧縮を与え、また、任意選択で、クリープの影響を最小限にするためにライナー出口に予荷重をかけるものがある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、広範な一態様では、プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口用のシール・システムが提供される。プラスチックで裏打ちされたボンベは、プラスチックのライナーおよびボスを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有する。シール・システムは、輪郭のある穴を形成するようにボス穴の中へ軸方向に延在するプラスチックのライナーのライナー出口を備える。輪郭のある穴は、ライナー区間およびボス区間を備える。ライナー出口は、ボスに沿って軸方向の位置を有する環状の遠位末端を有する。ライナー区間は円筒状のシール穴部分およびテーパー穴部分を備える。ボス区間は、インサート固定穴部分および軸方向の位置で環状の遠位末端と係合するための保持肩部を備える。シール・システムは、輪郭のある穴と係合可能な輪郭のある面を有するインサートをさらに備える。インサートの輪郭のある面は、環状のシール要素を収容する環状の窪み、このシール要素に隣接するテーパー圧縮面、および穴固定面を備える。穴固定面がインサート固定穴部分と軸方向に係合するとき、インサートの輪郭のある面が、輪郭のある穴と係合して、シール要素とシール穴部分の間に環状の組立てクリアランスを形成する。シール要素は、シール穴部分に対応し、シール穴部分を封止して、環状の１次シールを形成する。テーパー圧縮面は、環状のテーパー境界面を形成するために、テーパー穴部分に対応し、テーパー穴部分と係合する。テーパー境界面が、ライナー出口を圧縮して、シール要素のまわりで環状の組立てクリアランスをふさぐ。
【００１５】
したがって、別の広範な態様では、繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされたボンベの出口を封止する方法が提供される。プラスチックで裏打ちされたボンベは、プラスチックのライナーおよびボスを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有する。この方法は、プラスチックのライナーのライナー出口をボス穴の中へ軸方向に延在させて、輪郭のある穴を形成するステップを含む。ライナー出口の環状の遠位末端は、輪郭のある穴における環状の遠位末端の軸方向の位置を維持するために、ボスの中で止め具に対して係合している。輪郭のある面を有するインサートは、環状の１次シールおよびライナー出口に対する環状のテーパー境界面を形成するために、輪郭のある穴と係合する。１次シールは、インサート上の環状のシール要素を輪郭のある穴の円筒状のシール穴部分と係合させることにより形成される。テーパー境界面は、インサート上のテーパー圧縮面を輪郭のある穴のテーパー穴部分と係合させることにより形成される。テーパー境界面は、シール要素のまわりでライナー出口を圧縮する。インサート上の穴固定面は、インサートをボスに固定するために、輪郭のある穴のインサート固定穴部分と係合する。
【００１６】
したがって、さらに別の広範な一態様では、プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口のシール・システムを補修する方法が提供される。ボンベは、プラスチックのライナーおよびボスを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有し、この穴は、普通にはインサートで封止される。この方法は、ボス穴の中へ軸方向に延在するライナー出口の輪郭のある穴を露出するために、ボンベの出口からインサートを取り外すステップを含む。インサートのまわりに配置された環状のシール要素が交換される。このシール要素は、普通には、輪郭のある穴と封止可能に係合する。輪郭のある穴の上に配置された少なくとも１つのシール面が修繕される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】一実施形態による、プラスチックで裏打ちして繊維を巻き付けたボンベの部分的断面図であり、有極性ボスにプラグ式インサートが取り付けられており、インサートは保持肩部を有する。
【図１Ｂ】流通式インサートを取り付けた図１の有極性ボスの分解組立図であり、ボスと係合する以前のインサートおよびボスと係合する以前のライナー出口が示されている。
【図２】流通式インサートを取り付けた図１の有極性ボスの拡大図である。
【図３】プラグ式インサートを取り付けた図１の有極性ボスの拡大図である。
【図４Ａ】図２および図３のどちらのインサートの実施形態にも共通の、ライナー、環状のテーパー境界面、環状のシール要素、および裏打ちリングの拡大図である。
【図４Ｂ】図４Ａのテーパー境界面における、ライナーの係合以前の段階のシール要素を示す、シール要素の拡大図である。
【図４Ｃ】図４Ａのテーパー境界面における、ライナーの係合以降の段階のシール要素を示す、シール要素の拡大図である。
【図５】ボスの一実施形態の等角図である。
【図６】図１から図４および図５のものなどのボスに適合するライナーおよびライナー出口の部分的断面図である。
【図７Ａ】有極性ボスの一形式の側面図である。
【図７Ｂ】有極性ボスの一形式の断面図である。
【図８】図２による流通式インサートの等角図である。
【図９】図１および図３によるプラグ式インサートの等角図である。
【図１０Ａ】図２による流通式インサートの側面図である。
【図１０Ｂ】図２による流通式インサートの断面図である。
【図１１Ａ】図１および図３によるプラグ式インサートの側面図である。
【図１１Ｂ】図１および図３によるプラグ式インサートの断面図である。
【図１２】インサートが中に設置されているボスの別の実施形態の断面図であり、ボスが保持肩部を有し、インサートがシール要素を有する。
【図１３】インサートが中に設置されているボスのさらなる実施形態の断面図であり、ボスが保持肩部を有し、インサートがシール要素および裏打ちリングを有する。
【図１４】図１３による、インサートの輪郭のある面およびボスの輪郭のある穴の部分的断面図である。
【図１５】背圧はみ出し防止インサートが取り付けられている、図１３による輪郭のある面およびボスの輪郭のある穴の部分的断面図である。
【図１６】図１３による、輪郭のある面および輪郭のある穴の部分的断面図である。
【図１７Ａ】ライナー出口のねじ切りされている組立体の分解組立断面図である。
【図１７Ｂ】ボスに対してねじ切りされている組立体の分解組立断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書では、各実施形態は、プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス用ボンベの出口用シール・システムを対象とする。ボンベは、ライナー出口およびライナー出口に結合されたボスを有するプラスチックのライナーを備える。ボスは、ボンベと接続するための穴を有する。圧縮ガスを貯蔵するために、ライナーは、炭素繊維巻付けなどの上部構造体を使用して、破裂に備えた支持がなされている。プラスチックのライナーおよびボスには、必要な構造的保全性をもたらすように、炭素繊維が巻き付けられている。ボスとライナーに繊維を巻き付け、一体化して、ボンベを形成する。
【００１９】
ライナー出口は、ボス穴の中へ軸方向に延在して、輪郭のある穴を形成する。輪郭のある穴は、輪郭のある穴と係合可能なインサートによって封止される。インサートは、対応する輪郭のある面を有する。インサートがボスと係合するとき、輪郭のある面と輪郭のある穴の環状のシール要素の間に、少なくとも１つの環状の１次シールが形成される。一実施形態では、輪郭のある面と輪郭のある穴の間に環状のテーパー２次シールも形成される。輪郭のある面と輪郭のある穴の間の環状のテーパー境界面における干渉および圧縮によって２次シールが形成され得る。ライナー出口は、ライナー出口の環状の遠位末端を止め具に接して保持することにより、ボスの中で拘束される。
【００２０】
一実施形態では、止め具は、インサート上に設けられた保持肩部である。別の実施形態では、止め具は、ボスに設けられた保持肩部である。別の実施形態では、高圧でのシール要素のはみ出しを阻止するために、テーパー境界面においてライナー出口を圧縮することも、あらゆる環状組立体のクリアランスをふさぐことができる。ライナー材料を圧縮することも、そうしなければ、支持されたシール要素および圧力負荷の影響を受けやすいシール面のクリープを最小限にすることができる。さらに、本明細書で開示された機構により、シール・システムを修繕する方法が可能になる。時間が経つにつれて漏れが進展すると、ライナーまたはインサートの境界面を修理するのに手が届き、ボンベの運用を迅速に再開することができる。
【００２１】
図１から図１１Ｂは、インサートに保持肩部が備わっているシール・システムの実施形態を示す。図１から図１１Ｂに示された実施形態は、約２５０バールの圧力で圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などの通常のガスの貯蔵用に試験されており、この用途に適切である。
【００２２】
図１Ａ、図１Ｂ、図２および図５を参照すると、プラスチックで裏打ちされた燃料ボンベ２の有極性の先端部１には、ボンベと接続するための穴４を有する金属ボスなどの剛体のボス３が取り付けられている。ボス３は、容器終端の張り開き３ａと、ボス穴４およびボンベまたは容器の内部と接続するための外側終端の燃料開口３ｂ（図５）とを有する。ライナー５の出口５ａは、ボス３の穴４の中に延在し、ボス３に結合される。一実施形態では、ライナー出口の外面には、ボスの内側のねじ部３ｃに結合するためのねじ部５ｂがある。接着剤も、単独で、またはねじ結合に加えて、ライナー出口５ａをボス３に結合するために、ライナー出口５ａとボス３の間に使用することができる。ボス３およびライナー５は、炭素繊維巻付け７で包まれ、繊維ラップの中でボスの張り開き３ａを挟んでおり、したがってボンベ２の有極性の先端部１に一体化される。ボス３の穴４が、インサート９によって封止される。インサート９は、ボス３に対して取外し可能に係合可能である。
【００２３】
図１Ｂに示されるように、インサート９は、外側ねじ部９ａを含んでいる全体的に円筒状の本体を有し、外側ねじ部９ａは、インサート９をボス３に対して取外し可能に結合するために、ボス３の内側ねじ部３ｃと係合する。容器の加圧された燃料内容物の封止は、インサート９とライナー出口５ａの境界面で行なわれる。
【００２４】
図４Ａを参照して、インサート９とライナー出口５ａの間のシール・システムは、ボス穴４の中に延在するライナー出口５ａによって形成された輪郭のある穴４ａ（図１Ｂに最もよく示されている）を備える。インサート９は、輪郭のある穴４ａと係合するための相補的な輪郭のある面４ｂ（図１Ｂに最もよく示されている）を有する。輪郭のある穴４ａは、容器またはボンベ２の内側から参照したとき軸方向に離隔されており、ライナー区間ＬＳ（図１Ａに最もよく示されている）およびボス区間ＢＳ（図１Ａに最もよく示されている）を備える。ライナー区間ＬＳは、円筒状のシール穴部分１２、テーパー穴部分１３、および環状の遠位末端１４を備える。環状の遠位末端１４は、穴４の中に軸方向の位置を有する。ボス区間ＢＳは、インサート固定穴部分１５を備える。好ましくは、インサート固定部分１５は、ボスの内側ねじ部３ｃである。インサートの輪郭のある面４ｂは、インサート９の挿入中に、シール穴部分１２に対応してこれを封止するために、インサート９の円筒状のプラグ部分１８のまわりの周辺に形成された環状の窪み１７ａに取り付けられた環状のシール要素１７を備える。一般的な環状のシール要素１７は、Ｏリングの形式である。Ｏリング用の適切な材料の１つには、ＣＮＧを含む多くの圧縮ガス向けのニトリル７００ＬＴがある。
【００２５】
この実施形態では、インサート９の輪郭のある面４ｂは、テーパー圧縮面１９、保持肩部２０、および穴固定面２１をさらに備える。好ましくは、穴固定面２１は、インサートの外側ねじ部９ａである。穴固定面２１がインサート固定部分１５と軸方向に係合するとき、インサートの輪郭のある面４ｂが、輪郭のある穴４ａと係合する。
【００２６】
動作においては、インサート９のねじ切リされた挿入部が、インサートのシール要素１７を位置決めし、ライナーの封止穴部分１２が、インサート９とライナー出口５ａの間に環状の１次シールを形成する。さらに、インサート９とライナー出口５ａの間の環状のテーパー２次シールを形成するために、インサートのテーパー圧縮面１９が、環状のテーパー境界面４ｃでライナー区間のテーパー穴部分１３と軸方向に係合する。テーパー境界面４ｃは、直円錐の先を切った円錐台である。インサートの保持肩部２０は、ボス３の穴４の中の軸方向の位置における環状の遠位末端１４の軸方向の位置を維持するために、ライナー出口５ａの遠位末端１４と係合して軸方向に保持する。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｃに示されるように、インサート９の円筒状のプラグ部分１８の内部に、シール要素１７が取り付けられる。円筒状のプラグ部分１８は、輪郭のある穴４ａのライナー区間ＬＳの円筒状の封止穴部分１２と係合して、その間に、小さな（これらの図面の解像度では識別不可能な）環状の組立てクリアランスまたは間隙２９（図４Ｃ）を形成する。組立て中に、この組立てクリアランスにより、シール要素１７が、円筒状の封止穴部分１２に入ることができる。しかし、この組立てクリアランスにより、より高い圧力での問題も生じる可能性がある。環状のシール要素１７は、シール材料の特性、組立てクリアランスの寸法および圧力を含む要因の組合せの下で、環状の窪み１７ａから組立てクリアランスへの押し出しに対して、影響を受けやすい、または脆弱であろう。
【００２８】
図４Ｂに示されるように、環状のシール要素１７は、エラストマであり、圧縮されていない自由な状態では、図４ＢにＯリングの実施形態の円形断面として示されている第１の弛緩断面を有する。図４Ｃに示されるように、環状のシール要素１７は、封止穴部分１２と係合するとき、環状の窪み１７ａの中に圧縮して詰め込まれて、窪み１７ａの断面形状が実質的に想定される。環状の窪み１７ａには、裏打ちリング２２も設けることができる。裏打ちリング２２は、環状のシール要素とテーパー境界面４ｃの間にある環状の窪み１７ａの壁１７ｂと、環状のシール要素１７の間の、環状の窪み１７ａの中に配置される。裏打ちリング２２は、環状のへこんだ位置合わせ窪み２２ａを含むことができ、その中に環状のシール１７が押し込まれる。裏打ちリングは、インサート設置中に環状のシール要素１７が動きに耐えるのを支援することができ、圧縮されたとき、はみ出すリスクを低減するように、半径方向に拡大する。環状のシール要素１７を、へこんだ位置合わせ窪み２２ａの中に押し込む作用は、環状の窪み１７ａの中の裏打ちリング２２の半径方向の変位と、組立てクリアランスの遮断とを支援することもできる。適切な裏打ちリング材料には、９０ジュロメータ・ニトリルが含まれる。
【００２９】
また、圧縮することにより、テーパー境界面４ｃにおいて、インサートからライナーの直接的シールまたは２次シールも形成され得ることが分かる。
【００３０】
ライナー出口５ａは、保持肩部２０によって、テーパー圧縮面およびボンベの圧力によって与えられる圧縮力下の軸方向の押し出しまたはクリープからの動きを含む軸方向の動きを拘束される。
【００３１】
結果として、簡単で高信頼の封止システムまたは機構が実現される。
【００３２】
図６に示されるライナーの一実施形態では、ライナー５は、天然ガスに対して適切な約５ｍｍの高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を備えたブラダである。円筒状のシール面は、直径が約３３．３ｍｍ、軸方向の長さが２０ｍｍ、ライナーの厚さ約４．３５ｍｍに対してライナー出口５ａの外径は約４２ｍｍである。テーパー圧縮面１９は、軸方向の長さが約５．４ｍｍで、軸から２０度のテーパーになっている。
【００３３】
ライナーの別の実施形態では、ライナー５は、燃料ガスの透過性に対する耐性を改善するためにＥＶＯＨ ＥＶＡＬ Ｆ１０１ Ｂの追加の層を含むことができる。
【００３４】
ボスの輪郭のある穴４ａの中で、環状の遠位末端１４の軸方向の位置を維持するために、ライナー出口５ａは、ボス３に対して軸方向に位置合わせされる。テーパー圧縮面１９がテーパー・シール穴部分１３と係合するとき、インサート９は、保持肩部２０が環状の遠位末端１４と軸方向の位置で係合して保持するように、ボス３に対して軸方向で位置合わせされる。一実施形態では、ボス３とライナー５の間の軸方向の位置合わせは、ボス３が、第１の環状の基準面２４ａおよび第２の環状の基準面２４ｂ（最善に図１Ａおよび図１Ｂに示されている）を備えるようにもたらされる。インサート９には、終止外端２４ｃが備わっている。基準面２４ａは、ボス３の張り開き３ａ（最終的には繊維ラップで覆われる）とライナー５の有極性先端部の表面（好ましくは、容器軸に対して垂直な平面などのボス張り開き３ａに対応するように機械加工されている）の間に設けられる。基準面２４ｂは、ボスの燃料開口３ｂに設けられる。ライナー出口５ａの環状の遠位末端１４は、環状の基準面２４ａから軸方向に基準距離だけ離隔される。ボスの燃料開口３ｂからボスの張り開き３ａまでの距離が既知であるため、ボスの燃料開口３ｂから環状の遠位末端までの距離を計算することができる。この距離が、第２の基準距離をなす。保持肩部２０は、外側の終端肩部２４ｃから第２の基準距離だけ離隔され、その結果、外側の終端肩部２４ｃが環状の基準面２４ｂと係合するとき、保持肩部２０は、テーパー圧縮面１９がテーパー穴部分１３と係合するとき、環状の遠位末端１４と軸方向の位置で係合して保持する。
【００３５】
ボス３およびインサート９は、一般に、陽極酸化処理されたＡＡ６０６１−Ｔ６ ＡＳＴＭ Ｂ２２１などのアルミニウム合金から形成される。ライナー出口５ａは、金属用接着剤でボス３の内側に固定することができる。この接着剤は、組立てを通じてライナー出口をボスの内部で拘束するようにライナー出口５ａを固定すること、および寸法安定性を維持するためにライナーとボスのはめ合わせにおける不整合を充填することを含む、１つまたは複数の態様を支援することができる。適切な接着剤は、２成分で高剥離強度の金属接着剤である。適切な接着剤の一例には、Ｌｏｃｔｉｔｅ（商標）Ｕ０５−ＦＬ（米国オハイオ州のＨｅｎｋｅｌ社の商標）が含まれる。
【００３６】
図１Ａ、図１Ｂ、図２、図８、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるインサート９の一実施形態では、インサート９は、ボンベ２の内部に延在する追加の流管延長部２５を含む。ボンベ２の充填および放出を通じて、ガス流れは、インサート９またはインサート９に設置された取付け部品によって調節される。ボンベ２を加圧すると局所的に温度が上昇し、減圧すると温度低下をもたらす。流管延長部２５は、このような熱運動をボンベ２の内部から移動するように働くことができ、プラスチック面から離れて静的な蓄積のアキュムレータとして働くこともできる。いずれにしても、インサート９を取付け組立体などの外部に置くと、静的な蓄積を取り出すことができる。
【００３７】
図１２から図１７は、シール・システムの実施形態を示しており、ボス３の穴４の中で、ライナー出口５ａの環状の遠位末端１４の軸方向の位置が、ボス３に形成された保持肩部２０ａによって保たれる。図１２から図１７に示される実施形態は、約７００バールの高い運用圧で（１．２５の安全係数、すなわち約８７５バールの圧力で）圧縮ガスを貯蔵するのに適切であることが確認されている。図１２から図１７に示されたライナー５は、約２５０バールから約８７５バールの圧力および約−４０℃から約８５℃の温度で圧縮ガスを含有するのに適切である。圧縮ガスは、水素、ヘリウム、またはメタンであり得る。このようなガスの上記圧力での貯蔵に適したライナー５は、単層ブラダ、またはＥＶＯＨ ＥＶＡＬ Ｆ１０１Ｂの層、ＢＡＳＥＬＬ ＬＵＰＯＬＥＮ ４２６１Ａ（オランダのロッテルダムのＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｂ．Ｖ．の商標）の層、およびＤＵＰＯＮＴ ＢＹＮＥＬ ４０Ｅ５２９（米国デラウェア州のＤｕＰｏｎｔ社の商標）の層を備える多層ブラダであり得る。
【００３８】
図１２から図１７に示されたシール・システムおよび図１Ａから図１１Ｂに示されたシール・システムには、共通の要素がある。共通の要素は、ライナー出口５ａによって形成されて部分的にボス３の穴４の中に延在する輪郭のある穴４ａおよび輪郭のある面４ｂを有するインサート９である。輪郭のある穴４ａは、円筒状のシール穴部分１２、テーパー穴部分１３およびインサート固定部分１５を有する。インサート９の輪郭のある面４ｂは、円筒状のプラグ部分１８の窪み１７ａに配置された環状のシール要素１７、テーパー圧縮面１９および穴固定面２１を備える。図１Ａから図１１Ｂで説明されたシール・システムと図１２から図１７で説明されたシール・システムの間の差異は、図１Ａから図１１Ｂで説明されたシール・システムでは保持肩部２０がインサート９上に配置されており、図１２から図１７で説明されたシール・システムでは保持肩部２０ａがボス３上に配置されていることである。保持肩部は、ボス穴４の中へ半径方向に延在する。また、図１２から図１７で説明されたシール・システムでは、環状のテーパー境界面４ｃ（テーパー穴部分１３がテーパー圧縮面１９と出会う部分）は、環状のシール要素１７を収容する環状の窪み１７ａと実質的に直接隣接している。図１２から図１７で説明されたシール・システムは、図１２から図１７のテーパー境界面４ｃの機能が、環状のシール要素１７のまわりのライナー出口５ａを圧縮することに向けたものであるという点を除けば、図１Ａから図１１Ｂで説明されたシール・システムと全体的に同様に作用する。テーパー境界面４ｃにおいてライナー出口５ａを圧縮すると、環状のシール要素１７の環状の窪み１７ａからのはみ出し防止を支援し、環状のシール要素１７の周囲からの反応性クリープにも耐える。図１２から図１７のテーパー境界面４ｃのより詳細な機能が、以下で説明される。
【００３９】
図１２から図１７で説明されたシール・システムでは、組立て中に、環状のシール要素１７を円筒状のシール穴部分１２に入れるのを可能にするために、インサート９の円筒状のプラグ部分１８とライナー区間ＬＳの円筒状のシール穴部分１２の間に、小さな環状の組立てクリアランス２９（図１２および図１４）が設けられている。環状の組立てクリアランス２９は、これらの図面の解像度では識別することができない。高圧では、環状のシール要素１７が、環状の窪み１７ａから環状の組立てクリアランス２９の中へはみ出す恐れがある。テーパー境界面４ｃにおいてライナー出口５ａを圧縮すると、環状のシール要素１７がはみ出す可能性を防止するために、組立てクリアランスを縮小してふさぐように作用することができる。テーパー境界面４ｃは、普通には容器２の中の加圧された気体内容物から下流に配置される。テーパー境界面４ｃには、このような密接な干渉および圧縮性の接触がもたらされ、環状の組立てクリアランスが効果的に解消され、したがってはみ出しの傾向または可能性が回避される。一実施形態では、テーパー境界面４ｃが、環状の窪み１７ａと直接隣接しており、いかなる組立てクリアランスも環状のシール要素１７と直接隣接するところでふさがれることが保証される。
【００４０】
インサートの環状のシール要素１７は、円筒状のシール穴部分１２に対して半径方向の封止荷重を与える。高圧では、時間が経つにつれて、ライナーのクリープが、維持された半径方向の封止荷重に応じて、封止接触を減少させて環状のシール要素１７を抜ける漏れをもたらす恐れがある。環状のシール要素１７も、封止接触が減少すると、環状の窪み１７ａから環状の組立てクリアランスの中へはみ出す可能性がある。この問題は、環状のシール要素１７のまわりのライナー５に十分な予荷重を与えることによって克服することができる。インサート９のねじ係合が、テーパー圧縮面１９を圧縮し、テーパー穴部分１３でライナー出口５ａに圧縮荷重をかけて、圧縮の作用は、円筒状のシール穴部分１２のまわりのライナー材料に及ぶ。テーパー穴部分１３は、インサートのテーパー圧縮面とボス３の間で、テーパー境界面４ｃにおいて圧縮される。この荷重が、クリープに耐えてその影響を打ち消すために、ライナー５において十分なプレストレスを与える。
【００４１】
プレストレスの圧縮の閾値または所定の量は、制御することができる。一実施形態では、圧縮の閾値は、インサート９を輪郭のある穴４ａの中へはめるのに必要なトルクを監視することによって制御される。この実施形態では、インサートの輪郭のある面４ｂが、輪郭のある穴４ａとねじ係合する。インサート９は、環状のシール要素１７のまわりのライナー出口５ａを圧縮するために、テーパー穴部分をテーパー圧縮面と係合させるように回転する。テーパー圧縮面とテーパー穴部分を圧縮の閾値まで係合させるのに必要なトルクが監視される。圧縮の閾値が達成されたことを閾値トルクが示すとき、インサート９の回転が停止される。インサート９が輪郭のある穴４ａの中にねじ込まれるとき、テーパー面１９がテーパー穴部分１３と接触し、テーパー穴部分１３が圧縮される。インサート９を回転させるのに必要なトルクが、閾値トルクまで増加する。トルクが閾値トルクに到達したとき、十分な圧縮が達成されている。さらに、保持肩部２０ａは、第１に、寸法の保全性を維持するためにライナー出口５ａの軸方向の動きを防止するための止め具として、第２に、任意選択でさらなる圧縮を与えるために、ライナー５の環状の遠位末端１４と係合する。
【００４２】
別の実施形態では、圧縮の閾値は、対応する軸方向のねじ込みを求めて、必要なねじ込みが達成されたときに、外側の終止肩部２４ｃを有するインサート９をボス３と係合させるように形成すること（六角形の道具における直径の変化など）によって制御される。ボス３の基準面２４をインサート９上の終止肩部２４ｃに一致させることができ、それぞれの軸方向の配置は、圧縮閾値が達成されたときに、終止肩部２４ｃがボスの基準面２４ｂに対して「底打ち」することによってインサートの軸方向の挿入を止めるように計算される。インサート９の要素とボス３の要素の軸方向の間隔は、Ｏリングシール１７を円筒状のシール穴部分に配置し、ライナーのテーパー穴部１３と係合させて圧縮し、インサートの外側の構成要素が、ボスの外側の面に対して係合する、もしくは底打ちするとき、またはそれに先行して、ライナーの環状の遠位末端１４を軸方向で保持するように寸法的に離隔される。
【００４３】
図１５を参照すると、Ｏリングシールの場合には、時間が経つにつれて、水素などの高圧ガスが、Ｏリングを通って浸透して、環状のシール溝または窪み１７ａ、Ｏリング１７と円筒状のシール面１２の間の、いかなる小さな下流のＯリングの空隙も満たす。ボンベ２の急速な減圧中に、環状の窪み１７ａの中の閉じ込められた高圧ガスは、流出するのを制限されることになる。減圧の速度が十分に高いと、閉じ込められたガスが、Ｏリング１７をボンベ２の中へ押し返して、ライナー５とインサート９の平行な円筒状の面に沿って押し出す可能性がある。
【００４４】
解決策の１つは、テーパー境界面を、それ自体は不十分なシールであるインサート固定部分１５またはボス３とインサート９の間のねじ区間の中へバイパスするように、Ｏリングの空隙から小さな減圧漏れ経路を設けることである。
【００４５】
したがって、インサート９の一部分として、金属などの適合するインサート材料から形成された円錐形のスリーブ２８が設けられる。円錐形のスリーブ２８とインサート９の間に形成された減圧漏れ経路が、環状のシール要素１７と穴固定部分２１の間に延在する。円錐形のスリーブ２８は、環状のシール要素１７と穴固定部分２１の間のインサート９に取り付けられる。円錐形のスリーブ２８は、外側のテーパー面２８ａ、内側の円筒状の穴２８ｂ、および上流の終端２８ｃを有する。外側のテーパー面２８ａは、インサートのテーパー圧縮面１９を形成し、円錐形のスリーブ２８をインサートに取り付けるとき、以前の実施形態で説明されたのと同一目的の圧縮を遂行する。上流の終端２８ｃは、円錐形のスリーブ２８をインサート９に取り付けるとき環状のシール要素１７を収容する環状の窪み１７ａの壁を形成する。インサート９の円筒状の外側の面を取り付ける円筒状の内側の穴２８ｂは、金属間境界面を形成する。金属間境界面は、円錐形のスリーブ２８とインサート９の間に減圧漏れ経路を形成する。漏れ経路は、Ｏリング空隙から、保持肩部２０およびインサート９とボス３の間のねじ部を通って延在する。Ｏリング空隙は、環状のシール要素１７の下流にある。ボンベの内容のほとんどは、Ｏリングシール１７を通すべきでない。したがって、金属間境界面は限定的であるが、高圧の蓄積およびボンベ２の迅速または急速な減圧に際してＯリング１７を押し出し得る関連したエネルギーを防止するための十分な漏れ経路が存在する。
【００４６】
出口における異なる材料の熱膨張差を最小限にすることができる。ライナー出口５ａのプラスチック材料が、ボス３の材料より大きな熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するとき、熱膨張差が生じる可能性がある。シール・システムのどちらの実施形態でも、温度変化によるライナー出口５ａの半径方向の膨張は、ライナー出口５ａのライナー材料の厚さを低減することにより、最小限にすることができる。シール・システムのどちらの実施形態でも、Ｏリング、ライナー出口５ａ上のシール面またはインサート９上のシール面の劣化のために時間が経つにつれて漏れが進展する場合には、ライナー出口またはインサートのシール面を、手入れする、または修理することができる。ライナー出口５ａがボス３の穴４の中へ延在し、修理または手入れのために容易に到達することができるので、このことが可能である。Ｏリングがインサート９上に配置されており、インサート９をボスから取り外すことができるので、Ｏリングも容易に交換することができる。
【００４７】
したがって、図１Ａから図１１Ｂおよび図１２から図１７のシール・システムを手入れする方法が提供される。この方法は、輪郭のある穴４ａを露出するために、ライナー出口５ａと係合しているインサート９をボス３の穴４から取り外すステップを含む。環状のシール要素１７を交換する必要があるとき、同要素が交換される。環状のシール要素は、普通には、輪郭のある穴４ａと封止可能に係合する。ライナー出口５ａに配置されたシール面、すなわちテーパー穴部分１３および／または円筒状のシール穴部分１２が修繕される。インサート９に配置されたシール面、すなわちテーパー圧縮面１９および円筒状のプラグ部分１８は、頑健であっても修繕することもある。穴固定部分２１、インサート固定部分１５、環状の遠位末端１４および保持肩部２０、２０ａも、必要に応じて点検作業中に修繕することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口用のシール・システムであって、前記プラスチックで裏打ちされたボンベが、プラスチックのライナーおよびボスを備え、前記ボスが、前記ボンベに接続するための穴を有し、前記シール・システムが、
輪郭のある穴を形成するために前記ボスの前記穴の中へ軸方向に延在する前記プラスチックのライナーのライナー出口であって、前記輪郭のある穴がライナー区間およびボス区間を備え、前記ライナー出口が、前記ボスに沿って軸方向に位置を有する環状の遠位末端を有し、前記ライナー区間が、円筒状のシール穴部分およびテーパー穴部分を備え、前記ボス区間が、インサート固定穴部分、および前記軸方向の位置で前記環状の遠位末端と係合するための保持肩部を備えるライナー出口と、
前記輪郭のある穴と係合可能な輪郭のある面を有するインサートであって、前記インサートの輪郭のある面が、環状のシール要素を収容する環状の窪み、前記シール要素に隣接するテーパー圧縮面、および穴固定面を備えるインサートとを備え、
前記穴固定面が前記インサート固定穴部分と軸方向に係合するとき、前記インサートの輪郭のある面が、前記輪郭のある穴と係合して、前記シール要素と前記シール穴部分の間に環状の組立てクリアランスを形成し、前記シール要素が、前記シール穴部分に対応し、前記シール穴部分を封止して、環状の１次シールを形成し、前記テーパー圧縮面が、環状のテーパー境界面を形成し、前記ライナー出口を圧縮して、前記シール要素のまわりで前記環状の組立てクリアランスをふさぐために、前記テーパー穴部分に対応し、前記テーパー穴部分と係合するシール・システム。
【請求項２】
前記環状の窪みが、前記シール要素と前記テーパー境界面の間に壁をさらに備え、前記システムが、前記シール要素が前記テーパー境界面の中へはみ出しにくいように、前記環状の窪みに配置されて前記シール要素と前記壁の間で軸方向に位置決めされた裏打ちリングをさらに備える請求項１に記載のシール・システム。
【請求項３】
前記インサート固定穴部分が内側ねじ部であり、前記穴固定面が外側ねじ部である請求項１、２または３に記載のシール・システム。
【請求項４】
前記テーパー境界面が、直円錐の先を切った円錐台である請求項１から３のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項５】
前記ライナーが、単層または多層の構造体である請求項１から４のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項６】
前記ライナー出口が、ねじ切リされた境界面によって前記ボス穴に結合される請求項１から５のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項７】
前記ライナー出口が、金属接着材によって前記ボスの前記穴に結合される請求項１から６のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項８】
前記プラスチックで裏打ちされたボンベが、約７００バールの圧力で圧縮されたガスを貯蔵する請求項１から７のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項９】
前記圧縮ガスが、水素、ヘリウムまたはメタンである請求項８に記載のシール・システム。
【請求項１０】
前記インサートが、流通式またはプラグ式のインサートである請求項１から９のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項１１】
前記インサートが、前記インサートに取り付けられて少なくともテーパー圧縮面を形成する円錐形のスリーブをさらに備え、前記スリーブが、前記スリーブと前記インサートの間に減圧漏れ経路を形成し、前記シール要素と前記穴固定部分の間に延在する請求項１から１０のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項１２】
前記円錐形のスリーブが、前記テーパー圧縮面を形成する外側のテーパー面を有し、上流の終端を有する円筒状の内側の穴が前記インサートに取り付けられ、前記上流の終端が前記環状の窪みの前記壁を形成する請求項１１に記載のシール・システム。
【請求項１３】
前記円錐形のスリーブおよび前記インサートが金属から形成される請求項１２に記載のシール・システム。
【請求項１４】
繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされたボンベの出口を封止する方法であって、前記プラスチックで裏打ちされたボンベが、プラスチックのライナーおよびボスを備え、前記ボスが、前記ボンベと接続するための穴を有し、前記方法が、
前記プラスチックのライナーのライナー出口を、前記ボスの前記穴の中へ軸方向に延在させて輪郭のある穴を形成するステップと、
前記輪郭のある穴の中で環状の遠位末端の軸方向の位置を維持するために、前記ライナー出口の前記環状の遠位末端を、前記ボスの止め具に対して係合させるステップと、
前記ライナー出口に対して環状の１次シールおよび環状のテーパー境界面を形成するために、前記輪郭のある穴に対して輪郭のある面を有するインサートを係合させるステップであって、
前記インサート上の環状のシール要素を、前記輪郭のある穴の円筒状のシール穴部分に対して係合させて前記１次シールを形成し、
前記シール要素のまわりで前記ライナー出口を圧縮するために、前記インサート上のテーパー圧縮面を前記輪郭のある穴のテーパー穴部分に対して係合させて前記テーパー境界面を形成し、
前記インサートを前記ボスに固定するために、前記インサート上の穴固定面を前記輪郭のある穴のインサート固定穴部分に対して軸方向に係合させる
ことによって、係合させるステップとを含む方法。
【請求項１５】
前記インサートの輪郭のある面を前記輪郭のある穴とねじ係合させるステップと、
前記ライナー出口を前記シール要素のまわりで圧縮するために、前記インサートを回転して、前記テーパー穴部分を前記テーパー圧縮面と係合させるステップと、
前記インサートを回転させるのに必要なトルクを監視するステップと、
圧縮閾値に対応する閾値トルクに達したときに前記インサートの回転を停止するステップとをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１６】
プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口のシール・システムを手入れする方法であって、前記ボンベが、プラスチックのライナーと、普通にはインサートで封止されるボンベに接続するための穴を有するボスとを備え、前記方法が、
前記ボス穴の中へ軸方向に延在するライナー出口の輪郭のある穴を露出するために、前記ボンベの出口から前記インサートを取り外すステップと、
前記インサートのまわりに配置された環状のシール要素を交換するステップであって、前記シール要素が、普通には前記輪郭のある穴と封止可能に係合するステップと、
前記輪郭のある穴の上に配置された少なくとも１つのシール面を修繕するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記修繕するステップが、普通には前記要素で封止する前記輪郭のある穴の円筒状のシール穴部分を修繕するステップを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１８】
前記輪郭のある穴が円筒状のシール穴部分およびテーパー穴部分を備え、前記修繕するステップが、
普通には前記シール要素で封止する前記シール穴部分を修繕するステップと、
普通には前記インサート上のテーパー圧縮面と係合する前記テーパー穴部分を修繕するステップとをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１】
プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口用のシール・システムであって、前記プラスチックで裏打ちされたボンベが、プラスチックのライナーおよびボスを備え、前記ボスが、前記ボンベに接続するための穴を有し、前記シール・システムが、
輪郭のある穴を形成するために前記ボスの前記穴の中へ軸方向に延在する前記プラスチックのライナーのライナー出口であって、前記輪郭のある穴がライナー区間およびボス区間を備え、前記ライナー出口が、前記ボスに沿って軸方向に位置を有する環状の遠位末端を有し、前記ライナー区間が、円筒状のシール穴部分およびテーパー穴部分を備え、前記ボス区間が、インサート固定穴部分、および前記軸方向の位置で前記環状の遠位末端と係合するための保持肩部を備えるライナー出口と、
前記輪郭のある穴と係合可能な輪郭のある面を有するインサートであって、前記インサートの輪郭のある面が、環状のシール要素を収容する環状の窪み、前記シール要素に隣接するテーパー圧縮面、および穴固定面を備えるインサートとを備え、
前記穴固定面が前記インサート固定穴部分と軸方向に係合するとき、前記インサートの輪郭のある面が、前記輪郭のある穴と係合して、前記シール要素と前記シール穴部分の間に環状の組立てクリアランスを形成し、前記シール要素が、前記シール穴部分に対応し、前記シール穴部分を封止して、環状の１次シールを形成し、前記テーパー圧縮面が、環状のテーパー境界面を形成し、前記ライナー出口を圧縮して、前記シール要素のまわりで前記環状の組立てクリアランスをふさぐために、前記テーパー穴部分に対応し、前記テーパー穴部分と係合するシール・システム。
【請求項２】
前記環状の窪みが、前記シール要素と前記テーパー境界面の間に壁をさらに備え、前記システムが、前記シール要素が前記テーパー境界面の中へはみ出しにくいように、前記環状の窪みに配置されて前記シール要素と前記壁の間で軸方向に位置決めされた裏打ちリングをさらに備える請求項１に記載のシール・システム。
【請求項３】
前記インサート固定穴部分が内側ねじ部であり、前記穴固定面が外側ねじ部である請求項１、２または３に記載のシール・システム。
【請求項４】
前記テーパー境界面が、直円錐の先を切った円錐台である請求項１から３のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項５】
前記ライナーが、単層または多層の構造体である請求項１から４のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項６】
前記ライナー出口が、ねじ切リされた境界面によって前記ボス穴に結合される請求項１から５のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項７】
前記ライナー出口が、金属接着材によって前記ボスの前記穴に結合される請求項１から６のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項８】
前記プラスチックで裏打ちされたボンベが、約７００バールの圧力で圧縮されたガスを貯蔵する請求項１から７のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項９】
前記圧縮ガスが、水素、ヘリウムまたはメタンである請求項８に記載のシール・システム。
【請求項１０】
前記インサートが、流通式またはプラグ式のインサートである請求項１から９のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項１１】
前記インサートが、前記インサートに取り付けられて少なくともテーパー圧縮面を形成する円錐形のスリーブをさらに備え、前記スリーブが、前記スリーブと前記インサートの間に減圧漏れ経路を形成し、前記シール要素と前記穴固定部分の間に延在する請求項１から１０のいずれか一項に記載のシール・システム。
【請求項１２】
前記円錐形のスリーブが、前記テーパー圧縮面を形成する外側のテーパー面を有し、上流の終端を有する円筒状の内側の穴が前記インサートに取り付けられ、前記上流の終端が前記環状の窪みの前記壁を形成する請求項１１に記載のシール・システム。
【請求項１３】
前記円錐形のスリーブおよび前記インサートが金属から形成される請求項１２に記載のシール・システム。
【請求項１４】
繊維が巻き付けられプラスチックで裏打ちされたボンベの出口を封止する方法であって、前記プラスチックで裏打ちされたボンベが、プラスチックのライナーおよびボスを備え、前記ボスが、前記ボンベと接続するための穴を有し、前記方法が、
前記プラスチックのライナーのライナー出口を、前記ボスの前記穴の中へ軸方向に延在させて輪郭のある穴を形成するステップと、
前記輪郭のある穴の中で環状の遠位末端の軸方向の位置を維持するために、前記ライナー出口の前記環状の遠位末端を、前記ボスの止め具に対して係合させるステップと、
前記ライナー出口に対して環状の１次シールおよび環状のテーパー境界面を形成するために、前記輪郭のある穴に対して輪郭のある面を有するインサートを係合させるステップであって、
前記インサート上の環状のシール要素を、前記輪郭のある穴の円筒状のシール穴部分に対して係合させて前記１次シールを形成し、
前記シール要素のまわりで前記ライナー出口を圧縮するために、前記インサート上のテーパー圧縮面を前記輪郭のある穴のテーパー穴部分に対して係合させて前記テーパー境界面を形成し、
前記インサートを前記ボスに固定するために、前記インサート上の穴固定面を前記輪郭のある穴のインサート固定穴部分に対して軸方向に係合させる
ことによって、係合させるステップとを含む方法。
【請求項１５】
前記インサートの輪郭のある面を前記輪郭のある穴とねじ係合させるステップと、
前記ライナー出口を前記シール要素のまわりで圧縮するために、前記インサートを回転して、前記テーパー穴部分を前記テーパー圧縮面と係合させるステップと、
前記インサートを回転させるのに必要なトルクを監視するステップと、
圧縮閾値に対応する閾値トルクに達したときに前記インサートの回転を停止するステップとをさらに含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１６】
プラスチックで裏打ちされた圧縮ガス・ボンベの出口のシール・システムを手入れする方法であって、前記ボンベが、プラスチックのライナーと、普通にはインサートで封止されるボンベに接続するための穴を有するボスとを備え、前記方法が、
前記ボス穴の中へ軸方向に延在するライナー出口の輪郭のある穴を露出するために、前記ボンベの出口から前記インサートを取り外すステップと、
前記インサートのまわりに配置された環状のシール要素を交換するステップであって、前記シール要素が、普通には前記輪郭のある穴と封止可能に係合するステップと、
前記輪郭のある穴の上に配置された少なくとも１つのシール面を修繕するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記修繕するステップが、普通には前記要素で封止する前記輪郭のある穴の円筒状のシール穴部分を修繕するステップを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１８】
前記輪郭のある穴が円筒状のシール穴部分およびテーパー穴部分を備え、前記修繕するステップが、
普通には前記シール要素で封止する前記シール穴部分を修繕するステップと、
普通には前記インサート上のテーパー圧縮面と係合する前記テーパー穴部分を修繕するステップとをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５２０６２３（Ｐ２０１３−５２０６２３Ａ）
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５４１８２（Ｐ２０１２−５５４１８２）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２０１１／０５０１１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０３６８８
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５１２２２２２９７）ダインテック インダストリーズ リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２０１１／０５０１１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０３６８８
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５１２２２２２９７）ダインテック インダストリーズ リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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