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KR101790936B1 - 휘발성 유체를 담기 위한 페일-세이프 격납 장치 - Google Patents

휘발성 유체를 담기 위한 페일-세이프 격납 장치 Download PDF

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KR101790936B1
KR101790936B1 KR1020177013807A KR20177013807A KR101790936B1 KR 101790936 B1 KR101790936 B1 KR 101790936B1 KR 1020177013807 A KR1020177013807 A KR 1020177013807A KR 20177013807 A KR20177013807 A KR 20177013807A KR 101790936 B1 KR101790936 B1 KR 101790936B1
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KR
South Korea
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container
partial cavities
partial
breakage
cavity
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KR20170063963A (ko
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프랜시스 에프. 아브디
조나스 사디나스
모하매드 레자 타라가니
Original Assignee
에이치2세이프 엘엘씨
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Publication date
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Abstract

페일-세이프(fail-safe) 용기 및 용기 인서트가 개시된다. 가요성 용기 인서트는, 충돌, 사고, 충격, 압력 용기 파손 또는 기폭과 같은 폭발을 포함한(이에 한정되지 않음) 파국적인 상황 또는 다른 파국적인 상황에서 생기는 에너지를 페일-세이프 용기 인서트의 내부 구조물의 신장으로 전환시켜 용기 인서트 및/또는 용기의 파손을 최소화하거나 방지할 수 있다. 용기 인서트의 신장성은 파열 또는 다른 파손으로부터 용기(압력 용기를 포함하되 이에 한정되지 않음)를 보호하기 위해 온도 변화와 형상 변화 모두를 수용할 수 있다. 따라서, 용기 인서트는, 파국적인 상황의 영향을 흡수하여 파손을 방지할 수 있고 대체로 이전의 상태로 복귀할 수 있으며 그리고/또는 틈이 생기면 그 틈을 밀봉하거나 아니면 줄이거나 최소화할 수 있다는 점에서 자기 치유적(self-healing)이다 라고 생각할 수 있다.

Description

휘발성 유체를 담기 위한 페일-세이프 격납 장치{FAIL-SAFE CONTAINMENT DEVICE FOR CONTAINING VOLATILE FLUIDS}
본 출원은, (1) "A DEVICE ASSEMBLAGE FOR PRESSURIZED CONTAINERS" 라는 명칭으로 2014년 10월 24일에 출원된 미국 가 특허 출원 제62/068,574호; (2) "A DEVICE ASSEMBLAGE FOR PRESSURIZED CONTAINERS" 라는 명칭으로 2015년 1월 11일에 출원된 미국 가 특허 출원 제62/102,087호; 및 (3) "A DEVICE ASSEMBLAGE FOR PRESSURIZED CONTAINERS" 라는 명칭으로 2015년 3월 4일에 출원된 미국 가 특허 출원 제62/128,493호에 대한 우선권을 주장한다. 이들 가 특허 출원 각각의 내용은 전체적으로 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
본 개시는 일반적으로, 휘발성, 가연성 및 폭발성 재료를 담고 수송하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 그러한 재료가 기폭, 과압, 관통 또는 충격에 노출될 때 그러한 재료의 페일-세이프 격납 및 수송에 관한 것이다.
휘발성, 가연성 및 폭발성 물질을 담고 수송하는 경우, 용기가 기폭, 과압, 관통 또는 충격을 받을 때 심각한 위험이 나타나게 된다. 이는, 물질 및 관련 용기가 이러한 상황이 더 많이 발생하는 시스템에 결합되어 있는 경우에 특히 그러하다. 예컨대, 저장 용기가 차량 내의 연료원으로서 수송되거나 사용될 때, 그 용기는 사고 중의 충돌 또는 관통으로 인해 손상을 입게 된다. 일단 물질이 노출되면, 탑승자와 대응팀의 건강과 안전이 실질적으로 위험하게 된다.
가연성, 연소성, 압축된 그리고/또는 휘발성의 유체를 담거나 수용하기 위해 사용되는 위험한 압력 용기의 수송, 저장 및 취급은, 아마도 비밀리에, 빠르게 미묘하게 또는 모르게 압력 용기 벽(들)의 원치 않은 조기 파손을 야기시킬 수 있는 충돌, 사고, 열화(degradation) 또는 악화에 노출될 수 있는데, 그러한 조기 파손은 인명에 해를 줄 수 있고 큰 인명 손실 또는 경제적 손해(들)의 가능성이 크게 된다. 이들 종류의 사고는 수송 산업에서 일반적인 정상적인 작동 환경 중에 발생할 수 있다.
압축 천연 가스(CNG) 실린더에서 일어난 여러 번의 파국적인 폭발 후에 가스 연구 협회(GRI)는 자동차 위협 환경을 이해하고자 하였다. 1994년에, GRI는 "자동차에 대한 서비스 환경"을 확인하기 위해 Battelle와 계약을 맺었다. Battelle는 4가지의 산업용 권고안을 제시하였다. 지금까지, 세계의 자동차 또는 실린더 제조업체는 Battelle의 권고안을 따르지 않고 있다.
본 산업 조사의 목적은, NGV 연료 실린더에서 나타나는 그리고 특히 일반적으로 차체 하부 부품 재료(특히 복합 재료)에 대한 기계적, 화학적 환경을 규정하 는 것이었다. 기계적 환경은 피로와 설치 방법으로 인한 장기적 부하 및 돌 또는 배플( baffle ) 사고로 인한 충격 손상과 같은 단기적 부하를 포함했다. 잠재적인 화학적 환경은 차량의 내부와 외부 모두에 있는 유체 및 화학 물질을 포함했다 1 .
1 최종 보고서, "NGV 연료 실린더의 서비스 환경 확인"
오늘날, 수백만 대의 압축 천연 가스 차량이 파키스탄, 아르헨티나, 브라질, 인도 및 아시아-태평양 지역과 같은 나라에 있다. 이들 지역에서의 경험에 의하면, 결함이 있고 오래된 압력 용기로 인해 압력 용기의 조기 파손 및 CNG 실린더(3600 psig 용으로 되어 있음)의 폭발이 늘어나고 있다. 2009년에, 중국은 허용할 수 없는 많은 비극적인 사고 후에 모든 Ⅳ형 CNG 실린더를 금지했다. 2013년에, 파키스탄은 지난 연이은 2년에서 CNG 사고와 관련한 사상자가 각각 2000 명 이상과 3000 명 이상임을 보고했다. 2014년에는, 자동차 및 압력 용기 제조업체는, "충분히 양호한" 것으로 주장된 입증되지 않은 기술에 근거한 위험하고 치명적인 결과를 갖는 제품을 계속 제조하고 생산하였다. 머지않아 자동차용의 고압 및/또는 고가연성 압축 연료 용기(3600 ∼ 10,000 psig 또는 그 이상에서 사용됨)가 전 세계의 우리들 모두 근처에서 공공 도로 상에 사용될 수 있다.
현재, 나라들이 연료 소비의 경제화를 빨리 이룩하려고 다투어 노력하고 있음에 따라, 과학적으로 입증되지 않은 오래된 그리고 취약한 경량의 위험한 압력 용기의 사용이 대중교통 분야에서 지배적일 수 있다. 2014년에, EPA는, "수소는 높은 가연성 및 폭발성과 같은 어떤 특별한 특성을 지니고 있으므로 수소 저장 탱크의 파손으로 인해 폭발의 가능성이 증가할 수 있다"고 경고했다.
주유소에서 또한 충전 중에, 즉 압축 수소 또는 천연가스의 가압 중에, 또는 충전 바로 후에, 압력 용기 파손의 위험이 높을 수 있다(불량하게 만들어져 있거나 그렇지 않든). 또는, 파손은 충돌, 사고, 충격 또는 다른 파국적인 사고를 포함한(이에 한정되지 않음) 파국적인 상황에 의해 일어날 수 있다. 본 명세서에서 설명하는 어떤 실시 형태에서, 압력 용기의 파국적인 파손 또는 폭발의 위험은 (조건, 질 또는 사고에 상관없이) 자동차와 관련한 대부분의 상승 작용적인(synergistic) 서비스 환경에 대해 제거된다.
본 명세서에서 제시되는 설계 철학 중의 하나로, 격납 장치를 페일-세이프적으로 되게 하는 장치 어셈블리를 얻을 수 있다.
도 1은 어떤 실시 형태에 따른 복합 실린더의 길이 방향 단면을 나타낸다.
도 2는 어떤 실시 형태에 따른 원통형 장치 어셈블리의 3차원 도를 나타낸다.
도 3은 어떤 실시 형태에 따른 도 2의 장치 어셈블리 단부 돔의 2개의 예시적인 전방도를 나타낸다.
도 4는 어떤 실시 형태에 따른 도 2의 장치 어셈블리의 2개의 길이 방향 측면도를 나타낸다.
도 5는 어떤 실시 형태에 따른 팽창 및 변형 가능한 챔버 벽을 만드는데 사용될 수 있는 부품의 단면도를 나타낸다.
도 6은 어떤 실시 형태에 따른 파국적인 상황의 연속적인 단계를 도시하는 압력 용기의 10개의 절개도를 나타낸다.
도 7은 어떤 실시 형태에 따른 파국적인 상황에서 붕괴되고 파손될 수 있는 외부 압력 용기 벽을 갖는 배럴형 압력 용기를 나타낸다.
도 8은 내부 기폭으로 인해 생길 수 있는 내부 압력이 어떤 실시 형태에 따른 충격 흡수 챔버 또는 부분 공동부의 팽창을 야기할 수 있는 것을 보여준다.
어떤 실시 형태에서, 유체 또는 가스를 수용하고 제거하거나 전달하기 위한 격납 용기가 본 명세서에서 설명된다. 이 격납 용기는 가요성 인서트를 포함할 수 있으며, 그래서 외부 벽으로 형성되는 격납 용기의 내부 공동부가 상기 가요성 인서트에 의해 복수의 더 작은 부분 공동부로 분할된다. 가요성 인서트는 힘이 가해지면 변형되거나 신장되는 재료를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 정상적인 작동 중에 경험하는 힘보다 큰 힘을 받으면 실질적인 변형이 일어날 수 있으며, 그래서, 정상적인 작동 조건 중에 가요성 인서트는 일반적으로 그의 형상, 위치 및 구성을 유지할 수 있지만, 정상적인 작동 중에 예상되는 힘보다 큰 힘을 갖는 비정상적인 조건 하에서는 변형되거나 신장될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 용기는 압력 용기일 수 있고, 그래서 장치는 압력 손실로 인해 활성화된다. 그러나, 용기라는 용어는 한정적인 것이 아니고, 본 명세서에서 설명되는 특징 부분이 다른 종류의 용기에 적용될 수 있는 정도로, 당업자는 그 특징 부분이 본 발명의 범위에 포함됨을 알 것이다. 따라서, 어떤 실시 형태에서, 용기는 차폐물, 막, 랩(wrap), 배리어, 벽, 쉘, 쉬라우드(shroud), 블래더(bladder), 수용기, 원통, 탱크, 드럼, 배럴, 압력 용기, 가압 구조물, 하우징, 배출부, 관, 버퍼(buffer), 파이프 등과 같은 완전한 또는 부분적인 인클로저(enclosure)를 포함할 수 있다.
예컨대 그리고 비제한적으로, 용례는 본 명세서에서 설명되는 실시 형태에 따른 내부에 삽입되는 장치 어셈블리를 갖는 파이프를 통해 유체 또는 가스를 수송하는 것을 포함할 수 있다. 용기 인서트의 설계는 상기 용례가 가능하도록 변경될 수 있다. 그러므로, 파이프의 예에서는, 파이프 벽을 따라 있는 인서트의 외부 주변/원주를 따라 있는 부분 공동부를 사용하면서 유체 유동을 용이하게 하기 위해 중앙 통로를 확장시킬 수 있다. 공동부의 형상은 또한 재설계가 가능하도록 변경될 수 있다. 파이프 수송과 같은 가스/유체 수송을 위한 어떤 실시 형태에서, 코어 구조물을 위한 부분 공동부를 사용하는 벽 샌드위치 구성이, 열 절연, 충격 절연, 외부 벽 파열 상황시 탱크의 자기 밀봉(self-sealing) 및 내부 파이프 기폭 격납을 위해 사용될 수 있다.
다른 용례는 예컨대 폭탄 또는 화물 용기를 포함할 수 있는데, 이 경우, 공동부의 내부 공간의 외부 벽 또는 외부 부피는 본 명세서에서 설명되고 청구되는 바와 같은 용기 인서트로 채워지거나 본 명세서에서 설명되는 실시 형태에 따른 장치 어셈블리를 포함하며, 그래서 내부 또는 중앙 내부 공간은 그 장치 어셈블리에 의해 둘러싸이고 차폐된다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 폭발성 물질을 격납하기 위해 사용될 수 있다. 폭발성 물질을 격납하기 위한 내부 공동부를 둘러쌀 수 있는 복수의 부분 공동부가 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 형성될 수 있다. 내부 공동부에서 폭발이 일어나면, 복수의 부분 공동부의 가요성 재료가 팽창하여, 폭발 에너지가 용기에서 빠져나가게 함이 없이 그 폭발 에너지를 흡수할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 부분 공동부 사이에 별도의 큰 공동부가 사용될 수 있다. 부분 공동부는 개별적인 배리어 또는 영구적인 배리어로 구성될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 배리어 중의 하나 이상은, 기폭의 압력 또는 폭발 에너지 중의 일부를 흡수하면서 부분 공동부 사이의 유동을 허용하는 하나 이상의 구멍 또는 다른 오리피스를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 고체 물품을 격납하기 위해 폭탄 용기가 사용될 수 있고, 복수의 부분 공동부가 그 고체 물품의 주변에 일치하도록 구성될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 공동부는, 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 가요성 재료로 만들어진 제거 가능한 또는 조절 가능한 배플로 구성될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 파손 전에 신장되거나 변형될 수 있는 가요성 재료를 포함할 수 있다. 예컨대 그리고 비제한적으로, 그 가요성 인서트는 파손 없이 100% 이상, 또는 파손 없이 100 ∼ 500%, 200 ∼ 400%, 또는 200 ∼ 300%로 신장될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 파국적인 상황 중에 탄성적으로 변형될 수 있고, 변형 후에는 일반적으로 원래의 구성으로 복귀할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 슈퍼 탄성 재료를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 파국적인 상황 중에 소성적으로 변형되어 용기 인서트 및/또는 용기의 파손을 방지할 수 있다.
본 명세서에서 설명하는 어떤 실시 형태에서, 가요성 용기 인서트는 기폭과 같은 파국적인 상황에서 생기는 에너지를 내부 구조물의 신장으로 전환시켜 용기 인서트 및/또는 용기의 파손을 최소화하거나 방지할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트의 신장성은 파열 또는 다른 파손으로부터 용기(압력 용기를 포함하되 이에 한정되지 않음)를 보호하기 위해 온도 변화와 형상 변화 모두를 수용할 수 있다. 따라서, 용기 인서트의 어떤 실시 형태는, 파국적인 상황의 영향을 흡수하여 파손을 방지할수 있고 대체로 이전의 상태로 복귀할 수 있으며 그리고/또는 틈이 생기면 그 틈을 밀봉하거나 아니면 줄이거나 최소화할 수 있다는 점에서 자기 치유적(self-healing)이다 라고 생각할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 특정 용례에 따라 배플 또는 방향 잡기 수단을 포함할 수 있다. 예컨대 그리고 비제한적으로, 압력 용기용 용기 인서트는, 실질적으로 용기의 전체 내부 공동부를 분할하는 반복적인 내부 구조물을 포함할 수 있다. 예컨대 파이프로 물질을 수송하기 위한 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는, 정상적인 작동 하에서 수송되는 물질과의 간섭을 최소화하기 위해 구조물의 둘레 또는 주변에 제한될 수 있다.
어떤 실시 형태는, 정상적인 작동 조건에서 일반적으로 원래의 형상을 유지하고 정상적인 작동 조건에서 벗어난 상황에 대응하는 힘이 외부에서 가해지면 새로운 형상으로 될 수 있으며 그리고 파손 없이 일반적으로 원래의 형상으로 복귀할 수 있는 초탄성 재료를 포함하는 압력 용기, 파이프, 용기 등을 비제한적으로 포함할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 코어 구조물을 갖는 장치 어셈블리가 개시되는데, 그 코어 구조물은, 용기 내부에 결합되고/결합되거나 배치되어 구조적 지지의 제공과 같은 추가적인 기능을 부가하거나 또는 용기를 "페일-세이프" 용기로 전환시켜 추가적인 기능을 부가할 수 있는 부품의 어셈블리를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기는 정상적인 작동 조건 하에서 가압될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 페일-세이프 작동을 가능하게 해주고/해주거나, 많은 용례 및 산업에서 사용되는 전형적인 용기의 중량을 줄여주는 내부 구조물을 제공할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 코어 구조물과 전체적인 기하학적 구조 및 설계는, 제작의 용이성과 비용, 안전성, 신뢰성 및 중량의 최적화와 같은 많은 인자에 근거할 수 있다. 개시된 실시 형태는, 한 설계의 임의의 부분의 요소들이 용례에 따라 포함되거나 제거되거나 중복되거나 또는 다른 요소와 결합될 수 있도록 조합되거나, 재구성되거나 또는 통합될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 부분적으로 또는 완전히 용기 내부에 배치되거나 그 용기로 에워싸일 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 용기 인서트 설계는 경량화되도록 최적화될 수 있다. 용기 인서트는 어떤 실시 형태의 압력 용기 안에 삽입되거나 부착되거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 경량화에 대해 최적화될 수 있고, 압력 용기 벽의 주변 벽(들) 및 표면 영역 상에 그리고/또는 그 내부에 결합되거나 부착될 수 있으며 그리고/또는 그에 일체화될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 페일-세이프 특징 부분을 최적화하도록 설계될 수 있고, 압력 용기의 벽의 주변 벽(들) 및 표면 영역 안에 배치되거나 삽입되거나 그 위에/내부에 결합되거나 부착되거나, 그에 결합되고/결합되거나 일체화되며 그리고/또는 부착될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 장치 어셈블리는 유체를 수용할 수 있는 복수의 상호 연결된 챔버, 수용부 및/또는 공동부를 형성할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 장치 어셈블리가 대체로 탄성적인 막과 결합되면, 그 탄성적인 막은, 틈 구멍을 밀봉하기 위해 벽 팽창으로 또는 벽 팽창 및/또는 배리어 장치 어셈블리 벽(들) 내부에 있는 가변적인 오리피스를 통한 유체 배출로 내부 압력을 유연하게 경감시키도록 큰 비율로 휘어질 수 있다. 어떤 실시 형태 및 관련된 종류의 용기에서, 장치 어셈블리는, 용기 벽(들)에 대한 불충분한 품질 보증에 민감한 용기에 적합하거나, 또는 명목적인 또는 비정상적인 남용에 민감하고 위험한 고압의 그리고/또는 휘발성인 유체를 수용하는 용기 벽(들)에 적합할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기는 유체(들)를 구속하거나 에워싸거나 유지시키거나 제어하며 그리고/또는 수용하기 위해 본체를 형성하는 최소한 하나의 측부를 가질 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기는 벌크(bulk)식이거나 비벌크식일 수 있으며, 예컨대 철도 용기, 휴대용 용기, 화물 용기, 수송 용기 또는 저장 용기, 압력 용기, COPV 또는 가압 구조물 등을 포함할 수 있다.
어떤 실시 형태에 대한 이하의 설명에서, 이 설명의 일 부분을 형성하는 첨부 도면을 참조하며, 도면에는 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태가 실례적으로 나타나 있다. 다른 실시 형태도 사용될 수 있고 또한 본 발명의 실시 형태의 범위에서 벗어남이 없이 구조적 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
어떤 실시 형태에서, 대체로 원통형인 탱크에는 외부 벽 및 돔형, 반 회전 타원형 또는 반구형 단부가 제공될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 탱크는 구조물의 단부에서 응력을 줄이기 위해 말단부에서 일정한 또는 일정하지 않은 곡률 반경을 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 블래더 또는 내부 칸막이와 같은 내부 어셈블리가 탱크 내부에 삽입될 수 있다. 내부 어셈블리는 외부 탱크의 내부 공동부를 더 작은 부분 공동부로 분할하기 위해 사용될 수 있다. 더 작은 부분 공동부는 예컨대 개구, 밸브 또는 관통성/확산성 표면을 통해 유체 연결될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 내부 어셈블리는 겹치는 인서트들을 포함할 수 있고, 그래서, 그 겹치는 인서트들을 탱크의 길이 방향 축선을 따라 적층하여 내부 어셈블리가 형성되며, 이 경우, 겹치는 인서트들은 탱크의 길이 방향 축선에 대체로 수직하게 배향된다. 어떤 실시 형태에서, 겹치는 인서트들은 기하학적 격자에 의해 분리되어 더 작은 내부 공동부를 형성하는 외부 구조물의 내부 형상(예컨대, 원통형 탱크의 경우에는 원형)에 일치하는 대체로 평평한 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 기하학적 격자는 겹치는 평평한 층 중의 하나 이상에 일체화될 수 있거나 또는 상기 구조물 내부에 개별적으로 결합되거나 적층될 수 있다. 더 작은 부분 공동부의 내부 구성은, 예시적인 구성이 본 명세서에 개시되어 있지만, 어떤 것이라도 가능하다.
내부 어셈블리는 내부 어셈블리가 탱크 외부 구조물 안으로 삽입되기 전에 그 내부 어셈블리를 에워싸는 코어 구조물로 둘러싸일 수 있다. 그래서, 다수의 겹치는 탱크 벽이, 탱크 벽에 의해 에워싸이는 내부 공동부를 분할하는 내부 어셈블리 구조물로 형성될 수 있다. 탱크 벽은 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 강성, 지지성, 가요성, 자기 치유성, 에너지 소산 등과 같은 하나 이상의 특성을 이용하는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 외부 탱크 구조물은 돔형 단부를 갖는 대체로 원통형일 수 있다. 외부 탱크 벽은 향상된 강도를 제공하기 위해 보강 섬유를 포함할 수 있다. 이 섬유는 하나 이상의 섬유가 용기의 길이 주위에 감기도록 나선형으로 감기거나 또는 복수의 섬유가 용기의 길이를 따라 길이 방향으로 서로 이격되도록 링 형태로 감길 수 있으며, 또는 이 두 가지의 조합도 가능하다. 섬유는 탱크의 길이 방향 축선에 수직이도록 또는 그 축선에 대해 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 섬유들은 수직 원주 링이 하나 이상의 각진(angled) 섬유와 함께 사용되도록 교차될 수 있다(링이거나 나선형으로 감김). 어떤 실시 형태에서, 십자형 섬유 패턴이 탱크 구조물의 원주 주위에 형성되도록 2개의 서로 반대되는 나선형 권선이 사용될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 길이 방향 축선에 대한 섬유의 각도는 예컨대 40 내지 70도, 50 내지 60도, 또는 대략 55도이다. 어떤 실시 형태에서는, 길이 방향 축선에 수직인 후프(hoop) 섬유 및 길이 방향 축선에 대해 대략 ±55도를 이루는 서로 반대되는 나선형 권선을 조합하여 탱크 벽을 보강할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 탱크 구조물은 강성 재료를 포함할 수 있고, 인서트 어셈블리는 가요성 재료를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 강성과 가요성은 일반적으로 서로 반대되는 개념인데, 그래서, 강성 재료는 용기를 지지하고 정상적인 작동 중에는 일반적으로 거시적 수준으로 움직이거나 구부려지지 않으며 가요성 재료보다 강성적이다. 어떤 실시 형태에서, 가요성 재료는 일반적으로 정상적인 작동 중에 구부려지거나 움직이지 않도록 되어 있고, 파손 없이 강성 재료보다 더 많이 구부려지고 또한 충격 또는 다른 파손 모드 조건을 흡수하도록 되어 있다. 어떤 실시 형태에서, 가요성 재료는 응력이 가해지면 움직이는 재료, 예컨대 고무, 탄성중합체, 저 모듈러스 수지(resin), 실란트(sealant), 고 모듈러스 폴리에틸렌, 초탄성 재료, 초소성 재료, 또는 슈퍼 소성 재료를 비제한적으로 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 가요성은 용기 안에 담길 물질에 대해 화학적으로 안정적일 수 있으며, 담길 물질과의 화학적 반응 또는 최저 또는 최고 온도와 같은 물리적 현상으로 인해 열화(degradation)되지 않을 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 인서트 어셈블리 재료는 기폭 또는 파열 상황시 신장되고 충격시에는 구부러져 그러한 파국적인 상황의 관련 에너지를 흡수하도록 구성될 수 있다. 인서트 어셈블리 재료는 높은 파열 변형률을 가질 수 있으며, 그래서, 강성 탱크 벽의 복합 재료가 국부적으로 파손된 후에도 대부분의 파국적인 상황에서 파국적인 상황을 피할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 가요성 재료는 그러한 파국적인 상황을 흡수하기 위해 파손 또는 파열 없이 100%보다 높은 연신율, 예컨대 200 ∼ 500% 이상의 연신율이 가능하다. 어떤 실시 형태에서, 가요성 인서트 어셈블리와, 가요성 라이너 및 강성 외부 구조물을 포함하는 겹쳐진 용기 벽을 조합하여, 전체 용기의 파국적인 파손을 방지할 수 있다. 추가로, 손상 진행이 안정화될 수 있고 심지어 국부적인 파손에 대한 밀봉이 이루어질 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 가요성 인서트 어셈블리는, 힘이 가해지면 변형되고 신장될 수 있고 그래서 파손이나 파열 없이 기폭과 파열 상황을 흡수할 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 가요성 재료는 외부 하중 하에서 영구적으로 변형되지 않을 수 있고, 그래서 어떤 실시 형태에서, 가해진 힘이 제거되면 재료는 대략 이전의 구성으로 복귀할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 인서트 어셈블리의 일 부분 또는 전부는, 정상적인 작동 중에는 일반적으로 그의 형상을 유지하고 정상적인 작동보다 높은 힘이 가해지면 변형되고/변형되거나 신장되며 또한 가해진 힘이 제거되면 일반적으로 그의 변형 전/신장 전 구성으로 복귀하게 되는 초탄성 재료를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 초탄성 재료는 200 ∼ 300% 이상까지 신장될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 조립된 용기는 외부 강성 탱크 벽, 내부 가요성 탱크 벽, 및 내부 가요성 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 용기는 유체 또는 가스를 전달하고/전달하거나 유체 또는 가스를 주입하고 용기의 내부로부터 제거하기 위한 하나 또는 2개 이상의 개구를 포함할 수 있다. 내부 가요성 어셈블리는 일반적으로 외부 또는 내부 가요성 탱크 벽에 의해 형성된 내부 공동부를 복수의 더 작은 내부 부분 공동부로 분할할 수 있다. 더 작은 내부 부분 공동부는 어떤 구성, 형상, 배향 또는 개수라도 포함할 수 있고 일반적으로 용례에 따라 균일하고/균일하거나 가변적일 수 있다. 더 작은 내부 부분 공동부는 실질적으로 탱크의 전체 내부 공동부를 분할할 수 있거나, 또는 탱크의 하나 이상의 영역에 국한될 수 있다. 예컨대, 압력 용기의 경우, 더 작은 내부 부분 공동부는 용기 공동부의 전체에 걸쳐 있을 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 파이프와 같은 수송 용례에서, 파이프의 중앙 내부는 비교적 자유롭게 유지될 수 있어, 공동부의 외부 주변만 분할되어 정상적인 작동 중에 유체 유동 간섭을 줄여준다. 강성 탱크 벽, 내부 가요성 탱크 벽, 및/또는 내부 가요성 어셈블리는 조립된 용기를 형성하도록 일체화된, 분리된. 부착된, 연결된 또는 다른 식으로 구성된 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는 난형, 직사각형, 구형 및 이의 조합 형상을 갖는 폐쇄형 용기 또는 파이프, 관, 탱크 등과 같은 개방형 용기를 포함한(이에 한정되지 않음) 임의의 용기 형상 또는 설계에 일치할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 용기 인서트는, 충돌, 사고, 충격, 압력 용기 파손 또는 기폭과 같은 폭발 또는 다른 파국적인 사고를 포함한(이에 한정되지 않음) 파국적인 상황으로부터 여전히 보호해주면서 불규칙한 형상의 용기 안에 배치될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 내부 가요성 어셈블리는, 조립된 용기를 따라 대체로 평행한 패널을 형성할 수 있는 적층된 평평한 인서트를 포함할 수 있다. 이 평평한 인서트들은 대향 인서트에 의해 분리될 수 있고, 이 대향 인서트는 인접한 평평한 인서트와 함께 더 작은 내부 공동부를 형성하고 규정할 수 있다. 하나 이상의 평평한 인서트는 하나 이상의 인접하는 대향 인서트와 일체화되거나 그에 부착되거나 또는 접촉할 수 있다. 예시적인 대향 인서트는 평평한 인서트에 수직인 벽을 포함할 수 있다. 평평한 인서트 및 대향 인서트는, 조립된 용기의 정상적인 작동 하에서 경험되는 힘에서 벗어난 힘을 받으면 변형되는 가요성 재료를 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 평평한 인서트 및 인접하는 대향 인서트는 단체형 유닛으로서 일체화되고 형성될 수 있다. 대안적으로, 평평한 인서트 및 대향 인서트는 개별적으로 형성될 수 있고 직접 또는 간접적으로 함께 연결되거나 또는 직접 또는 간접적으로 접촉하여 위치될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 내부 가요성 어셈블리는, 일반적으로 외부 지지 구조물 안으로 내부 라이너로서 삽입되는 링 구성체를 포함할 수 있다. 이 링 구성체는 삽입을 위해 변형될 수 있으며, 그래서 링 구성체의 삽입 크기는 그의 전개 크기로부터 감소될 수 있다. 그 후에 내부 가요성 어셈블리는 온도와 압력과 같은 정상적인 작동 파라미터에서 벗어난 상황에 반응하여 변형될 수 있어 그 상황으로 인한 손상을 최소화할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 가요성 어셈블리는, 하나 이상의 강성 구조물, 하나 이상의 가요성 구조물, 하나 이상의 코팅 또는 이의 조합이 함께 사용되는 복합 또는 겹쳐진 구조물을 포함할 수 있다. 예컨대, 강성 코어가 그 위에 있는 가요성 라이너 또는 층과 함께 사용될 수 있다. 대안적으로, 다수의 가요성 재료가 겹쳐져 강성과 가요성의 다양한 조합을 제공하여 상이한 파손 모드들을 수용할 수 있다. 내부식성, 자기 치유적인 구멍 또는 파손 교정 등을 포함한(이에 한정되지 않음) 바람직한 재료 특성을 제공하기 위해 코팅이 또한 사용될 수 있다.
복수의 더 작은 내부 부분 공동부는 하나 이상의 다른 내부 부분 공동부와 연통할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 구멍, 포트 또는 밸브를 사용하여, 에워싸인 유체 또는 가스를 내부 부분 공동부 사이에 전달할 수 있다. 내부 부분 공동부는 격납된 재료에 재료 선택의 투과성에 의해 연통할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 수소는 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 하나 이상의 평평한 그리고/또는 대향 인서트의 접촉부 사이를 지날 수 있으며, 그래서 실제 인서트의 표면은 통로를 포함할 필요가 없다. 평평한 그리고/또는 대향 인서트 사이의 접촉부는 일반적으로 층들을 연결하고 또한 서로에 대해 완전히 분리하는 재료를 포함할 수 있지만, 들어있는 유체 또는 가스에 대한 투과성을 여전히 가지며, 그래서 인접한 공동부들은 서로 간에 유체 또는 가스를 흐르게 하지만, 정상적인 작동에서 벗어난 상황의 관련 에너지를 수용하고 소산시키기 위해 그러한 상황의 변형 동안에 물리적으로 분리되지 않을 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 용기는 길이 방향 축선을 가질 수 있고, 그래서 길이 방향 축선을 따르는 치수는 그 길이 방향 축선에 수직인 반경 방향 치수보다 길다. 하나 이상의 길이 방향 통로가 길이 방향 축선에 평행하게 위치될 수 있고, 길이 방향 축선을 따라 있을 수 있거나 그 축선으로부터 편위(offset)될 수 있다. 하나 이상의 길이 방향 통로는 격납된 유체 또는 가스를 삽입하고 조립된 용기로부터 제거하기 위해 사용될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 하나 이상의 길이 방향 통로는, 하나 이상의 길이 방향 통로를 통해 유체가 부분 공동부 중의 하나 이상에 수송될 수 있도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 부분 공동부들은 반경 방향으로 연결될 수 있고 하나 이상의 길이 방향 통로로부터 유체를 하나 이상의 부분 공동부에 수송할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 상기 통로는 내부 벽에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 길이 방향 통로의 벽은, 중앙 통로와 용기의 외부 벽 사이에 위치되어 있는 가요성 내부 어셈블리에 의해 형성되는 복수의 내부 부분 공동부 각각과 공동일 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 가요성 내부 어셈블리는 하나 이상의 길이 방향 통로를 한정할 수 있고 용기의 내부 벽과 외부 벽 사이에 위치될 수 있다. 복수의 내부 부분 공동부는 최내측 세트의 부분 공동부일 수 있고, 그래서 다른 하나 이상의 공동부는 최내측 세트의 부분 공동부와 용기의 외부 벽 사이에 위치된다. 내부 부분 공동부는 하나 이상의 길이 방향 통로와 용기의 외부 벽 사이의 내부 공간의 분할일 수 있고, 그래서 모든 부분 공동부는 중앙 통로에 공통인 벽을 공유하게 된다. 어떤 실시 형태에서, 하나 이상의 길이 방향 통로와 내부 부분 공동부 사이에 공통인 벽은 포트, 구멍, 밸브 등과 같은 연통 기구를 포함하고 있어, 삽입된 유체 또는 가스가 내부 부분 공동부에 수송되는 것을 용이하게 해준다. 내부 부분 공동부와 외부 벽 사이에 추가적인 부분 공동부가 있으면, 내부 부분 공동부는 유사하게 부분 공동부 사이의 연통 기구를 포함할 수 있거나 또는 서로 인접하는 공동부의 경계를 가로지르는 또는 이음부를 따르는 유체 또는 가스의 일반적인 분산 특성에 의존할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 하나 이상의 축방향 오리피스가 포함되어 압력을 조절할 수 있고, 또한 내부 기폭시 배플로서 작용하여 충격파의 전파를 지연시킬 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 부분 공동부 내의 연료는 연료 용기 내부에 동축으로 위치되어 있는 중앙 파이프로부터 전달될 수 있다. 이 중앙 파이프에는 각 연료 부분 공동부와 일치하는 구멍이 뚫려 있다. 이 구멍은 열려 있을 수 있거나 밸브로 닫힐 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 중앙 파이프는 복수의 미세 구멍에 의해 하나 이상의 부분 공동부에 연결될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 미세 구멍은 하나 이상의 부분 공동부와 접촉하는 중앙 파이프의 표면 영역의 약 5% 이하를 점유할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 중앙 파이프는 연료를 연료 부분 공동부에 또한 그로부터 전달하기 위한 하나 이상의 길이 방향 통로에 의해 대체되거나 보충될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 중앙 연료 통로는 천연 가스 저장 탱크에 사용되는 것과 유사한 밸브를 사용하여 돔 정점에서 연료 탱크 외부 벽에 부착될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 내부 어셈블리 내부에서 일어하는 기폭의 경우, 충격파가 내부 분할된 챔버들 사이에 얇고/얇거나 겹쳐진 벽을 통해 확산될 수 있다. 충격파는 확산 가능한 스트립, 벽 또는 다른 간섭 표면을 통해 이동하여 충격을 흡수할 수 있고 용례 및 관련된 잠재적인 손해에 의해 정해지는 바와 같은 가요성 및/또는 강직성을 향상시킬 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 내부 부분 공동부 중의 하나의 내부에서 일어나는 내부 기폭은, 기폭에 가장 가까운 내부 구조물 표면이 일시적으로 변형되고 팽창됨으로써 부분적으로 흡수될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 기폭을 에워싸는 가장 가까운 벽은 팽창하여(풍선 처럼 부풀어 올라) 에너지의 일부를 흡수하고 또한 국부적인 부피의 증가로 국부적인 압력을 감소시킬 수 있다. 기폭 후에, 벽은 원래의 또는 거의 원래의 구성으로 복귀할 수 있고, 기폭 챔버를 둘러싸거나 기폭을 에워싸는 챔버와 공통의 벽을 공유하는 다음 가장 가까운 챔버가 충격파가 구조물을 통해 전파함에 따라 유사하게 변형하기 시작할 것이다. 어떤 실시 형태에서, 기폭 에너지의 일부는 내부 구조물의 변형을 통해 소산될 것이고, 그래서 전파하는 충격파의 변형은 다음 챔버가 충격파를 만나 변형됨에 따라 확산된다.
본 발명의 실시 형태는 원통형, 구형 또는 돔형 용기 또는 조합 용기와 관련하여 본 명세서에서 설명되고 도시될 수 있지만, 본 발명의 실시 형태는 제한되지 않고 다양한 격납 용기, 수송 구성, 형상 등에 추가적으로 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 어떤 실시 형태는, 난형, 직사각형, 구형 및 이의 조합 형상과 같은 상이한 형상의 폐쇄형 용기 또는 파이프, 관, 탱크 등과 같은 개방형 용기에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 수소와 같은 휘발성 물질의 용례와 관련하여 본 명세서에서 설명되고 도시될 수 있지만, 본 발명의 실시 형태는, 가압, 기폭, 충격 등으로 인해 발생되는 국부적인 그리고 전체적으로 가해지는 힘과 같은 극한적인 조건 하에서도 용기의 온전성이 바람직하게 유지되는 다른 인클로저에도 적용될 수 있다. 유사하게, 실시 형태는 본 명세서에서 수소와 같은 휘발성 물질을 수송하기 위한 밀폐형 압력 용기로서 설명될 수 있지만, 다른 용례는 항공 우주 구조물, 핵폐기물/발전기 실린더, 액체 로켓 모터 용기, 연료 전지, 액체 배터리, 파이프 등을 포함할 수 있다. 이들 용례는 본 명세서에서 설명한 특징적 사항 중의 하나 이상 또는 임의의 조합을 비제한적으로 포함할 수 있고, 이러한 용례와 관련된 원하는 특성을 향상시키기 위해 전반적으로 재구성될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 화물 용기는 본 명세서에서 설명하는 어떤 실시 형태에 따른 내부 구조물을 포함할 수 있다. 화물 용기는 수송되는 화물을 에워싸고 수송되는 물질로 인한 손상을 방지하거나 줄이기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 화물 용기는, 의도적이든 비의도적이든 폭발성 물질이 수송될 때 탑승자를 안전하게 유지시킬 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 장치 어셈블리의 코어 구조물은 압력 용기의 전체 수명에 걸쳐 정상적인 작동 조건 동안에 일반적으로 그의 형상, 위치 및 구성을 유지할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 장치 어셈블리를 만드는데 사용되는 재료는 압력 용기의 정상적인 작동 조건 동안에 항복될 수 있지만, 비정상적인 부하 조건 또는 압력 용기에 대한 불리한 노출이 있는 동안은 제외하고, 대부분의 경우에는 원래의 설계 형상으로 복귀할 것으로 예상된다.
어떤 실시 형태에서, 상기 장치 어셈블리의 비배타적인 특징적 사항은, 1) 용기 내부에서 예외적으로 더 많은 특정 표면 영역을 포함하는 벽(들); 2) 수송, 충돌 또는 충격 중에 출렁거림에 대한 움직임 안정화 또는 감쇠를 포함하는 추가적인 벽(들); 3) 용기 벽 내파(implosion) 및/또는 팽창에 대한 코어 구조물 안정성을 포함하는 추가적인 벽(들); 4) 개선된 강직성 및 용기 벽(들)의 균열, 좌굴(buckling) 및/또는 파열에 대한 저항성을 포함하는 추가적인 벽(들); 5) 산소 또는 산화제(들)의 용기 벽(들) 내로의 신속한 재도입을 포함할 수 있는 백 드래프트(back draft)(들)의 제한을 포함하는 추가적인 벽(들); 6) 압력 용기 벽(들)의 실시 형태를 통한 화염 전파에 대한 방해성을 포함하는 추가적인 벽(들); 7) 챔버들 사이의 운동학적인 유체 제어를 위한 추가적인 벽(들); 8) 급속 충전 동안에 균형 잡힌 온도 전도 및 열전달을 포함하는 추가적인 벽(들); 및 9) 이것들의 임의의 조합을 비제한적으로 포함할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 상기 장치 어셈블리는, 압력 용기의 용례에 대한 원하는 결과 및 요건에 따라, 격납된 유체를 제어하고 또한 이 유체가 연결 챔버 사이에서 흐르게 하거나 배출되게 하고 또는 대기로 배출될 수 있게 해주는 복수의 가변적인 오리피스(들)("원래의" 크기와 형상으로부터 신장되는 오리피스(들))를 포함할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 상기 장치 어셈블리의 페일-세이프 특징 부분은, 적절히 구성되면, 결함이 있는 용기, 손상된 용기, 용기의 과압, 용기에의 충돌/충격으로 인해 발생되는 압력 용기의 균열 또는 붕괴 동안에 또는 그 후에 방출되는 잠재적인 총 에너지(즉, 기계적 에너지)의 대부분을 방지하거나 제거하거나 또는 흡수할 수 있다. 압력 용기가 본 명세서에서 설명되는 예시적인 페일-세이프 특징 부분을 포함하면, 큰 압축 압력을 갖는 통상적인 비벌크 압축 연료 용기에 저장되어 있는 잠재적인 에너지는 대부분의 상승 작용적인(즉, 현실적인) 자동차 충돌 또는 충격 상황에서 위험하지 않게 될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 상기 장치 어셈블리 벽(들)을 만드는데 사용되는 재료는, 그 벽이 원래의 공칭 상태로부터 압축되거나 팽창될 때 그의 형상이 움직임 또는 휘어짐에 대해 먼저 저항하고 변형될 수 있고 그런 다음에 균열 전에 더 적은 휘어짐 및 더 큰 변형으로 최종적으로 다시 저항하기 전에 큰 휘어짐 동안에 변형되면서 더 자유롭게 팽창할 수 있는 특징을 가질 수 있다.
상기 장치 어셈블리의 어떤 실시 형태는, 중공 압력 용기의 공동부 내에 배치되면, 정상적인 작동 및 환경 조건 동안에 그의 일반적인 형상, 위치 및 구성을 유지할 수 있지만, 하중이 압력 용기 벽에 충격을 주거나 또는 압력 용기 벽 내부의 압력이 그의 재료의 탄성 강도와 강직성을 초과하면, 변형되거나 압축되거나 휘어지거나 신장될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 상기 장치 어셈블리의 실질적이고 큰 변형은, 장치 어셈블리 내부의 압력차로 인해 벽(들)이 팽창할 때 일어날 수 있다. 장치 어셈블리의 코어 구조물의 벽(들)에 사용되는 재료는 큰 스케일로 저항하거나 휘어지거나 변형되거나 수축되거나 또는 신장될 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 압력 용기 벽이 어떤 식으로든 훼손되고 파손되면, 상기 장치 어셈블리 벽(들) 및 코어 구조물은, 1) 분출 충격 흡수 버퍼를 발생시키고; 2) 팽창 가능한 충격 흡수 챔버를 발생시키며; 3) 팽창하는 유체를 위한 내장형 압력 경감을 제공하고; 4) 열 흐름, 화재 성장 및 휩씀을 기하급수적으로 감소시키고; 5) 파국적인 사고시 손상 범위를 상당히 줄여주며; 6) 챔버 기폭 및 용기벽의 손실 동안에 내부 압력을 경감시키고 압력 용기의 폭발을 방지하고; 7) 열 전도 또는 대류가 격납된 유체를 통해 전파되는 것을 방해하거나 제한하며; 8) 강직하고 강한 용기 벽(들) 내에서 발생할 수 있는 구멍(들)을 밀봉할 수 있는 팽창 및 변형 가능한 챔버 벽을 발생시키고; 9) 치명적인 폭발 파 또는 투사물을 야기할 수 있는 고속 폭발 압력을 방지하며; 10) 저속 충격물, 소형 무기 또는 대형 무기 탄약에 대한 보호를 주거나 이를 차폐할 필요성을 없애 주고; 11) 외부 압력 안전 경감 장치에 대한 필요성을 없애줄 수 있으며; 또한 12) 이러한 일들을 조합적으로 할 수 있다.
어떤 실시 형태에 대한 이하의 설명에서, 본 명세서에서 설명하는 바와 같은 선(즉, 가장자리), 부품, 부분 또는 시스템을 형성하는 첨부된 스케치, 그림 및 도면을 참조하며, 이는 본 발명이 실시될 수 있는 어떤 실시 형태에 실례적으로 나타나 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태(들)의 범위에서 벗어나지 않고 이루어지는 구조 변경을 갖는 다른 실시 형태도 가능함을 이해할 것이다.
압력 용기 및 그의 돔 단부는 많은 형상을 취할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 도 1은 복합 실린더(100)의 길이 방향 단면을 나타낸다. 이 복합 실린더는 전형적인 원통형 압력 용기의 곡률과 두께를 갖는 원통형 압력 용기일 수 있다. 압력 용기는 단체형이고 중공형일 수 있고, 2개의 측지 단부 돔(101), 불균일한 두께 및/또는 곡률 반경(103)을 가지고 있다. 이러한 전형적인 압력 용기는 필라멘트 권취 실린더를 만드는데 사용될 수 있다. 압력 용기 단부 돔(101) 및 그의 원통 벽(부분)(102)은 강성적이고, 강직하며 또한 강할 수 있으며, 정상적인 작동 조건 중에 그의 상대적인 치수 형상을 유지하도록 설계될 수 있다.
도 2에 나타나 있는 바와 같은 어떤 실시 형태에서, 원통형 압력 용기(100)의 내부에는 원통형 장치 어셈블리(200)(부분적인 3차원(3-D) 도로 나타나 있음)가 있을 수 있고, 장치 어셈블리(200)의 외부 벽(201)이 원통형 압력 용기(100)의 중공 단면(부분적으로 나타나 있음) 내부에 위치된다. 원통형 장치 어셈블리(200)는 또한 2개의 다른 3-D 도, 즉 원통형 압력 용기(100)로 에워싸여 있지 않은 원통형 장치 어셈블리(200)를 나타내는 도로 나타나 있다. 양 도는 원통형 장치 어셈블리(200)의 외부 벽(201)으로 부분적으로 에워싸여 있다. 원통형 장치 어셈블리(200)의 코어 구조물은, 전형적인 단체형 압력 용기(100)의 단일 내부 공동부를 분할하여, 단체형 압력 용기(100)의 단일 공동부를 다수의 부분 공동부 또는 챔버로 전환시킬 수 있다. 추가적인 부분 공동부 또는 챔버는 원통형 장치 어셈블리(200)에 의해 제공되거나 추가되며, 그 부분 공동부들은 더 작고, 유동 조절 및 조질(conditioning)을 위한 개구, 오리피스, 밸브 또는 관통성/확산성 표면에 의해 유체 연결될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 하나 이상의 부분 공동부는 복수의 미세 구멍에 의해 유체 연결될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 미세 구멍은 하나 이상의 부분 공동부와 접촉하는 중앙 파이프의 표면 영역의 약 5% 이하를 점유할 수 있다. 미세 구멍에 의해, 통상적인 작업 중에 부분 공동부 사이에 압력 평형이 이루어질 수 있고 또한 파국적인 상황 중에 압력 또는 폭발 에너지가 소산되고/소산되거나 흡수되면서 압력 경감이 이루어질 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 하나 이상의 부분 공동부는 축방향으로, 반경 방향으로 또는 이들 양 방향으로 유체 연결될 수 있다.
도 2에 나타나 있는 바와 같은 어떤 실시 형태의 구성에서, 원통형 장치 어셈블리(200)는 원주형 라인(203L) 또는 아치형 부분(202)으로 조직화될 수 있고, 그 부분은 격자형 구조를 포함할 수 있어, 원통형 장치 어셈블리(200)는 수직선, 수평선 및 경사 선의 조합일 수 있다. 수직선은 내부 격자형 구조에 의해 이격될 수 있고, 여기서 수직선은 반경 방향 축선에 평행하고, 수평선은 길이 방향 축선에 평행할 수 있으며, 경사 선은 길이 방향 축선에 평행하지도 수직하지도 않은데, 그래서 길이 방향 및 반경 방향 축선에 대해 축외(off-axis)일 수 있다. 반경 방향의 수직선은 원주형 면(203P)의 가장자리일 수 있고, 수평선은 아치형 선(204)을 갖는 양 단부(즉, 사다리꼴의 두 길이부 사이의 높이 또는 최단 거리)를 갖는 사다리꼴 면의 가장자리 또는 밑변 길이일 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 호(arc) 반경 치수는 측지 돔(208)의 3차원 반경 벡터일 수 있는데, 측지 원주의 주 반경이 2개의 선(209)으로 나타나 있다. 도 2에 나타나 있는 수평면(204)은 원통형 장치 어셈블리(200)의 길이 방향 중심에 대해 축외일 수 있고, 충전 또는 배출 파이프 또는 관(205)에 부착되지 않을 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 원통형 장치 어셈블리(200)는, 원통형 장치 어셈블리(200)의 내부 어셈블리를 에워싸는 외부 막, 라이너 또는 배리어와 같은 외부 벽(201)에 의해 둘러싸이고 부착될 수 있다. 어떤 원통형 용례에서, 장치 어셈블리(200)는 그의 외부 표면 벽에서 부착될 수 있고, 압력 용기 표면 영역 벽의 내부 윤곽을 따르는 형상을 형성할 수 있다. 이렇게 해서, 상기 장치는 원통형 장치 어셈블리(200)의 외부 벽(201) 및/또는 압력 용기(100)의 원통 벽(101, 102)의 주변 표면 가장자리 및/또는 영역 안에 삽입되거나, 그 위에/내부에 결합되거나 부착되거나, 안에 연결되고 그리고/또는 일체화되고 그리고/또는 부착될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 원통형 장치 어셈블리(200)의 외부 벽(201)의 표면 영역은, 압력 용기(200)의 내부 원통 및 단부 돔 벽(101, 102)에 의해 제공되는 내부 표면 영역과 원통형 장치 어셈블리(200)의 외부 벽(201)에 의해 제공되는 표면 영역 사이에 틈을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 도 3은 장치 어셈블리 단부 돔(210)의 2개의 예시적인 전방도를 도시하는데, 서로 다른 방향에서 본 것이 나타나 있다. 원통형 장치 어셈블리(200)의 후방 단부 돔(210)은 도 3에 나타나 있지 않고, 단부 돔(210)의 전방도, 즉 "정면도"만 나타나 있다. 한 도는 원통형 장치 어셈블리(200)의 단부 돔(210)의 2차원(2-D) 단면도(300)이다. 알 수 있는 바와 같이, 이 2-D 도(300)는 측면과 상하가 대상 안으로 들어가 2-점 투시이다. 대상을 규정하는 많은 꼭짓점, 선, 접선 및 축외 선이 2-D 장치 단부 돔(210)에 있을 수 있다. 다른 도는 단부 돔(210)의 전방도(206)의 3차원(3-D) 도(301) 및 원통형 장치 어셈블리의 길이 방향 측면도(207)의 부분도이다. 이는 측면이 좌우로 또한 상하로 경사져 있는 것처럼 보이는 장치 어셈블리(200)의 전형적인 3-점 투시다. 상기 부분도는 삼각형 프리즘(들)(212)에 위치되어 있는 더 큰 형상의 직사각형 면(211P)을 나타내는 상세 선을 제공한다. 이 면(211P)은 아치형이고, 원주형 면(203P)과 합동이다. 어떤 실시 형태에서, 원통형 장치 어셈블리(200)의 구성과 설계는 제작성을 개선할 수 있으며 또한 격자 등그리드(isogrid) 단면을 사용하여 중량 효율에 대해 원통형 장치 어셈블리(200)를 최적화할 수 있다.
도 3에 나타나 있는 바와 같은 어떤 실시 형태에서, 원통형 장치 어셈블리(300)는 원통형 장치 어셈블리(200)의 외부 벽(201) 또는 압력 용기(100)의 원통 및 단부 돔 벽(들)(101, 102)이 없이 나타나 있다. 2-D 단면도에서 보는 바와 같이, 단부 돔(210)은 반경 방향 축선에 평행한 2개의 수직선(302L); 반경 방향 축선에 평행한 2개의 수평선(303L); 및 반경 방향 축선에 평행한 4개의 경사 선(304L)을 가지며, 모든 선의 일 단부는 더 작은 원주형 선(305C)에 연결되어 있고 다른 단부는 삼각형 다각 면의 꼭짓점에 연결되어 있다. 또한 길이 방향 축선의 중심에 대해 편위(offset)될 수 있는 4개의 수평선(307L), 길이 방향 축선으로부터 편위된 4개의 수직선(308L), 및 길이 방향 축선으로부터 편위된 8개의 경사 선(309L)이 있을 수 있고, 8개의 경사 선은 쌍으로 분할될 수 있고, 선의 일 단부에 있는 꼭짓점에서 함께 연결될 수 있으며, 두 선의 다른 단부는 큰 원주형 선(306C) 상의 꼭짓점에서 연결될 수 있다. 최종적인 형태는, 일 가장자리가 호(311F)인 삼각형 면의 면과 유사하다. 그 호는 상기 큰 원주형 선(306C)의 "부분 호" 선일 수 있다. 4개의 수평선 중의 하나 및 4개의 수직선 중의 하나는 쌍을 이룰 수 있고 꼭짓점의 일 단부에서 연결될 수 있고, 다른 단부는 더 큰 원주형 선(306C) 상의 꼭짓점에 연결된다.
어떤 실시 형태에서, 큰 원주형 선(306C)의 단면 영역 내에는 8개의 마름모꼴 면(310)이 있을 수 있고, 호(311F)를 갖는 8개의 삼각형 면이 있으며, 또한 원주형 선(305C)의 사점(dead center)에는 하나의 작은 단면 영역이 있다. 마름모꼴 면은 작은 원주형 선(305C) 주위를 둘러쌀 수 있고, 8개의 다각형 면(311F)은 둘러싸듯이 있으며 2개의 마름모꼴 면(310)에 연결될 수 있다. 이들 면은, 부분 호 선의 각 단부가 서로 연결되어 상기 큰 원주형 선(306C)을 형성하도록 구조화되고 위치될 수 있다.
원통형 장치 어셈블리(200)의 어떤 실시 형태에서, 각 부분 호 선은 큰 원주형 선(306C)에 의해 생성될 수 있는 총 원주 길이의 대략 1/8일 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 이 원주 길이는 벽(201)을 갖는 원통형 장치 어셈블리 외부 표면의 내부 원주 길이와 같을 수 있다. 그러나, 어떤 실시 형태에서, 2-D 원주형 선(305C 또는 306C)에서 볼 때, 가장자리는, 간접적이거나 불연속적인 "수직 가장자리"를 가질 수 있으며, 이 가장자리는, 원통형 장치 어셈블리 벽(201) 및/또는 압력 용기(100) 원통 및 단부 돔 벽(101, 102)에 부착되는 예컨대 지그재그형 또는 헤링본(herringbone)형 가장자리를 형성할 수 있다.
어떤 실시 형태에서는, 도 3에 나타나 있는 바와 같은 3-D 도(301)에서 보듯이, 마름모꼴 면(310)은, 수직이고 선(302L, 303L, 304L, 307L, 308L 및/또는 309L)의 어떤 조합으로 부착되어 8개의 능면체(rhombohedron)(312)를 형성하는 4개의 면을 가질 수 있다. 이 도에 또한 도시되어 있는 바와 같이, 선(311L)은 압력 용기(100)의 원통 부분(102)의 내반경 또는 내경과 합동인 가장자리를 갖는 적어도 하나의 면(311P)을 형성한다.
어떤 실시 형태에서, 능면체(312)에 수직인 면(302P, 303P, 304P, 307P, 308P 및/또는 309P)은 면(311P)의 서로 반대편의 평행한 면을 공유할 수 있다. 각 능면체(312)는 2개의 평행한 마름모꼴 면(310) 및 위에서 언급한 바와 같은 알려져 있는 수직면 중의 4개를 가질 수 있다. 능면체 면(312)에 수직인 4개의 면은, 큰 동심 원주형 면(311P)에서 또한 그 안으로 부착되는 가장자리를 가질 수 있고, 전방도(206)에 나타나 있는 바와 같은 서로 반대편의 가장자리는 압력 용기(100)의 측지 단부 돔(101)의 내반경(103)과 합동일 수 있는 가장자리(314-E)를 갖는다. 추가적으로, 면(307P, 309P) 또는 면(308P, 309)은 호 가장자리(315-E)에서 연결될 수 있고, 이들 면(307P, 308P 또는 309P)의 다른 단부는 면(302P, 303P 또는 304P)과 연결되어 가장자리(316-E)를 형성할 수 있다. 또한 3-D 도(301)에서 보는 바와 같이, 삼각형 면(311F)은 선(307L, 308L, 309L)에서 부착되는 수직면을 가질 수 있고, 각 수직면은 2개의 곧은 선과 하나의 호 선을 가지며, 그 호 선은 압력 용기(100)의 측지 단부 돔(101)의 내반경(103)과 합동일 수 있다.
도 4에 나타나 있는 바와 같은 어떤 실시 형태에서, 장치 어셈블리(200)의 2개의 길이 방향 측면도(207)가 있다. 나타나 있는 대상은 원통형 장치 어셈블리(200)를 서로 다른 방향에서 본 것이다. 2-D 도는 2개의 단부 돔(210)과 원통형 부분(410)을 나타낸다. 이 2-D 도(400)는 측면과 상하가 대상 안으로 들어가 있는 2-점 투시이다. 대상을 규정하는 많은 꼭짓점, 선, 접선 및 축외 선이 2-D 장치 길이 방향 측면도(210)에 있다. 어떤 실시 형태에서, 도 4에 있는 다른 도는 삼각형 프리즘(들)(212)에 있는 4개의 면을 나타내는 3-D 사시도(401)인데, 2개의 면은 길이 방향 축선에 평행하고(309P바닥, 309P정상)이고 2개의 면은 그 길이 방향 축선에 수직이다(311P좌측, 311P우측). 3-D 단부 돔 도(210) 및 원통형 장치 어셈블리(200)의 길이 방향 측면(207)의 도가 3-D로 나타나 있다.
도 4에 나타나 있는 바와 같이, 원통형 장치 어셈블리(200)는 그의 외부 벽(201) 또는 압력 용기(100) 및 단부 돔 벽(101, 102)이 없이 노출되어 나타나 있다. 2-D 단면도는, 다수의 개별적인 수직선(311L), 수평선(403L), 반원형 선(404L) 및 원통형 장치 어셈블리의 양 단부에 있는 2개의 측지형 선(405L)을 갖는 원통형 장치 어셈블리(200)를 나타낸다. 어떤 실시 형태에서, 도 3에 나타나 있는 마름모꼴 면(310)은 길이 방향 축선에 수직일 수 있다. 각 페이스(face)는, 수직하여 능면체(312)를 형성하는 면들을 가질 수 있다. 이 투시에 나타나 있는 페이스는 원통형 장치 어셈블리의 코어 구조물 안으로 연장되어 있는 다른 능면체(312)를 숨길 수 있다. 3-D 도(401)에서 보듯이, 2-D 도(400)에 나타나 있는 바와 같은 수평선(403L)은 능면체(312)의 외측 가장자리(403-E)일 수 있고 2-D 도(400)에 나타나 있는 바와 같은 수직선(311L)은 큰 원주 면(311P좌측, 311P우측)의 외측 가장자리(402-E)일 수 있다. 또한 이 도(401)에서 보듯이, 삼각형 프리즘(들)(212)이 능면체(312) 사이에 존재할 수 있다. 이들 프리즘(들)(212)은 원주형 면(들)(311P)과 원통형 장치 어셈블리(200)의 외부 원통형 부분(410) 내에 위치되어 있는 mY 사이에 있을 수 있다. 능면체는 헤링본 구조의 압출로 얻어질 수 있다. 헤링본 구조는 용기를 서로 다른 부분 공동부로 나눌 수 있고, 갑작스런 압력 변화(예컨대, 누설, 외부 충격 또는 내부 기폭)가 있는 경우에 부분 공동부 사이에 장벽을 추가할 수 있다. 이러한 구성은 빠른 형상 변화에 적응할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 부분 공동부는, 내부 구조의 형상을 유지할 수 있고 또한 압력하에서 팽창하고 변형되어 탄성/탄소성 변형으로 또한 챔버 또는 완충 벽(들)의 부피 팽창을 통해 내부 압력을 줄여 충격을 흡수할 수 있는 다른 형성과 형태로 전환될 수 있는 팽창 및 변형 가능한 챔버 벽(들)으로 변형될 수 있는 하나 이상의 삼각형 프리즘 및/또는 하나 이상의 능면체의 형태를 취할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 가요성 삼각형 프리즘(들) 및 능면체(들)의 내부 어셈블리는 강직성, 강성, 손상 구속 및 파열 제어를 제공할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 복수의 부분 공동부를 둘러싸는 탄성 벽은 강성 용기의 내벽(들)과 정렬될 수 있으며, 라이너를 보호할 수 있고 또한 제 2 방어선으로서 기능할 수 있다.
당업자는, 전술한 형상은 한정적인 것이 아니고 어떤 실시 형태에서는 내부 헤링본, 외부 헤링본, 단일 와인 용기 및 계란 상자를 비제한적으로 포함한 다른 설계도 사용될 수 있음을 알 것이다.
어떤 실시 형태에서, 삼각형 프리즘(들)(212)의 3-D 도(401)에는, 면(307P, 308P, 309P, 311P)을 포함할 수 있는 4개의 가시적인 면이 나타나 있다. 제 5 면은 도(401)에 나타나 있지 않은데, 도 2의 2-D 도에 나타나 있는 바와 같이 큰 직사각형 면(211P)으로서 설명될 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 면(307P, 308P, 309P)은 동일한 길이와 폭을 가질 수 있고 2개의 원주형 면(들)(311P) 사이에 쌍으로 부착될 수 있다. 삼각형 프리즘(들)을 형성하는 면은 일 단부에서 부착되어 가장자리(316-E)를 형성하고, 두 면의 다른 가장자리는 면(211P)의 길이 또는 폭으로 서로 이격되어 있고, 평평한 영역은 압력 용기(100)의 원통 부분(102)의 내반경 또는 내경과 합동인 호이다.
어떤 실시 형태에서, 장치 어셈블리는 본 발명에서 설명하는 바와 같은 코어 구조물 내에 어떤 페일-세이프 특징 부분을 포함할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 전형적인 배럴형 압력 용기(600)는 파국적인 상황 중에 파손 없이 200 ∼ 500%로 신장될 수 있는 탄성 재료로 구성되어 있는 페일-세이프 장치 어셈블리를 가질 수 있다. 도 5에 나타나 있는 바와 같은 어떤 실시 형태에서, 단면도(408-S)는, 하나 이상의 구멍(예컨대, 비교적 강하고, 강성적이며 또한 강직한 압력 용기(100) 벽을 뚫을 수 있는 포크리프트(forklift) 블레이드, 파이프, 로드, 탄약 등에 의해 생긴 구멍)을 생성할 수 있는 어떤 균열형을 밀봉할 수 있는 팽창 및 변형 가능한 챔버 벽을 만드는데 사용될 수 있는 부품을 나타낸다. 원통형 장치 어셈블리(200)의 원통형 부분(410)에는, 원통형 장치 어셈블리(200)의 코어 구조물의 어떤 면에 제공되어 있는 오리피스들 중의 하나 이상이 있을 수 있다. 어떤 면(302P, 303P, 304P)은, 어떤 다른 면에 있는 오리피스(501) 보다 훨씬 덜 신장되는 오리피스를 가질 수 있는 다른 면(307P, 308P, 309P)에 있는 다른 오리피스 보다 크게 신장될 수 있는 오리피스(502)를 가질 수 있다. 원통형 장치 어셈블리(200)의 어떤 면에서, 면(302P, 303P 및/또는 304P)은 점감된 두께(503)를 가질 수 있고 그리고/또는 면의 약한 부분이 가장자리(316-E)에 있는 덜 우수한 파괴 강도 설계를 가질 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 도 6의 절개도는 2 종류의 압력 용기(600, 100)를 나타내는데, 한 압력 용기는 외부 용기 벽(603)을 갖는 전형적인 배럴형 압력 용기(600)이고, 다른 압력 용기는 외부 용기 벽(101, 102)을 갖는 전형적인 원통형 압력 용기(100)이다. 양 압력 용기는 페일-세이프 장치 어셈블리(200, 604) 및 그의 외부 벽(201, 607)과 함께 나타나 있다. 배럴형 압력 용기(600)의 5개의 2-D 단면도(601-1, 601-2, 601-3, 601-4 및 601-5)가 있고, 또한 배럴형 압력 용기(600)의 5개의 3-D 도(602-1, 602-2, 602-3, 602-4, 602-5)가 있다. 모두 10개의 도는, 페일-세이프 장치 어셈블리(600)의 코어 구조물의 내부에서 일어날 수 있는 상황(즉, 순차(601-1 ∼ 601-5) 및 코어 구조물의 외부에서 일어날 수 있는 상황(즉, 순차(602-1 ∼ 602-5)의 연속적인 상황 변화를 나타낸다. 상황의 양 순차는 순차 상황 #1로 시작하여 상황 #5로 끝난다. 어떤 실시 형태에서, 제 3 도(606)는 2개의 다른 종류의 압력 용기에 대한 페일-세이프 특징 부분의 유사성을 보여준다. 이 제 3 대상은 3-D 도에 나타나 있는 원통형 장치 어셈블리(200)이다. 이 3-D 도는 원통형 압력 용기(100)의 벽(101, 102)으로 부분적으로 에워싸인 장치 어셈블리를 나타내며, 그 장치 어셈블리는 부분적으로 나타나 있다.
어떤 실시 형태에서, 페일-세이프 장치 어셈블리(200, 600)는 자율적일 수 있다. 예컨대 장치 어셈블리 벽(201, 607)의 파편(605) 및 배럴형 압력 용기(600)의 면(211P)의 크기가 배럴형 또는 원통형 압력 용기(600, 100)의 길이 방향 측벽(207, 602)으로부터 순간적으로 제거되면, 페일-세이프 특징 부분이 실행될 수 있다. 페일-세이프 기능의 일부를 그래픽적으로 보여주는 상황의 순차를 나타내는 5개의 2-D 단면도(601-1, 601-2, 601-3, 601-4, 601-5) 및 5개의 3-D 도(602-1, 602-2, 602-3, 602-4, 602-5)가 있다.
어떤 실시 형태에서, 제 1 순차적 상황(601-1, 602-1)에서, 장치 어셈블리 벽(201, 607)과 배럴형 압력 용기(600)의 일 부분을 포함하는 파편(605)이 있을 수 있다. 이 파편은 장치 어셈블리 벽(201, 607) 및 배럴형 압력 용기(600)로부터 분리되어 있는 것으로 나타나 있다. 이 도는 2-D 도(601-1) 및 3-D 도(602-1)로 나타나 있다. 이 도에는, 장치 어셈블리 벽(201, 607)과 배럴형 압력 용기(600)(페일-세이프 장치 어셈블리(604)를 포함함) 및/또는 원통형 용기(100)(역시 페일-세이프 장치 어셈블리(200)를 포함함)가 포함되어 있다. 파편(605)의 분리로 인해, 삼각형 프리즘(들)에서 큰 면(211P) 크기의 틈 구멍(608)이 남게 된다. 틈 구멍(608)은 배럴형 압력 용기(600)와 원통형 압력 용기(100)의 길이 방향 측면(602, 207)에 있다. 이 틈 구멍(608)은 장치 어셈블리(200, 604)에 의한 자율적인 페일-세이프 반응을 촉발시키고, 그 장치 어셈블리는 과정(609)을 시작하여 틈 구멍(608)을 밀봉시킨다. 파편 분리는 삼각형 프리즘(들)(212)의 내부에 저장되어 있던 가스의 누출로 인해 생기기 쉽다. 2개의 능면체(312정상, 312바닥 )(삼각형 프리즘(들)(212)의 주변에 위치함) 또한 팽창과 수축으로 반응하기 시작한다.
제 2 순차적 상황(601-2, 602-2)에서, 면(309P좌측)에 있는 작은 오리피스(501)는 즉시 질식 유동을 경험할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 이 질식 유동에 의해 다른 면(309우측)이 먼저 틈 구멍(608) 안으로 접힐 수 있다. 장치 어셈블리의 코어 구조물의 초기 변화는 이들 2개의 면(309좌측, 309우측)으로 시작할 수 있다. 두 면(309좌측, 309우측)은 틈 구멍(608)에 가까이 있을 수 있고, 삼각형 프리즘(들)(212)의 내부 및 나머지 장치 어셈블리(200, 600)의 내부에서 생긴 갑작스런 압력 변화에 즉시 반응(즉, 자율적인 반응)할 수 있다.
제 3 순차적 상황(601-3, 602-3)에서, 두 능면체의 가장자리(403-E)는 계속 변형되고 신장되고 팽창하여 틈 구멍(608) 안으로 들어가게 되며, 틈 구멍(608)을 둘러싸는 2개의 면(309P좌측, 309P우측)은 계속 접혀 그 구멍에서 시일을 형성하게 된다.
제 4 순차적 상황(601-4, 602-4)에서, 수직 면(302P, 303P, 304P, 307P, 308P 및/또는 309P)은 사이에 있을 수 있고 2개의 큰 동심 원주형 면(311P)에 부착될 수 있다. 이들 면은 큰 동심 원주형 면(311P)의 양측에서 그의 부착된 가장자리에서 찢어져 떨어지도록 설계될 수 있다. 이는, 부착된 가장자리가 부착 가장자리에 설계된 덜 우수한 파단 강도(덜 약한 부분)를 가질 수 있기 때문이다. 2개의 능면체(312정상, 312바닥)가 반경 방향 외측으로 신장되어 변형되고 압축되어 틈 구멍(608) 안으로 끼어들어감에 따라, 가장자리(316-E)에 부착되어 있는 면(303P)의 약한 부분은 찢어져 분리될 수 있고, 이와 동시에 309P좌측, 309P우측은 계속 틈 구멍 안으로 접혀 그 틈 구멍(608)에서 시일을 형성하게 된다.
제 5 순차적 상황(601-5, 602-5)에서, 면(309P좌측, 309P우측)은 두 능면체(312정상, 312바닥) 사이에서 압축되어 틈 구멍 안으로 접혀 들어가 틈 구멍(608)에서 시일을 형성할 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 배럴형 압력 용기(600)는, 파손 없이 200 ∼ 500%로 신장될 수 있는 탄성 재료로 구성된 페일-세이프 장치 어셈블리(604)를 가질 수 있다. 이 장치 어셈블리의 코어 구조물은, 챔버(312, 212)로도 알려져 있는 능면체(312) 및 삼각형 프리즘(212)을 가질 수 있다. 페일-세이프 장치 어셈블리(604)의 반작용 및 결과는 전술한 바와 다를 수 있고, 압력 용기 벽이 어떻게 파손되는 지에는 상관이 없을 수 있다. 예컨대, 도 7은 다른 방식의 재난으로 붕괴되고 파손되는 외부 압력 용기 벽(603)을 갖는 배럴형 압력 용기(600)를 나타낸다. 압력 용기 파손의 많은 가능한 모드에도 불구하고, 페일-세이프 장치 어셈블리(604)는, 파열 없이 용기에 고압을 수용할 수 있는 팽창 및 변형 가능한 챔버를 만들 수 있다. 이 장치 어셈블리는, 압력 용기의 파손시 파열 없이 고압 및 폭발성 제품을 수용할 수 있는 분출 충격 흡수 버퍼(701)의 형태를 갖는 팽창 가능한 충격 흡수 챔버(701)로 변형될 수 있고/있거나 그러한 충격 흡수 챔버를 생성시킬 수 있다.
어떤 실시 형태에서, 페일-세이프 장치 어셈블리(604)는 내부 기폭 및 폭발을 수용할 수 있다. 상기 장치 어셈블리의 코어 구조물은, 챔버(312, 212)로도 알려져 있는 능면체(312) 및 삼각형 프리즘(212)을 가질 수 있고, 챔버들은 이 챔버(들) 중의 하나에서 일어날 수 있는 내부 기폭을 수용할 수 있다. 내부 기폭으로 발생될 수 있는 내부 압력은 도 8에 나타나 있는 바와 같은 팽창 가능한 충격 흡수 챔버를 생기게 할 수 있다. 어떤 실시 형태에서, 단면도(801)는, 단일 챔버의 원래의 폭과 길이를 넘어 모든 방향으로 팽창할 수 있는 충격 흡수 팽창가능 챔버를 나타낸다. 어떤 실시 형태에서, 상기 챔버는 그런 다음 챔버 벽(212)의 파손 없이 원래의 형상으로 복귀할 수 있다.

Claims (26)

  1. 휘발성 물질용 페일-세이프(fail-safe) 용기로서,
    공동부를 형성하는 용기 벽; 및
    상기 공동부 내부에 배치되고 복수의 부분 공동부를 형성하는 복수의 가요성 배리어(barrier)를 포함하고,
    상기 복수의 가요성 배리어는 파국적인 상황 중에 변형되어 상기 용기의 파손을 방지하고,
    상기 복수의 부분 공동부는 제1 복수의 내부 부분 공동부 및 상기 제1 복수의 내부 부분 공동부와 상기 용기 사이에 위치된 제2 복수의 내부 부분 공동부를 포함하는, 페일-세이프 용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파국적인 상황은 충돌, 과압 상황, 기폭, 충격 또는 휘발성 물질의 점화 중의 적어도 하나를 포함하는, 페일-세이프 용기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 적어도 하나는 유체를 수용하는, 페일-세이프 용기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 적어도 하나의 삼각형 프리즘을 포함하는, 페일-세이프 용기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 적어도 하나의 능면체(rhombohedron)를 포함하는, 페일-세이프 용기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 파국적인 상황 중에 탄성적으로 변형되는, 페일-세이프 용기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 파국적인 상황 중에 파손 없이 소성적으로 변형되는, 페일-세이프 용기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 가요성 배리어 중의 적어도 하나는 하나 이상의 오리피스를 포함하고 있어, 정상적인 작동 중에 서로 인접한 부분 공동부 사이에 유체 유동이 가능하고 또한 파국적인 상황 중에는 상기 부분 공동부 사이의 유체 유동이 제한되어 복수의 가요성 배리어 중의 적어도 하나의 파손이 방지되는, 페일-세이프 용기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    유체를 상기 복수의 부분 공동부에 또한 그로부터 전달하기 위해 적어도 하나의 길이 방향 통로를 더 포함하는, 페일-세이프 용기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 배리어는 파손 없이 적어도 200%로 신장될 수 있는 재료를 포함하는, 페일-세이프 용기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 배리어는 파손 없이 적어도 300%로 신장될 수 있는 재료를 포함하는, 페일-세이프 용기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성 배리어는 파손 없이 적어도 400%로 신장될 수 있는 재료를 포함하는, 페일-세이프 용기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부는 휘발성 물질을 담기 위한 적어도 하나의 내부 공동부를 둘러싸는, 페일-세이프 용기.
  14. 페일-세이프 용기 인서트로서,
    용기의 공동부 내부에 배치되고, 상기 공동부 내부에 배치되면 복수의 부분 공동부를 형성하도록 되어 있는 복수의 가요성 배리어를 포함하고,
    상기 복수의 가요성 배리어는 파국적인 상황 중에 변형되어 용기의 파손을 방지하고,
    상기 복수의 부분 공동부는 제1 복수의 내부 부분 공동부 및 상기 제1 복수의 내부 부분 공동부와 상기 용기 사이에 위치된 제2 복수의 내부 부분 공동부를 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 파국적인 상황은 충돌, 과압 상황, 기폭, 충격 또는 휘발성 물질의 점화 중의 적어도 하나를 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 적어도 하나는 유체를 수용하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 삼각형 프리즘을 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 적어도 하나의 능면체(rhombohedron)를 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 파국적인 상황 중에 탄성적으로 변형되는, 페일-세이프 용기 인서트.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부 중의 하나 이상은 파국적인 상황 중에 파손 없이 소성적으로 변형되는, 페일-세이프 용기 인서트.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 가요성 배리어 중의 적어도 하나는 하나 이상의 오리피스를 포함하고 있어, 정상적인 작동 중에 서로 인접한 부분 공동부 사이에 유체 유동이 가능하고 또한 파국적인 상황 중에는 상기 부분 공동부 사이의 유체 유동이 제한되어 복수의 가요성 배리어 중의 적어도 하나의 파손이 방지되는, 페일-세이프 용기 인서트.
  22. 제 14 항에 있어서,
    유체를 상기 복수의 부분 공동부에 또한 그로부터 전달하기 위해 적어도 하나의 길이 방향 통로를 더 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 가요성 배리어는 파손 없이 적어도 200%로 신장될 수 있는 재료를 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 가요성 배리어는 파손 없이 적어도 300%로 신장될 수 있는 재료를 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  25. 제 14 항에 있어서,
    상기 가요성 배리어는 파손 없이 적어도 400%로 신장될 수 있는 재료를 포함하는, 페일-세이프 용기 인서트.
  26. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 부분 공동부는 휘발성 물질을 담기 위한 적어도 하나의 내부 공동부를 둘러싸는, 페일-세이프 용기 인서트.
KR1020177013807A 2014-10-24 2015-08-04 휘발성 유체를 담기 위한 페일-세이프 격납 장치 KR101790936B1 (ko)

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