JP6127147B2 - Ｘビーム構造物を有する圧力タンク - Google Patents

Description

本発明は、圧力タンクに関し、より詳細には、角形の圧力タンクの内部にＸビームの格子構造とそれに関する補強部材を備えて高圧ガスによる圧力に耐えることができ、角形に製造されて空間効率と材料消費率を高めることができるビーム格子構造を有する圧力タンクに関する。

高圧の流体を収容するために様々な形状の圧力タンクが開発されており、現在も活発に研究が行われて多くの特許が出願されている。

図１は従来の圧力タンクを図示化したものであり、図１の（ａ）は球形の圧力タンクであり、図１の（ｂ）は円筒形の圧力タンクであり、図１の（ｃ）はロブ形の圧力タンクであり、図１の（ｄ）はセルラー形の圧力タンクである。

タンクの効率は、容積効率と材料消費率をもって判断することができる。

前記［数１］は、容積効率を求めるための数学式である。ここで、前記εは、容積効率を示し、前記Ｖ_tankは、タンクの容積を示し、前記Ｖ_prismは、理想的な直方体形のタンクが有する容積を示す。

前記εの値が高いほどタンクが占める容積が大きくなり、より効率的になる。

前記［数２］は、材料消費率を求めるための数学式である。ここで、前記ηは、材料消費率を示し、前記Ｖ_materialは、タンクの製造に消費する材料が占める物質の容積を示し、前記Ｖ_storedは、タンクに充填された流体の量を示す。

前記ηの値が低いほど同じ容積のタンクを構成する物質の量が少ないため、タンクがより効率的である。

前記表１は従来のタンクの容積効率と材料消費率を示す表である。

前記表１から分かるように、容積効率は、セルラー形タンクが最も効率的であり、材料消費率は、円筒形タンク、ロブ形タンク、及びセルラー形タンクが類似の値を有する。

しかし、前記ロブ形タンクは、円形のタンクを交差して製造するため、製造が困難であり、交差点に応力が集中して破損する可能性があり、外壁を二重壁に形成することに問題点があった。

前記セルラー形タンクは、容積効率が他の形態のタンクとほとんど同様であり、大容量のタンクを製造するに際しプレートの厚さを増加させる必要がなくて効率的であるが、製造の際に形態が複雑で困難があり、折り曲げ部に応力が集中して破損の虞があった。

また、前記セルラー形タンクの外壁を二重壁に形成する際に、設計上の困難があるという問題点があった。

韓国公開特許２００３‐００５０３１４号

本発明は、前記のような問題点を解消するためのものである。より詳細には、角形の圧力タンクを提供しようとするものであり、いかなる次元にサイズを延長することができ、流体の高い圧力及び温度変化に耐えることができる圧力タンクを提供することを目的とする。

また、高い容積効率を有する圧力タンクを提供し、圧力タンク内部の流体が漏れることを防止することができる圧力タンクを提供することを目的とする。

また、流体によるスロッシング現象を減少させることができ、タンク壁に加えられる力を分散することができる圧力タンクを提供することを目的とする。

本発明の圧力タンクは、内部に高圧の流体が収容される角形のタンク本体（２００）と、前記タンク本体（２００）の内部に設けられ、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ延びる複数個のＸ字状ビームが格子状に形成されたＸビーム構造物（１００）と、を含む圧力タンクであって、前記複数個のＸ字状ビームは、それぞれ、前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び前記Ｚ軸方向のいずれかに沿った互いに直交する２つのアームを含むＸ字状の断面を有し、前記Ｘビーム構造物（１００）は、前記複数個のＸ字状ビームのうち前記Ｘ軸方向に延びるＸ軸ビームと前記Ｙ軸方向に延びるＹ軸ビームと前記Ｚ軸方向に延びるＺ軸ビームとが接する複数個の交差部（１３０）を含み、前記複数個の交差部（１３０）は、それぞれ、前記Ｘ軸ビーム、前記Ｙ軸ビーム及び前記Ｚ軸ビームのうちの１つが連続して形成されたメイン軸（１１０）に、前記Ｘ軸ビーム、前記Ｙ軸ビーム及び前記Ｚ軸ビームのうちの前記メイン軸（１１０）以外のビームである複数のサブ軸（１２０）の端部が結合かつ溶接されたものであり、前記複数のサブ軸（１２０）の前記端部は、それぞれ、前記２つのアームの一方が、当該アームと直交する方向から見て三角形状の、前記メイン軸（１１０）に結合する方向に突出する突出部（１２１）を有し、前記突出部（１２１）の中央に、前記メイン軸（１１０）の前記２つのアームの一方が挿入されるスリット状の挿入部（１２２）が形成されており、前記２つのアームの他方が、前記突出部（１２１）及び前記挿入部（１２２）を有さず、当該アームと直交する方向から見て前記メイン軸（１１０）の延在方向に沿った直線状の端面を有し、前記突出部（１２１）の前記挿入部（１２２）を挟む２つの傾斜部の端面、前記挿入部（１２２）の前記メイン軸（１１０）の一方のアームと接触する端面、及び、前記他方のアームの前記端面が、それぞれ、先細りの断面形状を有し、前記複数の交差部（１３０）は、それぞれ、互いに隣接する前記サブ軸（１２０）の前記突出部（１２１）の前記端面間、各サブ軸（１２０）の前記挿入部（１２２）の前記端面と前記メイン軸（１１０）の一方のアームとの間、及び、各サブ軸（１２０）の前記他方のアームの前記端面と前記メイン軸（１１０）の一方のアームの端面との間が、それぞれ、前記先細りの断面形状によって形成された溝を介して、溶接されており、前記タンク本体（２００）のタンク壁（２１０）に、前記Ｘ字状の断面と同じ形状のビーム構造物ホール（２１１）が穿孔されており、前記ビーム構造物ホール（２１１）に前記Ｘ字状ビームの一端が挿入されて前記タンク本体（２００）の外側に突出し、前記タンク壁（２１０）の外周面に、格子状の補強部材（２２０）が設けられ、前記補強部材（２２０）と前記Ｘ字状ビームの前記一端とが溶接されていることを特徴とする。

また、複数の前記Ｘ軸ビームが同一平面上に等間隔に配置され、複数の前記Ｙ軸ビームが同一平面上に等間隔に配置され、複数の前記Ｚ軸ビームが同一平面上に等間隔に配置されていることを特徴とする。

また、前記交差部（１３０）の先端部面にブラケット１４１、１４２が溶接されていることを特徴とする。

また、前記Ｘビーム構造物（１００）は、前記タンク本体（２００）の一側壁から対向する他側壁に至り、規則的に直交配列されていることを特徴とする。

また、前記タンク壁（２１０）から前記タンク壁（２１０）に隣接した前記交差部（１３０）までの距離と、前記交差部（１３０）間の距離とが、互いに相違することを特徴とする。

本発明のＸビーム構造物を有する圧力タンクは、角形の圧力タンクを提供するためのものである。すなわち、外形が角形に形成されて、圧力タンクのいかなる次元にサイズを延長することができ、流体の高い圧力及び温度変化に耐えることができる。

また、高い容積効率を有するタンク、すなわち圧力タンクが角形に製造されて、周辺空間を効率的に使用することができる。

また、圧力タンクの内部に格子状のＸビーム構造物を設置し、この構造物を格子状に配置して、流体によるスロッシング現象を減少させることができ、タンク壁に加えられる力を分散させることができる。

また、Ｘビーム構造物は、断面が十字状に製造されて曲げ強さに優れることから、Ｘビーム構造物が簡単に破損することを防ぐことができる。

従来の圧力タンクの概略図である。 本発明の一実施例によるＸビーム構造物の格子配置図である。 本発明の一実施例による交差部の斜視図である。 本発明の一実施例による交差部の分解図である。 本発明の一実施例による交差部の溶接された状態を示す部分斜視図である。 本発明の一実施例によるＸビーム構造物の製造方法を示す斜視図である。 本発明の他の一実施例によるＸビーム構造物の基本部分斜視図である。 本発明の他の一実施例によるＸビーム構造物と接する補強ブラケットの部分断面図である。 本発明の一実施例による船舶に設置される圧力タンクの断面図である。 本発明の一実施例によるＸビーム構造物とタンク壁の結合方法を示す部分斜視図である。 本発明の一実施例によるＸビーム構造物とタンク壁の結合方法を示す部分後斜視図である。

以下、本発明の技術的思想について添付の図面を参照してより具体的に説明する。

しかし、添付の図面は、本発明の技術的思想をより具体的に説明するために示す一例に過ぎず、本発明の技術的思想は添付の図面の形態に限定されるものではない。

図２と図３を参照して、本発明の一実施例によるＸビーム構造物１００の全体的な形態と構成について説明する。

Ｘビーム構造物１００は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に延び、格子状に形成される複数個のビームと、Ｘ軸ビーム、Ｙ軸ビーム、及びＺ軸ビームが接する複数個の交差部１３０と、を含み、各ビームの断面が直角のＸ字形である。

上述の直角のＸ字形は、十字状に製造され、二つの平面が接してなす角が９０゜のものを意味し、以下でＸ字形と記述されるものはすべてこのような形状を意味する。また、Ｘ軸とＹ軸が直交し、Ｚ軸はＸ軸とＹ軸に直交する。

Ｘ軸ビームは、同一平面上に位置する隣接したＸ軸ビームと同じ距離だけ離隔して位置し、Ｙ軸ビームは、同一平面上に位置する隣接したＹ軸ビームと同じ距離だけ離隔して位置し、Ｚ軸ビームは、同一平面上に位置する隣接したＺ軸ビームと同じ距離だけ離隔して位置する。

より詳細には、Ｘ軸ビームは、Ｘ‐Ｙ平面またはＸ‐Ｚ平面上に位置する隣接したＸ軸ビームとそれぞれ同じ距離だけ離隔して位置し、Ｙ軸ビームは、Ｘ‐Ｙ平面またはＹ‐Ｚ平面上に位置する隣接したＹ軸ビームとそれぞれ同じ距離だけ離隔して位置し、Ｚ軸ビームは、Ｘ‐Ｚ平面またはＹ‐Ｚ平面上に位置する隣接したＺ軸ビームとそれぞれ同じ距離だけ離隔して位置する。

図４と図５を参照して、本発明の交差部１３０について詳細に説明する。

前記Ｘビーム構造物１００は、断面がＸ字形に製造されることから、ビームが接する交差部１３０で、ビームとビームを結合することに問題点があった。かかる問題点を解消するために、本発明では、交差部１３０で連続して形成されるメイン軸１１０にサブ軸１２０の端部が結合して溶接される。

より詳細には、前記サブ軸１２０は、軸方向の端部に「＜」状の突出部１２１が形成され、前記突出部１２１の中央部に前記メイン軸１１０が挿入される挿入部１２２が形成される。

すなわち、前記交差部１３０は、前記メイン軸１１０に４個のサブ軸１２０が挿入されて形成される場合、前記サブ軸１２０の挿入部１２２が前記メイン軸１１０に挿入されて、前記挿入部１２２を前記メイン軸１１０に溶接し、前記突出部１２１が隣接した突出部１２１と溶接により固定される。

この際、前記突出部１２１と前記挿入部１２２は、内側方向から外側方向に向かって断面積が小さくなり、溶接可能な溝が形成されて溶接を容易に行うことができる。

前記Ｘビーム構造物１００は、交差部１３０から隣接する交差部１３０までの距離をＡとした場合、前記メイン軸１１０の長さは２Ａまたは３Ａになることができ、前記サブ軸１２０はＡ、２Ａ、３Ａのいずれか一つの長さに製造されることができる。

また、前記メイン軸１１０と前記サブ軸１２０は、最外側に位置する軸以外は、両側に突出部１２１が形成されており、最外側に位置する軸は一側にのみ突出部１２１が形成されている。

前記メイン軸１１０は、Ｘビーム構造物１００において、Ｘ軸ビーム、Ｙ軸ビーム、Ｚ軸ビームのいずれか一つのビームになることができる。

すなわち、前記メイン軸１１０がＸ軸ビームである場合、Ｙ軸ビームとＺ軸ビームは、Ｘ軸ビームに端部が結合・溶接されるサブ軸１２０となり、前記メイン軸１１０がＹ軸ビームである場合、Ｘ軸ビームとＺ軸ビームは、Ｙ軸ビームに端部が結合・溶接されるサブ軸１２０となり、前記メイン軸１１０がＺ軸ビームである場合、Ｘ軸ビームとＹ軸ビームは、Ｚ軸ビームに端部が結合・溶接されるサブ軸１２０となる。

図６を参照して、本発明のＸビーム構造物１００の製造方法について説明する。

また、前記Ｘビーム構造物１００を製造するに際し、一平面の構造物を製造して、サブ軸１２０を交差部１３０に溶接して製造し、乾燥させた後、積層して製造することができる。

したがって、前記Ｘビーム構造物１００を一度に製造することなく、単位構造物を製造し、乾燥させた後、積層して製造することで、単位構造物を様々なところで製造して製造時間を短縮することができる。

図７及び図８を参照して、ブラケット１４１をさらに含むＸビーム構造物１００について説明する。

交差部１３０は、溶接されて結合される部分であるため、他の部分に比べて強さに劣る。したがって、前記交差部１３０を補強できる前記交差部１３０にブラケット１４１を溶接して、前記交差部１３０の強さを高めることができる。

交差部１３０は、Ｘ軸ビームのＸ軸と平行する先端部面とＹ軸ビームのＹ軸と平行する先端部面とが直交する部分、Ｙ軸ビームのＹ軸と平行する先端部面とＺ軸ビームのＺ軸と平行する先端部面とが直交する部分、及びＸ軸ビームのＸ軸と平行する先端部面とＺ軸ビームのＺ軸と平行する先端部面とが直交する部分にブラケット１４１が形成される。

図８の（ｂ）に示されたように、ブラケット１４１が補強のためにその長さが延長される場合、ブラケット１４２のように中央にホールが形成されている長方形の板状に製造されて、各軸の先端部に溶接されることもできる（図８の（ｂ）参照）。

図７〜図１１を参照して、本発明の一実施例によるＸビーム構造物１００を備えた圧力タンクについて詳細に説明する。

前記圧力タンクは、角形に製造され、前記Ｘビーム構造物１００が内部に位置して、それぞれのタンク壁２１０の面に接触することを特徴とする。

上述の角形とは、六面体に限定されるものではなく、角を有している様々な形状の圧力タンクを含む。

前記Ｘビーム構造物１００は、前記タンク本体２００の内部に位置し、前記タンク本体２００の一側壁から対向する他側壁に至り、規則的に直交配列される。

前記タンク本体２００のタンク壁２１０は、前記Ｘビーム構造物１００が接するところに、前記Ｘビーム構造物１００の断面と同じ形状にビーム構造物ホール２１１が穿孔される。また、前記ビーム構造物１００に前記ビーム構造物１００が挿入されて前記ビーム構造物の一部が外側に突出する。

また、前記タンク壁２１０の強さを高めるために、前記タンク壁２１０の外周面に格子状の補強部材２２０が位置する。

この際、前記Ｘビーム構造物１００の外側に突出した部分が前記補強部材２２０に溶接されて固定される。

前記タンク壁２１０に接触する部分から前記タンク壁２１０に隣接した交差部１３０までの距離と、交差部１３０間の距離とが、互いに相違することを特徴とする。

したがって、本発明のＸビーム構造物１００及びこれを有する圧力タンクは、角形の圧力タンクを提供するためのものである。すなわち、外形が角形に形成されて、圧力タンクのいかなる次元にサイズを延長することができ、流体の高い圧力及び温度変化に耐えることができる。

また、高い容積効率を有するタンク、すなわち圧力タンクが角形に製造されて、周辺空間を効率的に使用することができる。

また、圧力タンクの内部に格子状のＸビーム構造物１００を設置し、流体によるスロッシング現象を減少させることができ、タンク壁２１０に加えられる力を分散させることができる。

また、Ｘビーム構造物１００は、断面が十字状に製造されて曲げ強さに優れることから、Ｘビーム構造物１００が簡単に破損することを防ぐことができる。

１００ Ｘビーム構造物
１１０ メイン軸
１２０ サブ軸
１２１ 突出部
１２２ 挿入部
１３０ 交差部
１４１、１４２ ブラケット
２００ タンク本体
２１０ タンク壁
２１１ ビーム構造物ホール
２２０ 補強部材

Claims (5)

1. 内部に高圧の流体が収容される角形のタンク本体（２００）と、
   前記タンク本体（２００）の内部に設けられ、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ延びる複数個のＸ字状ビームが格子状に形成されたＸビーム構造物（１００）と、を含む圧力タンクであって、
   前記複数個のＸ字状ビームは、それぞれ、前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向及び前記Ｚ軸方向のいずれかに沿った互いに直交する２つのアームを含むＸ字状の断面を有し、
   前記Ｘビーム構造物（１００）は、前記複数個のＸ字状ビームのうち前記Ｘ軸方向に延びるＸ軸ビームと前記Ｙ軸方向に延びるＹ軸ビームと前記Ｚ軸方向に延びるＺ軸ビームとが接する複数個の交差部（１３０）を含み、
   前記複数個の交差部（１３０）は、それぞれ、前記Ｘ軸ビーム、前記Ｙ軸ビーム及び前記Ｚ軸ビームのうちの１つが連続して形成されたメイン軸（１１０）に、前記Ｘ軸ビーム、前記Ｙ軸ビーム及び前記Ｚ軸ビームのうちの前記メイン軸（１１０）以外のビームである複数のサブ軸（１２０）の端部が結合かつ溶接されたものであり、
   前記複数のサブ軸（１２０）の前記端部は、それぞれ、
   前記２つのアームの一方が、当該アームと直交する方向から見て三角形状の、前記メイン軸（１１０）に結合する方向に突出する突出部（１２１）を有し、前記突出部（１２１）の中央に、前記メイン軸（１１０）の前記２つのアームの一方が挿入されるスリット状の挿入部（１２２）が形成されており、
   前記２つのアームの他方が、前記突出部（１２１）及び前記挿入部（１２２）を有さず、当該アームと直交する方向から見て前記メイン軸（１１０）の延在方向に沿った直線状の端面を有し、
   前記突出部（１２１）の前記挿入部（１２２）を挟む２つの傾斜部の端面、前記挿入部（１２２）の前記メイン軸（１１０）の一方のアームと接触する端面、及び、前記他方のアームの前記端面が、それぞれ、先細りの断面形状を有し、
   前記複数の交差部（１３０）は、それぞれ、互いに隣接する前記サブ軸（１２０）の前記突出部（１２１）の前記端面間、各サブ軸（１２０）の前記挿入部（１２２）の前記端面と前記メイン軸（１１０）の一方のアームとの間、及び、各サブ軸（１２０）の前記他方のアームの前記端面と前記メイン軸（１１０）の一方のアームの端面との間が、それぞれ、前記先細りの断面形状によって形成された溝を介して、溶接されており、
   前記タンク本体（２００）のタンク壁（２１０）に、前記Ｘ字状の断面と同じ形状のビーム構造物ホール（２１１）が穿孔されており、前記ビーム構造物ホール（２１１）に前記Ｘ字状ビームの一端が挿入されて前記タンク本体（２００）の外側に突出し、
   前記タンク壁（２１０）の外周面に、格子状の補強部材（２２０）が設けられ、前記補強部材（２２０）と前記Ｘ字状ビームの前記一端とが溶接されていることを特徴とする、圧力タンク。
2. 複数の前記Ｘ軸ビームが同一平面上に等間隔に配置され、
   複数の前記Ｙ軸ビームが同一平面上に等間隔に配置され、
   複数の前記Ｚ軸ビームが同一平面上に等間隔に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧力タンク。
3. 前記交差部（１３０）の先端部面にブラケット１４１、１４２が溶接されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧力タンク。
4. 前記Ｘビーム構造物（１００）は、前記タンク本体（２００）の一側壁から対向する他側壁に至り、規則的に直交配列されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力タンク。
5. 前記タンク壁（２１０）から前記タンク壁（２１０）に隣接した前記交差部（１３０）までの距離と、前記交差部（１３０）間の距離とが、互いに相違することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力タンク。