三维壳结构体、具备其的压力容器及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于储存和保管流体的压力容器(pressurevessel)及利用于该压力容器的三维壳结构体。

背景技术：

通常，压力容器(pressurevessel)用于在内部储存和保管高压的流体。例如，对于诸如液体氧和氮的流体，工业气罐是承受120atm气压的压力的压力容器；对于原子能发电站的原子反应堆，工业气罐是保管315℃，160atm气压的水的压力容器，其最终生产转动发电用涡轮机的蒸汽。以往的压力容器形态通常被制作为圆柱形(cylinder)或球形(sphere)，以在具有较低的重量的同时能够承受高压。图1示出以往的通常的压力容器的圆柱形(cylinder)或球形(sphere)壳(shell)形状与当压力容器中的内部压力p起作用时在壳壁上产生的最大主应力之间的关系。

然而，以往的圆柱形(cylinder)或球形(sphere)壳形状的压力容器1'具有以下几个问题。即，为了保管大量的高压的流体，需要使用由具有相应厚度的壳制成的容器，因此，当发生裂纹时，存在导致致命的爆炸事故的倾向。此外，外形局限于圆柱形(cylinder)或球形(sphere)壳(shell)形状，从而不利于固定在特定位置且占用较多的空间。此外，除了如同原子反应堆在内部直接产生热的情况外，构成压力容器1'的壳(shell)的与外气接触的表面局限于壳外廓面，且其比表面较少，致使向壳(shell)内外的传热特性较差，因而不利于根据压力容器1'的用途来加热或冷却压力容器1'内的流体。

另一方面，1865年，德国的数学家h.a.schwarz发表了一种在三维空间上不自行交叉而周期性地重复的曲面结构体，尤其平均曲率(meancurverture)为零(zero)的tpms(triplyperiodicminimalsurface：三周期极小曲面)。(gesammeltemathematischeabhandlungen，springer)。在这种情况下，所述平均曲率(meancurverture)指在三维面的一点相互垂直的两个方向的最大曲率和最小曲率的平均值，其表示三维面的弯曲程度。在1960年代，a.schoen对此进行整理，并增加了几种新的tpms(s.hyde等人，thelanguageofshape(形状的语言)，elsevier(爱思唯尔)，1997年，isbn:978-0-444-81538-5)。这样的tpms存在多种形态，其中，如图2所示，在化学和生物领域中最具代表性地引用p、d及g表面。在自然界中，在水-乳化剂混合物、细胞薄膜、海胆表皮板、硅酸盐中间相等中发现tpms，其中，大部分tpms以分离两个相(phase)的界面的形态存在，而不以轻质多孔结构体的形态被人发现。

进一步地，上述平均曲率(zeromeancurverture)为零的tpms将空间分为分别连续的两个子空间(subvolume)，而两个子空间的体积比为1:1，即相同。在体积比不同的情况下，也可以定义划分两个子空间的平均曲率均一(constant)的最小表面积(minimalsurface)的曲面，该曲面亦称tpms(参考文献：m.maldovan和e.l.thomas，“periodicmaterialsandinterferencelithography(周期材料和干涉光刻)，2009wiley-vchverlaggmbh&co.kgaa，isbn:978-3-527-31999-2)。

所述tpms形态的曲面形成界面并划分空间而定义的两个子空间(subvolume)分别以连续且相互扭缠的形态存在。据知，倘若将壳(shell)结构体形成为tpms形态，则在界面的任何位置均具有均一的平均曲率，从而，当外部荷重施加作用时，应力不会集中于某一部分，因而不会发生初期局部屈曲现象，且具有相对于重量的高强度(s.c.kapfer，s.t.hyde，k.mecke，c.h.arns，g.e.schroder-turk，minimalsurfacescaffolddesignsfortissueengineering(组织工程的最小表面支架设计)，biomaterials(生物材料)32(2011)6875-6882)。此外，被柔和的曲面包围的各子空间具有较宽的表面积，并且，当内部有流体流动时，渗透性(permeability)较高。因此，存在于两个子空间的边界的薄膜用作两个子空间之间的传热传质接口(heatandmasstransferinterface)的可能性较高。

近来，曾提出作为制造tpms形态的薄膜结构体的实用的工艺的两种值得关注的方法。kijukang等人曾报道可以应用韩国专利第1341216号中提出的基于光刻制造薄膜的多面结构的方法来制造为类似于图2所图示的p表面的形态。此外，kijukang等人曾在韩国专利第1699943中提出基于金属丝织造结构体的具有p表面及d表面的形态的薄膜结构体的制造技术。此外，kijukang等人曾在韩国公开专利第10-2018-0029454号中提出基于有规律地排列的多个圆珠制造具有p表面、f-rd表面、以及iw-p表面的形态的薄膜结构体的制造技术。

本发明人着眼于在被界面划分为两个子空间的壳(shell)结构体，尤其tpms形态的壳结构体的情况下因具有均一的平均曲率而可以承受较高的内部压力的事实，预想当将这样的壳体结构体采用为压力容器时有望改善上述以往的圆柱形(cylinder)或球形(sphere)壳形状的压力容器中存在的各种问题，从而进行了本发明的研究。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的在于，提供一种相对于重量的储存体积大，同时具有优秀的耐压特性，并具有优秀的比表面积、流体渗透性及传热特性，且能够分割内部空间而按用途进行分离利用，且容器外观的设计自由度优秀的压力容器及其制造方法。

技术方案

为了解决上述课题，本发明人关注内部可以被界面分离划分为相互扭缠的形态的两个子空间(subvolume)且具有每个子空间连续的形态的壳(shell)结构体的几何结构，提出将两个子空间用作高压流体的储存空间或用于容纳或移动热交换介质的空间的方案，并确认到当这样的壳结构体尤其形成为tpms时能够实现相对于重量的储存体积大的同时，具有优秀的耐压特性、比表面积、流体渗透性及传热特性的压力容器，并进行了本发明的研究。基于对上述待解决课题的识别和见解的本发明的要旨如下。

(1)一种压力容器用三维壳结构体，其内部被界面分离划分为包括相互扭缠的形态的第一子空间及第二子空间的两个子空间，所述压力容器用三维壳结构体的特征在于，所述两个子空间中的至少一个被设置为用于容纳流体的储存空间，且被设置为所述储存空间的子空间的露出于外部的部分中除了用于所述流体的引入及排出的部分外的部分被屏蔽板密封。

(2)根据上述(1)所述的压力容器用三维壳结构体，其特征在于，所述界面为三周期极小曲面(tpms；triplyperiodicminimalsurface)。

(3)根据上述(1)所述的压力容器用三维壳结构体，其特征在于，除了所述储存空间外的其他子空间被设置为用于热交换介质的容纳或移动的空间。

(4)根据上述(1)所述的压力容器用三维壳结构体，其特征在于，所述屏蔽板具有平面或曲面轮廓。

(5)根据上述(4)所述的压力容器用三维壳结构体，其特征在于，所述屏蔽板向所述储存空间外部方向凸出或向所述储存空间内部方向凹陷。

(6)一种压力容器，包括：根据上述(1)至(5)中任一个所述的三维壳结构体；以及入口及出口，其与所述储存空间连通而提供流体的引入及排出通道。

(7)一种压力容器的制造方法，所述压力容器由内部被界面分离划分为包括相互扭缠的形态的第一子空间及第二子空间的两个子空间的壳结构体形成，且具有所述第一子空间及第二子空间中的某一个被设置为用于容纳流体的储存空间的结构，所述压力容器的制造方法的特征在于，包括：(a)制作所述第一子空间和或第二子空间中的某一个填充有模板材料的形态的模板的步骤；(b)在所述模板的整体表面形成第一涂膜的步骤；以及(c)去除所述第一涂膜的一部分，以使模板材料露出后去除所述模板材料的步骤，所述第一涂膜形成所述界面与所述壳结构体的外廓面。

(8)根据上述(7)所述的压力容器的制造方法，所述(a)步骤还包括：在露出的模板材料连接出入口形成用杆件的步骤，在所述(b)步骤，在所述模板材料及出入口形成用杆件的露出的表面整体形成第一涂膜，在所述(c)步骤，去除第一涂膜的一部分，以使杆件露出后依次去除所述杆件和模板材料，由此去除所述杆件的区域形成用于流体的引入及排出的入口及出口。

(9)一种压力容器的制造方法，所述压力容器由内部被界面分离划分为包括相互扭缠的形态的第一子空间及第二子空间的两个子空间的壳结构体形成，且具有所述第一子空间及第二子空间均被设置为用于容纳流体的储存空间的结构，所述压力容器的制造方法的特征在于，(a)制作所述第一子空间或第二子空间中的某一个填充有第一模板材料的形态的模板的步骤；(b)在所述模板的整体表面形成第一涂膜的步骤；(c)在所述第一子空间或第二子空间中的剩余空的空间填充第二模板材料的步骤；(d)在以使所述第一涂膜的截面露出的方式磨削所述模板的整体外廓面之后，形成第二涂膜的步骤；以及(e)去除所述第二涂膜的一部分，以使所述第一模板材料及第二模板材料露出后去除所述第一模板材料及第二模板材料的步骤，所述第一涂膜形成所述界面，所述第二涂膜形成所述壳结构体的外廓面，在所述(d)步骤，第一涂膜的端部侧与第二涂膜的面接触而结合。

(10)根据上述(9)所述的压力容器的制造方法，其特征在于，所述(d)步骤包括：(d-1)以使所述第一涂膜的截面、第一模板材料及第二模板材料露出的方式磨削所述模板的整体外廓面的步骤；(d-2)在露出的所述第一模板材料及第二模板材料中的每一个连接出入口形成用杆件的步骤；以及(d-3)在所述杆件及所述模板的露出的外廓面形成第二涂膜的步骤，所述(e)步骤以在去除所述第二涂膜的一部分以使所述杆件露出后依次去除所述杆件、第一模板材料及第二模板材料的方式执行，去除所述杆件的区域形成用于流体的引入及排出的入口及出口。

(11)一种压力容器的制造方法，所述压力容器由内部被界面分离划分为包括相互扭缠的形态的第一子空间及第二子空间的两个子空间的壳结构体形成，且具有所述第一子空间及第二子空间中的至少一个被设置为用于容纳流体的储存空间的结构，所述压力容器的制造方法的特征在于，分割加工并相互结合多个对应于所述界面及所述壳结构体的外廓面的面元素来制造所述压力容器。

发明的效果

根据本发明的压力容器，一方面将壳(shell)结构体构成为压力容器本体，所述壳结构体的内部被界面分离划分为相互扭缠的形态的两个子空间(subvolume)，且每个子空间具有连续的形态，另一方面将两个子空间独立地用作高压流体的储存空间或用于容纳或移动热交换介质的空间，使得壁厚较薄且相对于重量的储存体积较大的同时，具有优秀的耐压特性，与此同时，具有优秀的比表面积、流体渗透性及传热特性。此外，当将所述界面构成为tpms时，在高压容器的稳定性方面尤其有利。此外，由于可以与容器外观形状无关地通过诸如tpms的壳结构体的几何结构或内部空间的分离利用来满足或改善对压力容器所要求的特性，因而可以显著缓和对容器外观的设计限制或用于设置的场所限制。此外，由于可以自由地设计容器形状，因而可以大大改善与容器形状相关的功能性或外观特性。例如，可以根据人体的佩戴位置来制造诸如潜水员用气罐的移动式压力容器，以改善便携性和佩戴性，并且，汽车用氢罐或天然气罐也可以被制作为代替一般的圆柱形能够使设置空间最小化的多样的形态。

附图说明

图1是现有技术的压力容器的结构图。

图2是tpms(triplyperiodicminimalsurface：三周期极小曲面)的示例的结构图。

图3是关于本发明的实施例的压力容器用tpms壳结构体中两个子空间的分离识别的示意图。

图4是关于图3的(a)的p表面壳结构体中子空间的分离识别的另一示意图。

图5是对图3的(a)的p表面壳结构体的结构的结构解析结果图。

图6至图11是由本发明的实施例的壳结构体构成的压力容器的结构图。

图12是本发明的实施例的压力容器的制造工艺图。

图13是图12的变形实施例的压力容器的制造工艺图。

图14是本发明的另一实施例的压力容器的制造工艺图。

图15是图14的变形实施例的压力容器的制造工艺图。

图16是具有类似的外形体积的以往的压力容器与本发明的压力容器的比较图。

图17是根据本发明的实施例区分单位格的排列方法来改变外形的压力容器的例示图。

图18是本发明的又一实施例的压力容器的制造概念图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行详细说明。在此之前，在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应限定为通常的或词典上的含义来解释，而是应本着发明人可以为了以最优的方法说明自身的发明而适当定义术语的概念的原则来解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此，本说明书中记载的实施例的配置只不过是本发明的最优选的一实施例，并不代表本发明的所有技术思想，因此，应理解的是，在本发明的申请时点，可能会有可以代替这些实施例的多样的均等物和变形例。另一方面，附图中对相同的构成要素或均等物使用了相同或相似的附图标记。此外，在说明书全文中，当提及某一部分“包括”某一构成要素时，除非另有相反的记载，意指还可以包括别的构成要素，而不是排除别的构成要素。

关于压力容器的力学根据

本发明的基本特征在于，将内部被界面分离划分为相互扭缠的形态的两个子空间(subvolume)且具有每个子空间连续的形态的壳(shell)结构体构成为压力容器本体，从而具有优秀的耐压特性的同时，使得壳的厚度较薄，相对于重量的储存体积较大，因此，下面参照图3和图4，先以本发明的优选实施例的由tpms(triplyperiodicminimalsurface:三周期极小曲面)形态的壳结构体10、10’、10”构成的压力容器1与以往的代表性的圆柱形壳形状的压力容器1'为例相互比较来对关于其作用效果的力学根据进行说明。

所述界面130具有规定的刚性，预期由此预抑制第一子空间110、110’、110”与第二子空间120、120’、120”之间的物质的移动。此外，在本说明书中，从力学角度而言，“壳(shell)”意指仅在平行于面的方向上受拉伸和压缩的面元素。适用为压力容器1的壳结构体10、10’、10”的面元素是与壳结构体特有的几何结构相关的面元素，是与“内部壳(intrinsicshell)”和壳结构体特有的几何结构无关的面元素，可以被区分为为了将这样的被内部壳包围的空间与外部屏蔽而用作压力容器1而另行附加的“外部壳(extrinsicshell)”。

图3的(a)～(c)示出作为代表性的三周期极小曲面之一的p、d、g表面将空间分离划分为两个子空间。另一方面，在图3的(b)的d表面及图3(c)的g表面的情况下，分离为各个曲面的两个子空间似乎相似，而在图3的(a)的p表面的情况下，两个子空间似乎完全不同。但是，p表面中的这样的差异仅仅是根据壳结构体10、10’、10”的最外廓面的选择位置而出现的现象。即，在p表面中，当如图2所示取单位格，且最外廓面也取在该单位格结束的边界时，作为任两个子空间中的某一个的第一子空间110、110’、110”显现单位格的完整的形态，而作为其余空间的第二子空间120、120’、120”具有单位格的中间部分被截断的形态，因而看起来彼此不同，但是，当如图4所示变更1/2周期而取最外廓面的位置时，第二子空间120、120’、120”也成为与第一子空间相似的形态。下文中，关于由壳结构体10、10’、10”构成的压力容器1的力学根据，为方便起见，以p表面形态的壳结构体10为例进行说明，但这样的说明在具有其他tpms形态的壳结构体10’、10”的压力容器1中同样可以适用。

当假定所述压力容器1的外观具有六面体形态，且在这样的六面体内部配置有具有数量很多的单位格的tmps壳结构体10、10’、10”时，根据ban等的论文(bandangnguyen，yoonchangjeong，kijukang，“designofthep-surfacedshellular，anultra-lowdensitymaterialwithmicro-architecture(具有微架构的超低密度材料—p表面shellular(壳状)的设计)”，computationalmaterialsscience(计算材料科学)，第139卷，第162-178页，2017年)，当忽略六面体形态的最外侧中与内部壳相接的外部壳的影响时，单位格内的壳的表面积如下面的数学公式1所示。

[数学公式1]

其中，a和ds分别为单位格内的壳的表面积与单位格的大小，f为相当于第一子空间110和第二子空间120的和的整体提及与第一子空间110之比，称为体积分率(volumefraction)。本发明人进行了对压力作用于所述p表面壳的第一子空间110内部的情况的结构解析。图5示出经结构解析所得的米塞斯(mises)应力分布的示例。通过这样的结构解析，如下面的数学公式2表示壳中发生屈服的临界压力pcr。

[数学公式2]

其中，σo和t分别为壳材料的屈服应力和壳的厚度。在这种情况下，壳的重量可以简单地如下面的数学公式3表示。

[数学公式3]

w＝ρat

其中，ρ为壳材料的密度。因此，当给定临界压力pcr与单位格的大小ds时，由上面的公式，可以通过下面的数学公式4表示不发生壳材料的屈服时的最小重量。

[数学公式4]

从结果而言，根据本发明的实施例，在由在内部被界面130分离划分为相互扭缠的形态的两个子空间(subvolume)且每个子空间具有连续的形态的壳(shell)结构体构成的压力容器1中，相对于重量的外形体积和相对于重量的内部体积分别可以通过下面的数学公式5和数学公式6表示。在这种情况下，“外形体积”指围绕单位格的最小的六面体的体积，“内部体积”指承受内部压力的子空间的体积。作为参考，在本发明中，由于压力容器1由具有多个单位格的三维壳结构体10、10’、10”构成，因而以下对以单位格为对象展开的力学根据的公式在三维壳结构体10、10’、10”及包括其的压力容器1中同样可以适用。

[数学公式5]

[数学公式6]

另一方面，在以往的圆柱形壳形状的压力容器1'的情况下，若忽略遮挡圆柱两侧的屏蔽板的影响，则表面积和临界应力分别通过下面的数学公式7数学公式8表示。

[数学公式7]

a＝πdl

[数学公式8]

其中，d和l分别为圆柱的直径和长度。因此，当给定临界压力pcr和单位格的大小ds时，由上面的数学公式7和数学8，通过下面的数学公式9表示不发生壳材料的屈服的最小重量。

[数学公式9]

从结果而言，在以往的圆柱形的壳形状的压力容器1中，相对于重量的整体外形的体积和相对于重量的内部体积分别可以用下面的数学公式10和数学公式11表示。

[数学公式10]

[数学公式11]

若对上面的结果进行比较和整理，如下面的表1所示。

[表1]

在此，作为用于屏蔽p表面壳压力容器1中的外侧面的外部壳的屏蔽板142、143(参见图6和图7)和用于屏蔽圆柱形压力容器1的两侧面的外部壳的屏蔽板142、143具有比各自的内部壳充分高的强度，由此假定所有损破损先发生在内部壳。倘若利用密度和屈服强度相同的材料来制作能够承受相同的最高压力，即临界压力pcr的p表面壳形和圆柱形压力容器1，例如当p表面壳形压力容器1的体积分率为f＝0.7时，相对于重量的外形体积和内部体积会稍微大于圆柱形压力容器1。具体地，意指p表面壳形压力容器1可以制作为相比圆柱形压力容器1'而言的相对于重量的储存流体的量大9％，且外形体积图大22％。然而，即使在所述p表面壳形压力容器1的体积分率为f＝0.7的情况下，由于在p表面壳形压力容器1存在两个子空间，若将第一子空间110和第二子空间120均用作流体的储存空间，则本发明的p表面壳形压力容器1可以构成为，相比以往的圆柱形压力容器1'而言用于储存流体的内部体积的总量更大的同时，外形体积更小。简言之，在本发明的压力容器1中，当仅将两个子空间中的一个用作流体的储存空间时，根据该子空间的体积分率f，储存流体的量也可能比以往减少，但基本上可以将相对于重量的外形体积构成得较小，并具有可以将另一子空间也用作流体的储存空间来实现储存容量的补充和最大化，或可以将另一子空间用作用于容纳或移动热交换介质的额外的用途的优点。另一方面，根据所述数学公式2，由于临界压力pcr依赖于壳厚度与单位格(cell)的大小之比t/ds，而不依赖于整体外形的大小，因而若将减小壳厚度的同时，以相同的比例减小单位格的大小，则尽管壳厚度减小，临界压力pcr也不会减小。这意味着，如后述，即使在通过镀金或涂布等制作壳的界面130(参考图3)来以薄膜形态将壳厚度形成得很薄的情况下，若与之成比例地将单位格的大小构成得较小，则可以为压力容器1提供期望的充分的耐压特性。此外，单位格的大小越小，越能自由地实现压力容器1的外观形状。以上所述的对基于p表面壳的力学根据的说明，在别的tpms中也同样可以适用。

压力容器的实施例及其制造方法

首先，参照图6至图11对本发明的实施例的压力容器1的结构进行说明。

图6是由本发明的实施例的壳结构体10、10’、10”构成的压力容器1的结构图。这样的压力容器1包括耐压容器或真空容器。所述壳结构体10、10’、10”的内部被界面130(参考图3)分离划分为包括相互扭缠的形态的第一子空间110、110’、110”及第二子空间120、120’、120”构成的两个子空间，本实施例中示出这样的壳结构体10、10’、10”的界面130基于图6的(a)～(c)实现为尤其是诸如p表面、d表面、g表面的tpms的示例。如前文中提及，界面130具有规定的刚性，由此抑制第一子空间110、110’、110”与第二子空间120、120’、120”之间的物质的移动。此外，这样的界面130具有曲面轮廓，从力学角度而言，如前文中提及，可以视为仅在平行于面的方向上受拉伸和压缩的“壳(shell)”。

在本实施例中，例示为只有两个子空间中的某一个被设置为流体的储存空间，且具备屏蔽板142作为用于屏蔽该子空间的外侧面的外部壳。即，向被设置为所述储存空间的子空间的外部露出的部分中除了用于引入及排出(未图示)所述流体的部分外均被屏蔽板142密封。在本实施例中，流体的储存空间被例示为第一子空间110、110’、110”，屏蔽板142被例示为具有平面轮廓。此外，用于所述流体的引入及排出的部分可以是在屏蔽板142的任一位置打孔的形态，与屏蔽板142独立具备的入口及出口用管形部件(未图示)。这样的入口及出口可以在壳结构体10、10’、10”的适当的位置任意进行设置。另一方面，在本发明中，就压力容器1而言，不但可以与屏蔽板142一同以实用性的目的另行具备用于流体的引入及排出的类型的入口及出口，而且还可以是除去用于流体的引入及排出的部分而具备屏蔽板142的壳结构体10、10’、10”本身。

可选地，未用作流体的储存空间的其余子空间120可以根据压力容器1的用途设置为用于容纳或移动热交换介质的空间。例如，使热交换介质通过子空间移动，由此可以通过与储存空间内的流体的热交进行加热或冷却。在本实施例中，第二子空间120、120’、120”可以用作用于容纳或移动这样的热交换介质的空间。就所述热交换介质的用途而言，可以是用于加热或用于冷却，其种类可以是气体或液体。

对所述壳结构体10、10’、10”不做特殊限制，只要是具有规定的刚用的材质，以适宜用于压力容器1的用途即可。例如，构成所述壳结构体10、10’、10”的界面130可以由高刚度金属或树脂材质而成。此外，如同所述界面130，对作为用于屏蔽待用作流体的储存空间的子空间110、110'、120'的外侧面的外部壳的屏蔽板142的材质也不做特殊限制，只要具有规定的刚性即可，其可以由与所述界面130相同或不同的材质构成。但是，根据本实施例，当屏蔽板142为平面形态且对屏蔽板142采用与所述界面130相同的材质时，有必要使其厚度比界面130的厚度厚，以防止因所施加的压力先于界面130屈服。如后述，作为压力容器1用壳结构体10、10’、10”的面元素的界面130和屏蔽板142可以以基于模板20涂布的方式形成，或以使分割加工为多个的分割加工要素相互结合的方式形成。

当尤其由tpms构成所述界面130来构成壳结构体10、10’、10”时，壳结构体10、10’、10”本身的刚性、用作流体储存空间的子空间110、110’、110””中的耐压特性、以及用作热交换介质的储存和移动通道的子空间中的流体渗透性均不但比以往的球形或圆柱形压力容器1'得到改善，还比单纯由两个子空间构成的壳结构体10、10’、10”所构成的压力容器1得到显著改善。

图7是本发明的另一实施例的由壳结构体10、10’、10”构成的压力容器1的结构图。如同所述图6中所示，本实施例的壳结构体10、10’、10”的界面130也被示为基于图7的(a)～(c)中的每一个实现为诸如p表面、d表面、g表面的tpms的示例。不同于图6的实施例，本实施例的压力容器1为将两个子空间均设置为流体的储存空间以使储存空间最大化的示例，为便于理解，将每个子空间被分离识别的状态独立地示于图中。在本实施例中，作为用于对设置为流体的储存空间的第一子空间110、110’、110”及第二子空间120、120’、120”中的每一个屏蔽外侧面的外部壳，具备另外的屏蔽板142、143。但是，第一子空间110、110’、110”和第二子空间120、120’、120”仅仅是以分离识别的方式进行了图示，而第一子空间110、110’、110”和第二子空间120、120’、120”共用界面130，并非由独立的壳构成，因而在实际制作压力容器1时，仅附加屏蔽板142、143作为外部壳。在本实施例中，关于界面130及屏蔽板142、143的材质、基于屏蔽板142、143的形状或材质的厚度设计、用于流体的引入及排出的类型的入口及出口的形成的事项与所述图6的实施例相同。

图8示出本发明的又一实施例的由壳结构体10、10’、10”构成的压力容器1的结构图。本实施例的壳结构体10、10’、10”的界面130也如同上述图6和图7所示被示为基于图8的(a)～(c)中的每一个实现为诸如p表面、d表面、g表面的tpms的示例。本实施例的压力容器1被例示为，如同图6所示，两个子空间中的一个被设置为流体的储存空间，并且，不同于图6所示，屏蔽板142具有向储存空间的外部方向凸出的曲面轮廓。在本实施例中，屏蔽板142具有凸出的曲面轮廓，由此可以缓和储存空间内部的压力增加时施加于屏蔽板142的压力，从而可以将屏蔽板142的厚度形成得较薄，因而有利。就这样的凸出的曲面轮廓而言，假定屏蔽板142由伸缩性材质构成的情况，优选设计为具有随着内部压力增加而膨胀的形状。

图9示出本发明的又一实施例的由壳结构体10、10’、10”构成的压力容器1的结构图。本实施例的壳结构体10、10’、10”的界面130也如同上述图8所示被示为基于图9的(a)～(c)中的每一个实现为诸如p表面、d表面、g表面的tpms的示例。本实施例的压力容器1被例示为，如同图8所示，两个子空间中的一个被设置为流体的储存空间，并且，不同于图8所示，屏蔽板142具有向储存空间内部方向凹陷的曲面轮廓。在本实施例中，屏蔽板142具有凹陷的曲面轮廓，由此，类似于图8所示，当储存空间内部的压力减少时，可以缓和施加于屏蔽板142的压力来将屏蔽板142的厚度形成得较薄，并且，可以使诸如围绕压力容器的六面体形状的外形体积最小化，因而有利。就这样的凹陷的曲面轮廓而言，假定屏蔽板142由伸缩性材质构成的情况，优选设计为具有随着内部压力减小而收缩的形状。

另一方面，图8和图9的实施例中未被用作流体储存空间的其余子空间可以如同图6所示被设置为用于热交换介质的储存或移动的空间。此外，也可以对图8和图9的实施例实施变形，以如同图7所示将其余子空间也用作流体储存空间，图10和图11中示出其示例。在图10和图11中，为便于理解，将每个子空间分离识别的状态如同图7所示单独示于图中。在这种情况下，第一子空间110、110’、110”和第二子空间120、120’、120”仅仅是以分离识别的方式进行了图示，而第一子空间110、110’、110”与第二子空间120、120’、120”共用界面130，并非由独立的壳构成，因而在实际制作压力容器1时，仅附加屏蔽板142、143作为外部壳，这一点与图7所示相同。在图10和图11的实施例中，与图7的实施例相比，虽然在被tpms形态的界面130分离的两个子空间均被用作流体的储存空间这一点上相同，但就具备于每个子空间的屏蔽板142、143而言，不同之处在于，在图10中具有向储存空间外部方向凸出的曲面轮廓，而在图11中具有向储存空间内部方向凹陷的曲面轮廓。在图10和图11的实施例中，屏蔽板142、143的曲面轮廓的优选形态或其对应的优点与在上述图8和图9中描述的相同。

下面参照图12至图15对本发明的实施例的压力容器1的制造方法进行说明。

图12示出本发明的实施例的压力容器1的制造工艺图，可以适用于制造基于图6、图8及图9的实施例只有tpms壳结构体10、10’、10”的两个子空间中的某一个被设置为流体·····的储存空间的压力容器1的情况。为便于说明，图中将tpms例示为p表面，并二维地对作为三维壳结构体10的模(mold)发挥功能的模板20进行了图示。

参照图12，压力容器1的制造方法的执行包括：制作用模板材料210填充待设置为流体的储存空间的子空间的形态的模板20的步骤(s10)；在所述模板20的整体表面形成第一涂膜230a的步骤(s20)；以及去除所述第一涂膜230a的一部分，以使模板20露出后去除模板20的步骤(s30)。

就这样的由三维壳结构体10构成的压力容器1的整体的主要工艺而言，例如可以应用本发明等通过在先论文公开的光刻法的制造方法来制造(s.c.han，j.w.lee，k.kang.一种新型低密度材料；shellular现金材料，第27巻，第5506-5511页，2015年)。此外，在下面的制造工艺中tpms模板20的制作可以根据本发明人等已申请的韩国专利第1341216号、第1699943号及韩国公开专利第10-2018-0029454号来制造。因此，可以将上述论文和内容作为本发明的一部分一体地进行参照。

具体地，在所述步骤s10中，模板20可以使用通过掩模板照射的紫外线硬化的树脂(thiolen)结构体、浸渍有树脂的柔性金属丝织造结构体、有规律地排列后部分地蚀刻的聚合物圆珠结合体。因此，模板材料210可以使用树脂、金属或其复合材料。

在所述步骤s20中，第一涂膜230a被涂布于模板20的整体表面，即，壳结构体10内表面及外表面。由于这样的第一涂膜230a构成壳结构体10的界面130及外廓面，因而可以由高强度金属，陶瓷或树脂材质而成。第一涂膜230a的形成方法可以根据材质而选择，例如，在金属的情况下，可以通过电解镀金、无电解镀金、原子膜蒸镀、化学蒸镀等形成；在陶瓷的情况下，可以通过原子膜蒸镀、化学蒸镀、物理沉积形成；在树脂的情况下，浸渍涂布(dipcoating)、化学蒸镀等形成。

在所述步骤s30中，所述第一涂膜230a的去除例如可以采用抛光方式。第一涂膜230a的去除在模板20中的凸出的一部分进行，从而露出第一涂膜230a下方的模板材料210。可以利用通过去除第一涂膜230a的区域渗透的蚀刻液排出的方式去除所述模板材料210。

从而，可以制造由具有内部被界面130分离划分为相互扭缠的形态的第一子空间110和第二子空间120的三维壳结构体10构成的压力容器1制造，并且，两个子空间中，如实施例所示，仅将第一子空间110设置为流体的储存空间。在这种情况下，所述第一涂膜230a会形成壳结构体10的界面130及外廓面，在这样的外廓面包括作为用于屏蔽相当于流体储存空间的第一子空间110的外侧面的外部壳的屏蔽板142面。去除所述第一涂膜230a后的区域可以作为出入口150发挥功能，所述出入口150用于在作为最终结果物的压力容器1中的流体的引入及排出。另一方面，虽然在实施例中预定了对流体的储存空间的屏蔽板142面如图6所示具有平面轮廓，并将与之对应的模板20面也例示为具有平面轮廓，但在形成如图8和图9所示具有曲面轮廓的屏蔽板142面的情况下，可以在所述步骤s20之前将该模板20面预先加工为对应于屏蔽板142面的曲面轮廓(未图示)。

图13示出图12的变形实施例的压力容器1的制造工艺图。在图13的实施例中，提供将与流体的储存空间连通的出入口150以管形部件形态与壳结构体10一体地实现的又一示例。具体地，所述图12的步骤s10还包括：在制作模板20后(s10-1)在露出的模板材料210连接用于形成出入口150的杆件240的步骤(s10-2)，并且，在所述图12的步骤s20中，所述模板材料及用于形成出入口150的杆件240的露出的表面整体形成第一涂膜230a，并以在所述图12的步骤s30去除第一涂膜230a的一部分来露出杆件240后，依次去除所述杆件240和模板材料210的方式执行，并由去除所述杆件240后的区域形成用于流体的引入及排出的出入口150。在图13的情况下，可以在形成涂膜之前将连接杆件240的工艺作为制造模板20的一部分来执行，从而整体工艺与图12没有太大的不同。

图14示出本发明的另一实施例的压力容器1的制造工艺图，可以适用于制造基于图7、图10及图11的实施例将tpms壳结构体10的两个子空间均设置为流体的储存空间的压力容器1的情况。如同图12，为便于说明，图14中将tpms例示为p表面，并二维地对作为三维壳结构体10的模(mold)发挥功能的模板20进行了图示。

参照图14，压力容器1的制造方法的执行包括：制作用第一模板材料210填充所述第一子空间110或第二子空间120中的某一个的形态的模板20的步骤(s100)；在所述模板20的整体表面形成第一涂膜230a的步骤(s200)；在所述第一子空间110或第二子空间120中其余空的空间填充第二模板材料220的步骤(s300)；在以使所述第一涂膜230a的截面露出的方式磨削所述模板20的整体外廓面后形成第二涂膜230b的步骤(s400)；以及去除所述第二涂膜230b的一部分以使所述第一模板材料210及第二模板材料220露出后去除所述第一模板材料210及第二模板材料220的步骤(s500)。在这种情况下，所述第一模板材料210以第二模板材料220可以采用相同或不同的材质，但采用相同材质可以简化蚀刻工艺。此外，第一涂膜230a与第二涂膜230b也可以采用相同或不同的材质，但采用相同的材质可以提高第一涂膜230a与第二涂膜230b之间的接合质量。

从而，可以制造由具有内部被界面130分离划分为相互扭缠的形态的第一子空间110及第二子空间120的三维壳结构体10构成的压力容器1，如实施例中所示，第一子空间110和第二子空间120均被设置为流体的储存空间。在这种情况下，在所述步骤s400，第一涂膜230a的端部侧会接触而结合于第二涂膜230b的面。从结果而言，所述第一涂膜230a会形成壳结构体10的界面130，第二涂膜230b会形成壳结构体10的外廓面。在壳结构体10的外廓面，包括屏蔽板142、143面作为用于屏蔽相当于流体储存空间的第一子空间110及第二子空间120的外侧面的外部壳。去除所述第二涂膜230b后的区域可以作为出入口150发挥功能，所述出入口150用于在作为最终结果物的压力容器1中的流体的引入及排出。另一方面，虽然在实施例中预定了对流体的储存空间的屏蔽板142、143面如图7所示具有平面轮廓，并将与之对应的模板20面也例示为具有平面轮廓，但在形成如图10和图11所示具有曲面轮廓的屏蔽板142、143面的情况下，可以以在所述步骤s20之前将该模板20面预先加工为对应于屏蔽板142、143面的曲面轮廓(未图示)。

图15示出图14的变形实施例的压力容器1的制造工艺图。在图14的实施例中，提供将与流体的储存空间连通的出入口150以管形部件形态与壳结构体10一体地实现的一示例。为此，执行时，代替所述图14的s400步骤地，包括：以使所述第一涂膜230a的截面、第一模板材料210及第二模板材料220露出的方式磨削所述模板20的整体外廓面的步骤(s400-1)；在露出的所述第一模板材料210及第二模板材料220中的每一个连接出入口150形成用杆件240的步骤(s400-2)；以及在所述杆件240及所述模板20的露出的外廓面形成第二涂膜230b的步骤(s400-3)。此外，代替所述图14的步骤s500地，会以在去除所述第二涂膜230b的一部分来使所述杆件240露出后，依次去除所述杆件240、第一模板材料210及第二模板材料220的方式执行(s500’)。在这种情况下，与所述图13类似地，对所述杆件240不做特殊限制，只要能够蚀刻去除即可，但采用与所述模板材料210相同的材质有利于简化蚀刻工艺。从而，在由壳结构体10构成的最终压力容器1，第二涂膜230b与第一涂膜230a形成一体，并形成上述管形部件形态的出入口150。

上述图12至图15中公开的实施例对制作通常由大小为几毫米以下的数量较多的单位格构成的压力容器1有用。根据所述数学公式2、数学公式8，本发明的压力容器1的临界应力pcr和壳的厚度与单位格的大小之比t/ds成比例，以往的压力容器1的临界应力和容器直径与壳的厚度之比t/d成比例，因此，倘若将本发明的压力容器1制成小尺寸的数量较多多的单位格，即使壳的厚度t较小，仍可以制造为具有如同大直径的以往的压力容器的临界压力。例如，在构成压力容器1的材料相同的前提下，当本发明的压力容器1为p表面形态，体积分率为f＝0.5，单位格大小为ds＝10mm时，若壳的厚度为t＝0.1mm(t/ds＝0.01)，则具有与直径和壳的厚度分别为1m和10mm(t/d＝0.01)的以往的圆柱形压力容器相同的临界压力。从而，使得根据本发明以在模板20上涂布后蚀刻的方法制造的tpms形态的压力容器1也能够具有与以往的压力容器1等同的耐压强度。

图16对以往的圆柱形压力容器1'与本发的p表面压力容器1具有相似的外形体积，而前者的直径为后者的单元大小的10倍时的压力容器1的形态进行比较。当体积分率f为0.5，并如图7、图10、图11所示将两个子空间用作流体的储存空间时，如由上述力学根据所说明，本发明的压力容器1可以在使壳厚度减小至1/10的同时，实现相比以往的圆柱形压力容器1相对于重量的更高的内部体积和临界压力。此外，可以通过改变格的排列方法来自由地形成压力容器1的外形，图17中示出其示例。

另一方面，当在特殊地设计为承受高压的压力容器中发生在壳的龟裂不稳定地被破坏时，会导致悲剧性的灾难。为防止这种情况发生，在压力容器中应用在变得不稳定之前贯通壳而诱导高压的内部流体的泄漏的“破坏前泄漏”(leakbeforebreakorleakbeforeburst)的设计概念(n.e.dowling著，mechanicalbehaviorofmaterials(材料的机械行为)，第3版，pearsonprenticehall，2007年，第347页)(applicabilityoftheleakbeforebreakconcept(破坏前泄漏概念的适用性)，iaeatechnicalreport(国际原子能机构技术报告)，iaea-tecdoc-710，1993年)。因此，在储存高压的流体的压力容器中使壳的厚度尽可能薄有利于诱导“破坏的泄漏”来确保稳定性。如上所述，倘若如在本发明的压力容器1中那样构成为尺寸较小的多个单元格，则即使将壳厚度制作得较薄，仍可以具有与由较厚的壳构成的以往的压力容器1等同的耐压强度，因而能够保证“破坏前泄漏”。

另一方面，当上述本发明的压力容器1的单元格的尺寸大到几十厘米至几米时，代替上述图12至图15所示的制造方法地，可以类似于以往的压力容器1的制造，将所述界面130及所述壳结构体10、10’、10”的外廓面所对应的面元素分割加工为多个并使该多个面元素相互结合来制造。当面元素为诸如钢材的金属时，结合方式可以是焊接的方式。这是基于三周期极小曲面(tpms；triplyperiodicminimalsurface)通过组合具有规定的平均曲率的四边形形态的单位曲面来构成的这一事实的。图18示出p表面和d表面的单位格分别由具有规定的平均曲率的四边形形态的单位曲面构成。即，压力容器1的内部壳结构10、10'，10”可以通过组合预先模制成具有规定的平均曲率的多个单元电池来制造。

以上说明涉及本发明的具体实施例。本发明的上述实施例不应理解为限制以说明的目的公开的事项或本发明的范围，而是应理解为本领域的一般的技术人员可以在不脱离本发明的本质的情况下实施多样的变更和修改。因此，这样的所有修改和变更可以被理解为相当于权利要求书中公开的本发明的范围或其等同物。