JP6781581B2 - 車両の非シリンダ型複合材圧力容器 - Google Patents

Description

本発明は、車両の非シリンダ型複合材圧力容器に係り、より詳しくは、全体的に均一な剛性を確保することのできる車両の非シリンダ型複合材圧力容器に関する。

複合材圧力容器は、大気圧を超える圧力の気体または液体を内部に保有する容器を意味するものであって、高い比剛性、比強度、及び耐疲労性を備え、水素燃料電池自動車や天然ガス自動車などにも使用される。
一般的に、複合材圧力容器は、特定の形態を有する高分子素材の内側ライナー（ｌｉｎｅｒ）に、金属で設けられた複合材繊維を巻いて積層した後、高温高圧で成形して製作される。

このような複合材圧力容器の形状がシリンダ型の場合、複合材繊維を全領域において均等にワインディングする（巻きつける）ことができるから、容器の剛性が均一に分布するので応力が均一に分散し、高圧のガスを貯蔵する時、圧力が効果的に分散して大きなの剛性を有することができる。

しかし、シリンダ型複合材圧力容器は、円形の断面形状を有するため、車両のパッケージ空間に搭載する場合に活用しにくい空間が残ることになり、また残る空間分だけ貯蔵容量も小さくなるので、元のパッケージ空間に対応する形状を有する非シリンダ型に形成されることが好ましいことがある。

しかし、このような非シリンダ型に形成された複合材圧力容器の上端部は、正常な複合材繊維のワインディングが不可能な平坦部を形成するため、上端部に対する形状の変更を行って複合材繊維のワインディングを可能にすることが重要である。

大韓民国公開特許公報第１０−２０１３−００３８９７３号

本発明の目的は、非シリンダ型複合材圧力容器において、、補強領域に対する局所的な複合材のワインディングを可能にすることで、非シリンダ型圧力容器の均一な剛性を確保することのできる車両の非シリンダ型複合材圧力容器を提供することである。

本発明に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器は、ネック部と、ネック部から外側に延びるフランジ部とを備えるノズルボスと、前記ノズルボスと結合されて断差付きに形成された補強領域を備え内部に流体充填空間が設けられたライナーと、前記ライナーの周りをワインディングする複合材と、を含み、前記ライナーは、四角形の断面に形成されるシリンダ部と、前記シリンダ部と前記ノズルボスとを連結し、ドーム（ｄｏｍｅ）形状に形成され、上面に平坦部に形成された前記補強領域が具備されるドーム部と、を備え前記補強領域は、前記ノズルボスを中心に同心円形態で構成され、前記補強領域の外側縁に沿って前記複合材を係止する段差付きに形成される複合材ワインディング部をさらに備え、前記複合材が前記複合材ワインディング部に局所的にワインディングされることによりシリンダ部のワインディングの積層が相対的に縮小されることを特徴とする。

前記複合材ワインディング部は、前記ノズルボスを中心に同一の段差高さに形成され、段差面に沿って複数の複合材が積層されて形成される。

また、前記複合材ワインディング部は、前記段差面に積層される複合材の積層高さを調節して、段差が相殺されるように形成される。
さらに、前記段差面の高さは、２ｍｍ以上の高さに形成される。

本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器を概略的に示す図である。 本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器に対する複合材ワインディング部の上面を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器に対する複合材ワインディング部の断面を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器に対する複合材ワインディング部の段差面を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。
本発明の利点および特徴、そしてそれを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。

しかし、本発明は、以下に開示される実施形態によって限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現されるはずであり、単に本実施形態は本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に、発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。

また、本発明を説明するにあたり、かかる公知技術などが本発明の要旨をあいまいにし得ると判断した場合、それに関する詳細な説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器を概略的に示す図であり、図２は、本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器の構造を示す図である。
図１及び図２に示すように、本発明の車両の非シリンダ型複合材圧力容器は、ノズルボス１００とライナー２００とを含む。

ノズルボス１００は、流体充填空間内に貯蔵された流体を排出する前記容器の出口であって、ネック部と、ネック部から外側に延びるフランジ部と、から形成される。

ライナー２００は、ノズルボス１００と結合されて前記容器内部に流体充填空間が設けられるようにし、流体充填空間の端部に形成された補強領域Ａの外側縁に沿って段差付きに形成される。
このようなライナー２００は、シリンダ部２１０と、ドーム部２２０とから形成される。

ここで、シリンダ部２１０は、内部に流体充填空間が設けられる四角形の断面に形成される。
すなわち、シリンダ部２１０は、内部に流体充填空間が形成されるように設けられるもので、円筒形に形成されるのではなく、四角形の断面を有するように形成されるため、円筒形と比較してより多量の流体を内部に充填できるようになる。

そして、シリンダ部２１０は、前記のように四角形の断面に形成された形状に応じて成形され、車両に搭載された場合、車両のトランクに設けられたパッケージ空間に残余の空隙なく搭載でき、それによって、パッケージ空間を効率的に活用することができる。

したがって、シリンダ部２１０は、パッケージ空間を、残余の空隙なく活用して貯蔵容量を更に確保することができ、結果的には、シリンダ部２１０の形状に対応してパッケージ空間を縮小しても所定の貯蔵容量を確保することができる。

ドーム部２２０は、ドーム（ｄｏｍｅ）形状に形成され、シリンダ部２１０とノズルボス１００とを連結し、上面に平坦部に形成された補強領域Ａが設けられる。
このようなドーム部２２０は、四角形の断面を有するシリンダ部２１０と、ノズルボス１００とを連結するため、形状的な特性上、ノズルボス１００と隣接した位置に所定の面積を有する平坦な補強領域Ａと、が形成される。

すなわち、ドーム部２２０は、シリンダ部２１０の断面形状が円筒形の場合は、半球形状に形成されるのに対し、本実施形態のように、シリンダ部２１０の形状が四角形の断面を有する形状の場合は、シリンダ部２１０とノズルボス１００とを連結するに際して補強領域Ａを形成するしかない。

このような補強領域Ａは、応力が集中する部分であるため、シリンダ部２１０とドーム部２２０とに複合材１０をワインディングするに際して、補強領域Ａに対する局所的なワインディングが施されるようにして構造的な補強が行われるようにしなければならない。

しかし、ライナー２００の外側に複合材１０をワインディングする場合、ワインディングロボットとライナー２００とを回転させる装備を用いることになるが、ここで、補強領域Ａは平坦部に形成されるため、複合材１０を積層するのに困難が発生する。

このために、本実施形態に係るライナー２００には、複合材ワインディング部２３０が形成されるが、このような複合材ワインディング部２３０は、補強領域Ａが図１に示されたＩ−Ｉ’断面部に示されているように複数の段差面を含ませることで、複合材１０をワインディングするに際して、複合材１０が段差面に係止できるようにする。
それによって、ライナー２００には、複合材１０を効果的に積層することができ、結果的には、補強領域Ａに対する局所的な補強を可能にする。

以下、図３は、本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器に対する複合材ワインディング部の上面を示す図であり、図４は、本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器に対する複合材ワインディング部の断面を示す図であり、図５は、本発明の実施形態に係る車両の非シリンダ型複合材圧力容器に対する複合材ワインディング部の段差面を示す図である。

図３と図４に示すように、ライナー２００は、ノズルボス１００を中心に同心円形態で構成される複合材ワインディング部２３０を備える。
このような複合材ワインディング部２３０は、平坦部に形成された補強領域Ａの外側縁に沿って段差付きに形成されるもので、複合材ワインディング部２３０に形成された複数の段差面それぞれは、同一の段差高さに形成されることが好ましい。

また、前記のように形成された複合材ワインディング部２３０は、複合材のワインディング時、段差面に沿って複数の複合材１０が積層されるように形成され、段差面の高さは、複合材圧力容器の大きさに応じて設定することが可能である。
ここで、複合材ワインディング部２３０に形成された段差面の高さは、２ｍｍ以上の高さに形成されることが好ましい。

すなわち、通常、複合材１０のワインディング時、１回積層される高さは約０．７ｍｍ前後になるので、それぞれの段差面に３回以上複合材１０がワインディングされて積層できるように、約２ｍｍ以上の段差面の高さを確保することが好ましい。
一方、前記のように複合材ワインディング部２３０の段差面に積層される複合材１０は、積層が完了した後に、最終形状が段差面を有しないように形成される。

つまり、図５に示したように、複合材ワインディング部２３０は、段差面に積層される複合材１０の積層高さを調節して、段差の相殺された最終的な複合材圧力容器の形状が形成されるようにする。

このために、複合材１０をワインディングするに際して、段差面の入口部分では、複合材１０を少なく巻いて積層させ、段差面の内側部分では、段差面の入口部分においてより複合材１０を多く積層させることにより、段差面の段差を相殺し、段差面が複合材１０で満たされるようにする。

したがって、本実施形態では、複合材ワインディング部２３０に複合材１０をワインディングして、平坦部に形成された補強領域Ａに対する局所的なワインディングを可能にするため、応力の集中が発生する補強領域Ａに、応力が集中して発生し得る破裂現象を予め防止することができる。

また、本実施形態では、補強領域Ａに対する局所的なワインディングが可能なため、補強領域Ａと比較して相対的に応力集中が発生しないシリンダ部２１０に対する複合材１０の積層を縮小させることができ、結果的に、複合材圧力容器の重量を低減させることができる。

本発明は、非シリンダ型圧力容器において、応力集中が発生するライナーの外側の補強領域に同心円形態の段差を形成して、補強領域に対する局所的な複合材ワインディングを可能にすることで、非シリンダ型圧力容器の均一な剛性を確保することができるという効果を有する。
また、本発明は、構造的に補強領域の剛性を確保することができるため、補強領域に応力が集中して破裂が発生する現象を予め防止することができるという効果を有する。

以上、本発明は、図面に示された実施形態を参照して説明したが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野における通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形が実施可能であり、上記の説明された実施形態の全部または一部が選択的に組み合わされて構成されてもよい点を理解するであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付した請求範囲の技術的思想によって定められなければならない。

１０ 複合材
１００ ノズルボス
２００ ライナー
２１０ シリンダ部
２２０ ドーム部
２３０ 複合材ワインディング部
Ａ 補強領域

Claims (4)

1. ネック部と、前記ネック部から外側に延びるフランジ部と、を備えるノズルボスと、
   前記ノズルボスと結合されて段差付きに形成された補強領域を備え、内部に流体充填空間が形成されたライナーと、
   前記ライナーの周りをワインディングする複合材と、
   を含み、
   前記ライナーは、
   四角形の断面に形成されるシリンダ部と、
   前記シリンダ部と前記ノズルボスとを連結し、ドーム（ｄｏｍｅ）形状に形成され、上面に平坦部に形成された前記補強領域が具備されるドーム部と、
   を備え
   前記補強領域は、前記ノズルボスを中心に同心円形態で構成され、前記補強領域の外側縁に沿って前記複合材を係止する段差付きに形成される複合材ワインディング部をさらに備え、
   前記複合材が前記複合材ワインディング部に局所的にワインディングされることによりシリンダ部のワインディングの積層が相対的に縮小されることを特徴とする車両の非シリンダ型複合材圧力容器。
2. 前記複合材ワインディング部は、前記ノズルボスを中心に同一の段差高さに形成され、段差面に沿って複数の前記複合材が積層されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両の非シリンダ型複合材圧力容器。
3. 前記複合材ワインディング部は、前記段差面に積層される前記複合材の積層高さを調節して、段差が相殺されるように形成されることを特徴とする請求項２に記載の車両の非シリンダ型複合材圧力容器。
4. 前記段差面の高さは、２ｍｍ以上の高さに形成されることを特徴とする請求項３に記載の車両の非シリンダ型複合材圧力容器。
   

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