KR100342730B1 - 가스백충전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강력한 감속시에 비어 있고 가요성인 가스백에 필수적이고 즉각적으로 가스를 충전시키기 위한 시스템에 관한 것으로서, 가스가 충전된 가스백이 부상을 감소시키고 힘을 흡수하는 백으로서 작용한다. 이 시스템은 높은 압력의 가스로 충전된 압력 용기, 압력 용기와 가스백을 연결하는 도관, 감속력이 최소 값을 초과하는 경우에 용기와 가스백 사이를 연통시키기 위한 개방장치 및 감속 측정기를 구비한다. 용기는 각각 밀봉 장치로 밀봉되고, 각각 분기 도관(3,4)에 연결된 2개의 압력 용기(1,2)로 구성되며, 분기 도관(3,4)는 가요성 가스백까지 이르는 주 도관(5)에 이른다. 하나의 압력 용기(1)은 산소 및 불활성 가스로 충전되며, 다른 하나의 용기(2)는 불활성 가스 및 수소로 충전되고, 불활성 가스는 헬륨, 아르곤 및/또는 질소이다.

Description

가스백 충전 장치

본 발명은, 예를 들어 차량 충돌의 경우와 같이 차량의 속도가 급격히 감소할 때에 차량 탑승자의 부상을 방지하거나 부상의 정도를 경감시키기 위하여 차량에 장착되는 빈 신축성 용기를 순간적으로 가스로 충전하는 가스백 충전장치에 관한 것이다.

일부 차량에는 안전 벨트와 안전 설비의 대체품 또는 보완품으로서 소위 가스백이 장착되는 차량이 있다. 이러한 가스백은 운전자나 승객의 전방에서 상당히신속하게 팽창하여 운전자나 승객이 조향 핸들이나 계기판(대시보드)에 부딪쳐 발생할 수 있는 부상으로부터 그들은 보호한다.

지금까지는 뒷좌석 승객용으로 가스백이 장착된 경우는 없었다. 그 이유는 아마도 가스의 운동역학과 관련된 문제들로 인하여 뒷좌석에는 훨씬 큰 가스백이 요구되기 때문일 것이다.

차량의 급격한 정지를 유발하는 정면 충돌이나 어떠한 다른 형태의 충돌의 경우에, 충돌 순간의 차량 주행 속도로 차량 내에서 계속 이동하는 승객이 앞좌석의 등받이나 조향 핸들 및/또는 계기판에 충돌하기 전에 용기가 가스에 의해 팽창하여 가스백을 형성하여야 한다.

가스백은 적절한 보호를 위해서는 1/100 초의 시간 내에 팽창되어야 하는 것으로 평가된다.

충돌 순간에 차량이 110 km/h의 속도로 이동하고 있다면, 차량 탑승자는 그 시간에 지면에 대하여 0.3 m 이동하게 될 것이다. 차량의 앞부분이 1 데시미터(1/10 m) 이상 찌그러짐으로 인하여, 실제 차체는 순간적으로 정지하지 않기 때문에, 차량 운전자 또는 승객은 0.01초의 시간 내에 차체에 대하여 1 또는 2 데시미터의 거리에 걸쳐 차량 내에서 전방으로 이동하게 될 것이며, 이것은 0.01초가 경과하기 전에 가스백이 팽창하여 운전자 또는 승객이 조향 핸들이나 계기판 또는 앞좌석의 등받이에 부딪히는 것을 방지하여야 한다는 것을 의미한다.

가스 팽창시, 에너지 교환이 없는 경우, 즉 등엔탈피(isoenthalpy)의 경우에, 정상적으로는 소위 주울-톰슨-효과(Joule-Thomson-effect)로 인하여 온도가 떨어진다.

400 바(bar)에서 2 바까지 팽창하게 되는 공기 또는 질소의 경우에, 온도는 대략 70 내지 100℃ 떨어진다. 결과적으로, 가스백 팽창 가스가 고압 용기에 저장되어 있는 경우, 상응하는 열을 가스에 공급하여 가스가 실온에서 갖는 부피를 획득하거나 고압 용기에 대략 30 %의 추가 가스를 충전하여야 한다.

이러한 온도 하강 외에, 공기, 질소 또는 다른 가스들은 400 바에서 약 1.2의 압축계수(compressibility factor)를 가지며, 이 압축계수는 용기의 크기를 정할 때에 반드시 고려되어야 하는데, 이상적인 가스의 경우와 비교하여 압력 또는 부피 중 어느 하나는 반드시 상응하는 정도로 증가되어야 하기 때문이라는 점을 명심하여야 한다.

본 명세서에서 무거운 가스와 관련된 다른 문제는 가스 배출 속도는 분자량과 온도의 함수이므로 유출 가스의 속도가 비교적 느리다는 것이다.

본 발명의 목적은 용기가 장착된 차량이 강한 감속력을 받는 경우, 빈 신축성 용기에 순간적으로 가스를 충전하는 장치를 제공하려는 것으로, 여기서 가스로 팽창된 용기는 부상을 줄이고 힘을 흡수하는 가스백으로서의 기능을 하며, 이러한 장치에는 고압으로 가스가 충전되는 압축가스 용기와, 이 압축가스 용기를 신축성 용기에 연결하는 도관과, 차량의 감속이 최저 값을 초과하면 상기 압축가스 용기와 상기 신축성 용기 사이의 연통을 설정하는 개방 기구 및 감속계가 포함된다.

이러한 목적은 후술하는 독립항에 기재된 특징들을 갖춘 본 발명에 따른 가스백 충전 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 가스백 충전 장치의 바람직한 실시예는 청구범위의 종속항으로부터 분명하게 된다.

첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 도면은 빈 가스백과 연결되는 도관에 연결되어 있는 2개의 압축가스 용기를 도시한 것이다.

도면에는 (도시하지 않은) 충전되지 않은 가스백까지 연장된 주도관(5)이 도시되어 있다. 가스백으로부티 말단에 놓이는 주도관의 단부는 분기점(6)을 통하여 2개의 연결 도관(3, 4)으로 분기되어 있다. 이와 같이 분기된 연결도관(3, 4)은 각각의 압축가스 용기(1, 2)에 연결되어 있다. 이들 압축가스 용기는 차량이 충분한 정도로 강하게 감속(충돌)되면 동시에 개방되는 폭발 작동식 파열판으로 폐쇄되어 있다. 이 압축가스 용기(1, 2)에는 필요한 체적의 가스가 수용되어 있다.

제1 압축가스 용기(1)에는 헬륨과, 예를 들어 아르곤 및/또는 질소와 같은 최대 50 % 체적의 다른 불활성 가스가 충전되어 있다. 제1 압축가스 용기(1)에는 산소도 함유되어 있다. 존재하는 산소의 양은 압축가스 용기(1, 2) 내의 가스 총체적의 2.5 내지 20 % 사이이다. 제2 압축가스 용기(2)에도 헬륨과, 예를 들어 아르곤 및/또는 질소와 같은 최대 체적 50 %의 다른 불활성 가스가 충전되어 있으며, 압축가스 용기(1, 2) 내의 총 가스 체적의 3 내지 15 %에 상응하는 양의 수소가 함유되어 있다. 제1 압축가스 용기(1)와 제2 압축가스 용기(2)는 서로 동일한 불활성 가스 또는 가스 혼합물을 수용하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 불활성 가스는 헬륨이며, 이 헬륨은 존재하는 불활성 가스의 적어도 거의 대부분을 구성하는 것이 바람직하다.

강한 감속의 경우에, 제1 압축가스 용기(1)와 제2 압축가스 용기(2) 양자의파열판들이 파열되어, 2개의 압축가스 용기(1, 2)에 수용된 가스가 주도관(5)으로 유동한다. 파열판을 파열시키게 일어나는 폭발은 수소-산소 혼합물을 연소시켜 결과적으로 물을 형성하는 화학 반응을 초래한다. 이 반응의 결과, 온도가 상당히 상승하여, 질소와 아르곤의 자유 팽창에 기인한 냉각 효과가 적절하게 보상된다. 이에 따라 가스백을 충전하는 데 요하는 가스의 체적을 줄일 수 있다.

안전성의 이유로 동일한 하나의 용기에 산소-수소-혼합물을 저장하는 것은 불가능하기 때문에, 이들 가스는 동시에 개방되는 별개의 용기에 서로 분리되어 유지되어 있다가 가스백에 도달하기 전에 혼합된다.

충돌 작동식 가스백을 충전하는 데 사용되는 압축가스 용기는 누출이 없어야 하면, 충전 후 여러 해 동안 필요한 압력 하에 유지되어야 한다는 것은 상당히 중요하다. 상당히 민감한 헬륨 누출 검출기를 이용할 수 있으므로, 사용하는 가스의 성분으로서 헬륨을 이용하는 것이 편리하다.

도 1은 빈 가스백에 연결된 도관에 연결되어 있는 2개의 압축가스 용기를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,2 : 압축가스 용기

3,4 : 연결 도관

5 : 주도관

6 : 분기점

Claims (5)

1. 강한 감속력이 발생하는 즉시 빈 신축성 용기에 순간적으로 가스를 충전하고, 가스가 충전된 용기는 부상을 감소시키고 힘을 흡수하는 가스백을 형성하는 것인 가스백 충전 장치로서, 고압으로 가스가 충전된 용기(1, 2)와, 이 용기를 상기 신축성 용기에 연결하는 주도관(5)과, 감속력이 최저값을 초과하는 경우에 상기 고압으로 가스가 충전되는 용기(1, 2)와 상기 신축성 용기를 개방 연통시키는 개방 기구, 및 감속계를 포함하는 가스백 충전 장치에 있어서,

   상기 고압으로 가스가 충전되는 용기(1, 2)는 각각의 폐쇄 수단에 의해 폐쇄되는 2개의 압축가스 용기(1, 2)로 이루어지며, 각각의 압축가스 용기는 개별적인 연결 도관(3, 4)에 연결되고, 이 연결 도관은 중간 연소실 없이 상기 신축성 용기까지 연장되는 공통의 주도관(5)으로 함께 이어지며, 하나의 압축가스 용기(1)는 산소와 불활성 가스로 충전되고, 다른 하나의 압축가스 용기(2)는 상기 불활성 가스와 수소로 충전되며, 상기 불활성 가스는 헬륨과, 최대 부피 50 %의 아르곤과 질소, 또는 이들 중 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 가스백 충전 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수소의 부피는 2개의 압축가스 용기에 수용된 가스의 총 체적의 3 내지 15 %에 상응하는 것을 특징으로 하는 가스백 충전 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산소의 체적은 2개의 압축가스 용기에 존재하는 가스의 총 체적의 2.5 내지 20 %에 상응하는 것을 특징으로 하는 가스백 충전 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 압축가스 용기들은 체적이 서로 같은 것을 특징으로 하는 가스백 충전 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 가스백 충전 장치.