KR100959809B1 - 연료탱크와 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플라스틱 탱크 및 이 탱크의 제조방법에 관한 것으로, 연료 장벽층을 포함하는 다층구조의 연성필름으로 탱크벽을 통해 돌출하는 부속품을 커버하고, 필름 외주부가 탱크벽에 용접된다.

Description

연료탱크와 이의 제조방법 {FUEL TANK AND METHOD FOR MAKING SAME}
본 발명은 기체와 액체에 대하여 비투과성을 갖는 플라스틱 연료탱크에 관한 것이다.
산업계, 특히 자동차업계에서 차량탑재용으로 사용되는 플라스틱 연료탱크에는 일반적으로 급기밸브 및 배기밸브, 테이크업 사이펀, 각종 센서 및 이들의 각종 연결구, 게이지 및 펌핑모듈 등과 같이 탱크에 결합되는 하나 이상의 부속품을 포함된다.
또한, 연료탱크는 점점 더 엄격해지는 밀봉기준과 투과율 기준을 충족해야 한다. 허용배출량의 규제한도가 낮아지므로서 탱크와 부속물 사이의 경계면에서 누설과 투과성에 관련된 손실이 탱크/부속품 시스템으로부터의 총손실에서 상당한 비율을 차지하게 된다.
특허출원 WO 01/21428에는 다층 플라스틱 탱크에 부속품을 도입하거나 끼우도록 제조된 탱크의 개구를 탱크의 상기 다층구조에 친화성인 다층구조 시트로써 밀폐하는 것이 공지되어 있으며, 이 시트는 탱크의 외벽에 용접된다.
그러나, 이 문서에서는 사용되는 시트가 탱크벽의 강성에 근접하는 강성을 갖는다고 개시되어 있다. 따라서, 이들 시트는 부속품의 돌출부분의 부피가 너무 크거나 부속품의 돌출표면이 불규칙할 경우에는 쉽게 사용할 수 없게 된다.
특허문헌 WO 01/21428 에는 탱크의 다층구조와 유사한 다층구조의 시이트에 의하여 탱크내에 부속품을 삽입하거나 결합시키기 위하여 형성된 다층 플라스틱 탱크의 개방부를 폐쇄하는 것이 알려져 있으며, 여기에서 시이트는 탱크의 외벽에 용접된다.
그러나, 이러한 특허문헌에서는 사용된 시이트가 탱크벽의 강성에 가까운 강성을 갖는 것으로 설명되고 있다. 따라서, 이들 시이트는 부속품의 돌출부분의 부피가 너무 크거나 부속품의 돌출표면이 불규칙할 경우에는 용이하게 사용될 수 없도록 한다.
더불어, 상기 다층 시이트를 구성하는 플라스틱 층들의 두께를 부분적으로 얇게 하기 위하여 시이트의 가장자리에 가까이에서 부풀러 올라 형성될 수 있는 팽창부분에도 불구하고 시이트가 탱크에 용접되는 부분에서 방출에 의한 연료손실의 정도가 여전히 높고 때로는 최근환경기준에 따른 매우 낮은 허용치를 초과하기까지 한다.
본 발명의 목적은 부속품과 주위구조물 사이의 경계면, 특히 이들 부속품이 탱크의 벽을 관통하는 경우 부속품과 탱크 사이의 경계면에서 연료손실을 더욱 제한할 수 있는 플라스틱 탱크를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 장점은 탱크/부속품 조립체에 부과된 높은 비투과성의 조건에 관계없이 탱크에 대하여 부속품을 고정하기 위한 시스템을 허용한다는 점이다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 연료탱크의 외부에 적어도 부분적으로 배치되는 적어도 하나의 부속품이 구비된 플라스틱 연료탱크에 관한 것으로, 상기 부속품은 연료탱크/부속품 조립체의 비투과성을 개선하는 보호장치로 피복되며, 여기서 상기 보호장치는 적어도 하나의 연료장벽층을 포함하는 다층구조의 유연성 필름이며, 이 필름은 필름의 외주 전체에서 상기 연료탱크의 외면에 용접함으로서 연료탱크에 고정된다.
"연료탱크"라는 용어는 다양한 온도와 압력 조건하에 액체 또는 기체 연료를 저장할 수 있는 모든 종류의 탱크를 의미한다고 해석된다. 특히 이러한 탱크는 차량에 설치되는 종류의 탱크이다. "차량"이란 용어는 승용차, 오토바이 및 화물자동차를 포함한다고 해석된다.
"플라스틱"이라는 용어는 적어도 하나의 합성수지중합체를 포함하는 물질을 의미한다고 해석되어야 한다.
모든 종류의 플라스틱이 적합하다. 특히 적합한 플라스틱은 열가소성수지 군에 속하는 것이다.
"열가소성수지"라는 용어는 열가소성 엘라스토머와 그 혼합물을 포함한 열가소성 중합체를 의미한다고 해석된다. "중합체"란 용어는 동종중합체와 공중합체(특히, 이성분 또는 삼성분 공중합체)를 의미한다고 해석된다. 이러한 공중합체의 예로는 랜덤 공중합체, 선형블록 공중합체, 기타 블록 공중합체 및 그래프트 공중합체가 있으며 이에 제한되지 아니한다.
융점이 분해온도보다 낮은 열가소성 중합체 또는 공중합체라면 모두 적당하다. 적어도 10℃ 보다 높게 분산된 융점범위를 갖는 합성 열가소성수지가 특히 적합하다. 이러한 물질의 예로는 분자량에서 다분산성을 나타내는 것들이다.
특히, 폴리올레핀, 비닐 폴리할라이드, 열가소성 폴리에스테르, 폴리케톤, 폴리아미드와 이들의 공중합체가 사용될 수 있다. 또한, 중합체 또는 공중합체의 혼합물도 사용될 수 있고, 마찬가지로 예를 들어 탄소, 염 및 기타 무기 유도체 등의 무기, 유기 또는 천연 충전제와의 중합체물질 배합물과, 천연섬유 또는 중합섬유와의 중합체물질 배합물도 사용될 수 있으며 이에 한정되지 아니한다. 또한, 상술한 중합체 또는 공중합체 중의 적어도 하나를 포함하고 함께 고정되어 적층된 층들로 이루어진 다층 구조체를 사용할 수도 있다.
폴리올레핀이 양호한 결과를 보인다. 폴리올레핀 중에서도, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 바람직하다.
본 발명은 연료탱크의 외부에 적어도 부분적으로 배치되는 적어도 하나의 부속품이 구비된 연료탱크에 적용된다. "부속품"이라는 용어는 일반적으로 액체나 기체가 통과하는 부재 또는 액체나 기체와 접촉하는 부재로서 다른 두 부재 사이에서 액체 또는 기체를 운반하는 기능을 포함하여 연료탱크가 일부를 구성하는 연료장치에 대하여 특유한 특정 기능을 수행하는 부재를 의미한다고 해석된다.
이러한 부속품의 예는 다음과 같으나 이에 한정되지 아니한다:
ㆍ 화학적 또는 물리적 조성물을 수용하는 용기, 특히 증기흡착 캐니스터;
ㆍ 액체 또는 기체 게이지;
ㆍ 액체 또는 기체 게이지에 연결된 전기연결구;
ㆍ 액체 또는 기체 펌프;
ㆍ 어떤 특정 조건하에서 탱크의 조절된 밀폐가 이루어질 수 있도록 하는 안전밸브;
ㆍ 액체를 수용하는 드레인형 용기;
ㆍ 액체 또는 기체 펌프의 모터에 전원을 공급하기 위한 전기연결구;
ㆍ 모든 장치, 특히 엔진용 공급장치에 연결되는 액체 파이프;
ㆍ 액체/증기 분리장치.
적어도 2개의 부속품 조합이 사용될 수 있으며, 임의로 이와 동일한 부속품이 여러 종류 존재하여도 좋다.
본 발명에 따라서, 부속품은 연료탱크의 외부에 적어도 부분적으로 배치된다. 부속품은 완전히 연료탱크의 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어 하나의 모듈이 연료탱크의 벽에 착설되어 연료에 관련된 특정기능을 수행할 수 있을 것이다. 또한, 부속품은 연료탱크의 외부에 부분적으로 배치될 수도 있다. 이와 같은 경우, 부속품은 연료탱크의 벽을 관통하고, 부속품은 이러한 연료탱크의 벽과의 경계면에서 기체 및 액체에 대하여 밀봉이 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명에 따라서, 부속품은 연료탱크/부속품 조립체의 비투과성을 개선하는 보호장치로 피복된다. 환언컨데, 이러한 보호장치의 존재는 부속품이 연료탱크의 벽을 관통하는 경우 부속품의 표면과 연료탱크와 부속품 사이의 경계면에서 연료의 손실을 현저히 감소시킨다.
본 발명에 따라서, 이러한 보호장치는 다층구조의 유연성 필름, 즉 적어도 하나의 열가소성수지를 각각 포함하는 여러 층들을 적층하여 이루어진 적층구조로서, 이 적층체의 층들의 두께와 특성은 상기 필름의 유연성이 상기 연료탱크의 벽의 유연성보다 실질적으로 더 크도록 한다. 상기 유연성 필름은 간단한 수작업으로 쉽게 변형될 수 있는 것이 바람직하다.
상기 유연성 필름은 다양한 형태의 표면을 갖는다. 이는 예를 들어 형상이 비교적 원형 또는 타원형 곡선으로 이루어진 볼록면이나, 또는 이와 반대로 장방형 또는 다각형과 같은 예리한 각을 갖는 볼록면을 구성할 수 있다. 또한, 유연성 필름은 필름의 표면 내부에 배치되는 적어도 하나의 볼록면을 포함하는 비-볼록면을 가질 수도 있다. 필름의 비-볼록면 내에 포함되는 이들 볼록면 각각에서는 상기 비-볼록면으로 둘러싸인 공극을 위한 공간을 남겨두기 위해 다층구조가 중단된다.
본 발명에 따라서, 유연성 필름은 적어도 하나의 연료장벽층을 포함한다. 여기에서, "연료장벽층"이라는 용어는 기체연료 및 액체연료에 비투과성인 층을 의미하는 것으로 해석된다. 상기 연료장벽층은 일반적으로 배리어수지(barrier resin)를 포함한다. 만일 연료탱크 또는 부속품과 접촉하게 되는 유체연료, 특히 탄화수소에 대하여 효과적이라면 그리고 다층의 유연성 필름구조를 제조하는데 사용되는 방법에 적합하다면 어떠한 배리어수지라도 연료장벽층내에 포함될 수 있다.
이러한 배리어수지로서는 폴리아미드 또는 코폴리아미드와 에틸렌/비닐 알코올 랜덤 공중합체를 들 수 있다. 또한, 다양한 배리어수지의 혼합물도 가능하다. 매우 양호한 결과는 에틸렌/비닐 알코올 랜덤 공중합체로 된 배리어수지를 포함하는 연료장벽층에서 얻어졌다.
유연성 필름은 얇은 유연성의 다층구조를 제조가능하다면 어떠한 공지의 방법으로도 얻을 수 있다. 한가지 가능한 방법은 시이트 다이로 다층필름을 압출하는 방법이다. 다른 가능한 방법은 다층 시이트를 압축성형하는 것이다.
본 발명에 따른 연료탱크의 부속품을 피복하는 유연성 필름은 용접에 의하여 연료탱크에 고정된다. 유연성 필름은 예를 들어 부속품을 격납하는 포켓을 형성할 수 있고 연료탱크에 용접된다.
본 발명에 따른 연료탱크의 경우에 있어서, 유연성 필름은 필름의 외주 전체에 걸쳐 부분적으로 연료탱크의 외면에 용접된다.
유연성 필름의 용접은 다양한 방법으로 행할 수 있다. 조립될 플라스틱에 적합한 용접이라면 모두 적당하다. 상기 용접은 레이저 또는 적외선 용접이 바람직하다. 이 경우, 필름은 다른 용접방법에서보다 더 넓은 외주영역 상에서 용접가능하므로 유리하다. 예를 들어, 레이저 용접으로 10-20㎜의 폭이 용접될 수 있다.
본 발명에 따른 연료탱크의 우선실시형태에서, 장벽기능이 구비되지 않은 적어도 하나의 유연성 필름 층을 용접영역의 폭과 적어도 동등한 거리를 두고 필름 외주에 연하여 얇게 한다. 이러한 실시형태에서 장벽기능이 구비되지 않은 층의 두께는 적어도 연료탱크 벽의 용접영역에서는 연료 침투통로의 단면이 작아지도록 유연성 필름의 외주에 연하여 감소된다. 특히, 연료탱크와 장벽층 사이에 배치되는 장벽기능을 갖지 않는 하나의 층 또는 복수의 층이 얇게 되는 것이 바람직하다.
상기 실시형태와 양립할 수 있는 다른 실시형태에 따라서, 연료탱크의 벽과 직접 접촉하는 유연성 필름 층은 레이저 광선 또는 적외선을 투과시키지않는 조성물을 함유한다. 이 실시형태에서 레이저 또는 적외선에 의한 유연성 필름의 용접으로 더 높은 품질을 갖는 탱크를 제공하는 것이 유리하다. "레이저 또는 적외선을 투과시키지 않는 조성물"이란 표현은 실질적인 비율로 레이저 또는 적외선 에너지를 흡수 또는 반사하는 조성물을 의미한다고 해석된다. 양호한 결과를 나타내는 이러한 조성물의 한 예는 카본블랙 충전제이다. 이 조성물은 연료탱크의 벽과 직접 접촉하는 층의 중합체 물질 전체에 걸쳐 균일하게 분포되는 것이 유리하다.
상기 실시형태와 양립할 수 있는 본 발명에 따른 연료탱크의 다른 실시형태로서는 유연성 필름이 폴리올레핀을 함유하는 적어도 하나의 층을 포함하는 것이다. 폴리올레핀은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)인 것이 바람직하다. 특히 상기 폴리에틸렌 함유층 또한 레이저 또는 적외선을 투과시키지 않는 조성물을 포함하는 것이 바람직하다. 카본블랙을 함유하는 HDPE층은 우수한 결과를 나타낸다.
유연성 필름은 이 부속품과 연료탱크의 외부 사이에 직접적인 접촉이 없도록 부속품을 완전히 피복할 수 있다.
또한, 부속품이 연료탱크의 외부에 개방되는 파이프이고 유연성 필름은 상기 파이프만 상기 연료탱크의 외부로 연장될 수 있도록 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 파이프와 필름 사이의 유출측 경계면에서 필름을 파이프에 고정하는 수단이 결합된다. 만약 연료탱크 또는 이의 부속품과, 필름 아래에 배치되는 파이프의 단부 사이의 경계면에서 이루어지는 밀봉접촉보다 더 좋은 밀봉접촉이 이루어질 수만 있다면, 다양한 고정수단이 이용될 수 있다. 양호한 결과를 갖는 고정수단으로는 스냅-고정(snap-fastening) 시스템과, 파이프에 형성된 나사와 파이프에 나사고정되는 링으로 구성되어 파이프의 링과 나사산 사이에서 상기 나사산에 상기 필름을 포획(trapping)하는 시스템이 있다.
또한, 본 발명은 연료탱크 벽에 형성된 적어도 하나의 개방부를 통하여 연료탱크의 내부공간에 연결되는 적어도 하나의 부속품을 구비하고 부속품 또는 개방부는 비투과성 보호장치에 의하여 피복되는 플라스틱 연료탱크의 제조방법에 관한 것으로, 여기서 적어도 하나의 연료장벽층을 포함하는 다층구조의 얇은 필름이 부속품 상에 배치되고, 이후 필름의 외주영역을 레이저 또는 적외선 주사하여 필름이 그 외주부 전체에 걸쳐 용접된다.
이 방법에 있어서, 공통의 용어는 연료탱크를 설명할 때 상기 언급한 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명의 제조방법을 실시하는 한 방법에 따라서, 레이저 또는 적외선으로 연료탱크에 필름을 용접하기 전에, 연료탱크와는 별개로 필름을 재단하고 열성형에 의해 예비성형한다.
열성형에 의한 유연성 필름의 예비성형은 아직 유연성이 잔존하여 실질적인 기계적 힘이 없어도 어느 정도의 변경이 가능할 동안, 보호할 부속품의 외면의 형상과 근사한 형상을 만드는 것이다. 유연성 필름의 예비성형은 소성변형에 의해 행하는 것이 바람직하다.
상기 언급된 실시형태들과 양립하는 본 발명의 제조방법을 실시하는 다른 방법에 따라서, 용접을 하기 전에 열풍을 흘려 필름을 부속품과 이 부속품 근방의 연료탱크 벽에 압착한다.
열풍은 상기 부속품의 폭에 가까운 크기의 직경을 갖는 관을 사용하여 이 관을 이 부속품을 향하게 하고 송풍하는 것이 유리하다.
이하 첨부도면은 본 발명을 설명하기 위한 목적을 가지며 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 폴리아세탈로 된 스커트(2)를 포함하는 원형상의 배기밸브(1)를 도시한 도면.
도 2는 HDPE 연료탱크(103)용 펌프-게이지 모듈을 부착하는데 사용된 링-너트형 스토퍼의 커버를 도시한 도면.
[실시예]
먼저 도 1을 참조하면, 밸브(1)를 사이펀(3)에 고정하여 정위치로 지지하고, 사이펀(3)의 노즐은 다층연료 탱크(4)의 내부환기용 파이프에 연결한다. EVOH 장벽층을 포획하는 2개의 HDPE층을 포함하는 다층구조의 시트(5)는 열판용접에 의하여 탱크(5)벽의 외면(6)에 용접하였다. 시트(5)를 탱크(4)와 사이펀(3)에 용접하는 동안 장벽층들이 함께 이루어지도록 엠보싱(7)(8)을 시트(5)와 탱크(4)벽의 면(6)에 형성하였다. 3개 층으로 되는 원형상의 다층필름(9)은 전체두께가 0.3㎜이고, 2개의 HDPE층 사이에 샌드위치된 EVOH 장벽층을 포함하며, 탱크(4)측 HDPE층은 0.25중량%의 카본블랙으로 충전한다. 상기 다층필름(9)을 상기 시트(5) 상에 배치하고, 밸브(1)와 사이펀(3)을 포위한 16㎜ 폭의 탱크 외벽을 갖는 원형영역(10)(11) 상에 다이오드 레이저(809㎚의 파장과 35W의 출력을 갖는 FAP형 YAG 레이저)를 펄스모드로 주사하여 용접하였다.
도 2를 참조하면, 지지판(101)은 탱크(103)에 형성된 개구(102) 상에 배치하였다. 개구(102)의 벽을 이루는 말단고정부(105)에 나사로 고정된 링-너트 시스템(104)에 의해 장착판(101)을 탱크(103)에 고정할 수 있다. 연성 밀봉(106)은 1급수준의 밀봉을 제공한다.
지지판(101)을 관통하는 사이펀(107)은 고정구(108)가 스냅-고정에 의해 연료유출통로에 부착될 수 있게 한다.
말단고정부(105)와 링-너트 시스템(104)과 지지판(101)의 결합이 두 HDPE층 사이에 샌드위치된 EVOH 장벽층을 포함한 다층구조를 갖는 0.3㎜ 두께의 필름(109)으로 커버되며, 탱크와 접촉하는 필름의 HDPE층은 0.3중량%의 카본블랙으로 충전된 HDPE층으로 된다. 필름(109)은 사이펀(107)이 통과될 수 있는 개구를 구비하고 도 1에 설명한 필름을 용접하는데 사용된 것과 동일한 종류 및 출력의 레이저를 주사하는 방법으로 용접된다. 용접은 탱크(103) 외면에서 15㎜ 폭의 원형영역에 걸쳐 행하였다. 밀봉(110)은 고정구(108)의 암부분을 스냅-고정하는 동안 사이펀(107) 주위의 밀봉을 제공한다.
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Claims (10)

  1. 연료탱크의 외부에 적어도 일부가 배치되는 적어도 하나의 부속품을 구비하고 상기 부속품은 상기 연료탱크/부속품 조립체의 비투과성을 개선하는 보호장치에 의하여 피복되는 플라스틱 연료탱크에 있어서,
    상기 보호장치가 적어도 하나의 연료장벽층을 포함하는 다층구조의 유연성 필름이고, 상기 필름이 상기 필름의 외주 전체에서 상기 탱크의 외면에 용접되어 상기 탱크에 고정됨을 특징으로 하는 연료탱크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용접이 레이저 또는 적외선 용접임을 특징으로 하는 연료탱크.
  3. 제1항에 있어서,
    장벽기능을 갖지 않는 적어도 하나의 층이 용접되는 부분의 폭과 적어도 동등한 거리를 두고 상기 필름의 외주에서 얇아짐을 특징으로 하는 연료탱크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료탱크의 벽과 직접 접촉하는 필름 층이 레이저 또는 적외선을 투과시키지 않는 조성물을 포함함을 특징으로 하는 연료탱크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필름이 폴리올레핀을 함유하는 최소한 하나의 층을 포함함을 특징으로 하는 연료탱크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 필름이 상기 부속품과 연료탱크의 외면 사이에 직접적인 접촉이 이루어지지 않도록 상기 부속품을 완전히 피복함을 특징으로 하는 연료탱크.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 부속품이 상기 연료탱크 외부로 개방된 파이프를 포함하고 상기 필름은 상기 파이프 만이 외부로 연장되게 함을 특징으로 하는 연료탱크.
  8. 연료탱크 벽에 형성된 적어도 하나의 개방부를 통하여 상기 탱크의 내부공간에 연결되는 적어도 하나의 부속품을 구비하고 상기 부속품 또는 개방부가 비투과성 보호장치로 피복되는 플라스틱 연료탱크를 제조하는 플라스틱 연료탱크의 제조방법에 있어서,
    적어도 하나의 연료장벽층을 포함하는 다층구조의 필름을 상기 부속품 상에 배치하고, 상기 필름의 외주영역에 레이저 또는 적외선을 주사하여 상기 필름을 그 외주 전체에 걸쳐 상기 연료탱크에 용접함을 특징으로 하는 플라스틱 연료탱크의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    레이저 또는 적외선에 의해 상기 필름을 상기 연료탱크에 용접하기 전에 상기 연료탱크와는 별도로 상기 필름을 재단하고 열성형하여 예비성형함을 특징으로 하는 플라스틱 연료탱크의 제조방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 용접이 수행되기 전에 열풍을 흘려 상기 필름을 상기 부속품과 이 부속품에 인접한 상기 연료탱크의 벽에 가압하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 연료탱크의 제조방법.
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