KR101105752B1

KR101105752B1 - 파동형 압력용기 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101105752B1
Application number: KR1020110053280A
Authority: KR
Inventors: 안기석
Original assignee: 주식회사 화영
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2012-01-17

Abstract

파동형태의 금속재 및 고분자 복합소재 등으로 만든 원통형 라이너(Liner)와 금속재 혹은 고분자 복합소재 재질 등으로 된 양측 돔(Dome)부(部)의 2 개 보스(Boss) 위에 미리 원통형 브레이딩 직물(Cylindrical textiles by braiding) 혹은 붕대 모양의 평면 직조된 특수 기능성 직물(Fabrics)을 여러 차례 길이방향으로 뒤집기를 반복하여 파동표면을 따라 연속하여 씌우면서 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르 등의 고분자 수지를 함침하여 붙이고 양측 보스(Boss) 바깥 면에 원형으로 파져있는 여러 개의 홈 그리고 원통의 여러 개의 파동 골부분에 특수 기능성 섬유 원사를 여러 번 수지로 함침하면서 감는 방법으로 보강하고 마지막으로 수지를 경화시켜 만든 압력용기에 관한 것이다.

Description

파동형 압력용기 및 그의 제조 방법{THE PRESSURE VESSEL OF A WAVEFORM AND MANUFACTURING METHOD FOR THEREOF}

본 발명은 압력용기를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 미리 제조된 원통형 브레이딩 직물 또는 붕대 모양의 평면 직조된 직물을 이용하여 강도를 개선시킨 압력용기 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.

액체 또는 기체와 같은 유체를 수용하기 위해 압력용기가 사용되며, 이러한 용기에 수용된 유체는 모든 방향을 향해 압력을 가지기 때문에, 압력용기는 이와 같은 유체에 의한 압력을 견디기 위한 내구성을 가져야한다.

압력용기의 내구성을 강화하기 위해 다양한 방식이 도입되었으며, 그중에서도 무게가 가볍고 강도가 우수한 특성으로 인해 복합재료 용기가 연료자동차의 연료탱크와 같은 다양한 용도에 활용되고 있다.

예를 들면, 비금속 복합소재로 전체를 둘러싸도록 제조된 CNG 탱크 타입 4의 경우 정상적인 사용조건 하에서는 폭발하지 않으며, 폭발 시에도 파편에 의한 사고를 방지할 수 있다. 이러한 복합재료 용기는, 예를 들면, 에폭시, 폴리에스테르등과 같은 고분자 수지로 기능성 섬유를 함침 시키고 이를 회전하는 원통형 라이너(leiner) 위에 원주방향과 축 방향으로 보통 경사지게 와인딩하여 제조되며, 이렇게 제조된 압력 용기는 강화된 내구성을 가지게 된다.

그러나, 상기와 같이 예를 들면, 기능성 섬유 원사를 회전하는 원통형 라이너에 감아서 압력용기를 강화 및 제조하는 구조는, 기능성 섬유 원사를 라이너에 감는 각도와 섬유가 감기는 위치를 조절하는 것이 필요하고, 또한 이를 조절하기위해 캐리지의 위치를 조정할 필요가 있어서 제조공정과 제조 장치를 복잡하게 만든다. 또한, 가느다란 섬유를 라이너에 감아서 제조하므로 제조공정에 소요되는 시간이 길어지므로 제조비용이 상승하고, 제품의 가격을 고가가 되도록 한다.

따라서, 보다 간단하고 저비용의 제조 장치 및 제조 방법을 이용하여 내구성 강도를 강화시킨 압력 용기를 제조하는 것이 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 파동형태의 원통형 라이너(Liner)를 미리 제조된 원통형 브레이딩 직물(Cylindrical textiles by braiding) 또는 붕대 모양의 평면 직조된 직물(Fabrics)을 이용하여 강도를 개선한 압력용기 및 그를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 측면에 따른 압력용기는, 일정한 크기로 절단된 파동형태의 원통형 라이너; 각종 밸브가 연결될 수 있도록 나사산으로 된 노즐과 제 1 보스를 구비하고 상기 원통형 라이너의 양측 단부 중 어느 하나의 입구에 배치되어 상기 원통형 라이너의 입구를 기밀하도록 하는 제 1돔(Dome)부; 및 제 2 보스를 구비하고 상기 원통형 라이너의 양측 단부 중 다른 하나의 입구에 배치되어 상기 원통형 라이너의 입구를 기밀하도록 하는 제 2 돔 부;를 포함하고,

미리 제조된 원통형 브레이딩 직물(또는 붕대 모양의 평면 직조된 직물: 이후 표기 생략, 원통형 브레이딩 직물로 통합)을 상기 원통형 라이너의 길이방향으로 상기 원통형 라이너의 파동형태의 표면을 따라 연속하여 수지로 함침하고 눌러 붙이면서 상기 원통형 라이너의 제1 보스에서 제2 보스로 덮어씌우고, 그의 반대 방향으로 상기 제2 보스에서 제1 보스로 덮어씌우는 것을 반복하여 강도를 개선한 구성으로 하였고,

상기 제1 보스 및 제2 보스는, 각각 자신의 바깥 면에, 바람직하게는, 원형으로 파여져 있는 복수의 홈을 구비한다.

본 발명의 하나의 측면에 따라 구성된 압력 용기를 보다 상세히 설명하면, 먼저, 상기 원통형 라이너 상에, 상기 원통형 브레이딩 직물의 끝단을 상기 제1 보스의 제1 홈보다 일정한 길이만큼 안쪽방향(원통형 라이너의 중심방향)으로 상기 원통형 라이너와 제 1 보스가 겹치는 부분까지 덮고, 상기 제 1보스의 제 1 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶은 후 상기 원통형 브레이딩 직물의 끝단에서 상기 기능성 섬유 원사로 묶인 부분까지 수지로 함침하여 제 1 보스에 고정 시킨다.

그런 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대 방향으로 뒤집어, 상기 원통형 라이너의 길이 방향을 따라 상기 제2 보스의 제1 홈을 지나도록 덮은 후, 상기 원통형 브레이딩 직물을 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제 2 보스의 제 1홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2 보스에 고정시킨다.

다시, 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대방향으로 뒤집어 제1 보스의 제2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 원통형 브레이딩 직물을 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제 1 보스의 제 2홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 1 보스에 고정시킨 다음,

상기 원통형 브레이딩 직물을 반대로 뒤집어 상기 제2 보스의 제2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 원통형 브레이딩 직물을 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제2 보스의 제2 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2 보스에 고정시킨 다음,

각각의 보스 홈을 번갈아 바꾸어 가면서, 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대로 뒤집고 고분자 수지로 함침하여 원통형 라이너에 눌러 붙이는 작업을 미리 정해진 복수 회 반복하고,

상기 작업을 필요한 횟수만큼 반복한 후에, 작업이 종료되는 마지막 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶은 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너와 작업이 종료되는 보스가 겹치는 부분까지 뒤집어 덮고, 고분자 수지로 함침 시키면서 마무리 한다.

추가로, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너에 덮을 때마다, 상기 원통형 라이너 위에 형성되어 있는 복수의 파동형태의 골(valley) 부분에 고분자 수지가 함침된 기능성 섬유 원사를 복수 회 감음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물 또는 붕대 모양의 평면 직조된 직물을 상기 원통형 라이너 상에 고정 및 보강하고, 상기 수지를 경화시킨다.

추가로, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

추가로, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 상기 원통형 라이너와 돔 부는 금속재 또는 고분자 복합소재로 만들어지는 것이 바람직하다.

추가로, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 상기 압력용기의 산과 골에 횡 방향으로 보강 섬유를 덧대는 것이 바람직하다.

추가로, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 상기 보강 섬유를 덧댈 때는 원통형 브레이딩 직조물을 원통형 라이너에 한 겹씩 접착할 때 마다 상기 원통형 브레이딩 직조물 위로 반복하여 보강 접착하는 것이 바람직하다.

추가로, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 상기 보강 섬유는 상기 원통형 브레이딩 직물과 동일한 소재인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 압력용기를 제조하는 방법은, 파동형태의 원통형 라이너를 일정한 크기로 절단하는 단계; 상기 원통형 라이너의 양측 단부 입구에 각종 밸브가 연결될 수 있도록 나사산으로 된 노즐과 제1 보스를 구비한 제1돔 부 또는 제2 보스를 구비한 제2 돔 부를 각각 배치하는 단계로서, 상기 제1보스 및 제2 보스는, 각각 자신의 바깥 면에 원형으로 파여져 있는 복수의 홈을 구비하는 단계;를 포함하고,

1) 상기 원통형 라이너 상에, 미리 제조된 원통형 브레이딩 직물의 끝단을 상기 제1 보스의 제1 홈보다 일정한 길이만큼 안쪽방향(원통형 라이너의 중심방향)으로 상기 원통형 라이너와 제 1 보스가 겹치는 부분까지 덮고, 상기 제 1보스의 제 1 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶은 후 상기 원통형 브레이딩 직물의 끝단에서 상기 기능성 섬유 원사로 묶인 부분까지 고분자 수지로 함침하여 제 1 보스에 고정 시키는 단계;

2) 그런 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대 방향으로 뒤집어, 상기 원통형 라이너의 길이 방향을 따라 상기 제2 보스의 제1 홈을 지나도록 덮은 후, 상기 원통형 브레이딩 직물을 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 면을 따라서 눌러서 붙이고, 상기 제 2 보스의 제 1홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2 보스에 고정시키는 단계;

3) 다시, 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대방향으로 뒤집어 제1 보스의 제2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 원통형 브레이딩 직물을 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제 1 보스의 제 2홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 1 보스에 고정시키는 단계;

4) 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대로 뒤집어 상기 제2 보스의 제2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 원통형 브레이딩 직물을 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제2 보스의 제2 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2 보스에 고정시키는 단계;

5) 상기 2)~4)단계를 제1 보스 및 제2 보스의 홈을 달리하면서 미리 정해진 횟수만큼 반복하고, 보스의 마지막 홈에서 상기 원통형 브레이딩 직물을 기능성 섬유 원사로 복수 회 감아서 고정시키는 단계;

6) 마지막 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶은 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너와 작업이 종료되는 보스가 겹치는 부분까지 뒤집어 덮고, 고분자 수지로 함침하여 부착시키는 단계;를 포함한다.

추가로, 본 발명의 하나의 측면에 따르면, 상기 보강 섬유를 덧댈 때는 원통형 브레이딩 직조물을 원통형 라이너에 한 겹씩 접착할 때마다 상기 원통형 브레이딩 직조물 위로 반복하여 보강 접착하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 압력용기의 원통이 산과 골의 다 파동으로 이루어져 있어서 파형굴곡의 유연성으로 벨로우즈(Bellows)와 같은 스프링상수를 가지며 평면 원통형의 타 상용제품보다 더 나은 진동과 충격의 흡수효과를 가져온다.

골 부분을 원사로 여러 번 팽팽하게 감은 다발은 압력용기의 팽창을 억제시키는데 탁월한 효과를 가져와 내압강도를 높이게 되어 같은 두께의 평면 원통형 제품보다 더 높은 고압을 견딜 수 있다.

필라멘트 와인딩 방식의 타 상용제품처럼 대형의 제조설비가 필요하지 않고 수작업도 가능하며 소량생산도 용이하여 생산원가를 절감할 수 있어 경제성이 높아진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 하나의 실시 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 따라 도 1의 보스의 부분을 확대한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 따라 도 1의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 바람직한 실시 예에 따른 압력용기의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력용기(100)의 사시도이고, 도2 및 도 3은 도 1의 부분 확대도이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력용기(100)는 일정한 크기로 절단된 파동형태로 된 외부 면을 가진 원통형 라이너(Liner)(110)와 상기 원통형 라이너(110)의 양측 단부의 입구에 배치되어 상기 원통형 라이너(110)의 양 단부를 각각 기밀 하는 제 1 돔(Dome) 부 및 제 2 돔 부(200a, 200b)를 구비한다.

상기 원통형 라이너(110)와 상기 제 1 및 제 2 돔 부(200a, 200b)는 각각 금속재 및 고분자 복합소재로 만들어지고, 상기 제 1 돔 부(200a)는 유체가 통과할 수 있는 입출구로 사용하기 위해 각종 밸브가 연결될 수 있도록 나사산(threaded)으로 된 노즐(220)을 구비하고, 제 2 돔 부(200b)는 나사산이 없이 막힌 밑둥치로 되어있다.

상기 제 1 및 제 2 돔 부(200a, 200b)의 상부 면에는 각각 제 1 보스(boss)와 제 2 보스(210a, 210b)가 형성되어 있고, 상기 보스(210a, 210b)는 모두 자신의 외부 표면상에, 바람직하게는, 원형으로 파여져 있는 복수의 홈이 형성되어 있다.

본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 따라 구성된 압력 용기를 보다 상세히 설명하면, 상술한 바와 같은 원통형 라이너(110)에 대해, 먼저, 미리 제조된 원통형 브레이딩 직물(310)의 끝단을 상기 제 1 보스(210a)의 제 1 홈보다 일정한 길이만큼 안쪽방향(원통형 라이너의 중심방향)으로 상기 원통형 라이너(110)와 제 1 보스(210a)가 겹치는 부분까지 덮고, 상기 제 1 보스(210a)의 제 1 홈에서 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶은 후 상기 원통형 브레이딩 직물(310)의 끝단에서 상기 기능성 섬유 원사(400)로 묶인 부분까지 수지로 함침한다.

여기서, 원통형 브레이딩 직물(310)은 바람직하게는 기능성 섬유를 나선형으로 교차하여 만든 원통형 직물을 가리키며, 완성된 원통형 브레이딩 직물(310)의 원통의 지름은 직조에 사용된 원주 방향의 섬유의 개수에 따라 결정된다.

본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 따르면, 본문에 기술된 기능성 섬유 원사로는, 예를 들면, 케블라(Kevlar), 탄소 나노튜브 실 등이 사용되고, 강화섬유, 합성 섬유, 화학섬유를 포함하는 기타 임의의 종류의 기능성 섬유가 사용가능하며, 또한, 상기 기능성 섬유 원사는 상기 원통형 브레이딩 직물(310)과 동일한 소재인 것이 바람직하다.

그런 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 반대 방향으로 뒤집어, 상기 원통형 라이너(110)의 길이 방향을 따라 상기 제2 보스(210b)의 제1 홈을 지나도록 덮은 후, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너(110)의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제 2 보스(210b)의 제 1홈에서 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 제 2 보스(210b)에 고정시킨다.

바람직하게는, 본문에 기술된 바와 같은 고분자 수지는 예를 들면, 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르로 구성된 그룹 중에서 선택되며, 바람직하게는, 기타 임의의 종류의 고분자 수지가 사용가능하다.

그런 다음 다시, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 반대방향으로 뒤집어 제 1 보스(210a)의 방향으로, 상기 원통형 라이너(110)의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 수지로 함침하고 눌러 붙이면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)이 상기 제 1 보스(210a)의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 1 보스(210a)의 제 2 홈에서 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 제 1 보스(210b)에 고정시키고,

다시, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 반대로 뒤집어 제 2 보스(210b)의 방향으로, 상기 원통형 라이너(110)의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 수지로 함침하고 눌러 붙이면서, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)이 상기 제 2보스(210b)의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 2 보스(210b)의 제 2 홈에서 기능성 섬유원사(400)를 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 제 2보스(210b)에 고정시킨다.

각각의 보스의 홈을 번갈아 바꾸며, 상술한 바와 같은 원통형 브레이딩 직물(310)을 반대로 뒤집어가면서 원통형 라이너(110)의 바깥 파동 면을 따라 고분자 수지로 함침하면서 눌러 붙이고 보스의 홈에서 기능성 섬유 원사(400)로 복수 회 감아서 고정시키는 작업을 미리 정해진 복수 회 반복한다.

필요한 횟수만큼 상술한 단계들을 반복한 후에 작업이 종료되는 마지막 홈에서 상기 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶은 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 원통형 라이너와 작업이 종료되는 보스가 겹치는 부분까지 뒤집어 덮고, 고분자 수지로 함침 시키면서 마무리 한다.

상기의 설명은 제 1 보스(210a)에서 시작하는 것으로 설명되었지만, 작업을 시작하는 보스의 순서는 임의로 선택가능하다는 것을 당업자는 이해 가능할 것이다.

본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 따르면, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너에 수지로 함침하면서 눌러 붙이는 작업을 수행할 때마다, 상기 원통형 라이너(110) 위에 형성되어 있는 복수의 파동형태의 골(valley) 부분에 고분자 수지가 함침된 기능성 섬유 원사(400)를 복수 회 감음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 원통형 라이너(110) 상에 고정 및 보강한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따라, 모든 작업을 완료한 후에, 상기 수지를 경화시킴으로써 마무리한다.

또한, 본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 압력용기(100)의 산과 골에 횡 방향으로 보강 섬유(320)를 덧대는 것이 바람직하고, 상기 보강 섬유(320)를 덧댈 때는 원통형 브레이딩 직조물(310)을 원통형 라이너(110)에 한 겹씩 접착할 때마다 상기 원통형 브레이딩 직조물(310) 위로 반복하여 보강 접착하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 상기 보강섬유(320)는 상기 원통형 브레이딩 직물(310)과 동일한 소재인 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 상기의 각각의 공정은 자동화된 기계 설비를 이용하여 수행되거나 수동으로 수행되는 것이 가능하다.

상기와 같이 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 반복하여 덮어씌운 구조에 의해, 압력용기(100)는 내부 유체로부터의 압력에 대해 강화된 내구성을 가지며, 폭발 시에도 파편이 없이 찢어지므로 타 용기에 비해 위험도가 낮고 안전성이 높게 된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력용기의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하여 본 발명에 따른 본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 따른 압력용기를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 일정한 크기로 절단된 파동형태의 원통형 라이너(110)를 준비하여, 상기 라이너 원통(110)의 양측 단부 입구에 각각 제 1 보스(210a)를 구비한 제 1 돔 부(200a) 또는 제 2 보스(210b)를 구비한 제 2 돔 부(200b)를 배치한다.

여기서, 상기 원통형 라이너(110)와 상기 제 1 및 제 2 돔 부(200a, 200b)는 각각 금속재 및 고분자 복합소재로 만들어지고, 상기 제 1 돔 부(200a)는 유체가 통과할 수 있는 입출구로 사용하기 위해 각종 밸브가 연결될 수 있도록 나사산(threaded)으로 된 노즐(220)을 구비하고, 제 2 돔 부(200b)는 나사산이 없이 막힌 밑둥치로 되어있다.

상기 보스(210a, 210b)는 모두 자신의 외부 표면상에, 바람직하게는, 원형으로 파여져 있는 복수의 홈이 형성되어 있다.

상술한 바와 같은, 상기 원통형 라이너 상에서, 먼저, 미리 제조된 원통형 브레이딩 직물(310)의 끝단을 상기 제 1 보스(210a)의 제 1 홈보다 일정한 길이만큼 안쪽방향(원통형 라이너의 중심방향)으로 상기 원통형 라이너(110)와 제 1 보스가 겹치는 부분까지 덮고, 상기 제 1보스(210a)의 제 1 홈에서 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶은 후 상기 원통형 브레이딩 직물(310)의 끝단에서 상기 기능성 섬유 원사(400)로 묶인 부분까지 고분자 수지로 함침 한다.

그런 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 반대 방향으로 뒤집어, 상기 원통형 라이너(110)의 길이 방향을 따라 상기 제2 보스(210b)의 제1 홈을 지나도록 덮은 후, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너(110)의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제 2 보스(210b)의 제 1홈에서 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 제 2 보스(210b)에 고정시킨다.

그런 다음 다시, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 반대방향으로 뒤집어 제 1 보스(210a)의 방향으로, 상기 원통형 라이너(110)의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 수지로 함침하고 눌러 붙이면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)이 상기 제 1 보스(210a)의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 1 보스(210a)의 제 2 홈에서 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 제 1 보스(210b)에 고정시킨다.

다시, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 반대로 뒤집어 제 2 보스(210b)의 방향으로, 상기 원통형 라이너(110)의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 수지로 함침하고 눌러 붙이면서, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)이 상기 제 2 보스(210b)의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 2 보스(210b)의 제 2 홈에서 기능성 섬유 원사(400)를 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 제 2보스(210b)에 고정시킨다.

상술한 바와 같은 작업들을 기능성 섬유 원사(400)로 원통형 브레이딩 직물(310)을 원통형 라이너(110)에 고정시키기 위해 제 1 보스(210a) 및 제 2 보스(210b)의 홈을 변경시키면서 미리 정해진 횟수만큼 반복하고,

작업이 종료되는 보스의 마지막 홈에서 상기 기능성 섬유 원사(400)를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 복수 회 감고 묶은 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 원통형 라이너와 작업이 종료되는 보스가 겹치는 부분까지 뒤집어 덮고, 고분자 수지로 함침 시키면서 마무리하고 함침한 수지들을 경화시킨다.

본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 따르면, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너(110)에 수지로 함침하면서 눌러 붙이는 작업을 수행할 때마다, 상기 원통형 라이너(110) 위에 형성되어 있는 복수의 파동형태의 골(valley) 부분에 고분자 수지가 함침된 기능성 섬유 원사(400)를 복수 회 감음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물(310)을 상기 원통형 라이너(110) 상에 고정 및 보강한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 여기서, 원통형 브레이딩 직물(310)은 바람직하게는 기능성 섬유를 나선형으로 교차하여 만든 원통형 직물을 가리키며, 완성된 원통형 브레이딩 직물(310)의 원통의 지름은 직조에 사용된 원주 방향의 섬유의 개수에 따라 결정된다.

바람직하게는, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 본문에 기술된 기능성 섬유로는, 예를 들면, 케블라(Kevlar), 탄소 나노튜브 실 등이 사용되고, 강화섬유, 합성 섬유, 화학섬유를 포함하는 기타 임의의 종류의 기능성 섬유가 사용가능하며, 또한, 상기 기능성 섬유 원사(400)는 상기 원통형 브레이딩 직물(310)과 동일한 소재인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 본문에 기술된 바와 같은 고분자 수지는 예를 들면, 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르로 구성된 그룹 중에서 선택되며, 바람직하게는, 기타 임의의 종류의 고분자 수지가 사용가능하다.

추가로, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 압력용기(100)의 산과 골에 횡 방향으로 보강 섬유(320)를 덧대는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 보강 섬유(320)를 덧댈 때는 원통형 브레이딩 직조물(310)을 원통형 라이너(110)에 한 겹씩 접착할 때 마다 상기 원통형 브레이딩 직조물(310) 위로 반복하여 보강 접착하는 것이 바람직하다.

상기의 설명은 제 1 보스(210a)에서 시작하는 것으로 설명되었지만, 작업을시작하는 보스의 순서는 임의로 선택가능하다는 것을 당업자는 이해 가능할 것이다.

또한, 바람직하게는 상기의 각 공정은 자동화된 기계 설비를 이용하여 수행되거나 수동으로 수행되는 것이 가능하다.

상기와 같이 공정에 의해 원통형 브레이딩 직물(310)을 원통형 라이너(110)에 복수 회 반복하여 덮어씌운 구조에 의해, 압력용기(100)는 내부 유체로부터의 압력에 대해 기존의 제품보다 더 강화된 내구성을 가지게 된다.

상기에서, 본 발명의 일부 실시 예에 국한하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형, 또는 다른 실시 예들이 가능함을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 일반적인 파동형 원통형 라이너를 예시로 들었지만, 다양한 형상의 파동형태의 원통형 라이너가 사용가능함을 당업자는 이해할 것이다.

본 발명에 따른 압력용기의 원통형 라이너의 산과 골의 높이 및 산과 산 사이의 피치는 조정에 의해서 다양한 목적에 적용될 수 있으며 예를 들어 산과 골의 높이를 줄이면 유연성이 줄어들어 압력용기로서 사용이 적합하고 산과 골의 높이를 크게 하면 유연성이 증가하여 고압용 직동구동 펌프로도 응용이 가능하다.

특히 이러한 파동 형(Bellows Type)은 기존의 산업현장에 많이 쓰이는 금속재 벨로우즈가 피로수명(Dynamic Life Cycle)의 한계로 펌프의 기능을 할 수 없었으나 최근 철강의 강도보다 100배에 이르는 탄소나노튜브 실(Carbon nanotube yarns)과 같은 기능성 섬유의 신기술이 개발됨에 따라 높은 탄성과 강도로부터 수명이 대폭 연장되어 고 압력을 필요로 하는 펌프에 적용이 가능하게 되었다.

100; 압력용기 110; 원통형 라이너
200a; 제 1 돔 부 200b; 제 2 돔 부
210a; 제 1 보스 210b; 제 2 보스
220; 노즐 310; 원통형 브레이딩 직물
320; 보강 섬유 400; 기능성 섬유 원사

Claims

일정한 크기로 절단된 파동형태의 원통형 라이너;
각종 밸브가 연결될 수 있도록 나사산으로 된 노즐과 제 1 보스를 구비하고 상기 원통형 라이너의 양측 단부 중 어느 하나의 입구에 배치되어 상기 원통형 라이너의 입구를 기밀하도록 하는 제 1 돔(Dome)부; 및 제 2 보스를 구비하고 상기 원통형 라이너의 양측 단부 중 다른 하나의 입구에 배치되어 상기 원통형 라이너의 입구를 기밀하도록 하는 제 2 돔 부;를 포함하고,
1) 상기 원통형 라이너 상에, 미리 제조된 원통형 브레이딩 직물(또는 붕대 모양의 평면 직조된 직물: 이후 표기 생략-원통형 브레이딩 직물로 통합)의 끝단을 상기 제 1 보스의 제 1 홈보다 일정한 길이만큼 안쪽방향으로 상기 원통형 라이너와 제 1 보스가 겹치는 부분까지 덮고, 제 1 보스의 제 1 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶은 후 상기 원통형 브레이딩 직물의 끝단에서 상기 기능성 섬유 원사로 묶인 부분까지 고분자 수지로 함침하여 제 1 보스에 고정 시키고;
2) 그런 다음, 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대 방향으로 뒤집어, 상기 원통형 라이너의 길이 방향을 따라 상기 제2 보스의 제1 홈을 지나도록 덮은 후, 상기 원통형 브레이딩 직물을 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 면을 따라서 눌러 붙이고, 상기 제 2 보스의 제 1홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2 보스에 고정시키고;
3) 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대방향으로 뒤집어 제 1 보스의 방향으로, 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 고분자 수지로 함침하고 눌러 붙이면서 상기 원통형 브레이딩 직물이 상기 제 1 보스의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 1 보스의 제 2 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 1 보스에 고정시키고;
4) 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대로 뒤집어 제 2 보스의 방향으로, 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 고분자 수지로 함침하고 눌러 붙이면서, 상기 원통형 브레이딩 직물이 상기 제 2보스의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 2 보스의 제 2 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2보스에 고정시키고;
각각의 보스의 홈을 변경시키면서, 상술한 2)~4) 단계를 미리 정해진 횟수만큼 반복한 다음,
작업이 종료되는 마지막 홈에서 상기 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감아 묶고, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너와 작업이 종료되는 보스가 겹치는 부분까지 뒤집어 덮은 후, 고분자 수지를 함침 시키면서 부착 시키고, 상기 함침한 수지들을 경화시키고; 및
상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너에 수지로 함침하면서 눌러 붙일 때마다, 상기 원통형 라이너 위에 형성되어 있는 복수의 파동형태의 골(valley) 부분에 고분자 수지가 함침된 기능성 섬유 원사를 복수 회 감음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너 상에 고정 및 보강하는 것을 특징으로 하는 압력용기.
제 1 항에 있어서, 상기 원통형 브레이딩 직물은 케블라(Kevlar), 탄소 나노튜브 실, 합성섬유, 고분자 섬유, 화학섬유로 구성된 그룹 및 기타 임의의 종류 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 압력용기.
제 1 항에 있어서, 상기 원통형 라이너는 금속재 또는 고분자 복합소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 압력용기.
제 1 항에 있어서, 상기 돔 부는 금속재 또는 고분자 복합소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 압력용기.
제 1 항에 있어서, 상기 기능성 섬유 원사는 고분자 수지로 함침 시키는 것을 특징으로 하는 압력용기.
제 1 항 또는 5항에 있어서, 상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르로 구성된 그룹 또는 기타 임의의 종류의 고분자 수지 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 압력용기.
제 1 항에 있어서, 상기 압력용기의 산과 골에 횡 방향으로 보강 섬유를 덧대는 것을 특징으로 하는 압력용기.
제 7 항에 있어서, 상기 보강 섬유를 덧댈 때는 원통형 브레이딩 직조물을 상기 원통형 라이너에 한 겹씩 접착할 때마다 상기 원통형 브레이딩 직조물 위로 반복하여 보강 접착하는 것을 특징으로 하는 압력용기.
압력용기를 제조하는 방법으로서,
파동형태의 원통형 라이너를 일정한 크기로 절단하는 단계; 및 상기 원통형 라이너의 양측 단부 입구에 각종 밸브가 연결될 수 있도록 나사산으로 된 노즐과 제 1 보스를 구비한 제 1 돔 부 또는 제 2 보스를 구비한 제 2 돔 부를 각각 배치하는 단계로서, 상기 제 1 보스 및 제 2 보스는, 각각 자신의 바깥 면에 원형으로 파여져 있는 복수의 홈을 구비하는 단계;를 포함하고,
1) 상기 원통형 라이너 상에, 미리 제조된 원통형 브레이딩 직물의 끝단을 상기 제 1 보스의 제 1 홈보다 일정한 길이만큼 안쪽방향으로 상기 원통형 라이너와 제 1 보스가 겹치는 부분까지 덮고, 제 1 보스의 제 1 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶은 후 상기 원통형 브레이딩 직물의 끝단에서 상기 기능성 섬유 원사로 묶인 부분까지 고분자 수지로 함침하여 제 1 보스에 고정시키는 단계;
2) 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대 방향으로 뒤집어 상기 제 2 보스의 방향으로, 상기 원통형 라이너의 길이 방향을 따라 상기 원통형 브레이딩 직물을 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 라이너의 바깥 면을 따라서 눌러서 붙여서, 상기 원통형 브레이딩 직물이 상기 제 2 보스의 제 1 홈을 상기 제 2 보스의 바깥방향(원통형 라이너의 중심방향에 대향하는 방향)으로 미리 정해진 일정한 길이만큼 벗어난 정도까지 상기 원통형 라이너를 덮도록 하고, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2 보스의 제 1 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 복수 회 감고 묶음으로써 고정시키는 단계;
3) 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대방향으로 뒤집어 제 1 보스의 방향으로, 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 고분자 수지로 함침하고 눌러 붙이면서 상기 원통형 브레이딩 직물이 상기 제 1 보스의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 1 보스의 제 2 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 1 보스에 고정시키는 단계;
4) 상기 원통형 브레이딩 직물을 반대로 뒤집어 제 2 보스의 방향으로, 상기 원통형 라이너의 바깥 파동 표면을 따라 연속하여 고분자 수지로 함침하고 눌러 붙이면서, 상기 원통형 브레이딩 직물이 상기 제 2보스의 제 2 홈을 지나도록 덮은 후 상기 제 2 보스의 제 2 홈에서 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감고 묶음으로서 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 제 2보스에 고정시키는 단계;
5) 각각의 보스의 홈을 변경시키면서, 상술한 2)~4) 단계를 미리 정해진 횟수만큼 반복한 다음, 작업이 종료되는 마지막 홈에서 상기 기능성 섬유 원사를 고분자 수지로 함침하면서 상기 원통형 브레이딩 직물을 복수 회 감아 묶고, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너와 작업이 종료되는 보스가 겹치는 부분까지 뒤집어 덮은 후, 고분자 수지를 함침시키면서 부착시키는 단계; 및
6) 상기 함침한 수지들을 경화시키는 단계;를 더 포함하고, 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너에 고분자 수지로 함침하면서 눌러 붙일 때마다, 상기 원통형 라이너 위에 형성되어 있는 복수의 파동형태의 골(valley) 부분에 고분자 수지가 함침된 기능성 섬유 원사를 복수 회 감음으로써 상기 원통형 브레이딩 직물을 상기 원통형 라이너 상에 고정 및 보강하는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 원통형 라이너는 금속재 또는 고분자 복합소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 돔 부는 금속재 또는 고분자 복합소재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 원통형 브레이딩 직물은 케블라(Kevlar), 탄소 나노튜브 실, 합성섬유, 고분자 섬유, 화학섬유로 구성된 그룹 및 기타 임의의 종류 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 기능성 섬유 원사는 고분자 수지로 함침시키는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.
제 9 항 또는 13항에 있어서, 상기 고분자 수지는 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르로 구성된 그룹 또는 기타 임의의 종류의 고분자 수지 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 압력용기의 산과 골에 횡 방향으로 보강 섬유를 덧대는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 보강 섬유를 덧대는 단계는 원통형 브레이딩 직조물을 원통형 라이너에 한 겹씩 접착할 때 마다 상기 원통형 브레이딩 직조물 위로 반복하여 보강 접착하는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제조하는 방법.