KR101170391B1

KR101170391B1 - 연료 탱크 및 연료 탱크를 통한 증기 투과를 감소시키기위한 방법

Info

Publication number: KR101170391B1
Application number: KR1020050047579A
Authority: KR
Inventors: 윈 에스 버링톤; 제임스 알 오스본; 스티브 엘 토스
Original assignee: 티아이 그룹 오토모티브 시스템즈 엘엘씨
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2012-08-01
Also published as: US20050269333A1; US8524030B2; JP2005343451A; KR20060049560A; CA2508609C; US8381928B2; CN1706633B; US20120222806A1; CA2508609A1; DE102005025905A1; CN1706633A

Abstract

다층 탱크를 통한 연료 증기 투과를 감소시키는 방법은 다층 탱크의 구조 층의 적어도 일부에 다층 중첩부를 제공하는 것을 포함한다. 다층 중첩부는 다층 탱크의 하나 이상의 중합체 구조 층과 융화가능한 중합체 재료로 구성된 적어도 하나의 구조 층을 포함한다. 다층 중첩부는 탄화수소 투과에 대해 저항성이 있는 증기 배리어 재료로 구성된 적어도 하나의 배리어 층을 더 포함한다. 다층 중첩부는 예를 들면 적합한 정도의 압력과 열을 가함으로써 또는 탱크 성형 공정 동안에 탱크 보디에 다층 중첩부를 몰딩함으로써 다층 탱크에 고정될 수 있다.

연료 탱크, 중합체, 중첩부, 금속, 플라스틱, 성형, 투과

Description

연료 탱크 및 연료 탱크를 통한 증기 투과를 감소시키기 위한 방법{FUEL TANK AND METHOD FOR REDUCING VAPOR PERMEATION THROUGH A FUEL TANK}

도 1 은 다층 중첩부의 부분에 의해 부분적으로 밀봉된 연료 탱크 보디의 구성요소 용접 심, 핀치 심 및 표면을 도시한 조립된 다층 연료 탱크의 일부의 사시도,

도 2 는 도 1 의 2-2 선을 따라 취한 파단 단면도,

도 3 은 도 1 의 3-3 선을 따라 취한 파단 단면도,

도 4 는 단일 압축 롤러와 고온 롤러를 사용하여 연료 탱크에 고정되는 다층 중첩부의 개략도,

도 5 는 복수 압축 롤러와 고온 롤러를 사용하여 연료 탱크에 고정되는 다층 중첩부의 개략도,

도 6 은 압축 롤러와 유도 코일을 사용하여 연료 탱크에 고정되는 다층 중첩부의 개략도,

도 7 은 가열된 플래튼을 사용하여 연료 탱크에 고정되는 다층 중첩부의 개략도,

도 8 은 핫 드롭 매니폴드와 인젝션 몰딩 장치를 사용하여 연료 탱크에 고정되는 다층 중첩부의 개략도,

도 9 는 연료 탱크 몰딩 또는 성형 공정 동안에 중첩부를 연료 탱크 쉘의 표면에 성형하기 위해 평탄한 중첩부의 다이 절단 부분이 그안에 위치되는 캐비티를 포함하고 있는 연료 탱크 쉘 또는 절반부를 성형하기 위한 몰드의 사시도,

도 10 은 표면에 성형된 도 9 의 다층 중첩부를 갖고 있는 성형된 연료 탱크 쉘 또는 절반부의 사시도,

도 11 은 연료 탱크 몰딩 또는 성형 공정 동안에 연료 탱크 쉘의 표면에 대응하도록 또는 일치하도록 다이 절단된 변경 실시예의 다층 중첩부의 사시도,

도 12 는 연료 탱크 쉘의 표면상에 몰딩된 또는 성형된 도 11 의 다층 중첩부의 사시도,

도 13 은 다층 중합체 연료 탱크의 스파우트의 도 1 의 13-13 선을 따라 취한 파단 단면도,

도 14 는 다층 중첩부에 의해 커버된 포선형 핀치 심의 일부를 도시한 다층 연료 탱크의 코너의 파단 사시도.

본 발명은 연료 탱크에 관한 것이며, 보다 상세하게는 다층 연료 탱크를 통한 증기 투과를 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.

다층 중합체 연료 탱크는 금속으로 만든 연료 탱크보다 무게가 가볍고 뛰어난 가요성을 갖고 있으며 제조하는데 저렴하기 때문에 자동차 산업에 흔히 사용되 고 있다. 일반적으로 다층 중합체 연료 탱크는 적어도 두층의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 구조 재료 및 그 사이에 배치된 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(EVOH) 탄화수소 증기 배리어 층으로 구성된 탱크 벽을 포함하고 있다. 이 연료 탱크는 예를 들면, 다층을 두개의 시트로 공동 압출하고 연료 탱크의 두개의 상보적인 섹션 또는 절반부를 형성하도록 각각의 시트를 진공 성형, 공동 압출된 파리손을 연료 탱크의 두개의 쉘 섹션으로 블로우 몰딩, 공동 압출된 원통형 파리손을 블로우 몰딩 또는 당해 기술분야에 공지된 다른 연료 탱크 제조 공정에 의해서 제조될 수 있다. 스파우트, 연료 펌프, 배출 밸브, 용접 캡 및/또는 연료 레벨 센서와 같은 연료 시스템의 구성요소 부분이 탱크의 하나 또는 양쪽 섹션안에 또는 위에 배치되거나, 파리손에서의 하나 또는 그 이상의 개구에 배치될 수 있다. 그 다음에 연료 탱크의 성형된 절반부 또는 파리손의 개구는 서로 용접 및/또는 핀치 폐쇄될 수 있다. 용접된 결합부 및 핀치 영역은 이들 영역에 불연속적인 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 배리어 층을 갖는 탱크 벽에 심을 형성하며, 이에 의해 연료 증기가 탱크 벽을 통해 대기로 더욱 용이하게 통과하는 투과 윈도우를 생성한다.

본 발명의 목적은 연료 및 연료 증기 투과에 대해 향상된 저항성을 갖고 있고, 튼튼하며, 내구성이 있고, 비교적 단순한 설계 및 경제적으로 제조되는 연료 탱크를 제공하고, 그리고 비교적 간단하고, 저렴하고 효율적인 연료 탱크를 통한 연료 및 연료 증기 투과를 감소시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.

다층 탱크를 통한 연료 및 연료 증기 투과를 감소시키는 방법은 다층 탱크의 중합체 구조 층에 그리고 탱크에 형성된 증기 투과가능한 심의 적어도 일부에 걸쳐서 다층 중첩부(multi-layer overlay)를 제공하는 것을 포함한다. 다층 중첩부는 증기 투과에 대해 저항성이 있는 증기 배리어 재료로 구성된 적어도 하나의 배리어 층을 포함한다. 다층 중첩부는 다층 탱크의 하나 이상의 중합체 구조 층과 융화가능한 중합체 구조 재료로 구성된 적어도 하나의 구조 층을 더 포함한다. 다층 중첩부는 압력과 열을 가함으로써 또는 탱크 성형 공정 동안에 탱크 표면에 중첩부를 몰딩함으로써 다층 탱크의 중합체 구조 층에 고정될 수 있다.

다층 연료 탱크의 하나의 바람직한 실시예는 적어도 하나의 중합체 구조 층으로 구성된 다층 벽, 다층 벽에 형성된 적어도 하나의 심 및 다층 벽에 의해 지지되고 심의 적어도 일부에 걸쳐서 배치된 다층 중첩부를 포함하고 있다. 다층 중첩부는 증기 투과에 대해 저항성이 있는 배리어 재료로 구성된 적어도 하나의 배리어 층을 포함하고 있다. 다층 중첩부는 다층 탱크의 인접한 중합체 구조 층과 융화가능한 중합체 구조 재료로 구성된 적어도 하나의 구조 층을 더 포함하고 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명, 청구범위와 첨부된 도면으로부터 명백해 질 것이다.

(실시예)

보다 상세하게 도면을 참조하면, 도 1 내지 3 은 두개의 용접 심(14,16)을 갖고 있는 탱크 벽(26)을 가진 연료 탱크 보디(12)를 포함하고 있는 연료 탱크 조립체(10)를 예시하고 있는데, 여기에서 탱크 벽(26)을 통한 증기 투과는 비투과성 다층 중첩부(18)로 용접 심(14,16)과 연료 탱크의 적어도 일부를 커버함으로써 감소된다. 다층 중첩부(18)는 연료 탱크 벽, 특히 심(14,16)을 통한 탄화수소 연료 및 연료 증기 투과를 방지하거나 또는 실질적으로 억제하는 배리어 재료를 포함한다. 다층 중첩부(18)는 테이프, 스트립, 시트 또는 다른 적합한 형태로 제공되며, 연료 탱크 조립체(10)의 구역 또는 영역에 형성된 표면 구역 또는 탄화수소 투과가능한 심을 커버하기 위하여 또는 탱크 벽의 원하는 표면 구역을 커버하기 위하여 소정 크기 및/또는 형상으로 절단되거나 또는 성형될 수 있다. 중첩부(18)는 연료 탱크 몰딩 또는 성형 공정에서 탱크 보디(12)에 중첩부(18)를 몰딩하거나 또는 압력과 열을 가함으로써 탱크 보디(12)에 고정될 수 있다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 중첩부(18)는 연료 탱크 보디(12)의 두개의 몰딩 쉘 또는 절반부(20,22)가 서로 용접될 때 형성되는 핀치 심인 심(14)을 밀봉하기 위한 스트립으로 절단될 수 있다. 또한 중첩부는 스파우트(24)와 같은 구성요소 부분이 탱크 보디(12)에 용접될 때 형성되는 원형의 구성요소 용접 심인 심(16)을 밀봉하기 위한 디스크(18')로 다이 절단될 수 있다. 또한 중첩부는 탱크 벽을 통한 증기 투과에 대한 추가적인 배리어를 제공하기 위하여 연료 탱크 벽의 소정 표면 구역을 커버하도록 다이 절단될 수 있다. 물론, 다른 증기 투과가능한 구역이 연료 탱크에 존재할 수 있으며, 예시적이며 제한하지 않는 방식으로 중공형, 원통형 다층 플라스틱 파리손으로 연료 탱크를 블로우 성형할 때 형성되는 핀치 심을 포함한다.

연료 탱크 보디(12)는 바람직하게 3개 이상의 공동 압출된 층으로 만들어지 는 탱크 벽(26)을 포함한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 연료 탱크 벽(26)은 두개의 구조 층 사이에 샌드위치된 탄화수소 배리어 층(28), 외부 구조 층(30) 및 내부 구조 층(32)을 포함하는 5개의 층으로 구성된다. 배리어 층(28)은 접착 재료로 구성된 제1 접합 층(38)에 의해 외부 구조 층(30)의 내부 표면(36)에 부착되는 외부 표면(34)을 가지고 있다. 배리어 층(28)은 접착 재료로 구성된 제2 접합 층(44)에 의해 내부 구조 층(32)의 외부 표면(42)에 부착되는 내부 표면(40)을 더 가지고 있다. 5층 구조의 탱크 벽(26)의 사용은 단순히 본 발명의 방법을 설명하는데 있어서 예시적인 목적을 위한 것이며, 또한 다른 다층 탱크 벽 구조 및 구성, 예를 들면 3, 4 또는 6 층 또는 다른 탱크 벽 구조가 사용될 수 있다.

탱크 벽(26)의 구조 층(30,32)은 연료 탱크 조립체(10)에 구조적인 완전함을 제공하기 위해 적합한 중합체 재료로 구성된다. 대체로, 다층 연료 탱크는 적어도 하나의 구조 층을 포함하고 있지만, 더욱 일반적으로 두개 이상의 구조 층을 포함하고 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 연료 탱크 벽(26)은 두개의 구조 층을 포함하고 있는데, 그 중 하나 또는 모두는 이전의 연료 탱크 제조에서 남겨진 폐기물 및/또는 스크랩 재료의 혼합물로 이루어진 재생 처리된 중합체 재료로 형성될 수 있다. 이러한 중합체 재료는 종종 재분쇄(re-grind) 재료라고 말한다. 또한 구조 층(30,32)의 하나 또는 모두는 순수한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 형성될 수 있다. 어떤 연료 탱크에서는, 예를 들면 6층 연료 탱크 구조를 제공하는 내부 또는 외부 층의 하나와 접착 층 사이에 재분쇄 또는 재생 재료의 중간 층이 사용될 수 있다.

비록 고밀도 폴리에틸렌을 포함한 구조 층(30, 32)이 연료 탱크를 위해 구조적으로 적합하지만, 이것은 매우 열악한 탄화수소 투과 또는 증기 배리어 특성을 가지고 있다. 따라서, 탱크 벽(26)을 통한 탄화수소 증기의 투과를 방지하거나 또는 현저하게 억제하기 위하여 배리어 층(28)이 연료 탱크 벽(26)의 다층 구조내에 통합된다. 다층 연료 탱크 벽(26)의 배리어 층(28)을 위한 바람직한 배리어 재료는 비교적 고가의 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(EVOH)이기 때문에, 구조 층(30,32) 사이에 에틸렌 비닐 알코올 공중합체의 매우 얇은 층이 통합되고 접합 층(38,44)을 구성하는 접착 재료를 사용하여 구조 층(30,32)에 부착된다. 연료 탱크 구조에 사용하기 위한 적합한 접착제는 개량된 폴리에틸렌 재료 또는 당해 기술분야에 공지된 다른 접착제를 포함한다.

도 1 과 관련하여 앞서 언급한 바와 같이, 연료 탱크 보디(12)는 미리 성형된 두개의 연료 탱크 쉘 또는 절반부(20,22)를 함께 용접함으로써 제조될 수 있다. 연료 탱크 절반부(20,22)는 연료 탱크 벽(26)의 다층을 먼저 공동 압출함으로써 각각 별개로 제조될 수 있다. 그 다음에 각각의 절반부(20,22) 블로우 성형, 진공 성형, 또는 다른 적합한 탱크 성형 방법을 사용하여 형성된다. 그 후에 스파우트(24), 연료 펌프(도시 생략), 배출 밸브, 용접 캡 및/또는 연료 레벨 센서(도 1 에는 모두 도시 생략되어 있음)와 같은 연료 탱크 조립체(10)를 완성하는 추가적인 구성요소 부분들은 연료 탱크 보디(12) 내부 또는 외부의 적합한 구역에 용접되거나 조립되거나 또는 위치된다. 그 다음에 연료 탱크 보디(12)의 두개의 절반부(20,22)는 각각의 절반부(20,22)의 둘레 가장자리를 결합하고 함께 열적 용접함으 로써 서로 연결된다. 바람직하게 한번 이상의 가열 용접 사이클이 절반부(20,22)의 결합된 가장자리의 전체 둘레에 적용되고 이에 의해 심(14)을 형성한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 용접된 핀치 심(14)은 탱크 보디(12)의 제 1 절반부(20)에서의 탱크 벽(26')의 외부 구조 층(30')을 탱크 보디(12)의 제 2 절반부(22)에서의 탱크 벽(26'')의 외부 구조 층(30'')에 결합하고 이에 의해 도 1 에 도시된 바와 같이 연료 탱크 벽(26)의 외부 구조 층(30)이 되는 단일의 연속적인 구조 층을 형성한다. 다시 도 3 을 참조하면, 두개의 절반부(20,22)의 개개의 구조 층(30',30'') 아래에 각각 배치된 배리어 층(28',28'')은 두개의 절반부(20,22)를 함께 용접한 후에 완전히 서로 결합되지 않고, 핀치 심(14)의 적어도 일부를 따라 갭 또는 투과 윈도우(48)를 남기게 된다. 투과 윈도우(48)의 크기는 예시적인 목적을 위해 탱크 벽(26)과 중첩부(18)의 다층의 두께로서 도 3 에 과장되게 도시되어 있다. 일반적으로 투과 윈도우(48)는 아주 작지만, 핀치 심(14)을 통해 탄화수소 증기가 상당한 속도로 투과하기에 충분할 정도로 크다. 이것은 원통형 파리손의 공동 압출로 형성된 블로우 성형된 탱크에 대해서 적어도 부분적으로 사실이다. 그러나, 진공 성형된 탱크 또는 두개 이상의 섹션을 함께 결합함으로써 성형된 탱크에 대해서는 배리어 층 사이의 영역이 크기 때문에 투과 윈도우(48)가 훨씬 클 수 있다는 것을 유의해야 한다. 설명될 방법은 연료 탱크의 제조시에 형성된 핀치 심 또는 용접부를 커버 및/또는 밀봉 용접하는데 적합할 뿐만 아니라, 제한을 두지 않고 배리어 층 또는 얇은 배리어 층에 갭을 가진 연료 탱크 구역을 포함하는 연료 탱크의 다른 부분들을 커버 및/또는 밀봉하기 위해 적합하다.

연료 탱크에서의 증기 투과를 제어하는 방법의 하나의 바람직한 실시예는 도 1 에 도시된 바와 같이 핀치 심(14) 또는 구성요소 용접 심(16)과 같은 증기 투과가능한 심을 따라서 연료 탱크 보디(12)에 하나의 다층 중첩부(18)를 적용하고 이에 의해 연료 및 연료 증기 투과 시일을 형성하는 것을 포함한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 하나의 다층 중첩부(18)는 두개의 구조 층 사이에 샌드위치된 증기 배리어 층(50), 외부 구조 층(52) 및 내부 구조 층(54)으로 이루어진 5 층을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 도 2 에 도시된 연료 탱크 벽(26)의 5층 구성과 실질적으로 유사하다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 배리어 층(50)은 접착 재료로 구성된 제1 접합 층(60)에 의해 외부 구조 층(52)의 내부 표면(58)에 부착되는 외부 표면(56)을 포함한다. 배리어 층(50)은 또한 접착 재료로 구성된 제2 접합 층(66)에 의해 내부 구조 층(54)의 외부 표면(64)에 부착되는 내부 표면(62)을 더 포함한다.

다층 중첩부(18)의 배리어 층(50)은 바람직하게 에틸렌 비닐 알코올 공중합체 또는 다른 적합한 탄화수소 증기 배리어 재료로 구성된다. 구조 층(52,54)은 당해 기술분야에 공지된 몇개의 적합한 구조 재료로 구성될 수 있다. 중첩부(18)의 내부 구조 층(54)은 바람직하게 연료 탱크 벽(26)의 외부 구조 층(30)과 융화가능한(예를 들면 용접가능한 또는 접합가능한) 구조 재료로 구성된다. 대부분의 다층 연료 탱크의 외부 구조 층의 구조 재료가 대부분의 다른 재료와 화학적으로 접합되지 않는 고밀도 폴리에틸렌을 포함하고 있기 때문에, 바람직하게 중첩부(18)의 내부 구조 층(54)은 마찬가지로 고밀도 폴리에틸렌으로 구성된다. 이것은 열처리 또는 다른 접착 촉진 공정에서 연료 탱크 보디(12)와 중첩부(18) 사이의 접착 또는 접합을 촉진한다. 중첩부(18)의 외부 구조 층(52)은 임의의 적합한 구조 재료를 포함할 수 있다. 도 3 에 구비된 중첩부(18)에서의 예와 같이, 외부 층(52)은 폼 또는 블로우 작용제를 포함하는 폴리에틸렌으로 만들어진다. 이러한 재료 구성은 중첩부(18)의 찢어짐을 방지하기 위한 어느 정도의 접촉 저항을 갖는 중첩부(18)를 제공하고 중첩부(18)가 적용되는 심(14)을 구조적으로 강화하고 환경적으로 보호한다.

제한하는 것이 아닌 본 발명의 방법에서 적합하게 사용될 수 있는 유용한 다층 중첩부의 다른 예시적인 예는 3 또는 5층 구조를 포함한다. 모든 경우는 아니지만, 중합체 배리어 층(50)은 예를 들면 알루미늄으로 만든 금속 배리어 스트립 또는 층으로 대체될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에 따른 적합한 다층 중첩부는 유니팩 코포레이션으로부터 상업적으로 이용가능한 폴리에스테르-폴리에틸렌-알루미늄-폴리에스테르-폴리에틸렌 5층 중첩부를 포함한다. 다른 적합한 다층 중첩부는 폴리에틸렌-접착제-에틸렌 비닐 알코올 공중합체-접착제-폴리에틸렌 5층 중첩부, 폴리에틸렌-접착제-금속-접착제-폴리에틸렌 5층 중첩부 또는 유사한 구조의 다른 중첩부를 포함한다. 이러한 다층 중첩부는 원하는 크기 및 형상으로 절단될 수 있는 얇은 롤 또는 넓은 시트중의 하나로 이용가능하다.

중합체 배리어 층과 금속 배리어 층 사이의 선택은 적어도 부분적으로 중첩부(18)가 연료 탱크 보디(12)에 부착되는 방법에 의존한다. 중합체 배리어 층을 포함하는 중첩부는 열간 압연과 같은 물리적인 가열 방법에 의해 탱크 벽(26)에 부착되는 반면에, 금속 배리어 층을 포함하는 중첩부는 유도 전기와 같은 전기적인 가열에 의해 탱크 보디(12)에 부착된다. 이러한 방법은 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다.

다층 연료 탱크 보디에 형성된 용접 또는 핀치 심을 밀봉하기 전에, 심은 핀칭 또는 용접 과정에서 형성된 거친 가장자리에 대해 평가된다. 플래시 트림은 종종 연료 탱크 보디의 두개의 절반부 사이에 핀치 심을 성형할 때 또는 원통형의 압출된 파리손의 단부를 핀치 폐쇄할 때 형성된다. 플래시 트림은 핀치 심 둘레의 전부 또는 적어도 하나 이상의 섹션을 따라 중합체 재료의 비교적 날카로운 돌출부가 될 수 있다. 이러한 트림 플래시는 중첩부를 찢어지게 또는 잘려지게 하거나 또는 탱크에 중첩부의 밀착을 억제하며 이에 의해 증기 시일을 방해 및 약화시키기 때문에 바람직하지 않다.

트림 플래시를 제거하고 핀치 심(14)을 매끄럽게 하기 위하여, 예비처리 단계가 실행될 수 있다. 한가지 가능한 예비처리 단계는 예를 들면 플래시 트림이 제거되고 심(14)이 매끄럽게 될 때까지 핀치 심(14)의 둘레를 따라 플래시 트림에 화염 토치로부터 화염을 적용하는 것을 포함한다. 플래시 트림이 제거될 때까지 화염은 연속적으로 적용되거나 또는 주기적으로 적용될 수 있다. 또한 예를 들면 구성요소 용접 심으로부터 형성되는 매끄럽지 않은 다른 표면도 화염을 처리될 수 있다. 비록 선택적이지만, 양호한 증기 밀봉 효과를 위해 용접 심의 표면을 매끄럽게 하는 것 이외에 예비처리 공정을 사용하는 이점은 고밀도 폴리에틸렌 표면을 더욱 이온화하고 이에 의해 그 표면이 약간 더 부착성을 갖게 하는 것을 포함한다. 따라서, 중첩부(14)의 고밀도 폴리에틸렌 내부 구조 층(54)은 연료 탱크 벽(26)에 중첩부(18)의 양호한 부착을 위해 더욱 잘 부착될 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 관점에 따라 연료 탱크의 용접 심에 걸쳐서 우수한 증기 시일을 달성하기 위하여 중첩부(18)에 압력 및 열을 적용하는 것은 도 4 내지 9 에 도시된 여러가지 상이한 공정에 의해 달성될 수 있다. 이 공정이 전부는 아니며 다른 공정이 채용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 도 4 내지 8 에 도시된 공정은 핀치 심(14)을 밀봉하는 것으로 설명될 것이며, 반면에 도 9 에 도시된 공정은 연료 탱크 보디(12)의 임의로 선택된 표면을 밀봉하는 것으로 설명될 것이다. 그러나 도 4 내지 9 에 도시된 공정중 어느 하나가 연료 탱크 보디(12)의 임의의 선택된 표면 또는 임의의 심을 밀봉하기 위하여 사용될 수 있다.

연료 탱크에 중첩부를 적용하는데 있어서, 다층 중첩부(18)는 핀치 심(14)의 형상에 대응하도록 절단함으로써 준비되고 적절한 탄화수소 증기 시일을 형성하기 충분한 정도로 크다. 도 4 내지 6 에 도시된 바와 같이, 다층 중첩부(18)는 가열 장치의 존재하에서 탱크 벽(26)의 외부 구조 층(30)에 중첩부(18)를 가압 압연함으로써 탱크 벽(26)에 적용될 수 있다. 일반적으로, 적합한 시일을 형성하기 위하여 중첩부(18)에 실행되는 열의 량은 약 200℃ 내지 약 270℃ 이다. 도 4 내지 6 과 관련하여 도 3 을 참조하면, 부착 접합은 중첩부(18)의 구조 층(54)과 탱크 벽(26)의 구조 층(30) 사이에 형성되며 중첩부를 구조 층과 결합되게 가압하도록 가열된 구역에 적어도 5 psi 의 압력을 적용하는 것에 의해서 강화된다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 바람직하게 중첩부(28)는 고온 롤러(68)를 사용하여 핀치 심(도시 생략)의 길이를 따라 중첩부(18)의 최상부 표면에 열과 압력을 동시에 적용함으로써 탱크 벽(26)에 부착된다. 고온 롤러(68)는 중첩부(18)의 다층을 통하여 전도되는 충분한 열을 공급하고 중첩부(18)의 내부 구조 층(도시 생략)과 탱크 벽의 결합되는 층(30', 30'')을 약 200℃ 내지 약 270℃ 범위의 온도로 효과적으로 가열한다. 중첩부(18)와 탱크 벽(26)의 외부 구조 층(30) 사이의 부착 접합을 강화하기 위하여 고온 롤러(68) 다음에 압력 롤러(70)가 뒤따른다. 대안적으로, 부착 접합은 도 5 에 도시된 하나의 롤러가 탱크 벽(26)의 외부 구조 층(30)을 가열하고 다른 하나의 롤러가 중첩부(28)의 내부 구조 층을 가열하는 두개의 고온 롤러(68)를 사용하여 중첩부(18)와 탱크 벽(26) 사이에 형성되거나, 상술한 바와 같이 예비처리 화염 공정은 탱크 벽에 중첩부를 접합하기 위한 충분한 열을 공급하고 그 다음에 필요한 압력만이 적용될 수 있다(도시 생략). 금속 배리어 층을 포함하는 다층 중첩부를 위해, 유도 가열을 사용하여 열이 적용될 수 있고, 따라서 가열 장치는 도 6 에 개괄적으로 도시된 것과 같은 유도 코일이 될 수 있다.

용접 또는 핀치 심을 따라 탱크 벽(26)에 중첩부918)를 부착하는데 대안적인 접합 방법이 사용될 수 있으며, 그 예는 도 7 및 8 에 도시되어 있다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 중첩부(18)의 예비 절단 부분은 용접 심 위에 놓여지고, 그 다음에 탱크 벽(26)의 형상을 닮은 예비 성형된 형상의 가열 시트인 가열 플래튼(74)이 그 위에 놓여질 수 있다. 가열 플래튼(74)은 용접 심(14)을 따라 중첩부(18)를 적절하게 용접하기 위한 가열 장치와 압력 장치로서 작동할 수 있다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 탱크 벽(26)의 형상을 닮은 기하학적 형상을 가진 예비 성형된 핫드롭 매니폴드 또는 핫 팁 러너(77)가 바람직하게 그 사이에 2 밀리미터의 공간(76)를 두고 중첩부(18) 위에 놓여질 수 있다. 탱크 벽(26)의 외부 구조 층(30)에 중첩부(18)를 초기 접합하기 위하여 플라스틱 인젝션 몰딩 프레스(78)로부터 약 50 psi의 비교적 낮은 압력이 중첩부에 적용된다. 그 다음에 용융 플라스틱, 바람직하게 높은 용융 유동 특성을 가진 폴리에틸렌계 수지가 공간내에 주입되어 중첩부를 가열하고 중첩부를 탱크 벽(26)의 표면에 접합하도록 허용한다. 플라스틱 층은 중첩부(18)의 표면에 남겨지고, 이에 의해 중첩부918) 위헤 보호 배리어 또는 실드를 제공한다.

다층 중첩부(18)는 또한 연료 탱크 몰딩 또는 성형 공정 동안에 중첩부(18)를 연료 탱크에 인서트 몰딩하는 것과 같은 몰딩에 의해서 연료 탱크 벽(26)의 표면에 부착될 수 있는데, 여기에서 중첩부(18)는 탱크 벽(26)을 통한 증기 투과에 대한 부가적인 배리어 층으로 작용한다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 다층 중첩부의 시트 또는 피스(18')는 연료 탱크 보디(12)의 최상부 표면보다 약간 작은 크기로 다이 절단된다. 다층 중첩부(18')는 몰드 캐비티(90)의 바닥 표면(94)과 같은 소정 표면에 대한 몰드(92)의 캐비티(90)내에 놓여지며, 예를 들면 진공(도시 생략) 또는 다른 적합한 수단에 의해 제위치에 유지될 수 있다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 중첩부(18)는 소정 크기로 절단되어 도 10 에 도시된 바와 같이 중첩부(18)가 탱크 보디(12)의 소정 표면적을 커버하거나 또는 도 1 에 도시된 바와 같이 탱크 보디(12)의 최상부 표면상에 배치된 중첩부(18')의 절취부를 커버한다.

대안적으로, 도 11 및 12 에 도시된 바와 같이 중첩부(18'')는 연료 탱크의 대응하는 부분에 중첩부(18'')의 적용을 용이하게 하도록 오목 형상 또는 다른 형 상이 될 수 있다. 중첩부(18,18',18'')는 탱크가 성형될 때 연료 탱크 배리어 층이 더욱 당겨지고 따라서 인접 구역보다 더 얇아지는 하나 이상의 코너 둘레로 또는 위로 뻗을 수 있다. 중첩부와 탱크 사이에 갇힌 에어의 방출을 허용하기 위한 관통부를 포함하고 있는 중첩부(18,18',18'')는 진공 성형, 인젝션 몰딩, 블로우 몰딩, 또는 다른 공지된 연료 탱크 몰딩 또는 연료 탱크 성형 공정 동안에 탱크 보디(12)에 성형될 수 있다.

중첩부(18,18',18'')는 연료 탱크 쉘과 조화되는 세부적인 또는 외형적인 표면 특성을 갖도록 형성될 수 있으며 필러 파이프 또는 다른 연료 모듈 인터페이스 구성요소와 같은, 연료 탱크에 다른 연료 탱크 구성요소를 용접하기 위한 구멍 또는 절결부(도시 생략)를 더 포함할 수 있다. 또한, 평탄하거나 또는 컵 형태의 중첩부(18,18',18'')의 형상과 크기는 연료 탱크 쉘의 표면적의 가변적인 량을 커버하기 위하여 변경될 수 있다. 성형된 중첩부(18)는 도 1 에 도시된 바와 같이 심(14, 16)과 같은 핀치 또는 구성요소 용접 심에 대해 경험하게 되는 것과 동일한 타입의 투과 감소로 탱크 보디(12)의 커다란 표면적의 보상 범위를 허용한다.

구성요소 용접 심은 또한 도 13에 도시된 바와 같이 다층 중첩부로 밀봉될 수 있다. 도 13 을 참조하면, 스파우트(24)는 일반적으로 탄화수소 증기 투과에 대한 낮은 저항성을 갖는 폴리에틸렌 재료로 구성되는 네크(82)와 플랜지(84)를 포함하고 있다. 구성요소 용접 심(16)은 플랜지(84)의 바닥 표면(86)과 탱크 벽(26)의 외부 구조 층(30) 사이에 존재한다. 도 1 에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 다층 중첩부(18)는 스파우트(24)의 네크(82) 부분을 수용하는 크기로 되어 있는 그 중에 형성된 구멍(87)(도시 생략)을 가진 환형상 디스크로 다이 절단된다. 상술한 것과 동일한 방법을 사용할 때 다층 중첩부에 사용될 배리어 재료에 대한 코스에 의존하여 중첩부(18)는 구성요소 용접 심(16)을 밀봉하기 위하여 연료 탱크에 접합되거나 또는 부착될 수 있다. 또한 중첩부는 연료 탱크에 결합되거나 그 위에 놓여지는 플랜지를 가진 연료 펌프 모듈 및 배출 밸브를 포함하고 있는 연료 탱크에 의해 지지되거나 그 위에 장작되는 다른 구성요소와 함께 사용될 수 있다. 또한 중첩부는 연료 탱크와 관련된 또는 연료 시스템의 튜브, 파이프 또는 다른 끼워맞춤부와 그 위를 포함하는 임의의 원하는 장소뿐만 아니라 연료 탱크의 구멍을 폐쇄하는 플러그 또는 캡을 커버할 수 있다.

상술한 바와 같이, 다층 중첩부(18)는 예를 들면 재료의 롤 또는 시트로서 제공될 수 있다. 도 1 에 도시된 핀치 심(14)과 같은 일직선의 핀치 심을 밀봉하기 위해, 중첩부의 롤은 핀치 심(14)을 적절하게 커버하고 적합한 탄화수소 증기 시일을 생성하는 중첩부 재료의 비교적 얇은 또는 평탄한 스트립을 제공한다. 그러나, 때때로 연료 탱크는 도 14 에 도시된 바와 같이 포선형 형상을 갖고 있으며 따라서 포선형 형상 핀치 심(80)을 갖고 있다. 포선형 형상 핀치 심(80)에 대해서 롤에 구비된 일직선 가장자리 다층 중첩부의 적용은 약간의 어려움을 내포하게 된다. 이런 경우에, 중첩부(14)는 롤보다는 오히려 시트로서 획득되고 그 다음에 시트는 밀봉될 구역의 적절한 보상 범위를 위해 소정 형상의 심(80)으로 다이 절단될 수 있다. 이것은 또한 도 1 및 13 에 도시된 탱크 보디(12)에 스파우트(24)를 용접함으로써 형성된 구성요소 용접 심(16)과 같은 형태에서 일반적으로 원형상인 구 성요소 용접 심을 밀봉하기 위해 알맞다. 이것은 또한 도 9 에 도시된 바와 같이 비교적 평탄한 중첩부(18') 또는 도 11 에 도시된 바와 같은 형상 또는 외형의 중첩부(18'')를 사용하여 탱크 보디(12)의 표면적을 밀봉하기 위해 알맞다.

따라서, 다층 중합체 연료 탱크에 형성된 핀치 또는 용접 심에 종종 형성되는 투과 윈도우는 연료 탱크를 통한 탄화수소 증기 투과를 방지하거나 감소시키기 위하여 심의 구역에서 인접한 배리어 층의 갭을 채우는 다층 중첩부 또는 기판에 의해 커버될 수 있다. 또한, 연료 탱크 보디(12)는 탱크 벽(26)을 통한 증기 투과에 대한 추가적인 배리어를 제공하기 위하여 중첩부(18)의 커다란 부분으로 커버될 수 있다. 본 방법은 상업적으로 이용가능한 재료로 실행될 수 있으며 상대적으로 저렴하다.

여기에 개시된 발명의 형태는 바람직한 실시예를 나타내고 있지만, 다른 것도 가능하다. 여기에 개시된 것이 본 발명의 가능한 모든 동등한 형태 또는 결과를 언급하도록 의도된 것은 아니다. 예를 들면, 용어 "중첩부"는 중첩부 또는 시트로 제한되도록 의도한 아니며, 더욱이 탱크 벽의 외부 표면에 위치되는 것으로 제한되도록 의도한 것이 아니며 탱크 벽의 내부 표면에 또한 위치될 수 있다. 여기에 사용된 용어는 제한하는 것이라기 보다는 단순히 설명을 위한 것이며 청구범위에 정의된 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면 연료 및 연료 증기 투과에 대해 향상된 저항성을 갖고 있 고, 튼튼하며, 내구성이 있고, 비교적 단순한 설계 및 경제적으로 제조되는 연료 탱크를 제공할 수 있고, 그리고 비교적 간단하고, 저렴하고 효율적인 연료 탱크를 통한 연료 및 연료 증기 투과를 감소시키는 방법을 제공할 수 있다.

Claims

적어도 하나의 중합체 구조 층을 포함하고 있는 다층 연료 탱크를 통한 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법에 있어서,

상기 다층 연료 탱크는 탄화수소 연료가 내부에 저장된 경계를 나타내는 탱크 벽을 포함하고, 상기 탱크 벽은 심에서 불연속되는 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(EVOH) 중합체의 탄화수소 증기 침투 배리어 층과, 바깥쪽이며 에틸렌 비닐 알코올 공중합체(EVOH) 중합체의 증기 배리어 층에 접착되는 적어도 하나의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층을 포함하며,

상기 방법은,

탄화수소 연료 증기 투과에 대한 저항성을 갖는 연속된 중합체의 또는 금속의 배리어 재료로 구성된 배리어 층과, 중첩부의 투과 배리어 층의 전체에 걸쳐 접착되는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층을 포함하는 별도의 중첩부를 제공하는 단계;

별도의 중첩부가 심의 위에 배치되어 다층 탱크의 바깥쪽의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층의 적어도 일부를 가압하는 단계;

중첩부의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층의 온도를 적어도 200℃ 근방으로 가열하여 탱크 벽의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층을 접합시키는 단계; 및

중첩부의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 구조 층의 전체에 걸쳐 접착되고 서로 접합되도록 중첩부 전체에 걸쳐 중첩부의 가열된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 층과 마주하는 탱크 벽의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 구조 층의 가열된 부분의 결합이 재촉되도록 압력을 가하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 중첩부의 배리어 재료는 중합체인 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 중첩부의 배리어 재료는 금속인 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 다층 탱크의 적어도 하나의 바깥쪽의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층과 중첩부의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 구조 재료 사이의 접합을 촉진하기 위하여 중첩부에 적어도 5 psi의 압력을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 다층 탱크의 적어도 하나의 바깥쪽의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층과 중첩부의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 구조 재료 사이의 접합을 촉진하기 위하여 중첩부에 상기 열과 압력을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 탱크 성형 공정 동안에 다층 탱크의 바깥쪽의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층의 적어도 일부에 중첩부를 몰딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 중첩부 위에 플라스틱의 보호 층을 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 중첩부 위에 재료를 인젝션 몰딩하는 단계 그리고 다층 탱크의 적어도 하나의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중합체의 구조 층과 중첩부의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 구조 재료 사이의 접합을 촉진하기 위하여 상기 압력을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증기 투과를 감소시키기 위한 방법.
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