KR101745269B1 - 압력용기 고정장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

한 쌍의 압력용기를 고정하는 압력용기 고정장치로서, 복수로 구성되어 압력용기의 길이방향을 따라 나란하게 이격 배치되고, 양측으로 한 쌍의 압력용기가 안착되는 복합재 재질의 제1유닛; 압력용기의 길이방향으로 연장되어 이격 배치된 복수의 제1유닛을 일체로 연결하는 복합재 재질의 제2유닛; 및 각각이 제1유닛에 안착된 압력용기를 감싸도록 압력용기의 둘레를 따라 연장되며, 양단부가 제1유닛에 연결되는 복수의 고정유닛;을 포함하는 압력용기 고정장치가 소개된다.

Description

압력용기 고정장치 및 그 제조방법 {APPARATUS FOR FASTENING GAS VESSEL AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 복합재 재질의 압력용기 고정장치에 관한 것이다.
최근 각광받는 대체연료가스 차량은 고압의 연료가스를 저장하기 위한 압력용기의 장착이 필수적이다. 이러한 압력용기는 차체와의 고정을 위해 고정프레임 에 장착된다. 압력용기 고정프레임은 탱크의 움직임을 구속하기 위한 마운팅밴드(Mounting Band)와 마운팅밴드를 장착하기 위한 프레임으로 구성된다. 마운팅방법은 압력용기의 몸통부를 고정하는 밸리마운팅과 압력용기의 보스부를 고정하는 넥마운팅으로 나뉜다.
마운팅밴드는 얇고 유연한 금속재가 적용되며 고정프레임 또한 강성이 높은 금속 재질의 부재들을 소성 가공한 후 볼드조립 또는 용접으로 결합하여 제작한다. 이러한 고정프레임의 형태와 크기는 장착되는 용기의 사양 및 차량과의 결합 방식에 따라 다양하게 응용되고 있다. 단, 이러한 금속 재질의 고정프레임은 단가가 저렴하고 가공은 용이하나 중량이 증가되어 친환경자동차와 같이 경량화가 요구되는 차량에 대해서는 적합하지 않다. 이에 복합재 재질의 고정프레임이 대안이 될 수 있으나 금속 대비 고가이고 성형성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 섬유강화 복합재 특성을 활용한 압력용기 고정프레임의 최적형상을 제시하여 고정프레임 일체화와 경량화를 달성함과 동시에 저가화까지 가능한 구조를 제안한다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
일본 공개특허공보 제2002-528331호
본 발명은 복합재 재질의 일체형 프레임 형태로 구성된 제1유닛 및 제2유닛을 포함하는 압력용기 고정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력용기 고정장치는 복수로 구성되어 압력용기의 길이방향을 따라 나란하게 이격 배치되고, 양측으로 한 쌍의 압력용기가 안착되는 복합재 재질의 제1유닛; 압력용기의 길이방향으로 연장되어 이격 배치된 복수의 제1유닛을 일체로 연결하는 복합재 재질의 제2유닛; 및 각각이 제1유닛에 안착된 압력용기를 감싸도록 압력용기의 둘레를 따라 연장되며, 양단부가 제1유닛에 연결되는 복수의 고정유닛;을 포함한다.
제1유닛은 양측으로 한 쌍의 압력용기가 안착되는 상부의 수용부와, 하방에서 수용부를 지지하는 하부의 지지부로 구분되며, 수용부와 지지부의 사이에는 폐곡선이 형성될 수 있다.
제2유닛은 수용부와 지지부 사이에 고정되어 폐곡선을 양분할 수 있다.
지지부의 두께는 수용부의 두께보다 두껍게 형성되거나, 지지부를 형성하는 강화섬유의 강성은 수용부를 형성하는 강화섬유의 강성보다 높을 수 있다.
제1유닛은 양측에 위치하며, 각각 압력용기가 안착되어 압력용기 하부를 감싸는 한 쌍의 수용영역; 한 쌍의 수용영역 사이에 위치하는 연결영역; 각각의 수용영역에서 외측방향으로 돌출된 한 쌍의 돌출영역; 각각의 돌출영역에서 하방으로 연장된 한 쌍의 하강영역; 및 일측의 하강영역과 타측의 하강영역을 연결하도록 연장된 지지영역;을 포함할 수 있다.
수용영역은 지지영역으로부터 상방으로 이격될 수 있다.
연결영역의 하방에 위치하는 지지영역의 중앙부분은 연결영역을 향해 상방으로 돌출된 형태일 수 있다.
제2유닛은 지지영역과 연결영역 사이에 고정되어 복수의 제1유닛을 연결할 수 있다.
고정유닛의 일단부는 돌출영역 및 지지영역을 동시에 관통하고, 타단부는 연결영역, 제2유닛 및 지지영역을 동시에 관통할 수 있다.
한 쌍의 수용영역의 하방에 위치하는 지지영역의 양측부분은 단면의 형상이 굴곡지도록 중앙이 상방으로 돌출될 수 있다.
돌출영역은 차체와 연결되며, 돌출영역 내부에는 삽입플레이트가 인서트될 수 있다.
고정유닛은 압력용기 둘레를 따라 연장되어 압력용기의 상부를 감싸는 고정밴드; 고정밴드의 양단부에 마련되며, 제1유닛을 관통하는 관통바; 및 제1유닛을 관통하고 나온 관통바 단부에 형성되고, 압력용기의 팽창 및 수축에 따른 변형량을 흡수하도록 마련된 흡수부;를 포함할 수 있다.
흡수부는 제1유닛을 관통한 관통바에 끼워지는 스프링부재; 및 관통바 끝단에 체결되는 고정부재;를 포함할 수 있다.
흡수부는 스프링부재의 상방 또는 하방에 배치되도록 관통바에 끼워진 와셔;를 더 포함할 수 있다.
제1유닛과 압력용기 사이에 배치되는 제1고무밴드; 및 고정유닛과 압력용기 사이에 배치되며, 제1고무밴드와 함께 압력용기의 둘레를 감싸는 제2고무밴드;를 더 포함할 수 있다.
제2유닛은 길이방향에서 수직으로 절개한 단면이 폐단면을 형성하도록 중공형으로 마련될 수 있다.
폐단면은 폭보다 높이가 긴 직사각형 형태일 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력용기 고정장치 제조방법은 강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 양측으로 한 쌍의 압력용기가 안착되는 복수의 제1유닛 및 압력용기의 길이방향으로 연장된 제2유닛을 성형하는 전부성형단계; 압력용기의 길이방향으로 나란하게 이격 배치된 복수의 제1유닛을 접착제를 이용하여 제2유닛과 일체로 연결하는 접착단계; 및 제1유닛 위로 한 쌍의 압력용기를 안착시킨 후 제1유닛에 압력용기를 고정하는 고정단계;를 포함한다.
전부성형단계에서는 금형 내 또는 폼(Foam) 위에 강화섬유 적층 시 제1유닛의 강화섬유 배열방향이 압력용기의 길이방향과 수직하도록 강화섬유를 적층하고, 제2유닛의 강화섬유 배열방향이 압력용기의 길이방향과 나란하도록 강화섬유를 적층할 수 있다.
전부성형단계에서는 금형 내 또는 폼(Foam) 위에 강화섬유 적층 시 제1유닛 및 제2유닛의 표면에 직조물이 배치되도록 강화섬유를 배치할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력용기 고정장치 제조방법은 강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 압력용기의 길이방향으로 연장된 제2유닛을 성형하는 일부성형단계; 강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 압력용기의 길이방향으로 나란하게 이격 배치된 복수의 제1유닛을 동시에 성형하되, 금형 내부에 제2유닛을 배치하여 제1유닛과 제2유닛을 일체로 성형하는 일체성형단계; 및 제1유닛 위로 한 쌍의 압력용기를 안착시킨 후 제1유닛에 압력용기를 고정하는 고정단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 압력용기 고정장치에 따르면, 복수의 제1유닛과 이를 연결하는 제2유닛이 일체형 프레임 구조로 형성됨으로써 1개의 모듈로 장착 및 탈착이 가능하기 때문에 작업성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 제1유닛의 상부는 압력용기를 수용하며 압력용기의 변형량을 흡수하는 기능을 수행하게 되고 하부는 굽힘 하중을 감당하는 기능을 수행할 수 있다.
단순하고 간단한 구조로 인해 차량에 적용 시 하부 공간을 효율적으로 활용할 수 있고 수리 및 유지관리에 용이하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력용기 고정장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1유닛을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제2유닛을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1유닛과 제2유닛을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압력용기 고정장치의 하부를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제1유닛, 제2유닛, 압력용기 및 고정유닛의 결합관계를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 압력용기 고정장치를 정면에서 바라본 모습을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 흡수부를 확대하여 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 압력용기 고정장치의 제조방법을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 한 쌍의 압력용기(10)를 고정하는 압력용기 고정장치는 도 1과 같이 복수로 구성되어 압력용기(10)의 길이방향을 따라 나란하게 이격 배치되고, 양측으로 한 쌍의 압력용기(10)가 안착되는 복합재 재질의 제1유닛(100); 압력용기(10)의 길이방향으로 연장되어 이격 배치된 복수의 제1유닛(100)을 일체로 연결하는 복합재 재질의 제2유닛(200); 및 각각이 제1유닛(100)에 안착된 압력용기(10)를 감싸도록 압력용기(10)의 둘레를 따라 연장되며, 양단부가 제1유닛(100)에 연결되는 복수의 고정유닛(300);을 포함한다.
압력용기(10)란 고압의 연료가스가 저장된 용기로서, 바람직하게는 연료전지 자동차 또는 압축천연가스 자동차에 이용되는 차량용 압력용기(10)일 수 있다.
차량용 압력용기(10)는 원통형의 몸통, 몸통 양단의 돔(dome)형상의 곡면부 및 곡면부 최말단의 보스(boss)로 구성된 형태일 수 있다. 이 경우 압력용기(10)의 길이방향이란 일단의 곡면부로부터 타단의 곡면부까지 연장된 방향을 의미한다.
제1유닛(100)은 도 2와 같이 양측에 한 쌍의 압력용기(10)가 안착될 수 있도록 하방으로 만입된 형상이 형성된다. 만입된 형상은 바람직하게는 압력용기(10) 표면의 곡률과 동일하게 형성되어 제1유닛(100) 상에 압력용기(10)가 안정적으로 안착될 수 있다. 차량용 압력용기(10)의 경우 만입된 형상은 원통형의 몸통의 곡률과 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 제1유닛(100)은 복수로 구성된다. 바람직하게는 2개로 구성되어 하나의 제1유닛(100)에는 압력용기(10) 앞부분이 수용되고, 나머지 하나의 제1유닛(100)에는 압력용기(10) 뒷부분이 수용되는 형태로 재1유닛에 압력용기(10)가 안착될 수 있다.
제1유닛(100)은 복합재 재질로 형성된다. 복합재 재질은 강화섬유 및 수지를 포함하는데 여기서 강화섬유는 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유, 천연섬유 중에서 선택되는 하나 이상의 섬유로 구성될 수 있고, 수지는 열경화성 수지, 열가소성 수지 중에서 선택되는 하나이상의 수지로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
제2유닛(200)은 도 3과 같이 압력용기(10)의 길이방향을 따라 연장된 형태이다. 이에 따라 압력용기(10)의 길이방향과 나란하게 이격 배치된 복수의 제1유닛(100)을 연결할 수 있다. 도 3과 같이 제1유닛(100)이 2개로 구성된 경우 하나의 제1유닛(100)은 제2유닛(200) 앞부분에, 나머지 하나의 제1유닛(100)은 제2유닛(200)의 뒷부분에 연결될 수 있다.
제2유닛(200)은 제1유닛(100)과 마찬가지로 복합재 재질로 형성된다. 복합재 재질은 강화섬유 및 수지를 포함하는데 여기서 강화섬유는 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유, 천연섬유 중에서 선택되는 하나 이상의 섬유로 구성될 수 있고, 수지는 열경화성 수지, 열가소성 수지 중에서 선택되는 하나 이상의 수지로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
고정유닛(300)은 양단부가 제1유닛(100)에 연결되는데 제1유닛(100)과 연결된 일단부로부터 압력용기(10) 둘레를 따라 연장되어 타단부가 제1유닛(100)과 연결되는 형태로 제1유닛(100)에 안착된 압력용기(10)의 상부를 감싸게 된다. 이러한 방식으로 압력용기(10)를 제1유닛(100)에 고정한다. 제1유닛(100)에 안착된 각각의 압력용기(10)를 고정하기 때문에 제1유닛(100)이 2개로 구성될 경우 고정유닛(300)은 총 4개로 구성된다.
상기와 같은 압력용기 고정장치는 복수의 제1유닛(100)과 이를 연결하는 제2유닛(200)이 일체형 프레임 구조로 형성됨으로써 1개의 모듈로 장착 및 탈착이 가능하기 때문에 작업성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 제1유닛(100)과 제2유닛(200)이 복합재 재질로 구성됨에 따라 경량화가 가능하고 내부식성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 이에 따라 차량에 적용 시 연비향상이 가능해 진다.
보다 구체적으로 살펴보면, 제1유닛(100)은 도 2와 같이 양측으로 한 쌍의 압력용기(10)가 안착되는 상부의 수용부와, 하방에서 수용부를 지지하는 하부의 지지부로 구분되며, 수용부와 지지부의 사이에는 폐곡선(20)이 형성될 수 있다.
또한, 제2유닛(200)은 수용부와 지지부 사이에 고정되어 폐곡선(20)을 양분할 수 있다.
수용부는 제1유닛(100)의 상부에 형성되어 압력용기(10)가 안착되는 부분으로서 압력용기(10)의 표면에 형성된 곡률에 대응되도록 형성되어 압력용기(10)를 수용할 수 있다. 제1유닛(100)에는 한 쌍의 압력용기(10)가 양측으로 안착되기 때문에 수용부에는 압력용기(10)를 수용할 수 있는 부분이 양측에 마련된다.
지지부는 제1유닛(100)의 하부에 형성되어 압력용기(10)가 안착된 수용부를 하방에서 지지하는 역할을 수행한다. 지지부와 수용부는 양측부가 서로 연결되고 중앙부는 서로 이격된 형태이다. 이에 따라 수용부와 지지부 사이에는 폐곡선(20)이 형성된다.
제2유닛(200)이 수용부와 지지부 사이에 고정되기 때문에 폐곡선(20)은 제2유닛(200)에 의해 양분되며 한 쌍의 압력용기(10) 하방에 양분된 폐곡선(20)이 위치하게 된다. 이렇게 상부의 수용부와 하부의 지지부에 의해 형성되는 폐곡선(20)이 압력용기(10)의 하방에 위치함으로써 압력용기(10)의 팽창 또는 수축 시 부피변화에 따른 수용부의 움직임이 자유롭게 된다.
제1유닛(100)의 수용부와 지지부는 각각 다른 기능을 수행하게 되는 것인데 수용부는 압력용기(10)를 수용하며 압력용기(10)의 변형량을 흡수하는 기능을 수행하게 되고 지지부는 굽힘 하중을 감당하는 기능을 수행하게 된다.
바람직하게는 지지부의 두께는 수용부의 두께보다 두껍게 형성되거나, 지지부를 형성하는 강화섬유의 강성은 수용부를 형성하는 강화섬유의 강성보다 높을 수 있다.
지지부의 두께가 수용부의 두께보다 두꺼움으로써 상대적으로 지지부의 강성이 수용부의 강성보다 클 수 있다. 이는 비록 제1유닛(100)이 일체형 구조로 형성되어 있으나 상하부에 대해 다른 하중조건이 적용되기 때문에 상하부 각각이 이러한 하중조건에 대응하도록 하기 위함이다.
또한, 수용부의 강성이 상대적으로 지지부의 강성보다 작아 수용부 측에서 압력용기(10)의 팽창을 일부 흡수할 수 있다. 이에 따라 폐곡선(20)을 형성하는 형태의 제1유닛(100)은 안착된 압력용기(10)의 하중을 지지하면서 압력용기(10)의 팽창에 따른 변형량을 흡수하는 기능을 동시에 수행하게 된다.
즉, 수용부 대비 지지부의 강성을 높임은 수용부 측에서 압력용기(10)의 팽창을 일부 흡수하고, 지지부 측에서 압력용기(10)의 하중을 감당할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서 동일한 취지로서, 수용부에 투입되는 강화섬유의 강성(탄성계수)이 지지부에 투입되는 강화섬유의 강성보다 상대적으로 낮은 물성의 것을 이용하여 수용부 대비 지지부의 강성을 높이는 것이 가능하다.
제1유닛(100)을 영역별로 구분하면, 도 2와 같이 제1유닛(100)은 양측에 위치하며, 각각 압력용기(10)가 안착되어 압력용기(10) 하부를 감싸는 한 쌍의 수용영역(110); 한 쌍의 수용영역(110) 사이에 위치하는 연결영역(120); 각각의 수용영역(110)에서 외측방향으로 돌출된 한 쌍의 돌출영역(130); 각각의 돌출영역(130)에서 하방으로 연장된 한 쌍의 하강영역(140); 및 일측의 하강영역(140)과 타측의 하강영역(140)을 연결하도록 연장된 지지영역(150);을 포함할 수 있다.
상기에서도 언급한 바와 같이 제1유닛(100)은 상하부로 구분될 수 있으며 상하부 사이에는 폐곡선(20)이 형성되는 일체형 구조인데 이를 더욱 자세히 구분하면 수용영역(110)은 압력용기(10)가 안착 될 수 있도록 형성된 영역으로서 양측에 한 쌍이 존재한다.
바람직하게는 수용영역(110)에 의해 압력용기(10)가 수용되는 부분은 압력용기(10)의 최하단으로부터 압력용기(10)의 1/3이 되는 높이 정도 까지 수용할 수 있다.
연결영역(120)은 한 쌍의 수용영역(110)을 연결하는 부분으로써 바람직하게는 제2유닛(200)이 고정되는 위치를 제공한다.
돌출영역(130)은 한 쌍의 수용영역(110)에서 외측방향으로 연장된 부분인데 여기서 외측방향이란 연결영역(120)이 연장된 방향과 반대방향을 의미한다. 돌출영역(130)은 차체와 고정이 될 수 있는 부분으로서 돌출영역(130)에는 상하방향으로 통공된 홀이 형성되고 체결공구를 이용하여 홀을 통해 차체에 고정된다. 한편, 하강영역(140)은 돌출영역(130)으로부터 하방으로 연장된 부분이다. 지지영역(150)은 하방에서 제1유닛(100)의 상부를 지지하는 영역으로서 양측의 하강영역(140)을 연결한다.
한편, 수용영역(110)은 지지영역(150)으로부터 상방으로 이격될 수 있다. 수용영역(110)이 지지영역(150)으로부터 상방으로 이격되고 지지영역(150)이 하강영역(140)을 매개로 수용영역(110) 외측의 돌출영역(130)과 연결됨으로써 제1유닛(100)에 폐곡선(20)이 형성될 수 있다.
또한, 연결영역(120)의 하방에 위치하는 지지영역(150)의 중앙부분(151)은 연결영역(120)을 향해 상방으로 돌출된 형태일 수 있다. 고정유닛(300)이 제1유닛(100)을 관통하는 방식으로 연결될 경우 지지영역(150)의 중앙부분(151)은 상방으로 돌출됨으로써 제1유닛(100) 지지영역(150) 하방에 공간이 형성되고 이러한 공간을 통해 고정유닛(300)과 제1유닛(100)을 연결하는 체결수단 등이 위치하는 것이 가능하다.
제2유닛(200)은 지지영역(150)과 연결영역(120) 사이에 고정되어 복수의 제1유닛(100)을 연결할 수 있다. 복수의 제1유닛(100)을 일체로 연결하는 제2유닛(200)은 그 상면이 연결영역(120)의 하면과 접하게 되고 제2유닛(200)의 하면이 지지영역(150)의 상면과 접하게 되는 방식으로 제1유닛(100)에 고정됨으로써 제1유닛(100)의 중앙과 연결된다. 이에 따라 지지영역(150)으로부터 연결영역(120)이 상방으로 이격된 거리가 제2유닛(200)의 높이와 대응될 것이다.
고정유닛(300)의 일단부는 돌출영역(130) 및 지지영역(150)을 동시에 관통하고, 타단부는 연결영역(120), 제2유닛(200) 및 지지영역(150)을 동시에 관통할 수 있다.
고정유닛(300)은 제1유닛(100)에 안착된 압력용기(10)의 상부를 감싸게 됨으로써 압력용기(10)를 제1유닛(100)에 고정시키는 역할을 수행하게 되는데 바람직하게는 고정유닛(300)의 일단부는 측부에서 돌출영역(130) 및 지지영역(150)을 관통하고 지지영역(150) 하방으로 돌출된 형상으로 연결될 수 있고 타단부는 중앙에서 연결영역(120) 및 지지영역(150)을 관통하고 지지영역(150) 하방으로 돌출된 형상으로 연결될 수 있다. 각각의 돌출영역(130) 하방으로 돌출된 부분은 체결수단에 의해 체결될 수 있다.
한 쌍의 수용영역(110)의 하방에 위치하는 지지영역(150)의 양측부분(152)은 단면의 형상이 굴곡지도록 중앙이 상방으로 돌출될 수 있다. 상기에서도 언급했던 바와 같이 제1유닛(100)의 경우 상하부에 다른 하중조건이 적용되기 때문에 굽힘 하중을 감당하는 기능을 수행해야 하는 지지영역(150)의 경우 단면이 굴곡지도록 중앙이 상방으로 돌출된 형태로 인해 관성모멘트가 증대됨으로 압력용기(10)의 무게에 의한 횡방향의 굽힘 및 처짐이 방지될 수 있다.
돌출영역(130)은 차체와 연결되며, 돌출영역(130) 내부에는 삽입플레이트(400)가 인서트될 수 있다. 앞서서 언급했던 바와 같이 돌출영역(130)은 차체와 연결될 수 있는 부분인데 돌출영역(130) 내부에 금속 재질 또는 플라스틱 재질의 삽입플레이트(400)가 삽입됨으로써 결합부분의 강도 및 강성을 증대시키는 것이 가능하다.
돌출영역(130)의 외측으로 돌출된 방향과 나란한 삽입플레이트(400)의 길이는 돌출영역(130)의 돌출된 길이보다 길게 형성될 수 있다. 이에 따라 돌출영역(130)의 굽힘 파괴를 방지하는 것이 가능하다.
바람직하게는 복합재 재질을 구성하는 강화섬유가 탄소섬유를 포함하고 삽입플레이트(400)가 금속 재질로 형성된 경우에 있어서 돌출영역(130)과 삽입플레이트(400)가 접촉하는 부위에서 전위차에 의한 전위부식이 발생할 수 있으므로 삽입플레이트(400)의 표면을 코팅 및 피막처리를 하여 돌출영역(130)과의 직접적인 접촉을 피할 수 있다.
고정유닛(300)은 도 5 내지 도 7과 같이 압력용기(10) 둘레를 따라 연장되어 압력용기(10)의 상부를 감싸는 고정밴드(310); 고정밴드(310)의 양단부에 마련되며, 제1유닛(100)을 관통하는 관통바(320); 및 제1유닛(100)을 관통하고 나온 관통바(320) 단부에 형성되고, 압력용기(10)의 팽창 및 수축에 따른 변형량을 흡수하도록 마련된 흡수부(330);를 포함할 수 있다.
고정밴드(310)는 스틸, 알루미늄합금, 마그네슘합금 등의 금속 재질로 형성된 밴드형상으로서 압력용기(10) 둘레를 따라 연장된 형태이다. 바람직하게는 고정밴드(310)에 의해 압력용기(10)의 최상단부터 하방으로 1/2되는 부분까지 감싸질 수 있다.
관통바(320)는 직선형태의 바(Bar) 형상으로서 고정밴드(310) 양단부에 마련되며 제1유닛(100)을 관통한다. 제1유닛(100)이 상기와 같이 수용영역(110), 연결영역(120), 돌출영역(130), 하강영역(140) 및 지지영역(150)으로 구분되고 제2유닛(200)이 연결영역(120)과 지지영역(150) 사이에 배치되는 경우 고정밴드(310) 일단부에 연결된 관통바(320)는 돌출영역(130) 및 지지영역(150)을 동시에 관통한 후 단부가 지지영역(150) 하방으로 돌출되고, 고정밴드(310) 타단부에 연결된 관통바(320)는 연결영역(120), 제2유닛(200) 및 지지영역(150)을 동시에 관통한 후 단부가 지지영역(150) 하방으로 돌출될 수 있다.
관통바(320)의 돌출된 단부에는 흡수부(330)가 연결되는데 흡수부(330)는 고정밴드(310) 및 관통바(320)가 제1유닛(100)에 연결된 상태에서 압력용기(10)의 팽창 및 수축에 따른 변형량에 대응하기 위해 그 변형량을 흡수할 수 있도록 한다.
구체적으로 살펴보면, 흡수부(330)는 도 8과 같이 제1유닛(100)을 관통한 관통바(320)에 끼워지는 스프링부재(331); 및 관통바(320) 끝단에 체결되는 고정부재(332);를 포함할 수 있다.
스프링부재(331)는 흡수부(330)가 압력용기(10)의 변형량을 흡수하는 것이 가능하게 하는 핵심적인 구성요소로서 스프링부재(331)의 가변량만큼 압력용기(10)의 팽창 및 수축에 따른 변형량을 흡수할 수 있으며 한 쌍의 스프링부재(331)가 고정밴드(310) 양단부의 관통바(320)에 끼워지기 때문에 변형량이 두 배로 증대될 수 있다.
또한, 압력용기(10)가 팽창 후 다시 수축 시 스프링부재(331)의 탄성력에 의해 고정유닛(300)도 다시 원래 위치로 복귀하는 것이 가능하다.
상기와 같은 스프링부재(331)가 관통바(320)에 끼워진 상태에서 변형량 흡수기능을 수행하기 위해 관통바(320)의 끝단은 고정부재(332)로 체결된다. 바람직하게는 고정부재(332)는 스프링너트로 구성될 수 있으며 스프링부재(331)의 압축력 및 복원력은 스프링너트의 조임량을 통해 일정 정도 제어함이 가능하다.
또한, 흡수부(330)는 스프링부재(331)의 상방 또는 하방에 배치되도록 관통바(320)에 끼워진 와셔(333);를 더 포함할 수 있는데 와셔(333)는 관통바(320)에 끼워진 상태에서의 스프링부재(331)의 압축/복원 및 신장/복원 기능이 원활하게 이루어지는 것을 돕는다.
바람직하게는 상기에서 언급했던 바와 같이 제1유닛(100)이 수용영역(110), 연결영역(120), 돌출영역(130), 하강영역(140) 및 지지영역(150)으로 구분되고 지지영역(150)의 양측부분(152)은 단면의 형상이 굴곡지도록 중앙이 상방으로 돌출된 경우 돌출된 부분의 내측에 단면의 형상과 대응되는 형상으로 형성된 스페이서(334)가 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 압력용기 고정장치는 제1유닛(100)과 압력용기(10) 사이에 배치되는 제1고무밴드(510); 및 고정유닛(300)과 압력용기(10) 사이에 배치되며, 제1고무밴드(510)와 함께 압력용기(10)의 둘레를 감싸는 제2고무밴드(520);를 더 포함할 수 있다.
제1고무밴드(510)는 제1유닛(100)과 압력용기(10)가 직접적으로 접촉하게 되는 것을 막고 제2고무밴드(520)는 고정유닛(300)과 압력용기(10)가 직접적으로 접촉하게 되는 것을 막는다. 이에 따라 압력용기(10)의 팽창 및 수축 시 제1유닛(100)과 압력용기(10) 사이 또는 고정유닛(300)과 압력용기(10) 사이에서 마찰이 일어나는 것을 방지한다. 제1고무밴드(510) 및 제2고무밴드(520)는 탄성이 있는 재질로 형성되어 압력용기(10)의 팽창 시 함께 늘어날 수 있다.
제2유닛(200)은 도 3과 같이 길이방향에서 수직으로 절개한 단면이 폐단면(30)을 형성하도록 중공형으로 마련될 수 있다. 폐단면(30)은 폭보다 높이가 긴 직사각형 형태일 수 있다.
제2유닛(200)은 단면이 폐단면(30)이도록 중공형으로 형성될 수 있으며 바람직하게는 폐단면(30)의 형상은 직사각형으로서 제2유닛(200)이 빔 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 경량화가 가능하며 더욱이 직사각형의 경우 폭의 길이보다 상하방향의 높이가 더 길어 종방향의 굽힘 하중에 효과적으로 대응하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 압력용기(10)를 고정하는 압력용기 고정장치를 제조하는 방법은 도 9와 같이 강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 양측으로 한 쌍의 압력용기(10)가 안착되는 복수의 제1유닛(100) 및 압력용기(10)의 길이방향으로 연장된 제2유닛(200)을 성형하는 전부성형단계; 압력용기(10)의 길이방향으로 나란하게 이격 배치된 복수의 제1유닛(100)을 접착제를 이용하여 제2유닛(200)과 일체로 연결하는 접착단계; 및 제1유닛(100) 위로 한 쌍의 압력용기(10)를 안착시킨 후 제1유닛(100)에 압력용기(10)를 고정하는 고정단계;를 포함할 수 있다.
전부성형단계에서는 강화섬유 및 수지를 이용하여 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)을 성형하는데 이때 강화섬유 및 수지는 프리프레그(Prepreg) 형태로 구성하여 프리프레그를 적층하고 오토클레이브(Autoclave) 또는 컴프레션 몰딩(Compression Molding) 공정을 사용하여 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)을 성형할 수 있다.
또는 강화섬유를 섬유직물 또는 NCF(Non Crimp Fabric)로 이루어진 프리폼으로 구성하고 이를 이용하여 진공성형(Vacuum Molding)하는 방식으로 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)을 성형할 수 있다. 바람직하게는 강도 및 강성의 증대를 위해 제1유닛(100)의 성형 시 삽입플레이트(400)를 금형 내에 삽입하여 일체로 성형할 수 있다.
제2유닛(200)의 경우에는 단면의 형상이 동일할 수 있기 때문에 펄트루젼(Pultrusion) 공법의 적용이 가능하다. 이에 따라 생산성의 향상은 물론 제조원가 절감이 가능하다.
한편, 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)의 전체 강성 증대를 위해 폼(Foam)을 이용하여 성형할 수 있으며 이 경우 강화섬유를 폼 위에 바로 적층하는 것이 가능하므로 생산효율이 증대될 수 있다.
전부성형단계를 통해 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)의 성형이 완료되면 접착단계를 통해 제2유닛(200)에 복수의 제1유닛(100)을 연결할 수 있다. 다음으로 제1유닛(100) 위로 한 쌍의 압력용기(10)를 안착시킨 후 제1유닛(100)에 압력용기(10)를 고정하는 고정단계를 거침으로써 압력용기(10) 제조방법이 완료된다.
바람직하게는 압력용기(10)를 고정하는 수단은 압력용기(10) 둘레를 따라 연장되어 압력용기(10)의 상부를 감싸는 고정밴드(310), 고정밴드(310)의 양단부에 마련되며, 제1유닛(100)을 관통하는 관통바(320) 및 제1유닛(100)을 관통하고 나온 관통바(320) 단부에 형성되고, 압력용기(10)의 팽창 및 수축에 따른 변형량을 흡수하도록 마련된 흡수부(330)로 구성할 수 있다.
전부성형단계에서는 금형 내 또는 폼(Foam) 위에 강화섬유 적층 시 제1유닛(100)의 강화섬유 배열방향이 압력용기(10)의 길이방향과 수직하도록 강화섬유를 적층하고, 제2유닛(200)의 강화섬유 배열방향이 압력용기(10)의 길이방향과 나란하도록 강화섬유를 적층할 수 있다.
제1유닛(100)의 강화섬유 배열방향이 압력용기(10)의 길이방향과 수직하게 구성하고 제2유닛(200)의 강화섬유 배열방향이 압력용기(10)의 길이방향과 나란하게 구성됨으로써 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)의 굽힘 강성이 증대되는 것이 가능하다.
또는 전부성형단계에서는 금형 내 또는 폼(Foam) 위에 강화섬유 적층 시 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)의 표면에 직조물이 배치되도록 강화섬유를 배치할 수 있다.
제1유닛(100) 및 제2유닛(200)의 최외곽층을 구성하는 표면에 직조물이 배치되도록 하여 제1유닛(100) 또는 제2유닛(200)에 하중이 가해질 경우 강화섬유의 길이방향 결에 따라 제1유닛(100) 및 제2유닛(200)이 파괴되는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 한 쌍의 압력용기(10)를 고정하는 압력용기 고정장치를 제조하는 방법은 강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 압력용기(10)의 길이방향으로 연장된 제2유닛(200)을 성형하는 일부성형단계; 강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 압력용기(10)의 길이방향으로 나란하게 이격 배치된 복수의 제1유닛(100)을 동시에 성형하되, 금형 내부에 제2유닛(200)을 배치하여 제1유닛(100)과 제2유닛(200)을 일체로 성형하는 일체성형단계; 및 제1유닛(100) 위로 한 쌍의 압력용기(10)를 안착시킨 후 제1유닛(100)에 압력용기(10)를 고정하는 고정단계;를 포함할 수 있다.
앞선 실시예와는 달리 먼저 일부성형단계를 통해 먼저 제2유닛(200)의 성형을 완료한 후 일체성형단계를 통해 제2유닛(200)을 복수의 제1유닛(100)의 성형을 위한 금형에 배치하여 제1유닛(100)과 제2유닛(200)의 일체성형을 완료한다. 일체성형으로 제1유닛(100)과 제2유닛(200)을 결합할 경우 접착제의 사용이 불필요하며 접착제를 통해 연결하는 경우에 비해 더 큰 하중을 견디는 것이 가능하다.
이후에는 마찬가지로 제1유닛(100) 위로 한 쌍의 압력용기(10)를 안착시킨 후 제1유닛(100)에 압력용기(10)를 고정하는 고정단계를 거침으로써 압력용기 고정장치의 제조를 완료한다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 : 압력용기 20 : 폐곡선
100 : 제1유닛 110 : 수용영역
120 : 연결영역 130 : 돌출영역
140 : 하강영역 150 : 지지영역
151 : 중앙부분 152 : 양측부분
200 : 제2유닛 300 : 고정유닛
310 : 고정밴드 320 : 관통바
330 : 흡수부 331 : 스프링부재
332 : 고정부재 333 : 와셔
334 : 스페이서 400 : 삽입플레이트
510 : 제1고무밴드 520 : 제2고무밴드

Claims (21)

  1. 한 쌍의 압력용기를 고정하는 압력용기 고정장치로서,
    복수로 구성되어 압력용기의 길이방향을 따라 나란하게 이격 배치되고, 양측으로 한 쌍의 압력용기가 안착되는 복합재 재질의 제1유닛;
    압력용기의 길이방향으로 연장되어 이격 배치된 복수의 제1유닛을 일체로 연결하는 복합재 재질의 제2유닛; 및
    각각이 제1유닛에 안착된 압력용기를 감싸도록 압력용기의 둘레를 따라 연장되며, 양단부가 제1유닛에 연결되는 복수의 고정유닛;을 포함하는 압력용기 고정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1유닛은,
    양측으로 한 쌍의 압력용기가 안착되는 상부의 수용부와, 하방에서 수용부를 지지하는 하부의 지지부로 구분되며, 수용부와 지지부의 사이에는 폐곡선이 형성된 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제2유닛은 수용부와 지지부 사이에 고정되어 폐곡선을 양분하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    지지부의 두께는 수용부의 두께보다 두껍게 형성되거나, 지지부를 형성하는 강화섬유의 강성은 수용부를 형성하는 강화섬유의 강성보다 높은 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1유닛은,
    양측에 위치하며, 각각 압력용기가 안착되어 압력용기 하부를 감싸는 한 쌍의 수용영역;
    한 쌍의 수용영역 사이에 위치하는 연결영역;
    각각의 수용영역에서 외측방향으로 돌출된 한 쌍의 돌출영역;
    각각의 돌출영역에서 하방으로 연장된 한 쌍의 하강영역; 및
    일측의 하강영역과 타측의 하강영역을 연결하도록 연장된 지지영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    수용영역은 지지영역으로부터 상방으로 이격된 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    연결영역의 하방에 위치하는 지지영역의 중앙부분은 연결영역을 향해 상방으로 돌출된 형태인 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    제2유닛은 지지영역과 연결영역 사이에 고정되어 복수의 제1유닛을 연결하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    고정유닛의 일단부는 돌출영역 및 지지영역을 동시에 관통하고, 타단부는 연결영역, 제2유닛 및 지지영역을 동시에 관통하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    한 쌍의 수용영역의 하방에 위치하는 지지영역의 양측부분은 단면의 형상이 굴곡지도록 중앙이 상방으로 돌출된 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  11. 청구항 5에 있어서,
    돌출영역은 차체와 연결되며, 돌출영역 내부에는 삽입플레이트가 인서트되는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    고정유닛은,
    압력용기 둘레를 따라 연장되어 압력용기의 상부를 감싸는 고정밴드;
    고정밴드의 양단부에 마련되며, 제1유닛을 관통하는 관통바; 및
    제1유닛을 관통하고 나온 관통바 단부에 형성되고, 압력용기의 팽창 및 수축에 따른 변형량을 흡수하도록 마련된 흡수부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    흡수부는,
    제1유닛을 관통한 관통바에 끼워지는 스프링부재; 및
    관통바 끝단에 체결되는 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    흡수부는,
    스프링부재의 상방 또는 하방에 배치되도록 관통바에 끼워진 와셔;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    제1유닛과 압력용기 사이에 배치되는 제1고무밴드; 및
    고정유닛과 압력용기 사이에 배치되며, 제1고무밴드와 함께 압력용기의 둘레를 감싸는 제2고무밴드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    제2유닛은 길이방향에서 수직으로 절개한 단면이 폐단면을 형성하도록 중공형으로 마련된 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    폐단면은 폭보다 높이가 긴 직사각형 형태인 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치.
  18. 한 쌍의 압력용기를 고정하는 압력용기 고정장치를 제조하는 방법으로서,
    강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 양측으로 한 쌍의 압력용기가 안착되는 복수의 제1유닛 및 압력용기의 길이방향으로 연장된 제2유닛을 성형하는 전부성형단계;
    압력용기의 길이방향으로 나란하게 이격 배치된 복수의 제1유닛을 접착제를 이용하여 제2유닛과 일체로 연결하는 접착단계; 및
    제1유닛 위로 한 쌍의 압력용기를 안착시킨 후 제1유닛에 압력용기를 고정하는 고정단계;를 포함하는 압력용기 고정장치 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    전부성형단계에서는,
    금형 내 또는 폼(Foam) 위에 강화섬유 적층 시 제1유닛의 강화섬유 배열방향이 압력용기의 길이방향과 수직하도록 강화섬유를 적층하고, 제2유닛의 강화섬유 배열방향이 압력용기의 길이방향과 나란하도록 강화섬유를 적층하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치 제조방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    전부성형단계에서는,
    금형 내 또는 폼(Foam) 위에 강화섬유 적층 시 제1유닛 및 제2유닛의 표면에 직조물이 배치되도록 강화섬유를 배치하는 것을 특징으로 하는 압력용기 고정장치 제조방법.
  21. 한 쌍의 압력용기를 고정하는 압력용기 고정장치를 제조하는 방법으로서,
    강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 압력용기의 길이방향으로 연장된 제2유닛을 성형하는 일부성형단계;
    강화섬유 및 수지를 이용하여 금형 또는 폼(Foam)을 통해 압력용기의 길이방향으로 나란하게 이격 배치된 복수의 제1유닛을 동시에 성형하되, 금형 내부에 제2유닛을 배치하여 제1유닛과 제2유닛을 일체로 성형하는 일체성형단계; 및
    제1유닛 위로 한 쌍의 압력용기를 안착시킨 후 제1유닛에 압력용기를 고정하는 고정단계;를 포함하는 압력용기 고정장치 제조방법.
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