KR101806643B1

KR101806643B1 - 다중 실링 구조를 갖는 노즐 및 이를 포함하는 압력 용기

Info

Publication number: KR101806643B1
Application number: KR1020150180246A
Authority: KR
Inventors: 정재한; 김창호; 황기호; 허석봉; 김종열; 김도연
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사; 일진복합소재 주식회사
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-12-07
Also published as: US10274132B2; KR20170071969A; US20170175950A1; CN106996511A; DE102016219638A1; CN106996511B

Abstract

본 발명은 고압의 가스를 저장하는 압력 용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 가스를 저장하는 압력 용기에서 가스 누출에 취약한 노즐부의 기밀성을 확보하기 위한 구조 및 이러한 노즐부를 포함하는 압력 용기에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 압력 용기의 내벽면을 형성하는 용기 몸체에 결합되며, 압력 용기 내외로 가스가 유동할 수 있는 내부 유로가 형성된 노즐 몸체 및 상기 노즐 몸체의 하부에 체결되는 록커를 포함하는 구조이며, 록커의 경사진 가압단부에 의하여 록커의 체결력에 의한 경사면에서의 실링과 함께 록커 내측에서 실링부재에 의한 이중 실링을 제공하도록 구성된다.

Description

다중 실링 구조를 갖는 노즐 및 이를 포함하는 압력 용기 {Multi-sealed nozzle and pressure vessel comprising the same}

본 발명은 고압의 가스를 저장하는 압력 용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 가스를 저장하는 압력 용기에서 가스 누출에 취약한 노즐부의 기밀성을 확보하기 위한 구조 및 이러한 노즐부를 포함하는 압력 용기에 관한 것이다.

수소, 질소, 천연가스 등 다양한 종류의 가스를 저장하고, 필요에 따라 저장된 가스를 배출하기 위하여 가스의 저장 용기가 필요하다. 특히, 가스는 용기 내 저장 밀도가 낮기 때문에 고압으로 저장될 필요가 있으며, 이러한 고압 환경에서 이용하기 압력 용기가 필수적이다.

예를 들어, 대체연료가스 차량(연료전지자동차 또는 압축천연가스 자동차)은 연료 가스의 저장방식에 따라 저장시스템의 구조가 달라지며, 현재에는 저장시스템의 단가, 무게 및 단순함을 고려하여 압축가스 형태의 저장방식이 각광받고 있다. 그러나 기체 상태의 연료는 에너지 저장밀도가 낮아 더 많은 운행거리를 확보하려면 저장량을 늘리거나, 저장압력을 높여야 한다. 자동차의 경우, 가스 저장시스템 탑재 공간이 한정되어 있어 저장탱크의 크기를 늘리는 것은 한계가 있으므로 보다 고압의 가스를 안전하게 저장하는 것이 탱크기술의 핵심이다.

연료가스 저장탱크 중 복합재 탱크의 경우, 압축가스로 인한 내압을 감당하기 위해 비강도 및 비강성이 높은 섬유강화 복합재료로 외피를 보강하며, 내부에는 가스의 기밀성을 유지하는 라이너(Liner)가 삽입된다. 연료가스저장 탱크는 라이너의 재질에 따라 형태가 나뉘며, 알루미늄과 같은 금속재질의 라이너가 삽입된 탱크를 타입 3(Type 3), 고밀도 폴리머 라이너가 삽입된 탱크를 타입4(Type 4)라 구분한다. 타입 3의 경우, 안정성은 상대적으로 높으나, 고가이고, 내피로특성이 떨어지는 단점이 있는 반면, 타입 4 탱크는 타입 3에 비해 저렴하고 내피로특성은 우수하나, 수소의 누출(leakage) 및 내투과성능이 떨어지는 등 안전성의 문제가 있다. 특히 외부 밸브 장착을 위해 적용되는 금속노즐과 몸통의 플라스틱 재료가 이종(異種)인 관계로 결합부위의 기밀 건전성이 중요하다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0121761호(2009. 11. 26) 일본 공개특허 제2011-102614호(2011. 05. 26)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 기존의 타입 4 라이너와 같이 복잡한 구조의 노즐 형상에 비해 단순하며, 신뢰성 높은 기밀성을 보장하는 노즐 구조 및 이를 포함하는 압력 용기를 제공하는 것에 주안점이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 압력 용기의 내벽면을 형성하는 용기 몸체에 결합되며, 압력 용기 내외로 가스가 유동할 수 있는 내부 유로가 형성된 노즐 몸체; 상기 노즐 몸체의 하부에 체결되는 록커;를 포함하고, 상기 록커는 상기 노즐 몸체와 체결되는 체결부와, 상기 체결부로부터 외측으로 연장되는 연장부와, 상기 연장부의 일측에 형성되며 내측으로 경사진 환형 경사면을 갖는 가압단부를 가지며, 상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 가압단부는 상기 환형 경사면을 따라 상기 용기 몸체와 접촉하면서 상기 용기 몸체를 가압하도록 구성되고, 상기 환형 경사면을 따라 형성되는 가스 유입 경로로부터 유입되는 가스를 차단하기 위한 제1실링 부재를 더 포함하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 록커는, 상기 체결부에 의해, 상기 노즐 몸체의 내부 유로 측에 나사 체결된 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 록커에는, 상기 가압단부의 경사면과 상기 연장부의 상부면에 의한 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 상기 노즐 몸체의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부가 수용되어, 상기 연장부와 각각 접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 제1실링 부재는 상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체의 사이에 개재된 상태로, 상기 록커의 홈 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 가압단부의 경사면은 상기 체결부의 체결방향에 대하여 소정의 각도로 경사진 경사면인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 록커의 상기 체결부 상측으로 상기 노즐 몸체의 내부 유로의 길이 방향을 따라 연장되는 연장 삽입부가 형성되고, 상기 연장 삽입부와 상기 노즐 몸체 사이에는 제2실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 노즐 몸체의 내부 유로에는 용기 밸브가 삽입 장착되고, 용기 밸브의 외측면과 상기 연장 삽입부의 내측면 사이에는 제3실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 제3실링 부재는 상기 제2실링 부재보다 용기 입구 측에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 제1실링 부재는 오링인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 록커에는, 상기 연장부의 상부면을 포함하는 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 제1실링 부재가 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 제1실링 부재는 상기 금속 노즐의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부와 접촉하는 가스켓인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체는 상기 록커의 경사면에 평행한 접촉면을 갖도록 구성되고, 상기 노즐 몸체는, 상기 제1실링 부재와의 접촉면에서, 상기 용기 몸체에 비하여 하방으로 돌출된 환형의 돌출부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐을 제공한다.

또한, 본 발명에 따르면, 압력 용기 내외로 가스가 유동할 수 있는 내부 유로가 형성된 노즐 몸체; 상기 노즐 몸체와 결합하여 압력 용기의 내벽면을 형성하는 용기 몸체; 상기 노즐 몸체의 하부에 체결되는 록커;를 포함하고, 상기 록커는 상기 노즐 몸체와 체결되는 체결부와, 상기 체결부로부터 외측으로 연장되는 연장부와, 상기 연장부의 일측에 형성되며 내측으로 경사진 환형 경사면을 갖는 가압단부를 가지며, 상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 가압단부는 상기 환형 경사면을 따라 상기 용기 몸체와 접촉하면서 상기 용기 몸체를 가압하도록 구성되고, 상기 환형 경사면을 따라 형성되는 가스 유입 경로로부터 유입되는 가스를 차단하기 위한 제1실링 부재를 더 포함하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 록커는, 상기 체결부에 의해, 상기 노즐 몸체의 내부 유로 측에 나사 체결된 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 록커에는, 상기 가압단부의 경사면과 상기 연장부의 상부면에 의한 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 상기 노즐 몸체의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부가 수용되어, 상기 연장부와 각각 접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 제1실링 부재는 상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체의 사이에 개재된 상태로, 상기 록커의 홈 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 가압단부의 경사면은 상기 체결부의 체결방향에 대하여 소정의 각도로 경사진 경사면인 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 록커의 상기 체결부 상측으로 상기 노즐 몸체의 내부 유로의 길이 방향을 따라 연장되는 연장 삽입부가 형성되고, 상기 연장 삽입부와 상기 노즐 몸체 사이에는 제2실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 노즐 몸체의 내부 유로에는 용기 밸브가 삽입 장착되고, 용기 밸브의 외측면과 상기 연장 삽입부의 내측면 사이에는 제3실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 제3실링 부재는 상기 제2실링 부재보다 용기 입구 측에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 제1실링 부재는 오링인 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 록커에는, 상기 연장부의 상부면을 포함하는 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 제1실링 부재가 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 제1실링 부재는 상기 금속 노즐의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부와 접촉하는 가스켓인 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체는 상기 록커의 경사면에 평행한 접촉면을 갖도록 구성되고, 상기 노즐 몸체는, 상기 제1실링 부재와의 접촉면에서, 상기 용기 몸체에 비하여 하방으로 돌출된 환형의 돌출부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 용기 몸체의 외측으로 상기 용기 몸체를 둘러싸는 복합재 보강층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

또한, 상기 노즐 몸체는 금속으로 이루어지며, 상기 용기 몸체는 폴리머 라이너인 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 기존 라이너 보스부의 기밀구조의 단점을 보완하여, 형상을 단순화시킬 수 있으며, 크기 및 중량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기밀성을 향상시켜 수소의 누출 가능성을 크게 감소시킬 수 있는 압력 용기의 노즐 구조를 제공한다.

특히, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 일반적인 오링에만 의존한 기밀 구조가 아닌, 폴리머 라이너와 금속 락커 간의 면 접촉을 통한 다중 기밀구조를 구현함으로써, 추가적인 부품 투입 없이, 단순화된 구조를 통해 기밀성을 증대할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 락커의 조임 압력에 의한 노즐 및 라이너의 반발력을 활용할 수 있기 때문에, 제품의 경량화는 물론 구조의 단순화를 통해 압력 용기의 제작성 및 제품성을 함께 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 다중 실링 구조의 노즐부를 압력 용기의 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 다중 실링 구조를 갖는 노즐부의 단면도이고,
도 3은 도 2에 도시된 노즐부의 일부를 확대 도시한 것이고,
도 4는 도 3에 도시된 노즐부의 일부를 다시 확대 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따른 다중 실링 구조를 갖는 노즐부를 도시하고 있는 단면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 다중 실링 구조를 갖는 노즐부를 도시하고 있는 단면도이다.

본 발명은 고압의 가스를 저장하는 압력 용기에 관한 것으로서, 용기 내에 저장된 고압 가스가 누출되지 않도록 기밀성을 확보할 수 있으면서도, 비교적 간단한 구조로 이루어진 노즐부 및 이러한 노즐부를 포함하는 압력 용기에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 차량의 연료 가스를 저장하기 위한 압력 용기에 관한 것이며, 예를 들어, 타입 4와 같은 압력 용기가 그 대상이 될 수 있다.

현재 사용 중인 타입 4 라이너의 경우, 금속노즐과 플라스틱 몸통간의 결합은 크게 일체 사출형 및 조립형 구조로 나뉘며, 기밀유지 방법은 금속노즐과 플라스틱 몸통을 오링 또는 가스켓으로 씰링(sealing)하는 방법, 탱크와 결합하는 탱크밸브 오링을 플라스틱 라이너 몸통과의 직접 접촉하는 씰링 방식 등이 있다.

다만, 본 발명의 바람직한 구현예로 설명되는 압력 용기는 이러한 용기의 타입에 제한받지는 않으며, 단지 용기 몸체와 노즐부가 소정의 결합 구조를 가지며 결합되는 구조라면 제한 없이 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

여기서 소정의 결합 구조라 하면, 노즐 몸체, 노즐 몸체와 결합하여 압력 용기의 내벽면을 형성하는 용기 몸체 및 이들 중 어느 하나와 체결되는 록커를 포함하는 구조이다.

따라서, 본 발명은 바람직한 구현예로 제시된 도면 및 실시예만으로 한정되는 것은 아니며, 노즐부의 소정의 결합 구조를 갖는 다양한 예를 포섭하는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 용기 몸체라 함은 노즐부와 소정의 결합 구조를 통해 결합되며, 용기의 일부를 형성하는 구성을 의미하는 것이다. 따라서, 용기 몸체는 용기 자체를 의미하는 것으로 한정해석되지 않으며, 예를 들어, 타입 4 압력 용기의 라이너가 될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 압력 용기의 경우, 아래에서 설명되는 노즐부를 포함하는 압력 용기로써, 압력 용기의 외형을 이루는 용기 몸체와 보강층 등의 부가적인 구성을 더 포함하는 것 이외에는 노즐부에 대한 구성을 그대로 포함하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 다중 실링 구조를 갖는 노즐부 및 이를 포함하는 압력 용기를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 록커와 용기 몸체와의 면 접촉 씰링 구조와 함께 오링 또는 가스켓과 같은 기존의 실링 구조를 동시에 적용함에 따른 2중 기밀구조를 포함하는 것에 특징이 있다.

특히, 타입 4의 용기에서와 같이, 금속재 록커와 폴리머 라이너의 이종 재료 접합 시에도 안정적인 실링을 제공하는 바, 이러한 타입 4와 같은 구조의 압력 용기에 매우 유용하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 다중 실링 구조의 노즐부를 압력 용기의 구성을 도시한 것이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 다중 실링 구조를 갖는 노즐부 또는 노즐부의 일부를 각각 도시하고 있는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 압력 용기는 가스가 용기 내로 인입되거나 또는 용기 밖으로 배출될 수 있도록 형성된 노즐부를 가진다.

도 1의 예를 참조하면, 이러한 노즐부는 금속재의 노즐 몸체(110)가 용기 몸체(200)를 이루는 폴리머 라이너와 체결되도록 구성되며, 용기 내측의 록커(120)가 노즐 몸체(110)에 체결됨에 따라 폴리머 라이너와 노즐 몸체(110)의 체결 구조의 기밀성을 확보할 수 있는 구조로 이루어진다.

예를 들어, 상기 노즐 몸체(110)는 폴리머 라이너와 일체 사출형으로 제작되거나 별물이 조립되는 구조로 이루어질 수 있으며, 일체 사출형 및 조립형의 하이브리드 구조로 이루어질 수도 있다.

상기 록커(120)는 노즐 몸체(110)의 내측 유로 내벽면과 체결되는 나사 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 폴리머 라이너의 외측으로는 복합재료로 이루어진 보강층(300)이 형성될 수 있다.

도 2는 도 1의 압력 용기에서 노즐부를 확대 도시한 단면도로써, 록커(120)가 노즐 몸체에 체결됨에 따라 이중 실링 구조가 형성되는 것을 도시하고 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노즐부는 일체로 제작된 노즐 몸체(110) 및 용기 몸체(200)를 포함하며, 노즐 몸체(110)에 체결되는 록커(120)를 포함한다.

도 2에서와 같이, 노즐 몸체(110)는 상부에 탱크 밸브가 삽입 고정될 수 있으며, 하부에는 록커(120)가 체결된다. 바람직하게는 상기 노즐 몸체(110)는 탱크 밸브를 수용하는 한편, 용기 내부와 연통되어 가스가 이동할 수 있도록 형성된 내부 유로(113)를 가지며, 이러한 내부 유로(113)의 외벽을 이루며 용기 외측으로 돌출된 노즐 넥(111)을 포함한다. 또한, 상기 노즐 몸체(110)의 하측에는 노즐 넥(111)의 하방 외측 둘레를 따라 연장 형성된 노즐 숄더(112)를 포함한다.

앞서 설명한 바와 같이, 노즐 몸체(110)는 용기 몸체(200)와 일체 사출 방식 또는 조립 방식에 의하여 일체로 형성되는데, 도 2에서와 같이, 노즐 숄더(112)의 단부가 용기의 둘레를 따라 용기 몸체(200)와의 접촉면을 형성하게 된다.

한편, 상기 노즐 몸체(110)의 저부에는 용기 몸체(200)의 일부 및 노즐 몸체(110)의 일부를 감싸면서 각각을 가압 고정하는 록커(120)가 체결된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 록커(120)는 도 1에 도시된 것과 같이 중공형의 볼트 형상을 가지며, 헤드 부분(도 2의 하부 구조)에 환형의 홈이 형성되어 노즐 몸체(110) 및 용기 몸체(200)의 일부를 수용한 채 체결될 수 있도록 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 록커(120)는 상기 노즐 몸체(110)와 체결되는 체결부(121)와, 상기 체결부(121)로부터 외측으로 연장되는 연장부(122)와, 상기 연장부(122)의 일측에 형성되며 내측으로 경사진 환형 경사면을 갖는 가압단부(123)를 가진다.

구체적으로 중공형의 볼트 형상인 록커(120)는 체결부(121)에 의하여 노즐 몸체(110)의 저부의 너트 구조에 체결될 수 있도록 구성된다. 상기 체결부(121)는 노즐 몸체(110)의 내부 유로(113) 측으로 삽입되어 내부 유로의 내벽면의 암나사면에 체결되는 구조를 가지는데, 도 1에서와 같이, 환형의 체결부(121)를 형성한다.

체결부(121)의 하측으로는 록커(120)의 반경 방향으로 연장부(122)가 형성되며, 이러한 연장부(122)의 타측 단부에는 가압단부(123)가 형성된다.

이러한 연장부(122)는 노즐 몸체(110) 및 용기 몸체(200)의 하방으로 돌출된 부분을 수용할 수 있는 길이로 구성된다.

한편, 상기 가압단부(123)는 체결부(121)에 대체로 평행하며, 상측으로 돌출된 부분을 포함하는데, 이에 따라 록커(120)는 환형의 홈을 가지게 된다.

구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가압단부(123)는 내측으로 경사진 환형의 경사면(X)을 가지는데, 이러한 환형의 경사면(X)이 체결부(121)의 체결면 및 연장부(122)의 상면과 함께 환형의 홈을 형성하게 된다. 바람직하게는, 상기 경사면(X)은 상기 체결부(121)의 체결방향에 대하여 소정의 각도로 경사진 경사면으로 이루어진다.

또한, 상기 록커(120)가 상기 노즐 몸체(110)에 체결된 경우, 상기 가압단부(123)는 상기 환형 경사면을 따라 상기 용기 몸체(200)와 접촉하면서 상기 용기 몸체(200)를 가압하도록 구성된다. 이와 같이 록커(120)의 가압단부(123)가 록커(120)의 체결력에 의하여 노즐 몸체(110)와 용기 몸체(200)를 가압함에 따라 저장 유체에 대한 1차적인 기밀을 확보할 수 있다.

구체적으로, 록커(120)가 노즐 몸체(110)에 체결됨에 따라 록커(120)의 가압단부(123)는 용기 몸체(200)의 접촉면을 가압하게 되고, 가압단부(123)에 의하여 충분히 죄어진 경우 유체의 움직임을 제한할 수 있으므로, 기계적 결합에 의한 기밀을 확보할 수 있게 된다.

아울러, 록커(120)가 노즐 몸체(110) 또는 용기 몸체(200)와 형성하는 접촉면에서는 가스가 이동할 수 있는 미세 유로가 형성되는데, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 이러한 가스 이동을 차단하기 위한 제1실링 부재(130)가 노즐부에 설치되는 것에 또 다른 특징이 있다.

이와 관련, 도 3에서는 도 2에 도시된 노즐부의 일부(도 2의 점선으로 표시된 원)를 확대 도시한 것으로, 본 구현예에서 록커(120)가 체결된 상태에서 존재하는 가스 유동 경로들을 구체적으로 도시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 구현예에 따르면, 가압단부(123)와 용기 몸체(200)와의 접촉부에는 제1가스유입경로(A)가 형성되고, 용기 몸체(200)와 체결부(121) 사이에는 제2가스유입경로(B)가 형성된다. 한편, 유입된 가스들은 노즐 몸체(110)와 용기 몸체(200)의 접촉면을 따라 형성되는 가스 누출 경로(C)를 통해 외부로 누출되게 된다.

따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에서는, 이와 같은 가스 누출을 방지하고자, 상기 환형 경사면을 따라 형성되는 가스 유입 경로로부터 유입되는 가스를 차단하기 위한 제1실링 부재(130)가 노즐부에 포함된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 록커(120)가 상기 노즐 몸체(110)에 체결된 상태에서, 상기 제1실링 부재(130)는 상기 노즐 몸체(110)와 상기 용기 몸체(200)의 사이에 개재된 채, 상기 록커(120)의 홈 내에 안착된다.

즉, 우수한 기밀성을 제공하기 위하여, 노즐 몸체(110)와 용기 몸체(200)는 록커(120)가 체결되는 하부 방향을 향해 돌출된 돌출부를 각각 가지며, 이러한 돌출부들 사이에 제1실링 부재(130)가 삽입된다.

삽입된 제1실링 부재(130)는 록커(120)가 체결됨에 따라 록커(120)의 연장부(122)의 상면, 즉 환형의 홈 부분과 맞닿게 되고, 이에 따라 노즐 몸체(110), 용기 몸체(200) 및 록커(120)가 만나는 위치에서 기밀을 형성한다.

따라서, 가스 유입 경로 A 또는 B로부터 가스 누출 경로 C로의 가스 누출을 억제할 수 있게 된다.

한편, 도 4는 도 3에 도시된 노즐부 중 일부(도 3의 점선으로 표시된 원)를 확대한 것으로, 록커(120)에 의하여 용기 몸체(200)가 압착됨에 따라 이중 기밀을 형성하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 상기 록커(120)의 가압단부(123), 특히, 가압단부(123)의 경사면(X)은 제1실링부재와 상호 보완적으로 기능하면서 이중 기밀을 형성하게 된다.

구체적으로, 록커(120)가 체결됨에 따라 가압단부(123)가 용기 몸체(200)와 접촉하면서 용기 몸체(200)를 가압하게 되는데, 이에 따라 용기 몸체(200)와 가압단부(록커) 간의 1차 기밀이 형성된다. 또한, 압축된 용기 몸체(200)는 압축력의 반경방향 성분에 의하여 제1실링 부재(130)를 가압하게 되고, 제1실링 부재(130)에 의한 2차 기밀을 확보하게 된다.

도 4에서와 같이, 상기 제1실링 부재(130)는 오링으로 구성될 수 있으며, 백업링(140)과 함께 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따른 다중 실링 구조를 갖는 노즐부를 도시하고 있는 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 구현예에서는 제1실링 부재(130) 이외에 추가적인 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 록커(120)의 상기 체결부(121) 상측으로 상기 노즐 몸체(110)의 내부 유로(113)의 길이 방향을 따라 연장되는 연장 삽입부(124)가 형성되고, 상기 연장 삽입부(124)와 상기 노즐 몸체(110) 사이에는 제2실링 부재(160)가 개재되도록 구성된다. 제2실링 부재(160)는 노즐 내측 유로에서부터 유입되는 가스를 차단하는 기능을 가진다.

또한, 본 발명의 또 다른 구현예에서는, 상기 노즐 몸체(110)의 내부 유로(113)에는 용기 밸브(150)가 삽입 장착되고, 용기 밸브(150)의 외측면과 상기 연장 삽입부(124)의 내측면 사이에는 제3실링 부재(170)가 개재되도록 구성된다.

즉, 용기의 노즐부 측에는 가스의 출입을 단속할 수 있도록 밸브가 설치될 수 있으며. 이러한 용기 밸브(150)는 노즐 몸체(110)의 내부 유로(113)로 삽입되어 용기 내부로 연장된다.

따라서, 제3실링 부재(170)는 용기 밸브(150)와 노즐 몸체(110) 내벽 사이에 존재하는 유로를 통해 가스가 누출되는 것을 방지하는 것이다.

다만, 이러한 제3실링 부재(170)는 제2실링 부재(160)보다 용기 입구 측에 더 가깝게 위치하도록 구성함이 바람직하다. 이는 압력 용기 내부에 존재하는 가스의 압력을 이용하여 제2실링 부재(160)의 기밀성을 향상시키기 위한 것이다. 제3실링 부재(170)를 용기 입구 측, 즉, 노즐 몸체(110) 중 용기 외부로 돌출된 부분에 더 가깝게 위치 (도면 5에서의 상측에 위치)하도록 함으로써 용기 내압을 이용하여 기밀성을 확보할 수 있게 된다. 따라서, 도 5에서와 같이, 소정의 높이차(Δh)를 갖도록 각 실링 부재의 기밀지점을 설정한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 다중 실링 구조를 갖는 노즐부를 도시하고 있는 단면도이다.

도 6의 경우, 도 1 내지 도 4의 예와 기본적인 구성은 유사하며, 단지 제1실링 부재(130)로 가스켓이 사용되며, 가스켓의 일부 영역을 가압하여 기밀을 형성하기 위한 변형 구조를 갖는다는 점에서 차이가 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 록커(120)에는, 상기 연장부(122)의 상부면을 포함하는 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 제1실링 부재(130)가 안착된다.

록커(120)의 가압단부(123)는 내측으로 향한 경사면을 동일하게 포함하고 있으며, 상기 노즐 몸체(110)는, 상기 제1실링 부재(130)와의 접촉면에서, 상기 용기 몸체(200)에 비하여 하방으로 돌출된 환형의 돌출부, 즉, 록커 숄더(112) 아래로 돌출된 부분을 가진다.

이 때, 제1실링 부재(130)인 탄성 소재의 가스켓은 상기 금속 노즐의 일부 및 상기 용기 몸체(200)의 일부와 동시에 접촉하도록 구성되는데, 노즐 몸체(110)의 돌출부에 의하여 일부 영역의 가스켓이 압축되면서 실링을 형성하게 된다.

이 때, 제1실링 부재(130) 부근에서, 상기 용기 몸체(200)가 노즐 몸체(110)와 형성하는 접촉면(X')의 경우, 가압단부(123)의 경사면(X)의 각도(α)와 동일 또는 유사한 접촉면의 각도(α')를 갖도록 구성할 수 있으며, 이 경우, 록커(120)의 체결력을 이용하여 가스 누출 경로 C의 기밀을 부가적으로 확보할 수 있다.

특히, 도 6에서와 같이, 용기 몸체와 노즐 몸체 간의 접촉면(X')을 형성하면서 연장되는 노즐 몸체의 돌출부는 가스켓을 충분히 가압할 수 있는 형상을 갖도록, 용기 몸체에 비하여 아래로 돌출된 구조를 가진다. 따라서, 노즐 몸체의 돌출부가 그 아래의 가스켓이 위치한 공간(S1)에 압력을 가하면서 탄성을 갖는 가스켓에 의해 공간(S2)로의 변형이 가해지면서, 가스켓 우측 및 상측 영역에서의 실링이 이루어진다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 압력 용기의 노즐부의 기밀을 확보함에 있어서, 기계적 결합력을 이용한 접촉면에서의 1차적인 기밀과 함께 실링부재를 이용한 추가적인 기밀을 확보할 수 있으므로, 기밀성을 크게 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 록커를 체결하는 단순한 구조로 인하여 생산성이 크게 향상될 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.

110: 노즐 몸체
111: 노즐 넥
112: 노즐 숄더
113: 노즐 내부 유로
120: 록커
121: 록커 체결부
122: 록커 연장부
123: 록커 가압단부
124: 연장 삽입부
130: 제1실링 부재
140: 백업링
150: 용기 밸브
160: 제2실링 부재
170: 제3실링 부재
200: 용기 몸체
300: 보강층

Claims

압력 용기의 내벽면을 형성하는 용기 몸체에 결합되며, 압력 용기 내외로 가스가 유동할 수 있는 내부 유로가 형성된 노즐 몸체;
상기 노즐 몸체의 하부에 체결되는 록커;를 포함하고,
상기 록커는 상기 노즐 몸체의 저부의 너트 구조 내측에 나사 체결되는 체결부와, 상기 체결부로부터 외측으로 연장되는 연장부와, 상기 연장부의 일측에 형성되며 내측으로 경사진 환형 경사면을 갖는 가압단부를 가지며,
상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 가압단부는 상기 환형 경사면을 따라 상기 용기 몸체와 접촉하면서 상기 용기 몸체를 가압하도록 구성되고,
상기 환형 경사면을 따라 형성되는 가스 유입 경로로부터 유입되는 가스를 차단하기 위한 제1실링 부재를 더 포함하는 압력 용기의 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 록커는, 상기 체결부에 의해, 상기 노즐 몸체의 내부 유로 측에 나사 체결된 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 록커에는, 상기 가압단부의 경사면과 상기 연장부의 상부면에 의한 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 상기 노즐 몸체의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부가 수용되어, 상기 연장부와 각각 접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 3에 있어서,
상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 제1실링 부재는 상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체의 사이에 개재된 상태로, 상기 록커의 홈 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 2에 있어서,
상기 가압단부의 경사면은 상기 체결부의 체결방향에 대하여 소정의 각도로 경사진 경사면인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 록커의 상기 체결부 상측으로 상기 노즐 몸체의 내부 유로의 길이 방향을 따라 연장되는 연장 삽입부가 형성되고, 상기 연장 삽입부와 상기 노즐 몸체 사이에는 제2실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 6에 있어서,
상기 노즐 몸체의 내부 유로에는 용기 밸브가 삽입 장착되고, 용기 밸브의 외측면과 상기 연장 삽입부의 내측면 사이에는 제3실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 7에 있어서,
상기 제3실링 부재는 상기 제2실링 부재보다 용기 입구 측에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 제1실링 부재는 오링인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 1에 있어서,
상기 록커에는, 상기 연장부의 상부면을 포함하는 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 제1실링 부재가 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 10에 있어서,
상기 제1실링 부재는 상기 노즐 몸체의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부와 접촉하는 가스켓인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
청구항 11에 있어서,
상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체는 상기 록커의 경사면에 평행한 접촉면을 갖도록 구성되고,
상기 노즐 몸체는, 상기 제1실링 부재와의 접촉면에서, 상기 용기 몸체에 비하여 하방으로 돌출된 환형의 돌출부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 노즐.
압력 용기 내외로 가스가 유동할 수 있는 내부 유로가 형성된 노즐 몸체;
상기 노즐 몸체와 결합하여 압력 용기의 내벽면을 형성하는 용기 몸체;
상기 노즐 몸체의 하부에 체결되는 록커;를 포함하고,
상기 록커는 상기 노즐 몸체의 저부의 너트 구조 내측에 나사 체결되는 체결부와, 상기 체결부로부터 외측으로 연장되는 연장부와, 상기 연장부의 일측에 형성되며 내측으로 경사진 환형 경사면을 갖는 가압단부를 가지며,
상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 가압단부는 상기 환형 경사면을 따라 상기 용기 몸체와 접촉하면서 상기 용기 몸체를 가압하도록 구성되고,
상기 환형 경사면을 따라 형성되는 가스 유입 경로로부터 유입되는 가스를 차단하기 위한 제1실링 부재를 더 포함하는 압력 용기.
청구항 13에 있어서,
상기 록커는, 상기 체결부에 의해, 상기 노즐 몸체의 내부 유로 측에 나사 체결된 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 13에 있어서,
상기 록커에는, 상기 가압단부의 경사면과 상기 연장부의 상부면에 의한 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 상기 노즐 몸체의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부가 수용되어, 상기 연장부와 각각 접촉하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 15에 있어서,
상기 록커가 상기 노즐 몸체에 체결된 경우, 상기 제1실링 부재는 상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체의 사이에 개재된 상태로, 상기 록커의 홈 내에 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 14에 있어서,
상기 가압단부의 경사면은 상기 체결부의 체결방향에 대하여 소정의 각도로 경사진 경사면인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 13에 있어서,
상기 록커의 상기 체결부 상측으로 상기 노즐 몸체의 내부 유로의 길이 방향을 따라 연장되는 연장 삽입부가 형성되고, 상기 연장 삽입부와 상기 노즐 몸체 사이에는 제2실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 18에 있어서,
상기 노즐 몸체의 내부 유로에는 용기 밸브가 삽입 장착되고, 용기 밸브의 외측면과 상기 연장 삽입부의 내측면 사이에는 제3실링 부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 19에 있어서,
상기 제3실링 부재는 상기 제2실링 부재보다 용기 입구 측에 더 가깝게 위치하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 13에 있어서,
상기 제1실링 부재는 오링인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 13에 있어서,
상기 록커에는, 상기 연장부의 상부면을 포함하는 환형의 홈이 형성되고, 상기 홈에는 제1실링 부재가 안착되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 22에 있어서,
상기 제1실링 부재는 상기 노즐 몸체의 일부 및 상기 용기 몸체의 일부와 접촉하는 가스켓인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 23에 있어서,
상기 노즐 몸체와 상기 용기 몸체는 상기 록커의 경사면에 평행한 접촉면을 갖도록 구성되고,
상기 노즐 몸체는, 상기 제1실링 부재와의 접촉면에서, 상기 용기 몸체에 비하여 하방으로 돌출된 환형의 돌출부를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 13에 있어서,
상기 용기 몸체의 외측으로 상기 용기 몸체를 둘러싸는 복합재 보강층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
청구항 25에 있어서,
상기 노즐 몸체는 금속으로 이루어지며, 상기 용기 몸체는 폴리머 라이너인 것을 특징으로 하는 압력 용기.