KR101888368B1

KR101888368B1 - 폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조와 그 제조방법

Info

Publication number: KR101888368B1
Application number: KR1020180016962A
Authority: KR
Inventors: 김준형
Original assignee: 다원텍 주식회사
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-08-16

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압 가스를 저장하고 충전하는 가스용기를 폴리에틸렌으로 블로워 몰딩에 의해 라이너를 성형하고, 상기 라이너에 유리섬유에 에폭시 수지와 경화제를 혼합하여 와인딩한 복합재료 코팅부를 통하여 강성을 향상시키며 안전성이 높은 가스용기를 제공하는 과정에서, 상기 라이너의 체결 나사축에 체결부재를 미리 공급한 상태에서 외경에 일체형으로 성형함으로써 체결 나사축의 성형불량을 방지할 수 있도록 하는 폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조와 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 폴리에틸렌 수지로 라이너 블로어 머신에서 라이너를 성형하고, 상기 라이너에 부싱을 결합한 후 상기 라이너를 회전시키며 유리섬유 가닥이 수지와 경화제에 함침되어 공급되어 라이너의 외경에 와인딩되는 가스용기를 포함하되;
하측 홈부와 하측 돌출부가 "

"형으로 형성되고 상기 하측 돌출부가 라이너와 일체형으로 형성되는 라이너의 상측에서 하측으로 체결 나사축를 형성하여 부싱의 라이너 고정나사가 결합되고, 회전축의 하측으로 돌출된 인입축의 하측 결합돌출부가 조립되는 회전 연결홈이 라이너의 하측 내경에 형성되며, 상기 회전 연결홈의 하측으로 라이너와 일체형이 되도록 하측 홈부와 하측 돌출부가 형성되는 것을 포함하는 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조에 있어서,
상기 라이너는 중앙에 관통구멍을 형성하고 외경에 체결 나사축에 비하여 나사산과 골이 낮은 외경 결합 나사부를 형성하며 상측에 플랜지부를 갖는 체결부재로 이루어지며,
상기 체결부재가 라이너 블로어 머신에 공급되어 외경 결합 나사부의 외경에서 고밀도 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 체결 나사축과 일체형으로 성형되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조와 그 제조방법{Fastening structure of a gas container wound with a composite material on a polyethylene liner and its manufacturing method}

본 발명은 폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압 가스를 저장하고 충전하는 가스용기를 폴리에틸렌으로 블로워 몰딩에 의해 라이너를 성형하고, 상기 라이너에 유리섬유에 에폭시 수지와 경화제를 혼합하여 와인딩한 복합재료 코팅부를 통하여 강성을 향상시키며 안전성이 높은 가스용기를 제공하는 과정에서, 상기 라이너의 체결 나사축에 체결부재를 미리 공급한 상태에서 외경에 일체형으로 성형함으로써 체결 나사축의 성형불량을 방지할 수 있도록 하는 폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조와 그 제조방법에 관한 것이다.

가스용기는 LPG, CNG(압축 천연가스), 바이오 가스, 산소, 수소 등의 고압 가스를 저장하고 충전하는데 사용된다. 특히 가스용기는 고압의 가스를 저장하고 장기간 보관하며 사용할 수 있도록 충분한 강도를 가져야 한다.

종래의 가스용기는, 수지 라이너(Liner)를 라이너 블로어 머신(Liner blower machine)으로 생산하고 숙성시킨 후, 수지 라이너의 외각 둘레를 FRP나 섬유를 둘러 강도를 보강하여 제조하였다.

그러나 이렇게 상온에서 수작업으로 FRP나 섬유재를 라이너에 외주면 둘레에 감싸 두께를 보강하는 것만으로는 다양한 고압가스를 견디도록 충분한 강도를 확보하기 어렵고, 그렇다고 더 많은 보강층을 라이너의 외주면에 증가시키는 것도 가스용기의 두께 및 부피가 커지는 문제가 있었다.

또한, 종래기술의 가스용기 제조방법으로는, 제품의 불량률과 이로 인해 높아지는 생산성 저하 문제점이 있었으며, 이를 해결하기 위해 제조공정을 개선하고자 하는 노력이 계속되어 왔다.

이러한 결점을 해결하기 위해 특허등록번호 제1374482호(2014. 03. 07. 등록)는 a) 라이너 블로어 머신을 이용하여 라이너를 생산하는 단계;

b) 상기 생산된 라이너의 나사산에 접착제를 도포하는 단계;

c) 상기 라이너 나사산에 부싱(bushing)을 체결하는 단계;

d) 상기 c)단계를 거친 라이너를 상온에서 30분 내지 2시간 방치하여 상기 접착제를 자연 경화시키는 단계;

e) 상기 라이너의 외부표면을 플라즈마로 열처리하는 라이너 플레이밍 단계;

f) 상기 라이너에 샤프트를 체결하는 단계;

g) 다수의 유리섬유 가닥을 수지 및 경화제와 혼합한 후, 상기 라이너의 외부표면에 감아주는 와인딩 단계;

h) 상기 와인딩 단계를 거친 복합재료 용기를 70℃ 내지 90℃에서 70분 내지 90분 건조시키는 건조경화단계;

i) 상기 건조경화단계를 거친 상기 복합재료 용기의 표면온도를 35℃ 이하로 내려주기 위해, 상기 복합재료 용기를 상온에서 15분 내지 40분 방치시키는 쿨링단계;

j) 상기 복합재료 용기로부터 상기 샤프트를 분리하는 단계;

k) 상기 복합재료 용기에 설치된 상기 부싱에 밸브를 조립하는 단계; 및,

l) 상기 복합재료 용기를 포함한 가스용기의 상태를 검사하는 검사단계;를 포함하며,

*상기 a) 단계는,

상기 라이너 블로어 머신(liner blower machine)에서 라이너를 제조하는 단계;

상기 라이너 블로어 머신으로부터 라이너 취출로봇에 의해 상기 라이너를 취출하는 단계;

상기 라이너의 표면 상의 스크랩을 제거하는 단계;

상기 라이너를 상온에서 4시간 내지 6시간 방치하여 숙성시키는 단계; 및,

상기 라이너의 치수를 검사하는 단계;를 포함하고,

상기 l) 단계는,

상기 복합재료 용기의 내압을 2MPa 내지 4MPa 압력에서 일정시간 동안 유지시켜 상기 복합재료 용기의 내압을 검사하는 내압검사단계; 및,

상기 가스용기의 내압을 1MPa 내지 2MPa 압력으로 유지시킨 후 비누거품 수조에 입수한 후, 상기 가스용기의 기밀을 검사하는 기밀검사단계;를 포함하는 기술과;

본 출원인이 선출원한 특허등록번호 제1793511호(2017. 10. 30. 등록)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 하측 돌출부(13)와 하측 홈부(14)를 갖는 라이너(11)를 블러워 몰딩 성형하는 과정에서 부싱(20)이 나사식 결합하는 체결 나사축(12)를 성형할 때 라이너(11)의 두께보다 매우 두꺼운 단점과 함께 부싱을 체결하기 위한 나사부를 성형하는 과정에서 성형 부분이 두꺼워서 원하는 칫수로 성형되지 못하고 쉽게 무어져 버리는 단점이 있으며, 내경의 나사부가 정상적으로 성형되지 않아 성형불량율이 높아지는 결점으로 인하여 성형성이 매우 떨어지는 결점이 발생하였다.

(문헌 1). 특허등록번호 제1374482호(2014. 03. 07. 등록) (문헌 2). 특허등록번호 제0539394호(2005. 121. 21. 등록) (문헌 3). 특허등록번호 제0489971호(2005. 05. 07. 등록) (문헌 4). 특허공개번호 제2008-0037354호(2008. 04. 30. 공개) (문헌 5). 특허등록번호 제1793511호(2017. 10. 30. 등록)

따라서 본 발명은 이러한 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 해결과제는, 체결부재를 미리 사출 성형하여 정확한 치수로 제공한 후 라이너를 성형하기 이전에 블로워 몰딩의 내부에 체결부재를 공급한 상태에서 체결부재의 외경에 체결 나사축이 일체형으로 성형되도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 폴리에틸렌 수지로 라이너 블로어 머신에서 라이너를 성형하고, 상기 라이너에 부싱을 결합한 후 상기 라이너를 회전시키며 유리섬유 가닥이 수지와 경화제에 함침되어 공급되어 라이너의 외경에 와인딩되는 가스용기를 포함하되;
하측 홈부와 하측 돌출부가 "

삭제

본 발명은 라이너에서 부싱이 결합되는 체결 나사축의 내경에 위치하며 외경에 외경 결합 나사부 및 선단에 플랜지부를 갖는 체결부재를 미리 사출 성형하여 정확한 치수로 제공한 후 라이너를 성형하기 이전에 블로워 몰딩의 내부에 체결부재를 공급한 상태에서 라이너의 성형과 함께 체결부재가 체결 나사축의 내경에 일체형으로 성형되도록 함으로써 라이너의 성형불량을 방지하고 정확한 치수로 성형되도록 하는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 은 종래 라이너에 대한 성형상태 단면도
도 2 는 종래 라이너에 대한 체결 나사축의 성형상태 확대 단면도
도 3 은 본 발명의 블로어 머신을 이용하여 성형한 라이너의 단면도
도 4 는 본 발명의 체결부재에 대한 성형상태 확대 단면도
도 5 는 본 발명의 라이너에 대한 체결 나사축의 확대 단면도
도 6 은 본 발명의 라이너에 형성된 체결 나사축에 패킹을 결합한 상태의 확대 단면도
도 7 은 본 발명의 라이너에 부싱을 체결한 상태의 확대 단면도
도 8 은 본 발명의 라이너에 대한 하측 돌출부의 확대 단면도
도 9 는 본 발명의 라이너에 회전축을 결합한 상태의 단면도
도 10 은 본 발명의 라이너에 회전축을 결합한 상태의 하측 돌출부에 대한 확대 단면도
도 11 은 본 발명의 라이너에 복합재료를 코팅한 상태의 단면도
도 12 는 본 발명의 가스용기에 대한 완성상태 단면도
도 13 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 블럭도
도 14 는 본 발명의 라이너 성형단계에 대한 상세한 블럭도

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명의 블로어 머신을 이용하여 성형한 라이너의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 체결부재에 대한 성형상태 확대 단면도, 도 5는 본 발명의 라이너에 대한 체결 나사축의 확대 단면도, 도 6은 본 발명의 라이너에 형성된 체결 나사축에 패킹을 결합한 상태의 확대 단면도를 나타낸 것이다.

라이너(11)와 동일한 재질인 고밀도폴리에틸렌(HDPE)로 이루어지는 수지를 용융시켜 금형에서 공급하여 원형의 관통구멍(121)이 중앙에 형성되며, 상기 관통구멍(121)과 일정한 두께를 갖도록 원통형으로 형성되며 외경에 외경 결합 나사부(122)가 형성되고 한쪽 선단으로 플랜지부(123)가 형성되는 체결부재(120)를 사출 성형하는 것이다.

상기 외경 결합 나사부(122)는 체결 나사축(125)의 나사산과 골의 간격에 비하여 좁은 나사산과 골을 형성하여 체결 나사축(125)과 일체형으로 용융 결합되도록 하는 것이다.

상기 체결부재(120)를 라이너 블로어 머신(liner blower machine)에 공급한 상태에서 라이너(11)를 성형하되;

상기 라이너(11)는 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지 용융시켜 성형하는 것이며, 원통형의 중공을 갖고 양쪽 선단이 라운드지도록 형성되어 일정한 크기의 체적을 갖도록 하고, 상측에는 선단에서 안으로 들어가는 위치의 중앙에 관통구멍(121)을 형성하는 동시에 외경 결합 나사부(122)와 플랜지부(123)의 외경에 체결 나사축(125)이 돌출되어 부싱(20)이 결합되도록 하며 하측에는 중앙에 내경으로 회전 연결홈(15)이 형성되고 외측에는 "

"형상으로 하측 홈부(14)에서 하측 돌출부(13)가 돌출되도록 형성되는 것이다.

상기 체결부재(120)는 플랜지부(123)가 외측으로 돌출되도록 하며 체결 나사축(125)과 일체형으로 같은 재질에 의해 용융 성형되는 것이다.

상기 체결 나사축(125)의 외측 선단에는 플랜지부(123)가 형성되도록 체결 나사축(125)의 외측을 제거한 후 공급하며, 상기 체결 나사축(125)의 외측에는 평면 가공부(124)가 가공되고, 패킹(126)이 결합되는 것이다.

도 7은 본 발명의 라이너에 부싱을 체결한 상태의 확대 단면도이고, 도 8은 본 발명의 라이너에 대한 하측 돌출부의 확대 단면도를 나타낸 것이다.

체결부재(120)의 외경 결합 나사부(122)와 일체형으로 용융 결합되는 체결 나사축(125)의 외경에는 접착제가 도포된 후 금속재질(황동)의 부싱(20)을 일체형이 되도록 결합하되;

상기 부싱(20)은 체결 나사축(125)과 결합하는 라이너 고정나사(21)가 하측에서 내경으로 형성되고, 상기 라이너 고정나사(21)의 중앙에는 관통구멍(121)과 연결되는 내경나사(23)가 형성되며, 상기 내경나사(23)의 상측에는 회전축 조립나사(22)가 형성된 후 상기 라이너 고정나사(21)의 하측으로 라이너(11)의 평면 가공부(124)를 감싸며 고정되는 고정날개(24)와 이 고정날개(24)의 상측으로 돌출날개(25)가 형성되어 외경의 결합부(26)와 결합되는 것이다.

도 9는 본 발명의 라이너에 회전축을 결합한 상태의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 라이너에 회전축을 결합한 상태의 하측 돌출부에 대한 확대 단면도, 도 11은 본 발명의 라이너에 복합재료를 코팅한 상태의 단면도, 도 12는 본 발명의 가스용기에 대한 완성상태 단면도를 나타낸 것이다.

라이너(11)에 체결된 부싱(20)에 결합되는 회전축(30)은 상측으로 기어부(36)가 형성되며 동력 제공부(40)에 연결되어 회전 동력을 제공하도록 형성되고, 하측으로 형성된 조임부(31)는 공구에 의한 회전이 가능하도록 평면형태로 가공되어 있으며 조립 나사부(32)가 회전축 조립나사(22)에 나사식 결합되는 것이다.

상기 조립 나사부(32)의 하측으로 돌출되는 인입축(33)은 길게 돌출되어 라이너(11)의 중공을 관통한 후 선단에 결합 돌출부(34)가 회전 연결홈(15)에 결합되며, 상기 결합 돌출부(34)에는 스프링(35)이 삽입되어 인입축(33)에 탄성력을 제공하는 것이다.

상기 회전축(30)이 동력 제공부(40)에 연결되어 회전 동력을 제공하고, 라이너(11)의 하측 돌출부(13)가 반대편에 지지되어 라이너(11)가 일정한 속도로 회전되면, 유리섬유 가닥이 공급될 때 에폭시 수지와 경화제가 1:1로 혼합된 혼합액에 함침된 후 라이너(11)의 외경에 공급되어 일정한 두께로 복합재료 코팅부(50)가 와인딩되도록 하는 것이다.

상기 라이너(11)의 외경에 복합재료 코팅부(50)가 코팅되면 회전축(30)을 제거한 후 부싱(20)에 밸브(18)를 결합하여 가스용기(10)를 완성하는 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 라이너(11)를 라이너 블로어 머신에서 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지 용융시켜 성형하는 것으로 일정한 두께로 성형되어 내경에 일정한 체적을 갖도록 하며, 상기 라이너(11)의 상측 중앙에는 관통구멍(121)을 갖는 체결부재(120)가 공급되어 일체형으로 외경에 체결 나사축(125)이 형성될 때, 외측 선단으로 플랜지부(123)가 형성된 체결부재(120)를 라이너(11)와 같은 재질로 사출 성형한 상태에서 라이너(11)를 성형하는 라이너 블로어 머신(liner blower machine)에 공급한 상태에서 성형하되;

체결부재(120)의 외경 결합 나사부(122)와 플랜지부(123)의 외경으로 용융된 고밀도폴리에틸렌(HDPE)이 공급되어 외경 결합 나사부(122)의 외경과 플랜지부(123)와 맞닿으면서 일부가 용융되어 체결 나사축(125)과 일체형으로 성형되는 것이며, 외경 결합 나사부(122)를 통하여 체결 나사축(125)이 얇게 일정한 두께를 갖도록 성형되므로 성형과정에서 치수불량, 성형불량 등의 불량 원인이 해소되면서 정확한 치수로 안정된 성형상태를 제공하는 것이다.

상기 라이너(11)의 하측에는 내경으로 회전 연결홈(15)이 형성되며 외측으로 하측 홈부(14)에서 하측 돌출부(13)가 "

"형으로 돌출되는 형태를 제공하는 것이다.

상기 체결부재(120)의 외경에 형성되는 체결 나사축(125)에는 부싱(20)이 접착제에 의해 일체형이 되도록 체결되고, 라이너(11)를 회전시키면서 에폭시 수지와 경화제가 혼합된 혼합물에 유리섬유가 함침되어 복합재료로 공급되는 과정에서 라이너(11)의 외경에 복합재료가 일정한 두께로 와인딩되는 복합재료 코팅부(50)를 통하여 가스용기(10)를 성형하는 것이다.

상기 체결부재(120)가 체결 나사축(125)과 일체형으로 성형될 때 외경의 외경 결합 나사부(122)에서 체결 나사축(125)을 형성하는 고밀도폴리에틸렌이 용융상태에서 동일한 재질의 원료를 통하여 안정된 결합력을 제공하며 성형하게 되고, 라이너(11)를 성형하면서 실제 공급되는 용융상태의 흐름성이 좋아 불량이 발생하지 않고 정상적인 성형상태를 제공하는 동시에 미리 사출성형한 체결부재(120)를 통하여 정확한 체결 나사축(125)을 성형하여 부싱(20)과의 결합에 의한 누수현상을 방지할 수 있는 것이다.

상기 체결부재(120)를 체결 나사축(125)가 일체형으로 성형한 후에는 플랜지부(123)를 제거하여 체결 나사축(125)과 외경 결합 나사부(122)의 외측이 마감된 상태로 노출되어 부싱(20)을 결합하는 것이다.

이하에서 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면과 블럭도를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 라이너 블로어 머신(liner blower machine, 미도시)에 관통구멍(121)이 내경에 형성되고 외경에 외경 결합 나사부(122)와 플랜지부(123)를 갖는 체결부재(120)를 공급한 상태에서 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지를 용융시켜 상측에 체결부재(120)가 체결 나사축(125)과 일체형이 되도록 형성되고 하측에 내경으로 회전 연결홈(15)이 형성되고 외측으로 하측 홈부(14)에서 하측 돌출부(13)가 "

"형으로 돌출되는 라이너(11)를 생산하는 라이너 성형단계(S10)를 수행하는 것이다.

상기 라이너(11)는 도 3에 도시한 바와 같이 원통형상으로 블로어 성형에 의해 일체형으로 성형되는 것이다.

상기 라이너(11)는 라이너 와인딩 단계(S80)를 수행하기 이전의 형상을 의미하고, 라이너 와인딩 단계(S80)를 거친 후에는 가스용기(10)로 칭한다.

라이너(11)의 체결 나사축(125)과 회전 연결홈(15) 및 하측 홈부(14)와 하측 돌출부(13)를 제외하고, 라이너 블로어 머신을 이용한 성형은 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 라이너 성형단계(S10)는, 도 14에 도시한 바와 같이, 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지가 공급되어 220∼270℃의 온도에서 용융된 후 금형에 공급되어 중앙에 관통구멍(121)이 형성되고, 외경에 상기 체결 나사축(125)에 비하여 나사산과 골이 좁은 외경 결합 나사부(122)와 상측에 플랜지부(123)가 형성되는 체결부재(120)를 사출 성형하는 체결부재 사출 성형단계(S11)를 수행하는 것이다.

상기 체결부재(120)를 라이너 블로어 머신에 공급하여 고정시키는 체결부재 공급단계(S12)를 수행하는 것이다.

상기 체결부재(120)가 라이너 블로어 머신에 공급된 상태에서 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지가 공급되어 220∼270℃의 온도에서 용융되고 체결부재(120)의 외경에 체결 나사축(125)이 일체형으로 형성되도록 하는 라이너(11)가 생산되는 라이너 블로어 성형단계(S13)를 수행한 후,

라이너 취출 로봇(미도시)에 의해 라이너(11)는 라이너 블로어 머신의 외부로 배출되는 라이너 취출단계(S14)를 수행한다.

외부로 취출된 라이너(11)는 컨베이어에 의해 이송된 후, 라이너(11)의 성형시 원통형의 중앙을 따라서 외부표면에 생긴 자국이나 스크랩 및 플랜지부(123)를 제거하고, 체결 나사축(125)의 주변에 평면 가공부(124)를 가공하는 라이너 스크랩 제거단계(S15)를 수행한다.

상기 라이너 스크랩 제거단계(S15)는 수작업으로 이루어질 수도 있고, 스크랩 제거 장치를 이용하여 제거될 수도 있다. 스크랩이 제거된 라이너(11)는 다시 콘베이어에 의해 라이너 숙성장소로 이동되고, 여기서 라이너는 4시간 내지 6시간 동안 상온에 방치되는 라이너 숙성단계(S16)를 수행한다.

상기 라이너 숙성단계(S16)는 일정한 시간 동안 상온에 머물면서 수지로 제작된 라이너(11)는 건조되고 성형상태가 변형되지 않도록 견고하게 숙성된다.

라이너 숙성단계(S16)를 거친 라이너(11)는 치수를 검사하는 라이너 치수 검사단계(S17)를 수행한다.

상기 라이너 치수 검사단계(S17)는 전장 및 외경을 측정하고 이를 컴퓨터에 입력한다.

이러한 라이너 성형단계(S10)를 수행한 후에는 라이너(11)의 입구에 안쪽으로 들어가도록 성형된 체결 나사축(125)에 15∼120초간 플레이밍 하는 라이너 나사산 플레이밍 단계(S20)를 수행한다.

상기 라이너 나사산 플레이밍 단계(S20)에서 체결 나사축(125)는 표면의 일부가 가열에 의해 부드럽게 형성되는 것이다.

상기 라이너 나사산 플레이밍 단계(S20)에서 체결 나사축(125)의 표면을 부드럽게 형성한 후에는 상기 체결 나사축(125)에 패킹(126)을 공급하고 3M에서 생산되는 접착제(DP 420)를 도포하는 체결 나사축 접착제 도포단계(S30)를 수행한다.

상기 라이너(11)의 입구인 체결 나사축(125)에 접착제를 도포한 후에 부싱(20)의 라이너 고정나사(21)를 나사식 결합하여 체결하는 부싱 체결단계(S40)를 수행한다.

상기 부싱 체결단계(S40)의 부싱(20)은 라이너 고정나사(21)의 내경 중앙으로 내경나사(23)가 형성되며, 상기 내경나사(23)의 상측에는 회전축 조립나사(22)가 형성되고, 상기 라이너 고정나사(21)의 하측으로 고정날개(24)가 형성되어 라이너(11)의 중앙 상측 평면 가공부(124)에 일체형으로 고정된 후 상측으로 돌출날개(25)가 형성되는 것이다.

상기 라이너(11)에 부싱(20)을 체결한 후에는 30분 내지 2시간 동안 상온에서 방치하여 부싱(20)이 체결 나사축(125)에 접착제를 통하여 자연 경화되도록 하는 접착제 제1 경화단계(S50)를 수행한다.

상기 부싱(20)은 회전축(30)을 체결할 때 회전축(30)과 결합되며, 회전축(30)이 제거된 후 최종적으로 가스 충전 및 배출구를 제공하는 밸브(18)와 결합되어 밸브(18)를 견고하게 고정시키는 역할을 한다.

그런 다음, 라이너(11)의 외부표면을 플라즈마로 열처리하되;

라이너(11)의 양쪽 돔 부분을 먼저 플레이밍 한 후 몸체 부분을 플레이밍하여 전체적으로 균일하게 플레이밍 되도록 하는 라이너 플레이밍 단계(S60)를 수행한다.

상기 라이너(11)의 외부표면은 강도 보강을 위해 유리섬유로 와인딩(winding)되는데, 이를 위해 산소 플라즈마를 이용하여 라이너(11) 외부표면을 열처리한다.

산소 플라즈마를 이용하여 라이너(11)의 외부표면을 열처리할 때, 라이너(11)의 양쪽 돔 부분을 먼저 1차로 플레이밍 한 후 돔 부분의 내부 몸체(원통) 부분을 플레이밍하여 전체적으로 균일한 플레이밍이 이루어지도록 하며. 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지 재질의 라이너(11) 표면에 산소 라디컬이나 원자, 분자들이 높은 에너지로 조사되고, 라이너(11) 외부표면은 활성화되어 전하를 띄게 되며, 후 술 되는 라이너 와인딩 단계(S80)에서 유리섬유와 강하게 결합할 수 있는 활성상태가 된다.

그런 다음, 라이너(11)에 회전축(30)을 체결하는 회전축 체결단계(S70)를 수행한다.

상기 회전축(30)은 임시적으로 라이너(11)의 입구 부싱(20)에 체결되어 후술되는 와인딩 작업 및 건조로에서 경화작업 시 지그 역할을 한다.

상기 회전축(20)은 조임부(31)의 일측으로 형성된 조립 나사부(32)를 부싱(20)의 회전축 조립나사(22)와 나사식으로 결합하여 고정하고, 상기 조립 나사부(32)의 하측으로 돌출된 인입축(33)의 하측 선단에는 결합 돌출부(34)를 더 가늘게 형성한 후 라이너(11)의 중앙 회전 연결홈(15)에 스프링(35)의 탄성력을 받도록 결합하는 것이다.

그런 다음, 회전축(30)을 동력 제공부(40)에 결합하고 라이너(11)의 하측 돌출부(13)를 반대편에 중심이 유지되도록 결합한 후, 다수의 유리섬유 가닥을 에폭시 수지 및 경화제와 혼합한 혼합액을 통과하며 복합재료로 형성된 후, 라이너(11)의 외부표면에 와인딩되는 라이너 와인딩 단계(S80)를 수행한다.

플라즈마로 열처리된 라이너(11)의 표면은 경화제 및 에폭시 수지와 1:1의 중량비로 혼합 혼합액이 제공되고, 상기 혼합액에 유리섬유가 함침된 후 공급되어 라이너(11)와 복합재료 코팅부(50)로 쉽게 일체형으로 결합되도록 한다.

상기 라이너(11)의 외경에 복합재료 코팅부(50)가 와인딩되어 일체형이 되면서 강성이 향상된 원통을 가스용기(10)라고 칭한다.

라이너 와인딩 단계(S80)를 거쳐 가스용기(10)가 제조되며, 가스용기(10)는 원재료인 라이너(11)와 외형은 동일하나, 라이너(11)와는 달리 고압가스의 내압을 견디기 충분한 강도를 갖게 된다.

상기 회전축(30)을 동력 제공부(40)에 결합한 후에 라이너(11)의 하측 돌출부(13)가 반대편에 결합되어 일직선 상의 결합이 이루어지도록 하고, 인입축(33)에 형성된 결합 돌출부(34)가 회전 연결홈(15)에 결합된 상태에서 스프링(35)을 탄성력을 제공하는 상태로 결합한 후 회전축(30)을 회전시키면 라이너(11)는 회전축(30)과 인입축(33), 결합 돌출부(34) 및 하측 돌출부(13)를 통하여 일직선 상에서 정확한 회전이 이루어지도록 하므로 라이너(11)의 외경에 복합재료 코팅부(50)가 일정한 두께로 와인딩되어 코팅되도록 하는 것이다.

그런 다음, 상기 라이너 와인딩 단계(S80)를 거친 가스용기(10)가 상기 회전축(30)을 동력 제공부(40)에서 분리하여 이동수단에 의해 건조로로 이동된다. 건조로(미도시)는 히터 및 팬에 의한 간접 히팅방식에 의해 95℃ 내지 105℃ 사이의 온도 범위에서 일정한 온도로 유지되며, 상기 이동수단은 가스용기(10)를 건조로 내부에서 이송과 반송을 반복하며 91분 내지 95분 동안 가스용기(10)를 건조시키는 건조 경화단계(S90)을 수행한다.

또한, 상기 이동수단은 가스용기(10)의 외부표면에 감아진 복합재료에 포함된 유리섬유와 에폭시 수지가 한쪽으로 치우치지 않도록 회전축(30)에 설치한 기어부(36)를 통해 가스용기(10)를 회전시키면서 이송과 반송을 반복한다.

그런 다음, 가스용기(10)는 상온에서 15분 내지 40분 동안 쿨링단계(S100)를 수행한다.

건조된 가스용기(10)의 표면온도를 35℃ 이하로 내려주기 위한 것으로서, 상온에서 15분 내지 40분 동안 가스용기(10)를 방치시킨다.

그런 다음, 가스용기(10)로부터 회전축(30)을 분리하는 회전축 분리단계(S110)를 수행한다.

상기 회전축(30)은 조임부(31)에 공구를 결합하여 조립 나사부(32)가 회전축 조립나사(22)와 분리되도록 하고, 컨베이어에 의해 상술한 공정인 회전축 체결 공정 장소로 이동된 후, 다시 사용된다.

그런 다음, 가스용기(10)의 부싱(20)에 형성된 회전축 조립나사(22)에 밸브(18)를 나사식으로 결합하는 밸브 조립단계(S120)를 수행한다.

상기 회전축 조립나사(22)에 밸브(18)를 결합한 후에는 LPG, CNG(압축 천연가스), 바이오 가스, 산소, 수소 등의 고압 가스를 저장하고 충전하는데 사용된다.

그런 다음, 가스용기(10)는 육안 검사와, 내압 검사 및 건조 단계를 거치는 검사단계(S130)를 수행한다.

상기 육안검사는 검사자의 육안으로 가스용기(10)의 불량상태 유, 무를 확인하는 것이며, 내압검사는 가스용기(10)의 내압을 2MPa 내지 4MPa 사이의 일정한 압력으로 유지시킨 후, 수조에 하강시켜 일정한 시간 동안 유지시킨다.

2MPa 내지 4MPa 사이의 내압을 견디는지 여부를 검사하는 것이며, 내압에 견디지 못할 경우 수조에 물방울이 생긴다. 2MPa 보다 낮으면 압력이 낮아 내압검사의 의미가 없고, 4MPa 이상이면 내압이 너무 높아 가스용기가 손상될 수 있으므로, 이 범위의 압력으로 시험하는 것이 중요하다.

상기 내압검사는 가스안전공사에서 규정한 가스용기(10)의 제조기준을 말하는 것이며, 로봇을 이용하여 자동으로 검사되도록 한다.

상기 가스용기(10)에 밸브(18)를 조립한 후, 가스용기(10)의 내압을 1MPa 내지 2MPa 사이의 일정압력으로 유지시킨 후 밸브(18) 등이 조립된 가스용기(10)를 비누거품 수조에 입수시켜 기밀을 검사한다.

기밀검사의 경우 내압과는 달리 압력을 높게 할 필요는 없으며, 기밀 검사에 필요한 압력을 주는 것으로 족하고, 그 압력은 1MPa 내지 2MPa 사이가 적당하다.

기밀 검사를 위해 비누 거품 수조에 가스용기(10)를 침수시킨 후 거품의 생성여부를 검사한다. 가스용기(10)는 라이너 와인딩 단계(S80)를 거쳐 라이너(11)의 외경에 일정한 두께의 복합재료 코팅부(50)를 코팅함으로써 성형되는 것이다.

이상, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 구현예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여거 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

본 발명은 일정한 두께의 라이너를 형성할 때 미리 성형한 체결부재를 공급한 상태에서 성형되도록 함으로써 라이너 성형부와 체결부재가 일체형으로 성형될 때 안정되고 정확한 성형성을 제공하여 부싱이 결합되는 부분에서의 누출을 방지하고 고압의 가스를 안전하게 보관하는 매우 유용한 발명을 제공하는 것이다.

10 : 가스용기 11 : 라이너
12, 125 : 체결 나사축 13 : 하측 돌출부
14 : 하측 홈부 15 : 회전 연결홈
18 : 밸브 20 : 부싱
21 : 라이너 고정나사 22 : 회전축 조립나사
23 : 니경나사 24 : 고정날개
25 : 돌출날개 30 : 회전축
31 : 조임부 32 : 조립 나사부
33 : 인입축 34 : 결합 돌출부
35 : 스프링 40 : 동력 제공부
50 : 복합재료 코팅부 120 : 체결부재
121 : 관통구멍 122 : 외경 결합 나사부
123 : 플랜지부 124 : 평면 가공부

Claims

폴리에틸렌 수지로 라이너 블로어 머신에서 라이너(11)를 성형하고, 상기 라이너(11)에 부싱을 결합한 후 상기 라이너(11)를 회전시키며 유리섬유 가닥이 수지와 경화제에 함침되어 공급되어 라이너(11)의 외경에 와인딩되는 가스용기를 포함하되;
하측 홈부(14)와 하측 돌출부(13)가 "
"형으로 형성되고 상기 하측 돌출부(13)가 라이너(11)와 일체형으로 형성되는 라이너(11)의 상측에서 하측으로 체결 나사축를 형성하여 부싱(20)의 라이너 고정나사(21)가 결합되고, 회전축(30)의 하측으로 돌출된 인입축(33)의 하측 결합돌출부(34)가 조립되는 회전 연결홈(15)이 라이너(11)의 하측 내경에 형성되며, 상기 회전 연결홈(15)의 하측으로 라이너(11)와 일체형이 되도록 하측 홈부(14)와 하측 돌출부(13)가 형성되는 것을 포함하는 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조에 있어서,
상기 라이너(11)는 중앙에 관통구멍(121)을 형성하고 외경에 체결 나사축(125)에 비하여 나사산과 골이 낮은 외경 결합 나사부(122)를 형성하며 상측에 플랜지부(123)를 갖는 체결부재(120)로 이루어지며,
상기 체결부재(120)가 라이너 블로어 머신에 공급되어 외경 결합 나사부(122)의 외경에서 고밀도 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 체결 나사축(125)과 일체형으로 성형되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 체결구조.
a) 라이너 블로어 머신을 이용하여 라이너를 생산하는 라이너 성형 단계;
b) 상기 생산된 라이너의 나사산에 접착제를 도포하는 접착제 도포단계;
c) 상기 라이너 나사산에 부싱을 체결하는 부싱 체결단계;
d) 상기 c)단계를 거친 라이너를 상온에서 30분 내지 2시간 방치하여 상기 접착제를 자연 경화시키는 접착제 제1 경화단계;
e) 상기 라이너의 외부표면을 플라즈마로 열처리하는 라이너 플레이밍 단계;
f) 상기 라이너에 회전축을 체결하는 회전축 체결단계;
g) 다수의 유리섬유 가닥을 수지 및 경화제와 혼합한 후, 상기 라이너의 외부표면에 감아주는 라이너 와인딩 단계;
h) 상기 와인딩 단계를 거친 가스용기를 건조시키는 건조 경화단계;
i) 상기 건조 경화단계를 거친 상기 가스용기의 표면온도를 35℃ 이하로 내려주기 위해, 상기 가스용기를 상온에서 15분 내지 40분 방치시키는 쿨링단계;
j) 상기 가스용기로부터 상기 회전축을 분리하는 회전축 분리 단계;
k) 상기 가스용기에 설치된 상기 부싱에 밸브를 조립하는 밸브 조립단계; 및,
l) 상기 가스용기의 상태를 검사하는 검사단계;를 포함하며,
상기 a) 단계는,
상기 라이너 블로어 머신(liner blower machine)에서 라이너를 제조하는 단계;
상기 라이너 블로어 머신으로부터 라이너 취출로봇에 의해 상기 라이너를 취출하는 단계;
상기 라이너의 표면상의 스크랩을 제거하는 단계;
상기 라이너를 상온에서 4시간 내지 6시간 방치하여 숙성시키는 단계; 및,
상기 라이너의 치수를 검사하는 단계;를 포함하고,
상기 l) 단계는,
상기 가스용기의 내압을 2MPa 내지 4MPa 압력에서 일정시간 동안 유지시켜 상기 가스용기의 내압을 검사하는 내압검사단계; 및,
상기 가스용기의 내압을 1MPa 내지 2MPa 압력으로 유지시킨 후 비누거품 수조에 입수한 후, 상기 가스용기의 기밀을 검사하는 기밀검사단계;를 포함하되;
상기 라이너 블로어 머신에서 라이너를 제조하는 단계는 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지를 220∼270℃에서 용융시켜 라이너가 생산되며, 상기 라이너는 상측에서 한쪽으로 체결 나사축을 형성하여 부싱의 라이너 고정나사가 결합되고 회전축의 하측으로 돌출된 인입축의 하측 결합돌출부가 조립되는 회전 연결홈이 라이너의 하측 내경에 형성되며 하측 홈부와 하측 돌출부가 "
"형으로 형성되고, 상기 하측 돌출부가 라이너와 일체형으로 형성되는 것과;
상기 라이너 성형단계와 체결 나사축 접착제 도포단계의 사이에 체결 나사축에 플레이밍을 수행하는 라이너 나사부 플레이밍 단계와;
상기 라이너 플레이밍 단계는 라이너의 양쪽 돔 부분을 먼저 플레이밍 한 후 몸체를 플레이밍하는 것을 포함하고;
상기 회전축 체결단계는 회전축이 조임부의 일측으로 형성된 조립 나사부를 부싱의 회전축 조립나사와 나사식으로 결합하여 고정하고, 상기 조립 나사부의 하측으로 돌출된 인입축의 하측 선단에는 결합 돌출부를 더 가늘게 형성한 후 라이너의 중앙 회전 연결홈에 스프링의 탄성력을 받도록 결합하며;
상기 건조 경화단계는 간접 히팅방식에 의해 95℃ 내지 105℃ 사이의 온도 범위에서 일정한 온도로 유지되며, 상기 가스용기를 건조로 내부에서 이송과 반송을 반복하며 91분 내지 95분 동안 가스용기를 회전시키며 건조시키는 것을 포함하는 가스용기의 제조방법에 있어서,
상기 라이너 성형단계는, 라이너 취출단계 이전에 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지가 공급되어 220∼270℃의 온도에서 용융된 후 금형에 공급되어 중앙에 관통구멍이 형성되고, 외경에 체결 나사축에 비하여 나사산과 골이 좁은 외경 결합 나사부와 상측에 플랜지부가 형성되는 체결부재를 사출 성형하는 체결부재 사출 성형단계;
상기 체결부재를 라이너 블로어 머신에 공급하여 고정시키는 체결부재 공급단계;
상기 체결부재가 라이너 블로어 머신에 공급된 상태에서 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 수지가 공급되어 220∼270℃의 온도에서 용융된 후 외경 결합 나사부와 체결 나사축이 일체형이 되도록 라이너가 생산되는 라이너 블로어 성형단계; 를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 라이너에 복합재료를 와인딩한 가스용기의 제조방법.