KR101979794B1 - 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓 - Google Patents

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Abstract

고무 소재로 형성되며, 내부 공간이 형성된 컨테이너의 개구 주변부와 개구를 폐쇄하는 커버 사이의 틈새를 밀봉하는 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓이 개시된다. 개시된 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓은, 커버의 내측면에 끼워지도록 상향 돌출되며 환형의 폐곡선으로 이어진 상향 돌출부, 상향 돌출부에서 가스켓의 중심 측으로 연장된 내주 단부, 및 상향 돌출부에서 가스켓의 중심에 대한 방사 방향으로 연장된 외주 단부를 구비한다. 상향 돌출부는, 그 상단에서 상향 돌출되고 환형의 폐곡선으로 이어지며, 탄성 복원 가능하게 변형되어 커버의 내측면에 밀착되는 밀봉 돌기를 구비한다.

Description

연료 가스 탱크 밀봉 가스켓{Gasket for sealing fuel gas tank}
본 발명은 연료 가스가 저장된 연료 가스 탱크에서 수소가 누출되지 않도록 밀봉하는 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓에 관한 것이다.
수소 자동차는 수소를 연료로서 사용하는 자동차이다. 수소를 엔진에서 연소시켜 동력을 발생시키는 차량도 수소 자동차에 해당되지만, 일반적으로 수소 자동차라 하면 주로 수소를 연료전지의 원료로 사용하여 생산된 전기로 전동 모터(motor)의 동력을 발생시키는 수소 연료전지 자동차를 의미한다. 한편, 천연 가스 자동차는 천연 가스(메탄 가스)를 엔진에서 연소시켜 동력을 발생시키는 자동차이다.
상기 수소 자동차 또는 천연 가스 자동차는 기체 상태인 수소 가스 또는 천연 가스가 채워진 연료 가스 탱크를 구비한다. 상기 연료 가스 탱크는 내부 공간이 마련된 컨테이너(container)와, 상기 컨테이너를 폐쇄하는 커버(cover)와, 상기 컨테이너와 커버 사이의 틈을 밀봉하는 환형(環形)의 가스켓(gasket)을 구비한다.
도 1은 종래의 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓(10)은, 연료 가스 탱크의 컨테이너(6)의 상단면(9)과 커버(2)의 내측면 사이의 틈을 밀봉하는 환형의 부재로서, 고무 소재로 형성된다. 상기 가스켓(10)은 일정한 두께로 내측으로 돌출된 내주 단부(11) 및 외주 단부(12)와, 상기 내주 단부(11) 및 외주 단부(12) 사이에 상향 돌출된 돌출부를 구성하는 경사면(13)과 단차면(14)을 구비한다. 상기 커버(2)의 내측면은 상기 가스켓(10)의 상향 돌출된 돌출부가 삽입 안착되도록 파여진 홈(groove)이 형성된다. 상기 커버(2)는 컨테이너(6)의 외주면(8) 상단부를 에워싸도록 하향 연장된 관형(管形)의 스커트부(skirt portion)(5)를 더 구비한다.
컨테이너(6) 내부 공간에 예컨대, 수소, 천연 가스 등의 연료 가스가 채워지면, 상기 가스켓(10)에 컨테이너(6)의 내주면(7)에서 외주면(8)을 향한 방사 방향(radial direction)으로 고압(high pressure)이 작용한다. 특히, 컨테이너(6) 내부 공간에 연료 가스가 과충진(overcharge)되는 경우 가스켓(10)의 외주 단부(12)가 상기 스커트부(5)에 밀착되게 방사 방향으로 밀리면서 상기 스커트부(5)에 응력이 집중되어 가스켓(10)이 파손될 수 있다. 상기 가스켓(10)이 파손되면 연료 가스가 연료 가스 탱크 외부로 누출되고, 심하면 폭발 사고가 발생할 수 있다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0466236호
본 발명은, 연료 가스 탱크가 과충진되더라도 파손되지 않고, 밀봉 성능이 신뢰성 있게 유지되는 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓을 제공한다.
본 발명은, 고무 소재로 형성되며, 내부 공간이 형성된 컨테이너의 개구(開口) 주변부와 상기 개구를 폐쇄하는 커버(cover) 사이의 틈새를 밀봉하는 환형(環形)의 가스켓으로서, 커버의 내측면에 끼워지도록 상향 돌출되며 환형의 폐곡선으로 이어진 상향 돌출부, 상기 상향 돌출부에서 상기 가스켓의 중심 측으로 연장된 내주 단부, 및 상기 상향 돌출부에서 상기 가스켓의 중심에 대한 방사 방향으로 연장된 외주 단부를 구비하고, 상기 상향 돌출부는, 그 상단에서 상향 돌출되고 환형의 폐곡선으로 이어지며, 탄성 복원 가능하게 변형되어 상기 커버의 내측면에 밀착되는 밀봉 돌기를 구비하는, 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓(gasket)을 제공한다.
상기 커버의 내측면은, 상기 상향 돌출부가 끼워지도록 상측으로 오목하게 파여진 가스켓 안착 홈(groove), 상기 내주 단부가 밀착되도록 상기 가스켓의 중심 방향으로 편평하게 연장된 내주 단부 밀착면, 및 상기 외주 단부가 밀착되도록 상기 가스켓의 중심에 대한 방사 방향으로 편평하게 연장된 외주 단부 밀착면을 구비하고, 상기 외주 단부 밀착면의 방사 방향 길이에 대한 상기 외주 단부의 방사 방향 길이의 비는 1/4 내지 3/4 일 수 있다.
상기 상향 돌출부는, 상기 내주 단부에서 경사지게 상향 연장되는 돌출 경사면, 및 상기 외주 단부에서 단차지게 상향 연장되는 돌출 단차면을 구비하고, 상기 가스켓 안착 홈은, 상기 돌출 경사면에 대응되는 홈 경사면, 상기 돌출 단차면에 대응되는 홈 단차면, 및 상기 홈 경사면과 홈 단차면을 이어주며 상기 밀봉 돌기가 밀착되는 밀봉 돌기 밀착면을 구비할 수 있다.
상기 돌출 경사면의 경사각이 상기 홈 경사면의 경사각보다 크고, 상기 양 경사각의 각도 차이는 20° 이내일 수 있다.
본 발명의 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓은 밀봉 돌기를 구비하여 커버의 내측면과 강한 탄성력으로 밀착된다. 따라서, 연료 가스 탱크가 과충진되더라도 연료 가스의 누출 염려가 없어 밀봉 신뢰성이 향상된다. 또한, 가스켓이 방사 방향으로 밀리지 않아 가스켓의 외주 단부에 응력 집중이 완화되므로, 가스켓의 파손과 그로 인한 연료 가스 누출이 예방된다.
도 1은 종래의 연료 탱크 탱크 밀봉 가스켓의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스켓을 구비한 연료 가스 탱크를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스켓을 구비한 연료 가스 탱크를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 단면도이다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스켓(40)은 예컨대, 수소, 천연 가스 등의 연료 가스가 채워지는 연료 탱크(20)의 컨테이너(31)와 커버(21) 사이의 틈새를 밀봉하는 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓이다. 상기 컨테이너(31) 내부에는 연료 가스가 채워지도록 내부 공간(32)이 마련되고, 상측으로는 개방된 개구(開口)(36)가 형성된다. 커버(21)는 상기 컨테이너(31)의 개구(36)를 폐쇄하는 중앙판부(22)와, 상기 중앙판부(22)의 외주 부분에 컨테이너(31)의 외주면(34) 상단부, 즉 개구(36) 주변의 외주면(34) 상단부를 에워싸도록 하향 연장된 관형(管形)의 스커트부(skirt portion)(29)를 구비한다. 도면에 도시되진 않았으나, 상기 컨테이너(31)와 커버(21)는 복수의 볼트(bolt)에 의해 체결된다.
상기 연료 가스 밀봉 가스켓(40)은 고무 소재로 형성된 환형(環形)의 가스켓으로, 상향 돌출부(45), 내주 단부(41), 및 외주 단부(42)를 구비한다. 상향 돌출부(45)는 커버(21)의 내측면에 끼워지도록 상향 돌출되며 환형의 폐곡선으로 이어진 부분이다. 내주 단부(41)는 상향 돌출부(45)에서 가스켓(40)의 중심 축선(CL) 측으로 연장된 부분이다. 외주 단부(42)는 상향 돌출부(45)에서 상기 중심 축선(CL)에 대한 방사 방향(radial direction)으로 연장된 부분이다. 상기 내주 단부(41)와 외주 단부(42)는 Z축에 직교하는 평면, 즉 XY 평면과 평행하게 연장된다. 가스켓(40)의 하측면은 컨테이너(31)의 개구(36) 주변 상단면(35)에 밀착된다.
상향 돌출부(45)는, 내주 단부(41)와 이어지며 상기 내주 단부(41)에서 경사지게 상향 연장되는 돌출 경사면(46), 외주 단부(42)와 이어지며 상기 외주 단부(42)에서 단차지게 상향 연장되는 돌출 단차면(48), 및 상기 돌출 경사면(46)과 돌출 단차면(48) 사이의 상향 돌출부(45) 상단에서 상향 돌출되고, 환형의 폐곡선으로 이어진 밀봉 돌기(50)를 구비한다. 돌출 경사면(46)은 XY 평면과 평행한 가상의 평면(PL)에 예각인 제1 경사각(AN1)으로 기울어져 연장된다. 상기 돌출 단차면(48)은 상기 가상의 평면(PL)에 대해 수직으로 연장된다. 상기 돌출 경사면(46)과 내주 단부(41) 사이, 및 상기 돌출 단차면(48)과 외주 단부(42) 사이는 완만한 곡면으로 이어진다.
커버(21)의 내측면은 가스켓(40)의 상향 돌출부(45)가 끼워지도록 상측으로 오목하게 파여진 가스켓 안착 홈(groove)(25), 상기 내주 단부(41) 상측면이 밀착되도록 가스켓(40)의 중심 축선(CL) 방향으로 편평하게 연장된 내주 단부 밀착면(23), 및 상기 외주 단부(42) 상측면이 밀착되도록 가스켓(40)의 중심 축선(CL)에 대한 방사 방향으로 편평하게 연장된 외주 단부 밀착면(24)을 구비한다. 상기 내주 단부 밀착면(23)과 외주 단부 밀착면(24)은 XY 평면과 평행하게 연장된다.
가스켓 안착 홈(25)은, 가스켓(40)의 돌출 경사면(46)에 대응되는 홈 경사면(26), 가스켓(40)의 돌출 단차면(48)에 대응되는 홈 단차면(28), 및 상기 홈 경사면(26)과 홈 단차면(28)을 이어주며 가스켓(40)의 밀봉 돌기(50)가 밀착되는 밀봉 돌기 밀착면(27)을 구비한다.
홈 경사면(26)은 상기 가상의 평면(PL)에 대해 예각인 제2 경사각(AN2)으로 기울어져 연장된다. 홈 단차면(28)은 상기 가상의 평면(PL)에 대해 수직으로 연장된다. 상기 홈 경사면(26)은 상기 내주 단부 밀착면(23)과 완만한 곡면으로 이어지며, 상기 홈 단차면(28)도 상기 외주 단부 밀착면(24)과 완만한 곡면으로 이어진다.
상기 가스켓(40)이 컨테이너(31)와 커버(21) 사이에 개재되지 않은 상태에서는 상기 돌출 경사면(46)의 제1 경사각(AN1)이 상기 홈 경사면(26)의 제2 경사각(AN2)보다 크다. 상기 제1 및 제2 경사각(AN1, AN2) 사이의 각도 차이는 20° 이내이다. 상기 가스켓(40)을 양 부재(21, 31) 사이에 개재하고 커버(21)와 컨테이너(31)를 조립할 때 상기 돌출 경사면(46)의 전 부분이 상기 홈 경사면(26)의 제2 경사각(AN2)에 맞춰 탄성 압축 변형되면서 상기 돌출 경사면(46)이 상기 홈 경사면(26)에 더욱 강하게 밀착된다. 따라서, 밀봉의 신뢰성이 더욱 향상되고, 연료 가스의 누출 가능성은 더욱 낮아지게 된다.
만약, 종래의 가스켓(10)(도 1 참조)의 경우와 같이 가스켓(10)의 돌출 경사면(13)(도 1 참조)의 경사각과 이에 대응되는 커버(2)(도 1 참조) 내측면의 경사각이 서로 같으면, 커버(2)와 컨테이너(6)(도 1 참조)가 조립될 때 상기 돌출 경사면(13)이 약하게 탄성 압축될 수 있고, 상기 돌출 경사면(13)의 일 부분이 탄성 압축되지 않을 수도 있다. 그러므로, 특히, 연료 가스 탱크(20)에 연료 가스가 과충진된 경우에 밀봉력이 약하여 연료 가스가 누출될 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2 경사각(AN1, AN2) 사이의 각도 차이가 20° 이상인 경우에는 미리 정해진 크기의 토크(torque)로 커버(21)와 컨테이너(31)를 볼트 체결할 때 상기 돌출 경사면(46)과 상기 홈 경사면(26)이 부분적으로 밀착되지 않게 되어 밀봉의 신뢰성이 오히려 저하될 수 있다.
상기 커버(21)와 컨테이너(31)를 조립할 때 상기 상향 돌출부(45)의 밀봉 돌기(50)는 탄성 복원 가능하게 변형되어 커버(21)의 내측면, 구체적으로 밀봉 돌기 밀착면(27)에 밀착된다. 따라서, 연료 가스 탱크(20)에 연료 가스가 과충진되더라도 연료 가스의 누출 염려가 없으며 밀봉 신뢰성이 향상된다. 또한, 상기 밀봉 돌기(50)가 밀봉 돌기 밀착면(27)에 강한 압력으로 밀착되고 상기 돌출 단차면(48)도 상기 홈 단차면(28)에 밀착되어 가로막혀 있으므로, 과충진된 연료 가스의 압력이 컨테이너(31)의 내주면(33)에서 외주면(24)을 향한 방향, 즉 방사 방향(radial direction)으로 작용하더라도 가스켓(40)은 상기 방사 방향으로 밀리지 않는다. 따라서, 상기 외주 단부(42)가 커버(21)의 스커트부(29) 측으로 치우쳐짐으로 인해 유발되는 외주 단부(42)의 과도한 응력 집중, 및 그로 인한 가스켓(40)의 파손한 연료 가스 누출이 예방된다.
본 발명의 실시예에서 커버(21) 내측면의 외주 단부 밀착면(24)의 방사 방향 길이(L2)에 대한 상기 가스켓(40)의 외주 단부(42)의 방사 방향 길이(L1)의 비(比), 즉 L1/L2가 1/4 내지 3/4 이다. 만약, 상기 L1/L2 비율이 1/4보다 작으면 커버(21)를 컨테이너(31)에 볼트 체결할 때 가스켓(40)을 올바른 조립 위치에 정렬된 상태로 유지하기가 어렵고, 이로 인해 조립 작업의 생산성이 저하될 수 있다. 한편, 상기 상기 L1/L2 비율이 3/4보다 크면, 가스켓(40) 제조를 위한 고무 소재 소비량이 증대되어 제조 원가가 상승하고, 연료 가스 탱크(20)가 과충진된 경우 외측 단부(42)가 커버(21)의 스커트부(29)에 밀착되어 상기 외측 단부(42)에 과도한 응력 집중이 발생할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
20: 연료 가스 탱크 21: 커버
31: 컨테이너 40: 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓
41: 내주 단부 42: 외주 단부
45: 상향 돌출부 50: 밀봉 돌기

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 고무 소재로 형성되며, 내부 공간이 형성된 컨테이너의 개구(開口) 주변부와 상기 개구를 폐쇄하는 커버(cover) 사이의 틈새를 밀봉하는 환형(環形)의 가스켓으로서,
    커버의 내측면에 끼워지도록 상향 돌출되며 환형의 폐곡선으로 이어진 상향 돌출부; 상기 상향 돌출부에서 상기 가스켓의 중심 측으로 연장된 내주 단부; 및, 상기 상향 돌출부에서 상기 가스켓의 중심에 대한 방사 방향으로 연장된 외주 단부;를 구비하고,
    상기 상향 돌출부는, 그 상단에서 상향 돌출되고 환형의 폐곡선으로 이어지며, 탄성 복원 가능하게 변형되어 상기 커버의 내측면에 밀착되는 밀봉 돌기를 구비하고,
    상기 커버의 내측면은, 상기 상향 돌출부가 끼워지도록 상측으로 오목하게 파여진 가스켓 안착 홈(groove), 상기 내주 단부가 밀착되도록 상기 가스켓의 중심 방향으로 편평하게 연장된 내주 단부 밀착면, 및 상기 외주 단부가 밀착되도록 상기 가스켓의 중심에 대한 방사 방향으로 편평하게 연장된 외주 단부 밀착면을 구비하고,
    상기 외주 단부 밀착면의 방사 방향 길이에 대한 상기 외주 단부의 방사 방향 길이의 비는 1/4 내지 3/4 인 것을 특징으로 하는, 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 상향 돌출부는, 상기 내주 단부에서 경사지게 상향 연장되는 돌출 경사면, 및 상기 외주 단부에서 단차지게 상향 연장되는 돌출 단차면을 구비하고,
    상기 가스켓 안착 홈은, 상기 돌출 경사면에 대응되는 홈 경사면, 상기 돌출 단차면에 대응되는 홈 단차면, 및 상기 홈 경사면과 홈 단차면을 이어주며 상기 밀봉 돌기가 밀착되는 밀봉 돌기 밀착면을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 돌출 경사면의 경사각이 상기 홈 경사면의 경사각보다 크고, 상기 양 경사각의 각도 차이는 20° 이내인 것을 특징으로 하는, 연료 가스 탱크 밀봉 가스켓.
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