KR102141305B1

KR102141305B1 - 압력용기 고정용 밴드 장치

Info

Publication number: KR102141305B1
Application number: KR1020190041896A
Authority: KR
Inventors: 선석운; 김황용
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-08-04

Abstract

본 발명에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치는 압력용기의 하부에서 둘레 방향으로 연장되어 압력용기를 지지하며, 섬유강화복합재료로 형성된 하부 밴드, 압력용기의 상부를 감싸도록 압력용기의 둘레를 따라 연장되며 양 단부가 상기 하부 밴드의 양 단부에 연결되고, 섬유강화복합재료로 형성된 상부 밴드, 상부 밴드 및 상기 하부 밴드의 양 단부가 연결되는 부위에 위치하며, 상기 압력용기의 길이 방향으로 연장된 한 쌍의 프레임 및 상부 밴드의 양측 단부 및 상기 하부 밴드의 양측 단부를 상기 프레임에 고정하는 한 쌍의 고정부를 포함한다.

Description

압력용기 고정용 밴드 장치{BAND APPARATUS FOR FIXING PRESSURE VESSEL}

본 발명은 고압의 가스를 저장하는 압력용기를 고정하기 위한 밴드 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복합재료를 적용한 압력 용기 고정용 밴드 장치에 관한 것이다.

최근 대체연료가스의 활용이 점점 가속화면서 고압의 가스를 저장하는 압력용기의 개발이 지속되고 있으며, 이에 따라 적용 분야도 함께 확대되고 있다. 대체연료가스 적용 분야의 확대에 따라, 자동차에도 대체연료가스가 적용되어 압력용기를 다양한 방식으로 장착하고 있다. 이와 같은 압력용기는 기본적으로 압력용기를 고정하기 위한 마운팅 밴드(Mounting Band) 및 마운팅 밴드와 연결되어 자동차에 고정되는 프레임(Frame)으로 구성된다. 마운팅 밴드는 압력용기를 감싸도록 고정하기 위해 상부 밴드(Upper Band)와 하부 밴드(Lower Band)로 나눌 수 있으며 마운팅 방법 및 압력용기의 고정 위치에 따라 밸리마운팅 방식과 넥마운팅 방식으로 나뉘어 진다.

마운팅 밴드는 연성이 우수한 구조용 연강이 사용되고, 프레임에는 강성이 우수한 탄소강관이 사용되며 프레임과의 결합을 위해 볼트 체결 및 용접이 적용되고, 마운팅 밴드의 강성 보강을 위한 구조를 만들기 위해 리브(Rib) 등을 용접하여 생성한다. 이와 같은 압력용기는 압력용기의 크기와 장착 위치에 따라서 마운팅 밴드와 프레임의 구조가 다양하게 적용되며, 이에 따라 다양한 체결 방법을 사용하게 된다. 하지만, 종래의 압력용기 대부분은 기본적으로 금속을 사용하여 만들어져 무게가 증가하게 되어 친환경자동차에는 적합하지 않다. 압력용기의 무게를 줄이기 위해 복합재료를 적용할 수 있으나 금속에 비해 고가이며, 성형성의 문제로 생산성이 떨어진다.

연료용기 구조에 복합재를 적용한 발명으로, 대한민국 공개특허 제10-2017-0140574호는 차량용 연료용기로 사용되는 수소저장압력용기에 관한 발명으로 복합재 및 탄소섬유를 사용하고 있으나, 연료용기에 복합재를 단순하게 적용하였을 뿐, 연료용기를 고정하는 장치에는 복합재료 적용하지 않았으며, 복합재료 적용에 따른 성형성 문제를 해결하지 못한다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0140574호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 마운팅 밴드에 섬유강화 복합재료를 적용하여 무게를 경량화하고 성형성을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 압력용기 고정용 밴드 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은, 압력용기의 하부에서 둘레 방향으로 연장되어 압력용기를 지지하며, 섬유강화복합재료로 형성된 하부 밴드, 압력용기의 상부를 감싸도록 압력용기의 둘레를 따라 연장되며 양측 단부가 상기 하부 밴드의 양측 단부에 연결되고, 섬유강화복합재료로 형성된 상부 밴드, 상부 밴드 및 하부 밴드의 양 단부가 연결되는 부위에 위치하며 압력용기의 길이 방향으로 연장된 한 쌍의 프레임 및 상부 밴드의 양측 단부 및 하부 밴드의 양측 단부를 프레임에 고정하는 한 쌍의 고정부를 포함하는 압력용기 고정용 밴드 장치에 의해 달성된다.

바람직하게는, 고정부는 상부 밴드 및 상기 하부 밴드를 프레임에 체결하는 체결부 및 압력용기의 팽창 및 수축에 따른 변형을 흡수하는 스프링을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 하부 밴드는 길이 방향으로 한 개 또는 두 개의 요철이 구비될 수 있으며, 하부 밴드는 요철 내부에 하니콤 코어(Honeycomb Core)가 삽입되어 샌드위치 구조를 가질 수 있다. 또한, 바람직하게는, 하부 밴드 및 허니콤 코어의 두께비가 1:1 내지 1:2일 수 있다.

바람직하게는, 상부 밴드 및 하부 밴드는 압력용기의 길이방향으로 배열된 섬유강화복합재료 및 압력용기의 길이방향과 ±45도 또는 90도로 배열된 섬유강화복합재료를 적층하여 형성될 수 있다. 또한, 바람직하게는, 압력용기의 길이방향으로 배열된 섬유강화복합재료 및 압력용기의 길이방향과 ±45도 또는 90도로 배열된 섬유강화복합재의 적층비는 10:1 내지 10:4일 수 있다.

바람직하게는, 하부 밴드의 압력용기가 접촉하지 않는 외표면에 형성되는 유리섬유를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상부 밴드 및 하부 밴드는 강화섬유와 에폭시 수지, 비닐에스터 수지, 불포화폴리에스터 수지 및 페놀 수지 중에서 선택된 어느 하나의 수지를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 하부 밴드의 강성은 상부 밴드의 강성의 1 내지 1.5배일 수 있다.

바람직하게는, 상부 밴드 및 하부 밴드의 굴곡 형상에 적층되는 섬유강화복합재료의 두께는 굴곡 형상이 아닌 나머지 부분보다 두꺼운 가변 두께를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상부 밴드 및 하부 밴드와 압력용기 사이에 형성된 고무 패드를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 프레임의 길이 방향으로 서로 다른 한 쌍의 상부 밴드 및 하부 밴드가 소정의 간격을 이격하여 위치할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치는 섬유강화 복합재료를 적용하여 압력용기 고정용 밴드를 구성하여 장치의 경량화를 가능하게 하며, 밴드의 최적 단면 및 강화섬유의 배열방향을 적용하여 경량화와 함께 성형성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치는 하부 밴드에 허니콤 코어를 적용하여 강성을 강화하고, 고정부의 스프링을 통해 압력을 흡수하여 압력용기의 충전 및 방전에 따른 변형에 효과적으로 대응할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치는 리브와 같은 별도의 보강구조가 없는 단순한 구조를 통해 강도를 확보하여 성형성을 향상시킬 수 있다.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치의 정면도이다.
도 3a는 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치의 상부 밴드의 구성도이다.
도 3b는 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치의 하부 밴드의 구성도이다.
도 4은 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치로 압력용기를 고정한 도면이다.
도 5a는 도 3b에 도시된 하부 밴드의 A-A 방향의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5b는 도 3b에 도시된 하부 밴드의 A-A 방향의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치의 샌드위치 구조를 설명하는 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치의 정면도이며, 도 3a는 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치의 상부 밴드의 구성도이고, 도 3b는 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치의 하부 밴드의 구성도이며, 도 4는 도 1에 도시된 압력용기 고정용 밴드 장치로 압력용기를 고정한 도면이다.

상술한 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치는 상부 밴드(200), 하부 밴드(300), 프레임(400) 및 고정부(500)를 포함한다.

하부 밴드(300)는 압력용기(100)를 하부에서 지지하며, 섬유강화복합재료로 형성된다. 하부 밴드(300)는 반원의 밴드 형태로 압력용기(100)의 하부에서 둘레 방향으로 연장되어 압력용기(100)를 지지한다. 하부 밴드(300)의 길이 및 폭은 압력용기(100)의 용량에 따라 자유롭게 변형이 가능하다. 또한, 하부 밴드(300)의 양측 단부는 고정부(500)와 연결될 수 있도록 바깥 방향으로 꺾어진 형태를 가진다.

상부 밴드(200)는 압력용기(100)의 상부를 감싸도록 압력용기의 둘레를 따라 연장되며, 섬유강화복합재료로 형성된다. 그리고 상부 밴드(200)의 양단부는 하부 밴드(300)의 양측 단부와 연결된다. 구체적으로, 상부 밴드(200)는 반원의 밴드 형태로 일측 단부가 하부 밴드(300)의 일측 단부와 연결되고, 압력용기(100)의 둘레 방향으로 연장되어 상부 밴드(200)의 타측 단부가 하부 밴드(300)의 타측 단부와 연결되어 형성된다. 상부 밴드(200)의 길이 및 폭은 압력용기(100)의 용량에 따라 자유롭게 변형이 가능하다. 또한, 상부 밴드(200)의 양 단부는 고정부(500)와 연결될 수 있도록 바깥 방향으로 꺾어진 형태를 가진다.

상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)를 형성하는 섬유강화복합재료는 강화섬유(Fabric) 및 수지(Matrix)를 포함한다. 상부 밴드(200)와 하부 밴드(300)에 사용되는 강화섬유는 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 섬유, 보론 섬유 및 실리콘카바이드 중에서 선택된 한 개 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 압력용기 고정용 밴드 장치의 경량화를 위해 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)를 구성하는 섬유강화복합재료는 탄소섬유를 포함할 수 있다.

그리고 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)에 사용되는 수지는 에폭시 수지, 비닐에스터 수지, 불포화폴리에스터 수지, 페놀 수지 및 열경화성 수지 중에서 선택되는 어느 하나의 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 수지를 사용할 수 있다.

프레임(400)은 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 양 단부가 만나는 연결 부위 각각에 한 쌍이 위치하며, 압력용기(100)의 길이 방향 또는 상부 밴드(200)나 하부 밴드(300)의 길이방향에 수직인 방향으로 연장되어 형성된다. 보다 구체적으로, 프레임(400)은 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 꺾어진 단부를 지지하며, 이때 프레임(400)은 하부 밴드(300)의 하부에 위치할 수 있다.

압력용기(100)의 길이 방향으로 연장 형성된 프레임(400)에는 한 쌍의 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)가 소정의 간격으로 둘 이상 배치될 수 있다. 프레임(400)의 길이와 한 쌍의 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300) 사이의 간격은 압력용기(100)의 용량 및 길이에 따라 자유롭게 조절이 가능하다. 또한, 프레임(400)은 압력용기(100)의 고정 장치에 일반적으로 사용되는 금속 소재를 사용할 수 있으며, 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 섬유강화복합재료와 동일한 소재를 사용할 수 있다. 프레임(400)의 소재는 특별히 한정되지 않으며, 압력용기(100)의 크기 및 용량과 압력용기(100)가 설치된 위치 및 환경에 따라 달라질 수 있다.

고정부(500)는 상부 밴드(200)의 단부 및 하부 밴드(300)의 단부를 프레임(400)에 고정한다. 고정부(500)는 상부 밴드(200)의 양측 단부와 하부 밴드(300)의 양측 단부를 프레임(40)에 고정하여, 상부 밴드(200)와 하부 밴드(300)가 한 쌍의 프레임(40) 사이에서 폐곡선 형태로 압력용기(100)를 고정하도록 한다. 이때 고정부(500)는 상부 밴드(200) 또는 하부 밴드(300)의 양 단부에 한 쌍이 위치할 수 있다.

또한, 고정부(500)가 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)를 프레임(400)에 고정하는 형태를 통해, 상부 밴드(200), 하부 밴드(300) 및 고정부(500)가 하나의 모듈 형태로 장착 및 탈착이 가능하여 작업성이 향상될 수 있다.

고정부(500)는 체결부(510) 및 스프링(520)을 포함할 수 있다. 체결부(510)는 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)를 체결하여 고정하며, 스프링(520)은 체결부(510)에 위치하여 압력용기(100)로부터 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)에 전달된 힘을 흡수한다.

고정부(500)의 체결부(510)에서, 볼트와 같은 수 체결부는 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300) 단부의 꺽어진 부분에 형성된 체결홈을 관통하여 수 체결부의 하부가 돌출되고, 수 체결부의 돌출부위에 스프링(520)을 결합한 후, 스프링(520)의 하부에서 암 체결부가 결합되어, 암 체결부가 스프링(520)의 하부를 지지하고 스프링(520)의 상부는 프레임(400)을 지지하는 구조를 가진다. 이때 체결부(510)는 볼트 및 너트를 사용하는 것이 바람직하다.

압력용기(100)는 제작상에 치수 안정성이 떨어지고, 충전 시에 팽창하고 방전 시 수축하기 때문에 항상 크기가 완전하게 고정된 상태가 아니라 소정의 변형을 가진다. 이와 같은 압력용기(100)의 변형의 일부는 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 탄성력에 의해 흡수될 수 있으나, 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)에서의 흡수는 한계가 있어, 고정부(500)가 완전하게 고정되면 상부 밴드(200) 또는 하부 밴드(300)나 압력용기(100)에 손상이 발생할 수 있다. 따라서 고정부(500)의 체결부(520)에 스프링(520)을 위치시켜 압력용기(100)의 수축 및 팽창에 따른 힘을 흡수할 수 있으며, 동시에 스프링(520)의 탄성을 통해 체결부(520)와 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 연결부위에 압력을 가하여, 압력용기(100)로부터 전달된 힘을 흡수하면서도 압력용기(100)에 대한 고정력을 확보할 수 있다.

스프링(520)은 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 양 단부를 고정할 시, 한 쌍의 고정부(500) 모두에 위치할 수 있으며, 또는 한 쌍의 고정부(500) 중에서 어느 하나의 고정부(500)에만 위치할 수 있다. 예를 들어, 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 일측 단부는 볼트 및 너트와 같은 체결부(510)만을 포함하는 고정부(500)를 통해 프레임(400)에 고정되고, 타측 단부는 체결부(510)와 스프링(520)을 모두 포함하는 고정부(500)를 통해 프레임(400)에 고정될 수 있다. 바람직하게는 스프링(520)은 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 양 단부에 모두 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 압력용기(100)의 용량 및 크기와 압력용기(100)의 설치 환경을 고려하여 어느 하나의 고정부(500) 또는 한 쌍의 고정부(500) 모두에 사용될 수 있다.

상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)에 포함된 섬유강화 복합재료는 강화섬유를 외부에 받는 하중에 잘 견디도록 방향성을 부여하여 배열할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치는 차량에 설치되는 압력용기를 고정하는 장치로 사용될 수 있다. 이와 같이 차량에 사용 시 압력용기(100)의 충전 시 발생되는 변형뿐만 아니라 자동차가 충돌했을 경우에 충격하중 또한 함께 발생할 수 있다. 따라서, 압력용기(100)의 충전 시 발생되는 변형 및 충격하중을 고려하여, 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)를 형성하는 섬유강화복합재료는 강화섬유를 외부에 받는 하중에 잘 견디도록 방향성을 부여하여 배열할 수 있다. 이를 위해, 본원발명은 배열 방향이 서로 다른 섬유강화복합재를 적층하여 하이브리드 형태의 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)를 형성할 수 있다. 이와 같이, 받는 하중 조건에 따라 섬유의 배열을 최적화하면 경량화뿐만 아니라 고가의 강화섬유를 절약하여 제작할 수 있기 때문에 경제적이다.

보다 구체적으로, 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)는 압력용기(100)의 길이방향으로 배열된 섬유강화복합재료 및 압력용기(100)의 길이방향과 ±45도 또는 90도 방향으로 배열된 섬유강화복합재료를 적층하여 형성될 수 있다. 이때, 압력용기(100)의 길이방향으로 배열된 섬유강화복합재 및 압력용기(100)의 길이방향과 ±45도 또는 90도 방향으로 배열된 섬유강화복합재의 적층비(배열비)는 10:1 내지 10:4일 수 있다.

적층비가 10:1 미만일 경우 복합하중(충격하중)에 견디지 못할 수 있으며, 적층비가 10:4 초과일 경우 비강도가 높은 강화섬유 복합재료의 장점을 살릴 수 없을 수 있고 강화섬유가 지나치게 많이 사용될 수 있어 제작 비용의 증가를 초래할 수 있다.

하부 밴드(300)는 압력용기(100)의 무게를 지지하면서 압력용기(100)의 팽창에도 견뎌야 하기 때문에 하부 밴드(300)의 강성은 상부 밴드(200)의 강성에 1 내지 1.5배인 것이 바람직하다. 하부 밴드(300)의 강성이 상부 밴드(200) 강성에 1배 미만 즉, 하부 밴드(300)의 강성이 상부 밴드(200)의 강성보다 낮을 경우 하부 밴드의 응력집중 부위인 굴곡 형상에서의 파단이 일어날 수 있는 문제가 있으며, 하부 밴드(300)의 강성이 상부 밴드(200) 강성의 1.5배를 초과할 경우 안전율을 높일 수는 있지만 강화섬유가 지나치게 많이 사용될 수 있어 제작 비용의 증가를 초래할 수 있다.

특히, 섬유강화복합재료는 이방성을 갖기 때문에 특정 하중 조건에 맞게 섬유의 방향성을 설계하는 것이 요구된다. 따라서, 상술한 바와 같은 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 섬유강화복합재료에 대한 최적설계를 통해 고가의 재료인 섬유강화복합재료를 최소한으로 사용하여 최대의 효과를 낼 수 있다.

프레임(400)이 금속소재일 경우, 섬유강화복합재료로 형성되는 하부 밴드(300)는 고정부(500)에 의해 프레임(400) 상에 체결되는데, 이와 같이 섬유강화복합재료 및 금속과 같은 이종재료 간의 접촉은 갈바닉 부식을 일으킨다. 따라서, 하부 밴드(300)와 압력용기(100)가 접촉하지 않는 외표면에 유리섬유를 적층하여 갈바닉 부식을 방지할 수 있다. 하부 밴드(300)의 외표면에 형성된 유리섬유는 절연체 역할을 수행하여 갈바닉 부식을 방지한다.

상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)는 압력용기(100)로부터 전달되는 힘을 흡수하여 압력용기(100)의 파손을 방지하기 위해, 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 내측과 압력용기(100) 사이에 고무 패드를 더 포함할 수 있다. 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 내측에 형성된 고무 패드는 압력용기(100)와 직접 접촉하여 압력용기(100)로부터 발생되는 압력을 흡수하고, 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)와 압력용기(100) 사이의 직접적인 접촉에 의한 파손을 방지할 수 있다.

상기에서 구체적으로 설명한 압력용기 고정용 밴드 장치는 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)가 1개의 세트(모듈)가 되며 압력용기(100)를 고정하기 위해 둘 이상의 세트(모듈)가 사용될 수 있다. 일반적으로 차량에 탑재되는 압력용기(100)의 경우 한 쌍의 프레임(400)에 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300) 2개의 세트가 소정의 간격을 두고 사용되는 것이 바람직하다.

도 5a는 도 3b에 도시된 하부 밴드의 A-A 방향의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 5b는 도 3b에 도시된 하부 밴드의 A-A 방향의 다른 일례를 나타내는 단면도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 하부 밴드(300)는 길이 방향으로 요철을 포함할 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 하부 밴드(300)는 A-A 방향의 단면에 도 5a와 같이 한 개의 요철을 구비하거나, 도 5b와 같이 두 개의 요철을 구비하여, 강성 보강의 효과를 얻을 수 있다. 이때 요철의 볼록한 부분이 하부 밴드(300)의 상부 즉 압력용기(100)와 접촉면이 될 수 있다.

이와 같이 하부 밴드(300)에 형성된 요철은 하부 밴드(300)의 길이 방향 전체에 걸쳐 홈과 같이 형성될 수 있으며, 하부 밴드(300)의 길이 방향 일부 영역에만 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 밴드(300)에서 압력용기(100)와 접촉하는 곡선 부분에만 요철이 형성될 수 있으며, 하부 밴드(300) 전체에 형성될 수 있다. 한 개 또는 두 개의 요철을 사용하는 것은 하부 밴드(300)의 폭 너비에 따라 달라질 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치의 샌드위치 구조를 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 압력용기 고정용 밴드 장치는 허니콤 코어(340)를 삽입하여 샌드위치 구조를 형성할 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 하부 밴드(300)에 형성된 요철 내부에 허니콤 코어(340)를 삽입하여, 하부 밴드(300)의 강성을 보강할 수 있다. 바람직하게는 하부 밴드(300) 및 허니콤 코어(340)의 두께비가 하부 밴드(300)의 두께를 기준으로 1:1 내지 1:2를 가지도록 할 수 있다. 하부 밴드(300) 내부에 허니콤 코어(340)를 삽입하여 압력용기의 길이방향과 수직한 방향의 강성을 허니콤 코어(340)로 대체함으로써, 제작비용을 감소시키고 적층 작업 시의 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 강화섬유 복합재료를 직물로 만들게 되면 두께가 0.15~0.4mm 정도가 되지만 허니콤 코어는 2mm 이상의 두께를 갖기 때문에 작업 시간을 줄일 수 있다. 이와 같이, 하부 밴드(300)에 허니콤 코어(340)를 적용하여 고가의 강화섬유를 최소한으로 사용하면서 효율적으로 강성 보강을 할 수 있다.

본 발명에서 반원 밴드 형상의 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)는 양 단부가 맞물려 폐곡선을 형성하며, 양 단부가 고정부(500)를 통해 프레임(400)에 고정되기 때문에, 꺾어진 형태의 굴곡 형상(610)을 가지게 된다. 이와 같은 굴곡 형상(610)에는 응력(Stress)이 집중될 수 있다. 이와 같은 응력 집중에 대응하여 리브 보강을 통해 강성을 보강하는 방안이 사용될 수 있지만, 리브를 통해 강성을 보강할 경우 섬유강화복합재료의 성형성을 떨어트릴 수 있다. 따라서 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)를 적층할 때, 섬유강화복합재료의 성형성을 향상시키기 위해 굴곡 형상(610)에서 강화섬유의 적층 또는 두께를 증가시켜 가변 단면을 형성하는 것이 바람직하다. 상부 밴드(200) 및 하부 밴드(300)의 굴곡 형상(610)에 강화섬유(섬유강화복합재료)를 다른 부위보다 두껍게 적층하여, 리브와 같은 별도의 보강재를 사용하지 않고 응력 집중에 대응하는 강성을 확보할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 압력용기 200: 상부 밴드
300: 하부 밴드 340: 허니콤 코어
400: 프레임 500: 고정부
510: 체결부 520: 스프링
610: 굴곡 형상

Claims

압력용기의 하부에서 둘레 방향으로 연장되어 상기 압력용기를 지지하며, 섬유강화복합재료로 형성된 하부 밴드;
상기 압력용기의 상부를 감싸도록 압력용기의 둘레를 따라 연장되며 양측 단부가 상기 하부 밴드의 양측 단부에 연결되고, 섬유강화복합재료로 형성된 상부 밴드;
상기 상부 밴드 및 상기 하부 밴드의 양 단부가 연결되는 부위에 위치하며, 상기 압력용기의 길이 방향으로 연장되며 금속소재인 한 쌍의 프레임; 및
상기 상부 밴드의 양측 단부 및 상기 하부 밴드의 양측 단부를 상기 프레임에 고정하는 한 쌍의 고정부;
를 포함하고,
상기 하부 밴드는 상기 압력용기가 접촉하지 않는 하부 외표면에 유리섬유가 적층되어, 상기 하부 밴드 및 상기 프레임 사이의 갈바닉 부식을 방지하며,
상기 하부 밴드는 길이 방향으로 두 개의 요철이 구비되고, 상기 두 개의 요철 내부에 허니콤 코어(Honeycomb Core)가 삽입된 샌드위치 구조를 통해 상기 압력용기에 대한 강성을 구비하고,
상기 상부 밴드 및 상기 하부 밴드는 상기 압력용기의 길이방향으로 배열된 섬유강화복합재료 및 상기 압력용기의 길이방향과 ±45도 또는 90도로 배열된 섬유강화복합재를 10:1 내지 10:4의 적층비로 적층하여 형성되고,
상기 상부 밴드 및 하부 밴드의 굴곡 형상에 적층되는 섬유강화복합재료의 두께는 굴곡 형상이 아닌 나머지 부분보다 두꺼운 가변 두께를 갖는 압력용기 고정용 밴드 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정부는,
상기 상부 밴드 및 상기 하부 밴드를 상기 프레임에 체결하는 체결부; 및
상기 압력용기의 팽창 및 수축에 따른 변형을 흡수하는 스프링;
을 포함하는 압력용기 고정용 밴드 장치.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 하부 밴드 및 상기 허니콤 코어의 두께비가 1:1 내지 1:2인 압력용기 고정용 밴드 장치.
삭제
삭제
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제1항에 있어서,
상기 상부 밴드 및 상기 하부 밴드는 강화섬유와 에폭시 수지, 비닐에스터 수지, 불포화폴리에스터 수지 및 페놀 수지 중에서 선택된 어느 하나의 수지를 포함하는 압력용기 고정용 밴드 장치.
제1항에 있어서,
상기 하부 밴드의 강성은 상기 상부 밴드의 강성의 1 내지 1.5배인 압력용기 고정용 밴드 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 상부 밴드 및 상기 하부 밴드와 상기 압력용기 사이에 형성된 고무 패드를 더 포함하는 압력용기 고정용 밴드 장치.
제1항에 있어서,
상기 프레임의 길이 방향으로 서로 다른 한 쌍의 상부 밴드 및 하부 밴드가 소정의 간격을 이격하여 위치하는 압력용기 고정용 밴드 장치.