KR102169575B1 - 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

고압용기의 주입부에 위치되며, 노즐이 삽입되는 노즐관통홀이 상하방향으로 연장되도록 형성된 금속재질의 보스; 보스의 하부에 결합되며, 중앙부에 노즐관통홀과 연통된 연통홀이 형성되고 연통홀의 테두리에서 상방으로 연장된 기둥 형상의 플랜지가 형성되며, 보스의 하단면에의 결합시 플랜지가 노즐관통홀의 하부에 삽입되어 플랜지의 내측면이 노즐의 하단부 외측면을 감싸는 플라스틱 재질의 보스 커넥터; 및 보스 커넥터의 하부에 결합되며, 플랜지의 하부에 삽입되어 플랜지 하부의 내측면을 두르며 노즐에 의해 관통되는 링 형상의 실링부가 형성된 금속재질의 인서트;를 포함하고, 인서트의 내측면은 노즐에 마련된 하부실링과 접촉되고 플랜지 내측면 중 인서트 상방의 노출되는 부분은 노즐의 하부실링 상방에 마련된 상부실링과 접촉된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리가 소개된다.

Description

차량용 고압용기의 주입부 어셈블리 {INJECTION ASSEMBLY FOR VEHICLE HIGH PRESSURE VESSEL}
본 발명은 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리에 관한 것으로, 금속재질의 보스, 플라스틱 재질의 보스 커넥터와 금속재질의 인서트 및 연료 공급 노즐과의 상호 결합을 통하여 고압가스가 누출되는 현상을 차단할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 자동차를 운행하기 위해서는 연료를 공급할 수 있는 연료 저장소가 필요하게 된다. 구체적으로, 수소 기체를 연소해서 달리는 수소연료전지 자동차는 수소를 공급할 수 있는 연료 저장소가 필요하게 되고, 이러한 수소 연료 저장소는 대부분 탱크용기의 형상을 구비하고 있다.
한편, 수소연료전지 자동차의 연료저장소인 탱크용기 형상의 고압용기는 수소 기체의 특성상 수소가 충전되어 있는 경우, 용기 내부가 초고압 상태로 유지되므로 안정성이 확보되어야 함은 물론이며, 수소기체가 고압용기의 내부에서 외부로 수소 기체의 누출을 방지해야 할 필요성이 있다.
종래에 수소 기체용 고압용기는 주입부와 노즐이 결합된 실링 부위에서 내구성이 떨어질 경우 수소가 누출되는 문제가 있었다. 구체적으로, 플라스틱과 금속의 이종재질이 결합되는 주입부의 경우 용기의 수축/팽창의 반복에 따라 미세한 박리가 일어날 수도 있게 된다. 따라서, 수소 기체용 고압용기의 주입부 구조를 개선함으로써 종래의 고압용기에 비해서 안정성을 쉽게 확보하고, 수소 기체의 누출로 인한 손실을 막을 수 있는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리가 필요한 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2017-0130651 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 금속재질의 보스, 플라스틱 재질의 보스 커넥터와 금속재질의 인서트 및 연료 공급 노즐과의 상호 결합을 통하여 고압가스가 누출되는 현상을 차단할 수 있는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리는, 고압용기의 주입부에 위치되며, 노즐이 삽입되는 노즐관통홀이 상하방향으로 연장되도록 형성된 금속재질의 보스; 보스의 하부에 결합되며, 중앙부에 노즐관통홀과 연통된 연통홀이 형성되고 연통홀의 테두리에서 상방으로 연장된 기둥 형상의 플랜지가 형성되며, 보스의 하단면에의 결합시 플랜지가 노즐관통홀의 하부에 삽입되어 플랜지의 내측면이 노즐의 하단부 외측면을 감싸는 플라스틱 재질의 보스 커넥터; 및 보스 커넥터의 하부에 결합되며, 플랜지의 하부에 삽입되어 플랜지 하부의 내측면을 두르며 노즐에 의해 관통되는 링 형상의 실링부가 형성된 금속재질의 인서트;를 포함하며, 인서트의 내측면은 노즐에 마련된 하부실링과 접촉되고 플랜지 내측면 중 인서트 상방의 노출되는 부분은 노즐의 하부실링 상방에 마련된 상부실링과 접촉된다.
실링부의 상단면은 내경부위가 외경부위보다 낮아지도록 테이퍼진 면을 가질 수 있다.
인서트는 실링부의 하단에서 외측으로 연장되며 보스 커넥터의 하단을 감싸는 고정부가 형성될 수 있다.
고정부는 실링부의 하단에서 외측 측방으로 절곡된 연장부분 및 연장부분에서 상방으로 절곡되며 보스 커넥터에 삽입된 삽입부분으로 구성될 수 있다.
고정부의 삽입부분은 삽입부분의 상단에서 외측으로 절곡되어 굽은 형상을 가질 수 있다.
보스 커넥터는 플랜지의 하단에서 외측으로 연장되며 보스의 하단을 감싸는 결합부가 형성되고, 고정부의 연장부분은 결합부의 하단을 감싸고 삽입부분은 결합부에 삽입될 수 있다.
결합부에는 플랜지와 이격된 외측에서 상방으로 돌출되며 보스에 삽입된 돌출부가 형성되고, 고정부의 삽입부분은 돌출부에 삽입될 수 있다.
보스의 노즐관통홀의 내측면은 노즐과의 체결을 위한 나사산이 상하 방향으로 형성될 수 있다.
플라스틱 재질의 보스 커넥터는 금속재질의 보스와 인서트 사이에 인서트사출될 수 있다.
보스는 알루미늄합금 재질이고, 인서트는 스테인리스스틸 재질일 수 있다.
본 발명은 차량용 고압용기에 관한 구조를 보스, 보스 커넥터, 인서트의 결합으로 주입부를 형성하는 주입부 어셈블리에 관한 것이다.
특히, 본 발명에 따른 구조를 취하는 경우에 수소 기체의 누출을 막아 수소 기체의 손실을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 수소 기체의 누출을 방지하여 차량용 고압용기의 안정성이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리의 보스 커넥터 및 인서트를 확대한 도면.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리를 분해한 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리의 보스 커넥터 및 인서트를 확대한 도면이며, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리를 분해한 도면이다.
도 1은 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리의 구조를 나타낸 도면이며, 본 발명에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리는 고압용기의 주입부에 위치되며, 노즐이 삽입되는 노즐관통홀(120)이 상하방향으로 연장되도록 형성된 금속재질의 보스(100); 보스(100)의 하부에 결합되며, 중앙부에 노즐관통홀(120)과 연통된 연통홀(210)이 형성되고 연통홀(210)의 테두리에서 상방으로 연장된 기둥 형상의 플랜지(220)가 형성되며, 보스(100)의 하단면에의 결합시 플랜지(220)가 노즐관통홀(120)의 하부에 삽입되어 플랜지(220)의 내측면이 노즐의 하단부 외측면을 감싸는 플라스틱 재질의 보스 커넥터(200); 및 보스 커넥터(200)의 하부에 결합되며, 플랜지(220)의 하부에 삽입되어 플랜지(220) 하부의 내측면을 두르며 노즐에 의해 관통되는 링 형상의 실링부(320)가 형성된 금속재질의 인서트(300);를 포함한다.
이러한 금속 재질의 보스(100)는 단조 공정 또는 가공을 통해 형성될 수 있으며, 금속 재질의 인서트(300)는 프레스 공법 등 다양한 공법을 통해 성형될 수 있다.
본 발명의 인서트(300)의 내측면은 노즐에 마련된 하부실링(325)과 접촉되고 플랜지(220) 내측면 중 인서트(300) 상방의 노출되는 부분은 노즐의 하부실링(325) 상방에 마련된 상부실링(330)과 접촉된다. 본 발명에 따른 주입부의 구조에 의하면 차량용 고압용기의 수소 기체의 누출을 방지할 수 있고, 이로 인해 수소 기체의 손실을 방지함과 아울러 차량용 고압용기의 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 차량용 고압용기의 수소 기체가 충전되는 경우에는 수소 기체가 고압으로 압축되어 저장되기 때문에 저온, 초고압 상태가 발생하게 된다. 종래의 차량용 고압용기는 노즐과 보스 커텍터가 결합되는 경우, 어느 정도 밀폐 기능을 수행하기는 하나, 수소 기체의 반복된 방출과 충전 및 주변 온도변화에 의한 고압용기의 수축과 팽창의 반복 과정에서, 실링이 마모되거나 영구변형됨으로써 노즐과 보스 커넥터 사이에 틈새가 벌어지게 되어 수소 기체가 누출되는 경우가 있었다. 이에 따라서, 장시간의 사용시에도 수소 기체가 누출되는 것을 방지하기 위한 구조가 필요한 것이다.
이를 해결하기 위해 본 발명은 인서트(300)의 내측면이 노즐에 마련된 하부실링(325)과 접촉하게 된다. 인서트(300)의 내측면과 노즐에 마련된 하부실링(325)과의 접촉을 통해 1차적으로 도 2의 "A"경로를 통해 수소 기체가 누출되는 것을 방지하는 기능을 수행하게 되며, 인서트(300)가 금속 재질로 구성되어 있기 때문에 인서트(300)가 영구적으로 변형하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
한편, 인서트(300)와 보스(100)는 금속재질이지만 보스 커넥터(200)는 플라스틱재질로서 각각의 접촉면에서 박리 내지 크랙 현상의 발생가능성이 있다. 따라서, 이러한 이종재질간의 계면을 통한 도 2의 "B"경로를 통한 2차적인 수소 기체의 누출을 방지하기 위해 플랜지(220) 내측면 중 인서트(300) 상방의 노출되는 부분은 노즐의 하부실링(325) 상방에 마련된 상부실링(330)과 접촉한다. 이는 수소 기체의 2차 누출을 방지하기 위한 것이기 때문에, 하부실링(325)과 상부실링(330) 사이에는 하부실링(325)에 작용하는 차량용 고압용기의 내부 압력보다는 적은 압력이 작용하게 된다. 따라서, 플랜지(220)가 플라스틱 재질로 이루어져 있다고 하더라도, 적은 압력으로 인하여 플랜지(220)의 측면이 수소 기체로 인하여 변형이 되기는 어렵다.
이와 같이 1차적으로는 금속재질의 인서트(300)와 노즐에 마련된 하부실링(325)과의 결합, 2차적으로는 플라스틱재질의 플랜지(220)의 내측면과 노즐에 마련된 상부실링(330)과의 결합으로 수소 기체의 누출을 방지하고 실링의 내구성을 오랜기간 확보하는 것이 가능하다. 도 2와 같이, 고압의 가스가 외부로 리크될 수 있는 경로는 A와 B뿐임을 알 수 있다. 본 발명은 주된 리크경로인 A경로의 내구성을 확실히 확보하면서 예비적으로 B경로의 리크 또한 방지함으로써 완벽에 가까운 리크방지를 구현할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리의 보스 커넥터(200) 및 인서트(300)를 확대한 도면으로써, 실링부(320)의 상단면은 내경(342)부위가 외경(344)부위보다 낮아지도록 테이퍼진 면(340)으로 구성할 수 있다. 플라스틱 재질의 보스 커넥터(200)와 금속 재질의 인서트(300)는 이종 재질의 특성상 상호 간의 결합력을 견고하게 하기 위해서 구조적인 구속력을 부여할 필요성이 있다. 이에 따라서, 인서트(300) 실링부(320)의 상단면은 내경(342)부위가 외경(344)부위보다 낮아지도록 테이퍼진 면(340)으로 구성함으로써, 실링부(320) 상당면의 테이퍼진 면(340)과 대응하는 플랜지(220)의 면이 인서트(300)의 변형 또는 이동을 방지함으로써 상호 간에 결합력을 견고하게 하는 기능을 수행한다.
또한, 도 1과 도 2에서와 같이 인서트(300)는 실링부(320)의 하단에서 외측으로 연장되며 보스 커넥터(200)의 하단을 감싸는 고정부(360)가 형성될 수 있고, 이러한 고정부(360)는 실링부(320)의 하단에서 외측 측방으로 절곡된 연장부분(365) 및 연장부분(365)에서 상방으로 절곡되며 보스 커넥터(200)에 삽입된 삽입부분(370)으로 구성된다. 이러한 연장부분(365)을 통하여 보스 커넥터(200)의 하단을 감싸는 구조를 취함으로써, 보스 커넥터(200)의 플랜지(220) 하단부의 변형을 방지할 수 있으며, 보스 커넥터(200)의 삽입된 삽입부분(370)으로 인해서 보스 커넥터(200)와 인서트(300)의 결합력을 좀 더 높게 가져갈 수 있다.
또한, 고정부(360)의 삽입부분(370)은 삽입부분(370)의 상단에서 외측으로 절곡되어 굽은 형상(375)을 가질 수 있는데, 이러한 굽은 형상(375)을 취함으로써, 인서트가 보스 커넥터(200)와 상하 방향으로도 구속력을 가짐으로써, 인서트(300)가 고압용기의 높이 방향을 기준으로 하방으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 2에서와 같이, 보스 커넥터(200)는 플랜지(220)의 하단에서 외측으로 연장되며 보스(100)의 하단을 감싸는 결합부(240)가 형성되고, 고정부(360)의 연장부분(365)은 결합부(240)의 하단을 감싸고 삽입부분(370)은 결합부(240)에 삽입된다. 보스 커넥터(200)의 하단에서 보스(100)의 하단을 감싸는 결합부(240)가 형성됨으로써, 보스 커넥터(200)에 하단에서 고압용기의 내부 압력이 높이 방향을 기준으로 상방으로 작용하게 되는 지지면적이 확보 될 수 있으며, 이에 따라서 보스(100)와 보스 커넥터(200)가 완전 밀착을 이루게 됨으로써 고압력 상태에서도 견고한 결합력을 유지할 수 있고, 결국 B 경로를 통한 리크를 확실히 차단할 수 있게 되는 것이다.
또한, 결합부(240)에는 플랜지(220)와 이격된 외측에서 상방으로 돌출되며 보스(100)에 삽입된 돌출부(250)가 형성되며, 고정부(360)의 삽입부분(370)은 돌출부(250)에 삽입될 수 있다. 이와 같이 돌출부(250)가 형성됨으로써, 플랜지(220)와 돌출부(250) 사이에 이격공간이 생겨나게 되고, 이격공간은 보스(100)로 구성되기 때문에 이와 같은 구조를 통해서 보스 커넥터(200)가 수평 방향으로 변형 또는 이동하는 것을 방지한다.
한편, 보스(100)의 노즐관통홀(120)의 내측면은 노즐과의 체결을 위한 나사산(125)이 상하 방향으로 형성된다. 이와 같은 나사산(125)을 통한 노즐과의 체결을 통하여, 노즐이 체결된 상태에서 노즐이 노즐관통홀(120)을 이탈하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 플라스틱 재질의 보스 커넥터(200)는 금속재질의 보스(100)와 인서트(300) 사이에 인서트사출에 의해서 형성될 수 있다. 보스(100)와 인서트(300)의 절곡된 부분에도 불구하고, 인서트사출에 의해서 보스(100)와 인서트(300) 사이의 공간을 빈 공간 없이 밀폐할 수 있다. 본 발명에 따른 차량용 고압용기는 인서트사출에 의해 성형되는 것이기 때문에 실제로 분해가 어렵지만, 도 3의 경우 각 구성을 좀 더 쉽게 이해할 수 있도록 각 구성을 나누어 표현한 것이다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리는, 보스(100)의 경우 알루미늄합금재질로 구성될 수 있으며, 인서트(300)의 경우 스테인리스스틸 재질로 구성될 수 있다. 알루미늄합금재질은 강도가 우수하기 때문에 보스(100)가 알루미늄합금 재질로 구성되는 경우에는 차량용 고압용기의 외부 충격에 의해서도 쉽게 찌그러지거나, 크랙이 발생하지 않으므로 수소 기체가 충전되어 있는 차량용 고압용기의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 스테인리스스틸은 내구성이 높고 열전도율이 높지 않으므로, 인서트(300)가 스테인리스스틸 재질로 구성되는 경우에는 고압용기의 내부압력에 의해서도 변형이 일어나지 않으며, 플라스틱 재질의 보스 커넥터(200)와 함께 고압용기 외부와의 열교환을 차단하기 때문에 차량용 고압용기의 저온 상태가 유지되게 할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리 구조를 취하는 경우에 수소 기체의 누출을 막아 수소 기체의 손실을 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 수소 기체의 누출을 방지하여 차량용 고압용기의 안정성이 향상되는 장점이 있다.
본 발명의 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.
100 : 보스 200 : 보스 커넥터
220 : 플랜지 250 : 돌출부
300 : 인서트 320 : 실링부
360 : 고정부

Claims (10)

  1. 고압용기의 주입부에 위치되며, 노즐이 삽입되는 노즐관통홀이 상하방향으로 연장되도록 형성된 금속재질의 보스;
    보스의 하부에 결합되며, 중앙부에 노즐관통홀과 연통된 연통홀이 형성되고 연통홀의 테두리에서 상방으로 연장된 기둥 형상의 플랜지가 형성되며, 보스의 하단면에의 결합시 플랜지가 노즐관통홀의 하부에 삽입되어 플랜지의 내측면이 노즐의 하단부 외측면을 감싸는 플라스틱 재질의 보스 커넥터; 및
    보스 커넥터의 하부에 결합되며, 플랜지의 하부에 삽입되어 플랜지 하부의 내측면을 두르며 노즐에 의해 관통되는 링 형상의 실링부가 형성된 금속재질의 인서트;를 포함하고,
    실링부는 노즐에 마련된 하부실링과 접촉되고 플랜지 내측면 중 인서트 상방의 노출되는 부분은 노즐의 하부실링 상방에 마련된 상부실링과 접촉된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서,
    실링부의 상단면은 내경부위가 외경부위보다 낮아지도록 테이퍼진 면인 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  3. 제 1항에 있어서,
    인서트는 실링부의 하단에서 외측으로 연장되며 보스 커넥터의 하단을 감싸는 고정부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  4. 제 3항에 있어서,
    고정부는 실링부의 하단에서 외측 측방으로 절곡된 연장부분 및 연장부분에서 상방으로 절곡되며 보스 커넥터에 삽입된 삽입부분으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  5. 제 4항에 있어서,
    고정부의 삽입부분은 삽입부분의 상단에서 외측으로 절곡되어 굽은 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  6. 제 4항에 있어서,
    보스 커넥터는 플랜지의 하단에서 외측으로 연장되며 보스의 하단을 감싸는 결합부가 형성되고, 고정부의 연장부분은 결합부의 하단을 감싸고 삽입부분은 결합부에 삽입된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  7. 제 6항에 있어서,
    결합부에는 플랜지와 이격된 외측에서 상방으로 돌출되며 보스에 삽입된 돌출부가 형성되고, 고정부의 삽입부분은 돌출부에 삽입된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  8. 제 1항에 있어서,
    보스의 노즐관통홀의 내측면은 노즐과의 체결을 위한 나사산이 상하 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  9. 제 1항에 있어서,
    플라스틱 재질의 보스 커넥터는 금속재질의 보스와 인서트 사이에 인서트사출된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
  10. 제 1항에 있어서,
    보스는 알루미늄합금 재질이고, 인서트는 스테인리스스틸 재질인 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기의 주입부 어셈블리.
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