KR102273246B1 - 압력용기용 처짐 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력용기용 처짐 방지 장치에 관한 것으로서, 지지판; 압력용기 하면의 중앙영역을 지지할 수 있도록 지지판의 상면에 한 쌍으로 구비되어 서로 마주보도록 배치되는 지지부; 및 지지판의 폭방향으로 한 쌍의 지지부를 서로 연결하여 섬유의 두께에 따라 지지부의 이웃하는 거리를 가변적으로 조정하는 거리조정부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 장지간의 압력용기를 섬유로 와인딩할 때에 압력용기의 자중과 와인딩에 의해서 발생할 수 있는 압력용기의 처짐을 방지하여 섬유로 와인딩 보강되는 압력용기의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 와인딩이 완료된 후에 표면에 묻어 있는 레진을 효과적으로 제거할 수 있어 보강의 두께를 일정하게 유지시킬 수 있다.

Description

압력용기용 처짐 방지 장치{Apparatus for preventing deflection of pressure tank}

본 발명은 압력용기용 처짐 방지 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 장지간의 압력용기를 섬유로 권취할 때에 압력용기에 발생할 수 있는 처짐을 방지할 수 있는 압력용기용 처짐 방지 장치에 관한 것이다.

탄소섬유는 경량이면서 높은 인장강도 및 낮은 열팽창성 등의 장점이 있어 항공우주, 군사, 자동차 및 토목건축 등에 널리 사용되고 있는 소재중의 하나이다.

이러한 탄소섬유를 이용하여 8m 이상의 장지간 압력용기(a)를 회전맨드릴(b) 고정하여 보강할 수 있다. 이때, 장지간의 압력용기(a)는 양단이 회전맨드릴(b)에 고정된 상태로 회전하면서 섬유공급부(c)에서 공급되는 섬유가 레진배스(d)를 따라 이동하면서 압력용기(a)를 권취하여 보강하게 된다. 하지만, 장지간 압력용기(a)는 회전맨드릴에만 단순 지지되어 회전되기 때문에 도 1의 (b)와 같이 특정한 방향(특히, 하방향)으로 변형이 생기는 문제점이 발생할 수 있다.

이와 같이, 변형을 방지하기 위해서는 회전속도에 변화를 주거나 탄소섬유의 인장력의 변화를 고려할 수 있지만, 이와 같은 회전속도 및 인장력에 변화를 주는 것은 그 제어방법이 매우 힘들고 어려운 측면이 있다. 따라서, 이러한 상태에서는 압력용기에 탄소섬유를 견고하게 밀착시키면서 일정하게 권취하기 때문에 소정의 강도에 해당하는 압력용기를 제조하기에 어려운 측면이 있어 효과적으로 탄소섬유를 와인딩할 수 있는 기술의 필요성이 증대하고 있다.

(한국공개특허 제1998-0701932호, 1998년 6월 25일)

본 발명의 목적은 압력용기를 섬유로 권취할 때에 압력용기에 발생할 수 있는 처짐을 방지하여 압력용기의 제품품질을 향상시킬 수 있는 압력용기용 처짐 방지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 회전하는 압력용기를 섬유로 와인딩할 때에 발생할 수 있는 압력용기의 처짐을 방지하는 압력용기의 처짐 방지 장치는 지지판; 압력용기 하면을 지지할 수 있도록 지지판의 상면에 한 쌍으로 구비되어 서로 마주보도록 배치되는 지지부; 및 지지판의 폭방향으로 한 쌍의 지지부를 서로 연결하여 섬유의 두께에 따라 지지부의 이웃하는 거리를 가변적으로 조정하는 거리조정부;를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 지지부는 소정거리 이격되어 서로 마주보도록 배치되어지지판의 폭방향을 따라 가변적으로 슬라이딩 이동하며, 상측으로 첨두형상으로 연장되는 지지구; 및 지지구의 종단에 회전가능하게 결합되어 압력용기에 와인딩되는 섬유와 맞닿아서 압력용기에 와인딩되는 섬유의 밀착성능을 증대시키는 회전롤러;를 구비할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 거리조정부는 지지구를 결합하여 지지판의 폭방향을 따라 지지구를 이동시키는 서보모터를 구비할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 섬유로 와인딩되는 압력용기의 하방향 처짐을 실시간으로 모니터링하는 모니터링부를 더 포함하며, 모니터링부는 압력용기의 하방향 처짐이 감지되면, 경고신호를 생성하고 지지부의 서로 이웃하는 거리 및 지지판의 높낮이 중 적어도 하나 이상을 제어하여 압력용기의 하방향 처짐을 제어할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 압력용기는 8m 이상의 장지간 압력용기로 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 섬유는 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 압력용기용 처짐 방지 장치는 장지간의 압력용기를 섬유로 와인딩할 때에 압력용기의 자중과 와인딩에 의해서 발생할 수 있는 압력용기의 처짐을 방지하여 섬유로 와인딩 보강되는 압력용기의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 와인딩이 완료된 후에 표면에 묻어 있는 레진을 효과적으로 제거할 수 있어 보강의 두께를 일정하게 유지시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 장지간 압력용기가 와인딩으로 인해 압력용기의 중앙영역에 처짐이 발생하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 압력용기용 처짐 방지 장치의 측면도이다.
도 3은 도 2를 'A'방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 변형 실시예에 압력용기용 처짐 방지 장치의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압력용기용 처짐 방지 장치의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압력용기용 처짐 방지 장치의 모니터링부의 정합 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 실시예에 압력용기용 처짐 방지 장치의 측면도이며, 도 3은 도 2를 'A'방향에서 바라본 도면이다.

도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력용기용 처짐 방지 장치는 지지판(110), 지지부(120), 거리조정부(130) 및 모니터링부(140)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서 언급되는 섬유는 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유 중 어느 하나로 형성될 수 있는 것으로서, 그 섬유가 이에 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 발명은 바람직하게는 8m 이상의 장지간으로 형성되어 자중에 의해서 중앙에서 쉽게 처짐이 발생할 수 있는 압력용기에 적용하는 것이 바람직하다.

지지판(110)은 압력용기(1)의 축방향을 따라 일방향으로 연장되며, 압력용기(1)의 하측에서 이격 배치되고, 지지부(120)를 통해 전달되는 압력용기(1)의 자중 및 회전력을 지지한다.

이때, 지지판(110)은 도 2의 (b) 및 (c)와 같이 압력용기(1)의 축방향을 따라 전후로 직진 운동할 수 있다. 지지판(110)이 축방향을 따라 전후로 이동하게 되면, 지지판(110)에 결합되어 있는 지지부(120)는 압력용기(1)의 하면과 밀착된 상태로 전후로 이동하면서 압력용기(1)에 묻어 있는 레진을 제거하게 된다. 이때, 지지부(120)의 서로 이웃하는 거리는 최대한 좁혀진 상태인 것이 바람직하다.

만약, 레진은 빠르게 굳는 성질이 있기 때문에 레진이 바로 제거되지 않으면, 레진이 압력용기의 하방향을 따라 흘러내리면서 굳어지게 되어 압력용기의 하측면이 상측에 비해서 상대적으로 두꺼워지게 되어 균일한 성형품을 얻지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

종래에는, 회전에 의한 탈수의 방법을 통해 레진을 제거하는 방법을 적용하였으나, 회전에 의한 탈수의 방법을 적용하기 위해서는 둘레방향을 따라 탈수에 의해 분산되는 레진을 막기 위한 추가적인 보호구가 필요할 뿐만 아니라, 섬유가 공급되는 위치는 보호구를 설치할 수 없기 때문에 하방향으로 집중되는 레진을 제거하기 어려운 측면이 있었다.

반면, 본 발명은 전술한 바와 같이, 지지판(110)의 슬라이딩 구동을 통해 레진을 간편하게 제거할 수 있어 압력용기(1)의 품질을 크게 향상시킬 수 있다.

이에 더하여, 지지판(110)의 구동을 통해 회수되는 레진은 다시 레진배스(미표시)로 이동할 수 있다. 이때, 레진의 농도/온도가 초기에 비해서 굳어진 것을 고려하여 이송로를 따라 열원을 제공하는 가열부를 구비하여 회수되는 레진을 기설정된 농도/온도로 복원시킬 수 있다.

지지부(120)는 압력용기(1) 하면을 지지할 수 있도록 지지판(110)의 양단에 각각 구비되어 압력용기(1)를 지지함으로써 8m 장지간으로 형성되는 압력용기(1)에서 발생할 수 있는 자중에 의한 처짐을 방지할 수 있는 것으로서, 지지구(121) 및 회전롤러(122)를 구비한다. 지지구(121)는 압력용기(1) 하면의 중앙영역을 지지할 수 있도록 내측에 배치되었으나, 그 위치가 도 4와 같이 형성될 수 있는 것으로서, 지지구(121)의 위치가 중앙영역을 지지할 수 있는 위치로 제한되는 것은 아니다.

지지구(121)는 소정거리 이격되어 서로 마주보도록 배치되어 지지판(110)의 폭방향을 따라 가변적으로 슬라이딩 이동하며, 상측이 첨두형상으로 연장된다. 지지구(121)는 대략적으로 직각삼각형 형상으로 형성될 수 있으며, 수직으로 연장된 양측면이 서로 마주보도록 배치되어 지지판(110)의 상면에서 슬라이딩 구동하게 된다.

이때, 지지구(121)는 보다 안정적인 슬라이딩 구동을 위해서 지지판(110)에 장구형상의 끼움결합을 통해 결합될 수 있다. 따라서 지지구(121)는 폭방향을 따라 흔들림 없이 안정적이 슬라이딩 구동할 수 있다.

회전롤러(122)는 직각삼각형으로 형성된 지지구(121)의 첨두에 회전가능하게 결합된다. 이때, 회전롤러(122)는 양단이 한 쌍으로 구비되는 지지구(121)에 각각 결합된다. 따라서 회전롤러(122)는 길이방향을 따라 지지구(121) 사이에 위치하는 압력용기(1)의 외주면과 맞닿게 되어 압력용기(1)에 와인딩되는 섬유의 밀착성능을 증대시킬 수 있게 된다.

거리조정부(130)는 지지판(110)의 폭방향으로 한 쌍의 지지부(120)를 서로 연결하여 섬유의 두께에 따라 지지부(120)의 이웃하는 거리를 지지판(110)의 폭방향을 따라 가변적으로 조정하는 것으로서, 연결축(131) 및 서보모터(132)를 구비할 수 있다.

연결축(131)은 서로 이웃하여 배치되는 한 쌍의 지지판(110) 사이에 배치되고, 연결축(131)에 나사산이 형성된다. 그리고, 서보모터(132)를 중심으로 좌측과 우측에 나사산이 서로 반대방향으로 형성되어 서보모터(132)의 구동에 따라 연결축(131)에 연결된 한 쌍의 지지판(110)이 서로 가까워지거나 멀어지도록 구동될 수 있다.

거리조정부(130)는 섬유의 두께가 두꺼울수록 서로 이웃하는 거리가 멀어지도록 조정하고, 섬유의 두께가 가늘수록 서로 이웃하는 거리가 좁아지도록 조정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 변형 실시예에 압력용기용 처짐 방지 장치의 측면도이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 압력용기용 처짐 방지 장치는 압력용기의 하면 전체를 지지할 수 있도록 형성될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압력용기용 처짐 방지 장치의 블록도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압력용기용 처짐 방지 장치의 모니터링부의 정합 개념도이다.

도 5 내지 6을 참조하여 설명하면, 모니터링부(140)는 섬유로 와인딩되는 압력용기(1)의 하방향 처짐을 실시간으로 모니터링하여 경고신호를 생성하고 지지부의 서로 이웃하는 거리 및 지지판의 높낮이 중 적어도 하나 이상을 제어하여 압력용기의 하방향 처짐을 제어하는 것으로서, 촬영부(141), 영상저장부(142), 영상판독부(143) 및 작동제어부(144)를 구비할 수 있다.

촬영부(141)는 한 쌍의 지지부(120)와 지지부(120) 내측에 위치하는 압력용기(1)를 촬영하는 것으로서, 압력용기(1)에 섬유를 공급하는 타측면에 배치될 수 있다. 그리고, 기설정된 시간간격으로 지지부(120)와 압력용기(1)를 촬영하게 된다.

영상저장부(142)는 촬영부(141)를 통해 촬영되는 압력용기(1)의 복수의 사진을 저장한다. 이때, 처음에 찍힌 영상을 기준영상으로, 기준영상으로부터 시간이 경과한 뒤에 찍힌 영상을 비교영상으로 설정하여 순차적으로 저장한다.

영상판독부(143)는 기준영상에서 지지부(120)와 한 쌍의 지지부(120) 내측에 위치하는 압력용기가 포함되도록 이미지를 추출하여 기준이미지(IM1)를 획득한다. 그다음으로, 비교영상에서 지지부(120)가 포함되며, 한 쌍의 지지부(120) 내측에 위치하는 압력용기가 포함되도록 이미지를 추출하여 비교이미지(IM2)를 획득한다.

그리고, 기준이미지(IM1)와 비교이미지(IM2)를 정합시킨다. 이때, 기준이미지(IM1)와 비교이미지(IM2)는 지지부(120)의 하면을 기준점으로 해서 정합시킨다. 따라서, 비교이미지(IM2)는 섬유가 와인딩된 상태이기 때문에 기준이미지(IM1)에 비해서 상대적으로 두껍게 형성되며, 두껍게 형성된 이미지의 상태를 바탕으로 두 이미지를 비교하여 휨 상태를 판별하게 된다.

이를 위해서, 영상판독부(143)는 기준이미지(IM1)와 비교이미지(IM2)의 변화를 확인하기 위해서 각 이미지내에 제1, 제2 및 제3의 3개의 비교점을 형성한다. 더욱 구체적으로는, 제1 비교점은 압력용기의 중앙에, 그리고 나머지 2개의 비교점은 제1 비교점을 중심으로 한 쌍의 지지부(120) 내측에 인접하여 형성한다.

영상판독부(143)는 제1 비교점 내지 제3 비교점에서의 높이변화를 확인하고, 각 비교점내에서 높이변화의 차이가 있는지 확인한다.

먼저, 도 5 (a)와 같이 제1 비교점 내지 제3 비교점에서 δ1과 δ2 및 δ3의 차이가 거의 없이 기설정된 범위 이내에 있는 것으로 판단되면, 압력용기에 변형이 발생하지 않은 것으로 판단한다. 하지만, 도 5 (b)와 같이 δ1의 차이가 δ2 및 δ3에 비해서 상대적으로 작게 나타나 기준값 이상으로 변위 차이가 발생한 것으로 나타나면, 경고신호를 생성하고 지지부(120)의 서로 이웃하는 거리 및 지지판(110)의 높낮이 중 적어도 하나 이상을 제어하여 압력용기(1)의 하방향 처짐을 제어한다.

본 발명에 의한 압력용기용 처짐 방지 장치는 장지간의 압력용기를 섬유로 와인딩할 때에 압력용기의 자중과 와인딩에 의해서 발생할 수 있는 압력용기의 처짐을 방지하여 섬유로 와인딩 보강되는 압력용기의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 와인딩이 완료된 후에 표면에 묻어 있는 레진을 효과적으로 제거할 수 있어 보강의 두께를 일정하게 유지시킬 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

110 : 지지판 120 : 지지부
121 : 지지구 122 : 회전롤러
130 : 거리조정부 131 : 연결축
132 : 서보모터 140 : 모니터링부
141 : 촬영부 142 : 영상저장부
143 : 영상판독부 144 : 작동제어부

Claims (6)

1. 회전하는 압력용기를 섬유로 와인딩할 때에 발생할 수 있는 상기 압력용기의 처짐을 방지하는 압력용기의 처짐 방지 장치에 있어서,
   지지판;
   상기 압력용기의 하면을 지지할 수 있도록 상기 지지판의 상면에 한 쌍으로 구비되는 지지부;
   상기 지지판의 폭방향으로 상기 한 쌍의 지지부를 서로 연결하여 상기 섬유의 두께에 따라 상기 지지부의 이웃하는 거리를 가변적으로 조정하는 거리조정부; 및
   상기 섬유로 와인딩되는 상기 압력용기의 하방향 처짐을 실시간으로 모니터링하는 모니터링부;를 포함하며,
   상기 모니터링부는 상기 한 쌍의 지지부와 상기 지지부 내측에 위치하는 압력용기를 촬영하는 촬영부, 상기 촬영부를 통해 촬영되는 압력용기의 복수의 사진을 저장하는 영상저장부, 기준영상에서 지지부와 한 쌍의 지지부 내측에 위치하는 압력용기가 포함되도록 이미지를 추출하여 기준이미지(IM1)를 획득하는 영상판독부 및 작동제어부를 구비하고,
   상기 영상판독부는 기준이미지(IM1)와 비교이미지(IM2)의 변화를 확인하기 위해서 각 이미지 내에 압력용기의 중앙에 위치한 제1 비교점, 상기 제1 비교점을 중심으로 상기 한 쌍의 지지부 내측에 인접하여 형성한 제2 및 제3의 비교점 내에서 각각의 높이변화(δ1 내지 δ3)에의 차이가 있는지 확인하고,
   상기 제1 비교점의 높이변화(δ1)의 차이가 제2,3 비교점의 높이변화(δ2,δ3)에 비해서 상대적으로 작게 나타나 기준값 이상으로 변위 차이가 발생한 것으로 나타나면, 경고신호를 생성하고 지지부의 서로 이웃하는 거리 및 지지판의 높낮이 중 적어도 하나 이상을 제어하여 상기 압력용기의 하방향 처짐을 제어하며,
   상기 지지판은,
   상기 압력용기의 축방향을 따라 전후로 이동하면서, 상기 지지판에 결합되어 있는 상기 지지부가 상기 압력용기의 하면과 밀착된 상태로 전후로 이동하면서 압력용기에 묻어 있는 레진을 제거하며,
   상기 지지판의 구동을 통해 회수되는 레진은 레진배스로 이동하며, 상기 레진배스로 이동한 레진의 농도/온도가 초기에 비해서 굳어진 것을 고려하여 이송로를 따라 열원을 제공하여 회수되는 레진을 기설정된 농도/온도로 복원로 복원시키는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기의 처짐 방지 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지부는,
   소정거리 이격되어 서로 마주보도록 배치되어 상기 지지판의 폭방향을 따라 가변적으로 슬라이딩 이동하며, 상측이 첨두형상으로 연장되는 지지구; 및
   상기 지지구의 종단에 회전가능하게 결합되어 상기 압력용기에 와인딩되는 섬유와 맞닿아서 상기 압력용기에 와인딩되는 섬유의 밀착성능을 증대시키는 회전롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력용기의 처짐 방지 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 거리조정부는,
   상기 지지구를 결합하여 상기 지지판의 폭방향을 따라 상기 지지구를 이동시키는 서보모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력용기의 처짐 방지 장치.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 압력용기는,
   8m 이상의 장지간 압력용기인 것을 특징으로 하는 압력용기의 처짐 방지 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 섬유는,
   탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드섬유 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압력용기의 처짐 방지 장치.

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