KR102330581B1 - 고압가스용기 - Google Patents

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KR102330581B1
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Abstract

본 발명은 가스를 고압으로 충전하여 보관할 수 있는 고압가스용기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 고압가스용기는 가스가 충전되는 원통형상의 양측 또는 양측 중 어느 한 측이 개방된 형태의 용기본체, 상기 용기본체의 반경방향 둘레에 권취하여 상기 용기본체의 강성을 보강하는 용기보강와이어, 상기 용기본체의 개방된 측단에 결합되어 상기 용기본체를 밀폐하며 충전되는 가스에 대해 내부식성을 갖는 재료로 형성되는 용기뚜껑, 상기 용기뚜껑보다 저렴한 내부식성을 갖지 않는 재료로 형성되고 상기 용기뚜껑에 안착에 안착되며 상기 용기뚜껑의 외측으로 볼록한 곡면을 갖는 요크, 및 상기 용기뚜껑이 상기 용기본체의 충전된 가스의 압력에 의해 분리되는 것을 방지하도록 상기 용기본체의 길이방향 듈레에 상기 요크를 경유하여 권취되는 뚜껑보강와이어를 포함한다. 따라서, 제작비용을 절감하고, 내구성을 증대시킬 수 있다.

Description

고압가스용기{High pressure gas container}
본 발명은 가스를 고압으로 충전하여 보관할 수 있는 고압가스용기에 관한 것이다.
일반적인 가스용기는 가스를 충전하도록 금속재 라이너로 형성되는 데, 고압으로 가스를 충전하기 위해서는 금속재의 한계로 인해 라이너의 재질을 변경하거나, 라이너에 보강재를 설치하였다.
그러나, 보강재를 설치하거나, 라이너의 재질을 변경하더라도 가스의 충전압력이 한계가 높지 않기 때문에 부피대비 충전량이 많지 않은 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 종래에는 한국등록특허공보 제10-1925679호(2018.12.06.공고)의 "와이어 감은 압력용기"가 개시된 바가 있다.
상기한 종래의 와이어 감은 압력용기는 양단 덮개와 단면 형상이 길이방향을 따라 일정한 실린더로 이루어지는 압력용기에 있어서, 원통형 실린더, 실린더 양단을 막아주는 반원통형 형상을 가진 덮개 및 실링재 및 내압이 가해질 때 실린더의 원주방향 팽창력을 견디는 다층의 와이어 및 내압이 가해질 때 양단부의 덮개에 축방향 작용력을 견디는 다층의 와이어로 구성되는 압력용기에서 상기 실린더 및 덮개로 이루어진 압력용기는 모든 축 방향 감긴 와이어가 나선각이 없거나 동일한 나선각이며 와이어의 양단 덮개와의 접촉면이 직선으로 감김으로서 와이어의 전 폭에 걸쳐 동일한 변형율이 가능한 구조로 구성되었다.
이러한 구성의 종래의 와이어 감은 압력용기는 각 부재의 제작 시 내외, 전후 가 접근성 있는 구조가 됨으로서 부재의 제작 작업이 용이하고, 부재들의 결합에 용접이 이용되지 않음으로써 부재의 물성감소나, 그로 인한 열처리, 비파괴 검사 등이 불필요하고 필요한 부재만 교체가 가능하여 유지, 보수가 용이하고 제작 및 관리 비용을 절감할 수 있었다.
하지만, 종래의 와이어 감은 압력용기는 용기를 부식시키는 가스 예컨대 수소와 같이 수소취성을 갖는 가스를 충전할 경우에는 수소가 용기와 뚜껑에 접촉되면서 수소취성에 의해 용기와 뚜껑이 손상되기 때문에 수소취성을 갖는 재료로 제작해야하지만, 뚜껑에 와이어를 권취하는 구조를 갖기 때문에 제작이 어려울 뿐만 아니라, 뚜껑의 크기가 커 제작비용이 증대되는 문제점이 있었다.
또한, 뚜껑에 수소취성이 발생하는 경우, 뚜껑 전체를 교체해야하기 때문에 교체비용이 증가되며, 교체작업이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
또한, 뚜껑보강와이어를 해제해야만 용기의 내부확인이 가능하기 때문에 용기의 점검이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 용기뚜껑에 뚜껑보강와이어가 권취되는 요크를 분리하여 용기뚜껑은 내부식성을 갖는 재료로 형성하고 요크는 내부식성을 갖지 않는 재료로 형성할 수 있어 제작비용을 감소시킬 수 있으며, 용기뚜껑과 요크 중 어느 하나가 손상되는 경우, 손상되는 구성만을 교체함으로써, 교체에 따른 유지보수비용을 절감시킬 수 있고, 뚜껑보강와이어가 감긴 상태에서 요크의 사이를 강제적으로 벌려 용기뚜껑이 결합된 용기본체를 분리할 수 있기 때문에 용기본체의 검사를 용이하게 수행할 수 있는 고압가스용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 컬럼이 없이 설치되기 때문에 제작비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제작공정을 단축시킬 수 있으며, 용기보강와이어를 권취하기 위해 용기에 설치되는 용기플랜지부에 플랜지보강와이어를 권취하여 용기보강와이어에서 제공되는 응력을 용기플랜지부에서도 제공함으로써, 서로 다른 응력에 의해 크랙이 발생하여 내구성이 하락되는 것을 방지할 수 있는 고압가스용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 요크의 직교되는 방향으로 보강돌출부를 형성하여 균일한 압력에 의해 용기뚜껑을 지지하여 용기뚜껑의 내구성이 하락되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 보강와이어 및 제2 보강와이어가 요크에 교차되도록 설치되어 용기뚜껑에 균일한 응력을 부가하여 용기뚜껑의 두께를 줄여 제조비용을 감소시킬 수 있는 고압가스용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고압가스용기는 가스가 충전되는 원통형상의 양측 또는 양측 중 어느 한 측이 개방된 형태의 용기본체, 상기 용기본체의 반경방향 둘레에 권취하여 상기 용기본체의 강성을 보강하는 용기보강와이어, 상기 용기본체의 개방된 측단에 결합되어 상기 용기본체를 밀폐하며 충전되는 가스에 대해 내부식성을 갖는 재료로 형성되는 용기뚜껑, 상기 용기뚜껑보다 저렴한 내부식성을 갖지 않는 재료로 형성되고 상기 용기뚜껑에 안착에 안착되며 상기 용기뚜껑의 외측으로 볼록한 곡면을 갖는 요크, 및 상기 용기뚜껑이 상기 용기본체의 충전된 가스의 압력에 의해 분리되는 것을 방지하도록 상기 용기본체의 길이방향 둘레에 상기 요크를 경유하여 권취되는 뚜껑보강와이어를 포함한다.
상기 가스는 수소이며, 상기 내부식성은 내수소취성일 수 있다.
상기 용기본체의 양측에 위치되는 상기 요크의 사이를 지지하는 컬럼이 없다.
상기 용기본체의 양단에 각각 설치되어 상기 용기보강와이어를 상기 용기본체에서 감을 때, 상기 용기본체의 양단부로 상기 용기보강와이어가 이탈되는 것을 방지하는 용기플랜지부를 포함하고, 상기 용기플랜지부는 상기 용기보강와이어에 의해 상기 용기본체에 가해지는 응력과 동일한 응력이 가해지도록 플랜지보강와이어를 권취하여 형성할 수 있다.
상기 용기플랜지부는 상기 플랜지보강와이어가 권취되는 플랜지홈이 형성된 플랜지브래킷을 포함할 수 있다.
상기 요크는 상기 용기뚜겅에 응력을 분산시켜 전달하도록 상기 요크에 대해 직교된 방향으로 돌출되어 상기 용기뚜껑에 지지되는 보강돌출부를 포함할 수 있다.
상기 뚜껑보강와이어는 상기 용기본체의 길이방향의 둘레에 상기 요크를 경유하여 권취되는 제1 보강와이어, 및 상기 제1 보강와이어에 직교되어 상기 용기본체의 길이방향의 둘레에 요크를 경유하도록 권취되는 제2 보강와이어를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용기뚜껑에 뚜껑보강와이어를 지지하는 요크를 설치하여 용기뚜껑은 충전되는 가스에 의한 내부식성을 갖는 재료로 형성하고, 요크는 내부식성을 갖지 않는 재료로 형성할 수 있기 때문에 제작비용을 대폭 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 용기뚜껑과 요크가 분리되어 용기뚜껑 또는 요크의 손상 시 어느 하나만 교체함으로써, 교체비용을 절감시킬 수 있으며, 요크의 사이를 강제적으로 이격시켜 내부에 위치하는 용기뚜껑이 결합된 용기본체를 분리하여 점검할 수 있다.
또한, 용기본체에서 용기보강와이어의 이탈을 방지하기 위한 용기플랜지부를 플랜지보강와이어를 권취하여 제작함으로써, 용기보강와이어와 용기플랜지부에서 용기본체에 유사한 응력을 제공하기 때문에 용기보강와이어와 용기플랜지부의 사이에서 균열이 발생하는 것을 억제하여 용기본체의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 요크를 지지하는 컬럼을 설치하지 않기 때문에 제작비용을 절감시킬 수 있으며, 제작공정을 단축시킬 수 있다.
또한, 요크에 직교된 방향으로 보강돌출부를 형성하여 용기뚜껑에 전체적으로 응력을 분산시켜 제공하기 때문에 불균일한 응력에 의해 용기뚜껑의 손상을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 요크를 제1 보강와이어와 제2 보강와이어에 의해 권취하여 용기뚜껑의 지지력을 향상시킴으로써, 용기뚜껑의 두께를 감소시켜 제작비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기를 일부 분해한 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기의 측단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 절단한 단면도로서, 제1 실시예의 평단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B선을 절단한 단면도로서, 제1 실시예의 정단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압가스용기를 일부 분해한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압가스용기의 측단면도이다.
도 7은 도 6의 C-C선을 절단한 단면도로서, 제2 실시예의 요크부분의 정단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 용기본체(110)를 포함할 수 있다.
용기본체(110)는 양단이 개구된 형태의 원통형상으로 형성되어 내부 공간에 가스를 충전할 수 있다.
여기서, 실시예에서 용기본체(110)는 양단을 개구한 형태로 구성하였지만, 어느 한 측단은 밀폐되고 다른 한 측단만 개구된 형태일 수도 있다.
용기본체(110)는 가스에 의한 내부식성을 갖는 재료로 형성될 수 있으며, 용기본체(110)는 이음매 없이 일체의 원통형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 가스가 수소인 경우, 내부식성은 내수소취성일 수 있으며, 용기본체(110)는 내수소취성을 갖는 재료 예컨대, 알루미늄, 티타늄, 탄소, 스테인리스강, 오스테나이트, 마르텐사이트 또는 이들의 계열을 갖는 금속 등으로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 용기본체(110)는 용기플랜지부(130)를 포함할 수 있다.
용기플랜지부(130)는 용기본체(110)에 하기에 설명할 용기보강와이어(120)를 권취(捲取)할 때, 용기보강와이어(120)가 용기본체(110)의 양단을 벗어나지 않도록 용기보강와이어(120)를 지지할 수 있다.
용기플랜지부(130)는 용기본체(110)의 양단에 설치될 수 있으며, 용기플랜지부(130)는 미리 제작된 후 용기본체(110)에 끼워져 용접되는 형태로 결합되거나, 용기본체(110)의 외면에 나사산을 형성하여 나사체결하는 형태로 결합할 수 있으며, 용기플랜지부(130)는 용기본체(110)를 돌출되도록 가공하는 형태로 용기본체(110)에 일체로 형성될 수도 있다.
일례의 용기플랜지부(130)는 링판형상으로 형성될 수 있다,
그러나, 용기플랜지부(130)를 일례와 같이 링판형상으로 형성할 경우, 용기본체(110)에서 용기보강와이어(120)를 감은 부분와 용기플랜지부(130)가 설치된 부분에 서로 응력이 달라 용기본체(110)에 고압으로 충전된 가스를 충방전하면서 용기본체(110)가 팽창과 수축을 반복하기 때문에 용기보강와이어(120)를 감은 부분과 용기플랜지부(130)가 설치된 부분에서 응력 차이로 인해 크랙이 발생하는 문제점이 있다.
이에 따라 본원발명은 용기플랜지부(130)를 하기의 다른 일례와 같이 플랜지보강와이어(133)를 권취하는 형태로 형성하여 용기보강와이어(120)를 감은 부분과 용기플랜지부(130)가 설치된 부분의 응력을 서로 유사하게 제공함으로써, 용기본체(110)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다른 일례의 용기플랜지부(130)는 플랜지브래킷(131) 및 플랜지보강와이어(133)를 포함할 수 있다.
플랜지브래킷(131)은 중앙부분이 용기본체(110)에 삽입되어 끼워지며, 플랜지브래킷(131)에는 용기본체(110)의 둘레방향으로 플랜지보강와이어(133)가 권취되어 삽이될 수 있는 플랜지홈이 형성될 수 있다.
플랜지브래킷(131)은 용기본체(110)에 미리 끼워진 상태에서 플랜지브래킷(131)의 플랜지홈에 플랜지보강와이어(133)를 권취하는 형태로 설치되어 플랜지보강와이어(133)의 응력에 의해 플랜지브래킷(131)이 용기본체(110)에서 가압되어 고정될 수 있다.
플랜지보강와이어(133)는 플랜지홈에 복수 회를 권취할 수 있는 크기로 형성될 수 있으며, 플랜지보강와이어(133)가 복수 개의 층을 이뤄 권취되어 삽입될 수 있는 깊이를 가질 수 있다.
플랜지보강와이어(133)는 하기에 설명할 용기보강와이어(120)와 동일한 형태, 크기 및 인장력을 갖는 와이어 일 수 있다.
다른 일례의 용기플랜지부(130)는 용기보강와이어(120)에 의해 용기본체(110)에 응력을 가하기 때문에 용기본체(110)에 감긴 용기보강와이어(120)에서 용기본체(110)로 제공되는 응력과 대응되는 응력을 제공하기 때문에 용기플랜지부(130)와 용기보강와이어(120)의 경계에서 서로 다른 응력에 의한 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 다른 고압가스용기(100)는 용기보강와이어(120)를 포함할 수 있다.
이 용기보강와이어(120)는 용기본체(110)의 둘레에 권취되어 용기본체(110)의 강성을 보강할 수 있다.
용기본체(110)에 면접촉하도록 띠형상으로 형성될 수 있다.
용기보강와이어(120)는 용기본체(110)의 양측에 위치하는 용기플랜지부(130)의 사이에서 용기본체(110)의 일측에서 타측까지 권취된 후 그 상부에서 다시 타측에서 일측까지 권취하고, 그 상면에 다시 일측에서 타측까지 하나의 용기보강와이어(120)를 연속하여 권취하는 형태로 복수 개의 층을 이루도록 권취될 수 있다.
이때, 하층과 상층간에 위치하는 용기보강와이어(120)는 서로 엇갈리도록 권취되어 균일한 응력을 용기본체(110)에 제공할 수 있다.
용기보강와이어(120)는 금속으로 형성될 수 있으며, 용기보강와이어(120)는 피아노선으로 구현될 수도 있으며, 용기보강와이어(120)에는 수분에 의한 부식을 방지하기 위해 코팅재가 코팅될 수 있다.
용기보강와이어(120)를 용기본체(110)에 감을 때에는 미리 설정된 인장력을 가지도록 용기보강와이어(120)를 당기며 용기본체(110)에 권취할 수 있다.
이때, 용기본체(110)는 고압으로 가스를 충전 시 용기본체(110)의 양단보다는 상대적으로 중앙부분에 더 큰 압력이 작용하기 때문에 용기보강와이어(120)를 용기본체(110)에 권취할 때, 용기본체(110)의 양단보다는 용기본체(110)의 중앙부분의 인장력이 더 세게 감아 중앙부분이 다른 부분보다 더 큰 응력을 미리 부여(프리스트레스,prestress)하도록 권취할 수 있다.
용기보강와이어(120)는 용기본체(110)에 권취되어 용기본체(110)에 응력을 제공하기 때문에 화재 또는 큰 압력이 작용하더라도 용기본체(110)에 크랙이 발생하면서, 가스가 유출될 뿐, 용기본체(110)가 폭발하지는 않는다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 용기뚜껑(140)을 포함할 수 있다.
이 용기뚜껑(140)은 용기본체(110)의 개구된 양단을 덮어 밀폐할 수 있다.
용기뚜껑(140)은 용기본체(110)의 개방된 상부에 안착되어 밀폐할 수 있으며, 용기뚜껑(140)에는 용기본체(110)의 내부에 일부 삽입되는 삽입부(141)가 용기뚜껑(140)의 중앙에서 돌출되어 용기본체(110)에 삽입부(141)가 삽입되어 끼워지는 형태로 용기본체(110)에 용기뚜껑(140)이 설치될 수 있다.
용기뚜껑(140)은 용기본체(110)에 충전되는 가스에 의한 내부식성을 갖는 재료로 형성될 수 있으며, 용기뚜껑(140)은 용기본체(110)와 동일한 재료로 형성될 수 있다.
용기뚜껑(140)은 기밀씰(145)을 포함할 수 있다.
이 기밀씰(145)은 용기뚜껑(140)과 용기본체(110)의 사이를 기밀하여 용기본체(110)에 충전된 가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
기밀씰(145)은 용기뚜껑(140)에서 삽입부(141)의 둘레에 끼워져 용기본체(110)의 내부로 삽입되는 형태로 용기본체(110)와 용기뚜껑(140)사이를 기밀할 수 있으며, 기밀씰(145)은 용기본체(110)의 압력에 의해 기밀성을 향상시키는 경사면에 의해 기밀성이 증대되거나, 탄성변형되면서 기밀성이 증대되는 복수 개의 씰을 설치하는 형태의 공지된 고압씰로 구현될 수 있다.
물론, 기밀씰(145)은 용기본체(110)의 상부에 안착되는 용기뚜껑(140)의 사이에 설치될 수도 있으며, 기밀씰(145)은 용기본체(110)의 상부 및 용기뚜껑(140)의 삽입부(141)에 설치되어 이중으로 기밀하는 형태로도 설치될 수 있다.
한편, 용기뚜껑(140)에는 용기본체(110)의 내부로 가스를 충전하기 위한 충전구 및 용기본체(110)의 충전된 가스압력이 미리 설정된 압력 이상으로 발생할 경우, 용기본체(110)의 폭발을 방지하기 위한 안전밸브 등이 설치될 수 있다.
이때, 주입구 및 안전밸브는 용기본체(110)의 양측단에 위치하는 용기뚜껑(140) 중 어느 하나 또는 둘 모두에 형성될 수 있으며, 어느 하나에는 주입구만 형성되고, 다른 하나에는 안전밸브가 설치되는 형태로도 구성할 수도 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 요크(150)를 포함할 수 있다.
이 요크(150)는 용기뚜껑(140)에 안착되어 용기뚜껑(140)을 하기에 설명할 뚜껑보강와이어(160)에 의해 용기뚜껑(140)을 지지할 수 있다.
요크(150)는 용기본체(110)에 용기보강와이어(120)가 권취되는 방향에 대해 직교되는 방향으로 두껑보강와이어가 권취될 때, 모서리가 없이 곡선으로 권취되도록 뚜껑보강와이어(160)의 권취를 가이드할 수 있다.
요크(150)는 용기뚜껑(140)에 중앙에 균일한 응력을 제공할 수 있도록 용기뚜껑(140)을 중심으로 미리 설정된 반경을 갖는 반원형상으로 형성될 수 있으며, 반원형태의 요크(150)의 평편한 면이 용기뚜껑(140)에 안착되고, 볼록한 곡면이 용기뚜껑(140)의 외측에 위치하여 볼록한 곡면에 뚜껑보강와이어(160)가 권취될 수 있다.
요크(150)의 외측 둘레에는 뚜껑보강와이어(160)가 권취되는 요크홈이 형성될 수 있다.
한편, 요크(150)는 용기뚜껑(140)에 안착되기 때문에 실질적으로 용기본체(110)에 충전되는 가스와 직접적으로 접촉할 필요가 없기 때문에 요크(150)는 내부식성을 갖는 재료로 형성할 필요는 없다.
즉, 종래와 같이 용기뚜껑(140)와 요크(150)를 내부식성 재료로 일체된 형태로 제작할 경우, 내부식성 재료가 일반 강의 재료보다는 더 비싸기 때문에 자작비용이 증대된다.
하지만, 실시예에서와 같이 요크(150)와 용기뚜껑(140)을 분리하여 제작할 경우에는 실질적으로 가스와 접촉하는 용기뚜껑(140)만 내부식성 재료로 형성하고, 요크(150)는 내부식성과는 상관없이 일반 강과 같은 재료를 사용함으로써, 제작비용을 대폭 감소시킬 수 있다.
더욱이 가스가 수소인 경우에는 내수소취성을 갖는 재료가 일반 강에 비해 몇 배는 비싸기 때문에 종래와 같이 요크(150)와 용기뚜껑(140)을 일체화된 형태로 제작할 경우, 제작비용이 대폭 증가된다.
이에 따라 실시예에서와 같이 요크(150)와 용기뚜껑(140)을 분리하여 제작하면, 서로 다른 재료로 제작할 수 있기 때문에 제작비용을 대폭 감축시킬 수 있다.
또한, 요크(150)가 용기뚜껑(140)과 분리됨으로써, 용기뚜껑(140) 또는 요크(150)에 부식이나 크랙이 발생하였을 요크(150)와 함께 용기뚜껑(140)을 교체할 필요 없이 용기뚜껑(140) 또는 요크(150)만을 교체할 수 있기 때문에 교체비용을 감소시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 뚜껑보강와이어(160)를 포함할 수 있다.
이 뚜껑보강와이어(160)는 용기본체(110)에 용기보강와이어(120)가 권취된 방향과 직교된 방향으로 용기본체(110)의 양측에 위치하는 요크(150)를 경유하도록 권취되어 용기본체(110)에서 용기뚜껑(140)이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
뚜껑보강와이어(160)는 인장력에 의해 요크(150)를 통해 용기뚜껑(140)에 응력을 부여하여 용기본체(110)에 가스가 고압으로 충전되더라도 용기뚜껑(140)이 용기본체(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
뚜껑보강와이어(160)는 용기보강와이어(120)와 동일한 재질, 동일한 형태로 형성될 수 있으며, 뚜껑보강와이어(160)도 피아노선으로 구현될 수 있다.
뚜껑보강와이어(160)는 용기보강와이어(120)보다 폭이나 두께는 서로 다를 수 있지만, 용기보강와이어(120)와 마찬가지로 띠 형상으로 형성될 수 있다.
뚜껑보강와이어(160)는 하나의 와이어를 나선의 형태로 밀착시켜 연속적으로 권취하는 형태로 요크(150)에 권취될 수 있으며, 뚜껑보강와이어(160)는 요크홈에 복수 개가 나란하게 권취된 후 상하방향으로 복수 개의 층을 이루도록 권취될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 컬럼(column)을 구성하진 않는다.
컬럼은 용기본체(110)의 양측에 위치하는 요크(150)의 사이에 삽입되어 요크(150)끼리를 지지하여 요크(150)의 간격을 일정간격 유지하도록 함으로써, 용기뚜껑(140)이 결합된 용기본체(110)를 요크(150)에서 분리할 수 있다.
그러나, 본 발명은 요크(150)에서 용기본체(110)를 분리할 필요가 없기 때문에 컬럼의 설치가 필요없다.
즉, 본 발명의 요크(150)는 컬럼에 의해 지지되는 것이 아니라, 용기뚜껑(140)의 상부에 직접적으로 안착되어 지지될 수 있으며, 컬럼을 설치하지 않기 때문에 제작비용을 대폭 감축시킬 수 있으며, 제작공정을 단순화시킬 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성간의 작용과 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 용기본체(110)의 양단에 용기플랜지부(130)가 설치되며, 용기플랜지부(130)는 플랜지홈이 둘레에 형성된 플랜지브래킷(131)을 용기본체(110)에 결합하고, 플랜지홈에 플랜지보강와이어(133)를 복수 개의 층을 이루도록 나선의 형태로 밀착시켜 연속적으로 권취한다.
용기본체(110)에 용기플랜지부(130)가 설치되면, 용기본체(110)의 양측 용기플랜지부(130)의 사이에 용기보강와이어(120)를 권취하며, 용기보강와이어(120)는 일단에서 타단으로 나선의 형태로 밀착시켜 연속적으로 권취한 후 다시 타단에서 일단을 향해 나선의 형태로 밀착시켜 권취하는 형태로 용기본체(110)에 전체적으로 권취한다.
이때, 용기보강와이어(120)는 미리 설정된 인장력을 부여하며 용기본체(110)에 권취될 수 있으며, 용기본체(110)의 양측단보다 중간부분이 더 큰 인장력을 가지도록 권취될 수 있다.
용기본체(110)에 용기보강와이어(120)가 권취되면, 용기본체(110)의 개방된 양측에 용기뚜껑(140)의 삽입부(141)를 삽입하는 형태로 용기뚜껑(140)을 끼우고, 요크(150)의 절단면이 용기뚜껑(140)에 안착되도록 양측 용기뚜껑(140)에 요크(150)를 각각 안착시킨다.
여기서, 삽입부(141)에는 기밀씰(145)이 설치되어 용기본체(110)에 삽입부(141)가 삽입되도록 용기뚜껑(140)을 안착시키면, 용기본체(110)와 용기뚜껑(140)의 사이에 기밀이 이루어져 용기본체(110)에 충전된 가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 용기뚜껑(140)에 안착된 요크(150)에는 용기본체(110)의 용기보강와이어(120)가 권취된 방향에 직교되는 방향으로 양측 요크(150)를 경유하도록 용기본체(110)의 길이방향의 둘레에 뚜껑보강와이어(160)를 권취한다.
이때, 용기뚜껑(140)과 요크(150)가 분리되기 때문에 용기뚜껑(140)과 요크(150)를 서로 다른 재료 예컨대, 용기뚜껑(140)은 내부식성을 갖는 재료를 사용하고 요크(150)는 일반적인 강재를 사용하여 제작비용을 감소시킬 수 있다.
이렇게 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 용기뚜껑(140)에 형성된 충전구를 통해 용기본체(110)의 내부로 가스를 충전하여 저장한다.
한편, 용기본체(110)에 가스를 충방전할 때, 가스의 압력에 의해 용기본체(110)가 팽창과 수축을 반복하는 데, 용기본체(110)의 둘레에는 용기보강와이어(120)가 권취되기 때문에 용기본체(110)의 둘레에서 용기본체(110)가 팽창하는 것을 억제하여 용기본체(110)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 용기플랜지부(130)에는 플랜지보강와이어(133)를 권취하여 보강하기 때문에 용기보강와이어(120)가 권취된 부분과 대응되는 응력을 용기본체(110)에 제공함으로써, 용기본체(110)에서 가스를 충방전하더라도 용기플랜지부(130)와 플랜지보강와이어(133)의 경계에서 서로 다른 응력에 의해 용기본체(110)에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 용기본체(110)에 가스가 충전되면, 용기뚜껑(140)에 가스의 압력이 전달되더라고 용기뚜껑(140)에 안착된 요크(150)에는 뚜껑보강와이어(160)가 권취되기 때문에 용기본체(110)에서 용기뚜껑(140)이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 용기뚜껑(140)와이어가 권취되는 요크(150)와 용기뚜껑(140)이 분리되기 때문에 용기뚜껑(140)은 가스에 대한 내부식성을 갖는 재료로 형성되고, 요크(150)는 일반적인 강재로 형성함으로써, 내부식성 재료의 사용을 최소화하여 제작비용을 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 용기뚜껑(140)에 직접적으로 뚜껑보강와이어(160)가 권취되는 것이 아니라, 요크(150)에 뚜껑보강와이어(160)가 권취되기 때문에 뚜껑보강와이어(160)를 해체하지 않고 요크(150)의 사이를 강제적으로 벌린 후 용기본체(110)와 뚜껑을 분리하여 유지보수가 용이한 이점이 있다.
또한, 요크(150)를 지지하는 컬럼이 없기 때문에 제작공정을 단순화할 수 있으며, 제작비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 용기플랜지부(130)에 플랜지보강와이어(133)가 권취되어 용기본체(110)에 용기플랜지부(130)가 위치한 부분과 용기보강와이어(120)가 권취된 부분에 유사한 응력을 제공하기 때문에 용기본체(110)에서 가스를 충방전함에 따라 서로 다른 응력에 의해 용기본체(110)에 크랙이 발생하는 것을 방지함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압가스용기(100)를 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 제1 실시예와 동일한 구성은 동일한 부호를 병기하고, 동일한 구성은 작용과 효과가 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 요크(150)와 뚜껑보강와이어(160)에 특징이 있다.
제2 실시예에 따른 요크(150)는 보강돌출부(155)를 더 포함할 수 있다.
보강돌출부(155)는 요크(150)와 용기뚜껑(140)의 접촉면을 넓혀 뚜껑보강와이어(160)에서 제공되는 응력을 용기뚜껑(140)에 분산시켜 제공할 수 있다.
보강돌출부(155)는 요크(150)의 중앙부분에서 요크(150)에 직교된 방향으로 양측으로 돌출되어 형성되어 요크(150)에 가해지는 응력을 분산시켜 용기뚜껑(140)을 지지함으로써, 용기뚜껑(140)의 지지력을 증대시킬 수 있다.
여기서, 요크(150)는 용기뚜껑(140)에 지지되는 폭만큼만 뚜껑보강와이어(160)의 응력이 제공되기 때문에, 요크(150)가 접촉되지 않는 부분은 응력이 제공되지 않아 용기본체(110)에 고압으로 가스를 충전할 경우, 용기뚜껑(140)에 가해지는 응력이 달라 용기뚜껑(140)에 크랙 등의 손상이 발생할 우려가 있다.
이에 따라 보강돌출부(155)는 용기뚜껑(140)과 요크(150)의 접촉면적을 넓히기 위해 요크(150)의 중앙부분에서 요크(150)의 양측을 돌출시켜 형성함으로써, 뚜껑보강와이어(160)에 응력을 분산시켜 용기뚜껑(140)에 제공하기 때문에 용기뚜껑(140)에 불균일한 응력에 의한 손상을 최소화하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
요크(150)의 양측으로 돌출되는 보강돌출부(155)는 요크(150)의 중앙에서 열십자 형태로 교차하여 형성한 것과 같이 요크(150)의 중앙을 향해 볼록한 형상을 가지도록 돌출형성될 수 있다.
그리고, 보강돌출부(155)의 외측 둘레에는 보강돌출부(155)의 둘레를 따라 돌출부홈이 형성될 수 있다.
제2 실시예에 따른 뚜껑보강와이어(160)는 제1 보강와이어(161) 및 제2 보강와이어(165)를 포함할 수 있다.
제1 보강와이어(161)는 용기본체(110)의 길이방향 둘레로 용기본체(110)의 양측에 위치한 요크(150)를 경유하도록 요크홈에 권취되어 용기본체(110)에서 용기뚜껑(140)의 이탈을 방지할 수 있다.
제1 보강와이어(161)와 마찬가지로 제2 보강와이어(165)는 용기본체(110)의 길이방향 둘레로 용기본체(110)의 양측에 위치한 요크(150)를 경유하도록 권취되는데, 제1 보강와이어(161)는 제2 보강와이어(165)에 용기본체(110)의 중심을 기준으로 교차되어 권취될 수 있다.
즉, 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)는 용기본체(110)의 둘레에 권취되어 용기뚜껑(140)을 지지하는 데, 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)는 용기본체(110)의 직경의 중앙을 중심으로 직교되도록 교차되어 요크(150)에 응력을 제공하여 용기뚜껑(140)을 지지할 수 있다.
제2 보강와이어(165)는 요크(150)에서 보강돌출부(155)의 돌출부홈에 권취되는 형태로 제1 보강와이어(161)에 대해 직교되어 권취될 수 있다.
한편, 제2 보강와이어(165)와 제2 보강와이어(165)는 용기본체(110)의 직경 중심에서 서로 겹쳐지지 않도록 요크(150)에서 요크홈과 보강돌출부(155)의 돌출부홈의 높낮이가 다르게 형성되거나, 서로 겹쳐지면서 교차되어 권취되도록 동일한 요크홈과 돌출부홈의 높이가 동일할 수도 있다.
여기서, 제1 보강와이어(161)의 내측으로 제2 보강와이어(165)가 지날 경우, 요크(150)에는 제2 보강와이어(165)가 직교되어 지나는 와이어홈이 형성될 수 있다.
도면에서는 요크홈과 돌출부홈의 높이를 달리하여 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)의 높낮이를 달리하여 서로 겹쳐지지 않도록 도시되었다.
여기서, 요크홈과 돌출부홈의 높이를 동일한 높이로 형성할 경우, 다층으로 권취되는 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)가 교차되어 권취되는 형태 예컨대, 제1 보강와이어(161)가 먼저 권취되는 경우, 그 상부에 제2 보강와이어(165)가 권취되고, 제2 보강와이어(165)의 상부에 제1 보강와이어(161)를 다시 권취하는 형태로 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)를 서로 겹쳐지도록 교차하여 권취할 수 있다.
요크(150)를 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)에 권취하기 때문에 용기뚜껑(140)에 균일한 응력을 전달하여 용기뚜껑(140)의 손상을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 용기뚜껑(140)의 두께를 감소시켜 제작비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 보강와이어(161) 또는 제2 보강와이어(165)가 끊어지더라도 용기뚜껑(140)을 나머지 하나에 의해 요크(150)가 지지되기 때문에 용기본체(110)에서 용기뚜껑(140)이 분리되는 것을 방지할 수 있다.
제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)는 단면이 원형이거나, 띠형태일 수 있으며 금속으로 형성될 수 있고, 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)를 권취할 때, 인장력을 부여하며 권취할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 용기본체(110)의 길이방향의 둘레로 용기본체(110)의 양측에 위치하는 요크(150)를 경유하도록 제1 보강와이어(161)를 권취하고, 제1 보강와이어(161)와 직교되도록 용기본체(110)의 길이방향의 둘레로 요크(150)의 보강돌출부(155)를 경유하도록 제2 보강와이어(165)를 권취한다.
이때, 요크(150)에 권취되는 제1 보강와이어(161) 또는 제2 보강와이어(165)는 요크홈 및 돌출부홈의 높낮이에 따라 둘 중 어느 하나가 먼저 권취되거나, 서로 겹쳐져 교차하도록 권취될 수도 있다.
다만, 제2 실시예에서와 같이 제1 보강와이어(161)와 제2 보강와이어(165)에 의해 요크(150)를 지지하도록 구성할 경우에는 요크(150)의 사이에서 용기본체(110)를 분리하기에는 어려움이 있을 수 있다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압가스용기(100)는 제1 실시예의 효과에 더해 요크(150)의 양측에서 보강돌출부(155)가 형성되기 때문에 용기뚜껑(140)에 균일한 압력을 제공하여 용기뚜껑(140)에 균열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 용기뚜껑(140)에 균일한 응력 때문에 용기뚜껑(140)의 두께를 감소시켜 제작비용을 절감할 수 있으며, 제1 보강와이어(161) 또는 제2 보강와이어(165) 중 어느 하나가 단선되더라도 용기뚜껑(140)을 지지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 고압가스용기 110: 용기본체
120: 용기보강와이어 130: 용기플랜지부
131: 플랜지브래킷 133: 플랜지보강와이어
140: 용기뚜껑 141: 삽입부
145: 기밀씰 150: 요크
155: 보강돌출부 160: 뚜껑보강와이어
161: 제1 보강와이어 165: 제2 보강와이어

Claims (7)

  1. 가스가 충전되는 원통형상의 양측 또는 양측 중 어느 한 측이 개방된 형태의 용기본체,
    상기 용기본체의 반경방향 둘레에 권취하여 상기 용기본체의 강성을 보강하는 용기보강와이어,
    상기 용기본체의 개방된 측단에 결합되어 상기 용기본체를 밀폐하며 충전되는 가스에 대해 내부식성을 갖는 재료로 형성되는 용기뚜껑,
    상기 용기뚜껑보다 저렴한 상기 가스에 대해 내부식성을 갖지 않는 재료로 형성되고 상기 용기뚜껑에 안착에 안착되며 상기 용기뚜껑의 외측으로 볼록한 곡면을 갖는 요크, 및
    상기 용기뚜껑이 상기 용기본체의 충전된 가스의 압력에 의해 분리되는 것을 방지하도록 상기 용기본체의 길이방향 둘레에 상기 요크를 경유하여 권취되는 뚜껑보강와이어를 포함하며,
    상기 가스는 수소이며, 상기 내부식성은 내수소취성이고,
    상기 뚜껑보강와이어는 상기 용기본체의 길이방향의 둘레에 상기 요크를 경유하여 권취되는 제1 보강와이어, 및 상기 제1 보강와이어에 직교되어 상기 용기본체의 길이방향의 둘레에 요크를 경유하도록 권취되는 제2 보강와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압가스용기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용기본체의 양측에 위치되는 상기 요크의 사이를 지지하는 컬럼이 없는 것을 특징으로 하는 고압가스용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용기본체의 양단에 각각 설치되어 상기 용기보강와이어를 상기 용기본체에서 감을 때, 상기 용기본체의 양단부로 상기 용기보강와이어가 이탈되는 것을 방지하는 용기플랜지부를 포함하고,
    상기 용기플랜지부는
    상기 용기보강와이어에 의해 상기 용기본체에 가해지는 응력과 동일한 응력이 가해지도록 플랜지보강와이어를 권취하여 형성한 것을 특징으로 하는 고압가스용기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용기플랜지부는
    상기 플랜지보강와이어가 권취되는 플랜지홈이 형성된 플랜지브래킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압가스용기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 요크는
    상기 용기뚜껑에 응력을 분산시켜 전달하도록 상기 요크에 대해 직교된 방향으로 돌출되어 상기 용기뚜껑에 지지되는 보강돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압가스용기.
  7. 삭제
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