KR102427309B1 - 수소압력용기 및 그 제조방법 - Google Patents

수소압력용기 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102427309B1
KR102427309B1 KR1020200158415A KR20200158415A KR102427309B1 KR 102427309 B1 KR102427309 B1 KR 102427309B1 KR 1020200158415 A KR1020200158415 A KR 1020200158415A KR 20200158415 A KR20200158415 A KR 20200158415A KR 102427309 B1 KR102427309 B1 KR 102427309B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
half body
inner bag
container frame
pressure vessel
inlet
Prior art date
Application number
KR1020200158415A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220072889A (ko
Inventor
김신
고관호
강정석
정근성
신현규
Original Assignee
재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 한국탄소산업진흥원 filed Critical 재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority to KR1020200158415A priority Critical patent/KR102427309B1/ko
Publication of KR20220072889A publication Critical patent/KR20220072889A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102427309B1 publication Critical patent/KR102427309B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02—Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04—Protecting sheathings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/002—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for vessels under pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0872—Prepregs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/05—Size
    • F17C2201/056—Small (<1 m3)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/01—Reinforcing or suspension means
    • F17C2203/011—Reinforcing means
    • F17C2203/012—Reinforcing means on or in the wall, e.g. ribs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0604—Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0602—Wall structures; Special features thereof
    • F17C2203/0612—Wall structures
    • F17C2203/0614—Single wall
    • F17C2203/0621—Single wall with three layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/0634—Materials for walls or layers thereof
    • F17C2203/0658—Synthetics
    • F17C2203/066—Plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/068—Special properties of materials for vessel walls
    • F17C2203/0685—Special properties of materials for vessel walls flexible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/21—Shaping processes
    • F17C2209/2154—Winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2209/00—Vessel construction, in particular methods of manufacturing
    • F17C2209/23—Manufacturing of particular parts or at special locations
    • F17C2209/232—Manufacturing of particular parts or at special locations of walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

본 발명은 종전 타입 5 수소압력용기에서, 수소기밀성 확보를 위한 라이너 대신 실리콘 이너백을 사용한다. 실리콘 이너백은 부피 팽창이 라이너 보다 자유로와 수소 충방전에 따른 수축과 이완을 반복하더라도 피로 파괴될 가능성이 낮다. 설령, 실리콘 이너백이 피로 파괴되더라도, 종전 라이너를 사용할 때와 달리, 실리콘 이너백만을 교체할 수 있어, 종전 라이너 파괴로 인해 수소압력용기 전체를 교체할 때와 달리, 비용이 대폭 절감된다.

Description

수소압력용기 및 그 제조방법{Hydrogen Pressure Vessel And Method For Manufacturing The Same}
본 발명은 수소압력용기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
수소 전기차에 사용되는 수소압력용기는 차량 내 장착되므로, 가볍고, 부피가 작고, 안전해야 한다.
또한, 수소압력용기는 용기 전체의 비강도(Specific Strength)는 물론 수소에 대한 기밀유지 및 사용압력 700Bar, 파열압 2,100Bar의 고압력 때문에 탄성강도 또한 커야 한다. 그 이유는, 동일한 무게에서 일시적으로 과도한 충전압력이나 용기의 일부분에 가해지는 외부충격을 견뎌내는 지표인 비강도도 중요하지만 반복사용 과정에서 고압가스의 충방전에 따른 용기의 변형 횟수가 누적됨에도 불구하고 내부의 고압기체가 누설되지 않아야하기 때문이다.
이러한 수소압력용기는, 수소가스의 높은 내압을 견디기 위해 비강도와 비강성 높은 탄소섬유 및 유리섬유 등의 섬유강화 복합재료로 외피가 보강되며, 내부에는 가스의 기밀성을 유지하는 라이너가 삽입된다.
여기서, 수소압력용기는 라이너의 재질에 따라 타입(Type)이 나뉜다. 알루미늄과 같은 금속 재질의 라이너가 삽입된 용기를 타입 3(Type Ⅲ)라 하고, HDPE나 PA6와 같은 고밀도 폴리머 재질의 라이너가 삽입된 용기를 타입 4(Type Ⅳ)라 한다.
한편, 타입 3, 타입 4의 수소압력용기는 수소 충방전 동안, 라이너와 탄소섬유의 열팽창 계수가 다르기 때문에 피로파괴가 일어나기 쉽다. 또한, 타입 3, 타입 4의 수소압력용기는, 라이너가 손상되면 수소압력용기 전체를 교체해야 문제가 있다.
현재 타입 5(Type V) 또한 외국에서 상용화되고는 있지만 탄소섬유 와인딩시 몰드를 제거하기 어려워 수소압력용기 (52L)급을 탄소섬유로 제작하기 어려울뿐더러 수소 기밀성 확보의 어려움이 있다.
한국등록특허(10-1922103)
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 수소압력용기 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수소압력용기는,
내부가 중공되어 형성되며, 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작되는 용기 프레임부;
상기 용기 프레임부의 내부에 배치되며, 내부공간에 수소가스를 저장하되 저장된 상기 수소가스양에 따라 부피가 가변 가능한 실리콘 이너백; 및
상기 용기 프레임부의 외벽면에 결합되며, 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작되는 외벽 보강부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
용기 프레임부의 좌측 형상을 형성하는 제1하프몸체부와 용기 프레임부의 우측 형상을 형성하는 제2하프몸체부 각각을 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작하는 제1단계;
내부공간에 수소가스를 저장하되 저장된 상기 수소가스의 양에 따라 부피가 가변 가능한 실리콘 이너백을 상기 제1하프몸체부 및 상기 제2하프몸체부에 결합하는 제2단계;
상기 제1하프몸체부와 상기 제2하프몸체부를 결합하여 용기 프레임부를 형성하되, 상기 용기 프레임부의 내부에 상기 실리콘 이너백을 배치시키는 제3단계;
상기 용기 프레임부에 상기 수소가스를 유출입시키기 위한 노즐홀을 구비하는 보스부를 결합하는 제4단계; 및
상기 용기 프레임부의 외벽면에 상기 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작되는 외벽 보강부를 형성하는 제5단계를 포함하는 수소압력용기 제조방법에 의해 달성된다.
본 발명은 종전 타입 5 수소압력용기에서, 수소기밀성 확보를 위한 라이너 대신 실리콘 이너백을 사용한다. 실리콘 이너백은 부피 팽창이 라이너 보다 자유로워 수소 충방전에 따른 수축과 이완을 반복하더라도 피로 파괴될 가능성이 낮다. 설령, 실리콘 이너백이 피로 파괴되더라도, 종전 라이너를 사용할 때와 달리, 실리콘 이너백만을 교체할 수 있어, 종전 라이너 파괴로 인해 수소압력용기 전체를 교체할 때와 달리, 비용이 대폭 절감된다.
본 발명에 따른 수소압력용기는 부식이 되지 않고 내구성이 좋으며, 기존 타입 4보다 무게를 약 10%, 타입 3보다 30% 이상 줄일 수 있다.
본 발명은 수소압력용기의 외피로 탄소섬유 강화 플라스틱을 적용한다. 따라서, 비강도 및 비강성은 향상되면서도 경량인 타입 5 수소압력용기를 만들 수 있다.
본 발명인 수소압력용기는, 자동차뿐만 아니라, PAV(Personal Air Vehicle), 드론, 헬기 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소압력용기를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소압력용기의 용기 프레임부를 나타낸 도면이다.
도 3은 용기 프레임부의 내부에 실리콘 이너백이 결합된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 용기 프레임부의 외벽면에 외벽 보강부가 형성된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소압력용기 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 탄소섬유 토우프리프레그 와인딩 방식으로 외벽 보강부가 형성된 수소압력용기를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소압력용기를 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소압력용기(1)는, 용기 프레임부(10), 실리콘 이너백(20), 외벽 보강부(30), 보스부(40)로 구성된다.
[용기 프레임부]
용기 프레임부(10)는 내부가 중공되어 형성되며, 탄소섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 재질로 제작된다. 따라서, 가볍고, 고강도, 고탄성률의 수소압력용기(1)를 제작할 수 있다.
용기 프레임부(10)는 양단부가 돔 형상으로 형성된 원통이다. 돔 형상의 양단에는 수소가스를 유출입시키기 위한 입출구(E)가 형성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 용기 프레임부(10)는 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)로 구성된다. 용기 프레임부(10)가 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)로 분리됨으로써, 그 내부에 후술하는 실리콘 이너백(20)을 배치시킬 수 있다.
제1하프몸체부(11)는 용기 프레임부(10)의 좌측 형상을 형성한다. 제2하프몸체부(12)는 용기 프레임부(10)의 우측 형상을 형성한다.
제2하프몸체부(12)와 결합되는 제1하프몸체부(11)의 말단부에는 제1단차부(11a)가 형성되며, 제1하프몸체부(11)와 결합되는 제2하프몸체부(12)의 말단부에는 제1단차부(11a)와 결합되는 제2단차부(12a)가 형성된다.
상기 제1단차부(11a)는 상기 제1하프몸체부(11)의 내벽면에서 외벽면 방향으로 함몰되어 형성되며, 상기 제2단차부(12a)는 상기 제2하프몸체부(12)의 외벽면에서 내벽면 방향으로 함몰되어 형성된다. 제1단차부(11a)로 제2단차부(12a)가 삽입되면, 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)가 결합된다. 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)는 분리되지 않도록, 제1단차부(11a)로 제2단차부(12a)가 삽입되기 전, 제1단차부(11a)의 내주면과 제2단차부(12a)의 외주면에 접착제가 발라진다.
[실리콘 이너백]
도 1, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같은, 실리콘 이너백(20)은 용기 프레임부(10)의 내부에 배치되며, 내부공간에 수소가스를 저장한다. 도 1에서 실리콘 이너백(20)은 수소가 채워져 팽창된 상태고, 도 3 및 도 4에서 실리콘 이너백(20)은 채워진 수소가 없어 수축된 상태다.
실리콘 이너백(20)의 양단부에는 수소가스가 저장되는 내부공간에 연통되는 입출구(E1)가 형성된다. 실리콘 이너백(20)의 입출구(E1)와 용기 프레임부(10)의 입출구(E)가 연통되도록, 실리콘 이너백(20)의 양단부와 용기 프레임부(10)의 양단부가 결합된다.
실리콘 이너백(20)은 실리콘 고무 재질로 만든다. 실리콘 이너백(20)은 신축성이 좋다. 따라서, 저장된 수소가스의 양에 따라 실리콘 이너백(20)의 부피가 가변 가능하다. 실리콘 이너백(20)의 내부공간에 수소가스가 주입되기 전에는 도 3에 도시된 바와 같이, 실리콘 이너백(20)은 수축되어 용기 프레임부(10)의 내벽면에 밀착되지 않는다. 그러나, 실리콘 이너백(20)의 내부공간에 수소가스가 주입되어 실리콘 이너백(20)의 내부공간의 압력이 높아지면, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 이너백(20)은 팽창하여 용기 프레임부(10)의 내벽면에 밀착된다.
또한, 실리콘 이너백(20)은 내피로성이 좋다. 따라서, 종래의 타입 3, 타입 4의 수소저장용기에 사용되는 알루미늄 라이너, HDPE 라이너, PA6 라이너와 달리, 수소가스의 충방전 횟수에 따라 실리콘 이너백(20)의 수축과 이완이 반복되더라도 피로파괴가 발생할 가능성이 낮다. 또한, 실리콘 이너백(20)은 기밀성이 좋아 내부공간에 저장된 수소가스의 누출이 적을 뿐만 아니라 가볍다. 또한, 실리콘 이너백(20)이 손상될 경우, 수소압력용기에서 손상된 실리콘 이너백(20)만 교체할 수 있어, 수소압력용기 전체를 교체할 필요가 없어 비용이 절감된다.
[외벽 보강부]
도 4에 도시된 바와 같이, 외벽 보강부(30)는 용기 프레임부(10)의 외벽면에 결합된다. 외벽 보강부(30)는 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작된다. 외벽 보강부(30)는 용기 프레임부(10)와 동일한 재질로 형성됨으로써, 용기 프레임부(10)와의 결합력을 높일 수 있다.
외벽 보강부(30)의 양단부에는 수소가스를 유출입시키기 위한 입출구(E)가 형성된다. 외벽 보강부(30)의 입출구(E)와 실리콘 이너백(20)의 입출구(E1)와 용기 프레임부(10)의 입출구(E)는 서로 연통된다.
이와 같이, 외벽 보강부(30)가 용기 프레임부(10)의 외벽면을 다시 감쌈으로써, 용기 프레임부(10)의 하프몸체부와 제2하프몸체부(12)의 결합으로 인해 저하될 수 있는 강도를 보강할 수 있다.
[보스부]
보스부(40)는 수소가스를 유출입시키기 위한 노즐홀(H)이 구비된다. 보스부(40)는 제1하프몸체부(11)의 입출구(E)와 제2하프몸체부(12)와 입출구(E)에 각각 결합된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소압력용기의 제조방법을 자세히 설명한다. 도 1 내지 도 4를 기본적으로 참조한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소압력용기의 제조방법은,
용기 프레임부의 좌측 형상을 형성하는 제1하프몸체부와 용기 프레임부의 우측 형상을 형성하는 제2하프몸체부 각각을 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작하는 제1단계(S11);
내부공간에 수소가스를 저장하되 저장된 상기 수소가스의 양에 따라 부피가 가변 가능한 실리콘 이너백을 상기 제1하프몸체부 및 상기 제2하프몸체부에 결합하는 제2단계(S12);
상기 제1하프몸체부와 상기 제2하프몸체부를 결합하여 용기 프레임부를 형성하되, 상기 용기 프레임부의 내부에 상기 실리콘 이너백을 배치시키는 제3단계(S13);
상기 용기 프레임부에 상기 수소가스를 유출입시키기 위한 노즐홀을 구비하는 보스부를 결합하는 제4단계(S14); 및
상기 용기 프레임부의 외벽면에 상기 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작되는 외벽 보강부를 형성하는 제5단계(S15)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
양단이 돔 형상으로 형성된 원통 형상의 용기 프레임부(10)의 좌측 형상을 형성하는 제1하프몸체부(11)와, 양단이 돔 형상으로 형성된 원통 형상의 용기 프레임부(10)의 우측 형상을 형성하는 제2하프몸체부(12)를 각각 제작한다.
제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)는 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 재질로 제작된다.
탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 재질의 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)는 탄소섬유 토우프레프레그 와인딩(Towprepreg Winding) 방식으로 제작된다. 즉, 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12) 형상의 몰드에 탄소섬유 토우프리프레그를 감아 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)를 성형하고, 몰드로부터 탈형하여 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)를 만든다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
실리콘 이너백(20)은 내부공간에 수소가스를 저장하되 저장된 상기 수소가스의 양에 따라 부피가 가변 가능하다. 즉, 실리콘 이너백(20)은 신축성이 있어 인장 및 압축이 가능하다.
실리콘 이너백(20)의 입출구(E1)와 용기 프레임부(10) 양단의 입출구(E)가 연통되게, 실리콘 이너백(20)의 일단 입출구(E1)를 제1하프몸체부(11)의 입출구(E)에 접착시키고, 실리콘 이너백(20)의 타단 입출구(E1)를 제2하프몸체부(12)의 입출구(E)에 접착시킨다.
한편, 실리콘 이너백(20)의 교체가 더 쉽도록, 실리콘 이너백(20)의 입출구(E1)를 보스부(40)의 노즐홀(H)의 내벽에 접착시킬 수도 있다. 이 경우, 보스부(40) 제거 없이도, 보스부(40)의 노즐홀(H)을 통해, 실리콘 이너백(20)을 쉽게 빼낼 수 있다.
이하, 제3단계(S13)를 설명한다.
제1하프몸체부(11)의 제1단차부(11a) 내주면과, 제2하프몸체부(12)의 제2단차부(12a) 외주면에 접착제를 바른다. 제1하프몸체부(11)의 제1단차부(11a)로 제2하프몸체부(12)의 제2단차부(12a)를 삽입하여, 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)를 접착시킨다.
이하, 제4단계(S14)를 설명한다.
제1하프몸체부(11)의 돔 형상의 말단에 형성된 입출구(E)와, 제2하프몸체부(12)의 돔 형상의 말단에 형성된 입출구(E)에 수소가스를 유출입 시키기 위한 노즐홀(H)을 구비하는 보스부(40)를 삽입하여 결합한다. 결합된 보스부(40)의 노즐홀(H)은 실리콘 이너백(20)의 내부공간과 연통된다.
이하, 제5단계(S15)를 설명한다.
용기 프레임부(10)의 외벽면에 외벽 보강부(30)를 형성한다. 외벽 보강부(30)는 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 탄소섬유 강화 플라스틱 재질의 외벽 보강부(30)는 제1하프몸체부(11) 및 제2하프몸체부(12)와 마찬가지로 탄소섬유 토우프레프레그 와인딩 방식으로 제작한다. 즉, 제1하프몸체부(11)와 제2하프몸체부(12)가 결합된 용기 프레임부(10)의 외면에 탄소섬유 토우프리프레그를 감아 외벽 보강부(30)를 만든다.
제1단계(S11) 내지 제5단계(S15)를 거쳐, 수소압력용기(1)가 제조된다.
1: 수소압력용기 10: 용기 프레임부
11: 제1하프몸체부 11a: 제1단차부
12: 제2하프몸체부 12a: 제2단차부
20: 실리콘 이너백 30: 외벽 보강부
40: 보스부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 양단이 돔 형상으로 형성된 원통 형상의 용기 프레임부(10)의 좌측 형상을 형성하는 제1하프몸체부(11)와, 양단이 돔 형상으로 형성된 원통 형상의 용기 프레임부(10)의 우측 형상을 형성하는 제2하프몸체부(12) 각각을 탄소섬유 토우프리프레그 와인딩(Towprepreg Winding) 방식으로 제작하는 제1단계;
    상기 제1하프몸체부(11)의 돔 형상의 말단에 형성된 입출구(E)와, 상기 제2하프몸체부(12)의 돔 형상의 말단에 형성된 입출구(E) 각각에 수소가스를 유출입 시키기 위한 노즐홀(H)을 구비한 보스부(40)를 삽입하여 결합하는 제2단계;
    내부공간에 수소가스를 저장하되 저장된 상기 수소가스의 양에 따라 부피가 가변 가능한 실리콘 이너백(20)의 일단 입출구(E1)를 상기 제1하프몸체부(11)의 입출구(E)에 결합된 보스부(40)의 내벽에 접착하고, 상기 실리콘 이너백(20)의 타단 입출구(E1)를 상기 제2하프몸체부(12)의 입출구(E)에 결합된 보스부(40)의 내벽에 접착하는 제3단계;
    상기 제1하프몸체부(11)의 제1단차부(11a) 내주면과, 상기 제2하프몸체부(12)의 제2단차부(12a) 외주면에 접착제를 바르고, 상기 제1단차부(11a)로 상기 제2단차부(12a)를 삽입하여, 상기 제1하프몸체부(11)와 상기 제2하프몸체부(12)를 접착시켜 상기 용기 프레임부를 형성하면서, 상기 용기 프레임부의 내부에 상기 실리콘 이너백(20)을 배치시키는 제4단계;
    상기 용기 프레임부의 외벽면에 탄소섬유 강화 플라스틱 재질로 제작되는 외벽 보강부를 형성하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소압력용기 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020200158415A 2020-11-24 2020-11-24 수소압력용기 및 그 제조방법 KR102427309B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200158415A KR102427309B1 (ko) 2020-11-24 2020-11-24 수소압력용기 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200158415A KR102427309B1 (ko) 2020-11-24 2020-11-24 수소압력용기 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220072889A KR20220072889A (ko) 2022-06-03
KR102427309B1 true KR102427309B1 (ko) 2022-08-01

Family

ID=81983643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200158415A KR102427309B1 (ko) 2020-11-24 2020-11-24 수소압력용기 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102427309B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5071351B2 (ja) * 2008-11-07 2012-11-14 トヨタ自動車株式会社 樹脂ライナの製造方法および流体貯留容器の製造方法
JP5632480B2 (ja) 2009-11-02 2014-11-26 コリア リサーチ インスティテュート オブ スタンダーズ アンド サイエンスＫｏｒｅａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ 容器の耐圧性試験装置、及びその試験装置を用いた容器の耐圧性試験方法
JP5839378B2 (ja) * 2012-06-19 2016-01-06 バイオコーク技研株式会社 水素発生装置
CN111102465A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 中国石油化工股份有限公司 一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8281820B2 (en) * 2007-03-02 2012-10-09 Enersea Transport Llc Apparatus and method for flowing compressed fluids into and out of containment
KR101922103B1 (ko) 2016-06-13 2019-02-13 회명산업 주식회사 수소저장압력용기 및 그 제작방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5071351B2 (ja) * 2008-11-07 2012-11-14 トヨタ自動車株式会社 樹脂ライナの製造方法および流体貯留容器の製造方法
JP5632480B2 (ja) 2009-11-02 2014-11-26 コリア リサーチ インスティテュート オブ スタンダーズ アンド サイエンスＫｏｒｅａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ 容器の耐圧性試験装置、及びその試験装置を用いた容器の耐圧性試験方法
JP5839378B2 (ja) * 2012-06-19 2016-01-06 バイオコーク技研株式会社 水素発生装置
CN111102465A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 中国石油化工股份有限公司 一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220072889A (ko) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107709794B (zh) 用于制造气囊式蓄能器的方法以及根据该方法制造的气囊式蓄能器
JP4599380B2 (ja) 高圧容器のシール構造
JP4193492B2 (ja) 圧力容器
US5518141A (en) Pressure vessel with system to prevent liner separation
CN100575766C (zh) 压力容器的制造方法
US5375735A (en) Tank of low unitary weight notably usable for stocking fluids under pressure and the manufacturing process thereof
US11421825B2 (en) Pressure vessel
US11371659B2 (en) Boss with internal bearing
EP0638759A1 (en) Dual chamber composite pressure vessel and method of fabrication thereof
JP2005522638A (ja) 圧力流体用タンク、特に、自動車用圧縮ガス用タンク
KR20130100048A (ko) 가스 실린더
EP3385597B1 (en) A composite vessel assembly and method of manufacture
EP0454978B1 (en) Plastic fuel tank and method for molding the same
KR102427309B1 (ko) 수소압력용기 및 그 제조방법
CN113574307A (zh) 用于制造压力容器的阻挡层的方法以及压力容器
JP4393155B2 (ja) 圧力容器
JP2005003127A (ja) 高圧ガス用容器
JP2004263827A (ja) 圧力容器およびその製造方法
US20240175554A1 (en) End boss sealing
US20220010928A1 (en) High pressure tank
CN115111520A (zh) 高压储罐及其制造方法
WO2023279458A1 (zh) 一种碳纤维复合材料高压储氢罐及其制造工艺
CN108790797A (zh) 塑料内胆全缠绕复合气瓶的内胆
US20230151928A1 (en) Method for Producing a Pressure Vessel and Pressure Vessel
JP2020112234A (ja) 圧力容器

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant