KR102435705B1 - High pressure tank and method for manufacturing the high pressure tank - Google Patents
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Abstract
고압 탱크가 개시된다. 고압 탱크는 라이너; 상기 라이너에 탄소 섬유가 와인딩된 탄소 섬유층; 및 상기 탄소 섬유층에 현무암 섬유가 와인딩된 현무암 섬유층을 포함한다.A high pressure tank is disclosed. The high pressure tank has a liner; a carbon fiber layer in which carbon fibers are wound on the liner; and a basalt fiber layer in which basalt fibers are wound on the carbon fiber layer.
Description
본 발명은 고압 탱크 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소 섬유층과 현무암 섬유층을 갖는 고압 탱크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-pressure tank and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a high-pressure tank having a carbon fiber layer and a basalt fiber layer, and a manufacturing method thereof.
연비, 온실가스 배출규제 기준 적용 등으로 국내외 자동차산업 차원에서 수소전기차 개발, 생산, 판매를 위한 노력이 가속화되고 있다. 복합재료 고압 탱크는 연료탱크로써 장시간 주행 및 빠른 연료충전의 장점 때문에 자동차 산업에서 천연가스와 수소용기를 담기 위해 응용되어 사용되고 있으며 점차 친환경 자동차 시장의 점유율이 증가하면서 수소용기의 양산화에 대한 재료비 절감과 공정속도의 중요성 또한 커지고 있다.Efforts to develop, produce, and sell hydrogen electric vehicles are accelerating at the domestic and overseas automobile industry levels due to fuel efficiency and application of greenhouse gas emission control standards. Composite material high-pressure tanks are fuel tanks that have been applied and used to contain natural gas and hydrogen containers in the automobile industry because of their advantages of long-time running and fast fuel charging. The importance of process speed is also increasing.
수소용기에 주로 탄소섬유가 사용되는데, 탄소섬유가 사용되는 가장 큰 이유는 탄소섬유의 높은 강성(120GPa)과 강도, 파손 변형률(평균 1.7%) 때문이다. 그러나 탄소섬유의 수요가 늘어나고 있음에도 불구하고, 탄소섬유의 가격이 아직도 $20/kg을 유지하고 있으며, 이는 수소용기의 가격을 높이는 주된 요인이 되고 있다. 현재 판매되고 있는 수소 자동차의 경우, 수소 용기가 수소자동차 가격의 10%를 차지하고 있는 실정이다.Carbon fiber is mainly used for hydrogen containers, and the biggest reason why carbon fiber is used is because of its high stiffness (120 GPa), strength, and breakage strain (average 1.7%). However, despite the increasing demand for carbon fiber, the price of carbon fiber is still maintained at $20/kg, which is a major factor in raising the price of hydrogen containers. In the case of hydrogen cars currently being sold, hydrogen containers account for 10% of the price of hydrogen cars.
수소용기는 안정성이 요구된다. 구체적으로 자동차 추돌 사고를 대비하여 700bar를 견딜 수 있어야 하고, 안전계수 2.25 확보를 필요로 한다. 그리고 자동차 화재 시 화염에 12분 이상 유지될 수 있어야 한다.The hydrogen container requires stability. Specifically, it must be able to withstand 700 bar in preparation for a car collision accident, and it is necessary to secure a safety factor of 2.25. And in the event of a car fire, it should be able to stay in the flame for more than 12 minutes.
수소 경제시대의 도래로 인한 폭발적 수소용기 수요를 예상할 때, 제조 비용을 절감하면서, 동시에 안정성을 확보할 수 있는 새로운 수소 용기 개발이 요구된다.In anticipation of the explosive demand for hydrogen containers due to the advent of the hydrogen economy era, the development of new hydrogen containers that can reduce manufacturing costs and secure stability at the same time is required.
본 발명은 제조 비용을 절감하면서, 동시에 안정성을 확보할 수 있는 고압 탱크 및 이의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a high-pressure tank capable of reducing manufacturing cost and securing stability at the same time, and a manufacturing method thereof.
본 발명에 따른 고압 탱크는 라이너; 상기 라이너에 탄소 섬유가 와인딩된 탄소 섬유층; 및 상기 탄소 섬유층에 현무암 섬유가 와인딩된 현무암 섬유층을 포함한다.The high-pressure tank according to the present invention includes a liner; a carbon fiber layer in which carbon fibers are wound on the liner; and a basalt fiber layer in which basalt fibers are wound on the carbon fiber layer.
또한, 상기 탄소 섬유층은, 상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유가 후프 와인딩된 후프 와인딩층; 및 상기 라이너의 돔부와 상기 후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유가 헬리컬 와인딩된 헬리컬 와인딩층을 포함할 수 있다.In addition, the carbon fiber layer may include: a hoop winding layer in which the carbon fiber is hoop wound on the cylinder part of the liner; and a helical winding layer in which the carbon fiber is helically wound on the dome portion of the liner and the hoop winding layer.
또한, 상기 탄소 섬유층은, 상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유가 제1 턴수로 후프 와인딩된 제1후프 와인딩층; 상기 라이너의 돔부와 상기 제1후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유가 헬리컬 와인딩된 제1 헬리컬 와인딩층; 상기 제1후프 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 탄소 섬유가 상기 제1헬리컬 와인딩층에 제2턴수로 와인딩된 제2후프 와인딩층; 및 상기 제1 헬리컬 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 제1헬리컬 와인딩층과 상기 제2후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유가 헬리컬 와인딩된 제2헬리컬 와인딩층을 포함할 수 있다.In addition, the carbon fiber layer may include: a first hoop winding layer in which the carbon fiber is hoop-wound by a first number of turns on the cylinder portion of the liner; a first helical winding layer in which the carbon fiber is helically wound on the dome portion of the liner and the first hoop winding layer; a second hoop winding layer in which the carbon fiber is wound by a second number of turns on the first helical winding layer in a region overlapping the first hoop winding layer; and a second helical winding layer in which the carbon fibers are helically wound on the first helical winding layer and the second hoop winding layer in a region overlapping the first helical winding layer.
또한, 상기 제1 턴수는 상기 제2 턴수와 상이할 수 있다.Also, the first number of turns may be different from the second number of turns.
또한, 상기 현무암 섬유는 상기 탄소 섬유층에 헬리컬 와인딩될 수 있다.In addition, the basalt fiber may be helically wound on the carbon fiber layer.
본 발명에 따른 고압 탱크 제조 방법은 라이너에 탄소 섬유를 와인딩하여 탄소 섬유층을 형성하는 단계; 및 상기 탄소 섬유층에 현무암 섬유를 와인딩하여 현무암 섬유층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a high-pressure tank according to the present invention comprises the steps of winding a carbon fiber on a liner to form a carbon fiber layer; and winding the basalt fiber on the carbon fiber layer to form a basalt fiber layer.
또한, 상기 탄소 섬유층을 형성하는 단계는 상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유를 후프 와인딩하여 후프 와인딩층을 형성하는 단계; 및 상기 라이너의 양측 돔부와 상기 후프 와인딩측에 상기 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 헬리컬 와인딩층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the forming of the carbon fiber layer may include: hoop winding the carbon fiber on the cylinder part of the liner to form a hoop winding layer; and forming a helical winding layer by helically winding the carbon fiber on both sides of the liner on the dome portion and on the hoop winding side.
또한, 상기 탄소 섬유층을 형성하는 단계는 상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유를 제1 턴수로 후프 와인딩하여 제1후프 와인딩층을 형성하는 단계; 상기 라이너의 돔부와 상기 제1후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 제1 헬리컬 와인딩층을 형성하는 단계; 상기 제1 후프 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 제1 턴수와 상이한 제2 턴수로 상기 탄소 섬유를 제1 헬리컬 와인딩층에 후프 와인딩하여 제2후프 와인딩층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 헬리컬 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 제1헬리컬 와인딩층과 상기 제2후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 제2헬리컬 와인딩층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the carbon fiber layer may include: hoop winding the carbon fiber with a first number of turns to form a first hoop winding layer on the cylinder part of the liner; forming a first helical winding layer by helically winding the carbon fiber on the dome portion of the liner and the first hoop winding layer; forming a second hoop winding layer by hoop winding the carbon fiber to the first helical winding layer with a second number of turns different from the first number of turns in an area overlapping the first hoop winding layer; and forming a second helical winding layer by helically winding the carbon fibers on the first helical winding layer and the second hoop winding layer in a region overlapping the first helical winding layer.
본 발명에 의하면, 탄소 섬유와 현무암 섬유의 혼합 사용으로 고압 탱크의 안정성을 유지하면서, 제조 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the manufacturing cost while maintaining the stability of the high-pressure tank by using a mixture of carbon fiber and basalt fiber.
또한, 본 발명에 의하면, 현무암 섬유층이 고압 탱크의 외곽에 형성됨에 따라 화염에 오래 견딜 수 있다.In addition, according to the present invention, as the basalt fiber layer is formed on the outer side of the high-pressure tank, it can withstand the flame for a long time.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 탱크를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고압 탱크를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 고압 탱크를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고압 탱크에서 섬유층을 나타내는 도면이다.
도 5는 비교 예에 따른 고압 탱크에서 섬유층을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4의 고압 탱크에서 각각의 섬유층에서 나타나는 변형율을 측정한 그래프이다.
도 7은 도 5의 고압 탱크의 섬유층에서 나타나는 변형율을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 고압 탱크 제조 장치를 정면에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a cross-sectional view showing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a high-pressure tank according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a high-pressure tank according to another embodiment of the present invention.
4 is a view showing a fiber layer in a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a fiber layer in a high-pressure tank according to a comparative example.
FIG. 6 is a graph of measuring strains appearing in each fiber layer in the high-pressure tank of FIG. 4 .
FIG. 7 is a graph of measuring strain appearing in the fiber layer of the high-pressure tank of FIG. 5 .
8 is a diagram schematically illustrating an apparatus for manufacturing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention.
9 is a view illustrating the high-pressure tank manufacturing apparatus of FIG. 8 as viewed from the front.
10 is a view showing a high-pressure tank manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
11 is a view showing an apparatus for manufacturing a high-pressure tank according to another embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for effective description of technical contents.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in this specification, 'and/or' is used in the sense of including at least one of the elements listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification exists, and one or more other features, numbers, steps, or configurations It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connection" is used in a sense including both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 탱크를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 고압 탱크(1000)는 수소를 저장하는 수소 저장 탱크로 사용될 수 있다. 고압 탱크(1000)는 라이너(1010), 탄소 섬유층(1020), 그리고 현무암 섬유층(1030)을 포함한다. Referring to FIG. 1 , the high-
라이너(1010)는 실린더부의 양측에 돔부가 연결된 구조로, 금속 또는 비금속 재질로 제공된다. 일 예에 의하면, 라이너(1010)는 가스 투과도가 낮은 HDPE (High Density Polyethylene) 재질로 제공될 수 있다. The
탄소 섬유층(1020)은 탄소 섬유가 라이너(1010)에 와인딩되어 형성된다. 탄소 섬유는 헬리컬 와인딩 또는 후프 와인딩과 헬리컬 와인딩의 조합으로 라이너(1010)에 와인딩될 수 있다. 실시 예에 의하면, 후프 와인딩은 탄소 섬유가 라이너(1010)의 중심축에 대해 90° 방향으로 라이너(1010)의 실린더부에 와인딩되고, 헬리컬 와인딩은 라이너(1010)의 중심축에 대해 10° 내지 80° 방향으로 탄소 섬유가 라이너(1010)의 양측 돔부를 가로질러 와인딩 될 수 있다.The
현무암 섬유층(1030)은 현무암 섬유가 탄소 섬유층(1020)에 와인딩되어 형성된다. 현무암 섬유는 헬리컬 와인딩법으로 탄소 섬유층(1020)에 와인딩될 수 있다. 현무암 섬유층(1030)은 탄소 섬유층(1020)의 전체 영역에 와인딩되며, 이에 의해 탄소 섬유층(1020)의 외부 노출이 차단될 수 있다.The
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고압 탱크를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a high-pressure tank according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 탄소 섬유층(1020)은 후프 와인딩층(1021)과 헬리컬 와인딩층(1022)을 포함한다. 후프 와인딩층(1021)은 탄소 섬유가 라이너(1010)의 실린더부(1011)에 후프 와인딩되어 형성되고, 헬리컬 와인딩층(1022)은 탄소 섬유가 라이너(1010)의 양측 돔부(1012, 1013)와 후프 와인딩층(1021)에 걸쳐 헬리컬 와인딩되어 형성된다. 실시 예에 의하면, 후프 와인딩층(1021)과 헬리컬 와인딩층(1022)은 동일한 두께로 와인딩 될 수 있다. 다른 실시 예에 의하면, 후프 와인딩층(1021)은 헬리컬 와인딩층(1022)보다 두꺼운 두께로 와인딩 될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
현무암 섬유층(1030)은 헬리컬 와인층(1022)에 현무암 섬유가 헬리컬 와인딩되어 형성된다.The
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 고압 탱크를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a high-pressure tank according to another embodiment of the present invention.
탄소 섬유층(1020)은 후프 와인딩층(1021, 1023)과 헬리컬 와인딩층(1022, 1024)이 교대로 반복하여 형성될 수 있다. 본 실시 예에서는 후프 와인딩층(1021, 1023)과 헬리컬 와인딩층(1022, 1024)이 각각 두 개의 층을 형성하는 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고 층의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.The
제1 후프 와인딩층(1021)은 탄소 섬유가 라이너(1010)의 실린더부(1011)에 제1턴수로 후프 와인딩된다. 제1턴수는 탄소 섬유가 와인딩되어 실린더부(1011)의 전체 영역에 감기는 횟수를 의미한다. 탄소 섬유가 실린더부(1011)의 전체 영역에 1회 와인딩될 수 있는데, 이 경우 제1턴수는 1이 된다. 제1턴수는 다양한 수로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 제1턴수는 3~4가 될 수 있다.In the first
제1 헬리컬 와인딩층(1022)은 라이너(1010)의 돔부(1012, 1013)와 제1후프 와인딩층(1021)에 탄소 섬유가 제2턴수로 헬리컬 와인딩된다. 제2턴수는 탄소 섬유가 와인딩되어 돔부(1012, 1013)와 제1후프 와인딩층(1021)의 전체 영역에 감기는 횟수를 의미한다. 제2턴수는 다양한 수로 제공될 수 있다.In the first helical winding
제2후프 와인딩층(1023)은 제1후프 와인딩층(1021)과 중첩되는 영역에서 탄소 섬유가 제1헬리컬 와인딩층(1022)에 제3 턴수로 와인딩된다. 제3턴수는 탄소 섬유가 와인딩되어 제1후프 와인딩층(1021)과 중첩되는 영역에 감기는 횟수를 의미한다. 제3 턴수는 제1 턴수와 동일할 수 있다. 이 경우, 제2후프 와인딩층(1023)은 제1후프 와인딩층(1021)과 동일한 두께를 갖는다. 이와 달리, 제3 턴수는 제1 턴수보다 작을 수 있다. 이 경우, 제2후프 와인딩층(1023)은 제1후프 와인딩(1021)층보다 얇은 두께를 갖는다.In the area where the second
제2헬리컬 와인딩층(1024)은 제1 헬리컬 와인딩층(1022)과 중첩되는 영역에서 탄소 섬유가 제1헬리컬 와인딩층(1022)과 제2후프 와인딩(1023)층에 제4 턴수로 헬리컬 와인딩된다. 제4턴수는 탄소 섬유가 와인딩되어 제1헬리컬 와인딩층(1022)과 제2후프 와인딩(1023)층 전체 영역에 감기는 횟수를 의미한다. 제4 턴수는 제2 턴수와 동일할 수 있다. 이 경우, 제2헬리컬 와인딩층(1024)은 제1헬리컬 와인딩층(1022)과 동일한 두께를 갖는다. 이와 달리, 제4 턴수는 제2 턴수보다 작을 수 있다. 이 경우, 제2헬리컬 와인딩층(1024)은 제1헬리컬 와인딩층(1022)보다 얇은 두께를 갖는다.The second helical winding
본 발명에서 제안하는 고압 탱크는 종래의 후프 와인딩과 헬리컬 와인딩이 대응되게 형성되는 일반적인 고압 탱크 형태에 비하여, 탄소 섬유층(1020)에서 후프 와인딩이 모두 형성되고, 현무암 섬유층(1030)에서 헬리컬 와인딩만 형성되도록 구성하여 이종의 섬유층을 최소한의 섬유 교체 작업을 통해 형성할 수 있는 이점이 있다.In the high-pressure tank proposed in the present invention, all of the hoop windings are formed in the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 고압 탱크(1000)는 라이너(1010)에 탄소 섬유층(1020)과 현무암 섬유층(1030)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.As described above, the high-
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고압 탱크에서 섬유층을 나타내는 도면이고, 도 5는 비교 예에 따른 고압 탱크에서 섬유층을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 4의 고압 탱크에서 각각의 섬유층에서 나타나는 변형율을 측정한 그래프이고, 도 7은 도 5의 고압 탱크의 섬유층에서 나타나는 변형율을 측정한 그래프이다. 4 is a view showing a fiber layer in a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view showing a fiber layer in a high-pressure tank according to a comparative example, and FIG. 6 is a strain rate shown in each fiber layer in the high-pressure tank of FIG. is a graph measuring the , and FIG. 7 is a graph measuring the strain rate appearing in the fiber layer of the high-pressure tank of FIG. 5 .
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고압 탱크는 도 3에서 설명한 바와 같이, 탄소 섬유로 와인딩된 후프 와인딩층과 헬리컬 와인딩층을 포함하고, 현무암 섬유로 와인딩된 최외곽 헬리컬 와인딩층을 포함한다. 반면, 도 5를 참조하면, 비교예에 따른 고압 탱크는 최외곽 헬리컬 와인딩층이 현무암 섬유가 아닌 탄소 섬유로 와인딩된다. 이에 의해 비교예에 따른 고압 탱크는 단일의 탄소 섬유로 제조된다.Referring to FIG. 4 , the high-pressure tank according to the present invention includes a hoop winding layer and a helical winding layer wound with carbon fiber, and an outermost helical winding layer wound with basalt fiber, as described with reference to FIG. 3 . On the other hand, referring to FIG. 5 , in the high-pressure tank according to the comparative example, the outermost helical winding layer is wound with carbon fiber instead of basalt fiber. Thereby, the high-pressure tank according to the comparative example is made of a single carbon fiber.
도 6 및 도 7을 참조하면, 헬리컬 와인딩층에서 발생하는 섬유의 변형율은 후프 와인딩층에서 발생하는 섬유의 변형율보다 작은 것을 알 수 있다. 비교예의 경우, 본 발명의 실시 예보다 헬리컬 와인딩층에서 발생하는 섬유의 변형율이 작다. 그러나 헬리컬 와인딩층에서 발생하는 변형율은 탄소 섬유와 현무암 섬유의 파손 변형율 보다 낮은 크기로, 탄소 섬유와 현무암 섬유의 혼합 와인딩으로도 고압 탱크의 안정성이 유지될 수 있음을 확인할 수 있다. 비교예에 따른 고압 탱크는 헬리컬 와인딩층에서 발생하는 변형율이 탄소 섬유의 파손 변형률보다 현저히 낮은 수준으로, 헬리컬 와인딩층에 탄소 섬유를 사용하는 것은 과대 성능에 해당한다 할 것이다. 6 and 7 , it can be seen that the strain rate of fibers occurring in the helical winding layer is smaller than the strain rate of fibers occurring in the hoop winding layer. In the case of the comparative example, the strain rate of the fiber occurring in the helical winding layer is smaller than that of the embodiment of the present invention. However, the strain generated in the helical winding layer is lower than the fracture strain of carbon fiber and basalt fiber, and it can be confirmed that the stability of the high-pressure tank can be maintained even with mixed winding of carbon fiber and basalt fiber. In the high-pressure tank according to the comparative example, the strain occurring in the helical winding layer is significantly lower than the breaking strain of the carbon fiber, and the use of carbon fiber in the helical winding layer will correspond to excessive performance.
한편, 현무암 섬유의 가격은 탄소 섬유의 1/10 수준으로, 본 발명과 같이 현무암 섬유와 탄소 섬유를 혼합하여 고압 탱크를 제조할 경우, 탄소 섬유만으로 고압 탱크를 제조하는 경우에 비해 제조 단가를 현저히 절감할 수 있다.On the other hand, the price of basalt fiber is 1/10 of that of carbon fiber, and when manufacturing a high-pressure tank by mixing basalt fiber and carbon fiber as in the present invention, the manufacturing cost is significantly lower than when manufacturing a high-pressure tank using only carbon fiber. can save
그리고 현무암 섬유는 용융점이 약 1200 °C로 화염 저항성이 크다. 때문에, 현무암 섬유층이 최외곽에 제공되는 본 발명의 고압 탱크는 비교예의 고압 탱크보다 화염에 오래 유지될 수 있다.And basalt fibers have a high melting point of about 1200 °C and are highly flame resistant. Therefore, the high-pressure tank of the present invention in which the basalt fiber layer is provided on the outermost side can be maintained in the flame longer than the high-pressure tank of the comparative example.
이하, 상술한 본 발명에 따른 고압 탱크를 제조하는 장치 및 방법에 대해 설명한다. 본 발명에 따른 고압 탱크는 일반적인 열경화성 수지를 이용한 와인딩 공정과 후처리 열경화 공정을 통해 제작될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 후술하는 공정에 의해 와인딩 공정과 동시에 경화 공정이 이뤄져 후처리 공정이 생략될 수 있는 간단한 제작 공정에 따라 제작될 수 있다.Hereinafter, an apparatus and method for manufacturing the high-pressure tank according to the present invention described above will be described. The high-pressure tank according to the present invention may be manufactured through a winding process using a general thermosetting resin and a post-treatment thermosetting process. According to another embodiment, the curing process is performed at the same time as the winding process by a process to be described later, so that it may be manufactured according to a simple manufacturing process in which the post-treatment process may be omitted.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 장치를 간략하게 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8의 고압 탱크 제조 장치를 정면에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.8 is a diagram schematically illustrating an apparatus for manufacturing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram illustrating the apparatus for manufacturing a high-pressure tank of FIG. 8 as viewed from the front.
도 8 및 도 9를 참조하면, 고압 탱크 제조 장치(10)는 라이너(1010)에 섬유(30)를 와인딩하여 고압 탱크를 제조한다. 섬유(30)는 탄소 섬유와 현무암 섬유가 사용된다.8 and 9 , the high-pressure
고압 탱크 제조 장치(10)는 보빈(110), 이송 롤러(120, 130), 수지 용기(140), 섬유 방향 조절부(150), 제1자외선 조사부(160), 라이너 지지부(170), 그리고 히터부(180)를 포함한다.The high-pressure
보빈(110)은 복수 개 제공되며, 섬유(30)가 감겨 제공된다. 보빈(110)은 지지 선반(111)에 회전 가능하도록 위치한다. 실시 예에 의하면, 보빈(110)은 두 개의 그룹으로 구분되며, 각 그룹에는 복수 개의 보빈(110)이 포함된다. 제1그룹에 포함된 보빈(110)에는 탄소 섬유가 감겨 제공되고, 제2그룹에 포함된 보빈(110)에는 현무암 섬유가 감겨 제공된다.A plurality of
이송 롤러(120, 130)는 보빈(110)과 라이너 지지부(170) 사이 구간에서 복수의 지점에 제공된다. 이송 롤러(120, 130)는 한 쌍씩 서로 마주 위치하며, 한 쌍의 이송 롤러(120, 130) 사이로 섬유(30)가 이송된다. 이송 롤러(120, 130)는 보빈(110)으로부터 라이너 지지부(170)로 이송되는 섬유(30)를 지지하고, 섬유(30)의 이송 방향을 변경한다.The conveying
수지 용기(140)는 섬유(30)의 이송 경로 상에 위치하며, 상면이 개방되고, 내부에 수지가 제공된다. 수지 용기(140)의 내부에는 함침 롤러(141)가 회전가능하도록 제공된다. 섬유(30)는 함침 롤러(141)에 의해 수지에 함침된 후 이송된다.The
본 발명의 실시 예에 사용되는 수지는 베이스 수지와 광 개시제, 그리고 유기과산화물이 혼합된 용액이다. The resin used in the embodiment of the present invention is a solution in which a base resin, a photoinitiator, and an organic peroxide are mixed.
일 예에 의하면, 베이스 수지는 열가소성 수지가 사용된다. 열가소성 수지는 아크릴계 수지가 사용되며, 아크릴계 수지는 아크릴 단량체 또는 아크릴 단량체의 혼합물, 또는 아크릴 중합체에서 선택될 수 있다. 아크릴 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 알킬 아크릴 단량체, 알킬 메타크릴 단량체, 히드록시알킬 아크릴 단량체 및 히드록시알킬 메타크릴 단량체에서 선택될 수 있다. 아크릴 단량체의 혼합물은 상기 아크릴 단량체에서 선택된 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 아크릴 중합체는 폴리알킬 메타크릴레이트 또는 폴리알킬 아크릴레이트에서 선택될 수 있다.According to an example, a thermoplastic resin is used as the base resin. An acrylic resin is used as the thermoplastic resin, and the acrylic resin may be selected from an acrylic monomer or a mixture of acrylic monomers, or an acrylic polymer. The acrylic monomer may be selected from acrylic acid, methacrylic acid, alkyl acrylic monomers, alkyl methacrylic monomers, hydroxyalkyl acrylic monomers and hydroxyalkyl methacrylic monomers. The mixture of acrylic monomers may be a mixture of two or more selected from the above acrylic monomers. The acrylic polymer may be selected from polyalkyl methacrylates or polyalkyl acrylates.
다른 예에 의하면, 베이스 수지는 열경화성 수지가 사용된다. 열경화성 수지는 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 열경화성 수지는 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리에틸 암모늄 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐 붕소류를 유효성분으로 하는 에폭시 수지가 사용될 수 있다.According to another example, a thermosetting resin is used as the base resin. As the thermosetting resin, an epoxy resin may be used. The thermosetting resin may be an epoxy resin containing tetraphenyl boron as an active ingredient, such as tetraphenylphosphonium tetraphenylborate and triethylammonium tetraphenylborate.
광 개시제는 빛과 반응하여 베이스 수지를 경화시킨다. 광 개시제는 활성종의 생성 메커니즘에 따라 Type I과 Type II로 구분된다. Type I 광 개시제는 빛을 흡수하여 α또는 β-탄소 위치에서 직접적인 광분해(photo-cleavage) 과정을 겪으며 중합을 일으키는 개시 라디칼을 형성한다. Type II 광 개시제는 단량체 또는 용매 등의 주위 환경으로부터 수소 탈환(hydrogen-abstraction)에 의해 라디칼을 생성시킨다. Type I 광 개시제는 Alkyl aryl ketone계열과 α-hydroxy alkylphenone 계열을 포함한다. 광 개시제는 Type I과 Type II에서 선택될 수 있다.The photoinitiator reacts with light to cure the base resin. Photoinitiators are classified into Type I and Type II according to the generation mechanism of the active species. Type I photoinitiators absorb light and undergo direct photo-cleavage at the α or β-carbon position to form an initiating radical that causes polymerization. Type II photoinitiators generate radicals by hydrogen-abstraction from the surrounding environment, such as monomers or solvents. Type I photoinitiators include alkyl aryl ketones and α-hydroxy alkylphenones. The photoinitiator may be selected from Type I and Type II.
유기과산화물은 분자구조에 매우 불안정한 과산화결합을 갖고 있는 (-O-O-) 유기화합물로서 반응성과 연소성이 매우 크고 자기촉진분해(Selfaccelerating decomposition)가 일어날 수 있는 열적으로 불안정한 물질이다. 열경화를 발생시키며 경화가 시작되면 점도가 급격히 상승하게 된다. 실시 예에 의하면, 유기과산물로 di-(4-tert-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonate(BCHPC)가 사용될 수 있다. BCHPC는 백색의 유동성의 가루 형태이며, 약 40~110℃에서 반응하여 경화될 수 있다.Organic peroxides are (-O-O-) organic compounds with very unstable peroxidation bonds in their molecular structure. They are highly reactive and combustible, and are thermally unstable substances that can undergo self-catalyzed decomposition. It causes thermal curing, and when curing begins, the viscosity rises rapidly. According to an embodiment, di-(4-tert-butylcyclohexyl)-peroxydicarbonate (BCHPC) may be used as the organic perproduct. BCHPC is in the form of a white fluid powder, and can be cured by reacting at about 40 to 110°C.
실시 예에 의하면, 광 개시제는 0.1 내지 10중량%로 함유되고, 상기 유기과산화물은 0.1 내지 10중량%로 함유될 수 있다. 바람직하게는 광 개시제는 2중량%로 함유되고, 상기 유기과산화물은 2중량%로 함유될 수 있다.According to an embodiment, the photoinitiator may be contained in an amount of 0.1 to 10% by weight, and the organic peroxide may be contained in an amount of 0.1 to 10% by weight. Preferably, the photoinitiator is contained in an amount of 2 wt%, and the organic peroxide may be contained in an amount of 2 wt%.
섬유 방향 조절부(150)는 수지 용기(140)와 라이너 지지부(170) 사이 구간에 위치하며, 섬유(30)가 관통하는 홀(151)이 형성된다. 섬유 방향 조절부(150)는 가이드 샤프트(152)를 따라 직선 이동하며, 섬유 방향 조절부(150)의 위치에 따라 라이너(1010)에 와인딩되는 수지(30)의 방향이 조절될 수 있다. 섬유 방향 조절부(150)의 조절로, 섬유(30)가 라이너(1010)의 원주 방향에 대해 90°에 가깝게 와인딩되는 후프(hoop) 와인딩과, 10~82°로 와인딩되는 헬리컬(helical) 와인딩이 가능하다.The fiber
제1자외선 조사부(160)는 섬유 방향 조절부(150)와 라이너 지지부(170) 사이 구간에 위치하며, 라이너 지지부(170)로 이송되는 섬유(30)에 자외선을 조사한다. 실시 예에 의하면, 제1자외선 조사부(160)는 395nm 파장의 자외선을 조사하는 LED 장치가 사용될 수 있으며, 30X300nm의 조사면적과 최대 조사량 15W/cm2을 갖는다. 자외선의 조사로 섬유(30)에 함침된 수지는 겔 상태로 변한다.The first
라이너 지지부(170)는 라이너(1010)를 지지하고, 구동부(미도시)의 구동에 의해 라이너(1010)를 회전시킨다.The
히터부(180)는 라이너(1010)로부터 소정 거리 이격하여 위치하며, 섬유가 라이너(1010)에 와인딩되는 동안 섬유층(1020, 1030)의 표면을 향해 열을 제공한다. 히터부(180)는 65℃ 내지 150℃ 온도로 열을 발생시킬 수 있다. The
베이스 수지로 열가소성 수지가 사용되는 경우, 섬유(30)에 도포된 수지는 히터부(180)에서 전달된 열에 의해 유동성이 높아진다. 수지의 유동성 향상은 섬유층(1020, 1030)에서 섬유들 간에 수지가 혼재되어 섬유들의 결속력을 향상시킬 수 있다. 또한, 섬유층(1020, 1030)의 경화 후, 다시 열을 가하면 수지(30)의 유동성이 증대되어 섬유(30)의 재사용이 가능하다.When a thermoplastic resin is used as the base resin, the resin applied to the
반면, 베이스 수지로 열경화성 수지가 사용되는 경우, 섬유층(1020, 1030)에 함유된 수지는 히터부(180)에서 전달된 열에 의해 신속히 경화될 수 있다. 이 경우, 섬유(30)의 와인딩과 함께 경화가 진행되므로, 섬유(30)의 와인딩 완료 후 별도의 열처리 공정이 필요하지 않아 공정 시간이 단축될 수 있다.On the other hand, when a thermosetting resin is used as the base resin, the resin contained in the
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 장치를 나타내는 도면이다.10 is a view showing a high-pressure tank manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 고압 탱크 제조 장치는 온도 측정부(190), 거리 측정부(210), 히터 이동부(220), 그리고 제어부(230)를 더 포함한다.Referring to FIG. 10 , the high-pressure tank manufacturing apparatus further includes a
온도 측정부(190)는 라이너(1010)에 와인딩되는 섬유층(1020, 1030)의 표면 온도를 측정한다. 온도 측정부(190)는 비접촉식 온도 측정 장치가 사용될 수 있다.The
거리 측정부(210)는 라이너(1010)에 와인딩되는 섬유층(1020, 1030)의 표면과의 사이 거리를 측정한다. 섬유(30)의 와인딩 횟수가 늘어날수록 섬유층(1020, 1030)의 두께가 두꺼워지는데, 거리 측정부(210)는 섬유층(1020, 1030)의 두께 변화에 따른 섬유층 표면과의 사이 거리를 측정한다.The
히터 이동부(220)는 라이너(1010)에 와인딩된 섬유층(1020, 1030)과 히터부(180)의 사이 거리가 조절되도록 히터부(180)를 이동시킨다. The
제어부(230)는 라이너(1010)에 와인딩되는 섬유(30)에 일정 온도의 열이 전달되도록 히터부(180)에서 발생되는 열을 제어하고, 히터부(180)와 섬유층(1020, 1030)과의 사이 거리를 조절한다. 구체적으로, 제어부(230)는 온도 측정부(190)에서 전송된 섬유층(1020, 1030)의 표면 온도가 기 설정된 온도 범위를 초과하는 경우, 전원(240)을 제어하여 히터부(180)에 인가되는 전력을 조절한다. 또한, 제어부(230)는 온도 측정부(190)에서 수신된 섬유층(1020, 1030)의 표면 온도가 기 설정된 온도 범위를 초과하는 경우, 히터 이동부(220)를 제어하여 히터부(180)와 섬유층(1020, 1030)과의 사이 거리를 조절한다.The
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 장치를 나타내는 도면이다.11 is a view showing an apparatus for manufacturing a high-pressure tank according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 고압 제조 장치는 제2자외선 조사부(250)를 더 포함한다. 제2자외선 조사부(250)는 라이너(1010)에 와인딩되는 섬유층(1020, 1030)으로 자외선을 조사한다. 제2자외선 조사부(250)는 제1자외선 조사부(160)보다 높은 출력으로 자외선을 조사한다. 제2자외선 조사부(250)에서 조사된 자외선은 섬유(30)가 라이너(1010)에 와인딩되는 동안, 섬유층(1020, 1030)을 경화시킨다. 섬유층(1020, 1030)은 히터부(180)에서 전달된 열과 제2자외선 조사부(250)에서 전달된 자외선에 의해 높은 결속력으로 경화될 수 있다.Referring to FIG. 11 , the high-pressure manufacturing apparatus further includes a second ultraviolet
이하, 상술한 고압 탱크 장치를 이용하여 상기 고압 탱크를 제조하는 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing the high-pressure tank using the above-described high-pressure tank device will be described.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 고압 탱크 제조 방법을 나타내는 순서도이다.12 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a high-pressure tank according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 고압 탱크 제조 방법은 섬유 이송 단계(S10), 자외선 조사 단계(S20), 그리고 섬유 와인딩 단계(S30)를 포함한다.Referring to FIG. 12 , the high-pressure tank manufacturing method includes a fiber transport step (S10), an ultraviolet irradiation step (S20), and a fiber winding step (S30).
섬유 이송 단계(S10)는 보빈(110)에 감긴 섬유(30)를 풀어 라이너(1010) 측으로 이송한다. 섬유(30)는 복수의 지점에 배치된 이송 롤러(120, 130)에 지지되고, 이송 방향이 변경되면서 라이너(1010) 측으로 이송된다. 이송 과정에서 섬유(30)는 수지 용기(140)에 담긴 수지에 함침된다.In the fiber transfer step (S10), the
자외선 조사 단계(S20)는 섬유(30)의 이송 과정에서 수지에 함침된 섬유(30)에 자외선을 조사한다. 자외선 조사는 섬유(30)가 라이너(1010)에 와인딩되기 전에 진행된다. 자외선의 조사로 섬유(30)에 함침된 수지는 겔 상태로 변한다.In the ultraviolet irradiation step (S20), ultraviolet rays are irradiated to the
섬유 와인딩 단계(S30)는 자외선이 조사된 섬유(40)를 라이너(1010)에 와인딩한다. 섬유 와인딩 단계(S30)는 후프 와인딩 공법과 헬리컬 와인딩 공법 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 섬유(30)가 와인딩될 수 있다. In the fiber winding step ( S30 ), the fiber 40 irradiated with ultraviolet light is wound on the
일 예에 의하면, 섬유 와인딩 단계(S30)는 라이너(1010)에 탄소 섬유를 와인딩하여 탄소 섬유층(1020)을 형성하는 단계와 탄소 섬유층(1020)에 현무암 섬유를 헬리컬 와인딩하여 현무암 섬유층(1030)을 형성하는 단계를 포함한다.According to an example, in the fiber winding step (S30), the
다른 실시 예에 의하면, 상기 탄소 섬유층(1020)을 형성하는 단계는 라이너(1010)의 실린더부(1011)에 탄소 섬유를 후프 와인딩하여 후프 와인딩층(1021)을 형성하는 단계와, 라이너(1010)의 양측 돔부(1012, 1013)와 후프 와인딩층(1021)에 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 헬리컬 와인딩층(1021)을 형성하는 단계를 포함한다.According to another embodiment, the forming of the
또 다른 실시 예에 의하면, 상기 탄소 섬유층(1020)을 형성하는 단계는 라이너(1010)의 실린더부(1011)에 탄소 섬유를 제1 턴수로 후프 와인딩하여 제1후프 와인딩층(1021)을 형성하는 단계, 라이너(1010)의 돔부(1012, 1013)와 제1후프 와인딩층(1021)에 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 제1 헬리컬 와인딩층(1022)을 형성하는 단계, 제1 후프 와인딩층(1021)과 중첩되는 영역에서 제1 턴수와 상이한 제2 턴수로 탄소 섬유를 제1 헬리컬 와인딩층(1022)에 후프 와인딩하여 제2후프 와인딩층(1023)을 형성하는 단계, 그리고 제1 헬리컬 와인딩층(1022)과 중첩되는 영역에서 제1헬리컬 와인딩층(1022)과 제2후프 와인딩층(1023)에 상기 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 제2헬리컬 와인딩층(1024)을 형성하는 단계를 포함한다.According to another embodiment, the step of forming the
한편, 섬유 와인딩 단계(S30)는 섬유(30)가 라이너(1010)에 와인딩되는 동안 히터부(180)에서 고온의 열을 섬유층을 향해 조사한다. 히터부(180)는 65℃ 내지 150℃의 열을 발생시킬 수 있다. 바람직하게 히터부(180)는 85℃의 열을 발생시킬 수 있다.Meanwhile, in the fiber winding step ( S30 ), high-temperature heat from the
섬유 와인딩 단계(S30)는, 온도 측정부(190)를 통해 라이너(1010)에 와인딩된 섬유층(1020, 1030)의 표면 온도를 측정하고, 상기 표면 온도가 기 설정된 온도 범위를 초과하는 경우, 제어부(230)가 전원(240)을 제어하여 히터부(180)에서 발생되는 온도를 조절할 수 있다.In the fiber winding step (S30), the surface temperature of the
섬유 와인딩 단계(S30)는, 거리 측정부(210)에서 측정된 섬유층(1020, 1030)의 표면과의 사이 거리 신호가 제어부(230)에 전송되며, 제어부(230)는 수신된 신호를 통해 섬유층(1020, 1030)의 두께를 산출한다. 제어부(230)는 라이너(1010)에 와인딩된 섬유층(1020, 1030)의 표면 온도가 기 설정된 온도 범위를 초과하는 경우, 히터 이동부(220)를 제어하여 히터부(180)와 섬유층(1020, 1030)과의 사이 거리를 조절한다.In the fiber winding step (S30), the distance signal between the surface of the
다른 실시 예에 의하면, 섬유 와인딩 단계(S30) 제2자외선 조사부(250)에서 라이너(1010)에 와인딩된 섬유층(1020, 1030)으로 자외선을 조사한다. 제2자외선 조사부(250)에서 조사되는 자외선을 세기는 제1자외선 조사부(160)에서 조사되는 자외선의 세기보다 크다. 제2자외선 조사부(250)에서 조사되는 자외선은 높은 출력으로 섬유층(1020, 1030)에 침투하여 섬유층(1020, 1030)을 신속하게 경화시킬 수 있다.According to another embodiment, in the fiber winding step (S30), the second
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
100: 고압 탱크
1010: 라이너
1020: 탄소 섬유층
1021, 1023: 후프 와인딩층
1022, 1024: 헬리컬 와인딩층
1030: 현무암 섬유층100: high pressure tank
1010: liner
1020: carbon fiber layer
1021, 1023: hoop winding layer
1022, 1024: helical winding layer
1030: basalt fiber layer
Claims (8)
상기 라이너에 탄소 섬유가 와인딩된 탄소 섬유층; 및
상기 탄소 섬유층에 현무암 섬유가 와인딩된 현무암 섬유층을 포함하되,
상기 탄소 섬유층은,
상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유가 후프 와인딩된 후프 와인딩층; 및
상기 라이너의 양측 돔부와 상기 후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유가 헬리컬 와인딩된 헬리컬 와인딩층을 포함하고,
상기 현무암 섬유층은 상기 현무암 섬유가 상기 헬리컬 와인딩층의 전체 영역에 헬리컬 와인딩되며,
상기 헬리컬 와인딩층과 상기 현무암 섬유층에서 발생하는 섬유의 변형율은 상기 후프 와인딩층에서 발생하는 섬유의 변형률보다 작고 상기 탄소 섬유와 상기 현무암 섬유의 파손 변형율보다 낮은 고압 탱크.liner;
a carbon fiber layer in which carbon fibers are wound on the liner; and
Including a basalt fiber layer in which basalt fibers are wound on the carbon fiber layer,
The carbon fiber layer,
a hoop winding layer in which the carbon fiber is hoop wound on the cylinder portion of the liner; and
and a helical winding layer in which the carbon fiber is helically wound on both sides of the dome of the liner and the hoop winding layer,
In the basalt fiber layer, the basalt fiber is helically wound over the entire area of the helical winding layer,
A high-pressure tank wherein the strain rate of fibers generated in the helical winding layer and the basalt fiber layer is lower than the strain rate of fibers generated in the hoop winding layer and lower than the fracture strain rate of the carbon fiber and the basalt fiber.
상기 탄소 섬유층은,
상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유가 제1 턴수로 후프 와인딩된 제1후프 와인딩층;
상기 라이너의 돔부와 상기 제1후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유가 헬리컬 와인딩된 제1 헬리컬 와인딩층;
상기 제1후프 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 탄소 섬유가 상기 제1헬리컬 와인딩층에 제2턴수로 와인딩된 제2후프 와인딩층; 및
상기 제1 헬리컬 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 제1헬리컬 와인딩층과 상기 제2후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유가 헬리컬 와인딩된 제2헬리컬 와인딩층을 포함하는 포함하는 고압 탱크.The method of claim 1,
The carbon fiber layer,
a first hoop winding layer in which the carbon fiber is hoop-wound by a first number of turns on the cylinder portion of the liner;
a first helical winding layer in which the carbon fiber is helically wound on the dome portion of the liner and the first hoop winding layer;
a second hoop winding layer in which the carbon fiber is wound by a second number of turns on the first helical winding layer in a region overlapping the first hoop winding layer; and
and a second helical winding layer in which the carbon fiber is helically wound on the first helical winding layer and the second hoop winding layer in a region overlapping the first helical winding layer.
상기 제1 턴수는 상기 제2 턴수와 상이한 고압 탱크.4. The method of claim 3,
The first number of turns is different from the number of second turns.
상기 탄소 섬유와 상기 현무암 섬유는 열 가소성 수지, 광 개시제, 그리고 유기과산화물이 혼합된 수지에 함침된 고압 탱크.The method of claim 1,
The high-pressure tank in which the carbon fiber and the basalt fiber are impregnated with a resin in which a thermoplastic resin, a photoinitiator, and an organic peroxide are mixed.
상기 탄소 섬유층에 현무암 섬유를 와인딩하여 현무암 섬유층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 탄소 섬유층을 형성하는 단계는,
상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유를 후프 와인딩하여 후프 와인딩층을 형성하는 단계;
상기 라이너의 양측 돔부와 상기 후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 헬리컬 와인딩층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 현무암 섬유층을 형성하는 단계는,
상기 현무암 섬유를 상기 헬리컬 와인딩층의 전체 영역에 헬리컬 와인딩하며,
상기 헬리컬 와인딩층과 상기 현무암 섬유층에서 발생하는 섬유의 변형율은 상기 후프 와인딩층에서 발생하는 섬유의 변형률보다 작고 상기 탄소 섬유와 상기 현무암 섬유의 파손 변형율보다 낮은 고압 탱크 제조 방법.winding carbon fibers on a liner to form a carbon fiber layer; and
Comprising the step of winding the basalt fiber on the carbon fiber layer to form a basalt fiber layer,
The step of forming the carbon fiber layer,
forming a hoop winding layer by hoop winding the carbon fiber on the cylinder part of the liner;
and forming a helical winding layer by helically winding the carbon fiber on both sides of the liner and on the hoop winding layer,
The step of forming the basalt fiber layer,
Helical winding the basalt fiber over the entire area of the helical winding layer,
The strain rate of fibers generated in the helical winding layer and the basalt fiber layer is smaller than the strain rate of fibers generated in the hoop winding layer and is lower than the fracture strain rate of the carbon fiber and the basalt fiber.
상기 후프 와인딩층과 상기 헬리컬 와인딩층은 동일한 두께로 와인딩되는 고압 탱크 제조 방법.7. The method of claim 6,
The method for manufacturing a high-pressure tank in which the hoop winding layer and the helical winding layer are wound to have the same thickness.
상기 탄소 섬유층을 형성하는 단계는
상기 라이너의 실린더부에 상기 탄소 섬유를 제1 턴수로 후프 와인딩하여 제1후프 와인딩층을 형성하는 단계;
상기 라이너의 돔부와 상기 제1후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 제1 헬리컬 와인딩층을 형성하는 단계;
상기 제1 후프 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 제1 턴수와 상이한 제2 턴수로 상기 탄소 섬유를 제1 헬리컬 와인딩층에 후프 와인딩하여 제2후프 와인딩층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 헬리컬 와인딩층과 중첩되는 영역에서 상기 제1헬리컬 와인딩층과 상기 제2후프 와인딩층에 상기 탄소 섬유를 헬리컬 와인딩하여 제2헬리컬 와인딩층을 형성하는 단계를 포함하는 고압 탱크 제조 방법.7. The method of claim 6,
The step of forming the carbon fiber layer is
forming a first hoop winding layer by hoop winding the carbon fiber in a first number of turns on the cylinder portion of the liner;
forming a first helical winding layer by helically winding the carbon fiber on the dome portion of the liner and the first hoop winding layer;
forming a second hoop winding layer by hoop winding the carbon fiber to the first helical winding layer with a second number of turns different from the first number of turns in an area overlapping the first hoop winding layer; and
and forming a second helical winding layer by helically winding the carbon fiber on the first helical winding layer and the second hoop winding layer in a region overlapping the first helical winding layer.
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