KR102439957B1 - 개선된 정전기 방지 압력 탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압 및 저압 유체/가스, 특히 LPG, LNG 또는 CNG의 저장용 압력 탱크로서, 둘레에 접촉 영역을 가지는, 적어도 하나의 유출구를 구비한 열가소성 소재의 중공체, 유출구 마다 구비되고, 상기 중공체의 내부로 향하는 적어도 하나의 애퍼처(aperture)를 가지고, 전체 표면에 걸쳐 보충 접촉 영역과 함께 접촉 영역과 연결되며, 상기 애퍼처는 바닥 단부에는 디퓨저(diffuser)를 갖되, 상기 디퓨저는 보스(boss) 또는 네크링(neckring) 또는 커플링 부재(coupling piece)의 일부일 수 있고, 축방향으로 애퍼처를 밀봉하고 주로 방사 방향으로만 향하는 디퓨저 통공이 형성된 보스(boss), 상기 디퓨저를 둘러싸는, 상기 중공체 내측의 정전기 제거 벽을 포함하며, 상기 정전기 제거 벽은 상기 보스 또는 상기 네크링의 일부이거나 또는 별개 부품으로서 상기 커플링 부재에 고정된 것을 특징으로 하는 압력 탱크를 제공한다.

Description

개선된 정전기 방지 압력 탱크

본 발명은 둘레에 접촉 영역을 가지며, 적어도 하나의 유출구를 구비한 열가소성 소재의 중공체 및 상기 중공체의 내부로 향하며 상기 접촉 영역에 대한 보충 접촉 영역의 전체 공간에 걸쳐 연결되는 적어도 하나의 애퍼처(aperture)를 가지는 유출구 마다 구비된 하나의 보스를 포함하고, 상기 애퍼처를 축방향으로 밀봉하고 주로 방사 방향으로만 향하는 통공이 형성된 디퓨저가 상기 애퍼처 하단부에 구비되고, 상기 중공체 내측으로 상기 디퓨저를 둘러싸는 정전기 제거 벽이 구비된 고압 및 저압 유체/가스, 특히 LPG 또는 LNG 또는 CNG 저장용 압력 탱크에 관한 것이다.

액화 석유가스(LPG), 또는 액화 천연가스(LNG) 또는 압축 천연 가스(CNG)와 같은 저압 또는 고압 하의, 가스 또는 유체를 저장하기 위한 종래 기술의 탱크들이 공지되어 있다. 이들 탱크들은 블로우 성형, 회전 성형, PET 블로우 공정 또는 사출 성형 공정에 의하여 본래부터 열가소성 소재로부터 제조된다. 압축 강도를 증대시키기 위하여, 이들 탱크들은 제2 단계에서 섬유를 서로 접합하고 내부 플라스틱층에 섬유들을 고정하는 일반적으로 수지 속에 매입되는, 탄성 섬유의 외부 층으로 덮혀진다.

실시예에 상관 없이, 그러한 탱크는 어느 경우에나 탱크를 채우거나 비우기 위해 밸브, 호스 또는 튜브 단부와 같은 커플링 피스가 견고하게 부착된 적어도 하나의 보스를 구비해야 한다. 보스와 커플링 부재 사이의 연결은 래치 잠금식 플러그 또는 베이어넷 소켓을 통해 이루어질 수 있지만 고압 응용 분야에서는 주로 낮은 나사 피치의 나사 플러그가 사용된다.

또한, 라이너로 불리는 내측 중공체는 금속으로 제조될 수 있다. 예컨대, 알루미늄, 티타늄 또는 강과 같은 금속으로 이루어질 수 있으나, 서두에서 설명된 바와 같이, 예컨대, 열가소성 소재와 같은 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 그러한 열가소성 소재는 더욱 용이하게 성형될 수 있고, 따라서 제조 비용이 더욱 저렴하고, 섬유-강화 외부층의 매트릭스에 대해 더욱 양호한 열 팽창 계수가 적용되는 이점을 가진다. 그러나 단점은 더 낮은 온도 저항성 뿐만 아니라 비교되는 벽 두께에서 금속 라이너에 비해 내압성이 낮다는 것이다. 그러나 용도에 따라, 이러한 단점은 위에 설명한 장점 뒤에 가려진다.

본 발명의 중요한 요소인 플라스틱 라이너의 또 다른 단점은 낮은 전기 전도성 및 그에 따른 고압 하에서 유입되는 유체로 채워질 때의 정전기 하전 경향이다. 유체는 일반적으로 금속 충전 밸브의 출구에서 높은 속도로 흘러 나와 전자를 운반하여 내부 탱크 벽에 충돌하는 동안 충격 지점에 침착된다. 또한, 고속으로 내벽의 반대편에 부딪치는 유체 분사에 의해 전하 분리가 야기될 수 있다.

중공체 또는 금속 또는 다른 전도성 물질로 제조된 라이너에서, 전하 평형이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있다. 안전성을 더욱 높이기 위하여, 밸브뿐만 아니라 중공체/라이너도 접지될 수 있다. 이것은 플라스틱 라이너, 예를 들어, 열가소성 소재들은 낮은 전기 전도성으로 인해 거의 효과적이지 못하다. 이로 인해 중공체/라이너의 정전기 하전이 발생하며, 이는 예기치 않게 문자 그대로 순식간에 방전할 수 있다. 탱크 내부에 잔류 산소가 존재하거나 충전된 유체(혼합물)가 가연성이면, 폭발할 수 있다. 발생하는 정전하의 방전이 거의 일어나지 않을뿐만 아니라 여전히 유효 산소가 있을 때 이전에 불활성 가스 처리가 되어서는 안되기 때문에 이 문제는 무엇보다도 비어 있고, 건조한 압력 탱크의 충전 공정 동안 발생한다.

종래 기술로서, 두 가지 종류의 솔루션들이 이 문제에 대해 제안되었으며, 이들은 제거 및 방지라는 단어들로 요약될 수 있다. 양측의 솔루션들은 미국 특허 US 7,656,642 7656642호(Ulekleiv 등)에 예시된다.

제거용 솔루션은 예컨대 비전도성 또는 전도성이 거의 없는 플라스틱 소재로부터 다른 전도성 코팅에 의해 내부 탱크 벽의 전도성을 향상시키기 위한 것이다. 그러나 이러한 솔루션의 결점은, 열가소성 라이너들의 더욱 용이하고 제조 비용이 작은 제조 공정의 이점이 재차 적어도 부분적으로 제거되는 것이다. 더구나, 그러한 코팅은 높은 응력을 받는 내부 탱크 벽의 영역에서, 무엇보다도 유출구에 면하는 지점에서 신속하게 마모되는 단점이 있다. 또한, 정전기 방지 첨가제는 그 효과가 단시간만 지속되므로 그 적용이 제한된다.

그러나, 예방 전략은 밸브 밖으로 나오는 유체의 높은 유속에서 볼 수 있는 정전기 전하의 유발로서 시작하려 한다. 그 감소를 위해, 밸브의 하단부에 디퓨저를 부가하는 것이 바람직하며, 상기 디퓨저는 축방향으로 개구를 밀봉하고, 반경 방향으로만 개구부를 가지므로 유입 유체의 방향 전환이 이루어진다. 따라서, 한편으로 유체는 감속되고 다른 한편으로는 번들된 제트가 대향하는 내벽에 충격을 주지 않고 여러 개의 부분 흐름들로 나뉘고, 이들은 추가적인 조치 없이 수평 방향으로 1차로 분산되고, 이어서 중력에 영향을 받아서, 거의 직각으로 내벽에 약간의 오차를 가지고 타격한다. 그러나, 추가적인 감속을 달성하기 위하여, 종래 특허는 라이너의 유출구 내측의 디퓨저를 라이너/중공체의 일부로서 형성되는 원통형 칼라로 둘러싸는 것을 제안하였다. 따라서 디퓨저의 방사방향 구멍들로부터 배출하는 유체는 칼라에 충돌하고 따라서 다시 한 번 방향이 수정되어 강력하게 속도가 저하된다.

이러한 솔루션의 단점은, 둘러싸는 폐쇄된 칼라에 의한 유체의 극도의 감속에 의하여 디퓨저와 칼라 사이의 잔여 공간이 충전되므로, 강력한 카운터 압력이 생성되고 따라서 유동 속도가 크게 감소되는 것이다. 이 공간에서의 흐름은 매우 격렬하므로, 인접 부품들, 디퓨저, 커플링 부재, 보스 및 칼라에 심각한 기계적인 부하를 초래하여, 급속한 시효를 가속한다.

그러나 디퓨저와 칼라 사이의 공간의 강한 카운터 압력의 보다 심각한 문제는, 디퓨저와 칼라 사이 공간의 상부 측면에 위치된 보스와 라이너 사이의 결합부 내로 유입 유체가 가압되고, 이로써 특히 높은 충전 압력과 속도 아래에서 압력 탱크의 견고성이 위협될 수 있는 사실이다.

두께와 보스의 정확성의 요건들은 압력 탱크의 벽 두께와 공차와 상당히 다르므로, 실제로 하나로서 탱크와 보스를 제조하는 것은 합리적이지도 않고 경제적이지도 못하다.

오히려, 별개로 제조된 대부분의 경우 다중-부품의 보스를 제조하고 추가적인 단계에서 완성된 중공체를 제공하는 것이 보통이다. 예컨대, 미국 공개특허 US 2011/0101002는 두 개의 유출구들을 가진 플라스틱 탱크를 개시한다. 이들 유출구 위에, 각각 외측으로부터 그리고 내측으로부터, 대략 원통형 보스가 설치되고, 이는 일 단부에서 칼라-형상의 플랜지에 의하여 확장된다. 이들 두 부품들은 나사에 의하여 나사 결합되고 함께 가압되므로, 탱크의 유출구 둘레 영역에서 외측으로부터 그리고 내측으로부터 평평하게 위치된다. 탱크 또는 플랜지에서 대응하는 압력에 의하여 그리고 추가적으로 삽입된 실링 링들에 의하여, 소정의 압력 강도가 얻어진다.

미국 공개특허 US 2014/0299610은 두 부분의 보스를 가진 압력 탱크가 기재되어 있는데, 더욱 유연하고, 더욱 플렉시블한 소재의 외측 부분이 중공체/라이너 및 그의 섬유 보강 층에 연결을 제공한다. 제2 부분은 이러한 외측 보스에 동심으로 매입되고, 이는 내부 나사 유형의 밸브 또는 다른 커플링 부재에의 연결 가능성을 제공한다. 생성되는 힘을 견디도록 더욱 단단한 소재로 이는 제조된다. 내측 부분과 나사 결합된 밸브 사이에는 보스의 실링 립이 위치되고, 이는 하나 이상의 실링 립들에 의하여 높은 압력으로 밸브의 견고한 위치 둘레에서 함께 고정한다.

이 공보는 요청된 시험 압력에 비례해서 실링 립의 방사 방향 두께를 감소시키는 것을 교시한다. 그러나, 대체로, 밸브, 보스 및 유출구, 특히 실링 링으로부터의 압력-유발 변형에 대처할 수 없는 높은 압력 아래 실링 립은 있을 것이며, 이는 누출을 초래할 수 있는 것이 결점이다.

1. US 7,656,642 "Means and method for reducing build-up of electrostatic charges in a fluid container" 2. US 2011/0101002 "Molding process of liner with divided boss adapter" 3. US 2014/0299610 "Boss for composite pressure container"

위의 배경에서, 본 발명은 정전기 전하를 효과적으로 방지하고, 그럼에도 불구하고 높은 충전 속도를 보장하고 높은 압력에서도 절대적인 견고성을 보장하는 복합 압력 탱크용 보스를 개발하기 위한 과제에 착수하였다.

위 과제의 해결을 위해, 본 발명은 이하에 설명되는 바와 같이, 보스 또는 네크링 또는 커플링 부재의 일부로서 형성되는 디퓨저 둘레에 정전기 제거 벽을 제공하는 것을 교시한다. 충전 공정 중의 견고성은 보스와 중공체/라이너 사이의 필수적 결합부가 충전 공정 중에 높은 동적 부하에 의해 응력을 받는, 디퓨저와 정전기 제거 벽 사이의 공간 외측에 효과적으로 위치된다는 사실에 의해 보장된다.

바람직한 실시예에서, 속도 압력의 그러한 감소는 그의 둘레에 걸쳐 형성된 여러 개의 난류(turbulence) 방출 개구들에 의하여 도달된다. 애퍼처(aperture) 바닥 단부의 디퓨저와 정전기 제거 벽 사이의 공간 내로 유입하는 유체는, 상기 난류 방출 통공을 통해 이 공간으로부터 배출될 수 있다. 이는 디퓨저와 정전기 제거 벽 사이의 잔여 공간의 부하를 제거하고 이로써 더 큰 흐름 속도를 제공한다. 유동 난류는 방사상의 디퓨저 통공들에 대한 난류 방출 통공들을 적절히 위치시킴으로써 더욱 영향을 받을 수 있다. 각각의 디퓨저 통공에 대해 정전기 제거 벽에서 적어도 하나의 난류 방출 통공을 제공하는 것이 중요하다. 이들은 지정된 디퓨저 통공들에 대략 정렬될 수 있다. 이 경우, 보스 영역에서 높은 흐름 속도와 최소 난류 흐름이 달성된다. 이상적으로, 난류 방출 통공들의 크기는 디퓨저 통공에서 배출 후의 젯 확장을 고려하여, 디퓨저 통공들로부터 유출하는 유체의 젯 단면보다 다소 작도록 선택된다. 이 효과는 흐름을 완전히 층류화 하는 것이 아니라, 흐름에 의한 전하 분리를 감소시키는 것이다.

다른 대안은 디퓨저 통공들을 난류 방출 통공들 사이의 거대 벽 세그먼트에 정렬시키는 것이다. 벽 세그먼트 중간과 디퓨저 통공들을 정렬시키는 것은, 활동적인 힘에 의해 벽 세그먼트들을 타격하는 유체에 의해 유발된 벽 세그먼트의 부하를 가능한한 균등하게 분배하기 위함이다. 이러한 상대적인 배치에 의하여 종래기술에서 알려진 연속적인 둘레 칼라에 유사하게 강력한 감속이 달성되나, 유입 유체가 난류 방출 통공들을 갖는 추가적인 흐름 경로를 가지며 그들 사이의 공간에서 최대 가능한 정도로 고정 흐름이 생성되는 중요한 이점이 달성된다. 이와 같이, 격심한 난류 흐름으로부터의 소재에 대한 상당한 응력이 제거되고 생성되는 정전기 카운터 압력이 상당 정도로 효과적으로 감소된다. 감속과 유입 유체의 2회의 방향 수정에도 불구하고 최대 가능한 흐름 속도는 이 실시예에서 또한 디퓨저(및/또는 정전기 제거 벽) 없는 탱크에 비교해서 거의 감소되지 않는다. 사이 공간 내외에서 이러한 정렬에 의하여 스피링쿨러와 유사한 효과가 생성되는데, 유체가 정전기 제거 벽의 벽 세그먼트를 온전한 힘으로 타격할 때, 유체는 매우 작은 액적으로 되기까지 미세하게 분산되고, 이어서 디퓨저와 벽 세그먼트 사이 갭을 통해 직접 아래로 낙하하고 부분적으로 난류 방출 통공으로 미세하게 분산되어 외부의 탱크 용적으로 유입된다. 이와 같이, 중공체 내부 공간을 타격할 때 추가적인 정전기 하전을 유발할 수 있는 집속된(bundled) 유체 젯은 더 이상 없다.

라이너 소재에 비교해서 더욱 양호한 전도성을 가진 소재가 보스에 사용되거나, 또는 비전도성 소재에 전도성 코팅이 제공될 때, 본 발명의 교시의 추가적인 이점이 달성된다. 이것은 밸브 또는 커플링 부재 속의 흐름에 의하여 운반되는 대부분의 전하, 즉, 전자들은 이미 정전기 제거 벽에 침착된 사실에 관련한다. 이는 또한 종래 기술의 압력 탱크로부터 공지되어 있다. 그러나 여기서 효과적인 전하 역류는 비전도성 중공체의 일부로서 칼라를 구성함으로써 방지된다. 보스가 전도성 소재로 제조될 때, 보스에 정전기 제거 벽의 통합에 의하여 전하 역류는 본 발명에서 문제 없이 가능하다.

본 발명의 본질적 사상은 이와 같이 압력 탱크의 보스 내에 정전기 제거 벽을 일체화하는 것이며, 보스는 최종적으로 가능하면 섬유 강화 커버링층을 포함하는 중공체를 가진 유체 함유 호스 또는 튜브를 장착하기 위한 실제 커플링 부재의 내압 연결부로서 작용하는 것이다. 이로써 보스와 중공체 사이의 결합부가 디퓨저와 정전기 제거 벽 사이의 공간에서 취약 지점으로 되는 것이 방지된다. 추가로 본 발명의 사상은 상기 디퓨저와 정전기 제거 벽 사이의 공간에 상당한 정도로 고정적이고 덜 격렬한 흐름 과정에 난류 방출 통공들을 삽입함으로써, 형성된 카운터 압력과, 이로 인해 압력에 노출되는 부품 재료에 대한 응력 및 그에 따라 주어진 충전 압력의 유속을 증가시키는 것을 감소시킨다. 유체는 정전기 제거 벽의 벽 세그먼트들을 타격하거나 적어도 난류 방출 통공을 떠날 때 스프링클러처럼 분산되고, 중공체의 내벽을 타격하거나 공기와 마찰할 때 주목할만한 전하 처리 효과로 더 이상 충분한 운동에너지를 갖지 못하는 미세한 샤워 및 가장 미세한 액적으로서 상기 디퓨저와 정전기 제거 벽 사이 공간 영역을 떠난다. 따라서 본 발명에 따른 난류 방출 통공을 가지는 정전기 제거 벽의 정전기 방지 효과는 연속 칼라를 가진 벽과 적어도 균등하나, 결점을 회피한다. 명백하게 서로 그 자체를 배제하지 않는 한, 이하에서는 별개로 또는 결합해서 구현될 수 있는, 본 발명의 효과적인 발전이 제시되고 이하 설명될 것이다.

바람직하게는, 난류 방출 통공들의 수는 방사방향 디퓨저 통공들의 수의 정수배이다. 특히, 본 발명은 균등한 수의 난류 방출 통공들과 디퓨저 통공들을 제공한다. 더욱이, 정전기 제거 벽은 바람직하게 디퓨저와 같은 대칭으로 구성된다. 특히, 바람직하게, 디퓨저와 난류 방출 통공을 가지는 정전기 제거 벽은 n-차 회전대칭(n≥2)과 거울 대칭형으로 구성된다. 이와 같이 유체 흐름과 토크의 방향 조정에 의해 생성된 보스 위의 부하가 평형을 이루고, 보스는 부하와 토크로부터 확실히 분리된다.

난류 방출 통공들은 다른 형태들, 예컨대, 정전기 제거 벽에서 둥글거나 타원 구멍들과 같은 형태로 형성될 수 있다. 그러나 상기 난류 방출 통공들은 바람직하게 정전기 제거 벽의 바닥 테두리에서 시작하여 수직 치수의 필수적인 부분 위로 연장되고, 직각 방향으로 디퓨저 통공들의 직경에 대략 상응하는 폭을 가지는 길다란 갭들 또는 홈들로서 설계된다. 무엇보다 먼저, 이는 제조가 용이하고 둘째로 보스 영역에서 유입되는 유체의 흐름 방향을 생성한다. 이는 난류와 층류 사이의 매우 양호한 균형을 나타내고 전체적으로 유사-정상류로 나타난다. 추가적인 흐름 제어를 위하여, 정전기 제거 벽의 측방향 윤곽은 변할 수 있으며, 예컨대, 기초적인 원형 윤곽에 추가적인 파형이 부여될 수 있거나, 또는 다각형 기본 유형이 선택될 수 있다.

압력 탱크 충전 중 흐름 상태에 효과적으로 영향을 미칠 수 있는 추가적인 가능성은 디퓨저의 표면에 적절한 지형을 부여하고, 유입 유체가 디퓨저 통공으로 배출되기 전에 그 위를 타격하도록 하는 것이다. 이는 예컨대 충돌하는 유체의 흐름 방향에 대향하는 볼록형 또는 원뿔형 입면으로 설계될 수 있고, 이로써 보스의 향상된 압력 방출을 이끌어 더 높은 유속에 도달 할 수 있다.

더욱 효과적인 실시예는 커플링 부재에 별도의 부분으로서 고정되는 정전기 제거 벽을 설계하는 것이다. 이것은 많은 사용으로 마모되기 쉬운 정전기 제거 벽의 유지 보수를 간단하게 한다. 유체에 의해 타격돌 때 가장 큰 부하를 받는 난류 방출 통공이 없는 정전기 제거 벽을 사용할 때, 이러한 용이한 수선가능성은 적절한 칼라가 중공체/라이너 내부의 필수 구성인 종래 기술의 설계에 대하여 상당한 이점을 제공한다.

정전기 제거 벽이 커플링 부재에 결합되거나 보스 또는 네크링(neckring)의 일체형 부품으로 설계되었는지 여부에 상관 없이, 정전 특성 또는 마모 특성에 영향을 미치도록 다른 소재들이 사용될 수 있다. 따라서, 예컨대, 금속 외에 열가소성 소재가 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 압력 탱크의 보스는 가장 일반적인 경우, 하나의 부재로 제조되는데, 밸브, 호스, 튜브 또는 유사물에 대한 커플링 또는 연결 가능성이 그 자체로 보스에 일체화된다. 이는 압력 탱크의 견고성을 손상시킬 수 있는, 추가적인 접촉 지점 연결부를 효과적으로 각각 회피한다. 중공체와의 접촉 영역에서 보스의 소재 특성에 관한 상이한 요건에 기초하여, 중공체는 압력 부하 및 열 영향 하에 중공체의 연신에 부응하기에 충분히 유연하고 탄성이 있어야 하며, 빈번한 결합과 분리에 의한 신속한 피로를 피하기에 충분한 안정성 및 경도를 필요로 하는 유체 함유 밸브, 호스 또는 튜브에 대한 커플링 영역을 제공하지만 적어도 2피스의 보스 구현을 제안한다. 이 경우, 경질 재료, 바람직하게는 금속으로된 제2부분인 네크링은 보다 부드럽고 강한 재료, 특히 중공체의 열가소성 소재와 유사한 소재로 제조된 외부 연결부에 동심원으로 매립되고, 액화에 의해 제2부분은 연결된다. 그러한 네크링은 밸브 또는 다른 커플링 부재로의 연결을 위한 내부 나사 또는 다른 커플링 가능성을 갖는다. 여기서 네크링은 실제 보스의 보충적인 개구부로 내로 가압되거나 성형된다. 대체적으로, 보스는 네크링 둘레의 주조 또는 사출 공정을 통해 형성된다.

네크링, 특히 실제 보스로의 그의 접촉 영역은, 바람직하게 원 대칭을 가지지 않으나, 단지 n-차 회전 또는 특히 선호되는 거울면에 의한 거울 대칭을 가지며, 이는 축 방향을 포함한다. 접촉 영역의 형상은 예컨대 다각형, 별 또는 파형 라인일 수 있다. 이와 같이, 접촉 영역은 확장되고 토크의 더욱 양호한 전달이 네크링으로부터 보스까지 가능해진다. 추가적으로, 본 발명은 칼라 또는 플랜지를 각각 에워싸는 네크링에서 원주상으로 분산된 홈들 및/또는 연결 홀들을 삽입하는 것을 제안하고, 그 속으로 액상 가소성 소재가 제조 공정 동안 유입되도록 할 수 있다. 냉각 후에, 토크 전달에 적합한 특히 안정적인 연결이 이어서 달성된다. 잠재적인 빈번한 변화 동안 커플링 부재의 내외측으로 나사식으로 전진하는 토크가 네크링과 실제 보스 사이의 접합부를 손상시킬 수 있으며, 이는 누출을 야기시켜 수년간의 사용 후에 보스의 파손을 초래할 수 있으므로 중요하다.

보스로부터 중공체로의 토크의 전달에 대해서도 동일한 것이 적용된다. 그러므로 보스와 중공체 사이의 접촉 영역은 또한 비 원형 토크 커플링으로서 형성된다. 네크링으로부터 보스로의 접촉 영역과 같이, 형상은 다각형일 수 있고, 별 또는 파형 선이 가능할 수 있다. 대안적으로, 열가소성 중공체는 보스 둘레로 송풍될 수 있는데, 중공체의 여전히 액상 소재가 내부로 유동하여 거기서 응고할 수 있는 보스의 외부 영역의 수직 홀들이 있을 때 특히, 이는 매우 긴밀한 연결 및 힘 전달을 보장한다. 이 경우의 단점은, 중공체가 제조되고 또한 보스를 손상함이 없이 교체될 수 없을 때 보스는 이미 사용되는 것이다.

그러므로 본 발명은 바람직하게는 외부로부터 접근 가능한 방식으로 중공체 유출구 영역에서 보스 또는 보스에 대한 접촉 영역을 설계하여 보스가 삽입되고 용접되거나 가압될 수 있도록 제안한다. 특히, 유출구의 축방향 단면은 확실히 외측으로 증가하여야 하므로, 더 바깥쪽 단면의 축방향 돌출부는 더 깊은 내측의 축방향 돌출부를 포함한다. 보스 부분이 중공체 소재와 유사한 열가소성 소재로 제조될 때, 양자의 연결은 바람직하게 접촉 영역 표면을 액화시키고 그들을 같이 가압하여 이루어질 수 있다.

종래 기술에서, 디퓨저는 커플링 부재, 즉, 호스 또는 튜브를 연결하기 위한 밸브에 속하므로, 가장 일반적인 경우 본 발명은 그러한 실시예를 역시 포함한다. 그러나 본 발명은 바람직하게는 디퓨저와 정전기 제거 벽을 보스 자체에 통합하는 것을 제안한다. 이것은 보통 보스의 내부 나사와 네크링에 각각 나사 결합되는 커플링 부재가 항상 정전기 제거 벽에 대해 항상 같은 각 위치를 갖지 않으나, 스크류가 진행하면서 적어도 조금씩 이 위치를 변경하는 배경 기술에 반하는 것이다. 이와 같이, 난류 방출 통공들에 대해 디퓨저 통공들의 상대 위치는 항상 동일하지 않으며, 이는 유입 유체의 유동 과정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 상대 위치의 이러한 변화는 보스에 디퓨저를 통합함으로써 효과적으로 제거된다.

방사 방향으로 향하는 디퓨저 구멍들은 바람직하게 둥글고, 타원이거나 다각형이며 특히 직사각형이다.

이 실시예의 추가적인 이점은 통상적으로 표준적인 커플링 부재에는 디퓨저가 제공되지 않으나, 바닥 단부에 간단한 축방향으로 향하는 유입구 구멍을 가지는 것이다. 디퓨저를 보스 자체에 일체화함으로써, 이와 같이 본 발명은 표준 커플링 부재를 사용함에도 불구하고, 디퓨저와 정전기 제거 벽을 관통하는 고압 아래 흐르는 유체의 감속을 이용할 수 있다.

실제 보스에 매입되어 있는 네크링은 바람직하게 그 유출구 상부에 센터링 그루브(centering groove)을 가진다. 이로써 항상 보스의 제조 공정 동안 네크링과 보스의 일정한 배치 상태를 보장할 수 있으며, 이는 난류 이완 구멍들과 디퓨저 구멍들의 상대적인 정렬에 있어서 중요한 것이다. 자동화된 방식으로, 예컨대 조립 로봇에 의하여 연결이 수행될 때, 이것은 특히 신속한 연결 및 커플링 부재의 중심정렬을 단순화한다.

더욱 바람직한 실시예에서, 네크링은 축방향으로 아래로 향하고 반대측에서 보스의 소재에 의하여 둘러싸인 칼라를 포함한다. 한편으로 실제 보스에 대한 접촉 영역은 이와 같이 더욱 확장된다. 다른 한편, 칼라로부터 방사 방향 내측으로 향하는 보스의 소재는 실링 립을 형성하고, 그의 방사 방향 두께는 압력 탱크의 견고성에 중요한 영향을 미친다.

보스의 유한한 수직 치수를 통해, 애퍼처는 보스가 장착될 때 중공체의 안쪽으로 약간 연장된다. 이에 탱크 내측의 압력은 내외측의 이러한 나선형 돌기에 영향을 미치고, 일체형 디퓨저가 없거나 디퓨저가 일체형으로 디자인된 내부면은 커플링 부재 또는 보스의 바닥 부분에 의하여 형성된다. 따라서, 보스 특히 실링 립의 소재는 압축된다. 더욱이, 유체 또는 가스는 탱크 및 실링 링의 압력에 의해 커플링 부재의 실링 링과 상기 실링 립 사이의 갭으로 가압되고, 실링 립은 실링 링, 실링 립과 탱크 내측의 압력이 평형을 이루기까지 변형된다.

실링 립의 방사 방향 두께의 선택된 치수가 충분하지 않으면, 실제 보스와 네크링 또는 보스와 커플링 부재 사이 연결부에서 누출이 발생한다. 커플링 부재와 실링 립 사이에 실링 링을 사용함으로써 후자는 피할 수 있다. 이러한 실링 링의 경도는 탱크의 시험 압력과 함께 의도된 최대 충전 압력으로 증가해야 한다.

그러므로 본 발명은 이 실시예의 탱크의 의도된 시험 압력을 가지는 실링 립의 더 큰 치수의 방사 방향 두께를 제안한다. 실제로, 시험 압력에 비례해서 실링 립의 두께를 증가시키는 것이 권장된다. 시험에 의하여 이하의 관계에 따른 변화가 최적의 견고성을 보장하는 증거가 제공되었다:

Dmax (mm) = 0.01 P (bar) + 3.0

Dmin (mm) = 0.019 Dmax (mm) + 2,95,

여기서, P는 시험 압력이고, Dmin은 바람직한 방사 방향 실링 립 두께(D)의 하한값이며 Dmax는 상한값이다. 적어도 90도의 쇼어 경도(shore hardness)를 가지는 실링 링이 실링 립과 커플링 부재 사이에 사용된 것으로 가정한다.

종래 기술에서 강으로 제조된 중공체를 갖는 압력 탱크에 대해 특히 적용되었던, 보스와 밸브 사이의 실링을 위한 대체적인 방안은 원추형으로 테이퍼된 외부 나사를 가진 밸브를 사용하는 것이다. 이와 함께 달성되는 금속 실링은 표준 관행에서 점성 실란트에 의하여 여전히 지지되는데, 이것은 실링 링의 사용을 불필요하게 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 이러한 테이퍼형 밸브의 연결은 네크링의 적절한 설계에 의해 제공된다. 특히, 디퓨저 없는 보스의 설계는 가장 널리 사용되는 디자인에서 테이퍼형 밸브가 이미 디퓨저를 갖추고 있지만 정전기 제거 벽은이 없기 때문에 해결된다. 또한 이 실시예에서 디퓨저 통공들과 난류 방출 통공들의 상대 위치를 조정할 수 있도록, 보스와 밸브에 상기 통공들의 위치를 표시하는 적절한 마크를 제공하는 것이 제안된다.

수백 내지 일천 바 이상의 매우 높은 시험 압력을 견디기 위하여, 본 발명의 압력 탱크의 중공체는 외측의 섬유 보강층을 가져야 한다. 중공체에 대해 제안된 열가소성 소재가 밀리미터 범위의 통상적인 벽 두께에 의하여 그 자체로 단지 몇 바, 적어도 대략 10바만을 견딜 수 있으므로, 이는 더욱 필요하다. 섬유 보강층에 사용되는 섬유들은 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마 섬유, 천연 섬유 중 어느 한 가지 이상일 수 있다. 또한 요구되는 강성에 따라 비용을 최적화하기 위하여 다른 유형의 섬유들이 또한 처리될 수 있다. 이들 섬유들이 내부에 매입되는 매트릭스는 예컨대 에폭시 수지와 같은 열 또는 UV-경화(합성) 수지, 및 섬유로 감긴 라이너에 액화된 형태로 적용될 수 있으며 이어서 응고될 수 있는 폴리에틸렌과 같은 플라스틱으로 구성된다. 특히 바람직한 중공체 표면은 섬유 권취 및 섬유가 매입된 매트릭스의 적용 전에 처리되며, 이는 인성을 증가시켜 복합 층과 라이너/중공체 간 더욱 양호한 접착이 이루어지도록 한다.

본 발명의 추가적인 구제적인 세부 사항들과 특징들은 이하 예시된 실시예를 참조하여 설명될 것이다. 그러나 이들은 본 발명을 제한하는 것이 아니나, 본 발명을 단지 설명하기 위한 것이다.

본 발명에 따라, 정전기 전하를 효과적으로 방지하고, 높은 충전 속도와 높은 압력에서의 견고성이 보장되는 압력 탱크가 제공된다.

개략적인 도면들이 이하와 같이 도시된다:
도 1은 보스에 난류 방출 통공이 형성된 정전기 제거 벽과 커플링 부재와의 일체형 디퓨저가 구비된 본 발명 압력 탱크 실시예의 단면도이다.
도 1a는 도 1에서 보스 바닥 부분의 확대 단면도이다.
도 2는 도 1에서 아래 각도에서 보스를 올려다 본 사시도이다.
도 3은 일체형 디퓨저가 구비된 보스의 추가적인 실시예의 절개된 도면으로서 아래 각도로부터 취해진 사시도이다.
도 4는 시험 압력과 실링 립의 방사 방향 두께 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 윤곽화된 디퓨져 면이 구비된 보스의 추가 실시예의 단면이다.
도 6은 보스 및 디퓨정전기 제거 벽이 구비된 커플링 부재의 추가 실시예의 단면이다.
도 7은 정전기 제거 벽과 디퓨저를 구비한 커플링 부재의 추가 실시예를 아래 각도에서 올려다 본 사시도이다.
도 8은 디퓨저에 일체형 압력 방출 기구(닫힌 위치)를 구비한 보스의 추가적인 실시예의 단면이다.
도 8a는 개방된 압력 방출 기구를 가진 도 8의 보스를 관통하여 취한 단면이다.

본 발명은 「고·저압 유체 또는 가스의 저장용 압력 탱크로서, 둘레에 접촉 영역(111)을 가지는, 적어도 하나의 유출구(11)를 구비한 열가소성 소재의 중공체(1); 상기 유출구(11) 마다 구비되고, 상기 접촉 영역(111)에 대한 보충 접촉 영역(26)의 전체 공간에 걸쳐 연결되며, 상기 중공체(1)의 내부(13)로 향하는 적어도 하나의 애퍼처(aperture, 21)가 형성되되, 상기 애퍼처(21)의 하단부에는 디퓨저(diffuser, 22)가 구비되고, 상기 디퓨저(22)는 보스(boss, 2) 또는 네크링(neckring, 23) 또는 커플링 부재(coupling piece, 3)의 일부일 수 있으며, 상기 디퓨저(22)는 상기 애퍼처(21)의 하단을 막고 방사 방향으로 개구된 디퓨저 통공(221)이 형성된 보스(boss, 2); 상기 디퓨저(22)를 둘러싸도록 상기 중공체(1) 내측으로 형성된 정전기 제거 벽(27); 을 포함하며, 상기 정전기 제거 벽(27)은 상기 보스(2) 또는 상기 네크링(23)의 일부로 구성된 것을 특징으로 하는 압력 탱크」를 제공한다.

본 발명 압력 탱크에서 상기 정전기 제거 벽(27)에는 여러 개의 난류 방출 통공(28)이 형성되고, 상기 난류 방출 통공(28)은 압력에 의해 흐르는 유체가 상기 보스(2) 아래 영역에 정상류(stationary flow)를 생성하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 난류 방출 통공(28)은, 상기 정전기 제거 벽(27)의 바닥에서 높이 끝단까지 연장된 길다란 구멍일 수 있고, 상기 디퓨저(22)의 방사 방향 통공(221)과 일직선으로 정렬되거나, 상기 정전기 제거 벽(27)에 대향하는 디퓨저(22)의 중심과 일직선으로 정렬되도록 할 수 있다.

본 발명 압력 탱크에서 상기 정전기 제거 벽(27)은 상기 디퓨저(22)에 대면하는 원형 윤곽 또는 '더욱 복잡한 윤곽'을 가질 수 있다. 상기 '더욱 복잡한 윤곽'이란 파형 윤곽 또는 다각형 윤곽을 말한다.

본 발명에서, 상기 디퓨저(22)는, 원형 또는 타원형 또는 다각형(특히 직사각형) 디퓨저 통공(221)을 가지거나, 평평하거나 볼록하거나 원뿔형 입면을 갖는 바닥면(222)을 가지거나, 유체가 임계 속도로 흐를 때 상기 애퍼처(21)를 폐쇄하는 메카니즘을 가지도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 보스(2)의 애퍼처(21)는 실링을 위한 적어도 하나의 실링 링(31) 또는 테이퍼형 외부 나사산을 가지는 밸브 또는 다른 커플링 부재(3)가 나사 결합되는 내부 나사산을 가지도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 보스(2)는, 주입 또는 내장된 네크링(neckring, 23)을 포함하고,상기 네크링(23)은 상기 보스(2)의 외측 연결부(20)와 동심원상으로 설치되고 상기 애퍼처(21)와 내부 나사산(25)의 적어도 한 부분을 제공하도록 구성할 수 있다.

이 경우 상기 네크링(23)은, 상기 애퍼처(21)의 축 방향 둘레의 로테이션에 관련하여, 다각형 단면에서 볼 수 있는 n-차 회전대칭(n-fold rotation symmetry) 또는 비대칭(no symmetry)과 같이 원대칭(circular symmetry)에 비해 감소된 대칭성 및 축 방향을 포함하는 면을 기준으로 한 거울 대칭성을 갖고, 내부에 홀(233)이 있고, 방사 방향으로 연장되는 네크링 플랜지(232) 및 상기 애퍼처(21) 상부의 센터링 그루브(234)를 가지며, 금속 재질로 제조할 수 있다.

본 발명 압력 탱크에서 상기 연결부(20)는 열가소성 소재로 제조되고, 열가소성 소재의 고도 액화에 의한 사출, 접합 또는 용접 및 이어지는 압축을 통해 상기 중공체(1) 유출구(11)의 보충 접촉 영역(111) 전체 표면에 걸쳐 연결된 상기 접촉 영역(26)을 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 네크링(23)에는 하부 측방에서 아래를 향하고 상기 애퍼처(21)를 둘러싸며 상기 연결부(20)에 매입된 네크링 칼라(231)가 형성되고, 상기 네크링 칼라(231)의 내측과 상기 애퍼처(21) 사이의 보스(2) 소재는 실링 립(24)을 형성하도록 구성될 수 있다.

상기 커플링 부재(3)와 상기 실링 립(24) 사이에 적어도 하나의 실링 링(31)이 배치되도록 구성할 수 있으며, 상기 실링 립(24)의 방사 방향 두께는 압력 탱크(1)의 시험 압력(P)에 비례해서 선택되도록 할 수 있다.

상기 실링 립(24)의 방사 방향 두께는 최소 두께(Dmin)와 최대 두께(Dmax) 사이에서 선택되고, 상기 최소 두께와 최대 두께는 상기 시험 압력(P)과 연결하여 하기 관계식에 따라 구해지도록 할 수 있다.

Dmax(mm) = 0.01P(bar) + 3.0;

Dmin(mm) = 0.019Dmax(mm) + 2.95

또한, 상기 보스(2)로부터 상기 중공체(1)로 토크를 전달하기 위한 접촉 영역(26, 111)은 토크 커플링으로서 애퍼처(21)의 축방향 둘레에서 원대칭을 이루지 않고, 다각형 형태와 같은 n-차 회전대칭 형태를 갖도록 구성할 수 있다.

본 발명 압력 탱크는, 열 또는 UV-경화 수지 매트릭스에 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마(Dyneema) 섬유 및 천연 섬유 중 어느 한 가지 이상이 매입 보강된 섬유 보강층(8)이 중공체(1) 둘레에 형성되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명 압력 탱크는 상기 유출구(11) 영역에서 상기 섬유 보강층(8) 안쪽으로 제2 토크 커플링(81)이 일체로 형성되고, 상기 제2 토크 커플링(81)은 상기 보스(2)에 작용하는 토크를 상기 섬유 보강층(8)으로 전달하기 위해 비 원형 대칭 형상(예를 들어, n-차 회전대칭 또는 다각형 형상)을 가지도록 구성할 수 있다.

삭제

상기 보스(2)의 애퍼처(21)에 형성된 내부 나사산(25)의 높이(HT)와 상기 내부 나사산(25) 바닥 단부와 실링 링(31) 중심 사이의 축 방향 거리 간의 차이는 하기 관계식에 따르도록 구성할 수 있다.

HT(mm) - DO(mm) ≤ 0.5 TP 및

HT(mm) = nTTP(mm) 조건에 부합할 것

TP는 권취 당 밀리미터 단위의 상기 내부 나사산(25)의 피치;

nT는 상기 내부 나사산(25)의 권취 수

도 1은 보스(boss)가 장착된 본 발명에 따른 압력 탱크의 유출구를 관통하는 단면을 예시한다. 보스(2)는 유출구(11) 내로 견고하게 연결되고, 그 위에서 보스(2)로부터 중공체(1)에 토크를 지속적이고 효과적으로 전달하기 위하여 보충 접촉 영역(26 및 111)들이 토크 커플링(torque coupling)을 형성한다. 또 다른 토크 커플링이 보스(2)의 보스 부분(20)과 섬유 보강층(8) 사이의 접촉 영역에 형성되고, 이는 중공체(1)와 부분적으로 보스 부분(20)을 덮는다. 보스(2)는 두 부분들을 가지며 외측 보스 부분(20)과 그와 일체이며 커플링 부재(3)를 보스(2)에 나사 결합하기 위한 내부 나사산(25)을 가지는 네크링(neckring, 23)으로 구성된다. 제조 공정 동안, 특히 조립 로봇에 의한 자동화된 방식으로, 커플링 부재(3)의 취급 및 배치는 내부 나사산(25)의 상단부에서 센터링 그루브(centering groove, 234)에 의하여 용이하게 이루어진다. 애퍼처(aperture, 21)의 바닥 단부에서 디퓨저(diffuser, 22)는 커플링 부재(3)와 일체를 이루는 부분이다.

디퓨저(22)는 축방향으로 애퍼처(21)를 폐쇄하고 단지 방사 방향으로 통공(221)이 형성됨으로써 고압 하에 흐르는 유체의 감속 및 방향 조정을 위하여 작용한다. 디퓨저 통공(221)들을 통과한 후에 방사 방향으로 흐르는 유체는, 디퓨저 없는 이론상의 흐름 속도에 비교해서, 더 낮은 속도를 가지고 디퓨저(22) 둘레에서 정전기 제거 벽(27)을 타격하며, 그러한 정전기 제거 벽(27)은 가늘고 긴 홈으로 설계된 난류 방출 통공(28)에 의하여 분절되는 원통형 칼라로서 형성된다. 정전기 제거 벽(27)은 외측 보스 부분(20)의 축방향 돌출부(overhang)이며 따라서 보스 부분(20)과 일체로 된 부분이다. 디퓨저(22)는 본 실시예에서 6-차 회전대칭을 가진 거울 및 회전대칭 디자인을 가지므로 커플링 부재는 충전 공정 동안 힘을 받지 않고 토크 없이 유지된다. 정전기 제거 벽(27)도 또한 동일하게 적용된다.

이것은 특히 중공체(1)와 보스(2) 사이의 연결부(12)가 디퓨저(22)와 정전기 제거 벽(27)의 사이 공간 외측에 위치하는, 본 발명의 본질적인 개선을 보장한다. 따라서, 고압 하에 유동하는 유체가, 아마도 고압 하에서 상기 사이 공간의 경계면을 타격하여 충전 공정 동안 또는 최악의 경우로서 소성 변형 동안 압력 탱크의 기밀성(tightness)을 영구히 유지시키는 상기 유체의 동적 압력과 함께 상기 사이 공간에 형성되는 높은 정전기 카운터 압력에 기인하여 상기 연결부 내로 가압되는 것이 효과적으로 피해진다.

이것은 난류 방출 통공(28)들이 추가적인 유출 경로를 생성하므로, 상기 공간에서 단지 작은 카운터 압력만이 생성된다는 사실에 의하여 촉진된다. 상기 유체는 상기 난류 방출 통공(28)을 통해 유동할 때 미세한 액적(droplet)의 "안개(fog)”로 분산되어, 유출구(11)로부터 더 멀리 떨어져 있는 영역의 정전기 충전의 위험을 최소화시킨다.

전술한 본 발명 압력 탱크의 기밀성은, 상기 네크링(23)으로부터 방사 방향으로 아래로 연장된 네크링 칼라(231)와 커플링 부재(3)의 실링 링(31) 사이에 위치한 실링 립(24)의 방사방향 두께의 치수를 측정하고, 예정된 시험 압력 즉, 탱크의 최대 압력에 비례하여 증가시킴으로써 압력 충전 상태뿐만 아니라 충전 공정 동안 더욱 효과적으로 유지된다.

도 1a는 애퍼처(21) 바닥 단부의 보스(20) 하부 절반의 확대 단면을 도시한다. 내부 나사산(25)의 높이(HT)와 내부 나사산(25)의 바닥 에지와 O-링(31) 사이의 거리(D0)의 차이는 HT-D0 ≤ 0.5TP의 관계에 따라 선택되고, 여기서 TP는 내부 나사산(25)의 나사 피치를 나타낸다.

도 2는 아래의 각도에서 도 1의 보스를 바라 본 사시도를 도시한다. 이는, 중공체의 유출구의 보충적인 접촉 면적과 같이, 보스(2)로부터 압력 탱크의 중공체로 토크를 전달하기 위한 토크 커플링을 형성하는 육각형 형상의 접촉 영역(26)을 도시하며, 중공체 내에 보스(2)가 장착되고 용접되거나 접합된다. 축방향으로의 유동 장애를 형성하는 디퓨저(22)를 바닥 단부에 포함하는 커플링 부재(3)는 보이지 않는 네크링(23)의 내부 나사에 나사 결합된다. 커플링 부재(3)는 방사 방향으로 연장된 디퓨저 통공(221)이 정전기 제거 벽(27)의 난류 방출 통공(28)과 대략 정렬되도록 하는 정도로 나사 결합된다. 따라서, 충전 공정 동안 높은 유속이 달성되나, 동시에 난류 방출 통공(28) 폭의 적절한 좁은 설정에 의하여 여전히 양호한 정전 방지 효과가 달성된다. 그러나 디퓨저 통공(221)들이 난류 방출 통공(28)들과 정렬되지 않거나, 정전기 제거 벽(27)의 연속된 개구들에 일치하지 않으므로, 통공(221)들로부터 흘러나오는 유체가 이들에 부딪히며 더욱 속도가 느려질 때, 그러한 효과는 최적화된다. 이 경우, 커플링 부재(3) 또는 디퓨버(22)로부터 멀리 운반되는 거의 모든 부하는 정전기 제거 벽(27)에 침착되고, 정전기 제거 벽(27)이 보스(2)의 부분이며, 이는 상대적으로 더 전도성을 갖도록 설계될 수 있고 그리고 비전도성 중공체(1)의 부분은 아니므로, 그로부터 모든 부하는 액적에 의하여 커플링 부재(3) 또는 디퓨저(22)로 멀어지게 향해진다.

도 3에서, 본 발명의 압력 탱크 보스의 추가적인 바람직한 실시예가 예시된다. 상부 도면은 디퓨저 통공(221)들이 상대적으로 난류 방출 통공(28)들을 가진 정전기 제거 벽(27)에 정렬되고, 통공(221)들로부터 유출되는 유체 젯(fluid jet)이 정확하게 대형 정전기 제거 벽 세그먼트(27)들을 타격하는 것을 설명하는, 아래 각도로부터의 사시도를 도시한다. 도 1-2에 예시된 실시예와 유사하게, 디퓨저(22)는 또한 거울 및 6차 회전대칭을 가진다.

하부 도면은 보스(2)의 절개 부분을 예시한다. 이는 또한 외측 보스 부분(20)과 네크링(23)의 두 부분으로 형성되는 것이라 볼 수 있다. 다시 말해, 네크링(23)은 호스, 튜브, 밸브 또는 다른 커플링 부재를 장착하기 위한 내부 나사산(25)을 포함한다. 이전의 실시예와의 본질적 차이는, 이러한 단면도에서 명확히 보여지는 바와 같이, 디퓨저(22)가 보스(2), 특히 보스 부분(20)과 일체로 형성된다는 것이다. 그래서, 정전기 제거 벽(27)과 디퓨저 통공(221)들의 정렬은 피해지고 난류 방출 통공(28)들은 각각의 스크류 결합 과정에 따라 달라질 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 실링 립(sealing lip, 24)의 방사 방향 두께(D)와 요청된 시험 압력 사이의 관계를 보이는 그래프를 도시한다. 실링 립 두께는 y축에, 압력은 x축에 표시된다. 권장 최대 두께(Dmax)의 경우 0.01mm/bar의 비례상수(기울기)를 갖는 직선으로, 권장 최소 두께(Dmin)의 경우는 0.019mm/bar의 비례 상수(경사)를 갖는 정확히 증가한다. 100bar에서 축 절편은 각각 최소 및 최대 권장 두께인 3.03mm와 4.0mm이다. 최적의 견고성을 보장하기 위해, 규정 시험 압력(P)에서의 방사 방향 두께(D)는 최소 두께(Dmin)와 최대 두께(Dmax) 사이에 있어야 한다.

도 5는 본 발명 압력 탱크의 보스(2)의 실시예의 또 다른 바람직한 실시예를 도시하며, 그것은 디퓨저의 바닥면(222)에 유동 조건을 수정하기 위해 유입 유체의 유동 방향을 향하는 원뿔형 입면을 가진다. 측방향 네크링 플랜지(232)가 축방향 부하에 대해 네크링(23)을 안정화시킨다. 네크링 홀(233)들은 플랜지 내에 형성되고, 그 내부로 보스의 액상 가소성 소재가 제조 공정 동안 유입할 수 있다.

도 6은 디퓨저(22) 뿐만 아니라 정전기 제거 벽(27)이 커플링 부재(3)의 일부를 형성하는 실시예를 예시한다. 이는 커플링 부재(3)를 분리시킴으로써, 큰 응력을 받은 부품인 정전기 제거 벽(27)이 보수 또는 교체 작업을 위하여 용이하게 접근될 수 있는 특수한 이점을 제공한다.

도 7은 정전기 제거 벽(27)과 디퓨저(22)읠 일 실시예를 도시하며, 여기서 정전기 제거 벽(27)의 난류 방출 통공(28)들은 방사 방향으로 점점 가늘어지고 다각형 윤곽을 나타낸다. 디퓨저(22)와 마주하는 난류 방출 통공들의 적절한 형상과 정전기 제거 벽의 내면의 적절한 윤곽은 유체 흐름을 명확히 유도할 수 있고 또한 정전기 제거 벽(27) 자체의 소재 마모에 영향을 미칠 가능성을 나타낸다.

도 8은 폐쇄된 위치에 일체형 압력 완화 장치(9)를 구비한 디퓨저(22)의 실시예를 도시한다. 개방 위치에 있는 압력 완화 장치(9)의 보충적인 예가 도 8a에 도시된다. 유출구 측에서의 갑작스런 압력 손실이 발생하여 그로 인한 유체 배출량이 증가하는 경우, 예컨대 라인이 폭발한 때, 상기 압력 완화 장치(9)가 디퓨저 통공(221) 위의 유출구를 따라 당겨져 유출구를 폐쇄시킨다.

1: 중공체 11: 중공체(1)의 유출구
111: 접촉 영역 12: 중공체와 보스의 연결부
13: 중공체 내부 2: 보스(boss)
20: 보스 부분 21: 구멍(Aperture)
22: 디퓨저 221: 디퓨저 통공
222: 디퓨저 바닥면
23: 네크링 231: 네크링 칼라
232: 네크링 플랜지 233: 네크링 홀
234: 센터링 그루브 24: 실링 립
25: 내부 나사산 26: 접촉 영역
27: 정전기 제거 벽 271: 정전기 제거기 내면
28: 난류 방출 통공 3: 커플링 부재
31: 실링 링 8: 섬유 보강층
81: 토크 커플링 9: 압력 방출 기구
P: 시험 압력 D: 실링 립 방사방향 두께
Dmin: 권장 실링 립의 최소 두께
Dmax: 권장 실링 립의 최대 두께
TP: 나사 피치 HT: 나사 높이
DO: 바닥 나사 단부까지의 실링 립 거리

Claims (17)

1. 고·저압 유체 또는 가스의 저장용 압력 탱크로서,
   둘레에 접촉 영역(111)을 가지는, 적어도 하나의 유출구(11)를 구비한 열가소성 소재의 중공체(1);
   상기 유출구(11) 마다 구비되고, 상기 접촉 영역(111)에 대한 보충 접촉 영역(26)의 전체 공간에 걸쳐 연결되며, 상기 중공체(1)의 내부(13)로 향하는 적어도 하나의 애퍼처(aperture, 21)가 형성되되, 상기 애퍼처(21)의 하단부에는 디퓨저(diffuser, 22)가 구비되고, 상기 디퓨저(22)는 보스(boss, 2) 또는 네크링(neckring, 23) 또는 커플링 부재(coupling piece, 3)의 일부일 수 있으며, 상기 디퓨저(22)는 상기 애퍼처(21)의 하단을 막고 방사 방향으로 개구된 디퓨저 통공(221)이 형성된 보스(boss, 2);
   상기 디퓨저(22)를 둘러싸도록 상기 중공체(1) 내측으로 형성된 정전기 제거 벽(27); 을 포함하며,
   상기 정전기 제거 벽(27)은 상기 보스(2) 또는 상기 네크링(23)의 일부로 구성된 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
2. 제1항에서,
   상기 정전기 제거 벽(27)에는 여러 개의 난류 방출 통공(28)이 형성되고,
   상기 난류 방출 통공(28)은 압력에 의해 흐르는 유체가 상기 보스(2) 아래 영역에 정상류(stationary flow)를 생성하도록 배치된 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
3. 제2항에서,
   상기 난류 방출 통공(28)은,
   상기 정전기 제거 벽(27)의 바닥에서 높이 끝단까지 연장된 길다란 구멍일 수 있고,
   상기 디퓨저(22)의 방사 방향 통공(221)과 일직선으로 정렬되거나,
   상기 정전기 제거 벽(27)에 대향하는 디퓨저(22)의 중심과 일직선으로 정렬된 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
4. 제1항에서,
   상기 정전기 제거 벽(27)은 상기 디퓨저(22)에 대면하는 원형 윤곽 또는 더욱 복잡한 윤곽을 가지며,
   상기 더욱 복잡한 윤곽은 파형 윤곽 또는 다각형 윤곽인 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
5. 제1항에서,
   상기 디퓨저(22)는,
   원형 또는 타원형 또는 다각형 디퓨저 통공(221)을 가지거나,
   평평하거나 볼록하거나 원뿔형 입면을 갖는 바닥면(222)을 가지거나,
   유체가 임계 속도로 흐를 때 상기 애퍼처(21)를 폐쇄하는 메카니즘을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
6. 제1항에서,
   상기 보스(2)의 애퍼처(21)는 실링을 위한 적어도 하나의 실링 링(31) 또는 테이퍼형 외부 나사산을 가지는 밸브 또는 다른 커플링 부재(3)가 나사 결합되는 내부 나사산을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
7. 제1항에서,
   상기 보스(2)는, 주입 또는 내장된 네크링(neckring, 23)을 포함하고,
   상기 네크링(23)은 상기 보스(2)의 외측 연결부(20)와 동심원상으로 설치되고 상기 애퍼처(21)와 내부 나사산(25)의 적어도 한 부분을 제공하는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
8. 제7항에서,
   상기 네크링(23)은,
   상기 애퍼처(21)의 축 방향 둘레의 로테이션에 관련하여, 다각형 단면에서 볼 수 있는 n-차 회전대칭(n-fold rotation symmetry) 또는 비대칭(no symmetry)과 같이 원대칭(circular symmetry)에 비해 감소된 대칭성 및
   축 방향을 포함하는 면을 기준으로 한 거울 대칭성을 갖고,
   내부에 홀(233)이 있고, 방사 방향으로 연장되는 네크링 플랜지(232) 및
   상기 애퍼처(21) 상부의 센터링 그루브(234)를 가지며,
   금속 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
9. 제7항에서,
   상기 연결부(20)는,
   열가소성 소재로 제조되고,
   열가소성 소재의 고도 액화에 의한 사출, 접합 또는 용접 및 이어지는 압축을 통해 상기 중공체(1) 유출구(11)의 보충 접촉 영역(111) 전체 표면에 걸쳐 연결된 상기 접촉 영역(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
   
10. 제7항에서,
    상기 네크링(23)에는, 하부 측방에서 아래를 향하고 상기 애퍼처(21)를 둘러싸며 상기 연결부(20)에 매입된 네크링 칼라(231)가 형성되고,
    상기 네크링 칼라(231)의 내측과 상기 애퍼처(21) 사이의 보스(2) 소재는 실링 립(24)을 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
    
11. 제10항에서,
    상기 커플링 부재(3)와 상기 실링 립(24) 사이에 적어도 하나의 실링 링(31)이 배치된 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
    
12. 제10항에서,
    상기 실링 립(24)의 방사 방향 두께는 압력 탱크(1)의 시험 압력(P)에 비례해서 선택되는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
    
13. 제12항에서,
    상기 실링 립(24)의 방사 방향 두께는 최소 두께(Dmin)와 최대 두께(Dmax) 사이에서 선택되고,
    상기 최소 두께와 최대 두께는 상기 시험 압력(P)과 연결하여 하기 관계식에 따라 구해지는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
    Dmax(mm) = 0.01P(bar) + 3.0;
    Dmin(mm) = 0.019Dmax(mm) + 2.95
    
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,
    상기 보스(2)로부터 상기 중공체(1)로 토크를 전달하기 위한 접촉 영역(26)과 보충 접촉 영역(111)은 토크 커플링으로서 애퍼처(21)의 축방향 둘레에서 원대칭을 이루지 않고, 다각형 형태와 같은 n-차 회전대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 저장용 압력 탱크.
    
15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에서,
    열 또는 UV-경화 수지 매트릭스에 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마(Dyneema) 섬유 및 천연 섬유 중 어느 한 가지 이상이 매입 보강된 섬유 보강층(8)이 중공체(1) 둘레에 형성된 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
    
16. 제15항에서,
    상기 유출구(11) 영역에서 상기 섬유 보강층(8) 안쪽으로 제2 토크 커플링(81)이 일체로 형성되고, 상기 제2 토크 커플링(81)은 상기 보스(2)에 작용하는 토크를 상기 섬유 보강층(8)으로 전달하기 위해 비 원형 대칭 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
    
17. 제6항에서,
    상기 내부 나사산(25)의 높이(HT)와 상기 내부 나사산(25) 바닥 단부와 실링 링(31) 중심 사이의 축 방향 거리 간의 차이는 하기 관계식에 따르는 것을 특징으로 하는 압력 탱크.
    HT(mm) - DO(mm) ≤ 0.5 TP 및
    HT(mm) = nTTP(mm) 조건에 부합할 것
    TP는 권취 당 밀리미터 단위의 상기 내부 나사산(25)의 피치;
    nT는 상기 내부 나사산(25)의 권취 수

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