KR102598547B1 - Pressure vessel and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압력 용기 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 종래 탄소 섬유 와인딩 시 지지체로 기능하던 고체 라이너를 제거함으로써, 압력 용기의 내용적을 늘리고, 그 중량 효율을 향상 시키는 압력 용기의 제작 방법 및 그에 따라 제작된 압력 용기에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure vessel and a method of manufacturing the same. A method of manufacturing a pressure vessel that increases the internal volume of the pressure vessel and improves its weight efficiency by removing the solid liner that conventionally served as a support during carbon fiber winding, and a manufacturing method accordingly. It is about a pressure vessel.
Description
본 발명은 압력 용기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 가스를 저장하는 고압 용기 및 이 고압 용기를 제작하는 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure vessel and a manufacturing method thereof, and more specifically, to a high-pressure vessel storing high-pressure gas and a manufacturing method for manufacturing the high-pressure vessel.
수소, 질소, 천연가스 등 다양한 종류의 가스를 저장하고, 필요에 따라 저장된 가스를 배출하기 위하여 가스의 저장 용기가 필요하다. 특히, 가스는 용기 내 저장 밀도가 낮기 때문에 고압으로 저장될 필요가 있으며, 이러한 고압 환경에서 이용하기 압력 용기가 필수적이다. Gas storage containers are needed to store various types of gas, such as hydrogen, nitrogen, and natural gas, and to discharge the stored gas as needed. In particular, gas needs to be stored at high pressure because the storage density in the container is low, and pressure containers are essential for use in such high-pressure environments.
예를 들어, 대체연료가스 차량(연료전지자동차 또는 압축천연가스 자동차)은 연료 가스의 저장방식에 따라 저장시스템의 구조가 달라지며, 현재에는 저장시스템의 단가, 무게 및 단순함을 고려하여 압축가스 형태의 저장방식이 각광받고 있다. 그러나 기체 상태의 연료는 에너지 저장밀도가 낮아 더 많은 운행거리를 확보하려면 저장량을 늘리거나, 저장압력을 높여야 한다. 자동차의 경우, 가스 저장시스템 탑재 공간이 한정되어 있어 저장탱크의 크기를 늘리는 것은 한계가 있으므로 보다 고압의 가스를 안전하게 저장하는 것이 탱크기술의 핵심이다.For example, alternative fuel gas vehicles (fuel cell vehicles or compressed natural gas vehicles) have different storage system structures depending on the storage method of the fuel gas, and currently, considering the unit cost, weight, and simplicity of the storage system, the storage system is used in the form of compressed gas. The storage method is attracting attention. However, gaseous fuel has a low energy storage density, so to secure more driving distance, the storage amount must be increased or the storage pressure must be increased. In the case of automobiles, the space for mounting a gas storage system is limited, so increasing the size of the storage tank is limited, so safely storing higher pressure gas is the key to tank technology.
연료가스 저장탱크 중 복합재 탱크의 경우, 압축가스로 인한 내압을 감당하기 위해 비강도 및 비강성이 높은 섬유강화 복합재료로 외피를 보강하며, 내부에는 가스의 기밀성을 유지하는 라이너(Liner)가 삽입된다. 연료가스저장 탱크는 라이너의 재질에 따라 형태가 나뉘며, 알루미늄과 같은 금속재질의 라이너가 삽입된 탱크를 타입 3(Type 3), 고밀도 폴리머 라이너가 삽입된 탱크를 타입 4(Type 4)라 구분한다. 타입 3의 경우, 안정성은 상대적으로 높으나, 고가이고, 내피로 특성이 떨어지는 단점이 있는 반면, 타입 4 탱크는 타입 3에 비해 저렴하고 내피로 특성은 우수하나, 수소의 누출(leakage) 및 내투과 성능이 떨어지는 등 안전성의 문제가 있다. 현재는 알루미늄 보스와 플라스틱 라이너의 조합으로 이루어진 지지체 위에 탄소섬유 복합재를 와인딩하는 타입 4가 가장 발전된 형태의 수소탱크이다In the case of composite tanks among fuel gas storage tanks, the outer shell is reinforced with fiber-reinforced composite materials with high specific strength and specific rigidity to handle the internal pressure caused by compressed gas, and a liner is inserted inside to maintain gas tightness. do. Fuel gas storage tanks are divided into types depending on the material of the liner. Tanks with metal liners such as aluminum are classified as Type 3, and tanks with high-density polymer liners are classified as
타입 4와 같은 압력 용기는 고가의 탄소섬유로 제작되며, 용기 내압을 견디기 위하여, 플라스틱 라이너 상에 플라스틱 탄소섬유 복합재가 와인딩되면서 적층되는 방식으로 제작된다. Pressure containers such as
한편, 수소탱크의 효율은 탱크 중량 대비 수소 저장량에 따라 결정된다. 따라서, 수소 탱크 효율 및 차량 연비를 향상시키기 위해, 탱크 중량을 줄이면서 내용적을 증가 시키는 것이 필요하다.Meanwhile, the efficiency of a hydrogen tank is determined by the amount of hydrogen stored relative to the weight of the tank. Therefore, in order to improve hydrogen tank efficiency and vehicle fuel efficiency, it is necessary to increase the internal volume while reducing the tank weight.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 고체로 제작되며 탄소 섬유 와인딩 시 지지체로 기능하던 라이너를 제거함으로써, 압력 용기의 내용적을 늘리고, 그 중량 효율을 향상 시키는 압력 용기의 제작 방법 및 그에 따라 제작된 압력 용기를 제공하는 것에 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems. In the present invention, a pressure vessel is made of solid and increases the internal volume of the pressure vessel and improves its weight efficiency by removing the liner that functioned as a support during carbon fiber winding. The purpose is to provide a manufacturing method and a pressure vessel manufactured accordingly.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 입구 유로가 형성된 보스부 내측면의 체결홈에 고정핀을 끼워 지지층을 고정한 임시 지지체를 준비하는 단계; 상기 보스부 입구 유로를 통해 가스를 주입하여 상기 임시 지지체를 팽창시키고 상기 보스부 입구 유로를 차단하여 팽창된 임시 지지체를 제공하는 단계; 상기 임시 지지체의 바깥으로 외부층을 형성하는 단계; 및 상기 지지층을 제거하는 단계;를 포함하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, a preferred embodiment of the present invention includes the steps of preparing a temporary support in which the support layer is fixed by inserting a fixing pin into a fastening groove on the inner surface of the boss portion where the inlet flow path is formed; Injecting gas through the boss part inlet flow path to expand the temporary support and blocking the boss part inlet flow path to provide an expanded temporary support; forming an outer layer outside the temporary support; and removing the support layer. It provides a method of manufacturing a pressure vessel including.
또한, 상기 임시 지지체는 상기 지지층의 외부에 위치하며, 상기 고정핀에 의해, 상기 지지층과 함께 상기 보스부의 체결홈에 고정되는 기밀 유지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In addition, the temporary support is located outside the support layer and further includes an airtight maintaining film that is fixed to the fastening groove of the boss portion together with the support layer by the fixing pin. .
또한, 상기 외부층을 형성하는 단계는, 상기 임시 지지체 외부에 복합재를 와인딩하여 복합재층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In addition, the step of forming the outer layer provides a method of manufacturing a pressure vessel, characterized in that it is a step of forming a composite layer by winding a composite material on the outside of the temporary support.
또한, 상기 지지층을 제거하는 단계에서는, 상기 상기 보스부 입구 유로를 개방하고, 상기 보스부 입구 유로를 통해 상기 지지층을 빼내어 상기 지지층을 제거하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In addition, in the step of removing the support layer, a method of manufacturing a pressure vessel is provided, characterized in that the support layer is removed by opening the boss portion inlet passage and pulling out the support layer through the boss portion inlet passage.
또한, 상기 지지층을 제거하는 단계에서는, 상기 고정핀에 금속 와이어로 연결된 분리용 고리를 당겨 지지층을 제거하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In addition, in the step of removing the support layer, a method of manufacturing a pressure vessel is provided, wherein the support layer is removed by pulling a separation ring connected to the fixing pin with a metal wire.
또한, 상기 외부층을 형성하는 단계는, 상기 임시 지지체 외부에 열경화성 수지에 합침된 복합재 섬유를 와인딩하여 복합재층을 형성하는 단계이며, 상기 지지층 제거 단계는 상기 복합재층이 경화되어 상기 기밀 유지막과 일체가 된 이후 실시되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In addition, the step of forming the outer layer is a step of forming a composite layer by winding composite fibers impregnated with a thermosetting resin around the outside of the temporary support, and the step of removing the support layer is a step of forming the composite layer by curing the composite layer and forming the airtightness-retaining film and the A method of manufacturing a pressure vessel is provided, which is performed after integration.
또한, 상기 임시 지지체를 준비하는 단계에서는, 상기 체결홈 주변에 상기 기밀 유지막을 위치시킨 다음, 상기 체결홈 내에 가이드 부재를 삽입한 후, 상기 고정핀으로 상기 지지층 및 상기 기밀 유지막을 고정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다. In addition, in the step of preparing the temporary support, the process of positioning the airtightness-maintaining film around the fastening groove, inserting a guide member into the fastening groove, and then fixing the support layer and the airtightness-maintaining film with the fixing pin. A method for manufacturing a pressure vessel comprising:
또한, 상기 임시 지지체를 준비하는 단계에서는, 상기 보스부의 내측면 형상과 일치하는 형상을 갖는 숄더 브라켓이 장착된 고정핀을 상기 체결홈에 끼워 상기 지지층을 고정하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In addition, in the step of preparing the temporary support, a fixing pin equipped with a shoulder bracket having a shape matching the shape of the inner surface of the boss is inserted into the fastening groove to fix the support layer. provides.
또한, 상기 지지층은 미리 설정된 외형을 갖도록 팽창하거나, 내부 가스를 배출하여 쪼그라들 수 있는 변형 가능한 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.In addition, a method of manufacturing a pressure vessel is provided, wherein the support layer is made of a deformable material that can expand to have a preset external shape or shrink by expelling internal gas.
또한, 상기와 같은 압력 용기의 제조 방법에 의해 제작된 압력 용기로서, 입구 유로가 형성된 보스부; 상기 보스부와 일체로 형성된 외부층;을 포함하며, 상기 보스부의 내측면에는 지지층이 고정된 고정핀을 포함하는 임시 지지체가 체결될 수 있도록 체결홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.In addition, a pressure vessel manufactured by the pressure vessel manufacturing method described above, comprising: a boss portion in which an inlet flow path is formed; and an outer layer formed integrally with the boss portion, wherein a fastening groove is formed on the inner surface of the boss portion so that a temporary support including a fixing pin to which the support layer is fixed can be fastened. .
또한, 상기 지지층은 상기 고정핀이 상기 체결홈으로부터 이탈됨에 따라 상기 보스부 입구 유로를 통해 제거될 수 있는 것임을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.In addition, the support layer provides a pressure vessel, wherein the support layer can be removed through the boss portion inlet passage as the fixing pin is separated from the fastening groove.
또한, 상기 외부층은 복합재를 와인딩하여 형성한 복합재층인 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.In addition, a pressure vessel is provided, wherein the outer layer is a composite layer formed by winding a composite material.
또한, 상기 복합재층 내부에 위치하며, 상기 복합재층과 일체로 형성되는 기밀 유지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.In addition, a pressure vessel is provided, which is located inside the composite layer and further includes an airtight maintaining film formed integrally with the composite layer.
한편, 본 발명에 따르면, 압력 용기를 제작하기 위한 공정에 이용되는 임시 지지체로서, 입구 유로가 형성된 보스부 내측면의 체결홈에 끼워질 수 있도록 구성되는 고정핀; 상기 고정핀에 일체로 고정되는 지지층; 및 상기 지지층의 외부에 위치하며, 상기 고정핀에 의해, 상기 지지층과 함께 상기 보스부의 체결홈에 고정되는 기밀 유지막;을 포함하고, 상기 지지층은 내부로 공기를 주입함에 따라 미리 설정된 외형을 갖도록 팽창하거나, 내부 가스를 배출하여 쪼그라들 수 있는 변형 가능한 소재로 이루어지며, 그 외부로 압력 용기의 외부층이 형성된 이후에 상기 지지층이 보스부의 입구 유로로 제거되는 임시 지지체를 제공한다.Meanwhile, according to the present invention, a temporary support used in a process for manufacturing a pressure vessel includes a fixing pin configured to be inserted into a fastening groove on the inner surface of the boss portion where the inlet flow path is formed; a support layer integrally fixed to the fixing pin; and an airtight maintaining film located on the outside of the support layer and fixed to the fastening groove of the boss portion together with the support layer by the fixing pin, wherein the support layer has a preset external shape as air is injected into the inside. It is made of a deformable material that can expand or contract by expelling internal gas, and provides a temporary support on which the support layer is removed through the inlet passage of the boss portion after the outer layer of the pressure vessel is formed.
본 발명에 따르면, 압력 용기의 금속 보스부의 스커트(날개) 부분을 축소할 수 있으며, 플라스틱 라이너가 없는 압력 용기를 제작할 수 있으므로, 압력 용기의 수소 저장 내용적이 증가되고, 압력 용기의 중량이 감소되는 효과가 있다.According to the present invention, the skirt (wing) portion of the metal boss portion of the pressure vessel can be reduced and a pressure vessel without a plastic liner can be manufactured, so the hydrogen storage capacity of the pressure vessel is increased and the weight of the pressure vessel is reduced. It works.
또한, 본 발명에 따르면, 압력 용기의 내용적 증가 및 중량 감소를 통해, 수소 중량 효율을 향상시킬 수 있으며, 1충전 시 차량 주행거리 및 차량 연비를 개선할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, hydrogen weight efficiency can be improved by increasing the internal volume and reducing the weight of the pressure vessel, and has the effect of improving vehicle mileage and vehicle fuel efficiency per charge.
또한, 플라스틱 라이너를 제거함으로써, 종래 플라스틱 라이너를 포함하는 타입 4 용기의 고질적 문제점인 플라스틱 라이너의 버클링을 방지 할 수 있는 효과가 있다.Additionally, by removing the plastic liner, there is an effect of preventing buckling of the plastic liner, which is a chronic problem of
도 1은 일반적인 압력 용기의 단면을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 압력 용기의 제조 방법에 사용되는 섬유 복합재의 지지 구조를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 압력 용기의 제조 방법에 따라 제작된 압력 용기로써, 용기 내부의 지지층이 제거되기 전을 도시한 것이고,
도 4는 도 3의 압력 용기의 금속 보스부 주변을 확대 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 압력 용기의 제조 방법에 따라 제작된 압력 용기로써, 용기 내부의 지지층이 제거된 이후의 압력 용기를 도시한 것이고,
도 6은 도 5의 압력 용기의 금속 보스부 주변을 확대 도시한 것이고,
도 7은 금속 보스부에 체결되는 고정핀에 임시 지지층 가이드가 형성된 예를 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 압력 용기의 제조 방법을 도시한 것이다.Figure 1 shows a cross section of a typical pressure vessel,
Figure 2 shows the support structure of the fiber composite material used in the method of manufacturing a pressure vessel according to the present invention,
Figure 3 shows a pressure vessel manufactured according to the pressure vessel manufacturing method according to the present invention, before the support layer inside the vessel is removed;
Figure 4 is an enlarged view of the area around the metal boss portion of the pressure vessel of Figure 3;
Figure 5 is a pressure vessel manufactured according to the method of manufacturing a pressure vessel according to the present invention, showing the pressure vessel after the support layer inside the vessel has been removed;
Figure 6 is an enlarged view of the area around the metal boss portion of the pressure vessel of Figure 5;
Figure 7 shows an example in which a temporary support layer guide is formed on a fixing pin fastened to a metal boss part,
Figure 8 shows a method of manufacturing a pressure vessel according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 고압의 가스를 저장하는 압력 용기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 용기 내에 저장된 고압 가스가 누출되지 않도록 기밀성을 확보하는 압력 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 용기의 취약부 중 하나인 보스부 주변을 섬유 복합재에 의해 강화시킬 수 있는 압력 용기의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure vessel that stores high-pressure gas and a method of manufacturing the same, and to a pressure vessel that ensures airtightness so that the high-pressure gas stored in the vessel does not leak and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a pressure vessel in which the area around the boss, which is one of the weak parts of the vessel, can be strengthened with a fiber composite material.
압력 용기와 관련, 압력 용기의 소재로 복합재가 사용되며, 복합재가 와인딩 방식에 의해 적층되어 제작되는 압력 용기가 그 대상이 될 수 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 구현예로 설명되는 압력 용기는 앞서 설명한 용기의 타입들로 제한되는 것은 아니며, 단지 복합재를 적층함에 있어서, 적층되는 복합재를 지지할 수 있는 고유한 지지 구조가 적용되는 것이면 족하다.Regarding pressure vessels, composite materials are used as the material for pressure vessels, and pressure vessels manufactured by stacking composite materials by a winding method may be the target. However, the pressure vessel described as a preferred embodiment of the present invention is not limited to the types of vessels described above, and it is sufficient that a unique support structure capable of supporting the laminated composite material is applied when laminating the composite material. .
따라서, 본 명세서에서 와인딩 방식에 의해 복합재가 적층된 구조 이외에 다른 형태에 의해 복합재가 적층되는 구조 또한 적용 가능하다. 또한, 본 발명에서는 지지층(220) 외부에 복합재 층이 적층되는 것을 기술하고 있으나, 지지층(220)에 의해 지지되는 것이라면 복합재 층 이외에 다른 소재의 층이 적용될 수도 있다.Therefore, in this specification, in addition to the structure in which composite materials are laminated by a winding method, structures in which composite materials are laminated in other forms are also applicable. In addition, the present invention describes a composite layer being laminated on the outside of the
따라서, 본 발명은 바람직한 구현예로 제시된 도면 및 실시예만으로 한정되는 것은 아니며, 위에서 언급된 것과 같은 다양한 변형예를 포섭하는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the present invention is not limited to only the drawings and examples presented as preferred embodiments, and should be construed to encompass various modifications such as those mentioned above.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 압력 용기의 제조 방법 및 이에 따라 제작된 압력용기에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a method for manufacturing a pressure vessel according to a preferred embodiment of the present invention and a pressure vessel manufactured thereby will be described in detail.
압력용기는 중심축(C)을 기준으로 대칭인 구조로, 돔 형상의 구조와 실린더 형상의 구조가 일체로 형성된 구조를 갖는다. 구체적으로, 도 1에서와 같이, 압력용기는 중심축 상의 보스부(10)로부터 돔형상을 이루는 돔부, 그리고 압력 용기 중간 영역에 위치하는 실린더부 및 돔부와 실린더부 사이에 위치하는 변환부로 이루어진다.The pressure vessel has a symmetrical structure with respect to the central axis (C) and has a structure in which a dome-shaped structure and a cylinder-shaped structure are formed as one piece. Specifically, as shown in Figure 1, the pressure vessel is composed of a dome part forming a dome shape from the
특히, 돔부와 실린더부의 경우, 섬유 복합재가 와인딩에 의하여 적층 구성된다. 즉, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 함침한 섬유를 라이너(20)의 외주에 반복하여 둘러 감아 섬유 복합재층(30)을 라이너(20)에 형성하고, 이후 수지를 열경화시킴으로써, 라이너(20)가 섬유 복합재에 의하여 보강된 압력 용기를 제작하게 된다. 섬유 복합재의 와인딩 방식은 이미 공지된 기술이므로, 본 명세서에서는 이러한 와인딩 방식에 대한 설명은 생략한다.In particular, in the case of the dome portion and the cylinder portion, fiber composite materials are laminated by winding. That is, fibers impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin are repeatedly wrapped around the outer circumference of the
한편, 본 발명의 바람직한 구현예에서는, 도 1의 압력 용기와는 달리, 보스부(110)에 결합되는 플라스틱 라이너가 제거된 압력 용기를 제공하는 것에 특징이 있다. 이를 위해, 본 발명에서는 압력 용기의 보스부(110)에 착탈 가능한 임시 지지층(220)을 고정하고, 외부에 섬유 복합재 층이 형성된 이후에는 상기 임시 지지층(220)을 제거하도록 구성한다.Meanwhile, a preferred embodiment of the present invention is characterized in that, unlike the pressure vessel of FIG. 1, a pressure vessel is provided in which the plastic liner coupled to the
이와 관련, 도 2에서는 이와 같이 제거 가능한 섬유 복합재층에 대한 지지 구조를 도시하고 있다. 또한, 도 3에서는 지지층(220)이 제거되기 전 압력 용기를 도시하고 있으며, 도 5에서는 지지층(220)이 제거된 이후의 압력 용기를 도시하고 있다.In this regard, Figure 2 shows a support structure for this removable fiber composite layer. Additionally, FIG. 3 shows the pressure vessel before the
도 2를 참조하면, 본 구현예에 따른 압력 용기의 제조 방법에서는 보스부(110) 내측면에 체결홈을 형성하고, 이 체결홈에 지지층(220)과 일체로 형성된 고정핀(210)을 삽입하여 복합재층 지지 구조를 형성하는 것에 특징이 있다.Referring to FIG. 2, in the method of manufacturing a pressure vessel according to this embodiment, a fastening groove is formed on the inner surface of the
이러한 지지층(220)은 복합재를 감기 위한 지지체로 기능하는 것이며, 압력 용기의 복합재층 제작이 완료된 이후에는 제거될 수 있도록 구성되어야 한다. 따라서, 상기 지지층(220)은 그 외형이 고정된 것이 아니라 내부로 공기를 주입하거나 내부 공기를 빼내거나 함에 따라 그 외형이 변경될 수 있도록 구성되어야 한다. This
이 때, 상기 지지층(220)은 내부로 공기가 주입된 경우에는 미리 설정된 압력 용기의 형상에 상응하는 외형을 가지며, 내부의 공기가 제거된 경우에는 쪼그라들어 보스부(110)의 입구 유로를 통해 외부로 꺼내어 질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 지지층(220)은 비닐, 천과 같이 변형이 가능한 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 지지층(220)은 가스의 유동을 대체로 차단할 수 있도록 구성됨으로써 보스부(110) 입구 유로를 막을 경우, 지지층(220)의 외형을 그대로 유지할 수 있도록 구성되어야 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 통기성이 없도록 표면 처리된 천이 이용될 수 있다.At this time, when air is injected into the
따라서, 상기 지지층(220)은 내부로 공기를 주입함에 따라 미리 설정된 외형을 갖도록 팽창하거나, 내부 가스를 배출하여 쪼그라들 수 있는 변형 가능한 소재로 이루어지며, 그 외부로 압력 용기의 외부층(120)이 형성된 이후에는 보스부(110)의 입구 유로로 제거될 수 있다.Accordingly, the
한편, 임시 지지체 내부로 가스를 주입하여 팽창시킨 다음, 보스부(110)의 입구 유로에 마개를 설치하여 가스 배출을 차단하게 된다. 따라서, 내부 가스 배출이 차단되 임시 지지체는 도 3에서와 같이, 일정한 외형을 형성하게 되는 바, 복합재가 와인딩되기 충분한 강도를 가지게 된다.Meanwhile, gas is injected into the temporary support to expand it, and then a stopper is installed on the inlet flow path of the
또한, 도 4는 도 3의 압력 용기의 금속 보스부(110) 주변을 확대 도시한 것이다.Additionally, FIG. 4 is an enlarged view of the area around the
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 고정핀(210)은 보스부(110)의 내측 체결홈에 억지끼움을 삽입될 수 있는 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상기 고정핀(210)은 체결홈 내에 삽입되는 핀부와 체결홈 외부에 위치하는 헤드부를 포함하는 형태일 수 있으며, 바람직하게는 상기 헤드부에는 와이어(240)를 통해 분리 고리가 연결되도록 구성할 수 있다.As shown in FIG. 4, the fixing
따라서, 분리 고리를 보스부(110) 입구 유로를 통해 당김으로써 고정핀(210)을 효과적으로 제거할 수 있다. 이와 관련, 분리 고리 및/또는 와이어(240)를 당기기 위한 기구가 이용될 수도 있으며, 작업자가 직접 손으로 와이어(240)를 찾아 당기는 방법이 적용될 수도 있다.Therefore, the fixing
또한, 상기 보스부(110)의 체결홈은 고정핀(210)의 제거가 용이하도록 보스부(110) 내측면, 더욱 바람직하게는 입구 유로로부터 꺽여져 연장되는 내측면 상에 형성될 수 있다. 또한, 고정핀(210)의 제거가 보다 용이하도록, 상기 체결홈은 입구 유로에 비하여 일정한 각도로 기울어져 형성될 수도 있다.In addition, the fastening groove of the
도 4에서와 같이, 상기 지지층(220)은 상기 고정핀(210)의 헤드부 저면에 일체로 고정될 수 있다. 이와 같이 헤드부 저면에 지지층(220)이 일체로 고정되는 경우, 고정핀(210)을 당기는 것을 토해 간단하게 지지층(220)을 보스부(110)로부터 제거할 수 있게 된다. 이를 위해, 상기 지지층(220)은 상기 고정핀(210)의 헤드부 저면에 접착될 수 있다.As shown in Figure 4, the
또한, 상기 임시 지지체는 상기 지지층(220)의 외부에 위치하며, 상기 고정핀(210)에 의해, 상기 지지층(220)과 함께 상기 보스부(110)의 체결홈에 고정되는 기밀 유지막(230)을 더 포함하도록 구성할 수 있다. 이러한 기밀 유지막(230)은 기존 플라스틱 라이너의 기능 중 수소가 외부로 배출되는 것을 방지하는 기능을 한다. In addition, the temporary support is located outside the
즉, 복합재층 단일로 외부층(120)을 구성하는 경우, 복합재층을 통해 미량의 수소 가스가 주기적으로 누출될 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 개선하기 위해, 고분자 박막을 포함하여 이루어지는 기밀 유지막(230)을 임시 지지체에 적용하도록 구성한다. That is, when the
일반적으로, 압력용기의 외부층(120)은 열경화성 수지에 합침된 복합재 섬유를 와인딩하여 형성하는 바, 와인딩된 복합재층이 경화될 경우, 상기 기밀 유지막(230)은 복합재층과 일체가 된다. 따라서, 기밀 유지막(230)을 포함하여 구성한 임시 지지체에 있어서, 보스부(110) 체결홈으로부터 고정핀(210)을 제거하면, 도 5에서와 같이, 기밀 유지막(230)은 복합재층에 그대로 붙어 있게 되는 반면, 지지층(220)만이 떨어지게 된다. 참고로, 도면부호 130은 복합재 와인딩 시 와인딩되는 복합재를 단계적으로 고정하기 위한 고정 장치이고, 상기 고정 장치는 보스부(110) 입구 나사 구조에 체결되는 너트 구조를 가질 수 있다.In general, the
아울러, 이러한 기밀 유지막(230)을 적용함에 있어서, 기밀 유지막(230)을 1차적으로 고정하는 한편, 기밀 유지막(230)이 체결홈 내에 충분히 안착될 수 있도록 가이드 부재(250)가 이용될 수 있다. 이러한 가이드 부재(250)는 체결홈 내에 정확하게 끼워질 수 있는 중공 구조로, 바람직하게는 원통형 중공 구조일 수 있다.In addition, when applying this airtightness-retaining
따라서, 상기 임시 지지체를 제작함에 있어서, 상기 체결홈 주변에 상기 기밀 유지막(230)을 위치시킨 다음, 상기 체결홈 내에 가이드 부재(250)를 삽입한 후, 상기 고정핀(210)으로 상기 지지층(220) 및 상기 기밀 유지막(230)을 고정하는 과정을 거칠 수 있다.Therefore, in manufacturing the temporary support, the airtightness-retaining
또한, 이러한 가이드 부재(250) 내부에는 도 4에서와 같이 고정핀(210)이 삽입되며, 고정핀(210)이 제거되더라도 도 6에서와 같이 가이드 부재(250)는 체결홈 내에 잔존하도록 구성할 수 있다. 이는 체결홈과 가이드 부재(250) 사이의 억지 끼움량이 고정핀(210)과 가이드 부재(250) 사이의 억지 끼움량 보다 더 커지도록 구성함으로써 구현할 수 있다.In addition, a fixing
이와 관련, 도 6은 고정핀(210) 및 지지층(220)의 제거 이후를 도시한 것으로, 가이드 부재(250) 및 기밀 유지막(230) 만이 보스부(110) 내측에 잔존하고 있다.In relation to this, Figure 6 shows after the fixing
또한, 본 발명의 또 다른 구현예로써, 도 7에서와 같이, 숄더 브라켓(260)이 고정핀(210)에 장착된 상태에서 보스부(110)의 체결홈에 상기 고정핀(210)을 삽입함으로써, 지지층(220) 또는 지지층(220)과 기밀 유지막(230)을 일체로 고정할 수도 있다. 이 경우, 숄더 브라켓(260)은 금속 보스부(110)의 내측 형상에 정확하게 일치하도록 디자인되기 때문에, 숄더 브라켓(260)과 보스부(110) 사이에 지지층(220)이 위치할 경우, 지지층(220)의 형상이 보스부(110)의 형상에 완전히 일치하게 되므로, 외부층(120)이 보스부(110) 형상에 정확하게 계합하도록 구현할 수 있다.In addition, as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the fixing
이와 관련, 지지층(220)은 고정핀(210)에 일체로 형성되어야만 고정핀(210)과 함께 제거될 수 있으므로, 고정핀(210)의 헤드부 저면에는 금속 소재의 숄더 브라켓(260)이 일체로 형성되고, 그 일면에 지지층(220)이 접착되도록 구성하는 것이 바람직하다.In this regard, since the
이와 같은 구성을 갖는 임시 지지체를 이용하여, 압력 용기를 제조하는 구체적인 방법은 도 8에 도시되어 있다.A specific method of manufacturing a pressure vessel using a temporary support having such a configuration is shown in FIG. 8.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 입구 유로가 형성된 보스부 내측면의 체결홈에 고정핀을 끼워 지지층을 고정한 임시 지지체를 준비하는 단계가 실시된다. (도 8(a))As shown in FIG. 8, according to a preferred embodiment of the present invention, a step of preparing a temporary support in which the support layer is fixed by inserting a fixing pin into a fastening groove on the inner surface of the boss portion where the inlet flow path is formed is performed. (Figure 8(a))
이후, 상기 보스부 입구 유로를 통해 가스를 주입하여 상기 임시 지지체를 팽창시키고, 상기 보스부 입구 유로를 차단하여 팽창된 임시 지지체를 제공하게 된다. (도 8(b)) Thereafter, gas is injected through the boss portion inlet passage to expand the temporary support, and the boss portion inlet passage is blocked to provide an expanded temporary support. (Figure 8(b))
팽창된 임시 지지체의 바깥에는 복합재가 와인딩됨에 따라 외부층이 형성된다. (도 8(c)) 이후, 복합재 고정장치를 장착하고(도 8(d)), 복합재 와인딩을 반복하여(도 8(e)), 와인딩이 완료된 압력 용기를 제작한다. (도 8(f))An outer layer is formed on the outside of the expanded temporary support as the composite material is wound. (FIG. 8(c)) Afterwards, the composite fixing device is installed (FIG. 8(d)) and the composite winding is repeated (FIG. 8(e)) to produce a pressure vessel with the winding completed. (Figure 8(f))
본 상태에서는 여전히 내부에 임시 지지체가 위치하고 있는 상태이므로, 도 8(g)에서와 같이, 와이어를 당겨 고정핀을 분리한 다음, 보스부 입구 유로를 통해 임시 지지체를 제거하고, 압력 용기 제작을 완료한다.In this state, since the temporary support is still located inside, as shown in Figure 8(g), pull the wire to separate the fixing pin, then remove the temporary support through the boss inlet passage, and complete the production of the pressure vessel. do.
이상과 같은 압력 용기의 제조 방법을 통해, 압력 용기를 제작할 경우, 압력 용기 내부의 라이너를 제거할 수 있으므로, 압력 용기의 내용적을 크게 하면서도 압력 용기 중량을 저감시킬 수 있다. 또한, 고분자 소재의 기밀 유지막을 적용할 경우, 압력 용기 제작 시 탄소 섬유와 함께 함침되는 수지에 의해 복합재층에 기밀 유지막이 일체로 부착되는 바, 압력 용기의 물리적인 수축 팽창이 발생하더라도 버클링 현상이 발생하지 않게 된다.When manufacturing a pressure vessel using the above pressure vessel manufacturing method, the liner inside the pressure vessel can be removed, thereby increasing the internal volume of the pressure vessel and reducing the weight of the pressure vessel. In addition, when applying a gas-tight sealing film made of a polymer material, the air-tight sealing film is integrally attached to the composite layer by the resin impregnated with carbon fiber during the production of the pressure vessel, so even if physical contraction and expansion of the pressure vessel occurs, the buckling phenomenon occurs. This will not occur.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that modifications and changes can be made to elements of the present invention without departing from the scope of the present invention. Additionally, many changes may be made to special circumstances or materials without departing from the essential scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the detailed description of the preferred embodiments of the present invention, but will include all embodiments within the scope of the appended claims.
110: 보스부 120: 외부층(복합재층)
210: 고정핀 220: 지지층
230: 기밀 유지막 240: 와이어
241: 분리용 고리 250: 가이드 부재
260: 숄더 브라켓110: Boss part 120: External layer (composite layer)
210: fixing pin 220: support layer
230: hermetic membrane 240: wire
241: Separation ring 250: Guide member
260: Shoulder bracket
Claims (15)
상기 보스부 입구 유로를 통해 가스를 주입하여 상기 임시 지지체를 팽창시키고 상기 보스부 입구 유로를 차단하여 팽창된 임시 지지체를 제공하는 단계;
상기 임시 지지체의 바깥으로 외부층을 형성하는 단계; 및
상기 지지층을 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 임시 지지체는 상기 지지층의 외부에 위치하며, 상기 고정핀에 의해, 상기 지지층과 함께 상기 보스부의 체결홈에 고정되는 기밀 유지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
Preparing a temporary support that secures the support layer by inserting a fixing pin into a fastening groove on the inner surface of the boss portion where the inlet flow path is formed;
Injecting gas through the boss part inlet flow path to expand the temporary support and blocking the boss part inlet flow path to provide an expanded temporary support;
forming an outer layer outside the temporary support; and
Comprising: removing the support layer,
The temporary support is located outside the support layer and further includes an airtight maintaining film that is fixed to the fastening groove of the boss portion together with the support layer by the fixing pin.
상기 외부층을 형성하는 단계는, 상기 임시 지지체 외부에 복합재를 와인딩하여 복합재층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
In claim 1,
The step of forming the outer layer is a step of forming a composite layer by winding a composite material on the outside of the temporary support.
상기 지지층을 제거하는 단계에서는, 상기 상기 보스부 입구 유로를 개방하고, 상기 보스부 입구 유로를 통해 상기 지지층을 빼내어 상기 지지층을 제거하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
In claim 1,
In the step of removing the support layer, the boss portion inlet passage is opened, and the support layer is removed through the boss portion inlet passage.
상기 지지층을 제거하는 단계에서는, 상기 고정핀에 금속 와이어로 연결된 분리용 고리를 당겨 지지층을 제거하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
In claim 1,
In the step of removing the support layer, a method of manufacturing a pressure vessel, characterized in that the support layer is removed by pulling a separation ring connected to the fixing pin with a metal wire.
상기 외부층을 형성하는 단계는, 상기 임시 지지체 외부에 열경화성 수지에 합침된 복합재 섬유를 와인딩하여 복합재층을 형성하는 단계이며,
상기 지지층 제거 단계는 상기 복합재층이 경화되어 상기 기밀 유지막과 일체가 된 이후 실시되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
In claim 1,
The step of forming the outer layer is a step of forming a composite layer by winding composite fibers impregnated with a thermosetting resin around the outside of the temporary support,
A method of manufacturing a pressure vessel, characterized in that the step of removing the support layer is performed after the composite layer is cured and integrated with the airtightness maintaining film.
상기 임시 지지체를 준비하는 단계에서는, 상기 체결홈 주변에 상기 기밀 유지막을 위치시킨 다음, 상기 체결홈 내에 가이드 부재를 삽입한 후, 상기 고정핀으로 상기 지지층 및 상기 기밀 유지막을 고정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
In claim 1,
In the step of preparing the temporary support, positioning the airtightness-retaining film around the fastening groove, inserting a guide member into the fastening groove, and fixing the support layer and the airtightness-retaining film with the fixing pin. A method of manufacturing a pressure vessel, characterized in that.
상기 임시 지지체를 준비하는 단계에서는, 상기 보스부의 내측면 형상과 일치하는 형상을 갖는 숄더 브라켓이 장착된 고정핀을 상기 체결홈에 끼워 상기 지지층을 고정하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
In claim 1,
In the step of preparing the temporary support, a fixing pin equipped with a shoulder bracket having a shape matching the shape of the inner surface of the boss is inserted into the fastening groove to fix the support layer.
상기 지지층은 미리 설정된 외형을 갖도록 팽창하거나, 내부 가스를 배출하여 쪼그라들 수 있는 변형 가능한 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
In claim 1,
A method of manufacturing a pressure vessel, characterized in that the support layer is made of a deformable material that can expand to have a preset external shape or shrink by expelling internal gas.
A pressure vessel manufactured by the method for manufacturing a pressure vessel according to any one of claims 1 and 3 to 9.
상기 보스부와 일체로 형성된 외부층;을 포함하며,
상기 보스부의 내측면에는 지지층이 고정된 고정핀을 포함하는 임시 지지체가 체결될 수 있도록 체결홈이 형성되고,
상기 외부층은 복합재를 와인딩하여 형성한 복합재층이며,
상기 복합재층 내부에 위치하며, 상기 복합재층과 일체로 형성되는 기밀 유지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
A boss portion with an inlet flow path formed;
It includes an outer layer formed integrally with the boss portion,
A fastening groove is formed on the inner surface of the boss portion so that a temporary support including a fixing pin to which the support layer is fixed can be fastened,
The outer layer is a composite layer formed by winding a composite material,
A pressure vessel located inside the composite layer and further comprising an airtight maintaining film formed integrally with the composite layer.
상기 지지층은 상기 고정핀이 상기 체결홈으로부터 이탈됨에 따라 상기 보스부 입구 유로를 통해 제거될 수 있는 것임을 특징으로 하는 압력 용기.
In claim 11,
A pressure vessel, characterized in that the support layer can be removed through the boss portion inlet passage as the fixing pin is separated from the fastening groove.
상기 지지층은 내부로 공기를 주입함에 따라 미리 설정된 외형을 갖도록 팽창하거나, 내부 가스를 배출하여 쪼그라들 수 있는 변형 가능한 소재로 이루어지며,
그 외부로 압력 용기의 외부층이 형성된 이후에 상기 지지층이 보스부의 입구 유로를 통해 제거되는 임시 지지체.A fixing pin configured to be inserted into a fastening groove on the inner surface of the boss portion where the inlet flow path is formed; a support layer integrally fixed to the fixing pin; and an airtightness-retaining film located outside the support layer and fixed to the fastening groove of the boss portion together with the support layer by the fixing pin,
The support layer is made of a deformable material that can expand to have a preset external shape as air is injected into the interior, or shrink by expelling internal gas,
A temporary support in which the support layer is removed through the inlet passage of the boss portion after the outer layer of the pressure vessel is formed.
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