KR102655614B1 - 수소연료탱크 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
수소연료탱크가 제공된다. 상기 수소연료탱크는, 비금속 재질로 이루어지며, 수소 기체가 수용되는 수용 공간이 내부에 마련되되, 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되는 탱크 바디; 및 상기 탱크 바디에 형성되어 있는 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 상기 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라 형성되며, 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어지는 수소 베리어층을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 수소연료탱크 및 그 제조방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 우수한 기밀성을 가지는 경량 수소연료탱크 및 그 제조방법에 관련된 것이다.
수소연료탱크는 미래 모빌리티 시장을 선도할 신성장 동력이다. 수소 연료는 깨끗하고 안전한 에너지로써, 미래의 핵심 에너지 역할을 담당할 연료이다.
청정 에너지원인 수소의 기술 개발과 더불어 환경에 대한 세계적인 인식 변화에 따라 수소 연료에 대한 수요는 꾸준히 증가하고 있으며, 앞으로도 계속 증가세를 보일 전망이다.
수소 연료를 이용한 수소 자동차의 주요 파트 중에 수소를 고압으로 보관할 수 있는 연료탱크의 역할은 매우 중요하다.
수소연료탱크는 내부의 기체가 새어나가지 않도록 매우 높은 수준의 기밀성을 가져야 하며, 고압의 수소를 충전하기 때문에 충격과 충돌에 견뎌야 한다.
따라서, 매우 높은 수준의 기밀성을 가짐과 동시에 우수한 내구성을 가지며, 또한, 수소 자동차에 적용 시 연비에 영향을 끼치지 않을 만큼의 가벼운 무게를 가지는 수소연료탱크가 절실히 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 우수한 기밀성을 가지는 수소연료탱크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 가벼운 무게를 가지는 수소연료탱크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 일 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 수소연료탱크를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소연료탱크는, 비금속 재질로 이루어지며, 수소 기체가 수용되는 수용 공간이 내부에 마련되되, 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되는 탱크 바디; 및 상기 탱크 바디에 형성되어 있는 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 상기 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라 형성되며, 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어지는 수소 베리어층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 탱크 바디는 상기 내벽면을 제공하는 라이너층 및 상기 라이너층을 감싸며 상기 외벽면을 제공하는 복합재층의 이중층으로 구비될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 삼차원 형상의 주름 구조는 상기 복합재층과 접하는 상기 라이너층의 일측 벽면에 더 형성되며, 상기 수소 베리어층은 상기 라이너층의 일측 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조 상에 더 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 내벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조와 상기 라이너층의 일측 벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조는 동일한 위상을 가지도록 형성되거나 위상 차를 가지도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 라이너층은 플라스틱 라이너로 이루어지고, 상기 복합재층은 탄소 섬유 복합 재료로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 삼차원 형상의 주름 구조에서, 최상단으로 정의되는 마루와 최하단으로 정의되는 골의 높이 차이는 0.5㎜ 내지 10㎜이고, 서로 이웃하는 마루 사이의 거리로 정의되는 파장의 길이는 0.5㎜ 내지 20㎜일 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 탱크 바디는 탄소 섬유 복합 재료로 이루어진 복합재층의 단일층으로 구비될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소 베리어층은, 상기 주름 구조 상에 형성되며, 제1 물질로 이루어지는 제1 베리어층; 및 상기 제1 베리어층 상에 형성되며, 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 이루어지는 제2 베리어층을 포함하되, 상기 제1 물질과 제2 물질은 각각, 금속, 무기물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소 베리어층은 상기 제1 베리어층과 제2 베리어층이 1회 또는 2회 이상 반복 적층되어 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은 수소연료탱크 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소연료탱크 제조방법은, 비금속 재질로 이루어지며, 수소 기체가 수용되는 수용 공간이 내부에 마련되되, 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되어 있는 탱크 바디를 준비하는 단계; 및 상기 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 상기 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어지는 수소 베리어층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소 베리어층을 형성하는 단계는, 상기 주름 구조 상에 제1 물질로 이루어진 제1 베리어층을 형성하는 과정; 및 상기 제1 베리어층 상에 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 이루어진 제2 베리어층을 형성하는 과정을 포함하며, 상기 제1 물질과 제2 물질은 각각, 금속, 무기물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소 베리어층을 형성하는 단계에서는 상기 제1 베리어층과 제2 베리어층을 1회 또는 2회 이상 반복 적층할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소 베리어층을 형성하는 단계에서는 도금 및 기상 증착을 통하여 상기 수소 베리어층을 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수소 베리어층을 형성하기 전, 상기 탱크 바디의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 친수성 작용기의 밀도가 증가되도록, 산화제를 이용하여 표면 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 비금속 재질로 이루어지며, 수소 기체가 수용되는 수용 공간이 내부에 마련되되, 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되는 탱크 바디; 및 상기 탱크 바디에 형성되어 있는 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 상기 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라 형성되며, 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어지는 수소 베리어층을 포함할 수 있다.
이에 따라, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 수소 베리어층에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 우수한 기밀성을 가지는 수소연료탱크 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 비금속 재질로 이루어지는 수소연료탱크 및 그 제조방법이 제공될 수 있으며, 이에 따라, 가벼운 무게를 가질 수 있으며, 이를 통하여, 수소 자동차에 적용 시 수소연료탱크의 무게로 인한 연비 저하를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크를 나타낸 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크의 탱크 바디에 형성되는 주름 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 주름 구조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크의 수소 베리어층을 설명하기 위한 모식도들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소연료탱크를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크를 나타낸 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크의 탱크 바디에 형성되는 주름 구조를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 주름 구조를 설명하기 위한 참고도이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크의 수소 베리어층을 설명하기 위한 모식도들이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소연료탱크를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
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 구체화 될 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.
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, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
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.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크를 나타낸 단면 모식도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크의 탱크 바디에 형성되는 주름 구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 주름 구조를 설명하기 위한 참고도이며, 도 6 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크의 수소 베리어층을 설명하기 위한 모식도들이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크(100)는 탱크 바디(110) 및 수소 베리어층(도 5의 120)을 포함하여 형성될 수 있다.
탱크 바디(110)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크(100)의 외관을 이룬다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탱크 바디(110)는 내부에 수소 기체가 수용되는 수용 공간(111)이 마련되며 일 방향으로 연장되는 원통 형태의 용기로 구비될 수 있다. 이러한 탱크 바디(110)의 길이 방향 일측 또는 양측은 수소 기체의 충전이나 배출을 위해 개구되어 있을 수 있다. 이에, 상기 탱크 바디(110)의 개방된 길이 방향 일측 또는 양측에는 상기 수용 공간(111)을 개폐시키기 위한 개폐 장치(112)가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탱크 바디(110)는 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 탱크 바디(110)가 비금속 재질로 이루어지면, 탱크 바디(110)가 금속 재질로 이루어지는 경우보다 취성 및 연성에 향상되어 안정성이 증대될 수 있다.
또한, 탱크 바디(110)가 비금속 재질로 이루어지면, 금속 재질에 비해 가벼워, 수소 자동차에 적용되는 경우, 탱크 바디(110)의 무게로 인한 연비 저하를 최소화할 수 있다.
여기서, 탱크 바디(110)의 내부에 마련되는 수용 공간(111)에 고압의 수소 기체를 충전하는 경우, 탱크 바디(110)의 내부 압력이 늘었다 줄었다를 반복하게 된다. 이와 같이, 탱크 바디(110)의 내부 압력이 수시로 변화되는 환경에서, 탱크 바디(110)가 금속 재질로 이루어진 경우에는 금속 피로도가 쌓이는 반면, 탱크 바디(110)가 비금속 재질, 예를 들어, 플라스틱 소재로 이루어지는 경우, 연신력 및 복원력이 뛰어나서 높은 피로 한도를 가지게 된다.
하지만, 탱크 바디(110)가 비금속 재질로 이루어지더라도 연신과 수축이 계속해서 반복되면, 탱크 바디(110)의 내벽면이나 외벽면에 형성되는 수소 베리어층(120)에 크랙이 발생될 수 있으며, 이 경우, 수소의 기밀성 유지가 어렵게 될 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탱크 바디(110)의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에는 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 삼차원 형상의 주름 구조 W1은 후술되는 라이너층(113)으로부터 제공되는 탱크 바디(110)의 내벽면에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 삼차원 형상의 주름 구조 W1은 계란판 형태를 이룰 수 있다.
또한, 도 5를 먼저 참조하면, 삼차원 형상의 주름 구조 W2는 후술되는 복합재층(114)과 접하는 상기 라이너층(113)의 일측 벽면에도 형성될 수 있다.
이때, 탱크 바디(110)의 내벽면과, 복합재층(114)과 접하는 상기 라이너층(113)의 일측 벽면 모두에 삼차원 형상의 주름 구조가 형성되는 경우, 양측 삼차원 형상의 주름 구조는 동일한 위상을 가지도록 형성될 수 있다. 반면, 양측 삼차원 형상의 주름 구조는 서로 180도 위상 차를 가지도록 형성될 수도 있다.
그리고 도시하지는 않았지만, 삼차원 형상의 주름 구조는 후술되는 복합재층(114)으로부터 제공되는 탱크 바디(110)의 외벽면에도 형성될 수 있다.
이와 같이, 탱크 바디(110)의 내벽면, 외벽면 및 라이너층(113)과 복합재층(114)의 접합면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되면, 수소 기체 충전 등으로 인한 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도, 다시 말해, 수소 압력에 따라 탱크 바디(110)의 부피가 변화되더라도 표면의 치수 변화를 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 삼차원 형상의 주름 구조 상에 형성되는 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있어, 수소 베리어층(120)의 수소 베리어 성능을 유지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크(100)는 탱크 바디(110)의 내벽면, 외벽면 및 라이너층(113)과 복합재층(114)의 접합면에 종횡 방향으로 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조를 구비함으로써, 우수한 기밀성을 확보할 수 있다.
도 4를 참조하면, 이러한 삼차원 형상의 주름 구조에서, 최상단으로 정의되는 마루와 최하단으로 정의되는 골의 높이 차이는 0.5㎜ 내지 10㎜일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 삼차원 형상의 주름 구조에서, 서로 이웃하는 마루 사이의 거리로 정의되는 파장의 길이는 0.5㎜ 내지 20㎜일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 탱크 바디(110)는 비금속 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 비금속 재질로 이루어지는 탱크 바디(110)는 라이너층(113)과 복합재층(114)의 이중층으로 구비될 수 있다.
상기 라이너층(113)은 원통 형상으로 구비될 수 있다. 상기 라이너층(113)은 탱크 바디(110)의 내피를 이룰 수 있다. 이에 따라, 라이너층(113)은 수소 기체가 수용되는 수용 공간(111)을 구획할 수 있으며, 탱크 바디(110)의 내벽면을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 탱크 바디(110)의 내벽면에는 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성될 수 있다. 하지만, 탱크 바디(110)의 외벽면에 상기 삼차원 형상의 주름 구조가 형성되는 경우, 상기 탱크 바디(110)의 내벽면에는 상기 삼차원 형상의 주름 구조가 생략될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 라이너층(113)은 고밀도의 플라스틱 라이너로 이루어질 수 있다.
상기 복합재층(114)은 원통 형상으로 구비되는 라이너층(113)을 감싸는 형태로 구비될 수 있다. 이에 따라, 복합재층(114) 또한 속이 빈 원통 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 복합재층(114)은 탱크 바디(110)의 외피를 이룰 수 있으며, 탱크 바디(110)의 내피를 이루는 라이너층(113)을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
이에 따라, 상기 복합재층(114)은 탱크 바디(110)의 외벽면을 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 탱크 바디(110)의 외벽면에는 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성될 수 있다. 하지만, 탱크 바디(110)의 내벽면에 상기 삼차원 형상의 주름 구조가 형성되는 경우, 상기 탱크 바디(110)의 외벽면에는 상기 삼차원 형상의 주름 구조가 생략될 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 복합재층(114)은 탄소 섬유 복합 재료로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 탱크 바디(110)는 고밀도의 플라스틱 라이너로 이루어지는 라이너층(113)과 탄소 섬유 복합 재료로 이루어지는 복합재층(114)의 이중층 구조로 구비될 수 있다.
이에 따라, 탱크 바디(110)는 예를 들어, 700 bar 이상의 고압을 견딜 수 있으며, 금속 재질의 탱크 바디보다 경량화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탱크 바디(110)는 라이너층(113)으로부터 제공되는 내벽면과 복합재층(114)으로부터 제공되는 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성됨에 따라, 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되어 탱크 바디(110)의 부피가 수시로 변화되더라도 표면의 치수 변화를 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 삼차원 형상의 주름 구조 상에 형성되는 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있어, 수소 베리어층(120)의 수소 베리어 성능을 유지할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크(100)는 우수한 기밀성을 확보할 수 있다.
도 5를 참조하면, 수소 베리어층(120)은 탱크 바디(110)에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 수소 베리어층(120)은 탱크 바디(110)의 내벽면 상에 형성될 수 있다. 또한, 수소 베리어층(120)은 탱크 바디(110)의 외벽면 상에 형성될 수 있다. 그리고 수소 베리어층(120)은 라이너층(113)과 복합재층(114) 사이에도 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 수소 베리어층(120)은, 탱크 바디(110)에 형성되어 있는 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 상기 주름 구조 상에 주름 구조의 형상을 따라 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 수소 베리어층(120)은 주름 구조가 형성되어 있는 탱크 바디(110)의 표면에 코팅되는 형태로 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 수소 베리어층(120)은 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 수소 베리어층(120)은 제1 베리어층(121) 및 제2 베리어층(122)을 포함할 수 있다.
상기 제1 베리어층(121)은 탱크 바디(110)에 형성되어 있는 주름 구조 상에 주름 구조의 형상을 따라 형성될 수 있다. 이러한 제1 베리어층(121)은 제1 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 베리어층(122)은 상기 제1 베리어층(121) 상에 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 베리어층(122)은 제1 베리어층(121)의 형상을 따라 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 베리어층(122)을 바라봤을 때, 탱크 바디(110)의 내벽면 및 외벽면 중 어느 한 벽면에 형성되어 있는 주름 구조의 형상이 외부에 그대로 드러날 수 있다. 이러한 제2 베리어층(122)은 제1 물질과는 다른 제2 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질과 제2 물질은 각각, 금속, 무기물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베리어층(121)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 베리어층(121)은 Al, Ti, Ni, Zn, Mg, Cr, Mn, Fe, Ni, Zr, Mo, In, Sn, Ta 및 이들의 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 제1 베리어층(121)이 금속으로 이루어지는 경우, 제1 베리어층(121) 상에 형성되는 제2 베리어층(121)은 금속으로 이루어지는 제1 베리어층(121)의 결함(defect, void, vacancy, grain boundary 등)을 채우기 위한 화합물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 베리어층(122)은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 유기 고분자, 유무기 하이브리드 고분자를 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 무기물은 Al, Ti, Ni, Zn, Mg, Cr, Mn, Fe, Ni, Zr, Mo, In, Sn, Ta의 산화물(또는 질화물, 산화질화물)로 이루어질 수 있고, 상기 유무기 하이브리드 화합물은 유기 실록산(Siloxane) 계열의 물질로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 유기 고분자는 취성 및 연성이 우수한 열 경화 또는 광 경화가 가능한 저분자 모노머 또는 올리고머로 이루어지거나 열 경화 또는 광 경화가 가능한 고분자 등으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 서로 다른 물질로 이루어지는 제1 베리어층(121)과 제2 베리어층(122)은 1회 또는 2회 이상 반복 적층되어, 다층 구조의 수소 베리어층(120)을 이룰 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 수소 베리어층(120)을 통한 수소 기체의 베리어 특성을 보다 향상시키기 위해, 제2 베리어층(122) 상에 폴리머 바인더로서의 유기층 또는 유무기 하이브리드층이 더 형성될 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면과 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면 모두에 삼차원 형상의 주름 구조(W1, W2)가 형성되는 경우, 수소 베리어층(120) 또한, 이들 양 측벽면에 형성될 수 있다.
이때, 수소 베리어층(120) 또한 라이너층(113)의 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W1, W2)로 인하여 주름 구조를 갖게 된다. 즉, 수소 베리어층(120)을 바라봤을 때, 라이너층(113)의 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W1, W2)의 형상이 수소 베리어층(120)의 표면으로 그대로 드러나게 된다.
이러한 삼차원 형상의 주름 구조(W1, W2)로 인하여, 수소 기체 충전 등에 따른 상기 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 계속해서 반복되더라도 삼차원 형상의 주름 구조 상에 형성되어 있는 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크(100)는 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면에만 삼차원 형상의 주름 구조(W2)가 형성되거나 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면에만 삼차원 형상의 주름 구조(W2)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 수소 베리어층(120) 또한, 라이너층(113)의 일측 벽면 또는 내벽면 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 수소 베리어층(120)은 라이너층(113)의 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W2)로 인하여 주름 구조를 갖게 된다.
즉, 수소 베리어층(120)을 바라봤을 때, 라이너층(113)의 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W2)의 형상이 수소 베리어층(120)의 표면으로 드러나게 된다.
이러한 삼차원 형상의 주름 구조(W2)로 인하여, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크(100)는 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 변형 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면과 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면 모두에 삼차원 형상의 주름 구조(W1, W2)가 형성될 수 있다. 제1 변형 예에 따르면, 수소 베리어층(120) 또한, 이들 양 측벽면에 형성될 수 있다.
이때, 제1 변형 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조(W2)와 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조(W1)는 서로 동일한 위상을 가질 수 있다.
이와 같이, 양측 벽면에 서로 동일한 위상을 가지는 삼차원 형상의 주름 구조(W1, W2)가 형성된 경우에도 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있다. 이를 통하여, 수소연료탱크(100)는 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 변형 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면에만 삼차원 형상의 주름 구조(W2)가 형성되거나 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면에만 삼차원 형상의 주름 구조(W2)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 수소 베리어층(120) 또한, 라이너층(113)의 일측 벽면 또는 내벽면 상에 형성될 수 있으며, 라이너층(113)의 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W2)로 인하여 주름 구조를 갖게 된다.
즉, 수소 베리어층(120)을 바라봤을 때, 라이너층(113)의 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W2)의 형상이 수소 베리어층(120)의 표면으로 드러나게 된다.
이때, 제2 변형 예에 따른 삼차원 형상의 주름 구조(W2)는 도 6에 도시된 삼차원 형상의 주름 구조(W2)와 180도 위상 차를 가질 수 있다.
제2 변형 예도 마찬가지로, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 변형 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면과 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면 모두에 서로 180도 위상 차를 가지는 삼차원 형상의 주름 구조(W2)가 각각 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 제3 변형 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면 또는 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면에 형성된 삼차원 형상의 주름 구조(W2) 상에만 수소 베리어층(120)이 형성될 수 있다.
즉, 제3 변형 예에 따르면, 삼차원 형상의 주름 구조는 라이너층(113)의 양측 벽면 모두에 형성될 수 있으며, 이때, 라이너층(113)의 어느 한 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W2) 상에만 수소 베리어층(120)이 형성될 수 있다.
제3 변형 예도 마찬가지로, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 변형 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면과 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면 모두에 서로 동일한 위상을 가지는 삼차원 형상의 주름 구조(W2)가 각각 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 제4 변형 예에 따르면, 복합재층(114)과 접하는 라이너층(113)의 일측 벽면 또는 탱크 바디(110)의 내벽면으로 제공되는 라이너층(113)의 타측 벽면에 형성된 삼차원 형상의 주름 구조(W2) 상에만 수소 베리어층(120)이 형성될 수 있다.
즉, 제4 변형 예에 따르면, 삼차원 형상의 주름 구조는 라이너층(113)의 양측 벽면 모두에 형성될 수 있으며, 이때, 수소 베리어층(120)은 라이너층(113)의 어느 한 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W2) 상에만 형성될 수 있다.
제4 변형 예도 마찬가지로, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소연료탱크에 대하여, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소연료탱크를 설명하기 위한 모식도들이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소연료탱크(200)는 탱크 바디(210) 및 수소 베리어층(120)을 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 일 실시 예와 비교하여, 탱크 바디의 구조에만 차이가 있을 뿐이므로, 나머지 동일한 구성 요소들에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하고, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 탱크 바디(210)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소연료탱크(200)의 외관을 이룬다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 탱크 바디(210)는 내부에 수소 기체가 수용되는 수용 공간(도 1의 111)이 마련되는 원통형의 용기로 구비될 수 있다.
이러한 탱크 바디(210)의 길이 방향 일측 또는 양측은 수소 기체의 충전이나 배출을 위하여 개구되어 있을 수 있다. 이에, 탱크 바디(210)의 개방된 길이 방향 일측 또는 양측에는 상기 수용 공간(도 1의 111)을 개폐시키기 위한, 밸브나 보스(boss) 등으로 이루어진 개폐 장치(112)가 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 탱크 바디(210)는 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 탱크 바디(210)는 탄소 섬유 복합 재료로 이루어진 복합재층의 단일층으로 구비될 수 있다.
이와 같이, 탱크 바디(210)가 탄소 섬유 복합 재료로 이루어진 단일층으로 구비되면, 라이너층(도 1의 113)과 복합재층(도 1의 114)의 이중층으로 구비되는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탱크 바디(도 1의 110)보다 더욱 경량화될 수 있으며, 이에 따라, 수소 자동차에 적용되는 경우, 탱크 바디(210)의 무게로 인한 연비 저하 문제를 해결할 수 있게 된다.
이러한 탱크 바디(210)의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에는 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 탱크 바디(210)의 내벽면에는 삼차원 형상의 주름 구조(W3)가 형성될 수 있다. 또한, 탱크 바디(210)의 외벽면에도 삼차원 형상의 주름 구조(W4)가 형성될 수 있다.
이때, 탱크 바디(210)의 내벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조(W3)와 탱크 바디(210)의 외벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조(W4)는 180도 위상 차를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 이들 삼차원 형상의 주름 구조(W3, W4) 상에 수소 베리어층(120)이 각각 형성될 수 있으며, 이들 삼차원 형상의 주름 구조(W3, W4)에 의하여 수소 베리어층(120) 또한 이와 동일한 주름 구조를 갖게 된다.
즉, 수소 베리어층(120)을 바라봤을 때, 탱크 바디(210)의 내벽면 및 외벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조(W3, W4)의 형상이 각각의 수소 베리어층(120)의 표면으로 드러나게 된다.
이러한 삼차원 형상의 주름 구조(W3, W4)로 인하여, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디(210)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 탱크 바디(210)의 외벽면 및 내벽면 중 어느 한 벽면에만 삼차원 형상의 주름 구조(W4)가 형성될 수 있다. 이때, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 수소 베리어층(120)은 삼차원 형상의 주름 구조(W4)가 형성되어 있는 탱크 바디(210)의 어느 한 벽면에 형성될 수 있다.
이 경우에도 마찬가지로, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디(210)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되더라도 삼차원 형상의 주름 구조 상에 형성되는 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있으며, 이를 통하여, 기밀성을 계속적으로 유지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크 제조방법에 대하여 도 13을 참조하여 설명하기로 한다. 여기서, 각 구성 요소들에 대한 도면 부호는 도 1 내지 도 10을 참조한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소연료탱크 제조방법은 S110 단계 및 S120 단계를 포함할 수 있다.
S110 단계
상기 S110 단계에서는 수소 기체가 수용되는 수용 공간(111)이 내부에 마련되어 있는 탱크 바디(110)를 준비할 수 있다. 또한, 상기 S110 단계에서는 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되어 있는 탱크 바디(110)를 준비할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, S110 단계에서는 비금속 재질로 이루어진 탱크 바디(110)를 준비할 수 있다. 이와 같이, 비금속 재질로 이루어진 탱크 바디(110)를 준비하면, 탱크 바디(110)가 금속 재질로 이루어지는 경우보다 취성 및 연성이 향상되어 안정성이 증대될 수 있으며, 금속 재질에 비해 가벼워, 수소 자동차의 연료탱크로 적용되는 경우, 탱크 바디(110)의 무게로 인한 연비 저하를 최소화할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 S110 단계에서는 탱크 바디(110)의 내피를 이루는 라이너층(113)과 탱크 바디(110)의 외피를 이루는 복합재층(114)의 이중층으로 구비되는 탱크 바디(110)를 준비할 수 있다.
상기 라이너층(113)은 고밀도의 플라스틱 라이너로 구비될 수 있으며, 상기 복합재층(114)은 탄소 섬유 복합 재료로 구비될 수 있다.
이와 같이, 준비되는 탱크 바디(110)가 고밀도의 플라스틱 라이너로 이루어지는 라이너층(113)과 탄소 섬유 복합 재료로 이루어지는 복합재층(114)의 이중층 구조로 구비됨에 따라, 예를 들어, 700 bar 이상의 고압을 견딜 수 있으며, 금속 재질의 탱크 바디보다 경량화될 수 있다.
또한, 라이너층(113)으로부터 제공되는 내벽면, 복합재층(114)으로부터 제공되는 외벽면 및 라이너층(113)과 복합재층(114) 사이의 접합 벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성됨에 따라, 수소 기체 충전 등에 따른 탱크 바디(110)의 내부 압력 변화에 따라 연신 또는 수축이 반복되어 탱크 바디(110)의 부피가 수시로 변화되더라도 표면의 치수 변화를 최소화할 수 있다. 이를 통하여, 수소 베리어층(120)에 발생되는 스트레인을 최소화할 수 있고, 이에 따라, 수소 베리어층(120)의 수소 베리어 성능을 유지할 수 있으며, 결과적으로, 우수한 기밀성이 확보될 수 있다.
한편, S120 단계를 통하여 수소 베리어층(120)을 형성하기 전, 수소 베리어층(120)이 형성될 탱크 바디(110)의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면을 표면 처리할 수 있다.
이 단계에서는 수소 베리어층(120)이 형성될 탱크 바디(110)의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 친수성 작용기의 밀도가 증가되도록, 산화제를 이용하여 이들 벽면을 표면 처리할 수 있다.
이를 통하여, 탱크 바디(110)의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 형성되는 수소 베리어층(120)의 접착력을 향상시킬 수 있다.
이때, 이 단계에서는 예를 들어, 상기 산화제로, 과산화 수소수, 오존수, 오존 기체, 산소 플라즈마 등을 사용할 수 있다.
S120 단계
상기 S120 단계에서는 삼차원 형상의 주름 구조가 형성되어 있고 표면 처리되어 있는 탱크 바디(110)의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면, 그리고 라이너층(113)과 복합재층(114)의 접합 벽면에 수소 베리어층(120)을 형성할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, S120 단계에서는 상기 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라 수소 베리어층(120)을 형성할 수 있다,
이때, S120 단계에서는 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어지는 수소 베리어층(120)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 S120 단계에서는 먼저, 탱크 바디(110)에 형성되어 있는 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라, 제1 물질로 이루어진 제1 베리어층(121)을 형성할 수 있다.
그 다음 S120 단계에서는 제1 베리어층(121) 상에 제1 베리어층(121)의 형상을 따라, 제1 물질과는 다른 제2 물질로 이루어진 제2 베리어층(122)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 S120 단계에서는 금속, 무기물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 물질군 중에서 어느 하나의 물질을 선택하여 제1 베리어층(121)을 형성하고, 다른 하나의 물질을 선택하여 제2 베리어층(122)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 S120 단계에서는 금속으로 이루어진 제1 베리어층(121)을 형성할 수 있다. 이 경우, S120 단계에서는 Al, Ti, Ni, Zn, Mg, Cr, Mn, Fe, Ni, Zr, Mo, In, Sn, Ta 및 이들의 합금 중 어느 하나로 상기 제1 베리어층(121)을 형성할 수 있다.
상기 S120 단계에서는 도금을 통하여, 금속으로 이루어진 제1 베리어층(121)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 S120 단계에서는 수계 전해 도금이나 수계 비 전해 도금을 통하여, 삼차원 형상의 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라, 금속으로 이루어진 제1 베리어층(121)을 형성할 수 있다.
그리고 S120 단계에서는 이와 같이, 금속으로 이루어진 제1 베리어층(121)을 형성한 경우, 상기 금속의 결함(defect, void, vacancy, grain boundary 등)을 채우기 위하여, 화합물로 이루어진 제2 베리어층(122)을 제1 베리어층(121) 상에 형성할 수 있다.
이 경우, S120 단계에서는 예를 들어, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 유기 고분자, 유무기 하이브리드 고분자 중 어느 하나로 상기 제2 베리어층(122)을 형성할 수 있다.
이러한 S120 단계에서는 기상 증착을 통하여, 화합물로 이루어진 제2 베리어층(122)을 형성할 수 있다. 예를 들어, S120 단계에서는 원자층 증착법을 통하여, 화합물로 이루어진 제2 베리어층(122)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 방법 외에도 상기 제1 베리어층(121)과 제2 베리어층(122)을 이루는 물질에 따라, 딥(dip) 코팅, 스프레이 코팅 등과 같은 다양한 방법을 통하여, 상기 제1 베리어층(121)과 제2 베리어층(122)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 S120 단계에서는 제1 베리어층(121)과 제2 베리어층(122)을 1회 또는 2회 이상 반복 적층할 수 있다.
한편, 상기 S120 단계에서는 수소 베리어층(120)을 통한 수소 기체의 베리어 특성을 보다 향상시키기 위하여, 제2 베리어층(122) 상에 폴리머 바인더로서의 유기층 또는 유무기 하이브리드층을 더 형성할 수도 있다.
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.
100, 200; 수소연료탱크
110, 210; 탱크 바디
111; 수용 공간
112; 개폐 장치
113; 라이너층
114; 복합재층
120; 수소 베리어층
121; 제1 베리어층
122; 제2 베리어층
W1, W2, W3, W4; 주름 구조
110, 210; 탱크 바디
111; 수용 공간
112; 개폐 장치
113; 라이너층
114; 복합재층
120; 수소 베리어층
121; 제1 베리어층
122; 제2 베리어층
W1, W2, W3, W4; 주름 구조
Claims (14)
- 비금속 재질로 이루어지며, 수소 기체가 수용되는 수용 공간이 내부에 마련되되, 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되는 탱크 바디; 및
상기 탱크 바디에 형성되어 있는 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 상기 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라 형성되며, 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어지는 수소 베리어층;을 포함하되,
상기 탱크 바디는 상기 내벽면을 제공하는 라이너층 및 상기 라이너층을 감싸며 상기 외벽면을 제공하는 복합재층의 이중층으로 구비되며,
상기 삼차원 형상의 주름 구조는 상기 복합재층과 접하는 상기 라이너층의 일측 벽면에 더 형성되며,
상기 수소 베리어층은 상기 라이너층의 일측 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조 상에 더 형성되되,
상기 내벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조와 상기 라이너층의 일측 벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조는 위상 차를 가지도록 형성되며,
상기 수소 베리어층은,
상기 주름 구조 상에 형성되며, 제1 물질로 이루어지는 제1 베리어층; 및
상기 제1 베리어층 상에 형성되며, 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 이루어지는 제2 베리어층을 포함하되,
상기 제1 물질과 제2 물질은 각각, 금속, 무기물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지며,
상기 제1 베리어층이 금속으로 이루어지는 경우, 상기 제2 베리어층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 고분자를 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지고,
상기 수소 베리어층은 상기 제1 베리어층과 제2 베리어층이 1회 또는 2회 이상 반복 적층된 다층 구조로 이루어지되,
상기 제2 베리어층 상에는 유기층 또는 유무기 하이브리드층이 더 형성되는, 수소연료탱크.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 라이너층은 플라스틱 라이너로 이루어지고, 상기 복합재층은 탄소 섬유 복합 재료로 이루어지는, 수소연료탱크.
- 제1 항에 있어서,
상기 삼차원 형상의 주름 구조에서, 최상단으로 정의되는 마루와 최하단으로 정의되는 골의 높이 차이는 0.5㎜ 내지 10㎜이고, 서로 이웃하는 마루 사이의 거리로 정의되는 파장의 길이는 0.5㎜ 내지 20㎜인, 수소연료탱크.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 비금속 재질로 이루어지며, 수소 기체가 수용되는 수용 공간이 내부에 마련되되, 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 삼차원 형상의 주름 구조가 종횡 방향으로 형성되어 있는 탱크 바디를 준비하는 단계; 및
상기 주름 구조의 형상이 표면으로 드러나도록, 상기 주름 구조 상에 상기 주름 구조의 형상을 따라 서로 다른 박막의 적층 구조로 이루어지는 수소 베리어층을 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 탱크 바디는 상기 내벽면을 제공하는 라이너층 및 상기 라이너층을 감싸며 상기 외벽면을 제공하는 복합재층의 이중층으로 구비되며,
상기 삼차원 형상의 주름 구조는 상기 복합재층과 접하는 상기 라이너층의 일측 벽면에 더 형성되며,
상기 수소 베리어층은 상기 라이너층의 일측 벽면에 형성되어 있는 삼차원 형상의 주름 구조 상에 더 형성되되,
상기 내벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조와 상기 라이너층의 일측 벽면에 형성되는 삼차원 형상의 주름 구조는 위상 차를 가지도록 형성되며,
상기 수소 베리어층을 형성하는 단계는,
상기 주름 구조 상에 제1 물질로 이루어진 제1 베리어층을 형성하는 과정; 및
상기 제1 베리어층 상에 상기 제1 물질과 다른 제2 물질로 이루어진 제2 베리어층을 형성하는 과정을 포함하며,
상기 제1 물질과 제2 물질은 각각, 금속, 무기물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 화합물을 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지되,
상기 제1 베리어층이 금속으로 이루어지는 경우, 상기 제2 베리어층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 유기 고분자 및 유무기 하이브리드 고분자를 포함하는 물질군 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지고,
상기 수소 베리어층을 형성하는 단계에서는 상기 제1 베리어층과 제2 베리어층을 1회 또는 2회 이상 반복 적층하여 다층 구조로 이루어진 상기 수소 베리어층을 형성하되,
상기 제2 베리어층 상에 유기층 또는 유무기 하이브리드층을 더 형성하는, 수소연료탱크 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제10 항에 있어서,
상기 수소 베리어층을 형성하는 단계에서는 도금 및 기상 증착을 통하여 상기 수소 베리어층을 형성하는, 수소연료탱크 제조방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 수소 베리어층을 형성하기 전, 상기 탱크 바디의 내벽면 및 외벽면 중 적어도 어느 한 벽면에 친수성 작용기의 밀도가 증가되도록, 산화제를 이용하여 표면 처리하는 단계를 더 포함하는, 수소연료탱크 제조방법.
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| KR20230004223A (ko) | 2023-01-06 |
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Legal Events
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