KR20120018424A - 인디케이터를 구비한 고압탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고압가스가 충전 및 배출되는 탱크본체;와 상기 탱크본체의 외주면에 장착되며 탱크본체의 변형을 측정하는 스트레인게이지; 및 상기 스트레인게이지와 탱크본체에 랩핑(wrapping)된 보강제;를 포함하고, 상기 스트레인게이지는 탱크본체에 다수 개가 장착되며, 상기 스트레인게이지에서 측정된 데이터가 인디케이터에 표시되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은. 탱크본체에 작용하는 응력 변화를 검출함으로서 내구수명을 판단할 수 있으므로 사전에 탱크본체의 파손으로 인한 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 육안으로 확인 불가능한 제조상의 불량을 검출할 수 있으며, 탱크본체의 안정성 확인 및 검사가 훨씬 용이하게 이뤄질 수 있는 효과가 있다.

Description

인디케이터를 구비한 고압탱크{High-pressure tank having an indicator}

본 발명은 내부에 고압의 압축천연가스(CNG) 또는 수소 등을 저장하기 위한 고압탱크에 관한 것으로, 더 상세하게는 육안으로 식별하기 어려운 변형을 사전에 검출할 수 있는 고압탱크에 관한 것이다.

차량에서 연료로 사용하기 위해 저장된 압축천연가스 및 수소는 200bar 이상의 고압 상태로 고압탱크에 충전된다.

이러한 고압가스는 탱크 용량의 한계로 인해 1일 1회 또는 2회 충전이 이뤄지며, 사용연한을 15년으로 계산하였을 때 대략 11,250 회 충전이 이뤄지는 것으로 계산된다.

그리고, 차량 운행에 따른 연료 소모 시 고압탱크 내부의 압력은 50bar 이하로 떨어지게 된다.

따라서, 고압탱크 내부는 반복적으로 압력변화가 작용하는 바, 고압가스 충전 및 연료소모 자체가 고압탱크의 파손을 유발할 수 있는 반복하중으로서 데미지(damage)로 작용하였다.

따라서, 고압탱크는 내부의 고압 및 반복적인 압력 변화에 따라서 사소한 불량사유가 있어도 심각한 문제를 유발시킬 수 있는 개연성이 있었다.

아울러, 현재의 고압탱크들은 스틸(steel)을 용접 부위 없이 Deep drawing 공법으로 seamless 가공하여 탱크본체를 제조하고, 탱크본체의 표면에 유리섬유 또는/및 탄소섬유를 보강제로서 랩핑(wrapping)한다. 따라서, 탱크본체의 변형 또는 파손과 제조상의 불량 여부를 육안으로 확인하기는 더욱 어려웠다.

한편, 응력측정 및 하중측정을 위해서 스트레인게이지는 널리 사용되고 있다. 스트레인게이지는 기계적인 미세변화(strain)을 전기신호로 검출하는 일종의 센서이다.

상기 스트레인게이지는 통상적으로 기계 또는 구조물의 표면에 접착되어 그 표면에서 생기는 미세한 치수 변화 즉, 측정된 물체의 변형도 또는 변형률을 감지하도록 구성되며 감지된 데이터를 이용하여 측정된 부분에 작용하는 응력을 계산해 낼 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 탱크본체의 응력변화를 디스플레이하는 인디케이터를 구비한 고압탱크를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기 인디케이터는 탱크본체의 표면에 부착되는 스트레인게이지와 연결되어 각 부분에서 측정된 응력 또는 변형율을 표시한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고압가스가 충전 및 배출되는 탱크본체;와 상기 탱크본체의 외주면에 장착되며 탱크본체의 변형율 또는 상기 변형율을 근거로 응력(應力)을 측정하는 스트레인게이지; 및 상기 스트레인게이지와 탱크본체에 랩핑(wrapping)된 보강제;를 포함하고, 상기 스트레인게이지는 탱크본체에 다수 개가 장착되며, 상기 스트레인게이지에서 측정된 데이터가 인디케이터에 표시되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스트레인게이지는 정해진 갯 수씩 열(列)을 이루도록 배치되고, 각 열의 스트레인게이지들은 직렬연결(Series wiring)된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은. 탱크본체에 작용하는 응력 변화를 검출함으로서 내구수명을 판단할 수 있으므로 사전에 탱크본체의 파손으로 인한 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 육안으로 확인 불가능한 제조상의 불량을 검출할 수 있으며, 탱크본체의 안정성 확인 및 검사가 훨씬 용이하게 이뤄질 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 고압탱크의 이미지,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압탱크의 모습을 도시한 단면도 및 부분확대도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고압탱크에서 스트레인게이지를 투시하여 도시한 측면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더 상세히 설명한다.

도 2 와 도 3 을 참조하면, 본 발명의 고압탱크(100)는 이음매 부분 및 용접 부위가 없도록 판재를 딥드로잉(Deep drawing) 공법으로 심리스(seamless) 가공하여 탱크본체(10)를 성형하고, 상기 탱크본체(10)의 표면에 스트레인게이지(30)가 부착된 후 보강제(20)가 랩핑된 것을 특징으로 한다.

상기 스트레인게이지(30)는 다수 개가 탱크본체(10)의 외주면에 장착되어 변형율을 측정하도록 구성된다. 상기 스트레인게이지(30)들은 각각이 전선을 통해 연결되되, 소정의 갯 수씩 열(列)을 이루도록 배치되고, 각 열의 스트레인게이지(30)들은 직렬연결(Series wiring)로 연결된다.

이와 같이 각 열 마다 직렬로 연결된 스트레인게이지(30)들은 외부에서 검수자가 응력변화 또는 이상(異常) 응력 발생 여부를 파악할 수 있도록 인디케이터로 연결되며, 상기 인디케이터(40)는 응력변화를 숫자 또는 눈금자로 표시한다. 상기 인디케이터(40)는 고압탱크에 결합된 통상적인 형태의 아날로그 게이지 또는 LCD 패널 등으로 실시될 수 있고, 차량의 제어장치와 결합 되어 운전석의 계기판에 표시되도록 구성될 수도 있다.

아울러, 상기 스트레인게이지(30)의 표면 위로 탱크본체(10)에 보강제(20)가 랩핑(wrapping)된다. 상기 보강제(20)는 유리섬유, 탄소섬유 또는 유리탄소복합섬유로 실시되며 탱크본체(10)의 내압성을 향상시킨다.

이와 같이 구성된 본 발명의 고압탱크(100)는, 연료의 완충시에서부터 소진시까지 스트레인게이지(30)가 계속적으로 작동하여 탱크본체(10)의 응력변화를 감지한다.

따라서, 도 3 에 도시된 바와 같이, (국부적 팽창 또는 항복이 발생하여 크랙[crack]과 같은) 결함이 발생한 경우, 탱크본체(10) 변형율의 이상(異常) 변화는 결함이 발생된 주변 가까이에 위치한 스트레인게이지(30)들에서 즉각 감지 및 측정되고, 이러한 비정상적인 측정값은 인디케이터에 표시되므로 탱크본체(10)의 파손 발생여부를 더 용이하고 신속하게 확인할 수 있다. 아울러, 결함 발생 가능성이 높은 경우에도 사전에 이상 변형을 감지함으로서 파악될 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 탱크본체
20 : 보강제
30 : 스트레인게이지

Claims (2)

1. 고압가스가 충전 및 배출되는 탱크본체;와
   상기 탱크본체의 외주면에 장착되며 탱크본체의 변형을 측정하는 스트레인게이지; 및
   상기 스트레인게이지와 탱크본체에 랩핑(wrapping)된 보강제;를 포함하고,
   상기 스트레인게이지는 탱크본체에 다수 개가 장착되며, 상기 스트레인게이지에서 측정된 데이터가 인디케이터에 표시되는 것을 특징으로 하는 인디케이터를 구비한 고압탱크.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스트레인게이지는 정해진 갯 수씩 열(列)을 이루도록 배치되고, 각 열의 스트레인게이지들은 직렬연결(Series wiring)된 것을 특징으로 하는 인디케이터를 구비한 고압탱크.
   
   

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