KR20120028941A - 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 밀폐 용적을 한정하는 벽을 포함하는 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법에 관한 것으로, 상기 방법에 따르면 구조 부재를 밀폐 용적 외부의 탱크 벽에 고정시키되, 탱크에 연료를 채울 때 유도되는 편향 (deflection) 이 낮을 때는 상기 벽의 두개의 다른 부분에 위치하는 둘 이상의 지점에 고정시키고, 편향이 높을 때는 상기 구조는 상기 벽의 한 부분에서 탱크의 벽과 하나 이상의 접점을 가진다.

Description

강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법{PROCESS FOR REINFORCING A RIGID PLASTIC FUEL TANK}

본 발명은 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법에 관한 것이다.

최근에는 전기 및 내부연소 모두를 이용하여 추진되는 새로운 유형의 차량이 시장에 소개되었다. 이러한 차량군을 "하이브리드" 차량이라 부른다. 이들 차량이 전 세계 자동차 시장에서 차지하는 비율은 적지만, 이들의 시장 점유율은 매년 증가하고 있다. 최근 몇달 사이에, 이러한 하이브리드 차량의 새로운 변형예가 소개되었는데, 이에 따르면 주행길에 앞서 차량을 미리 정해진 시간 동안 충전하였다고 가정할 때, 주어진 주행길의 처음 40 내지 60 마일 동안에는 전기만 사용한다. 이들 차량은 "플러그인 하이브리드 (plug in hybrids)"로 알려져 있다.

통상, 연료 증기는 온도 및 연료의 움직임으로 인해 연료 탱크 내부에서 발생하며, 탄화수소가 대기중으로 증발 방출되는 것을 방지하는 차콜 캐니스터 (charcoal canister) 내에 저장된다. 이들 증기는 주기적으로 캐니스터의 외부로 퍼징되어 엔진으로 보내져 정상 연소 공정시에 이용된다. 표준 가솔린 엔진 차량에서 이 현상은 캐니스터가 막혀서 탄화수소를 주변에 유출시키는 것을 막을 필요가 있을 때 마다 발생할 수 있다. 그러나, 이 현상은 전기모드에서 작동될 때의 하이브리드 차량에서는 발생할 수 없다. "플러그인 하이브리드" 차량은 가솔린 엔진을 전혀 작동시키지 않고도 많은 운전 사이클을 갈 수 있다. 따라서, 연료 증발을 제한하도록, 기밀 상태로 압력 하에 유지됨으로써 증기를 장시간 동안 수용할 수 있는 연료 시스템이 요구된다. 높은 온도에서, 탱크 내부에 생성되는 압력은 종래의 연료 시스템에서 보다 실질적으로 높다.

지금은, 이러한 문제점에 대해 다음과 같은 해결법들이 제시되었다:

1. 기존의 폴리머 탱크를, 압력을 수용할 수 있는 강철 탱크로 교체한다.

2. 예를 들어, 태크오프 (tack-offs) ("키스 포인트 (kiss points)" 라고도 불림) - 탱크 성형시 상부와 하부를 딤플링(dimple)하여 이들 둘 사이에 기계적 링크를 생성함-를 제공함으로써 탱크 형상을 최적화시킨다.

3. (대개 금속재질인) 스트랩 (strap) 을 보강재로서 사용한다.

4. 구조적 리브 (rib) 들을 탱크 표면에 성형하거나 기계적으로 고정 (lock)시켜 추가적인 강성을 생성한다.

5. 강철 탱크 내부에 플라스틱 블래더를 이용하여 증기 발생 및 관련 압력을 제어한다.

그러나 이들 해결법 각각에는 적어도 하나의 단점이 있다:

1. 금속 탱크는 소재 밀도 특성을 기준으로 하였을 때 폴리머 탱크에 비해 무게면에서 상당히 불리하다. 강철의 밀도가 HDPE 의 밀도보다 약 8 배 더 높은 반면에, 종래의 탱크 벽은 강철 탱크 벽보다 단지 3 내지 4 배 더 두껍다. 고가의 스탬핑 금형으로 인해, 소용적의 강철 탱크를 제조하는 데도 비용이 아주 많이 든다. 기존의 차체 (vehicle volume) 역시 강철 재질로 만드는 것이 대안이지만, 이는 기업평균연비를 잠재적으로 저하시켜, 소용적의 플러그인 하이브리드에 의해 달성한 연비 증가분을 상쇄시킨다.

2. 자동차 제조사가 요구하는 물성을 유지하면서 형상최적화를 달성하는 것은 단지 그만큼의 부가적인 내압성을 추가시키는 것일 수 있다. 예를 들어 태크오프는 자신의 고유 형상 때문에, 탱크 내 가용 용적의 상당한 부분을 사용한다. 또한, 태크오프는 탱크의 내충격성을 감소시킨다. 그리고 대부분의 경우에, 태크오프 스스로는 요구되는 내압성을 제공하지 못한다.

3. 스트랩을 이용하여 보강할 수는 있지만, 차량의 차체하부가 복잡한 형상을 가지게 되고, 제조사가 강경히 주장하는 차체하부 및 지면까지의 여유공간 (clearance) 을 지켜야하므로 관리하기가 어려울 수 있다. 게다가, 스트랩이 추가됨에 따라 늘어난 스트랩의 무게로 인해 폴리머 탱크에 의한 무게 감소분이 무용지물화 되기 시작한다. 그 외에도, 스트랩은 일반적으로 탱크 표면에 적층되지 않기 때문에 주목할 만한 구조적 이점을 제공하지는 않는다.

4. 탱크 표면에 성형시키거나 기계적으로 고정시키는 방식의 해결법은 일반적으로 탱크를 냉각시키기 전에 끼어들기 때문에 탱크 쉘 (shell) 에 응력을 형성하게 되는데 이는 탱크 쉘의 성능을 저하시킬 수 있다.

5. 종래의 플라스틱 탱크에 가요성 블래더를 통합시는 작업을 산업화하였으나, 탱크 내부에 블래더를 고정하고 기밀을 유지하는 문제점으로 인해 이 기술은 쓰이지 않게 되었다.

본 발명의 목적은 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 해결법을 제공함으로써 이들 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 상기 방법은 연료 탱크의 무게 또는 내충격성면에서 너무 많이 불리하지 않게 하면서 압력에 견딜 수 있게 하고, 공업 공정에서 이용하기에 수월하며, 탱크에 내부 응력을 유도하지 않고, (하이브리드 차량이 주어진 플랫폼의 한 부분만을 구성한다는 점을 감안할 때) 동일한 탱크를 전체 플랫폼에 대해 사용할 수 있게 한다.

이를 위해, 본 발명은 내부 밀폐 용적을 한정하는 벽을 포함하는 강성 플라스틱 연료 탱크를 보강하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에 따르면 구조 부재를 밀폐 용적 외부의 탱크 벽에 고정시키되, 탱크에 연료를 채울 때 유도되는 편향(deflection)이 낮을 때는 상기 벽의 두개의 다른 부분에 위치하는 둘 이상의 지점에 고정시키고, 편향이 높을 때는 상기 구조는 상기 벽의 한 부분에서 탱크의 벽과 하나 이상의 접점을 가진다.

보다 구체적으로, 본 발명은 전술된 바와 같은 방법에 관한 것으로,

- 탱크 벽에 있는 하나 이상의 높은 편향부와 둘 이상의 낮은 편향부를 식별하는 단계; 및

- 밀폐 용적 외부의 이들 셋 이상의 편향부를 강성 구조 부재로 기계적으로 연결하여 상기 구조 부재가 높은 편향부의 적어도 한 지점에서 탱크 벽과 하나 이상의 접점을 가지고, 둘 이상의 낮은 편향부 각각에서 탱크 벽에 하나 이상의 고정점을 가지도록 하되 이들 접점 및 고정점이 일렬로 정렬되지는 않지만 하나의 평면을 한정하도록 하는 단계를 포함한다.

구조 부재를 마무리 가공 (성형 및 냉각) 된 강성 플라스틱 탱크에 다수의 고정점/접점에서 부착하는 발상은 제조의 융통성을 향상시키고, 상기 구조가 몰드 내부로 삽입되어 용접되거나 또는 탱크를 냉각시키기 이전에 탱크 표면에 기계적으로 부착되는 경우 생길 수 있는 임의의 성형 응력을 완화시킨다. 이들 지점이 일렬로 정렬되는 것이 아니라 오히려 이격되어 하나의 평면을 한정한다는 사실은, 편향을 생성하는 부하가, 차량 섀시에 부하를 전달시키는 스트랩에나 또는 자신의 물성에 따라 탱크 쉘에 대해 잠재적으로 이동가능하게 기계적으로 부착된 리브에 전달되기 보다는, 편향을 관리할 수 있는 탱크 부분들에 직접 전달되도록 한다.

본 발명의 범위 내에서 "지점"이란 사실 작은 표면 (수 mm² 내지 수 cm²) 으로 이해해야 하며, 상기 작은 표면은 탱크의 높은 편향부분과 낮은 편향 부분에 각각 포함된다.

본 발명의 해결법과 선행 기술의 해결법 사이의 주요 기능적 차이점은 다음과 같다:

1. 본 발명의 해결법은, 강철 탱크를 사용하는 것과는 달리, 기존 탱크에 "부가 (add on)" 하는 것이다.

2. 본 발명의 해결법은, 차량 장착 (mount) 지점에 장착되는 추가 스트랩들을 사용하는 것과는 달리, 탱크 편향 부하를 독립적으로 전달한다.

3. 본 발명의 시스템은, (충격에 취약한 넓은 면적의 강성을 발생시키는 경향이 있는) 태크오프를 사용하는 것과는 달리, 충돌 상황에서 최적의 결과를 제공하도록 설계될 수 있다. 이러한 시스템은 탱크 내에 압력을 수용하도록 최적화될 수 있고, 단지 용접 패드의 크기를 적절히 조절함으로써 충돌시 격리될 수 있다.

4. 본 발명의 해결법은 탱크가 냉각되는 동안에 탱크 쉘의 수축 현상에 영향을 쉽게 받지 않는다.

5. 본 발명의 해결법에서는 블로우 성형 쉘 내에 임의의 인서트물 (insert) 이 요구되지 않기 때문에 다양한 차량 (즉, 가솔린, 하이브리드, 플러그인 하이브리드 등) 에 반복통용되는 하나의 탱크 쉘을 설계할 수 있도록 한다.

6. 본 해결법은 비교적 낮은 비용과 경량 소재로 제조될 수 있다.

7. 본 해결법을 탱크에 고정시키는 것은 잘 공지되어 있으며 산업화된 과정으로 수행될 수 있다.

본 해결법에 의해 달성되는 결과는 다음과 같다:

1. 강철 탱크보다 나은 무게 이점을 유지하는 가운데, 플러그인 하이브리드 적용을 위해 플라스틱 연료 시스템을 사용할 수 있는 능력.

2. 의도된 차량 변형에 따라 탱크에 구조물을 추가 및 제거할 수 있는 능력.

3. 차체하부의 구조적 통합에 의존하지 않는 지지 시스템.

따라서, 이의 주요 장점은:

1. 중량 절감

2. 연비 향상

3. 부품 비용 절감

4. 공구작업 비용 절감

5. 내부식성

6. 차량 조립 라인 (플랫폼) 에의 보다 용이한 구현이다.

위에 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해 보강될 수 있는 연료 탱크는 플라스틱으로 제조되고 (즉, 탱크의 벽이 주로 플라스틱으로 제조됨), "강성"이다. 즉, 연료 탱크가 압력의 작용 하 및/또는 탱크 내에 저장된 액체의 무게 하에서 약간 팽창되는 것을 배제하지 않으나 용적 변화가 수 (few) % 까지로 제한되는, 실질적으로 고정된 용적 및 형상을 갖고 있다.

"플라스틱"이란 용어는 1종 이상의 합성 수지 중합체를 포함하는 임의의 소재를 의미한다.

모든 종류의 플라스틱이 적합할 수 있다. 특히 적합한 플라스틱은 열가소성재 부류 속하는 것이다.

특히, 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르, 폴리케톤, 폴리아미드 및 이들의 공중합체를 사용하는 것이 가능하다. 중합체 또는 공중합체의 혼합물 (blend) 또한 사용할 수 있으며, 마찬가지로 중합체 재료와, (예를 들면 비제한적으로는 탄소, 염 및 기타 다른 무기 유도체, 천연 또는 고분자 섬유와 같은) 무기-, 유기- 및/또는 천연- 충전재의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 전술된 중합체 또는 공중합체 중 1종 이상을 포함하는 적층 (stacked) 층 및 접합층으로 이루어진 다층 구조를 사용하는 것도 가능하다.

종종 사용되는 중합체는 폴리에틸렌이다. 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 을 사용하여 우수한 결과를 얻었다.

탱크 벽은 열가소성의 단일층 또는 이중층으로 구성될 수 있다. 유리하게, 하나 이상의 다른 가능한 추가층은 액체 및/또는 기체에 대한 차단재 (barrier material) 로 만들어진 층으로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 탱크의 내부면과 접촉하는 액체 및 기체의 침투성을 최소화하도록 차단층의 특성과 두께를 선택한다. 바람직하게, 차단층은 차단 수지, 다시 말하면 연료 (예를 들어 EVOH (부분 가수분해된 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체)) 에 대해 불침투성인 수지에 기초한다. 대안으로는, 연료에 대해 불침투성을 갖도록 탱크를 표면처리 (불소화 또는 술폰화) 할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 탱크는 HDPE계 외부 층들 사이에 배치되는 EVOH계 차단층을 포함한다.

본 명세서의 후반부에서 지칭되는 탱크 벽의 "상부" 및 "하부" 부분 (물론, 측부를 여전히 포함) 은, 연료 탱크가 차량에 장착될 때 대체로 수평인 상부 및 하부 위치에 있는 벽을 각각 가리킨다. 일반적으로 이들 부분은 몰드의 두 프린트 사이에 끼워서 조여진 핀치 또는 부품에 의해 구획 (separate) 된다. 본 발명은 탱크의 하부 부분뿐만 아니라 탱크의 상부 부분도 보강시키는데, 전자는 전술한 스트랩을 사용하여 쉽게 이루어지며, 후자는 하이브리드 차량용 탱크의 경우에 특히 유리하다.

이들 벽에 의해 한정된 용적은 밀폐된다. 즉, 연료공급라인, 환기라인 및 전기배선을 통과시키고 그 내부에 부속물의 배치 및 서비스를 허용하는 한편, 연료는 밀봉상태로 수용한다.

본 발명에 따른 방법에 사용되는 구조 부재는 탱크에 작용하는 압력에 의한 응력을 감당하기에 충분히 강성인 물체이다. 구조 부재는 평면 구조, 일반적으로는 평판 형상일 수 있거나 (편평한 물체로 반드시 평면일 필요는 없으며, 예를 들면 쉘일 수 있음), 또는 일종의 프레임을 구성하는 막대, 빔 (beam) 등의 조립체일 수 있다. 후자가 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 소위 상기 막대/빔 섹션의 형상을 통해 성능/중량 비를 최적화할 수 있기 때문이다. 대안으로, (일종의 둥지 같은) 개구를 가진 쉘도 사용가능하다.

이러한 구조 부재는 반드시 일체로 제조되지 않아도 된다. 예를 들어, 구조 부재는 연료 탱크의 양측면 위로 슬라이딩 가능하고, 탱크에/로부터 독립적으로 고정/제거될 수 있는 2 부품으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따라 둘 이상의 고정점과 하나 이상의 접점을 제공하도록, 다수의 개별 부재 (이를 테면, "C" 형상의 프레임) 를 함께 연결하여 (2 x 2 이상) 탱크 벽에 (예를 들어, 그 핀치에 또는 고정 리브에) 고정시켜 구성할 수도 있다. 상기 구조 부재가 여러 개의 (several) 조각으로 이루어진 경우에는, 상기 조각들을 하기에 정의되는 바와 같이 바람직하게는 기계적으로 연결시킴으로써, 상기 구조 부재는 많은 변형을 겪게 되는 탱크의 부분들로부터 그렇지 않을 부분들로 부하/압력을 전달시키는 보강도구로서 실제 기능하게 된다.

높은 강성계수를 얻기 위해서 상기 구조 부재는 대부분의 경우에 금속 또는 다른 비혼화성 소재가 바람직하지만, 플라스틱 재질 (바람직하게는, 상기 부재가 탱크 벽에 용접되는 경우에 대비하여 탱크 벽을 구성하는 플라스틱과 동일하거나 또는 혼화가능한 플라스틱) 이어도 된다. 이런 점에서 SMC (Sheet Moulding Compounds) 와 같은 금속 및 섬유 강화 폴리에스테르가 양호한 결과를 제공한다. 일반적으로, 이들 화합물은 섬유 강화 폴리에스테르 조성물로 구성된다.

본 발명에 따르면, 하나 이상의 접점은 사용시 (탱크가 채워졌을 때) 편향 (변형) 이 높은 부분에 있다. 일반적으로, 이러한 부분은 실질적으로 하부 또는 상부 벽의 중심 및/또는 이들의 "자유" 부분의 중심에 (예를 들어, 새들 탱크의 한 포켓 상부 벽의 중심에) 위치한다. 어떤 경우에도, 이러한 위치는, 예를 들어 공구 및/또는 실험을 모델링하는 소프트웨어를 사용하거나 또는 단지 유사한 형상의 탱크를 이용하였을 때의 자신의 경험을 근거로, 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 쉽게 결정한다. "접촉"이 접점에서, 또는 대안으로, 약간의 초과압력 하에서 안정적으로 설정되는 것이 바람직하다는 점을 주지할 가치가 있으며, 이 중 첫번 째 구현예가 일반적으로 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, (다른 이전 부분의 한 고정점과 비교하였을 때) 둘 이상의 고정점이 탱크 벽의 편향이 낮은 두 다른 부분에 위치한다. 이런 점에서, 구조 부재는 자신의 접점에서 탱크 벽에 고정될 수도 있으며, 이는 사실 (탱크 역시 진공 상태로 있을 수 있는) 일부 경우에서 훨씬 바람직한 것이다. "고정부"란 사실 (리벳, 못, 클립 등을 이용한) 기계적 링크, 용접, 접착부 또는 기타 다른 링크를 의미하는 것으로, 이는 구조 부재를 탱크 벽의 그 지점으로부터 분리할 수 있기 위해서 반드시 제거되거나 파괴되어야 한다.

바람직하게, (낮은 편향 부분 (들) 에서의) 고정점 (들) 과 (높은 편향 부분들에서의) 접점 (들) 의 개수와 위치는, 탱크 벽에서 편향이 각각 가장 낮거나 가장 높은 지점들에 (주로 탱크의 기하학적 형상과 차량에서의 환경에 따른 실무적인 제약사항을 고려하여) 가능한 한 가깝다. 이는 전술한 바와 같이 공구 및/또는 실험을 모델링하는 소프트웨어를 사용하여 쉽게 결정할 수 있다.

본 발명의 제1 구현예에 따르면, 구조 부재는 고정점들에서, 그리고 바람직하게는 또한 접점 (들) 에서 탱크 벽에 용접된다. 따라서, "지점"이란 용어는 용접 영역, 즉 전술한 바와 같은 효과적인 고정 및 부하 (응력) 전달을 제공하기에 충분히 넓은 표면 (탱크 벽과 구조 부재 사이의 계면으로, 탱크 벽과 구조 부재가 함께 용융/융합된 후 양쪽의 플라스틱 분자가 서로 상호반응되는 곳임) 의 용접 구역을 가리키는 것으로 간주해야 한다. 용접은 모든 축방향으로 탱크에 물리적으로 연결 (constrain) 되는 장점을 제공한다. 이 경우에, 바람직한 일 구현예는 연료 탱크의 플라스틱 보다 강성인 소재로 구조 부재를 선정해서 이의 용접 영역 (고정점) 을 전술한 바와 같은 (탱크 벽에 용접가능한) 플라스틱으로 오버몰딩하고/하거나 이들 지점에 플라스틱 용접발을 이용하여 (예를 들면, 신속연결 시스템 (quick connect system) 을 통해) 고정시키는 것이다. 오버몰딩은 (조립 단계를 줄인다는) 산업적 관점에서 특히 용이하다.

본 구현예는 프레임을 이용하거나 또는 연료 탱크 바닥에 용접되는 평면의 납작한 구조 부재를 이용하여 양호한 결과를 제공한다. 실제로, 차량의 차체하부에 대략 직사각형 부분이 고정되어 있는 탱크의 경우, 그 위치는 각각, 하부 또는 상부 탱크 벽의 중간과 네 모서리가 될 것이다. 따라서, 바람직한 일 구현예에 의하면, 5개의 용접 지점이 하부 또는 상부 탱크 벽의 실질적으로 중간과 네 모서리에 각각 위치한다.

본 발명의 제2 구현예에 따르면, 구조 부재는 탱크에 기계적으로 고정된다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 이들 두 부품에 상응하는 프로파일을 이용하여 상기 부재를 탱크에 단지 클립핑 (신속 체결) 하는 것이다.

대부분의 탱크에 (전술한 바와 같은) 핀치가 마련되어 있기 때문에, 구조 부재를 적절한 형상과 프로파일로 만들어 핀치에 클립핑될 수 있게 하는 것이 편리하다. 따라서, 본 구현예는 반쪽 쉘과 같은 형상의 구조 부재를 이용하여 양호한 결과를 제공한다. 그런 면에서 SMC 반쪽 쉘이 양호한 결과를 제공한다.

그러나, 이 해결법의 한가지 단점은 일반적으로 플라스틱 연료 탱크에 대한 성형공차가 비교적 크기 때문에 (즉, 치수정확도가 다소 낮음), 때때로 상기 클립핑이 실제로 효과적이지 않을 수 있다. 이를 피하기 위해, 장치를 사용하는 것이 한가지 해결법이 될 수 있는데, 이러한 장치에서는 클립들이 정해진 위치에 배치되어 있으며 (상기 장치에 대해) 이격되어 정해진 위치에서 핀치 상에 용접될 수 있으므로 클립핑이 핀치 자신 보다는 이들 클립에 발생할 수 있다. 대안으로는, 고정 부품 (클립 또는 다른 종류) 을 핀치 상이 아닌 탱크 바닥 또는 측벽에 고정시킬 수 있다.

본 구현예에서, 접점 (들) 은 (양쪽 부품 (탱크 및 구조 부재) 에 위치하고 있으며, 양쪽 부품 사이에서 효과적인 접촉을 이루도록 서로 매칭되는 모양과 크기를 가진) 리브들 형상을 갖는 게 바람직하며, 이들의 기하학 구조는 두 리브들 (탱크 바닥에 위치하는 경우) 사이에 연료가 갇히는 것을 막거나, 또는 (리브들이 상부 벽에 위치하는 경우) 환기 라인에 사이펀 (siphon) 을 가지도록 구성될 수 있다. 그런 면에서 나선 모양이 유리할 수 있다.

구조 부재를 탱크에 기계적으로 고정시키는 다른 방법은 하나 이상의 키스 포인트 (즉, 상부 및 하부 탱크 벽이 서로 용접되는 지점) 와, 상기 키스 포인트의 양쪽에 위치하고 있으며 상기 키스 포인트를 통과하는 일종의 막대 (바) 에 의해 서로 연결된 두 편평 부재 (플레이트) 를 사용하는 것이다. 이 경우에, 사실 이들 접점은 편평 부재와 탱크 상부 및 하부 벽사이의 접촉면이고, 고정점은 키스 포인트가 놓여있는 상부 및 하부 탱크 벽에 각각 위치한다.

또한 본 발명은 전술한 방법에 의해 얻어지는 탱크, 그리고 하이브리드 차량에서의 그 용도에 관한 것이다. 이 목적을 위해, 일반적으로 탱크는 여러 이산된 위치에서 차체하부 (underbody) 에 접촉됨에 따라 상부 탱크 표면의 나머지는 구속되지 않은 상태로 있게 되며, 마찬가지로 스트랩은 탱크의 저면 (bottom surface) 의 작은 부분에 걸쳐 탱크 바닥에 접촉된다.

본 구현예에서, 고정 스트랩은 고정 처리과정 중 구조 부재에 의해 구속될 수 있으며, 구조 부재를 통해 탱크에 부착된 상태로 제조사에게 선적될 수 있다. 이렇게 하면 조립공장으로 반입되는 부품의 수가 줄어든다.

따라서, 본 발명은 또한 하기의 단계들을 포함하여 연료 탱크를 차량 (바람직하게는 하이브리드) 에 조립하는 방법에 관한 것이다:

- 고정 스트랩을 탱크의 바닥 벽 위에 배치하는 단계;

- 부품들이 움직이지 않게 고정된 조립체를 얻도록 상기 고정 스트랩을 구속 (제자리에 유지, 고정시킴) 하는 것과 같은 방식으로, 구조 부재를 앞서 정의된 바와 같은 복수의 지점에서 탱크의 상기 바닥 벽에 고정시키는 단계;

- 상기 고정 스트랩과 결과적으로 기타 기계적 보조 고정 수단 (리벳, 나사 등) 에 의해 조립체를 차량의 차체하부에 부착시키는 단계.

끝으로, 본 발명 (특정 외부 보강 부재) 을 선행 기술의 해결법 (즉, 전술한 것들과 같은 내부 보강수단을 이용하는 해결법) 과 함께 물론 조합가능하다는 점을 주지할 가치가 있다. 이런 면에서, 한 가지 흥미로운 구현예는 본 출원의 목적을, 연료 시스템/탱크 내부에서 보강 기능 외에도 능동적 기능 (환기, 액체/기체 분리 등) 을 갖는 내부 중공 기둥의 용도에 관한 것인 동시계류 중의 출원 FR 0952651 (그 내용이 본원에 참조로써 통합됨)의 목적과 조합하여 구성된다.

첨부된 도 1 내지 도 7 을 사용하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 하며, 이들이 예시하는 구현예들에 본 발명의 범주가 제한되는 것으로 이해해서는 안된다. 도 8 은 본 발명의 한 대안예에 관한 것으로, 일부 경우에 편향을 감소시키는데 있어서 마찬가지로 효과적일 수 있다.

도 1 내지 도 3 은 구조 부재가 탱크에 용접되어 있는 일 구현예에 관한 것으로, 도 1 은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 탱크 (1) 의 저면도 및 측면도를 나타내며; 도 2 는 도 1 의 A-A 단면을 나타내며; 도 3 은 본 발명의 또 다른 하위-구현예를 나타낸다.
도 4 내지 도 7 은 본 발명의 또 다른 구현예를 수행하는 다양한 방법에 관한 것으로, 이에 따르면 구조 부재는 탱크 벽에 기계적으로 고정된다.
도 8 은 여러 개의 구조 부재가 사용되는 본 발명의 일 대안예에 관한 것으로, 구조 부재들 자체가 강성은 아니지만 탱크의 가장 중요한 부분 (즉 탱크의 상부) 들에서의 편향을 억제시킬 수 있다.

도 1 내지 도 3 의 구현예에 의하면, 스트랩들 (2) 을 사용하여 탱크 (1) 를 차량의 차체하부에 구속시킨다. 일반적으로 말해서, 탱크 (1) 가 여러 이산된 위치에서 차체하부와 접촉되면서, 상부 탱크 표면의 나머지는 구속되지 않은 상태로 있게 된다. 마찬가지로, 스트랩들 (2) 은 탱크 (1) 저면의 작은 부분과, 또한 측벽의 일 부분에 걸쳐 탱크 바닥과 접촉된다 (도 1 의 아래 부분, 즉 탱크의 측면도를 참조함).

도 1 에 도시된 구조 부재 (3) 는 탱크 쉘 (1) 보다 훨씬 높은 강성을 가진 소재로 만들어진다. 본 명세서에서는, 상기 부재를 탱크 (1) 의 저면에 용접할 수 있도록 5 개의 HDPE 발 (4) 을 부재 (3) 에 오버몰딩하였다. 그 결과, 부재 (3) 는 탱크 쉘 (1) 에 가해지는 압력에 반작용하는 역할을 하여, 부하를 탱크 (1) 의 모서리로 전달함으로써 (이때 부하는 탱크 (1) 의 중심에서 굽힘력이 아닌 순수 장력으로 존재하게 됨) 궁극적으로 탱크 (1) 바닥에서의 편향되는 양을 감소시킨다.

전술한 바와 같이, 실현된 추가적인 장점은 스트랩들 (2) 이 용접 과정 중 부재 (3) 에 의해 구속될 수 있으며, 탱크 (1) 에 부착된 상태로 제조사에게 선적될 수 있다는 것이다. 이렇게 하면 조립공장으로 반입되는 부품의 수가 줄어든다. 이 부재 (3) 는 높은 증기압에 의해 야기되는 편향을 감소시키기 위해 필요한 대로 탱크의 바닥 및/또는 상부에 용접될 수 있다.

도 2 는 압력 하에 있는 탱크 바닥을 지지하기 위해 필요한 강성을 생성하는 데 사용될 수 있는 몇 가지 다른 구조적 단면들 (5,6,7) 을 도시한다. 이 도면에서, 5, 6 및 7 은 탱크/구조의 응력을 관리하기 위해 바람직한 빔 단면 일부의 단면을 보여준다. 빗금 치지 않은 영역은 구조물의 나머지 비절단 부분에 해당된다.

도 3 은 구조 부재 (9) 가 탱크 표면을 따라 연속적인 또 다른 구현예를 나타낸다. 이 경우, 부재 (9) 는 최적의 강성을 생성하기 위해 유리 섬유 또는 탄소 섬유복합체로 만들어질 수 있다. 부재 (9) 의 강성이 충분하지 않은 경우에는, 적절한 강성을 보장하기 위해 (예를 들면, 금속재질의) 보강 바들 (8) 을 추가시킬 수 있다. 이들 바 (8) 는 구조 (9) 내부에 형성되는 폐곡선 (contour) 또는 도 2 에 있는 것과 유사한 프로파일을 갖는 별도의 바들일 수 있다.

도 4 에서는, SMC 반쪽 쉘 (11) 을 연료 탱크 (1) 의 핀치에 클립핑한다 (하부 벽을 통해 본 단면만 도시됨). 탱크 (1) 와 반쪽 쉘 (11) 은 접점으로서 기능하는 매칭 리브를 포함한다.

도 5는 유사한 반쪽 쉘 (11) 을 도시하지만, 이번에는 반쪽 쉘이 탱크 벽에 의해 오버몰딩된 고정부들 (12) 에 고정된다. 예시된 단면도는, 접촉 리브가 전혀 없는 (다른 말로 하면, 본 구현예는 리브들을 접점 (영역) (예시된 단면도에는 미도시됨) 으로도 사용함) 평면을 통해 본 것이다.

도 6 은 수직 바를 사용하여 탱크 (1) 에 접합 및 고정되어 있는 2개의 편평한 SMC 부재를 고정시키기 위해, 탱크 벽 (1) 에 있는 키스 포인트를 사용하는 구현예를 나타낸다.

도 7 (왼쪽 도면은 평면도이고, 오른쪽 도면은 부분 수직 단면도) 은 금속재질의 링크 (14) 를 사용하여 서로 연결되어 있으며 (탱크 핀치를 통과하는) 고정 부품들 (15) 을 사용하여 탱크 (1) 에 고정되는 C-형상의 프레임들 (13) 을 사용하는 구현예를 나타낸다.

도 8 은 유리 섬유 또는 탄소 섬유 (16) 가 탱크 표면상에 용접된 2개의 클립 (17) 에 부착된 대안예를 나타내며, 여기서 상기 섬유는 자신들의 중간에서 적어도 실질적으로 탱크 벽 (1) 과 접촉한다. 바람직하게, 상기 접촉은 탱크가 비었을 때 (압력 하에 있지 않음) 나 또는 적어도 탱크에 약간의 초과압력이 인가될 때 이미 이루어진다.

유사한 원리를 탱크 내에서 내부적으로 이용하여 진공 조건하에서의 변형을 감소시키도록 할 수 있다. PHEV 상에서는, 부압 (under pressure) 이 150 내지 200 mbar 까지 내려갈 수 있으므로 바람직한 구현예가 될 것이다. 물론, 내부 구조 부재와 외부 구조 부재의 조합 또한 가능하며 유리하다.

Claims (13)

1. 내부 밀폐 용적을 한정하는 벽을 포함하는 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법이며, 상기 방법에 따르면 구조 부재를 밀폐 용적 외부의 탱크 벽에 고정시키되, 탱크에 연료를 채울 때 유도되는 편향(deflection)이 낮을 때는 상기 벽의 두개의 다른 부분에 위치하는 둘 이상의 지점에 고정시키고, 편향이 높을 때는 상기 구조는 상기 벽의 한 부분에서 탱크의 벽과 하나 이상의 접점을 가지는, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   - 탱크 벽에 있는 하나 이상의 높은 편향부와 둘 이상의 낮은 편향부를 식별하는 단계; 및
   - 밀폐 용적 외부의 이들 셋 이상의 편향부를 강성 구조 부재로 기계적으로 연결하여 상기 구조 부재가 높은 편향부의 적어도 한 지점에서 탱크 벽과 하나 이상의 접점을 가지고, 둘 이상의 낮은 편향부 각각에서 탱크 벽에 하나 이상의 고정점을 가지도록 하되 이들 접점 및 고정점이 일렬로 정렬되지는 않지만 하나의 평면을 한정하도록 하는 단계를 포함하는 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구조 부재는 플레이트 형상이거나, 또는 프레임을 구성하는 바, 빔 등의 조립체 형상인, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크 벽은 상부 및 하부 부분을 포함하며, 탱크와 구조 부재를 고정점 및 접점에서 함께 용접하는 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 구조 부재는 연료 탱크의 플라스틱보다 더 강성인 소재로 만들어지며, 상기 방법은 탱크 벽에 용접가능한 플라스틱을 이용하여 상기 부재의 용접 영역(고정점)을 오버몰딩하는 단계를 포함하는,강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 5 개의 용접 지점이 하부 또는 상부 탱크 벽의 실질적으로 중간과 네 모서리에 각각 위치하는, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크는 핀치를 포함하고, 구조 부재는 핀치에 클립핑되는 SMC 로 만들어진 반쪽 쉘인, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 클립을 (상기 클립을 용접하는데 사용되는 용접 장치에 대하여) 이격되어 정해진 위치에서 핀치에 용접하고, 반쪽 쉘을 클립에 클립핑하는, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 접점 (들) 은 탱크 및 구조 부재상에 위치하는 리브와 같은 형상을 가지며, 상기 리브는 매칭되는 형상 및 크기를 가지는, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 탱크는 하나 이상의 키스 포인트를 포함하고, 상기 키스 포인트의 양쪽에 위치한 두 편평 부재 (플레이트) 는 상기 키스 포인트를 통과하는 막대 (바) 를 사용하여 서로 연결되는, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 구조 부재는, 함께 연결되어 (2 x 2 이상) 탱크 핀치와 하나 이상의 고정 리브에 고정되는 "C" 형상의 프레임을 포함하는, 강성 플라스틱 연료 탱크의 보강 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어지는 탱크의 하이브리드 차량에서의 용도.
13. 차량에 연료 탱크를 조립하는 방법으로서,
    - 고정 스트랩을 탱크의 바닥 벽에 위에 배치하는 단계;
    - 부품들이 움직이지 않게 고정된 조립체를 얻도록 고정 스트랩을 구속하는 것과 같은 방식으로, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여, 구조 부재를 탱크의 상기 바닥 벽에 고정시키는 단계;
    - 고정 스트랩에 의해 조립체를 차량의 차체하부에 부착시키는 단계를 포함하는 차량에 연료 탱크를 조립하는 방법.

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