KR20140055324A

KR20140055324A - 고압 탱크

Info

Publication number: KR20140055324A
Application number: KR1020120121977A
Authority: KR
Inventors: 임철호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-09

Abstract

고압 탱크가 개시된다. 개시된 고압 탱크는 라이너와, 라이너의 외주면에 와인딩되는 고강도사를 포함하며, 라이너의 외주면에는 고강도사의 와인딩 방향을 따라 리브가 형성될 수 있다.

Description

고압 탱크 {HIGH PRESSURE TANK}

본 발명의 실시예는 고압 탱크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 시스템의 고압 수소 가스를 저장할 수 있도록 한 고압 탱크에 관한 것이다.

최근 지구온난화를 억제하는 의식이 높아지고 있으며, 특히 차량으로부터 배출되는 이산화탄소의 저감을 목적으로 연료전지 전기자동차나 수소자동차 등의 개발이 활발하다.

이들 자동차에서는 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전력을 일으키고, 그 전력을 모터에 공급하여 구동력을 발생시키는 연료 전지 시스템이 구비되어 있다. 이러한 연료 전지 시스템은 수소 공급원으로서 수소 탱크가 사용되고, 수소 탱크에는 높은 압력으로 수소가 충전되어 있다.

상기와 같은 수소 탱크는 고압의 수소 가스를 저장하는 고압 탱크로서, 알루미늄 또는 플라스틱 소재의 라이너가 구비된다. 그리고 라이너의 외측면에는 탄소 섬유 복합재 등의 고강도사가 전체에 걸쳐 와인딩 된다.

그런데, 종래 기술에서는 탄소 섬유 복합재로 이루어진 고강도사의 가격 비중이 높아 탱크의 가격이 높아지고, 라이너 양 끝단부의 반원 구조로 인해 고강도사의 미끄럼 방지를 위한 와인딩 각도에 제한적이다.

또한, 종래 기술에서는 가스의 충진 시 팽창력에 의해 라이너와 고강도사의 이종 재질에 의한 박리가 발생하게 된다.

본 발명의 실시예들은 라이너의 강성 증대로 탄소 섬유 복합재 고강도사의 적층량을 감소시켜 원가 절감을 도모할 수 있고, 라이너 양 끝단부의 고강도사 와인딩 적층 시 고강도사의 미끄럼을 방지하여 와인딩 각의 자유도를 향상시킬 수 있도록 한 고압 탱크를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 고압 가스의 충진 시 라이너의 팽창력을 감소시킴으로써 고압 가스의 충방전 싸이클 증대에 따른 라이너와 고강도사 적층 경계면의 박리를 방지할 수 있도록 한 고압 탱크를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 고압 탱크는, 라이너와, 상기 라이너의 외주면에 와인딩되는 고강도사를 포함하며, 상기 라이너의 외주면에는 상기 고강도사의 와인딩 방향을 따라 리브가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크에 있어서, 상기 리브는 상기 라이너의 외주면에 나선 방향으로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크에 있어서, 상기 리브는 상기 라이너의 외주면에서 라운드 형태의 양 끝단부로 연장될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크에 있어서, 상기 리브는 상기 라이너의 외주면에 돌기 형태로 형성되며, 그 돌기 사이에 수용홈이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크는 연료 전지 시스템의 수소 탱크로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 라이너의 외주면에 고강도사의 와인딩 방향을 따라 리브가 형성되므로, 라이너의 강성 증대시킬 수 있으며, 탄소 섬유 복합재 고강도사의 적층량을 감소시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 고강도사의 적층량을 감소시킬 수 있으므로 탱크의 제작 원가를 절감할 수 있고, 라이너 양 끝단부의 고강도사 와인딩 적층 시 고강도사의 미끄럼을 방지하여 고강도사 와인딩 각의 자유도를 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 고압 가스의 충진 시 라이너의 팽창력을 감소시킴으로써 고압 가스의 충방전 싸이클 증대에 따른 라이너와 고강도사 적층 경계면의 박리를 방지할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고압 탱크를 도시한 부분 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고압 탱크에 적용되는 라이너를 도시한 정면 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고압 탱크를 도시한 부분 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크(100)는 연료로 사용되는 수소 가스 및 공기와 같은 산화제의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 생산하는 연료 전지 시스템에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 연료 전지 시스템은 생산된 전기 에너지를 구동 모터(전기 모터)에 인가하여 구동시키는 연료 전지 차량에 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 상기 고압 탱크(100)는 연료 전지 시스템의 연료 전지 스택으로 수소 가스를 공급하기 위해 고압으로 압축된 수소 가스를 저장하는 수소 공급원의 수소 탱크로서 이루어질 수 있다.

상기에서와 같이 고압 탱크(100)는 연료 전지 시스템에 사용되는 수소 가스를 저장하는 수소 탱크로 사용되는 예를 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고 액화 천연 가스, 액화 석유 가스, 또는 그 외에 소정의 압력으로 압축된 가스를 저장하는 가스 탱크에 적용될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크(100)는 기본적으로 라이너(30)와 고강도사(50)를 포함하고 있다.

상기에서 라이너(30)는 고압으로 압축된 수소 가스를 실질적으로 저장하는 탱크 본체로서, 가스 주입구 및 가스 배출구 등을 형성하고 있다. 상기 라이너(30)는 알루미늄 또는 플라스틱 소재로 이루어지며, 가스의 충방전에 따른 팽창과 수축을 지지하는 기능을 하게 된다.

그리고 상기 고강도사(50)는 탄소 섬유 복합재로 이루어지고, 라이너(30)의 외주면에 와이인딩 되며 가스의 팽창에 따른 라이너(30)의 파열을 방지하는 기능을 하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크(100)는 라이너(30)의 강성 증대로 탄소 섬유 복합재 고강도사(50)의 적층량을 감소시켜 원가 절감을 도모할 수 있고, 라이너(30) 양 끝단부의 고강도사(50) 와인딩 적층 시 그 고강도사(50)의 미끄럼을 방지하여 와인딩 각의 자유도를 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크(100)는 고압 가스의 충진 시 라이너(30)의 팽창력을 감소시킴으로써 고압 가스의 충방전 싸이클 증대에 따른 라이너(30)와 고강도사(50) 적층 경계면의 박리를 방지할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 탱크(100)는 라이너(30)의 외주면에 고강도사(50)의 와인딩 방향을 따라 리브(71)가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 리브(71)는 도 2에서와 같이 라이너(30)의 외주면에 나선 방향을 따라 형성되는 바, 라이너(30)의 외주면에서 라운드 형태의 양 끝단부로 연장되게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 리브(71)는 라이너(30)의 외주면에 돌기 형태로 형성되며, 이들 돌기 사이에는 고강도사(50)를 수용하는 수용홈(73)이 형성될 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 고압 탱크(100)에 의하면, 라이너(30)의 외주면에 나선형의 리브(71)를 형성하고, 이들 리브(71) 사이에 수용홈을 형성하고 있다.

이로써, 본 발명의 실시예에서 상기 라이너(30)는 이의 외주면에 탄소 섬유 복합재의 고강도사(50)가 와인딩 적층되며, 그 고강도사(50)는 라이너(30)의 외주면 및 리브들(71) 사이의 수용홈(73)에 와인딩되며 형성될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 고압 탱크(100)에 의하면, 라이너(30)의 외주면에 고강도사(50)의 와인딩 방향을 따라 리브(71)가 형성되므로, 라이너(30)의 강성 증대시킬 수 있으며, 탄소 섬유 복합재 고강도사(50)의 적층량을 감소시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 고강도사(50)의 적층량을 감소시킬 수 있으므로, 탱크의 제작 원가를 절감할 수 있고, 라이너(30) 양 끝단부의 고강도사(50) 와인딩 적층 시 고강도사(50)의 미끄럼을 방지하여 고강도사 와인딩 각의 자유도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은 고압 가스의 충진 시 라이너(30)의 팽창력을 감소시킴으로써 고압 가스의 충방전 싸이클 증대에 따른 라이너(30)와 고강도사(50) 적층 경계면의 박리를 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

30... 라이너
50... 고강도사
71... 리브
73... 수용홈

Claims

라이너와, 상기 라이너의 외주면에 와인딩되는 고강도사를 포함하는 고압 탱크로서,
상기 라이너의 외주면에는 상기 고강도사의 와인딩 방향을 따라 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 탱크.
제1 항에 있어서,
상기 리브는 상기 라이너의 외주면에 나선 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 탱크.
제1 항에 있어서,
상기 리브는 상기 라이너의 외주면에서 라운드 형태의 양 끝단부로 연장되는 것을 특징으로 하는 고압 탱크.
제1 항에 있어서,
상기 리브는 상기 라이너의 외주면에 돌기 형태로 형성되며, 그 돌기 사이에 수용홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 탱크.
제1 항에 있어서,
상기 고압 탱크가 연료 전지 시스템의 수소 탱크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고압 탱크.