KR20140141618A - 패널면에 평행하게 배열된 허니컴 코어를 갖는 허니컴 구조물 및 제조방법 - Google Patents

패널면에 평행하게 배열된 허니컴 코어를 갖는 허니컴 구조물 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

허니컴 코어(27) 조립체가 표면에 평행하게 배열되어 있는, FRP 허니컴 구조물(42)을 위한 제조방법. 허니컴 코어(27)는 이중 구조벽을 갖는 FRP 프리프레그(5, 15, 22, 26)로 제조되고, 열 및 압력을 이용하는 스티프닝에 의해 제작된다. 허니컴 코어(27) 조립체 세트 탱크(43)에서, 복수의 내부 탱크가 허니컴 코어(27) 조립체 내에 집합되어 있다. 내부 탱크 FRP 벽(37)은 내부 탱크의 압력을 유지하고, 한편 외부 FRP 벽(38), 열 발포형 플라스틱 수지(41) 및 세트 탱크(43)의 강성 FRP 외피(39)는 외부 충격 로딩을 견디어 낸다. 여섯 모서리 셀의 허니컴 코어(27) 구조물은 무한대로 배열될 수 있고, 그 구조적 위치는 유일하다. 복수의 내부 탱크가 허니컴 코어(27) 조립체 내에 집합되어 있는 세트 탱크(43)가 무한 조합으로 배열될 수 있어서, 총 용량이 극도로 커질 수 있다.

Description

패널면에 평행하게 배열된 허니컴 코어를 갖는 허니컴 구조물 및 제조방법{HONEYCOMB STRUCTURE HAVING HONEYCOMB CORE ARRANGED PARALLEL TO A PANEL SURFACE AND A MANUFACTURING PROCESS THEREFOR}
본 발명은 종래 기술에서 외피(hull)와 코어 사이의 필오프(peel-off) 문제를 해결하기 위해서 허니컴 코어가 패널면에 평행하게 배열되어 있는 섬유보강 플라스틱(FRP) 허니컴 샌드위치 구조물에 관한 것이며, 그리고 다량의 FRP 내부 탱크가 허니컴 코어 조립체 내에 집합되어 있는 허니컴 코어 조립체 세트 탱크에 관한 것이다.
사회적 배경으로서, 화석 자원에 대해 지구 온난화 및 냉담함(dryness)이 주어져 있다. 이러한 문제에 대해 가능성 있는 하나의 해답은 연료전지 발전 시스템이다. 현대 문명의 최고 기술이 유용하게 사용될지라도 지구 자원의 유산인 화석연료가 재생될 수 없다는 것은 모든 사람이 알고 있다. 우리가 일상생활에서 현대 문명을 즐길 때, 화석연료를 소모하는 것은 불가피하고 되돌릴 수 없다.
연료전지는 "수소(H2)" 및 "산소(O2)"로부터 전기 에너지를 발생하며, 방출물은 "물(H2O)"이다. 발전 과정에서, 연료전지 시스템은 지구 온난화의 원인이 되는 것으로 생각되는 이산화탄소를 방출하지 않는다. 현재, 연료전지에 사용된 "수소(H2)"는 화석연료인 LNG로부터 정제된다.
그러나, 현대 문명의 전임자는 연료전지의 연료인 "수소(H2)"에 대해 재생 과학 이론을 우리에게 남겨두었다. 현대 문명의 최고 기술이 유용하게 사용될지라도, 지구 자원인 화석연료가 재생될 수 없다. 다른 한편, 비록 현재는 단지 탁상이론에 불과하지만, 연료전지의 발전 시스템은 재생될 수 있다. 가까운 장래에, 연료전지는 우리 생활의 에너지 시스템이 이상적인 에너지 시스템이 될 가능성을 가지고 있다.
연료전지는 실제로 이상적인 에너지 시스템이다. 그러나, 실제 사용을 위해서 2가지 큰 어려움을 극복할 필요가 있다. 하나는 연료전지의 발전 셀이고, 다른 하나는 수소 탱크이다. 연료전지의 발전 셀은 현재 마케팅에 의해 향상되고 있다. 그러나 수소 탱크의 개발은 여전히 어렵다.
수소는 정상 온도에서 기체이고, 대기압에서의 액화 온도는 극저온으로서 -200℃ 이하이다. 더구나, 4%의 기체 수소가 공기 중에서 산소와 혼합되어 있고, 부근에서 스파크가 일어나면 수소가 폭발하게 된다. 취급이 매우 어렵다. 안전성은 수소 탱크의 디자인 및 특성이 세계적 수준의 성능에 맞추어질 것을 요구하고 있다. 차량용 수소 탱크는 각각의 차량 제조업자가 연구하고 있으며, 구조 강도는 현재 750 기압에 도달하였다. 그러나, 탱크 용적, 형상 및 간격에 일부 결함이 있다.
우리가 연료전지를 우리 생활에 실제로 사용하고자 할 때 어려운 문제는 수수의 운반이다. 수소의 경우, 액화되지 않으면 분자량이 너무 작기 때문에 액체 가솔린에 비하여 운반 효율이 너무 열등하다. 그러나, 수소가 -200℃ 이하의 극저온으로 냉각되지 않으면 액체 수소가 얻어지지 않는다. 단지 특수 용도의 차량으로만 액체 수소를 운반하기에는 비용이 너무 많이 든다.
덧붙여, 어려운 문제는 수소 스테이션이다. 가스 스테이션과 유사한 수소 스테이션은 연료전지 동력 차량의 전파에 필요하다. 최첨단 차량에서 수소 탱크의 내압은 현재 750 기압이다. 따라서 추정된 수소 스테이션에 대해, 액체 수소를 -200℃ 이하에서 유지하는 완전 냉각 시스템과 함께 지하 탱크를 설치할 필요가 있으며, 수소 기체를 750 기압으로 압축하는 압축 시스템을 설치할 필요가 있다. 추정된 수소 스테이션에 대해 설치 비용뿐만 아니라 유지보수 비용이 막대하게 들 것으로 예상된다.
또한, 혹시라도 냉각 기능이 상실될 때 정상 온도의 지하 탱크 내에 액체 수소를 가두어 놓기가 어렵다. 그 결과, 수소 스테이션에 보관된 대부분의 액체 수소가 공기 중으로 방출되는 상황도 생각하고 있다. 기체 수소가 폭발성 기체이기 때문에, 안전에 큰 문제가 된다.
이것들이 수소 가스용 저장 시스템을 요구하는 문제와 현상태이다. 연료전지 발전 시스템은 이상적이라고 부를 수 있는 에너지 시스템이 될 가능성을 갖는다. 그러나, 이상적인 에너지 시스템의 성취는 우리에게 상호작용 및 내구성에 대한 연구 및 개발을 우리에게 요구하고 있다.
허니컴 구조물은 경량 및 강도의 면에서 큰 유익을 가지며, 따라서 허니컴 샌드위치 패널은 건축 분야 및 항공기 분야에서 구조재로서 넓게 적용되고 있다.
그러나, 보통 종래 기술의 허니컴 코어에서, 다량의 허니컴 셀의 세트가 판지, 몰드 플라스틱 및 적층 알루미늄으로 제조된다. 그들의 구조 강도는 측면에서 수직 하중을 지탱하기에는 부족하고, 따라서 허니컴 코어가 허니컴 샌드위치 패널에서 표면에 평행하게 배열될 수 없다. 종래 기술에서 허니컴 코어의 방향은 패널면에 수직으로 배열되어 있고, 따라서 외피가 허니컴 코어 조립체의 여섯-모서리 에지들의 작은 면적에 접합되어 있다. 보통의 종래 기술에서, 허니컴 샌드위치 패널은 허니컴 코어와 외피 사이에서 필오프 문제를 피할 수 없다. 필오프 문제는 허니컴 샌드위치 패널의 치명적 결함이다.
일본 특허 제4862975호에는 FRP 프리프레그(prepreg)로 만든 허니컴 코어의 제조 방법이 나타나 있다. 그리고 이것은 허니컴 코어 조립체가 허니컴 샌드위치 패널의 표면에 평행하게 배열되는 제조 방법을 보여주고 있다.
그러나, 특허 제4862975호의 제조 방법은 매우 복잡하고 생산성이 낮다. 여섯-모서리 허니컴 셀의 형상은 용이하게 뒤틀어진다.
본 발명은 수소 연료 시스템에서 수소 가스와 같은, 민감성 및/또는 휘발성 재료의 저장 및 운반에 있어서 허니컴 코어 구조물의 적용에 관한 것이다. 허니컴 구조물을 사용하기 위해서, 허니컴 코어는 종래 기술에서 필오프 문제를 해결하기 위해 허니컴 샌드위치 패널에서 수직방향에서 수평방향으로 배열되어 있다. 필오프 문제는 허니컴 코어 조립체의 수직 배열로부터 초래된다. 이 문제를 해결하기 위해 허니컴 샌드위치 패널의 표면에 평행하게 허니컴 코어를 배열하는 것이 절대적으로 필요하다.
그러나, 허니컴 코어가 패널면에 평행하게 배열될 때, 패널 하중이 허니컴 코어 조립체의 측면에 걸리게 된다. 종래 기술에서 허니컴 코어 조립체의 경우, 허니컴 코어 조립체가 알루미늄 적층체, 몰드 플라스틱 및 판지로 만들어져 있기 때문에 허니컴 코어 조립체의 측면에서 하중을 지탱하기에는 강도가 부족하다.
측면 하중에 의해 붕괴되지 않을 강한 허니컴 코어를 제조할 필요가 있다. 본 발명에서, 허니컴 코어 조립체는 이중 구조벽을 갖는 연성 FRP 프리프레그(사전주입된(pre-impregnated) 섬유보강 플라스틱)으로 만들어지고, 열 및 압력에 의한 보강(stiffening) 공정에 의해 제조된다. 압력은 내부 압력장치에 의한 열 팽창 압력과 허니컴 코어 조립체의 모든 표면을 기계적으로 제한하는 외부 프레임 구조물 사이의 반작용력으로부터 발생한다.
또한 본 발명의 새로운 방법은 허니컴 코어 조립체 세트 탱크가 모든 허니컴 셀에서 많은 내부 탱크를 갖도록 제조될 수 있는 새로운 사용법이 생기게 한다. 이러한 세트 탱크는 본 발명의 이중벽 허니컴 셀 구조물로부터 유래된다. 내부 벽은 내부 탱크의 압력을 유지하고, 이중벽 탱크의 외부 벽은 외부 충격 로딩(shock loading)을 견디어낸다.
일본 특허 제4862975호는 FRP 프리프레그로 만들어진 허니컴 코어의 획기적인 제조 방법을 보여주고 있다. 또한 이 특허는 허니컴 샌드위치 패널의 표면에 평행하게 허니컴 코어 조립체를 배열하는 제조 방법을 보여주고 있다. 그러나, 이 제조 방법은 복잡하고, 생산성이 떨어지고, 여섯-모서리 허니컴 셀의 형상이 용이하게 뒤틀어진다. 특허 제4862975호에서 보여준 허니컴 코어 재료 및 제조방법은 다음과 같다.
도 17은 특허 제4862975호에 나타난 허니컴 코어 모재(mother material)의 제조법을 도시하고 있다. 스테이플러 니들이 연속적으로 구동되어 상부 FRP 프리프레그와 하부 FRP 프리프레그 사이를 꿰매고, 따라서 스테이플러가 길고 가느다란 백(bag)의 연속체를 제작한다.
도 18은 원통형 열 발포 플라스틱 수지가 많이 연속적으로 삽입되는 허니컴 코어 모재를 도시하고 있다. 또한 공기 튜브를 삽입할 수도 있다.
도 19는 허니컴 코어가 수평으로 배열되어 있는 허니컴 구조물을 도시하고 있다. 허니컴 코어는 특허 제4862975호의 방법에 의해 제조된다.
특허 제4862975호의 가르침을 이용하여 제조하는 상술한 예시에 나타난 바와 같이, 길고 가느다란 백을 많이 반복하여 제조하기가 복잡하다. 더구나, 공기 튜브 및 열 팽창 수지를 길고 가느다란 공간 내에 삽입하기가 비생산적이다. 열 발포 플라스틱 수지의 삽입 작업은 공기 튜브의 삽입 작업에 비하여 더 용이하다. 이 경우에, 열 팽창 수지는 열 발포가 처리된 후에 허니컴 코어 내에 남아있다. 따라서, 허니컴 구조물의 중량이 공기 튜브에 의한 압축 방법에 비하여 더 무거워진다. 본 발명은 이러한 결점을 해결할 의도를 가지고 있다.
수소 가스의 저장 시스템에서 요구하는 문제 및 현상태에 응답하기 위해, 새로운 수소 탱크의 가공 기술 및 개념이 설명되어 있다.
허니컴 구조물 자체에 있어서, 해결되어야 할 가장 중요한 문제는 종래 기술에 놓인 필오프 문제이다. 이 문제를 해결하기 위해, 허니컴 코어를 허니컴 샌드위치 패널의 패널면에 수평으로 배열할 필요가 있다. 허니컴 코어가 조립체에서 많은 허니컴 셀의 세트이기 때문에, 수직 하중에 의해 붕괴되지 않을 많은 허니컴 셀을 제조하는 것이 필요하다. 수직 하중에 의해 붕괴되지 않고 견딜 수 있는 허니컴 셀은 종래 기술에서 제조될 수 있다. 특허 제4862975호는 FRP 프리프레그에 의해 허니컴 셀을 제조하는 방법을 지적하고 있다. 그러나, 이 제조 방법은 복잡하고 생산성이 떨어진다. 따라서 새로운 제조 방법을 발명할 필요가 있다.
본 발명은 종래 기술에서 허니컴 샌드위치 패널의 필오프 문제를 해결하기 위해, 허니컴 코어 조립체가 표면에 평행하게 배열되는 FRP 허니컴 구조물을 위한 제조 방법이다. 필오프 문제는 허니컴 코어 조립체의 수직 배열로부터 초래되고 있는데, 왜냐하면 허니컴 코어 조립체가 수직방향으로 배열될 때 허니컴 샌드위치 패널의 외피가 허니컴 코어 조립체의 여섯-모서리 에지의 작은 면적에 접합되기 때문이다.
따라서, 필오프 문제를 해결하기 위해, 허니컴 샌드위치 패널의 표면에 평행하게 허니컴 코어 조립체를 배열하는 것이 필요하다. 그러나, 허니컴 코어 조립체가 패널면에 평행하게 배열되기 때문에, 패널 하중이 허니컴 코어 조립체의 측면에 걸리게 된다. 종래 기술에서 허니컴 코어 조립체에 있어서, 허니컴 코어 조립체가 알루미늄 적층체, 몰드 플라스틱 및 판지로 만들어져 있기 때문에 허니컴 코어 조립체의 측면에서 하중을 지탱하기에는 강도가 부족하다.
따라서, 측면 하중에 의해 붕괴되지 않을 허니컴 코어를 제조할 필요가 있다. 본 발명에서, 허니컴 코어 조립체는 이중 구조벽을 갖는 연성 FRP 프리프레그로 만들어지고, 열 및 압력에 의한 보강 공정에 의해 제조된다. 그리고 압력은 내부 압력장치에 의한 열 팽창 압력과 허니컴 코어 조립체의 모든 표면을 기계적으로 제한하는 외부 프레임 구조물 사이의 반작용력으로부터 발생한다. 연성 FRP 프리프레그는 아직 보강되지 않은 FRP 프리프레그 재료이다.
FRP 허니컴 구조물의 제조 방법은 2가지 제조 공정으로 이루어진다. 첫째는 연성 FRP 프리프레그에 의하여 연성 FRP 허니컴 구조물을 제조하기 위한 공정이고, 둘째는 연성 FRP 허니컴 구조물을 열 및 압력에 의해 강성 FRP 허니컴 구조물로 보강하기 위한 공정이다.
두번째 발명은 총 용량이 상당하게 큰 이중 구조벽을 갖는 탱크를 제조하기 위해서, 복수의 내부 탱크가 허니컴 코어 조립체 구조물 내에 집합되어 있는 허니컴 코어 조립체 세트 탱크를 위한 제조 공정이다. 이러한 세트 탱크는 허니컴 코어 조립체가 표면에 평행하게 배열되어 있는 FRP 허니컴 구조물을 위한 제조 공정으로부터 유래된다. 내부 벽은 내부 탱크의 압력을 유지하고, 모든 이중벽 탱크의 외부 벽은 외부 충격 로딩을 견디어낸다.
이론적으로 말하면, 여섯-모서리 셀의 허니컴 코어 구조물은 무한대로 배열될 수 있고, 그 구조적 위치는 유일하다. 유사한 방식으로, 이론적으로 다수의 내부 탱크가 허니컴 코어 조립체 내에 집합되어 있는 세트 탱크는 무한대로 배열될 수 있고, 따라서 그 총 용량이 임의로 커질 수 있다.
일반적으로, 벽의 구조적 강도에는 제한이 있으며, 즉 내부 탱크의 직경은 저압에서 커지게 되며 고압에서 작아지고, 따라서 내부 탱크의 직경이 내부 탱크의 압력에 반비례하여 변한다. 탱크의 직경은 본 발명에서 대략 100 mm 내지 1000 mm가 될 수 있다.
길이방향 하중이 베이스 면적과 내부 압력을 곱한 것이기 때문에, 길이방향 하중은 탱크 길이와 무관하다. 따라서, 탱크의 직경이 내부 압력을 견디어내면, 이론적으로 내부 탱크의 길이는 거의 제한이 없다.
본 발명에서, 허니컴 코어 조립체 세트 탱크는 연성 FRP 프리프레그로 만들어지고, 열 및 압력에 의한 보강 공정에 의해 제조된다. 압력은 내부 압축 장치에 의한 열 팽창 압력과 허니컴 코어 조립체 세트 탱크의 모든 표면을 기계적으로 제한하는 외부 프레임 구조물 사이의 반작용력으로부터 발생한다. 연성 FRP 프리프레그는 아직 보강되지 않은 FRP 프리프레그 재료이다.
FRP 허니컴 구조물 세트 탱크의 제조 방법은 2가지 제조 공정으로 이루어진다. 첫째는 연성 FRP 프리프레그에 의하여 연성 FRP 허니컴 코어 세트 탱크를 제조하기 위한 공정이고, 둘째는 연성 FRP 허니컴 코어 조립체 세트 탱크를 열 및 압력에 의해 강성 FRP 허니컴 코어 조립체 세트 탱크로 보강하기 위한 공정이다.
종래 기술에서, 고압솥(autoclave), 즉 가열 및 압축을 동시에 실시하는 장치가 FRP 구조물을 위한 가열 및 보강 과정에 사용되고 있다. 고압솥은 공기압에 의하여 FRP 구조물의 외부 표면을 균일하게 압축한다. 공기압은 외부 공급원으로부터 제공되거나 또는 고압솥 내부의 증발 압력에 의해 공급되며, 공기압은 고압솥의 내부 공간 전체를 채운다.
고압솥은 비교적 대직경 단일벽 탱크의 고압 탱크를 제조하기에 적절하다. 그러나, 구조 강도에 제한이 있으며; 이렇게 제작된 고압 탱크의 직경은 무한대로 확장될 수 없다. 또한, 고압솥을 사용하여 세트 탱크를 제조하기가 어렵다. 특히, 북수의 탱크가 조립체 구조물 내에 집합될 때, 내부 FRP 벽과 외부 FRP 벽 사이에는 중간-충전(middle-stuffing) 물체가 있다.
따라서, 고압솥에 의해 제조된 고압 탱크의 용량에는 이론적 제한이 있다. 또한, 무거운 고압 탱크는 사고가 일어나는 경우에 안전성이 떨어진다. 예를 들어, 일본 자동차 메이커에 의해 제조된 70 M 파스칼의 연료 배터리에 의해 동력을 받는 차량의 수소 탱크는 단일 벽을 갖는 코쿤(cocoon)형 탱크이다. 직경은 약 400 mm이고, 용량은 약 150 리터 이하이다. 단일 탱크는 연장성이 부족하다.
고압솥을 사용하여 이중 구조벽을 갖는 FRP 탱크를 제조하기는 어렵다. 그 이유는 다음과 같다:
도 14에 도시된 바와 같이, FRP 탱크가 고압솥에 의해 제조될 때, 탱크의 외부 표면은 고압솥 내의 공기압에 의해 가압된다. 탱크의 내부 표면은 탱크 내에 포함된 증기압에 의해 가압된다.
FRP 탱크의 외부 표면은 길고 가느다란 구역의 연성 FRP 프리프레그에 의해 제조된다. 탱크 벽은 내부 증기압과 외부 공기압 사이의 압력에 의해 강하게 가압된다. 이러한 압력들 중 어느 것이 부족할 때 탱크 벽의 전체 강도가 달성될 수 없다. 따라서 고압솥에 의한 탱크 벽은 단일 구조벽이다.
도 15를 참고하면, 이중 구조벽을 갖는 FRP 탱크가 고압솥에 의해 제조될 때, 내부 탱크 벽은 단지 내부 탱크의 팽창 압력에 의해서만 가압되고, 외부 벽은 단지 고압솥 내의 공기압에 의해서만 가압된다. 내부 FRP 벽과 외부 FRP 벽 사이에는, 내부 압력을 발생하지 않는 중간-충전 물체가 있다. 중간-충전 물체는 자발적으로 어떠한 압력도 발생하지 않는다. 따라서, 내부 탱크 FRP 벽은 균일하게 가압될 수 없다. 여기서 또한 탱크 벽의 강도를 보장하기가 어렵다.
본 발명은 기본적으로 FRP 구조물의 외부 표면을 균일하게 가압하는 고압솥과는 다르다. 본 발명은 아래의 특징을 가지며 예로서 도 16에 도시된 바와 같은 방법을 채용한다:
(1) FRP 허니컴 코어는 많은 허니컴 셀의 조립체 세트이다.
(2) 개별 허니컴 셀의 베이스 재료는 열 발포 수지이다.
(3) 허니컴 셀은 베이스 재료를 연성 FRP 프리프레그로 강화함으로써 제조된다.
(4) FRP 허니컴 코어 조립체는 다량의 허니컴 셀로 조립된다.
(5) 허니컴 코어 조립체의 모든 표면은 외부 프레임으로 유지된다.
(6) 외부 프레임은 가열 오븐 내에 놓이며, 외부 프레임 및 허니컴 코어 조립체가 보강 온도로 가열된다. 외부 프레임에는 공기 압력장치가 없다.
(7) 열 발포 수지는 가열에 의해 팽창한다.
(8) FRP 프리프레그는 열 팽창 압력 및 외부 프레임의 반작용력에 의해 강화된다.
이러한 방법에 의하여, 내부 압력을 발생하지 않는 중간 부품이 없다. 따라서, 내부 벽 및 외부 벽으로 이루어진 이중벽 구조물을 제조할 수 있게 된다. 내부 벽은 내부 탱크의 압력을 유지한다. 외부 벽은 외부 충격 로딩을 견딘다. 탱크형 공기 압력장치 조립체가 내열성 플라스틱 재료로 제조된다. 이것은 내부 압력 및 온도에 의해 팽창된다. 내부 탱크의 형상은 영구적으로 변형된다.
더구나, 외부 벽은 강도를 갖는 접착제이다. 개별 요소가 여섯-모서리 형상을 가지면, 이론적인 무한대의 구조물이 허니컴 코어와 유사한 여섯-모서리 요소들을 묶음으로써 제조될 수 있다.
도 16은 본 발명의 구성부품을 도시하기 위해 다음과 같이 참고부호를 사용한다: (BB) 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (BC) 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (DD) 사다리꼴 필러(filler) 조립체, 연성 FRP 프리프레그로부터 제조된 허니컴 구조물의 모든 표면을 제한하는 (MCA) 외부 프레임 조립체, 연성 FRP 프리프레그로 제조된 (PIS) 내부 FRP 벽, 연성 FRP 프리프레그로 제조된 (POS) 외 FRP 벽, 및 (TAA) 탱크형 공기 압력장치 조립체.
FRP 허니컴 구조물은 항공기, 고속철도 차량 및 승용차와 같이 경량 및 고강도가 요구되는 차량의 구조재로 사용될 수 있다. 유리 섬유 FRP의 경우, 원료가 무제한으로 존재하여, 그 제조 설비가 많은 비용이 들지 않는다.
FRP 재료는 또한 해수에 노출될 때 녹이 슬지 않는다. 따라서 대형 선박 또는 바다 부근의 풍력 발전에 사용하기에 최상의 재료이다.
일반적으로 말해서, 탱크 벽의 구조 강도에는 제한이 있으며, 내부 탱크의 직경은 저압에서 커지며 고압에서 작아진다. 고압 탱크가 복수의 소직경 탱크로 구성된 세트 탱크로 되는 것이 당연하다.
또한 당연히, 효율적인 고압 세트 탱크를 제조하기 위해, 축적률을 향상시키는 것이 필연적이다. 본 발명에서, 허니컴 코어 조립체를 갖는 세트 탱크를 형성할 내부 탱크의 수에는 제한이 없다. 따라서, 본 발명은 총 용량이 이론적으로 제한되지 않는 고압 세트 탱크의 제작을 가능하게 한다.
또한, 고압 탱크에서, 외부 충격 로딩에 대한 저항성과 동시에 내부 압력을 유지할 필요가 있다. 본 발명에서, 내부 FRP 벽은 내부 탱크의 압력을 유지하고, 외부 FRP 벽은 외부 충격 로딩을 견딘다. 본 발명의 세트 탱크에서, 모든 구조재의 역할은 명백하고, 외부 충격 로딩이 세트 탱크의 구조재 모두에 할당되어 있다.
덧붙여, 소직경 탱크들의 세트 탱크는 개별 고압 탱크의 내부 에너지를 나눌 수 있다. 따라서, 소직경 탱크들의 세트 탱크는 대직경을 갖는 단일 탱크에 비하여 더 안전하다. 이것은 액화 천연 가스 및 수소 가스와 같은 고압 탱크를 위해 유용하다.
본 발명의 제조 방법은 500 cc의 내부 용적을 갖는 소직경 단일 탱크를 제조할 수 있다. 유체정역학 시험이 20 MPa에서 압축된 단일 탱크에서 실시되었다. 탱크의 연결부가 유체정역학 시험에서 파괴되었지만, 단일 탱크의 주 본체 벽은 파괴되지 않았다. 유사하게, 내용물 900 cc의 내부 용적을 갖는 소직경 단일 탱크가 재료로서 유리섬유 FRP 프리프레그를 사용하여 제조되었다. 시험편에 대한 사양은 길이 175 mm, 압축 면적 104 mm × 104 mm 이었다. 중량은 0.89 Kg 이었다. 중량감소 구멍의 직경은 φ77 mm 이었다. 단일축 압축 시험의 최대 시험 하중은 295.5 kN이었다. 탱크에서의 직선부가 강도 시험 중에 절단되었고, 압축 시험이 실시되었다. 시험 하중이 압축 시험 장치의 최대값에 도달하였지만 시험편은 파괴되지 않았다.
실온에서 수소 연료 시스템에서 처럼, 민감성 또는 휘발성 재료의 저장 및/또는 운반에 적용될 때, -200℃로 냉각된 액체 수소와 거의 동일한 무게 밀도는 기체 수소를 약 750 기압으로 압축시킴으로써 달성될 수 있다. 750 기압에 이르는 수소 탱크를 위한 장비 및 기술은 이미 자동차 공업에서 존재한다. 일반적으로 말해서, 탱크 벽 재료의 구조 강도에는 제한이 있으며, 내부 탱크의 직경이 저압에서 크고 고압에서 작다. 따라서 고압 탱크의 직경은 내부 탱크의 압력에 반비례하여 변한다. 대략, 고압 탱크의 직경은 100 mm 내지 1000 mm 이다. 단일 탱크의 용량은 탱크 벽을 구성하는 재료의 강도에 의해 제한된다.
수소 연료 시스템을 위하여, 복수의 비교적 소직경 탱크를 조합함으로써 제조되는 세트 탱크가 사용될 수 있다. 수소 스테이션에서 그리고 로리(lorry)에서, 운반 컨테이너가 실온에서 750 기압에서 수소 가스를 유지할 수 있는 능력을 가지면 냉각 시스템이 필요하지 않다. 이론적으로, 내부 압력이 동일할 때 고압 탱크의 직경이 2배이면 탱크 벽의 설계 하중은 2배가 된다. 따라서 거대한 고압 탱크를 제조하기 위해서 고강도의 재료, 예를 들어 탄소섬유 FRP가 필요하다. 그러나, 탄소섬유 FRP는 매우 고가이다.
본 발명에 따라서, 세트 탱크는 많은 내부 탱크로 조립되며, 여기서 내부 탱크의 직경은 자동차 메이커에서 개발한 대직경 고압 탱크의 것보타 작다. 각각의 내부 탱크는 내부 벽 및 외부 벽으로 이루어져 있다. 조립된 세트 탱크의 외부 형상은 직각 6면체이다. 이론적으로, 내부 압력이 동일할 때 고압 탱크의 직경이 절반이면 탱크 벽의 설계 하중은 절반이 된다. 따라서 소직경 탱크를 제조하기 위해서는 고강도의 재료가 필요하지 않다. 그것은 유리섬유 FRP로 충분하다. 유리섬유 FRP의 가격은 탄소섬유 FRP에 비하여 약 1/10이다. 탱크 벽의 설계 하중은 대직경 고압 탱크의 것보다 더 작다. 개별 탱크 벽의 중량은 가볍다. 그러나, 세트 탱크는 많은 소형 탱크의 조립체이기 때문에, 전체 중량이 대직경 탱크와 동일하거나 또는 그보다 약간 무겁다.
본 발명에 따른 세트 탱크는 허니컴 코어 조립체로서 배열된 복수의 내부 탱크로 구성되어 있다. 이론적으로, 여섯-모서리의 허니컴 코어 조립체는 무한대로 배열될 수 있다. 따라서, 세트 탱크의 이론 총 용량은 무한대이다. 안전성은 대직경 탱크에 비하여 증가하는데, 왜냐하면 많은 소형 탱크의 세트 탱크가 어떤 사건(trouble)이 발생할 때 팽창 에너지를 작은 에너지의 합으로 나눌 수 있기 때문이다. 수소 탱크의 자동 롤링 장치도 역시 완성되어 있다. 탱크의 자동 롤링은 10분 내에 이루어질 수 있다. 수소 탱크는 탄소섬유 FRP로 만들어진 코쿤형 탱크이다. 이것은 750기압의 저항 압력을 갖는다. 용량은 하나의 탱크마다 40리터이다. 현재 150리터 까지 완성되어 있다. 수소 탱크는 수소 연료전지 발전 시스템을 성취하는데 있어서 핵심 기술이다. 본 발명은 그러한 시스템을 비용 효율적으로 개발하여 실시하는 것과 관련된 적어도 몇 가지 문제를 해결하는 것에 관련되어 있다.
도 1은 (1) 원통형 공기식 압력장치 및 (2) 열 증발 복합체의 참조물을 이용하는 원통형 공기식 압력장치를 도시하고 있다.
도 2는 (3) 원통형 공기식 압력장치, (4) 원통형 공기식 압력장치 조립체, 및 (5) 연성 FRP 프리프레그의 참조물을 이용하는 원통형 공기식 압력장치를 도시하고 있다.
도 3은 (6) 하프 컷(half cut)의 여섯-모서리 중실형(solid-type) 압력장치, (7) 하프 컷의 네-모서리 중실형 압력장치, (8) 사다리꼴-모서리 중실형 압력장치, (9) 충분한 길이, 및 (10) 반원 빈 공간의 참조물을 이용하는 중실형 압력장치를 도시하고 있다.
도 4는 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체를 도시하며, 여기서 (11) 공기식 압력장치 조립체, (12) 하프 컷의 여섯-모서리 중실형 압력장치, (13) 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (14) 여섯-모서리 중실형 압력장치, (15) 연성 FRP 프리프레그, (16) 원통형 빈 공간.
도 5는 (17) 공기식 압력장치 조립체, (18) 하프 컷의 여섯-모서리 중실형 압력장치, (19) 하프 컷의 네-모서리 중실형 압력장치, (20) 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (21) 다섯-모서리 중실형 압력장치, (22) 연성 FRP 프리프레그, 및 (23) 원통형 빈 공간의 참조물을 이용하는 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체를 도시하고 있다.
도 6은 (24) 사다리꼴-모서리 중실형 압력장치, (25) 사다리꼴 필러 조립체, 및 (26) 연성 FRP 프리프레그의 참조물을 갖는 사다리꼴 필러 조립체를 도시하고 있다.
도 7A 내지 도 7C는 (27) 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (28) 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (29) 사다리꼴 필러 조립체, 및 (30) 연성 허니컴 코어 조립체의 참조물을 갖는 FRP 허니컴 코어의 조립 과정 설명 차트를 도시하고 있다.
도 8은 (31) 연성 FRP 외피, (32) 연성 FRP 허니컴 코어 조립체, 및 (33) 연성 FRP 허니컴 구조물의 참조물을 이용하는 FRP 허니컴 구조물의 조립 과정 설명 차트를 도시하고 있다.
도 9는 (34) 외부 프레임, (35) 외부 프레임 조립체, 및 (36) 연성 FRP 허니컴 구조물의 참조물을 갖는 외부 프레임 조립체 및 연성 FRP 허니컴 구조물을 도시하고 있다.
도 10은 (37) 내부 FRP 벽, (38) 외부 FRP 벽, (39) 강성 FRP 외피, (40) 여섯-모서리 발포 플라스틱 수지, (41) 사다리꼴-모서리 발포 플라스틱 수지, 및 (42) 강성 FRP 허니컴 구조물의 참조물을 갖는 강성 FRP 허니컴 구조물을 도시하고 있다.
도 11은 (43) 탱크형 공기 압력장치, (44) 열 증발 복합체, (45) 탱크형 공간, (46) 내부 탱크 연성 FRP 벽, (47) 탱크형 공기 압력장치 조립체, (48) 차단 밸브, 및 (49) 탱크 길이의 참조물을 이용하는 탱크형 공기 압력장치 및 탱크형 공기 압력장치 조립체를 도시한다.
도 12는 (50) 열 발포 플라스틱 수지, (51) 세트 탱크의 강성 FRP 외피, (52) 외부 FRP 벽, (53) 내부 탱크 FRP 벽, 및 (54) 차단 밸브의 참조물을 이용하는 허니컴 코어 조립체 세트 탱크의 실례를 도시하고 있다.
도 13은 ISO 20-Foot 컨테이너 내에 저장된 허니컴 코어 조립체 세트 탱크를 도시하고 있다.
도 14는 FRP 탱크가 고압솥에 의해 제조될 때의 공정을 도시하고 있다.
도 15는 이중벽 탱크의 FRP 탱크가 고압솥에 의해 제조될 때의 공정을 도시하고 있다.
도 16은 (BB) 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (BC) 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체, (DD) 사다리꼴 필러 조립체, (MCA) 연성 FRP 프리프레그로 제조된 허니컴 구조물의 모든 표면을 제한하는 외부 프레임 조립체, (PIS) 연성 FRP 프리프레그로 제조된 내부 FRP 벽, (POS) 연성 FRP 프리프레그로 제조된 외부 FRP 벽, 및 (TAA) 탱크형 공기 압력장치 조립체의 참조물을 갖는 본 발명에서 사용된 공정을 도시하고 있다.
도 17은 특허 제4862975호에 도시된 허니컴 코어 모재의 제조법을 도시하고 있다.
도 18은 많은 원통형 열 발포 플라스틱 수지가 특허 제4862975호에 따라 순서대로 삽입되는 허니컴 마더(mother)를 도시하고 있다.
도 19는 허니컴 코어가 특허 제4862975호의 방법에 따라 수평으로 배열되어 있는 허니컴 구조물을 도시하고 있다.
도 20A 내지 도 20D는 연료전지 동력 차량을 위한 탑재(on-board) 탱크의 실시예를 도시하고 있다.
도 21A 내지 도 21D는 운반용 수소 탱크 유닛을 도시하고 있다.
도 22A 내지 도 22B는 수소 탱크 유닛을 위한 운반 로리를 도시하고 있다.
도 23 내지 도 24는 수소 스테이션의 실례를 도시하고 있다.
이하에서 도면을 참고하면, 이것은 이중 벽의 허니컴 코어가 허니컴 샌드위치 패널의 표면에 평행하게 배열되어 있는 FRP 허니컴 구조물의 제조 공정의 구체적인 실시 형태를 설명하고, 이중 벽의 복수의 내부 탱크가 집합되어 있는 허니컴 조립체 세트 탱크의 실시 형태를 설명하고 있다.
도 1은 원통형 공기식 압력장치를 도시하고 있다. 원통형 공기식 압력장치(1)는 내열성 플라스틱 튜브 및 내열성 고무 튜브로 만들어지고, 이것은 충분한 길이를 가지며, 열 증발 복합체(2)를 둘러싸고 있다. 열 증발 복합체(2)는 열 발포제(heat blowing agent) 및 증발 액체이다. 증발 액체는 물 및 알콜이다. 원통형 공기식 압력장치(1)의 양단부는 밀봉된다.
공기식 압력장치(1)가 내열성 플라스틱 재료 및 내열성 고무의 튜브로 제조될 수 있으며, 공기식 압력장치(1)의 길이는 임의로 한다.
도 2는 원통형 공기식 압력장치 조립체를 도시하고 있다. 원통형 공기식 압력장치 조립체(4)는 원통형 공기식 압력장치(3)의 외부 표면을 연성 FRP 프리프레그(5)로 2회 이상 랩핑(wrapping)함으로써 제조된다. 연성 FRP 프리프레그(5)는 이중 벽의 허니컴 코어의 내부 FRP 벽으로 된다.
실온에서, 연성 FRP 프리프레그(5)는 연성 직물이며, 따라서 이것은 공기식 압력장치(3)를 연성 FRP 프리프레그(5)로 랩핑하기가 어렵지 않다. 프리프레그의 접착제가 실온에서 열화하기 때문에, -5℃ 이하에서 냉동기 내에 제품을 보관하는 것이 바람직하다.
도 3은 중실형 압력장치를 도시하고 있다. 중실형 압력장치는 압출되는 금속 몰드에 의하여 열 발포 플라스틱 수지로 제조된다. 이것은 충분한 길이(9)를 가지며, 그 내부에 반원형 빈 공간(10)을 갖는다. 중실형 압력장치는 3가지 타입의 몰드 열 발포 플라스틱 수지를 갖는다. 첫째는 하프 컷의 여섯-모서리 중실형 압력장치(6)이고, 둘째는 하프 컷의 네-모서리 중실형 압력장치(7)이고, 셋째는 사다리꼴-모서리 중실형 압력장치(8)이다.
중실형 압력장치가 압출되는 금속 몰드로 제조된 열 발포 플라스틱 수지로 제조될 수 있기 때문에, 중실형 압력장치의 길이는 임의로 한다.
도 4는 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체이다. 하프 컷의 여섯-모서리 중실형 압력장치(12)의 두 부품이 조합될 때, 그들은 내부에 원통형 빈 공간(16)을 갖는 여섯-모서리 중실형 압력장치(14)로 형성된다. 여섯-모서리 중실형 압력장치(14)는 임의의 길이를 가지며 제조된 길고 가느다란 물체이다. 공기식 압력장치 조립체(11)는 여섯-모서리 중실형 압력장치(14)의 원통형 빈 공간(16) 내에 저장된다. 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체(13)는 여섯-모서리 중실형 압력장치(14)를 연성 FRP 프리프레그(15)에 의하여 2회 이상 랩핑함으로써 제조된다. 이 경우에, 이러한 연성 FRP 프리프레그(15)는 이중 벽의 허니컴 셀의 외부 FRP 벽이 된다. 이러한 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체(13)는 허니컴 코어 조립체의 중심 위치에 사용된다.
실온에서, 연성 FRP 프리프레그(15)는 연성 직물이며, 따라서 여섯-모서리 중실형 압력장치(14)를 연성 FRP 프리프레그(15)로 랩핑하기가 어렵지 않다. 프리프레그의 접착제가 실온에서 열화되기 때문에, -5℃ 이하에서 냉동기 내에 제품을 보관하는 것이 바람직하다.
도 5는 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체이다. 하프 컷의 여섯-모서리 중실형 압력장치(18)와 하프 컷의 네-모서리 중실형 압력장치(19)가 조합될 때, 이들은 내부에 원통형 빈 공간(23)을 갖는 다섯-모서리 중실형 압력장치(21)로 형성된다. 다섯-모서리 중실형 압력장치(21)는 임의의 길이를 가지며 길고 가느다란 물체이다. 공기식 압력장치 조립체(17)는 다섯-모서리 중실형 압력장치(21)의 원통형 빈 공간(23) 내에 저장된다. 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(20)는 다섯-모서리 중실형 압력장치(21)를 연성 FRP 프리프레그(22)에 의하여 2회 이상 랩핑함으로써 제조된다. 이 경우에, 이러한 연성 FRP 프리프레그(22)는 이중 벽의 허니컴 셀의 외부 FRP 벽이 된다. 이러한 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(20)는 허니컴 코어 조립체의 좌측면 및 우측면에 사용된다.
실온에서, 연성 FRP 프리프레그(22)는 연성 직물이며, 따라서 다섯-모서리 중실형 압력장치(21)를 연성 FRP 프리프레그(22)로 랩핑하기가 어렵지 않다. 다시, 프리프레그의 접착제가 실온에서 열화되기 때문에, -5℃ 이하에서 냉동기 내에 제품을 보관하는 것이 바람직하다.
도 6은 사다리꼴 필러 조립체이다. 사다리꼴 필러 조립체(25)는 사다리꼴-모서리 중실형 압력장치(24)를 연성 FRP 프리프레그(26)에 의하여 2회 이상 랩핑함으로써 제조된다. 사다리꼴 필러 조립체(25)는 길고 가느다란 물체이며, 그 길이는 허니컴 셀 조립체의 길이와 동일하다. 실온에서, 연성 FRP 프리프레그(26)는 연성 직물이며, 따라서 사다리꼴-모서리 중실형 압력장치(24)를 연성 FRP 프리프레그(26)로 랩핑하기가 어렵지 않다.
일반적으로, 허니컴 코어는 여섯-모서리 타입의 많은 허니컴 셀의 세트이고, 허니컴 코어의 외부 경계는 사다리꼴 조면(ruggedness surface)이다. 사다리꼴 필러 조립체(25)는 상단면 및 하단면의 울퉁불퉁함을 교정하는데 사용된다. 이 경우에, 이러한 연성 FRP 프리프레그(26)는 허니컴 구조물 및 외피의 보강 구조물이 된다. 다시, 프리프레그의 접착제가 실온에서 열화되기 때문에, -5℃ 이하에서 냉동기 내에 제품을 보관하는 것이 바람직하다.
도 7A 내지 도 7C는 아래와 같이 공정 순서를 예시하는 FRP 허니컴 코어의 조립 과정 설명 차트를 도시하고 있다.
A. 공정 준비는 다음과 같다:
(a) -5℃ 이하에서 냉동기 내에 보관된 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(28), 사다리꼴 필러 조립체(29) 및 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체(27)를 냉동기에서 꺼집어낸다.
(b) FRP 프리프레그의 접착제 기능은 실온에서 상실되므로 그들을 조립하기가 어렵지 않다.
B. 제1 단계는 다음과 같다:
(a) 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(28)가 좌측 코너 단부에 놓여진다.
(b) 사다리꼴 필러 조립체(25)가 다음 우측에 놓여진다.
(c) 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체(27)가 우측으로 다음 위치에 놓여진다.
(d) 과정 (b) 및 (c)의 경우에, 연성 허니컴 코어 조립체의 요구 폭에 따라 필요한 주파수가 반복된다.
(e) 제1 단계의 끝에서, 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(28)가 우측 코너 단부에 놓여진다.
C. 제2 단계는 다음과 같다:
(a) 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(28)가 제2 단계의 좌측 코너 단부에 놓여진다.
(b) 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체(27)가 우측으로 다음 위치에 놓여진다.
(c) 과정 (b)의 경우에, 연성 허니컴 코어 조립체의 요구 폭에 따라 필요한 주파수가 반복된다.
(d) 제2 단계의 끝에서, 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(28)가 우측 코너 단부에 놓여진다.
D. 제3 단계는 다음과 같다:
(a) 연성 허니컴 코어 조립체(30)의 요구 두께에 따라 한 단계에서 최종 단계까지 이를때까지 다시 제2 단계와 동일한 작업이 반복된다.
E. 최종 단계는 다음과 같다:
(a) 허니컴 코어 경계의 조면은 사다리꼴 필러 조립체(25)를 사용함으로써 순서대로 은폐된다.
(b) 연성 허니컴 코어 조립체(30)의 경계 표면이 사다리꼴 조면에서 평활한 표면으로 수정된 후에, 연성 허니컴 코어 조립체(30)가 완성된다.
이론적으로, 여섯-모서리 타입의 허니컴은 무한대로 배열될 수 있으며, 따라서 구조적 위치는 유일하다. 따라서 임의 크기의 허니컴 구조물이 유사한 과정을 반복함으로써 제조될 수 있다.
실제로, 개별 중실 압력장치 조립체에는 크기 오류 차이가 있기 때문에 무한대로 배열할 수는 없다. 에폭시 시스템 FRP 프리프레그가 보강 온도로 가열될 때, 공기식 압력장치 조립체 및 중실형 압력장치 조립체는 가열에 의해 팽창된다. 따라서, 이상적인 형상보다는 더 작은 중실 압력장치 조립체의 크기를 디자인하는 것이 바람직하다.
도 8은 FRP 허니컴 구조물의 조립 과정 설명 차트이다. 연성 FRP 허니컴 구조물(33)은 연성 FRP 허니컴 코어 조립체(32)의 상단면 및 하단면에 연성 FRP 외피(31)를 접합함으로써 연성 FRP 허니컴 코어 조립체(32)로부터 제조된다. 연성 FRP 외피(31)는 연성 FRP 프리프레그의 2개 이상의 시트로 제조된다.
사다리꼴 필러 조립체가 이미 연성 FRP 허니컴 코어 조립체의 상단면 및 하단면을 평활한 표면으로 수정하였으므로, 연성 FRP 외피가 허니컴 코어 조립체의 넓은 평활한 표면에 접합된다. 따라서, 종래 기술에서 허니컴 샌드위치 패널의 필오프 문제가 본 발명에서 해결된다.
도 9는 외부 프레임 조립체 및 연성 FRP 허니컴 구조물이다. 열 및 압력에 의하여 연성 FRP 허니컴 구조물로부터 강성 FRP 허니컴 구조물로 보강하는 과정은 다음과 같다:
A. 외부 프레임 조립체(35)가 연성 FRP 허니컴 구조물(36)을 외부 프레임(34) 안에 저장함으로써 제조된다. 외부 프레임(34)은 프레임 구조물 부품으로 제조되며 연성 FRP 구조물(36)의 모든 표면을 제한한다.
B. 외부 프레임 조립체(35)가 가열 오븐 내에 배치된다. 외부 프레임 조립체(35)가 가열 오븐 내에서 100℃ 내지 200℃ 범위에 있는 적절한 온도에서 일정 시간 동안 가열된다. 대체로, 에폭시 접착제의 보강 온도는 약 130℃이다.
C. 압력장치 조립체, 원통형 공기식 압력장치 조립체(4), 다섯-모서리 허니컴 셀 조립체(20), 여섯-모서리 허니컴 셀 조립체(13) 및 사다리꼴 필러 조립체(25)는 모두 가열에 의해 팽창된다.
그런데, 중실형 압력장치 둘레를 랩핑하는 모든 연성 FRP 프리프레그는 연성 FRP 프리프레그로부터 연성 FRP 허니컴 구조물을 제조하기 위한 제1 공정에 의하여 허니컴 코어 조립체가 되도록 배열된다. 연성 FRP 프리프레그는 접착성 수지 및 보강 섬유로 제조된다. 연성 FRP 프리프레그에서의 접착성 수지는 가열에 의해 용해되며 내부 압력에 의하여 가소적으로 변형된다.
따라서, 모든 허니컴 셀 둘레를 랩핑하는 모든 연성 FRP 프리프레그가 영구적으로 함께 접합되며 열 및 압력에 의해 강화된다. 그 결과, 모든 연성 FRP 프리프레그 재료가 허니컴 코어 조립체가 된다.
A. FRP 허니컴 구조물은 압력장치의 팽창 압력과 외부 프레임(34) 사이의 반작용력으로 압축함과 동시에 가열함으로써 연성 FRP 허니컴 구조물(36)에서 강성 FRP 허니컴 구조물(42)로 보강되어 제조된다.
B. 충분한 냉각 시간이 지난 후에, 강성 FRP 허니컴 구조물(42)이 FRP 허니컴 구조물이 되도록 외부 프레임(34)에서 꺼내게 된다.
도 10은 강성 FRP 허니컴 구조물을 도시한다. 강성 FRP 허니컴 구조물(42)은 내부 FRP 벽(37), 외부 FRP 벽(38), 여섯-모서리 발포 플라스틱 수지(40), 사다리꼴-모서리 발포 플라스틱 수지(41) 및 강성 FRP 외피(39)로 구성된다.
따라서, 강성 FRP 허니컴 구조물은 이중 구조벽을 특징으로 한다. 강성 FRP 허니컴 구조물의 코어 조립체는 허니컴 샌드위치 패널의 표면에 평행하게 배열된다. 강성 FRP 외피는 허니컴 코어 조립체의 평활하고 넓은 표면에 접합되며, 따라서 본 발명에서 FRP 허니컴 구조물은 필오프 문제를 해결한다. 공기 튜브에서, 알콜 및 물과 같은 열 증발 복합체가 허니컴 구조물 내에 남아있다. 밀봉된 단부를 커팅함으로써 열 증발 복합체를 포기하는 것이 바람직하다.
이중벽의 특성을 갖는 허니컴 코어 조립체 세트 탱크의 제조 공정은, 허니컴 코어 조립체가 표면에 평행하게 배열되어 있는 FRP 허니컴 구조물의 제조 공정과 거의 동일하다. 허니컴 코어 조립체 세트 탱크를 제조하는 공정은 이하에 설명된다.
도 11은 탱크형 공기 압력장치(43) 및 탱크형 공기 압력장치 조립체(47)이다. 탱크형 공기 압력장치(43)는 내열성 플라스틱 재료로 제조되며, 임의의 탱크 길이(49)를 가지며, 열 증발 복합체(44)를 둘러싸고 있다. 열 증발 복합체(44)는 열 발포제 및 증발 액체이다. 증발 액체는 물 및 알콜이다. 내부 기압의 경우, 구조 강도가 허용된다면 가능한 고압이 바람직하다. 내부 탱크 연성 FRP 벽(46)은 내부 탱크의 보강용이다.
탱크형 공기 압력장치 조립체(47)는 탱크형 공기 압력장치(43)를 연성 FRP 프리프레그로 보강하는 공정에 의하여 제조된다. 보강 공정은 다음과 같다.
1. 연성 FRP 프리프레그가 길고 가느다란 구역으로 절단된다.
2. 길고 가느다란 구역 프리프레그가 탱크형 공기 압력장치(43) 둘레에 랩핑된다.
허니컴 코어의 크기는 내부 탱크의 크기에 비례하여 변한다. 그러나, 이후의 제조 공정은 FRP 허니컴 구조물의 제조 공정과 동일하다. 다른 점은 빈 공간 형상이며, 이는 중실형 압력장치 조립체의 내부 형상이고, 원통형 공간에서 탱크형 공간으로 변한다.
이중벽의 특성을 갖는 허니컴 코어 조립체 세트 탱크의 제조 공정은 FRP 허니컴 구조물의 제조 공정과 거의 동일하다. 차이점은 아래 3가지이다:
1. 원통형 빈 공간(16),(23) -> 탱크형 공간(45)
2. 원통형 공기식 압력장치(3) -> 탱크형 공기 압력장치(43)
3. 공기식 압력장치 조립체(4) -> 탱크형 공기 압력장치 조립체(47)
도 12는 허니컴 코어 조립체 세트 탱크의 실례이다. 열 발포 플라스틱 수지(50)는 가열에 의해 중실형 압력장치로 제조된다. 내부 탱크 FRP 벽(53)은 내부 탱크 연성 FRP 벽으로 제조된다. 외부 FRP 벽(52)은 중실형 압력장치 둘레를 랩핑하는 연성 FRP 프리프레그로부터 제조된다. 허니컴 코어 조립체 세트 탱크(51)의 강성 FRP 외피는 연성 FRP 외피로부터 제조된다.
내부 벽은 내부 탱크의 압력을 유지한다. 이중벽을 특징으로 하는 탱크의 외부 벽은 외부 충격 로딩을 견디어낸다. 그리고 탱크형 공기 압력장치 조립체는 내열성 플라스틱 재료로 제조된다. 내열성 플라스틱 탱크는 내부 압력 및 온도에 의해 팽창된다. 내부 형태의 형상은 영구적으로 변형된다.
세트 탱크를 외부 프레임에서 꺼낼 때, 알콜 및 물과 같은 팽창하는 열 증발 복합체가 세트 탱크의 내부 탱크들 내에 남아있다. 각각의 내부 탱크의 차단 밸브(54)를 개방하여 이러한 열 증발 복합체를 포기하는 것이 바람직하다. 허니컴 코어 조립체 세트 탱크의 실례의 사양은 다음과 같다:
1. 세트 탱크의 총 용량: 90 리터
2. 내부 탱크: (1) 직경: φ200 mm, (2) 길이: 900 mm, (3) 내부 탱크의 수: 5
3. 세트 탱크의 크기: (1) 길이: 970 mm, (2) 폭: 716 mm, (3) 높이: 525 mm
도 13은 ISO 20-Foot 컨테이너 내에 저장된 허니컴 코어 조립체 세트 탱크이다. 이론적으로 무한 용량을 갖는 탱크를 제조할 수 있다. 여섯-모서리 탱크로 구성된 허니컴 코어 구조물이 무한 크기를 갖기 때문이다. 세트 탱크의 용량 효율은 여섯-모서리 탱크의 축적 개수를 증가시킴으로써 향상된다. 이론적으로, 개별 탱크의 길이에는 제한이 없다. ISO 20-Foot 컨테이너 내에 저장된 허니컴 코어 조립체 세트 탱크의 윤곽 및 크기는 도 13에 도시되어 있다. 세트 탱크의 사양은 다음과 같다:
(1) ISO 20-Foot 컨테이너는 2 유닛을 담는다.
(2) 하나의 유닛의 용량: 3000 리터, 내부 탱크의 수: 50
(3) 내부 탱크 직경: φ200 mm, 내부 탱크 길이: 1900 mm
(4) ISO 20-Foot 컨테이너의 총 용량: 6000 리터
(5) 내부 탱크의 전체 수: 100(50 ×2)
추가 실시예
내부 탱크가 보강섬유 FRP 로 보강될 때, 새로 개발된 고압 탱크는 열 발포 수지를 갖는 내부 압력장치 및 외부 프레임의 기계적 반작용력을 사용하는, 가열 및 압력장치에 의해 제조된다.
이러한 시스템의 특징 중에서, 내부 압력장치 방법은 지상 기압에서 가열 오븐을 사용한다. 가열 오븐은 지상 기압에서 가열 오븐의 간막이 벽에 대해 강도를 필요로 하지 않기 때문에 고압솥에 비하여 매우 저렴하다. 가열로의 내부 용량은 또한 고압솥에 비하여 크다. 내부 압력 방법은 대량 생산용으로 최상이다. 덧붙여, 내부 압력장치 방법은 이중벽을 제조할 수 있으며, FRP로 제조된 외부 벽은 FRP로 제조된 내부 벽을 보호한다. 고압솥에 의하여 탱크의 이중벽을 제조하는 것은 어렵다. 또한, 이중벽 탱크의 내부 벽은 고압 수소 가스를 유지하며, 외부 벽은 외부 충격 로딩으로부터 고압 탱크를 보호한다. 안전성이 증가한다.
내부 압력 방법에서, 보강 압력이 탱크 내부의 증기 압력과 열 발포 수지의 팽창 압력 모두에 의해 보강섬유 FRP에 강하게 가압된다. 구조적 시험편은 이와 같이 전적으로 완전한(completely cleared) 30톤을 제조하였고, 이는 Yamanashi Prefecture Industrial Technology Center에서 시험기계의 최대값이다. 그 강도는 콘크리트 재료에 상응한다.
본 발명의 실시예에서, 유리섬유는 탄소섬유로 대체될 수 있다. 유리섬유의 가격은 탄소섬유의 약 1/10 가격에 해당한다. 이것은 연료전지 동력 차량에 사용된 고압 수소탱크의 비용의 감소에 기여하는 것 같다.
연료전지 동력 장치의 탑재 탱크의 실시예는 도 20A 내지 도 20D에 도시되어 있다. 그러한 탑재 탱크를 위한 기본 사양은 다음과 같다:
1. 수소 탱크 저항 압력: 750 기압
2. 내부 탱크
(a) 단일 탱크의 용량: 18.5 리터
(b) 단일 탱크의 크기: 내부 탱크 직경 φ170 mm, 전체 길이: 870 mm
(c) 내부 탱크의 보강 두께: 10.0 mm
(d) 외부 벽 보강 두께: 11.4 mm
3. 세트 탱크
(a) 탱크 수: 5
(b) 세트 탱크의 총 용량: 92 리터
(c) 세트 탱크의 크기: 528×716×970 mm
(d) 세트 탱크의 전체 길이(예상): 1134 mm
본 발명에 따라 제조된 고압 세트 탱크는 다량의 원통형 내부 탱크를 배열하여 여섯-모서리 허니컴 코어 조립체가 될 수 있게 한다. 장점은 다음과 같다:
1. 세트 탱크는 다량의 단일 탱크를 허니컴 코어 조립체로 배열하게 하는 하나의 제조 공정에 의해 제작될 수 있다.
(a) 이것은 제조 비용을 절감하게 한다.
(b) 탱크 배열의 공간 효율이 향상될 수 있다.
2. 고압의 수소 탱크는 이중벽 탱크의 세트로 제조될 수 있다. 따라서 외부 충격 로딩에 대한 구조 강도가 강화된다.
3. 일반적으로, 고압 탱크는 길이방향으로 파괴된다. 탱크의 바닥은 종종 외부로부터의 충격 로딩에 의해 빠진다. 따라서, 차량의 고압 탱크는 본체에 대해 횡방향으로 놓여있다. 개념 차트에서의 세트 탱크는 자동차의 수용 데스크 보닛(reception desk bonnet)에 저장될 수 있는 크기로 설계되었다. 많은 소직경 탱크들로 조립된 세트 탱크가 두께 방향에서 붕괴하지 않기 때문에, 운전자를 위해 안전하다.
4. 세트 탱크의 외부 형상은 직각 육면체가 된다. 따라서 바닥에 수소 탱크를 고정하기가 용이하다.
운반용 수소 탱크 유닛이 도 21A 내지 도 21D에 도시되어 있다. 이 탱크 유닛의 기본 사양은 다음과 같다:
1. 수소 탱크 저항 압력: 750 기압
2. 탱크 유닛 세트(1 세트= 1 유닛 ×2)
(a) 유닛 용량: 3000 리터 (세트 총 용량: 6000 리터)
(b) 유닛 크기: 2652×2238×2500(mm)
(c) ISO-20F 컨테이너의 크기: 6096×2438×2591(mm)
(d) 내부 탱크의 수: 50
(e) 제조 공정: 차량 수소 탱크와 동일
운반용 수소 탱크 유닛은 ISO-20F 컨테이너의 크기 내에 저장되도록 구성되어 있다. 개념 차트에 도시된 탱크 유닛의 용량은 약 3000 리터이다. 하나의 유닛은 50개의 내부 탱크로 구성되고, 하나의 세트는 ISO-20F 컨테이너에서 2 유닛으로 구성된다. 총 용량은 6000 리터이다. 장점은 다음과 같다:
1. 내부 탱크 유닛이 750 기압에서 견디기 때문에 실온에서의 운반이 가능하게 될 것으로 예상될 수 있다.
(a) 운반 효율은 수소 가스가 고압에 의해 액화되기 때문에 액체 가솔린과 동일하다.
(b) 냉각 동력 공급이 어쨌든 손실될지라도 안전성이 보장된다. 이것은 안전성 및 유지보수에 대한 비용을 절감한다.
2. 탱크 유닛은 다량의 단일 탱크를 허니컴 코어 조립체로 배열하게 하는 하나의 제조 공정에 의해 제작될 수 있다.
(a) 공간 효율은 내부 탱크의 수를 증가시킴으로써 향상된다.
(b) 이것은 제작 비용을 절감한다.
3. 수소 탱크 유닛은 다량의 이중벽 탱크로 제조된다. 따라서 외부 충격 로딩에 대한 구조 강도가 강화된다.
4. 탱크 유닛의 형상은 직각 육면체이다. 따라서 수소 탱크 유닛을 바닥에 고정하는 방법이 용이하다.
5. 안전성이 증가한다. 왜냐하면 많은 소형 탱크의 탱크 유닛이 폭발 에너지를 작은 에너지의 합으로 분할할 수 있기 때문이다. 그리고, 어떠한 사건이 일어날 때 소직경 탱크들 모두가 동시에 폭발하게 되는 상황을 고려하는 것은 쉽지 않다.
수소 탱크 유닛을 위한 운반 로리는 도 22A 내지 도 22B에 도시되어 있다. 기본 사양은 다음과 같다:
1. 로리 운반
(a) 로리 운반: 4 유닛
(b) 로리 용량: 12000 리터
(c) 로리 크기: 14992×2838×3481(mm)
2. 운반 온도: 실온
3. 내부 탱크 저항 압력: 750기압
로리는 2개의 ISO-20F 컨테이너(4개의 수소 탱크 유닛)를 운반한다. 이러한 구성의 장점은 다음과 같다:
1. 운반 효율은 수소 가스가 고압에서 액화되기 때문에 액체 가솔린과 동일하다.
2. 운반 비용이 절감된다. 액체 수소를 위한 냉장고가 로리에서는 불필요하다. 냉각 동력 공급이 어쨌든 손실될지라도 안전성이 보장된다.
3. 외부 충격 로딩에 대한 구조 강도가 강화된다. 수소 탱크 유닛은 다량의 이중벽 탱크로 제조되며 컨테이너에 의해 보호된다.
수소 스테이션의 실례가 도 23 내지 도 24에 도시되어 있다. 수소 스테이션의 사양은 다음과 같다:
1. 부지 크기: 30×20(m)
2. 수소 탱크 유닛: 8 유닛(24000 리터)
3. 특별 사항: 냉동 동력 공급이 불필요하다.
양호한 실시예에서, 수소 스테이션은 실온에서 작동되는 것으로 설계되어 있다. 그러한 실시예의 장점은 다음과 같다:
1. 수소 스테이션의 탱크 유닛은 상기 탱크 유닛이 실온에서 750 기압을 유지하는 구조 강도를 보장할 수 있다.
(a) 수소 가스를 액체 수소로 냉각하는 시스템이 수소 스테이션에서는 불필요하다.
(b) 냉각 기능이 어쨋든 손실될 때, 수소 가스가 공기 중에 방출될 필요가 없다. 안전성이 보장된다.
2. 수소 탱크 유닛의 용량은 유닛당 3000 리터이다.
(a) 3000 리터의 유닛들 여러 개가 수소 스테이션에서 준비될 때, 이것은 가스 스테이션과 동일한 공급 용량을 가진다.
(b) 대규모 지하 탱크가 불필요하다. 현재의 가스 스테이션에 비하여 수소 스테이션을 더 저렴하게 구축할 수 있다. 더구나 철거(withdrawal)가 또한 용이하다.
(c) 유지보수 비용이 현재의 가스 스테이션과 동일한 수준이 되는 것으로 예상된다.
3. 탱크 로리에 의해 운반되는 액체 가솔린은 가스 스테이션에 있는 지하 탱크로 운반된다. 이것은 시간이 많이 걸린다. 액체 수소는 운반 유닛으로 운송되기 때문에 지하의 저장창고에서 보존된다. 운반 유닛을 하역하는데 많은 시간을 필요로 하지 않는다.
4. 수소 스테이션뿐만 아니라 병원 및 지하철과 같은 공공시설에서 긴급한 동력 공급을 위해 수소 유닛 탱크를 사용할 수 있다.
연료전지 동력 차량의 운명은 설비 비용 및 유지보수 비용을 가스 스테이션과 동일하게 만들어 관리할 수 있는지 여부에 달려있다. 더구나 안전성이 중요하다.
본 발명에서 변경이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명에서 열 발포 플라스틱 수지로 제조되는 압력장치 조립체는 PET 보틀(bottle) 또는 몰드 플라스틱으로 제조될 수 있다. 여섯-모서리 PET 보틀, 다섯-모서리 PET 보틀, 및 사다리꼴-모서리 PET 보틀을 제조하기가 어렵지 않을 것이다. 그런 경우에, 그러한 방법으로 제조된 허니컴 구조물은 경량의 단일벽 셀 구조물이 될 것이다. FRP 재료에 의해 강화된 단일벽의 허니컴 셀 구조물은 경량이지만 상당한 중량을 견딜 수 있다.
본 발명의 정신은 허니컴 코어 조립체의 수평 배열이다. 허니컴 코어 조립체는 다량의 개별 셀로 만들어진 조립 구조물이다. 그러한 목적을 위해, 본 발명은 경량 및 고강도의 허니컴 코어 조립체의 제조 방법을 개발하였다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위가 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 들어오는 모든 변경을 커버하는 것을 의도하고 있음을 이해해야 한다.

Claims (17)

  1. 허니컴 구조물 제조 방법으로서,
    복수의 제1 중공 튜브를 제공하는 단계;
    상기 튜브들 각각을 사전주입된(pre-impregnated) 섬유보강 플라스틱(FRP 프리프레그)으로 랩핑하는 단계;
    각각의 튜브 둘레를 랩핑한 FRP 프리프레그를 단면이 육각형인 각각의 튜브를 따라 길이방향으로 여섯-모서리 표면으로 몰딩하는 단계;
    상기 튜브들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브를 예정된 형상으로 조립하는 단계; 및
    상기 조립된 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브에 열 및 압력을 적용하여 단면에서 볼 때 허니컴 구조물을 갖는 예정된 형상으로 강화하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 몰딩된 여섯 모서리 표면 튜브를 예정된 형상으로 조립하는 단계는 상기 조립된 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 내에 예정된 원통형 빈 공간을 형성하기 위해 상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브를 배열하는 것을 포함하는 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    FRP 프리프레그로부터 형성된 복수의 세장형 필러 요소를 제공하는 단계;
    상기 복수의 세장형 필러 요소 각각을 단면이 사다리꼴 형상인 각각의 필러 요소를 따라 길이방향으로 네-모서리 표면으로 몰딩하는 단계; 및
    상기 튜브들 및 필러 요소들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 및 상기 복수의 세장형 필러 요소를 예정된 형상으로 조립하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 복수의 세장형 필러 요소는 상기 예정된 형상의 외부면을 형성하도록 배치되는, 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    FRP 프리프레그로부터 형성된 복수의 세장형 필러 요소를 제공하는 단계;
    상기 복수의 세장형 필러 요소 각각을 단면이 사다리꼴 형상인 각각의 필러 요소를 따라 길이방향으로 네-모서리 표면으로 몰딩하는 단계; 및
    상기 튜브들 및 필러 요소들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 및 상기 복수의 세장형 필러 요소를 예정된 형상으로 조립하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 복수의 세장형 필러 요소는 상기 예정된 형상의 외부면과 상기 형성된 빈 공간의 내부면을 형성하도록 배치되는, 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 중공 튜브 각각의 양단부는 밀봉되는, 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 제1 중공 튜브 각각은 물 및 알콜로 이루어진 열 증발 복합체로 채워지는, 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조립된 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브에 열 및 압력을 적용하여 예정된 형상으로 강화한 후에 상기 복수의 제1 중공 튜브 각각으로부터 상기 열 증발 복합체를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 중공 튜브 각각은 내열성 플라스틱 및 내열성 고무 중 적어도 하나로 형성되는, 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 제2 중공 튜브를 제공하는 단계;
    상기 튜브들 각각을 사전주입된 섬유보강 플라스틱(FRP 프리프레그)으로 랩핑하는 단계;
    각각의 튜브 둘레를 랩핑한 FRP 프리프레그를 단면이 오각형인 각각의 튜브를 따라 길이방향으로 다섯-모서리 표면으로 몰딩하는 단계;
    상기 튜브들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 및 상기 복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브를 예정된 형상으로 조립하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브는 상기 예정된 형상의 코너 부분 및 단부 중 적어도 하나를 형성하도록 배치되는, 제조 방법.
  10. 허니컴 저장 디바이스로서,
    튜브들이 서로 평행하게 인접하게 부착되고 단면에서 볼 때 허니컴 구조물로 배치되도록 예상된 형상으로 배열된 복수의 여섯-모서리 표면 튜브; 및
    복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 내에 형성된 예정된 원통형 빈 공간을 포함하고;
    상기 복수의 여섯-모서리 표면 튜브 각각은 중공 튜브, 단면이 육각형인 중공 튜브를 따라 길이방향으로 여섯-모서리 표면으로 몰딩된 사전주입된 섬유보강(FRP 프리프레그)의 외부 랩핑을 포함하는 허니컴 저장 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    복수의 세장형 필러 요소를 추가로 포함하고,
    상기 복수의 세장형 필러 요소 각각은 단면이 사다리꼴 형상인 각 필러 요소를 따라 길이방향으로 네-모서리 표면으로 몰딩된 FRP 프리프레그를 포함하고,
    상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 및 상기 복수의 세장형 필러 요소는 상기 튜브들 및 필러 요소들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 예정된 형상으로 배열되고,
    상기 복수의 세장형 필러 요소는 상기 예정된 형상의 외부면 및 상기 형성된 빈 공간의 내부면 중 적어도 하나를 형성하도록 배치되어 있는, 허니컴 저장 디바이스.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 중공 튜브 각각의 양단부는 밀봉되는, 허니컴 저장 디바이스.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 중공 튜브 각각은 물 및 알콜로 이루어진 열 증발 복합체로 채워지는, 허니컴 저장 디바이스.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 중공 튜브 각각은 내열성 플라스틱 및 내열성 고무 중 적어도 하나로 형성되는, 허니컴 저장 디바이스.
  15. 제10항에 있어서,
    복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브를 추가로 포함하고, 상기 복수의 다섯-모서리 표면 튜브 각각은 중공 튜브, 단면이 오각형인 중공 튜브를 따라 길이방향으로 다섯-모서리 표면으로 몰딩된 사전주입된 섬유보강(FRP 프리프레그)의 외부 랩핑을 포함하고,
    상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 및 상기 복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브는 상기 튜브들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 예정된 형상으로 배열되고, 상기 복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브는 상기 예정된 형상의 코너 부분 및 단부 중 적어도 하나를 형성하도록 배치되는, 허니컴 저장 디바이스.
  16. 민감성 또는 휘발성 재료를 저장 및 운반 중 적어도 하나를 위한 허니컴 저장 시스템으로서,
    복수의 허니컴 저장 디바이스를 포함하고, 상기 허니컴 저장 디바이스들 각각은 튜브들이 서로 평행하게 인접하게 부착되고 단면에서 볼 때 허니컴 구조물로 배치되도록 예정된 형상으로 배열된 복수의 여섯-모서리 표면 튜브, 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 내에 형성된 예정된 원통형 빈 공간, 및 복수의 세장형 필러 요소를 포함하고;
    상기 복수의 여섯-모서리 표면 튜브 각각은 중공 튜브, 단면이 육각형인 중공 튜브를 따라 길이방향으로 여섯-모서리 표면으로 몰딩된 사전주입된 섬유보강(FRP 프리프레그)의 외부 랩핑을 포함하고,
    상기 복수의 세장형 필러 요소 각각은 단면이 사다리꼴 형상인 각 필러 요소를 따라 길이방향으로 네-모서리 표면으로 몰딩된 FRP 프리프레그를 포함하고,
    상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 및 상기 복수의 세장형 필러 요소는 상기 튜브들 및 필러 요소들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 예정된 형상으로 배열되고,
    상기 복수의 세장형 필러 요소는 상기 예정된 형상의 외부면 및 상기 형성된 빈 공간의 내부면 중 적어도 하나를 형성하도록 배치되고,
    상기 복수의 허니컴 저장 디바이스 내에 저장 및 운반 중 적어도 하나가 실시될 재료가 상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 각각에 형성된 예정된 원통형 빈 공간 내에 배치되고,
    상기 복수의 허니컴 저장 디바이스가 서로 평행하게 인접하게 부착되고 단면에서 볼 때 허니컴 구조로 배치되어 있는, 허니컴 저장 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 허니컴 저장 디바이스 각각은 복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브를 포함하고, 상기 복수의 다섯-모서리 표면 튜브 각각은 중공 튜브, 단면이 오각형인 중공 튜브를 따라 길이방향으로 다섯-모서리 표면으로 몰딩된 사전주입된 섬유보강(FRP 프리프레그)의 외부 랩핑을 포함하고,
    상기 복수의 몰딩된 여섯-모서리 표면 튜브 및 상기 복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브는 상기 튜브들이 서로 평행하게 인접하게 부착되도록 예정된 형상으로 배열되고, 상기 복수의 몰딩된 다섯-모서리 표면 튜브는 상기 복수의 허니컴 저장 디바이스의 코너 부분 및 단부 중 적어도 하나를 형성하도록 배치되는, 허니컴 저장 시스템.
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