KR20170122513A - Pressure container having the liner welding and the manufacture method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고압의 가스를 저장하는 압력 용기의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 가스를 저장하는 복합재 압력 용기의 제작을 단순화하기 위해 2개의 분할된 라이너가 서로 융착되는 지점의 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a pressure vessel storing a high-pressure gas, and more particularly, to a structure of a point where two divided liners are welded together to simplify the production of a composite pressure vessel for storing a high- will be.
고압의 수소 가스 저장 용기에 있어서, 용기의 라이너 소재는 종래의 금속에서 반복 충전에 대한 내구성, 상대적으로 용기의 낮은 가격 등의 이유로 플라스틱으로 바뀌어 가는 추세이다. 이러한 복합재 소재의 저장 용기는 그 내부에 가스의 기밀성을 유지하는 라이너가 위치한다. 나아가 압축가스로 인한 내압을 감당하기 위해 비강도 및 비강성이 높은 섬유 강화 복합 재료로 라이너의 외피를 보강한다.In the high pressure hydrogen gas storage container, the liner material of the container is changing to plastic because of the durability to repeated charging in the conventional metal, the relatively low price of the container, and the like. The storage container of such a composite material is provided with a liner which maintains the airtightness of the gas therein. Further, the outer surface of the liner is reinforced with a fiber-reinforced composite material having high strength and non-rigidity in order to cope with the internal pressure due to the compressed gas.
이러한 플라스틱 라이너를 가지는 복합재 용기는 주로 사출 성형, 중공 성형, 회전 성형 등의 방법으로 제작되는데 각 제조 방법별 장, 단점이 존재한다. 사출 성형 방식에 의하는 경우 공정상 2부분 이상으로 성형 된 별개 형상의 2개의 반쪽 라이너를 준비하고, 2개의 반쪽 라이너를 융착하여 하나의 몸체로 형성해야 한다. 다만, 플라스틱 복합재 압력 용기에 쓰이는 고밀도 폴리머 라이너는 쉽게 냉각되어 기존의 열 융착 방식으로는 접합이 어려우며, 단시간에 높은 열을 가하는 비접촉 방식인 적외선 융착 또는 레이저 융착에 의해 하나의 몸체를 형성해야 한다.The composite container having such a plastic liner is mainly manufactured by injection molding, blow molding, rotary molding or the like, and there are disadvantages and disadvantages in each manufacturing method. According to the injection molding method, it is necessary to prepare two half liner of different shapes which are formed into two or more parts in the process, and two half liners must be fused to form one body. However, the high-density polymer liner used in the plastic composite pressure vessel must be easily cooled to form a single body by infrared fusion or laser fusion, which is difficult to join with conventional heat fusion method and non-contact type which applies high heat in a short time.
레이저 융착에 있어서는, 접합되는 부분에 열 전달이 얼마나 우수하게 되었는가가 중요하며 이를 위해서 접합되는 부분의 면적을 넓게 확보하는 것이 더 많은 열을 발생시킬 수 있으므로 열 전달 측면에서 우수하다.In laser welding, it is important how much heat is transferred to the bonded portion. For this purpose, securing a large area of the bonded portion is more advantageous in terms of heat transfer since it can generate more heat.
융착을 위해 레이저를 조사할 때 두 개의 반쪽 라이너에는 양쪽에서 압력을 가하여 밀어주어 최대한 접합면에 면착력을 주어야 한다. 다만, 밀어주는 힘이 약하면 융착이 잘 이루어지지 않고, 힘이 과하면 두 제품이 어긋나 단차가 생기는 등 융착이 정상적으로 이루어지지 않게 된다. When irradiating the laser for fusing, press both sides of the two half liner with pressure to give a maximum adhesion force. However, if the pushing force is weak, the fusion can not be performed well, and if the force is excessive, the two products are out of alignment, and a step is generated.
나아가 적당한 힘으로 융착되었다 하여도 이종 소재의 라이너를 사용하는 경우에는, 열적 변형 및 기타 공정 특성에 의해 소재별로 다른 변형이 일어날 가능성이 크다. 따라서 두 개의 라이너가 융착된 위치의 치수 안정성이 떨어지고 압력 용기를 이루는 2개의 라이너를 개별적으로 생산하여야 했었다.Further, even if the material is fused with a proper force, there is a great possibility that different materials will be deformed depending on thermal deformation and other process characteristics when a liner of a different material is used. Thus, the dimensional stability of the locations where the two liners were fused was inferior and the two liners forming the pressure vessel had to be produced separately.
이러한 요인들로 인하여 일정한 품질을 갖는 융착 제품을 만들기가 매우 어렵다. 따라서 본 발명은 면착력을 향상시킴과 동시에 2개의 이종 소재의 라이너를 이용함에 따른 불편함을 해소하려는데 그 목적이 있다.Due to these factors, it is very difficult to produce a fusion product with a certain quality. Accordingly, the present invention aims at improving the surface adhesion and at the same time, solving the inconvenience of using two different kinds of liner materials.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 압력 용기를 형성하는 적어도 2개의 분할된 라이너들과 상기 라이너들 중 어느 하나의 라이너 단부로 삽입되는 삽입부 및 상기 삽입부로부터 연장되며, 상기 라이너측으로 돌출된 돌출부를 가지는 접합 부재를 포함하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다. In order to accomplish the above object, in a preferred embodiment of the present invention, at least two divided liner forming the pressure vessel and an insertion part inserted into the liner end of one of the liner and extending from the insertion part And a welding member having a projecting portion projecting toward the liner side.
또한, 상기 접합 부재의 삽입부가 상기 라이너 단부로 삽입되며, 상기 접합 부재의 돌출부 일면, 삽입부 일면 및 상기 라이너 단부의 일면이 면착되어 접촉면을 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다. Further, the insertion portion of the joining member is inserted into the liner end portion, and one surface of the projecting portion of the joining member, one surface of the insertion portion, and one surface of the liner end are spliced to form a contact surface.
또한, 상기 접합 부재는 돌출부를 중심으로 좌우 대칭되는 삽입부를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다. Further, the joining member includes a laser welded pressure vessel having an insertion portion symmetrical to the left and right about the projecting portion.
또한, 상기 라이너는 원통형 단부를 가지고 상기 접합 부재는 원형의 고리 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.Further, the liner includes a laser welded pressure vessel having a cylindrical end portion and the joining member has a circular ring shape.
또한, 상기 라이너 단부는 상기 접합 부재의 돌출부 형상과 대응되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다. Further, the liner end portion has a shape corresponding to the shape of the projecting portion of the joining member.
또한, 상기 접합 부재의 돌출부 형상이 대칭되는 한 쌍의 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.Further, the present invention includes a laser welded pressure vessel characterized in that the projecting portion of the joining member is composed of a pair of inclined surfaces symmetrical.
또한, 상기 접합 부재가 상기 분할된 라이너의 내부 또는 외부에 억지 끼움 방식으로 체결될 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.In addition, the joining member can be fastened to the inside or outside of the divided liner in an interference fit manner.
또한, 상기 접합 부재 돌출부 상측에 돌기를 더 포함하고 상기 돌기는 걸림 턱을 가지는 걸림 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.The laser welded pressure vessel may further include a protrusion on the protruding portion of the bonding member, and the protrusion is formed in a latching structure having a latching protrusion.
또한, 상기 돌기는 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.The laser-welded pressure vessel is characterized in that the protrusion is formed in a circular shape.
또한, 상기 라이너는 조사된 레이저 광을 투과시키는 투과층 및 상기 접합 부재는 레이저를 흡수하는 흡수층으로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다. Further, the liner includes a laser welded pressure vessel, wherein the liner comprises a transmissive layer through which the irradiated laser light is transmitted, and the bonding member comprises an absorbing layer that absorbs the laser.
또한, 상기 라이너 단부 내측면에 형성되는 내부 돌기와 상기 내부 돌기에 대응하여 상기 접합 부재의 삽입부에 형성되는 홈을 더 포함하고, 상기 내부 돌기와 상기 홈이 체결된 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.The laser welding apparatus according to claim 1, further comprising an inner protrusion formed on an inner surface of the liner end portion and a groove formed in an insertion portion of the joining member corresponding to the inner protrusion, .
또한, 상기 라이너 단부와 상기 접합 부재 삽입부의 바깥 부분의 상기 라이너 상에 형성되는 외부 돌기를 더 포함하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.And a laser welded pressure vessel further comprising an outer protrusion formed on the liner at the liner end and the outer portion of the joining member insert.
또한, 레이저 융착 시, 상기 라이너와 상기 접합 부재의 접촉면 바깥의 전부 또는 일부에 설치되며 융착 완료 후에 제거되는 투명한 아웃터 지그를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.The laser welded pressure vessel may further include a transparent outer jig which is provided on all or a part of the contact surface between the liner and the bonding member at the time of laser welding, and is removed after fusion is completed.
또한, 상기 라이너들이 융착된 후, 상기 라이너들 외측으로 탄소 섬유 복합재층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기를 포함한다.The laser welded pressure vessel further comprises a carbon fiber composite material layer outside the liner after the liner is fused.
한편, (a) 하나의 분할된 라이너가 가압 장치의 베이스 플레이트 위에 위치되는 단계, (b) 상기 하나의 분할된 라이너 단부로 접합 부재의 삽입부 일단이 삽입되어 접합 부재의 돌출부 일면과 라이너 단부가 접합되는 단계, (c) 다른 하나의 분할된 라이너 단부가 상기 접합 부재의 삽입부 타단에 삽입되어 접합 부재의 돌출부 타면과 다른 하나의 라이너 단부 일면이 면착되어 전체로서 압력 용기의 형상을 이루는 단계, (d) 외부의 가압 장치에 의해 상기 압력 용기 외부 라이너 축 방향 양측에서 상기 접합 부재가 가운데 끼워진 2개의 라이너를 가압하는 단계, (e) 상기 2개의 라이너 단부와 접합 부재의 삽입부가 면착되는 면을 따라 레이저가 조사되어 융착에 의해 상기 라이너 단부들과 접합 부재가 접합되는 단계를 포함하는 레이저 융착된 압력 용기의 제조 방법이 제시된다.(A) one split liner is placed on the base plate of the pressurizing device; (b) one end of the insertion portion of the joining member is inserted into the one divided liner end portion so that one surface of the projecting portion of the joining member and the liner end (C) another split liner end portion is inserted into the other end of the insertion portion of the joining member so that one surface of the liner end portion opposite to the other surface of the projecting portion of the joining member is seamed to form the shape of the pressure vessel as a whole; (d) pressing the two liners with the joining member centered on both sides in the axial direction of the outer liner of the pressure vessel by an external pressurizing device; (e) pressing the two liner ends, And a step of laser welding and bonding the liner ends and the joining member by fusing to form a laser welded pressure vessel The proposed method is presented.
또한, 상기 (d) 단계 이전에, 상기 라이너 단부와 상기 접합 부재 삽입부가 접촉되는 면 외부의 전부 또는 일부에 아웃터 지그를 설치할 수 있는 단계를 더 포함하며, 상기 (e) 단계 이후, 상기 레이저 융착된 압력 용기의 제조가 완료된 후에 상기 아웃터 지그를 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기의 제조 방법을 포함한다. The step (d) may further include the step of installing an outer jig on all or a part of the outer surface of the liner end and the surface of the joining member contacting portion, wherein after the step (e) Further comprising the step of separating the outer jig after the manufacture of the pressure vessel is completed.
첫째, 접합 부재를 이용한 구조를 적용함으로써 2개의 라이너 단부와 접합 부재의 삽입부에 의해 면착력을 향상시킬 수 있으므로 우수한 품질의 압력 용기를 제조할 수 있다.First, by applying the structure using the joining member, it is possible to improve the surface contact force by the insertion portions of the two liner ends and the joining member, so that a pressure vessel of good quality can be manufactured.
둘째, 접합 부재에 홈을 형성하여 라이너의 돌기와 매칭시켜 융착시 라이너 위치를 규제할 수 있다.Second, grooves may be formed in the joining member to match the protrusions of the liner to regulate the position of the liner upon fusion.
셋째, 접합 부재 돌출부 상단에 돌기를 형성하는 경우, 돌기로 인해 융착시 외부 양측에서 밀어주는 가압력에 의해 라이너가 접합 부재의 돌출부를 타고 올라가는 들뜸 현상을 방지할 수 있어 결과적으로 융착 성능을 향상시킬 수 있다.Third, when the protrusion is formed on the upper end of the protrusion of the joint member, it is possible to prevent the lifting phenomenon that the liner rises up on the protrusion of the joint member due to the pressing force pushed from both sides at the time of fusion by the protrusion, have.
넷째, 접합 부재의 면적에 대하여 융착이 이루어지므로 때문에 융착되는 면적을 넓게 가져갈 수 있어 접합부 강도를 높이고 가스 저장 용기의 안정성, 내구성을 향상시킬 수 있다.Fourthly, because the welding is performed with respect to the area of the joining member, the welded area can be widened, so that the strength of the joining portion can be increased and the stability and durability of the gas storage container can be improved.
다섯째, 기존 공정에서는 복수개의 라이너의 각 단부 형상이 상이하여, 융착 시 각각의 라이너를 별도의 금형에서 사출했어야 하지만, 본 발명의 경우, 단부의 형상이 동일한 라이너를 복수개 사용하므로 하나의 금형으로 복수개의 라이너 모두 제작이 가능하여 제조 공정상 효율성 증가를 기대할 수 있다.Fifth, in the conventional process, each end of the plurality of liners is different, and each of the liners must be injected from a separate mold at the time of welding. However, in the present invention, since a plurality of liner having the same shape of end portions are used, It is expected that the efficiency of the manufacturing process can be increased.
나아가 투명한 아웃터 지그를 라이너 단부와 접합 부재 삽입부가 접촉되는 면 외부에 더하여 융착 시키는 경우, 융착 지점의 외피를 덮음으로써 양쪽에서 가해지는 압력에 의한 라이너의 들뜸 현상을 방지할 수 있다. 또한, 융착이 완료된 이후에는 아웃터 지그의 분리가 자유로운 바, 이후의 외부 탄소 섬유 바인딩 공정에 영향을 주지 않으면서 융착 성능을 향상시킬 수 있다.Further, when the transparent outer jig is fused to the outer surface of the contact surface of the liner and the joining member, the liner lifting phenomenon due to the pressure applied from both sides can be prevented by covering the outer surface of the fusion point. Further, since the outer jig can be freely separated after the fusion bonding is completed, the fusion bonding performance can be improved without affecting the subsequent outer carbon fiber binding process.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 2개의 2 분할된 라이너와 접합 부재 간의 융착에 의해 이루어지는 압력 용기의 외관을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예로서 라이너 단부와 접합 부재의 삽입부, 돌출부 간의 융착 구조를 내부에서 나타낸 단면도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 원형의 돌기가 접합 부재의 돌출부 상단에 형성된 상태를 도시한 것이며,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 라이너 단부에 내부 돌기를 구성하고 이에 대응하여 접합 부재의 삽입부 상에 홈을 구성한 것을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 라이너 단부와 접합 부재 삽입부에 외부 돌기가 구비된 것을 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예로서 2개의 라이너가 접하는 외면에 아웃터 지그를 추가로 포함하는 구성을 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예로서 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 압력 용기의 제조 방법과 가압 장치에 대하여 나타낸 것이다. Fig. 1 is a perspective view of a pressure vessel formed by fusion between two two-parted liners and a joining member according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the fusion structure between the liner end and the insertion portion and the protrusion of the joining member in another embodiment of the present invention,
3 shows another embodiment of the present invention in which a circular protrusion is formed on the upper end of a protrusion of a joining member,
4 shows another embodiment of the present invention in which an inner protrusion is formed at the end of the liner and a groove is formed on the inserting portion of the joining member corresponding to the inner protrusion,
5 shows another embodiment of the present invention in which the liner end and the joining member insertion portion are provided with external protrusions,
FIG. 6 is a perspective view showing a structure of an outer jig according to another embodiment of the present invention,
FIG. 7 illustrates a pressure vessel manufacturing method and a pressurizing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, as still another embodiment of the present invention.
본 발명은 고압의 가스를 저장하는 압력 용기에 관한 것으로서, 분할된 라이너(11)와 분할된 라이너들을 접합하는 접합 부재를 포함하는 압력 용기의 융착 구조와 레이저 융착된 압력 용기 제조 방법에 관한 발명이다. 본 발명에서는 설명상의 편의를 위해 '레이저 융착된 압력 용기'라고 표현하고 있지만 이는 바람직하게 '분할된 라이너가 레이저 융착에 의해 접합된 결과물'을 의미한다. 고압의 내부 가스에 대한 내구성과 안전성을 위해 '복합재 압력 용기'의 완성품에는 상기 라이너 접합된 결과물의 외층에 탄소 섬유를 와인딩하는 추가 공정이 수반될 수 있다. 따라서 본 발명에서 언급하고 있는 '레이저 융착된 압력 용기'에는 그 외측에 추가적으로 탄소 섬유 복합재층이 구성될 수 있음에 유의하여야 한다.The present invention relates to a pressure vessel for storing a high-pressure gas, and is an invention relating to a fusing structure of a pressure vessel and a method of manufacturing a laser-welded pressure vessel including a joining member for joining divided liner (11) and divided liner . In the present invention, the term 'laser welded pressure vessel' is used for the sake of convenience of description, but it is preferably a 'result obtained by splicing the liner by laser welding'. For durability and safety to high pressure internal gases, the finished product of the 'composite pressure vessel' may be accompanied by an additional process of winding the carbon fiber onto the outer layer of the liner bonded result. Therefore, it should be noted that the 'laser welded pressure vessel' referred to in the present invention may further comprise a carbon fiber composite material layer on the outside thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 복합재 용기 라이너의 융착 구조에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a fusing structure of a composite container liner according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서는 하나의 압력 용기를 형성할 수 있는 복수개의 분할된 라이너(11)들과 상기 라이너들 중 어느 하나의 라이너 단부(12)로 삽입되는 삽입부(14) 및 상기 삽입부로부터 연장되며, 상기 라이너측으로 돌출된 돌출부(13)를 가지는 접합 부재에 있어, 상기 접합 부재가 상기 라이너 단부(12)로 삽입되며, 상기 접합 부재의 돌출부(13) 일면, 삽입부(14) 일면 및 상기 라이너 단부(12)의 일면이 서로 면착되어 접촉면을 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기가 제시될 수 있다.In the present invention, a plurality of divided liner (11) capable of forming one pressure vessel and an insertion part (14) inserted into a liner end (12) of any one of the liner Wherein the joining member is inserted into the liner end portion (12), and one surface of the projecting portion (13) of the joining member, one surface of the insertion portion (14) The laser welded pressure vessel may be provided such that one surface of the laser welded
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 2개의 2 분할된 라이너(11)와 2개의 라이너 내측에 위치하는 접합 부재 간의 융착에 의해 이루어지는 압력 용기의 외관과 융착 위치를 도시한 것이다.Fig. 1 shows the appearance and welding position of a pressure vessel formed by fusion between two two-divided
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예로서 라이너 단부(11)와 접합 부재의 삽입부(14), 돌출부(13) 간의 융착 구조를 내부에서 나타낸 단면도이다. 라이너 단부(12)의 형상은 외측면 길이와 내측면 길이가 서로 상이하여 끝단이 구배를 가지도록 구성될 수 있다.2 is a cross-sectional view internally showing a fusing structure between the
바람직하게는 도 2에 도시된 것처럼 접합 부재가 내측에 위치하면 라이너 단부(12) 외측면 길이를 더 길게 구성하여 2개의 라이너 단부(12)가 서로 맞닿았을 때 라이너 내측으로 공간이 형성되도록 할 수 있다. 나아가 접합 부재가 외측에 위치하면 라이너 단부(12) 내측면 길이를 더 길게 구성하여 2개의 라이너 단부(12)가 서로 맞닿았을 때 라이너 외측으로 공간이 형성되도록 할 수도 있다. 상기 형성된 공간에 접합 부재의 돌출부(13)가 매칭될 수 있다. 나아가, 완전한 밀착을 위해 접합 부재의 돌출부(13) 형상과 라이너 단부(12)의 형상이 대응될 수 있다. Preferably, as shown in FIG. 2, the length of the outer side of the
접합 부재의 형상은 만들고자 하는 압력 용기의 형상에 대응하여 설계될 수 있다. 바람직하게는 라이너 즉, 압력 용기는 원통형으로 접합 부재는 고리 형태로 형성될 수 있다. 또한, 접합 부재는 라이너 내측 또는 외측에 위치하여도 무방하다. 다만, 외측에 설치하는 경우 접합 부재가 라이너 표면에서 튀어나와 형성될 수 있으며 미관상 부적절한바, 바람직하게는 라이너의 내측에 위치할 수 있다. The shape of the joining member can be designed corresponding to the shape of the pressure vessel to be made. Preferably, the liner, i.e., the pressure vessel, is cylindrical, and the joining member may be formed in a ring shape. Further, the joining member may be located inside or outside the liner. However, when it is provided on the outside, the joining member may be formed to protrude from the liner surface, and may be located on the inside of the liner, which is not aesthetically inadequate.
더 바람직하게는 2개의 라이너와 접합 부재의 접합 위치는 압력 용기의 중앙부를 형성할 수 있으며, 2개의 라이너 단부(12) 형상은 대칭을 이룰 수 있고 이에 대응될 수 있는 접합 부재의 돌출부(13) 형상 역시 대칭되는 한 쌍의 경사면으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 또 다른 일실시예에서는 접합 부재의 돌출부(13) 형상이 구배를 가지는 쐐기 형상으로 이루어질 수 있다. 나아가 접합 부재의 삽입부(14)는 돌출부(13)를 중심으로 좌우 대칭되는 형상을 가질 수 있다.More preferably, the joining position of the two liner and the joining member can form a central portion of the pressure vessel, and the two
한편, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 접합 부재는 분할된 라이너(11)의 내부 또는 외부에 억지 끼움 방식으로 체결될 수 있다. 이를 위하여 라이너와 접합 부재 중 내부에 위치되는 구성 요소의 둘레 길이가 외부에 위치되는 구성 요소의 둘레 길이보다 약간 크게 구성될 수 있다. 또한, 억지 끼움이 용이하도록 하기 위해 접합 부재의 삽입부(14)는 접합 부재의 끝으로 갈수록 두께가 얇아지게 구성할 수 있다. 나아가, 전술한 대로 라이너와 접합 부재의 형상에는 제한이 없으며, 형성된 압력 용기가 추후 사용될 구조, 또는 위치에 적합하게 설계할 수 있다. 다만, 접합 부재의 삽입부(14) 형상과 라이너 단부(12) 형상이 서로 대응되어야 추후에 끼워질 수 있음에 유의하여야 한다. Meanwhile, according to a preferred embodiment of the present invention, the joining member can be fastened to the inside or outside of the divided
나아가, 접합 부재 돌출부(13)의 상측에 돌기(15)가 형성될 수 있다. 상기 돌기(15)는 돌기 단면의 가장 긴 모서리 또는 지름(B)이 돌출부 단면의 가장 짧은 길이(C)보다 커서 돌기 아래 부분, 즉 돌기와 돌출부 상단과 이어지는 지점이 오목하게 형성될 수 있다. 상기 돌기에 의하여 오목하게 형성된 홈에 라이너 단부가 걸릴 수 있는 걸림 턱을 가지는 걸림 구조가 형성될 수 있으며 이 걸림 구조는 레이저 융착 시 양쪽에서 라이너를 밀어주는 가압력에 의해 라이너가 외력을 견디지 못하고 라이너 내부 또는 외부로 접합 부재 단면을 따라 들뜨는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 그 결과 라이너와 접합 부재가 더 면밀하게 접촉되며 우수한 융착 성능을 확보할 수 있다. 도 3은 이러한 걸림 구조의 일 실시예로서 돌기 단면의 지름(B)이 접합 부재 돌출부 단면의 가장 짧은 길이(C)보다 길게 구비되어 걸림 턱과 오목하게 형성된 홈이 형성된 것을 도시한 도면이다. 상기 돌기(15)의 형상은 무방하나 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 원형의 돌기가 형성될 수 있다.Further, the projection 15 may be formed on the upper side of the joining
한편, 종래의 레이저 융착 방법은 2개의 라이너가 접합되는 단면을 직각이 아닌 사선으로 배치하여 접합면을 넓히고, 2개의 라이너를 서로 다른 색상, 즉 레이저를 투과시키는 투명한 색상과 레이저를 흡수하는 불투명한 색상으로 구성하여 투과층과 흡수층을 형성하는 방식으로 이루어졌다. 양 소재를 다르게 구성하는 이유는 레이저 빔이 투과층을 통과하여 흡수층에서 레이저를 흡수하여 열을 발생시켜야 하며 단면을 사선으로 형성하는 것은 우수한 열 전달 능력 즉, 넓은 면적이 서로 융착되도록 하여 우수한 융착 성능을 확보하는 것이 필요하기 때문이다. 다만, 종래 방식에 의하면 단면이 사선으로 배치되는 바, 2개의 라이너는 그 형상이 동일할 수가 없다는 단점이 있었다.On the other hand, in the conventional laser welding method, the cross-section where the two liner are joined is arranged in a diagonal line rather than a right angle to widen the joint surface, and the two liners are made of different colors, i.e., transparent colors for transmitting the laser and opaque And a transparent layer and an absorbing layer are formed. The reason why the two materials are configured differently is that the laser beam must pass through the permeable layer to absorb the laser from the absorbing layer to generate heat, and the cross-section is formed in a diagonal line to have excellent heat transfer capability, Is required. However, according to the conventional method, since the cross section is arranged diagonally, the two liner can not have the same shape.
본 발명의 바람직한 구현예에서 레이저는 압력 용기의 외부에서 라이너와 접합 부재의 융착 지점, 즉 라이너 단부(12)를 따라 조사될 수 있다. 이때 라이너는 레이저를 투과시키는 투과층으로 구성하고 접합 부재는 레이저를 흡수하는 흡수층으로 구성할 수 있다. 나아가, 라이너(투과층)는 투명한 색상으로 접합 부재(흡수층)은 불투명한 색상으로 상이하게 구성하여 레이저가 조사될 때 투과층을 통과하여 흡수층에서 흡수되어 열을 발생시킨다. 발생한 열에 의해 라이너와 접합 부재가 서로 융착될 수 있다. 이러한 구성에 의해 본 발명은 종래 기술의 장점을 살리면서도 전술한 대로 양 라이너 단부(12)의 형상을 동일하게 구성하여 양 라이너를 별도로 생산하지 않아도 된다는 장점을 가질 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the laser can be irradiated outside the pressure vessel along the fusing point of the liner and the joining member, that is, along the
한편, 도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 라이너 단부의 내측면에 내부 돌기(16)를 구성할 수 있고 이에 대응하여 접합 부재의 삽입부 상에 홈(17)을 형성할 수 있는 것을 도시한 도면이다. 라이너 단부의 내부 돌기(16)와 접합 부재 삽입부의 홈(17)이 체결되면 라이너와 접합 부재가 일체화되어 융착을 위해 외부에서 가압 될 때 라이너와 접합 부재가 별도로 거동하는 것을 방지할 수 있다.4 shows another embodiment of the present invention in which the
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 라이너 단부와 접합 부재 삽입부의 바깥 부분의 라이너 상에 형성되는 외부 돌기(18)가 구비된 것을 도시한 도면이다. 상기 외부 돌기(18)의 사이에 접합 부재가 끼워지면 라이너와 접합 부재는 도 4의 경우와 마찬가지로 일체화될 수밖에 없다. 따라서 융착 시 가압되더라도 라이너와 접합 부재가 개별적으로 거동할 수 없게끔 고정되며 융착 성능을 향상시킬 수 있다.FIG. 5 is a view showing an
본 발명의 또 다른 구현예로서 상기 라이너 단부의 내부 돌기(16)(도4)와 상기 라이너 단부와 접합 부재 삽입부의 바깥 부분의 라이너 상에 형성되는 외부 돌기(18)(도5)는 라이너 내측면 또는 외측면을 따라 불연속 하게 부분적, 선택적으로 형성될 수 있다. 이 경우, 도 4 또는 도 5는 내부 돌기와 외부 돌기의 불규칙한 단면을 도시해 놓은 것으로 볼 수 있다.As an alternative embodiment of the present invention, the outer protrusion 18 (Figure 5) formed on the liner of the inner protrusion 16 (Figure 4) of the liner end and the liner of the outer end of the liner end and the joining member insert, May be partially or selectively formed discontinuously along the lateral or outer surface. In this case, it can be seen that FIG. 4 or FIG. 5 shows an irregular cross section of the inner projection and the outer projection.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 도 6에 도시된 바와 같이 아웃터 지그(19)를 추가로 포함하는 구성을 할 수 있다. 아웃터 지그(19)는 레이저 융착 시, 상기 라이너와 상기 접합 부재의 접촉면 바깥의 전부 또는 일부에 설치될 수 있으며 나아가, 융착 완료 후에 상기 아웃터 지그(19)는 제거될 수 있다. 바람직하게는 아웃터 지그(19)의 경우 레이저 투과율이 우수한 투명 재질로 구성하여 라이너와 접합 부재 간의 레이저 조사에 영향이 없도록 구성할 수 있다. 더 바람직하게는 라이너가 원형이라면 외주를 따르는 원호 형상 또는 고리 형상으로 형성될 수 있다. 아웃터 지그에 의해 융착시 양쪽에서 라이너를 밀어주는 가압력에 불구하고 양 라이너가 접합 부재로부터 들뜨는 것을 방지할 수 있다. 또한, 아웃터 지그는 압력 용기와의 탈착 또는 부착이 자유로우므로 레이저 융착 시 설치되고 융착 완료 후에 제거되어 아웃터 지그(19)만을 별도로 분리할 수 있다. 따라서 외부 탄소 섬유 와인딩과 같은 이후의 공정에 영향을 주지 않을 수 있다.As another embodiment of the present invention, an
나아가, 상기 레이저 융착이 완료된 후, 레이저 융착된 라이너 외부에 탄소 섬유 복합재를 추가로 구성할 수 있다. 바람직하게는 필라멘트 와인딩 작업을 통해 라이너 외부에 탄소 섬유 복합재층을 형성하고 경화시켜 최종적으로 복합재 압력 용기를 형성할 수 있다. 더 바람직하게는 라이너 표면에 장력을 가하면서 연속으로 탄소 섬유 필라멘트를 감은 후 가열을 통해 경화시켜 완성품, 즉 복합재 압력 용기를 생성할 수 있다.Further, after the laser welding is completed, a carbon fiber composite material may be further formed outside the laser welded liner. Preferably, the filament winding operation forms a carbon fiber composite layer outside the liner and cures to finally form the composite pressure vessel. More preferably, the carbon fiber filaments are wound continuously while applying tension to the liner surface, and then cured through heating to produce a finished product, that is, a composite pressure vessel.
이하, 본 발명의 또 다른 일 실시예로서 도 7을 참조하여, 레이저 융착된 압력 용기의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 압력 용기의 제조를 위해 가압 장치(21)가 제시되며 바람직하게는 양단에서 가압을 하는 장치와 분할된 라이너와 접합 부재를 올려놓기 위한 베이스 플레이트(23)가 구성될 수 있다. 더 바람직하게는 베이스 플레이트(23)는 롤러를 가지며 롤러의 회전에 의해 판 위에서 라이너 또는 압력 용기가 자유로이 움직일 수 있다. 또한, 레이저 조사를 위한 단수 또는 복수개의 레이저 조사장치(22)가 구성될 수 있다.Hereinafter, as another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a laser welded pressure vessel will be described with reference to FIG. According to a preferred embodiment of the present invention, a pressurizing
하나의 분할된 라이너(11)가 가압 장치의 베이스 플레이트(23) 위에 위치되며 위치된 라이너 단부(12)로 접합 부재의 삽입부(14) 일단이 삽입되어 접합 부재의 돌출부(13) 일면, 삽입부 일면 및 라이너 단부(12) 일면이 서로 면착 될 때까지 삽입될 수 있고 그 결과, 접합 부재의 돌출부(13) 일면, 삽입부(14) 일면 및 라이너 단부(12) 일면은 면착되어 접촉면을 이룰 수 있다.One
다른 하나의 분할된 라이너 단부(12)가 접합 부재 삽입부(14) 타단에 접합 부재의 돌출부(13) 타면과 다른 하나의 라이너의 단부의 일면이 면착 될 때까지 삽입될 수 있다. 그 결과 두 개의 라이너와 접합 부재가 끼워져 압력 용기의 형상을 이룰 수 있다.The other divided
외부의 가압 장치(21)에 의해 베이스 플레이트(23)에 올려진 라이너 외부의 좌측 중앙과 우측 중앙(이하 좌측 중앙과 우측 중앙을 연결하는 선의 방향을 '라이너의 축방향'이라 한다.)에서 접합 부재가 가운데 끼워진 2개의 라이너를 가압하게 된다.The center of the left side and the center of the right side of the outside of the liner which are placed on the
가압이 유지되는 상태에서 2개의 라이너 단부와 접합 부재의 삽입부(14)가 면착된 면을 따라 레이저가 조사되며 바람직하게는 라이너의 축 방향을 축으로 하여 복수개의 라이너와 그 사이에 끼워진 접합 부재가 회전함에 따라 원통형 라이너 단부와 접합 부재의 삽입부(14)의 외부면 전체에 대해 레이저가 조사될 수 있다.The laser is irradiated along the surface where the two liner ends and the
그 결과, 상기 2개의 라이너 단부와 접합 부재의 삽입부가 면착되는 면을 따라 레이저가 조사되어 융착에 의해 상기 라이너 단부들과 접합 부재가 접합 될 수 있다. 더 바람직하게는, 2개의 라이너 단부와 접합 부재 삽입부(14)가 끼워져 압력 용기를 형성한 후, 라이너 단부(12)와 접합 부재 삽입부(14)가 면착되는 면 외부의 전부 또는 일부에 융착시 라이너가 들뜨는 것을 방지하기 위한 아웃터 지그(19)를 설치할 수 있는 단계를 더 포함하도록 구성할 수 있다.As a result, a laser may be irradiated along the surface where the two liner ends and the inserting portion of the joining member are seamed, so that the liner ends and the joining member can be joined by fusion. More preferably, after forming the pressure vessel by sandwiching the two liner end portions and the joining
아웃터 지그(19)는 전술한 바, 탈착 또는 부착이 자유롭게 이루어질 수 있으므로 압력 용기의 제조가 완료된 후에 아웃터 지그(19)를 분리하는 단계를 더 포함하도록 구성할 수도 있다.The
나아가 본 발명의 바람직한 구현예로 설명되는 압력 용기는 도면 및 실시예만으로 한정되는 것은 아니며 분할된 라이너가 융착될 때 융착이 이루어지는 지점의 내부 또는 외부에 소정의 부재가 삽입되어 분할된 라이너와 함께 융착되거나 라이너의 융착 성능을 향상시키는 경우, 나아가 융착시 용이성을 제고하여 공정을 단축시키는 등의 다양한 예를 포섭하는 것으로 해석되어야 한다.Further, the pressure vessel described as a preferred embodiment of the present invention is not limited to the drawings and examples, and a predetermined member may be inserted into the inside or outside of the fusion welding point when the divided liner is welded, Or improving the fusion bonding performance of the liner, and further improving the easiness of fusion bonding and shortening the process.
A : 압력 용기에 있어 본 융착 구조가 형성되는 위치
11 : 분할된 라이너
12 : 분할된 라이너 단부
13 : 접합 부재의 돌출부
14 : 접합 부재의 삽입부
15 : 접합 부재 돌출부 상측에 돌기
16 : 분할된 라이너 끝단에 형성된 접합면 내측면에 형성된 내부 돌기
17 : 내부 돌기에 대응하여 접합 부재 삽입부에 형성되는 홈
18 : 라이너 단부와 접합 부재 삽입부의 바깥 부분의 라이너 상에 형성되는 외부 돌기
19 : 아웃터 지그
21 : 가압 장치
22 : 레이저 조사 장치
23 : 가압 장치의 베이스 플레이트
B : 돌기 단면의 지름
C : 접합 부재 돌출부 단면의 가장 짧은 길이A: Location where the present fusion structure is formed in the pressure vessel
11: Split liner
12: split liner end
13: protrusion of the joining member
14: insertion portion of the joining member
15: projection on the projecting portion of the joining member
16: an inner projection formed on the inner side of the joint surface formed at the end of the divided liner
17: a groove formed in the joining member insertion portion corresponding to the inner projection
18: outer protrusion formed on the liner at the end of the liner and the outer portion of the joining member insertion portion
19: Outer jig
21: Pressure device
22: laser irradiation device
23: base plate of pressurizing device
B: Diameter of projecting section
C: the shortest length of the cross-section of the joint member projection
Claims (16)
상기 라이너들 중 어느 하나의 라이너 단부로 삽입되는 삽입부 및 상기 삽입부로부터 연장되며, 상기 라이너측으로 돌출된 돌출부를 가지는 접합 부재;
를 포함하는 레이저 융착된 압력 용기.At least two split liners forming a pressure vessel;
A joining member having an insertion portion inserted into the liner end of one of the liner and a protrusion extending from the insertion portion and protruding toward the liner side;
And a laser-welded pressure vessel.
를 더 포함하고 상기 돌기는 걸림 턱을 가지는 걸림 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기.The connector according to claim 1, further comprising: projections on the joint member projection;
Wherein the projections are formed in a latching structure having a latching jaw.
상기 내부 돌기에 대응하여 상기 접합 부재의 삽입부에 형성되는 홈;
을 더 포함하고, 상기 내부 돌기와 상기 홈이 체결된 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기.[2] The apparatus of claim 1, further comprising: an inner protrusion formed on an inner surface of the liner end portion;
A groove formed in the insertion portion of the joining member corresponding to the inner protrusion;
Wherein the inner protrusion and the groove are fastened to each other.
를 더 포함하는 레이저 융착된 압력 용기.The connector according to claim 1, further comprising: an outer protrusion formed on the liner at the liner end and the outer portion of the joining member insert;
Further comprising a laser-welded pressure vessel.
를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기.The transparent outer jig as set forth in claim 1, wherein the transparent outer jig is provided on all or a part of the contact surface between the liner and the joining member at the time of laser welding, and is removed after fusion is completed;
Wherein the laser-welded pressure vessel can further include a laser-welded pressure vessel.
(b) 상기 하나의 분할된 라이너 단부로 접합 부재의 삽입부 일단이 삽입되어 접합 부재의 돌출부 일면, 삽입부 일면 및 라이너 단부 일면이 면착되어 접촉면을 이루는 단계;
(c) 다른 하나의 분할된 라이너 단부가 상기 접합 부재의 삽입부 타단에 삽입되어 접합 부재의 돌출부 타면과 다른 하나의 라이너 단부 일면이 면착되어 전체로서 압력 용기의 형상을 이루는 단계;
(d) 외부의 가압 장치에 의해 상기 압력 용기 외부 라이너 축 방향 양측에서 상기 접합 부재가 가운데 끼워진 2개의 라이너를 가압하는 단계;
(e) 상기 2개의 라이너 단부와 접합 부재의 삽입부가 면착되는 면을 따라 레이저가 조사되어 융착에 의해 상기 라이너 단부들과 접합 부재가 접합되는 단계;
를 포함하는 레이저 융착된 압력 용기의 제조 방법.(a) placing one divided liner over a base plate of a pressurizing device;
(b) inserting one end of the insertion portion of the joining member into the one split liner end portion, thereby forming a contact surface, wherein one side of the projecting portion of the joining member, one side of the insertion portion, and one side of the liner end are spliced together;
(c) another divided liner end portion is inserted into the other end of the insertion portion of the joining member so that one surface of the liner end portion opposite to the other surface of the projecting portion of the joining member is seamed to form the shape of the pressure vessel as a whole;
(d) pressing the two liners sandwiched between the joining members at both sides of the pressure vessel outer liner axis by an external pressurizing device;
(e) a laser is irradiated along the surface where the two liner ends and the insertion member of the joining member are seamed to bond the joining members with the liner ends by fusion;
Wherein the laser-welded pressure vessel is made of a metal.
를 더 포함하며, 상기 (e) 단계 이후, 상기 레이저 융착된 압력 용기의 제조가 완료된 후에 상기 아웃터 지그를 분리하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 융착된 압력 용기의 제조 방법.16. The method of claim 15, further comprising: prior to step (d), providing an outer jig to all or a portion of the outer surface of the liner end and the joining member insert;
Further comprising: after the step (e), separating the outer jig after completion of the production of the laser welded pressure vessel;
Further comprising the steps of: providing a laser-welded pressure vessel;
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