KR20190116409A - 압력용기용 압력 포트 요소가 있는 폴캡 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력용기(100)의 압력 밀봉을 위한 플라스틱 재료로 제조된 폴캡 (1), 이러한 폴캡(1)을 갖는 압력용기(100) 및 이러한 압력용기(100)를 제조하기 위한 방법(200, 300)에 관한 것이다. 상기 폴캡(1)은 압력용기(100)의 추후 폐쇄를 위한 내면(11)과, 압력용기(100)의 폐쇄 후 섬유 복합 재료(3)와 권취를 위한 외면(12)과, 외부로 돌출하고 내부 윤곽(13i)을 갖는 넥형 개방 덕트(13) 및, 각각이 플라스틱 재료로 만들어진 넥형 개방 덕트(13)의 폐쇄를 위해 넥형 개방 덕트(13)에 연결된 압력 포트 요소(2)를 포함하며, 상기 압력 포트 요소(2)는 넥형 개방 덕트(13)를 통해 외부로 돌출하는 제 1 섹션(21a) 및 제 1 섹션(21a)의 방향으로 원뿔형 방식으로 적어도 넥형 개방 덕트(13)의 영역에서 테이퍼링되는 제 2 섹션(21b)을 갖는 금속으로 제조된 밀봉 콘(21)을 포함하고, 상기 제 1 섹션(21a)은 내부 윤곽(13i)에 기밀 프레스 피트로 외부로부터 제 1 섹션(21a) 상에 배열된 고정수단(22)의 수단에 의해 유지된다.

Description

압력용기용 압력 포트 요소가 있는 폴캡
본 발명은 압력 용기의 압력 밀폐를 위해 플라스틱 재료로 제조된 폴캡(pole cap), 이러한 폴캡(pole cap)을 갖는 압력 용기뿐만 아니라 이러한 폴캡 및 압력 용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
섬유 복합 재료의 섬유 강화 압력용기 시장은 지속적으로 성장하고 있고, 천연가스(natural gas) 및 프래킹 가스(fracking gas)의 추출이 증가함에 따라 특히 해당 파이프 라인 네트워크가없는 국가에서는 압력용기에 저장해야 하며, 또한 연료전지 차량의 개발에 크게 관여하는 자동차 부문이 있고, 여기서 연료는 고압 상태에서 기체 또는 액체 상태의 압력용기에 기체 수소 형태로 저장되어야 한다. 저압 용기는 높은 중량을 갖는 압력용기의 운송이 불필요하게 많은 양의 에너지를 소비하므로 지나치게 높은 운송 비용을 야기하기 때문에 압력용기의 운송에 바람직하지 않다.
현재 사용되는 섬유 강화(CFK) 압력용기는 원통형 중앙부를 가지며, 중앙부의 폐쇄를 위한 폴캡이 양쪽에 위치하고, 예를 들면, 섬유 권취(winding) 방법을 사용하여 제조되며, 라이너(liner; 압력용기를 위한 내부용기)가 사용되는데, 한편으로는 와인딩 코어(winding core)로서 작용하고, 다른 한편으로는 용기의 불 투과성을 보장한다. 압력용기를 제조하기 위해 이 라이너(liner)는 강화를 위해 섬유 복합 재료로 감겨진 결과 압력용기에 안정성이 부여된다. 타입 3 압력 용기는 알루미늄 또는 강철의 금속 라이너를 사용하는 반면 타입 4 압력 용기는 플라스틱 라이너를 사용한다. 후자의 압력용기는 기술 요구 사항을 충족하며 비용 효율적으로 생산할 수 있다. 예컨대 플라스틱 라이너는 용접법, 소위 로토 몰딩법 또는 송풍법에 의해 제조될 수 있다. 용접방법에서 상응하는 직경, 벽두께 및 길이의 압출 튜브가 생성되고 적절한 폴캡이 양쪽에 용접된다. 그렇게 함으로써 폴캡의 양쪽에 도달할 수 있으며, 이는 다른 방법의 경우에는 해당되지 않는다.
플라스틱 라이너가 있는 섬유 강화(CFK) 압력용기에 압력 용기 밸브를 설치하는 데 필요한 금속 포트는 무엇보다도 이러한 압력용기에 문제가 있고, 이렇게 함으로써 금속 연결 부품(보스 또는 라이너 연결이라고도 함)을 쉽게 장착 할 수 있어야하고 압력용기의 전체 수명 동안 누수 방지 방식으로 라이너에 연결되어 있어야한다.
그러므로, 내부 용기(라이너 연결)를 위한 연결 부재를 제공하는 것이 바람직 할 것이며, 이는 전체 서비스 수명 동안 내부 용기(라이너)에 누설 방지 방식으로 용이하게 장착되고 연결되어 유지된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전체 용기 수명 동안 전체적으로 누설 방지 방식으로 내부용기(라이너)에 장착하기 쉽고 연결 상태를 유지하는 내부용기용 연결편을 제공하는 것이다.
상기 목적은 압력용기의 기밀 밀폐를 위한 폴캡에 의해 달성되고, 여기서 폴캡은 각각 플라스틱 재료로 제조되는 압력용기의 추후 폐쇄를 위한 내부면, 압력 용기의 폐쇄 후 섬유 복합 재료와 권취를 위한 외부면과, 외부로 돌출된 내부 윤곽을 갖는 넥형(neck-shaped) 개방 덕트 및, 덕트의 폐쇄를 위해 덕트에 연결된 압력 포트 요소를 포함하며, 상기 압력 포트 요소는 덕트를 통해 외부로 돌출된 제 1 섹션 및 상기 제 1 섹션의 방향으로 원뿔형 방식으로 상기 덕트의 영역에서 적어도 테이퍼링되는 제 2 섹션을 갖는 금속으로 제조된 밀봉 콘을 포함하고, 내부 윤곽에 압력 밀착 프레스 피트(pressure-tight press fit)로 외부로부터 제 1 섹션 상에 배열된 고정수단에 의해 유지된다.
본 발명의 압력용기는 압력용기의 주위에 비해 압력이 증가된 유체 및 가스의 저장에 적합한 모든 용기이며, 이는 플라스틱 재료로 만들어진 내부용기 및 섬유 복합 재료로 만들어진 강화재를 포함하고, 일반적으로 이들 압력용기는 실린더형 중앙부의 양측에 외향으로 만곡된 종단부를 갖는 실린더형이며, 이러한 종단부를 폴캡이라고 하며 중앙 부분의 압력 밀폐를 제공한다. 이후 압력용기에서 폴캡의 내부는 압력용기의 충전물(유체 또는 가스)을 향한 압력용기 내벽의 일부이다. 따라서 외면은 폴캡의 반대쪽이고, 압력용기의 강화를 위해 상기 외면은 섬유 복합 재료로 감겨지는 동시에 압력용기의 외면을 형성할 수 있다. 폴캡을 중앙 부분에 용접한 후, 압력용기 요소, 특히 밀봉 콘(seal cone)을 갖는 폴캡의 압력 견고성에만 의존하는 내부용기가 제조되고, 본 발명의 폴캡은 기밀 방식으로 구성되며, 따라서 전체 내부용기는 기밀 방식으로 구성된다.
압력용기에 충전물을 제공하거나 압력용기로부터 이 충전물을 제거할 수 있으려면, 압력용기는 가역적으로 잠글 수 있는 개구를 포함해야 하고, 압력용기의 경우 이러한 개구부는 외부로부터 바깥쪽으로 돌출된 넥형(neck-shaped) 개방 덕트를 통해 폴캡 중 하나에 배열되며, 내부에 배치된 덕트의 폐쇄를 위해 내부 윤곽을 갖는 압력 포트 요소를 갖는다. 밀봉 본체(seal body)의 원뿔형 윤곽은 폴캡의 내부에서 덕트로 삽입된 밀봉 콘(seal cone)이 넥형(neck-shaped) 덕트의 내부 윤곽에 압입될 수 있게 하고, 이 경우 밀봉 콘의 제 2 섹션의 원추 형상에 적합하지 않은 넥형(neck-shaped) 덕트의 내부 윤곽으로 밀봉 콘(seal cone)은 예를 들면, 내부 윤곽이 제 2 섹션의 원뿔형 윤곽에 달라 붙는 방식으로 폴캡의 재료를 내부 윤곽의 영역에서 변위시킬 수 있으며, 밀봉 콘은 다른 구성 요소와 함께 압력용기 내로 충전물을 도입하거나 배출할 수 있는 압력 포트 요소를 형성한다. 압력 포트 요소(예컨대 밀봉 콘에 스냅되는 클램핑 너트 또는 스프링 링)의 외측으로부터 배열된 고정 수단은 밀봉 콘이 덕트(압축된) 내로 당겨지거나 인입된(압축된) 위치로 유지되고 따라서 그 외부는 과도한 압력을 받는 압력용기의 충전이 덕트를 통해 빠져 나갈 수 없는 방식으로 덕트의 내부에 놓인다.
무게와 비용 때문에 폴캡 자체는 플라스틱 재질(나머지 내부용기 뿐만 아니라)로 구성되고, 플라스틱 재질은 압력용기의 일반적인 압력으로 인해 작동 시간 동안 변형될 수 있으므로 연결부와 폴캡 사이에 누수가 발생할 수 있으며, 특별히 구성된 덕트 및 대응하는 압력 포트 요소를 갖는 구조로 인해 본 발명에 따른 폴 캡은 넥형 덕트의 플라스틱 재료가 변형될 수 있는 것을 방지하고, 따라서 내부 용기용 연결 부재를 갖는 폴캡을 제공하며, 이는 장착이 용이하고 전체 수명 기간 동안 폴캡에 연결된 상태를 유지하므로 누출 방지 방식으로 이후 내부용기(라이너)와 연결된다. 상기 압력 포트 요소를 갖는 본 발명에 따른 폴캡의 구조는 다음과 같이 변형되고, 압력용기의 내부 압력으로 인해 표면 압력이 매우 높아도 플라스틱 재료가 덕트와 밀봉 콘의 내부 윤곽의 원뿔 모양으로 채워져 있기 때문에 플라스틱 재료는 압력 포트 요소와 넥형(neck-shaped) 덕트 사이의 연결 표면에서 더 이상 흐를 수 없으며, 밀봉 콘의 원추형 구조 및 이에 대응하는 형태로 밀봉 콘에 대해 안착되는 내부 윤곽으로 인해 외향으로 갭이 좁아지며, 이는 압력 포트의 밀봉에 영향을 미친다. 밀봉 콘의 표면 압력 하에서 흘러 나가려면 플라스틱 재료가 이 좁은 갭을 통해 흐를 필요가 있으나 이는 덕트의 내부 윤곽이 밀봉 원뿔의 원뿔 모양 윤곽선에 놓여 있고, 지지 영역이 넓어서 표면 효과가 매우 우수하여 표면 압력을 더 높여야 가능하며, 종래 기술에 비해 표면 단위당 낮은 표면 압력 만이 야기된다. 종래 기술에서 밀봉 콘 및 덕트는 나사(thread)를 통해서만 서로 연결되며, 여기서 밀봉 콘 아래에서 플라스틱 재료가 변형되고, 표면 압력이 너무 높은 경우 밀봉 콘 아래에서 밀봉 콘 아래로 유동할 수 있는 높은 국부 압력이 생성된다. 그러므로 종래 기술에서 체결 토크와 고압 및 과도한 표면 압력하에서의 견고성 및 플라스틱 재료의 유동 사이의 절충이 필요하며, 이는 종래 기술의 압력 용기가 매우 높은 압력에 적합하지 않게 된다. 반대로, 본 발명에 따른 폴캡을 구비한 압력용기는 압력용기의 섬유 강화가 실패하는 압력까지 적합하게 되고, 본 발명에 따른 구조에 의해 밀봉용기의 밀봉 효과는 압력용기 내의 고압하에서 추가로 증가된다. 이를 위해 밀봉 콘은 압력용기 내부의 방향으로부터 덕트의 목 개구로 가압되어 밀봉 효과를 증가시킨다. 덕트의 목 개구의 다른 측면에 있는 고정 수단에 의해 밀봉 콘은 토크 제어 방식으로 단부 위치에 도달할 때까지 또는 고정 수단에 걸려질 때까지 당겨지고, 의도된 대로 밀봉 위치에 유지되며, 밀봉 콘의 설계로 인해 압력용기의 내부를 향하는 밀봉 콘의 표면적(고압)은 압력용기의 외부를 향하는 밀봉 콘의 표면적(저압, 예를 들어 정상 압력)보다 크고, 가스 압력에 의해 곱해진 표면적의 차이는 밀봉 효과의 방향으로 압력에 비례하는 힘을 생성하므로 가스 압력은 더 높은 압력으로 더 높은 밀봉 효과를 생성한다. 따라서 본 발명에 따른 압력 포트 요소를 갖는 폴캡은 누출에 대해 중복이다.
일 실시예에서 내부 윤곽은 적어도 덕트의 영역에서 덕트를 따라 외향으로 원뿔형 방식으로 테이퍼 되며, 원뿔형 내부 윤곽은 원뿔형 제 2 섹션에 적합하다. 따라서, 밀봉 콘과 내부 윤곽 사이의 힘 맞춤이 개선되어 넥형 덕트에서 밀봉 콘의 밀봉 및 밀봉 효과를 향상시킨다. 바람직한 일 실시예에서 원뿔형 내부 윤곽은 정확한 피팅 방식으로 밀봉 원뿔의 제 2 섹션의 원뿔 형상에 적합한 단부에 있고, 이러한 개조된 원뿔형 내부 윤곽은 폴캡의 내부로부터 이 원추형의 형상에 대응하여 밀봉 콘이 덕트 내로 삽입될 수 있도록 하여 추가 개선으로 이어진다.
일 실시예에서 덕트의 원뿔형 내부 윤곽은 내부측에서 외부측의 목 단부까지 연장되고, 따라서 내부 윤곽의 범위에 대응하여 형성된 방식으로 형성된 밀봉 콘은내부 윤곽과의 접촉 면적이 더 크며, 이는 밀봉 콘의 가해진 압력을 더 큰 표면상의 내부 윤곽 상에 분배하여 표면 압력을 분배하고, 따라서 표면 유닛 당 표면 압력 및 이에 의해 넥형 덕트의 플라스틱 재료가 흘러 나올 위험이 더욱 감소된다.
다른 실시예에서 밀봉 콘은 제 2 섹션과 함께 덕트로부터 내부를 넘어 돌출되고, 결과적으로 클램핑 너트는 예컨대 외부에서 밀봉 콘(seal cone)으로 나사 결합될 수 있으며, 이는 넥형 덕트 내에 밀봉 콘의 장착을 용이하게 한다.
다른 실시예에서 폴캡은 넥형 개방 덕트에 부착하기 위한 부착 요소를 더 포함하고, 상기 부착 요소는 넥형 개방 덕트로부터 외면을 따라 반경 방향 평면 방식으로 연장되고 외면의 윤곽에 맞추어지며, 섬유 복합 재료와 귄취를 위해 제공되ㄴ는 제 1 접촉 영역을 포함하고, 그 내부 형상은 이와 같은 방식으로 넥형 개방 덕트의 외부 형상에 적합한 방식으로 제 2 접촉 영역을 포함하며, 상기 제 2 접촉 영역은 넥형 덕트의 외형이 반경 방향으로 변형되는 것을 방지한다. 넥형 덕트 상에 부착 요소를 조립 한 후, 부착 요소를 갖는 폴캡은 이러한 부착 요소 없이 본 발명에 따른 폴캡과 동일한 방식으로 섬유 복합 재료로 감겨진다. 이 경우의 반경 방향은 덕트의 중심에서 멀어지는 방향을 나타내며, 원통형 압력용기의 경우 폴캡은 원주의 측면에서 원형으로 구성되고, 일반적으로 연결 요소는 폴캡의 중심에 배열되며, 그 결과 반경 방향은 압력 용기의 대칭 축(실린더 축)에 대한 반경 방향과 일치한다. 부착 요소의 제 1 접촉 영역은 외부에 부착될 수 있으며, 이는 부착 요소에 대한 접촉 영역에 구체적으로 구성되고, 예를들면, 외측은 접촉 영역을 수용하는 함몰부를 가질 수 있어 부착 요소는 부착 캡이 추가로 장착되지 않는 폴캡과 동일한 외형을 갖는다. 본 발명에 따른 폴캡의 경우 그 구성의 결과로 밀봉 효과가 유지되기 때문에, 폴리에틸렌과 같은 더 부드러운 플라스틱 재료가 여기에서 폴캡 또는 압력용기의 내부 용기에 사용될 수 있고, 고압 용기 또는 복수의 부하 변화 후에 압력용기가 조기에 풀리지 않을 위험이 없다.
바람직한 실시예에서 덕트의 외부 형상은 목 선단에서 원주 방향 에지를 포함하고, 바람직하게 에지는 덕트 또는 이후 압력용기의 종방향에 수직인 평면 표면이며, 이 경우 제 2 접촉 영역은 원주 에지를 적어도 부분적으로 커버하여 덕트의 외형의 변형이 또한 반경 방향에 수직으로 방지된다.
다른 실시예에서 상기 제 2 접촉 영역은 밀봉 콘의 제 1 섹션을 따라 더 연장되며, 상기 제 1 섹션은 부착 요소의 제 2 접촉 영역에 대해 기밀 밀봉을 위해 제 1 섹션 둘레에 원주상으로 적절하게 배열된 밀봉을 포함한다.
다른 실시예에서 상기 제 1 섹션 상에 외부로부터 배열되는 고정수단은 제 1 섹션 상에 나사 결합된 클램핑 너트이며, 제 2 섹션은 기밀 밀봉을 위해 내부 윤곽내로 당겨진다. 따라서 클램핑 너트는 밀봉을 통해 밀봉 콘에 직접 또는 간접적으로 고정될 수 있고, 밀봉 콘이 덕트의 내부 윤곽에 닿도록 한다.
다른 실시예에서 부착 요소는 제 2 접촉 영역 위의 종방향으로 제 3 영역을 더 포함하고, 제 1 영역과 대면하는 내면을 포함하며, 제 3 영역의 상기 내면은 반경 방향에서 밀봉 콘의 내면과 제 1 섹션 사이에 원주 방향 갭이 형성되는 방식으로 배열되고, 상기 갭은 클램핑 너트의 수용을 위해 제공되고 설계된다. 여기서 종방향은 덕트를 따라 내부에서 외부로 향하는 방향 또는 이후 압력용기의 실린더 축을 따르는 방향을 의미하며, 제 3 영역의 수단에 의해 클램핑 너트는 외부 기계적 응력으로부터 보호된다.
다른 실시예에서 제 2 접촉 영역은 클램핑 너트를 위한 지지 영역을 형성하여 클램핑 너트에 의한 부착 요소가 넥형 덕트 상에 가압되는 폴캡상의 지지 영역을 통해 고정되어 부착 요소는 폴캡에 그리고 또한 그 형상지지 효과를 통해 목 형상 덕트에 쉽게 고정될 수 있다.
다른 실시예에서 부착 요소의 제 2 접촉 영역의 내부 형상은 밀봉 콘의 제 1 섹션을 따라 연장되고, 제 1 섹션의 반대편쪽 영역에 오목부(recess)를 가지며, 제 1 섹션의 외부로부터 배열되는 고정수단이 탄성 스프링 링의 형태로 배열되고, 밀봉 콘의 제 1 섹션은 밀봉 콘을 덕트 내로 가압 한 후 스프링 링이 종축을 따라 이에 위치된 위치에서 스프링 링에 적합한 링 오목부(recess)를 포함하고, 스프링 링에서 밀봉 콘을 넥형 개방 덕트 내로 압력을 가한 프레스 피트(pressure-tight press fit)에서 압입한 한 후로 내부 윤곽에 밀봉 콘을 고정시킨다. 스프링 링 및 링 오목부에 의해 정의된 위치에서 스프링 링에 의한 밀봉 콘의 고정은 덕트 내에 밀봉 콘의 압력 기밀 시트를 구성하는 압입 끼워 맞춤을 간단하고 신속하게 확립 할 수 있게 한다. 스프링 링은 통상적인 방법을 사용하여 스프링 링용 종래 재료로 제조될 수 있으며, 그 결과 스프링 링은 일반적인 탄성을 갖는다.
다른 실시예에서 제 2 접촉 영역을 갖는 부착 요소는 셀프 태핑 나사(self-tapping thread)에 의해 넥형 덕트의 외부 형상 상에 나사 결합되고, 결과적으로 부착 요소는 클램핑 너트와 무관하게 넥형 폴캡에 고정될 수 있으며, 이는 나중에 나사(screw)로 고정되고, 나사(screw) 연결의 수단에 의한 부착 요소의 추가적인 고정 및 클램핑 너트에 의한 가압은 폴캡의 목형 덕트에 부착 요소의 밀착성을 증가시키고, 다른 실시 예에서 부착 요소 및 넥형 덕트는 이 경우에 부착 요소가 외면과 제 1 접촉 영역이 제 1 직접 접촉시까지 넥형 덕트 상으로 위에서 나사 결합되는 방식으로 구성되며, 결과적으로 부착 요소는 외측에 확실하게 위치되어 설비 기술자가 위치가 올바른지 여부를 쉽게 검출할 수 있다.
다른 실시예에서 폴캡의 적어도 목형 덕트의 플라스틱 재료는 연질 플라스틱 재료이고, 부착 요소의 제 2 접촉 영역에는 폴캡 상에 자동 절단 나사를 위한 나사산이 제공되며, 결과적으로 넥형 덕트 상에 나사의 배열이 방지되어 생산 노력을 감소시킨다.
본 발명은 또한 플라스틱 재료로 제조된 내부용기를 포함하는 섬유 강화 압력용기에 관한 것으로, 실린더형 중앙부 및 각각의 중앙 부분을 양측에서 폐쇄하는 2 개의 폴캡 및 섬유 복합 재료로 제조된 외부 층을 포함하는 플라스틱 강화 용기 및 내부용기에 감겨 있으며, 여기서 폴캡 중 하나는 본 발명에 따른 폴캡이다. 이 압력용기 내에서 충전물이 압력하에 저장될 수 있도록 중앙 부분의 실린더 표면은 폴캡으로 폐쇄되고, 폴캡의 반구형 형상의 경우 원주 장력(원통형 중간 부분의 내벽의 장력)과 축 장력(커버 표면의 장력) 사이에 2 : 1의 장력 비율이 존재하며, 중앙 부분과 폴캡 사이의 가장자리 부분에 큰 스트레스(stress)를 가한다. 이러한 기하학적 고려 사항은 내부용기 및 내부용기 위에 권취된 외부층을 갖는 용기, 예컨대 플라스틱 재료로 제조된 내부용기를 갖는 모든 압력 용기에 적용된다. 한편으로 이러한 용기는 매우 낮은 중량을 가지며, 이는 예를들면, 운송 수단에 사용하기에 중요한 반면에 수소와 같은 충전물을 저손실로 고압하에 저장할 수 있는 플라스틱은 수소 투과성이 매우 낮고 요구되는 강도는 섬유 복합 재료의 외부 층에 의해 제공되기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 압력용기는 바람직하게는 돔형 폴캡을 갖는 내부용기를 포함하며, 이는 바람직하게는 돔형 폴캡으로 구성되고, 반구와 다른 형상을 가지며, 원통형에 인접한 뚜껑 에지 영역에서 더 강한 곡률을 갖고, 폴캡의 중심 영역은 반구 표면에 비해 더 작은 곡률을 갖는 반면, 폴캡의 중심 영역은 반구 표면에 비해 내부용기의 중앙 부분을 갖는다. 이 돔형 폴캡을 사용하면, 원주 방향(중앙 부분)과 축 방향(폴캡 표면) 사이에서 발생하는 강성 및 하중점프 및 인장비율은 중심 영역의 폴캡 상에 축 방향으로 배열된 제 1 섬유에 의해 특히 잘 흡수될 수 있다. 이러한 특히 적합한 돔형 폴캡은 또한 이소텐소이드(isotensoid)로 지칭된다. 이소텐소이드(isoten soid)는 따라서 섬유 복합 재료의 외부 층의 상부에 권취되어 섬유 경로의 모든 지점에서 섬유에서 일정한 장력을 생성하는 형상을 의미한다.
일반적으로, 섬유 복합 재료는 섬유 사이에 고체 복합재를 생성하는 매트릭스 재료에 매립된 2 개의 주요 성분, 이 경우 섬유들로 구성된다. 이에 의해 섬유 복합 재료는 하나 이상의 섬유로 권취될 수 있으며, 여기서 섬유(들)는 접촉하여 밀접하게 권취되고, 이는 섬유 복합 재료가 원하는 두께를 갖고 이 두께를 갖는 대응하는 섬유 층을 구성할 때까지 섬유가 추가의 섬유층에 권취되는 섬유층을 생성한다. 일 실시 형태에서 제 1 및/또는 추가 섬유, 예컨대 제 2 섬유의 섬유 층은 각각 다수의 섬유 층을 포함하고, 복합재는 섬유 복합재, 예를 들면, 관련된 2 개의 개별 성분 중 어느 하나가 제공할 수 있는 것보다 더 큰 강도와 같은 고품질 특성을 제공하며, 섬유 방향으로의 섬유의 강화 효과는 섬유의 탄성률이 매트릭스 재료의 탄성률보다 종방향으로 큰 경우, 매트릭스 재료의 파단 신장률이 섬유의 파단 신장률보다 큰 경우 및 섬유의 파단 강도가 매트릭스 재료의 파단 강도보다 큰 경우에 발생한다. 모든 종류의 섬유 예컨대 유리 섬유, 탄소 섬유, 세라믹 섬유, 강철 섬유, 천연 섬유 또는 합성 섬유가 사용될 수 있고, 열경화성 물질, 엘라스토머(elastomer) 또는 열가소성 물질이 예를 들면, 매트릭스 재료로서 사용될 수 있으며, 섬유 및 매트릭스 재료의 재료 특성은 당업자에게 공지되어 있으므로 당업자는 각각의 적용을 위해 섬유 복합 재료를 제조하기 위해 섬유 및 매트릭스 재료의 적절한 조합을 선택할 수 있다. 이 경우에 섬유 복합재 영역의 개별 섬유 층은 단일 섬유 또는 여러 개의 동일하거나 상이한 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 압력 용기의 압력 기밀 폐쇄를 위한 플라스틱 재료로 제조 된 본 발명에 따른 폴캡을 다음의 단계로 제조하는 방법에 관한 것이다:
- 압력용기의 추후 폐쇄를 위한 내면과, 압력용기의 폐쇄 후 섬유 복합 재료와 권취를 위한 외면 및, 압력 포트 요소의 일부로서 밀봉 콘의 후속 도입을 위해 내부 윤곽으로부터 외면으로 돌출하는 넥형 개방 덕트를 갖는 폴캡의 제공단계와;
- 제 1 섹션이 넥형 개방 덕트로부터 외부로 돌출하고, 밀봉 콘이 적어도 넥형 개방 덕트의 영역에서 제 1 섹션의 방향으로 원뿔형 방식으로 테이퍼링되는 제 1 섹션 및 제 2 섹션을 포함하며, 내부 윤곽으로부터 넥형 개방 덕트로 금속으로 제조된 밀봉 콘의 도입단계 및;
- 제 1 섹션 상에 외부로부터 배열되고, 밀봉 콘을 내부 윤곽에 압력 밀착 프레스 피트(press fit)로 유지하는 고정 수단에 의해 넥형 개방 덕트의 밀봉 콘과 내부 윤곽 사이에 압력 밀봉을 확립하는 단계.
따라서, 내부 용기를 위한 연결 부재를 갖는 폴캡의 제조하기 쉬운 방법이 제공되며, 이는 전체 수명 동안 내부 용기(라이너)와 누출 방지 방식으로 연결 상태를 유지하는 데 적합하다.
다른 실시예에서 상기 방법은 덕트의 외형이 반경 방향으로 변형되는 것을 방지하기 위해 부착 요소를 넥형 덕트에 부착하는 추가 단계를 포함하고, 여기서 상기 부착 요소는 제 1 접촉 영역을 포함하며, 상기 제 1 접촉 영역은 외부를 따라 넥형 덕트로부터 반경 방향으로 평면으로 연장되고 외부의 윤곽에 적합하며 섬유 복합 재료와 권취를 위해 넥형 덕트의 외부 형상에 적합한 내부 형상을 갖는 제 2 접촉 영역이 제공된다.
방법의 실시예는 기밀 밀봉의 설정단계가 다음의 단계를 포함하는 상기 제 1 섹션 상에 외부로부터 배열되는 고정수단은 클램핑 너트 또는 스프링 링 인 것을 특징으로 하는 방법이다.
- 외부로부터 제 1 섹션 상에 나사로 결합된 클램핑 너트의 수단에 의해 밀봉 콘에 인장력을 가하는 단계, 또는
- 밀봉 콘을 넥형 개방 덕트 내로 가압하는 단계로서 밀봉 콘은 종축을 따라 이에 위치된 스프링 링에 맞게 제 1 섹션에 링 오목부를 포함하며, 스프링 링이 밀봉 콘의 링 오목부 내로 체결되는 단계로서, 스프링 링은 상기 밀봉 콘의 제 1 섹션을 따라 연장되는 상기 부착 요소의 제 2 접촉 영역의 내부 형상으로 오목부 내에 탄성적으로 유지되는 단계.
본 발명은 또한 다음의 단계를 포함하는 본 발명에 따른 섬유 강화 압력용기의 제조 방법에 관한 것이다:
- 플라스틱 재료로 제조된 실린더형 중앙부의 제공단계와;
- 적어도 하나의 폴캡이 본 발명에 따른 폴캡이고, 중앙부의 폐쇄를 위해 플라스틱 재료로 제조된 2개의 폴캡을 제공하는 단계와;
- 플라스틱 재료로 만들어진 내부 용기를 제조하기 위해 압력 포트 요소가 중앙부에 이미 연결된 폴캡을 포함하는 폴캡의 용접단계 및;
- 섬유 강화 압력용기를 제조하기 위한 섬유 복합 재료로 내부용기를 권취하는 단계.
본 발명의 이들 및 다른 태양은 아래와 같이 도면에 상세하게 도시되어 있다.
본 발명은 폴캡의 구조에 의해 압력용기의 섬유 강화가 실패하는 압력까지 적합하게 되어 밀봉용기의 밀봉 효과는 압력용기 내의 고압하에서 추가로 증가될 뿐만 아니라 밀봉 콘의 설계로 인해 압력용기의 내부를 향하는 밀봉 콘의 표면적은 압력용기의 외부를 향하는 밀봉 콘의 표면적보다 크게 되어 가스 압력에 의해 곱해진 표면적의 차이는 밀봉 효과의 방향으로 압력에 비례하는 힘을 생성하므로 가스 압력은 더 높은 압력으로 더 높은 밀봉 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 압력 포트 요소를 갖는 본 발명에 따른 폴캡의 일 실시예를 나타낸 도면,
도 2는 압력 포트 요소를 갖는 본 발명에 따른 폴캡의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 폴캡을 갖는 본 발명에 따른 압력용기의 일 실시예를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 폴캡을 갖는 본 발명에 따른 압력용기의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 폴캡을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 섬유 강화 압력용기를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1은 압력용기(100)의 기밀 폐쇄에 적합한 압력 포트 요소(2)를 갖는 본 발명에 따른 폴캡(1)의 일 실시예를 도시한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이 폴캡(1)은 압력용기(100)의 추후 폐쇄를 위해 압력용기의 내부를 향하는 내면(11)과, 압력용기(100)의 폐쇄 후 섬유 복합 재료(3)와 권취를 위해 제공된 외면(12) 및, 내면(11)과 외면(12) 사이의 제 2 섹션에서 원뿔형 내부 윤곽(13i)으로 외향 돌출하는 넥형 개방 덕트(13)를 포함하며, 이는 각각 플라스틱 물질로 만들어진 이 영역에서 넥형 개방 덕트 덕트(13)를 따라 외측으로 테이퍼지고, 상기 폴캡(1)은 넥형 개방 덕트(13)의 폐쇄를 위해 넥형 개방 덕트(13)에 연결된 압력 포트 요소(2)를 더 포함하며, 상기 압력 포트 요소(2)는 넥형 개방 덕트(13)를 통해 외부로 돌출된 제 1 섹션(21a)을 갖는 금속으로 만들어진 밀봉 콘(21)을 포함하고, 적어도 넥형 개방 덕트(13)의 영역에서 그 원뿔형 내부 윤곽(13i)에 대응하는 제 2 섹션(21b)을 구비한다. 상기 제 2 섹션(21b)은 폴캡(1)의 외면(12)을 향해 내면(11) 상에 또는 그 위에 원형 제 1 표면(A1) 및 원형 제 2 표면(A2)을 갖는 넥형 개방 덕트(13)의 종방향(LR)에서 내부 윤곽(13i)에 대응하는 외부 원뿔 형상을 구비하며, 이 실시 예에서 원형 제 1 및 제 2 표면(A1, A2)은 넥형 개방 덕트(13)의 종 방향에 수직으로 정렬되고, 상기 밀봉 콘(21)은 또한 유체 또는 가스로 차후 압력용기(100)를 채우거나 그의 배출을 위해 실린더형 통로 채널(21D)을 내부에 구비하며, 상기 원형 제 1 표면(A1)이 상기 원형 제 2 표면(A2)보다 크고 압력용기(100)의 높은 내부 압력이 상기 원형 제 1 표면(A1)에 가해지기 때문에, 상기 원형 제 1 표면(A1)과 원형 제 2 표면(A2) 사이의 표면 비율에 대응하여 밀봉 콘(21)은 압력용기의 내부 압력으로 인해 넥형 개방 덕트(13)의 원뿔형 내부 윤곽(13i)으로 이미 가압되어 밀봉 콘(21)과 넥형 개방 덕트(13) 사이의 우수한 밀봉 효과가 보장된다. 또한, 원뿔형 내부 윤곽(13i)으로의 기밀 밀봉을 위해 상기 밀봉 콘(21)은 제 1 섹션(21a)의 외면에 배열된 고정수단(22)으로 외부에서 제 1 섹션(21a)에 나사 결합된 클램핑 너트(22z)의 수단에 의해 가압되며, 넥형 개방 덕트(13)의 목 선단(13h)에서 클램핑 너트는 넥형 개방 덕트(13)의 원주 에지(13r)를 목 선단(13h)에서 가압하고, 그 결과 밀봉 콘(21)이 넥형 개방 덕트(13) 내로 당겨지며, 상기 클램핑 너트(22z)의 수단에 의해 넥형 개방 덕트(13) 내 밀봉 콘(21)의 고정 시트가 또한 스테이지에서 보장되고, 여기서 상기 폴캡(1)이 내부용기의 중앙부에 아직 용접되지 않았거나 이후 압력용기(100)에 아직 내부 압력이 가해지지 않는다. 이 때문에 밀봉 콘(21)은 클램핑 너트(22z)의 조립을 용이하게 하는 제 2 섹션(21b)과 함께 내면(11) 넘어 넥형 개방 덕트(13) 밖으로 돌출되고, 상기 밀봉 콘(21)의 제 2 섹션(21b)에서 클램핑 너트(22z) 및 대응 나사산(16)의 형상은 당업자에 의해 적절하게 설계될 수 있으며, 바람직하게 넥형 개방 덕트(13)의 원뿔형 내부 윤곽(13i)은 또한 외면(12)의 목 선단(13h)까지 내면(11)으로부터 연장될 수 있다.
도 2는 압력 포트 요소(2)를 갖는 본 발명에 따른 폴캡(1)의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서 폴캡(1)은 도 1의 폴캡에 더하여 넥형 개방 덕트(13)에 부착되는 부착 요소(14)를 더 포함하고, 상기 부착 요소(14)는 제 1 접촉 영역(14a)을 포함하며, 이는 외면(12)을 따라 넥형 개방 덕트(13)로부터 반경 방향으로 평면 방식으로 연장되고 외면(12)의 윤곽에 적합하며 섬유 복합 재료(3)와 권취를 위해 제공된다.
상기 외면(12)은 제 1 접촉 영역(14a) 외부 외면(12)의 윤곽이 넥형 개방 덕트(13) 방향으로 외면(12) 상의 제 1 접촉 영역(14a)과의 영역의 변화없이 계속 유지되는 방식으로 부착 요소(14)가 각각 수용되는 단부에 함몰부를 가지며, 상기 부착 요소(14)는 넥형 개방 덕트(13)의 종방향을 따라 넥형 덕트를 덮기 위한 제 2 접촉 영역(14b)을 추가로 포함하고, 상기 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상은 여기서 원뿔형 내부 윤곽(13i) 주위에 원통형 형상을 갖는다. 이에 상응하여 제 2 접촉 영역(14b)의 내부 형상은 마찬가지로 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상의 치수에 적합한 원통형 형상을 가지므로 제 2 접촉 영역(14b)은 반경 방향(RR)에서 넥형 개방 덕트(13)의 외형의 변형을 방지하고, 또한 이 실시예에서 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상은 목 선단(13h)에서 원주 에지(13r)를 포함하며, 여기서 제 2 접촉 영역(14b)은 원주 에지(13r)를 위쪽으로(종방향에 수직으로) 덮는 방식으로 형성되어 넥형 개방 덕트(13)의 외형의 변형이 또한 반경 방향(RR)에 수직으로 방지된다. 상기 제 2 접촉 영역(14b)은 밀봉 콘의 제 1 섹션(21a)을 따라 더 연장되고, 여기서 제 1 섹션(21a)에는 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역(14b)에 대한 기밀 밀봉을 위해 제 1 섹션(21a), 예를 들면, O-링 시일 둘레에 밀봉(23)이 배치된다. 여기서, 상기 부착 요소(14)는 제 2 접촉 영역(14b) 위에 종방향(LR)으로 배열된 제 3 영역(14c)을 추가로 포함하고, 상기 제 3 영역(14c)은 제 1 섹션(21a)과 대향하는 내면(14i)을 포함하며, 이는 반경 방향(RR)에서 밀봉 콘(21)의 내면(14i)과 제 1 섹션(21a) 사이의 원주 방향 갭(15)을 형성하여 이 갭(15)에서 제 1 섹션(21a) 상에 외부로부터 배열되는 고정수단(22)의 클램핑 너트(22z)가 밀봉 콘(21) 상에 배열되고 그 위에 나사 결합될 수 있고, 상기 제 3 영역(14c) 아래의 제 2 접촉 영역(14b)은 클램핑 너트(22z)를 위한지지영역(14z)을 형성하여 클램핑 너트(22z)의 수단에 의한 부착 요소(14)는 상기 넥형 개방 덕트(13)를 누르는 폴캡(1)상의 지지 영역(14z)을 통해 추가로 고정되도록 한다. 상기 밀봉 콘(21)의 제 2 섹션(21b)에서 클램핑 너트(22z) 및 대응 나사산(16)의 형상은 당업자에 의해 적절하게 설계될 수 있고, 부가적으로 또는 대안 적으로 다른 실시예에 따르면, 이 실시 예에서 상기 제 2 접촉 영역(14b)을 갖는 부착 요소(14)는 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상에 나사 결합되며, 이 경우에 상기 부착 요소(14)는 외면(12)과 제 1 접촉 영역(14a)이 넥형 개방 덕트(13) 상에 직접 접촉할 때까지 위에서 나사 결합되고, 이 경우에 상기 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역(14b)은 폴캡(1)의 적어도 넥형 개방 덕트(13)의 플라스틱 재료가 연질 플라스틱 재료인 한, 이 나사 체결 단계를 위해 셀프 태핑 나사(16)를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상에는 나사산이 배치되지 않을 것이다. 플라스틱 재료가 셀프 태핑하기에 너무 단단하다면, 대응하는 나사산이 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상 및 제 2 접촉 영역 (14b)의 내부 형상 상에 배열될 필요가 있을 것이고, 압력용기의 내부 및 외부의 유체 또는 가스의 유입 및 유출을 위해 밸브 컨넥션이 밀봉 콘(21) 상에 배치되며, 이는 상응하는 유입 및/또는 배출 개구, 유입 및/또는 배출 개구를 위한 작동 장치 및 필요한 경우 압력 디스플레이와 같은 다른 구성 요소를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 바와 같이 고정수단(22)로서 클램핑 너트(22z)가 스프링 링(22f)으로 대체된 압력 포트 요소(2)를 갖는 본 발명에 따른 폴캡(1)의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 경우 상기 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역(14b)의 내부 형상은 밀봉 콘(21)의 제 1 섹션(21a)을 따라 유사하게 연장되고, 제 1 섹션(21a)의 반대 영역에 오목부(14d)를 가지며, 여기서 제 1 섹션(21a) 상에 외부로부터 배열되는 고정수단(22)은 탄성 스프링 링(22f; 검은색 원)의 형태로 배열되고, 밀봉 콘(21)의 제 1 섹션(21a)은 스프링 링{(22f; 여기서 스프링 링(22f)에 의해 완전히 채워짐)}에 적합한 링 오목부(21e)를 포함하며, 이에 적합한 위치에서 상기 스프링 링(22f)은 종축(LR)을 따라 밀봉 콘(21)을 가압한 후 넥형 개방 덕트(13) 내로 래치되고, 이에 따라 내부 윤곽(13i)에서 도시된 바와 같이 기밀 프레스 피트(press fit)로 밀봉 콘(21)을 고정시키며, 또한 도 2에 도시된 바와 같이 밀봉 링(23)이 배치된다. 상기 밀봉 링(23)에 대한 자세한 내용은 도 2에서 참조된다.
도 4는 본 발명에 따른 폴캡(1)을 갖는 본 발명에 따른 압력용기(100)의 일 실시예를 도시한 것이다. 여기서, 섬유 강화 압력용기(100)는 실린더형 중앙부(120) 및 각각의 경우 양측에서 닫는 중앙부(120)의 양 측면에 배열된 2 개의 폴캡(1, 1 ')을 갖는 플라스틱 재료로 만들어진 내부용기(110)를 포함하고, 폴캡(1, 1 ')뿐만 아니라 중앙부(120)는 플라스틱 재료로 제조되기 때문에 상기 폴캡(1, 1')은 종래의 용접 방법을 사용하여 중앙부(120)에 기밀 방식으로 연결될 수 있어 내부용기(110)는 완전하게 제조된다. 이러한 방식으로 원하는 적용을 위해 내부용기(110)를 강화하기 위해 섬유 복합 재료(3)로 제조된 외부층이 제조 후에 내부용기(110)에 권취되고, 최종 압력용기(100)는 압력 하중에 대해 필요한 강도를 갖는다.
도 5는 본 발명에 따른 폴캡(1)을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법(200)의 일 실시예를 도시한 것이다. 폴캡의 상세한 특정 실시예를 위해 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 방법(200)은 압력용기(100)의 추후 폐쇄를 위한 내면(11)과, 폐쇄후 섬유 복합 재료(3)와 권취를 위한 외면(12) 및, 압력 포트 요소(2)의 일부로서 밀봉 콘(21)의 후속 도입을 위해 내부 윤곽(13i)으로 외면(12)으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 넥형 개방 덕트(13)를 갖는 폴캡(1)의 제공 단계(210)와; 제 1 섹션(21a)이 넥형 개방 덕트(13)로부터 바깥쪽으로 돌출하고, 밀봉 콘(21)이 적어도 넥형 개방 덕트(13)의 영역에서 적어도 제 1 섹션 (21a)의 방향으로 원뿔형 방식으로 테이퍼링되는 제 1 섹션(21a) 및 제 2 섹션(21b)을 포함하며, 내부 윤곽(13i)으로부터 넥형 개방 덕트(13)로 금속으로 제조된 밀봉 콘(21)의 도입단계(220) 및; 제 1 섹션(21a) 상에 외부로부터 배열되고, 밀봉 콘(21)을 내부 윤곽(13i)에 기밀프레스 피트(press fit)로 유지하는 고정수단(22)의 수단에 의해 넥형 개방 덕트(13)의 밀봉 콘(21)과 내면(14i) 사이에 기밀 밀봉을 확립하는 단계(260)로 이루어진다. 이 경우 일 실시예에서 방법(200)은 넥형 개방 덕트(13)의 외형이 반경 방향(RR)으로 변형되는 것을 방지하기 위해 부착 요소(14)를 넥형 개방 덕트(13)에 부착하는 추가 단계(230)를 포함할 수 있으며, 여기서 부착 요소(14)는 외면(12)을 따라 넥형 개방 덕트(13)로부터 반경 방향 평면 방향으로 연장되고 외면(12)의 윤곽에 적합하며 섬유 복합 재료(3)와 권취를 위해 제공되는 제 1 접촉 영역(14a) 및 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상에 적합한 내부 형상을 갖는 제 2 접촉 영역(14b)을 포함하고, 제 1 섹션(21a) 상에 외부로부터 배열된 고정수단(22)이 클램핑 너트(22z) 또는 스프링 링(22f)인 경우, 기밀 밀봉의 설정 단계(240)는 외부로부터 제 1 섹션(21a) 상에 나사 결합된 클램핑 너트(22z)의 수단에 의해 밀봉 콘(21) 상에 인장력을 가하는 단계(240) 또는 밀봉 콘(21)을 넥형 개방 덕트(13)에 밀봉하는 압입단계(250)를 포함할 수 있으며, 제 1 섹션(21a)의 밀봉 콘(21)은 종축(LR)을 따라 이에 위치된 위치에서 스프링 링(22f)에 적응된 링 오목부(21e) 및 스프링 링(22f)을 밀봉 콘(21)의 링 오목부(21e)에 잠그는 후속 잠금단계(255)를 포함하고, 여기서 스프링 링(22f)은 밀봉 콘(21)의 제 1 섹션(21a)을 따라 연장되는 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역(14b)의 내부 형상으로 오목부(14d)에 탄성적으로 유지된다.
도 6은 본 발명에 따른 섬유 강화 압력용기(100)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법(300)의 일 실시예를 도시한 것이다. 상기 방법(300)은 플라스틱 재료로 제조된 실린더형 중앙부(120)의 제공 단계(310)와, 중앙부(120)의 폐쇄를 위해 플라스틱 재료로 제조된 2 개의 폴캡(1, 1')의 제공단계(320), 폴캡(1, 1') 중 하나는 본 발명에 따른 폴캡(1)이며, 폴캡(1)의 용접부 (330)는 플라스틱 재료로 만들어진 내부용기(110)를 제조하기 위해 압력 포트 요소(2)를 중앙부(120)에 이미 연결한 폴캡(1)을 포함하는 폴캡(1, 1')의 용접단계(330) 및, 섬유 강화 압력용기(100)를 제조하기 위한 섬유 복합 재료(3)를 갖는 내부용기(110)의 권취단계(340)을 포함한다. 이를 위해 바람직하게는 내부 포트 (110)의 모든 표면은 압력 포트 요소(2)를 제외하고 섬유 복합 재료(3)로 권취되고, 내부용기(110; 플라스틱 재료 라이너)를 제조하기 위한 용접 방법은 예비 제품, 압출 튜브(중앙부 (120)) 및 사출 성형 폴캡(1)으로 인해 소, 중 및 대량에 적합하고, 매우 간단하고 비용 효율적인 방식으로 생산할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이 방법(200)은 다른 방법으로는 불가능하기 때문에 이 방법으로만 압력 포트 요소(2; 또는 밸브 요소)가 폴캡(1)의 양면(11, 12)으로부터 장착 될 수 있다는 점에서 특히 적합하다. 이는 폴캡(1)의 양면(11, 12)이 여전히 자유롭게 접근 할 수있는 한 용접 공정 이전에 수행 될 수 있으며, 이는 다른 방법(로토 몰딩 또는 호스 블로잉 방법)으로는 불가능하거나 또는 넥형 개방 덕트(13; 폴캡 개구부)의 수단에 의해 가능하다.
여기에 도시된 실시예는 본 발명의 예만을 구성하므로 제한하는 것으로 이해되어서는 안되며, 당업자에 의해 고려되는 대안적인 실시예는 본 발명의 범위 내에있음은 물론이다.
1, 1' : 폴캡 11 : 폴캡의 내면
12 : 폴캡의 외면 13 : 외부로 돌출된 넥형 개방 덕트
13i : 내부 윤곽 13h : 넥형 개방 덕트의 목 선단
13r : 목 선단의 원주 에지 14 : 부착 요소
14a : 부착 요소의 제 1 접촉 영역 14b : 부착 요소의 제 2 접촉 영역
14z : 클램핑 너트에 대한 제 2 접촉 영역의 지지 영역
14c : 부착 요소의 제 3 영역
14d : 제 2 접촉 영역 내부 윤곽의 오목부
14i : 부착 요소의 제 3 영역의 내면
15 : 내면(14i)과 제 1 섹션(21a) 사이의 갭
16 : 나사산(부착 요소 또는 클램핑 너트용)
2 : 압력 포트 요소 21 : 밀봉 콘
21a : 밀봉 콘의 제 1 섹션 21b : 밀봉 콘의 제 2 섹션
21D : 밀봉 콘의 통로 채널 21e : 밀봉 콘의 제 1섹션에 있는 링홈
22 : 고정수단 22f : 고정수단으로 스프링 링
22z : 고정수단으로 클램핑 너트 23 : 밀봉
24 : 밸브 부착 3 : 섬유 복합 재료
100 : 본 발명에 따른 압력용기 110 : 내부용기
120 : 내부 용기의 실린더형 중앙부
200 : 본 발명에 따른 폴캡의 제조방법
210 : 폴캡의 제공단계
220 : 넥형상 개방 덕트에 밀봉 콘 도입단계
230 : 넥형상 개방 덕트에 부착 요소 부착단계
240 : 외부에서 제 1 섹션에 나사로 조인 클램핑 너트를 사용하여 밀봉 콘에 인장력을 가하는 단계
250 : 밀봉 콘을 넥형상 개방 덕트에 압입단계
255 : 밀봉 콘의 링홈에 스프링 링의 후속 잠금단계
260 : 밀봉 콘과 덕트 내부 사이에 압력 밀봉단계
300 : 본 발명에 따른 섬유 강화 압력용기의 제조방법
310 : 플라스틱 재질의 실린더형 중앙부 제공단계
320 : 플라스틱 재질로 만들어진 2 개의 폴캡 제공단계
330 : 중앙부에 폴캡 용접단계
340 : 섬유 복합 재료로 내부용기를 권취하는 단계
A1 : 내면(11)을 향하는 밀봉 콘의 제 1 표면
A2 : 외면(12)을 향하는 밀봉 콘의 제 2 표면
FVM : 섬유 복합 재료 LR : 종방향
RR : 반경방향 Z : 원통형 중앙부의 실린더 축

Claims (16)

  1. 폴캡(1)은 압력용기(100)의 추후 폐쇄를 위한 내면(11)과, 상기 압력용기 (100)의 폐쇄 후 섬유 복합 재료(3)와 권취를 위한 외면(12)과, 외부로 돌출된 내부 윤곽(13i)을 갖는 넥형 개방 덕트(13) 및, 각각이 플라스틱 재료로 만들어진 넥형 개방 덕트(13)의 폐쇄를 위해 넥형 개방 덕트(13)에 연결된 압력 포트 요소(2)를 포함하고, 상기 압력 포트 요소(2)는 넥형 개방 덕트(13)를 통해 외부로 돌출된 제 1 섹션(21a) 및 제 1 섹션(21a)의 방향으로 원뿔형 방식으로 상기 넥형 개방 덕트(13)의 영역에서 적어도 테이퍼링되는 제 2 섹션(21b)을 갖는 금속으로 제조된 밀봉 콘(21)을 포함하며, 내부 윤곽(13i)에 기밀 프레스 피트로 외부로부터 제 1 섹션(21a) 상에 배열된 고정수단(22)의 수단에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 압력용기(100)의 기밀 밀폐를 위한 폴캡.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 내부 윤곽(13i)은 넥형 개방 덕트(13)를 따라 외향으로 원뿔형 방식으로 적어도 넥형 개방 덕트(13)의 영역에서 테이퍼되고, 상기 권뿔형 내부 윤곽(13i) 프레스 피트는 상기 원뿔형 제 2 섹션(21b)에 맞추어지고, 상기 넥형 개방 덕트(13)의 원뿔형 내부 윤곽(13i)은 내면(11)으로부터 외면(12) 상 목 선단(13h)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉 콘(21)은 제 2 섹션(21b)과 함께 넥형 개방 덕트(13)로부터 내면(11)을 넘어 돌출된 것을 특징으로 하는 폴캡.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 폴캡(1)은 넥형 개방 덕트(13)에 부착하기 위한 부착 요소(14)를 더 포함하고, 상기 부착 요소(14)는 넥형 개방 덕트(13)로부터 외면(12)을 따라 반경 방향 평면 방식으로 연장되고 외면(12)의 윤곽에 맞추어 지며, 섬유 복합 재료와 권취를 위해 제공되는 제 1 접촉 영역(14a)을 포함하고, 그 내부 형상은 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상에 적합한 방식으로 제 2 접촉 영역(14b)을 포함하며, 상기 제 2 접촉 영역(14b)은 넥형 개방 덕트(13)의 외형이 반경 방향(RR)으로 변형되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  5. 제 4항에 있어서, 목 선단(13h)에서 넥형 개방 덕트(13)의 외형은 원주 에지(13r)를 포함하고, 상기 제 2 접촉 영역(14b)은 원주 에지(13r)를 적어도 부분적으로 커버하여 넥형 개방 덕트(13)의 외형의 변형이 반경 방향(RR)에 수직으로 방지되는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 2 접촉 영역(14b)은 밀봉 콘(21)의 제 1 섹션 (21a)을 따라 연장되며, 상기 제 1 섹션(21a)은 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역 (14b)에 대해 기밀 밀봉을 위해 제 1 섹션(21a) 둘레에 원주상으로 배열된 밀봉(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  7. 제 4항 내지 제 6항에 있어서, 상기 제 1 섹션 (21a) 상에 외부로부터 배열되는 고정수단(22)은 제 1 섹션(21a) 상에 나사 결합된 클램핑 너트 (22z)이며, 제 2 섹션(21b)은 기밀 밀봉을 위해 내부 윤곽(13i) 내로 가압되는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  8. 제 7항에 있어서, 부착 요소(14)는 제 2 접촉 영역(14b) 위의 종방향(LR)으로 제 3 영역(14c)을 더 포함하고, 제 1 섹션(21a)과 대면하는 내면(14i)을 포함하며, 제 3 영역(14c)의 상기 내면(14i)은 반경 방향(RR)에서 밀봉 콘(21)의 내면(14i)과 제 1 섹션(21a) 사이에 원주 방향 갭(15)이 형성되는 방식으로 배열되고, 상기 갭(15)은 클램핑 너트(22)의 수용을 위해 제공되고 설계되는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  9. 제 4항 내지 제 6항에 있어서, 상기 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역(14b)의 내부 형상은 밀봉 콘(21)의 제 1 섹션(21a)을 따라 연장되고, 제 1 섹션(21a)의 반대쪽 영역에 오목부(14d;recess)를 구비하며, 제 1 섹션(21a) 상에 외부로부터 배열되는 고정수단(22)이 탄성 스프링(22f)의 형태로 배열되고, 밀봉 콘(21)의 제 1 섹션 (21a)은 스프링 링(22f)에 링 오목부(21e;recess)를 포함하며, 스프링 링( 22f)에서 밀봉 콘(21)을 넥형 개방 덕트(13) 내로 압입 한 후 밀봉 콘(21)을 내부 윤곽(13i)에 기밀 프레스 피트로 고정시키는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  10. 제 4항 내지 제 9항에 있어서, 상기 제 2 접촉 영역(14b)을 갖는 부착 요소 (14)는 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상에 나사 결합되며, 상기 부착 요소(14)와 같은 방식으로 구성된 상기 부착 요소(14) 및 넥형 개방 덕트(13)는 외부면(12)과 제 1 접촉 영역(14a)이 넥형 개방 덕트(13) 상으로 직접 접촉할 때까지 위에서 나사로 고정되는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 폴캡(1)의 적어도 넥형 개방 덕트(13)의 플라스틱 재료는 연질 플라스틱 재료이고 상기 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역(14b)에는 폴캡(1) 상에 자동 절단 나사를 위한 나사산(16)이 제공되는 것을 특징으로 하는 폴캡.
  12. 섬유 강화 압력용기(100)는 실린더형 중심부(120) 및 섬유 복합 재료(3)로 제조된 내부용기(110)에 감겨진 측면 및 외층 상에 실린더형 중심부(120)를 각각 폐쇄하는 2 개의 폴캡(1, 1 ')을 포함하고, 상기 폴캡(1) 중 하나는 제 1 항에 따라 구성되는 방법.
  13. 제 1 항에 따른 압력용기(100)의 기밀 폐쇄를 위한 플라스틱 재료로 제조된 폴캡(1)을 다음의 단계로 제조하는 방법(200).
    - 압력용기(100)의 추후 폐쇄를 위한 내면(11)과, 압력용기(100)의 폐쇄 후 섬유 복합 재료 (3)와 권취를 위한 외면(12) 및, 압력 포트 요소(2)의 일부로서 밀봉 콘(21)의 후속 도입을 위해 내부 윤곽(13i)으로부터 외면(12)으로 돌출하는 넥형 개방 덕트(13)를 갖는 폴캡(1)의 제공단계(210)와;
    - 제 1 섹션(21a)이 넥형 개방 덕트(13)로부터 외부로 돌출하고, 밀봉 콘(21)이 적어도 넥형 개방 덕트(13)의 영역에서 제 1 섹션 (21a)의 방향으로 원뿔형 방식으로 테이퍼링되는 제 1 섹션(21a) 및 제 2 섹션(21b)을 포함하며, 내부 윤곽(14i)으로부터 넥형 개방 덕트(13)로 금속으로 제조된 밀봉 콘(21)의 도입단계(220) 및;
    - 제 1 섹션(21a) 상에 외부로부터 배열되고, 밀봉 콘(21)을 내부 윤곽 (13i)에 압력 기밀 프레스 피트(press fit)로 유지하는 고정 수단(22)에 의해 넥형 개방 덕트(13)의 밀봉 콘(21)과 내면(14i) 사이에 압력 밀봉을 확립하는 단계 (260).
  14. 제 13 항에 있어서, 부착 요소 (14)는 제 1 접촉 영역 (14a)을 포함하고, 상기 넥형 개방 덕트(13)로부터 외면(12)을 따라 반경 방향으로 평면 방식으로 연장되고 외면(12)의 윤곽에 맞추어 섬유 복합 재료(3)와 권취가 제공되며, 넥형 개방 덕트(13)의 외부 형상에 맞추어 내부 형상을 갖는 제 2 접촉 영역(14b)을 포함하고, 반경 방향(RR)으로 넥형 개방 덕트(13)의 외형의 변형을 방지하기 위해 부착 요소(14)를 넥형 개방 덕트(13)에 부착하는 단계(230)를 더 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 기밀 밀봉의 설정단계(240)가 다음의 단계를 포함하는 상기 제 1 섹션(21a) 상에 외부로부터 배열되는 고정수단(22)은 클램핑 너트(22z) 또는 스프링 링(22f) 인 것을 특징으로 하는 방법.
    - 외부로부터 제 1 섹션(21a) 상에 나사로 결합된 클램핑 너트(22z)의 수단에 의해 밀봉 콘(21)에 인장력을 가하는 단계(240), 또는
    - 밀봉 콘(21)을 넥형 개방 덕트(13) 내로 가압하는 단계(250)로서 밀봉 콘(21)은 종축을 따라 이에 위치된 스프링 링(22f)에 맞게 제 1 섹션(21a)에 링 오목부(21e)를 포함하며, 스프링 링(22f)이 밀봉 콘(21)의 링 오목부(21e) 내로 체결되는 단계로서, 스프링 링(22f)은 상기 밀봉 콘(21)의 제 1 섹션(21a)을 따라 연장되는 상기 부착 요소(14)의 제 2 접촉 영역(14b)의 내부 형상으로 오목부(14d) 내에 탄성적으로 유지되는 단계.
  16. 다음의 단계를 포함하는 제 12 항에 따른 섬유 강화 압력용기(100)의 제조방법(300).
    - 플라스틱 재료로 제조된 실린더형 중앙부(21)의 제공단계(310)와;
    - 적어도 하나의 폴캡(1, 1')이 제 1 항에 따른 폴캡(1)이고, 중앙부(120)의 폐쇄를 위해 플라스틱 재료로 제조된 2개의 폴캡(1, 1 ')을 제공하는 단계(320)와;
    - 플라스틱 재료로 만들어진 내부용기(2)를 제조하기 위해 압력 포트 요소(2)가 중앙부(120)에 이미 연결된 폴캡(1)을 포함하는 폴캡(1, 1 ')의 용접단계(330) 및;
    - 섬유 강화 압력용기(100)를 제조하기 위한 섬유 복합 재료(3)로 내부용기 (110)를 권취하는 단계(340).
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