KR20210020955A - 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 저장 용기 - Google Patents

가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 저장 용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 저장 용기에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법은 2 이상의 가스 저장 용기용 부재의 리브를 고정지그에 결합시켜 고정시키는 단계; 상기 각 부재의 접합대상부를 가열하는 단계; 상기 가열된 2 이상의 부재의 접합대상부를 용착시키는 단계; 및 상기 리브를 커팅하는 단계;를 포함한다.

Description

가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 저장 용기 {MANUFACTURING METHOD FOR GAS CONTAINER USING A CONTAINER MEMBER FOR GAS CONTAINER AND GAS CONTAINER MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 저장 용기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 고압 가스 저장에 사용되는 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 저장 용기에 관한 것이다.
다양한 종류의 가스를 필요에 따라 저장 및 배출하기 위하여 가스 저장 용기가 사용되고 있다. 상기 가스 저장 용기에 기체를 저장시, 저장 밀도가 낮기 때문에 고압으로 저장하는 것이 효율적이나, 고압 저장으로 인한 폭발 위험성이 높아지는 문제가 있었다.
연료가스 저장용기 중 복합재 용기의 경우, 수소 가스의 높은 내압을 견디기 위해 비강도 및 비강성이 높은 탄소섬유 및 유리섬유 등의 섬유강화 복합재료로 외피가 보강되며, 내부에는 가스의 기밀성을 유지하는 라이너가 삽입된다. 이때, 2 개의 반구 형태를 갖는 라이너가 접합되어 하나의 저장 용기를 구성하며 접합부를 열을 가해서 융착하는 기술인 열 융착 기술을 사용하고 있었다.
상기 연료 가스, 특히 수소의 저장 용기는 라이너의 재질에 따라 형태가 나누어지게 되는데, 알루미늄과 같은 금속재질의 라이너가 삽입된 용기를 타입 3(type 3) 및 고밀도의 폴리머 재질의 라이너가 삽입된 용기를 타입 4(type 4)로 구분한다. 상기 타입 3는 상대적으로 안정적이지만 고가이며 내피로특성이 떨어지는 단점이 있으며, 타입 4 용기는 상대적으로 저렴하고 내피로특성이 우수하지만 수소의 누출 및 내투과성능이 떨어지는 등 안정성의 문제가 있었다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2018-0114152호(2018.10.17. 공개, 발명의 명칭: 고압 가스 저장 용기 및 고압 가스 저장 용기의 제조 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 가스 저장 용기 접합부의 기계적 강도가 우수하며, 접합부의 가스 누출 방지효과가 우수한 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가스 저장 용기 접합면의 품질이 우수한 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 경량성, 생산성 및 경제성이 우수한 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 가스 저장 용기 제조방법을 이용하여 제조된 가스 저장 용기에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 가스 저장 용기 제조방법은 가스수용부; 및 상기 가스수용부 단부에 형성되는 접합대상부;를 포함하고, 상기 가스수용부의 두께 및 접합대상부의 두께는 1:1.25 내지 1:1.5 두께비로 형성되고, 상기 가스수용부와 상기 접합대상부 사이에는 고정지그와 결합될 수 있는 리브가 형성되며, 상기 리브는 단면이 ㄱ자 형태인 요부가 형성되어 있으며, 돌출부가 형성된 고정지그가 삽입 결합되는 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법이며, 2 이상의 상기 가스 저장 용기용 부재의 리브를 고정지그에 결합시켜 고정시키는 단계; 상기 각 부재의 접합대상부를 가열하는 단계; 상기 가열된 2 이상의 부재의 접합대상부를 용착시키는 단계; 및 상기 리브를 커팅하는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 가열은 열판 또는 적외선을 조사하여 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 가스수용부는 반구 형태로 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 가스 저장 용기용 부재는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 가스 저장 용기 제조방법에 의해 제조된 가스 저장 용기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가스 저장 용기용 부재를 이용하여 가스 저장 용기를 제조시, 상기 가스 저장 용기용 부재의 접합시, 접합대상부에 균일한 하중 인가가 가능하여, 접합부의 기계적 강도 및 접합 품질이 우수하고, 접합부의 가스 누출 방지효과가 우수하며, 경량성, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 가스 저장 용기용 부재를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 가스 저장 용기용 부재의 단면을 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 한 구체예에 따른 고정지그와 결합된 가스 저장 용기용 부재를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 리브 구조에 대한 다양한 구체예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 대한 비교예에 따른 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법을 나타낸 것이다.
도 7(a)는 본 발명에 대한 비교예에 따라 제조된 가스 저장 용기의 사시도이며, 도 7(b)는 상기 비교예 가스 저장 용기의 측면도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
가스 저장 용기용 부재
본 발명의 하나의 관점은 가스 저장 용기용 부재에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 가스 저장 용기용 부재를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 가스 저장 용기용 부재의 단면을 나타낸 것이다. 상기 도 1 및 도 2를 참조하면, 가스 저장 용기용 부재(100)는 가스수용부(101); 및 가스수용부(101) 단부에 형성되는 접합대상부(131);를 포함하며, 상기 가스수용부와 상기 접합대상부 사이에는 고정지그와 결합될 수 있는 리브(111)가 형성된다.
도 3는 본 발명의 한 구체예에 따른 고정지그와 결합된 가스 저장 용기용 부재를 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 리브(111)는, 부재의 외주면을 따라, 단면이 ㄱ자 형태인 요부가 형성되며, 돌출부가 형성된 고정지그(201)가 삽입되어 결합될 수 있다. 상기 조건의 리브(111) 형성시, 고정지그가 리브와 결합되어 가스 저장 용기용 부재들을 서로 평행하게 용착할 수 있으며, 접합대상부 용착시 균일한 하중을 전달하고, 부재의 접합대상부 사이의 틀어짐 또는 단차 발생을 방지할 수 있다. 따라서 접합부 사이의 단차 개선효과 및 접합부 품질이 우수하며, 가스 누출 방지효과가 우수할 수 있다.
도 4는 본 발명의 리브 구조에 대한 다양한 구체예를 나타낸 것이다. 상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 리브(112, 113, 114)는 상기한 단면이 ㄱ자 형태인 요부 이외에도 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 접합대상부의 두께(T2)는 상기 가스수용부(T1)의 두께보다 크다. 본 발명에 따른 용기용 부재는 상기와 같이 접합대상부의 두께가 더 크기 때문에, 접합 면적이 넓어서 틀어짐 없이 융착면이 용이하게 맞닿을 수 있으며, 단단히 고정되어, 접합부의 기계적 물성과 가스 누출 방지 효과가 우수할 수 있다.
상기 접합대상부의 두께(T2)가 상기 가스수용부의 두께(T1)와 동일하거나 작은 경우, 용기용 부재가 중력에 의해 기울어져 용착되거나, 용기용 부재의 접합대상부가 서로 정확하게 닿지 않아 단차가 발생하여 접합부 품질이 저하되며, 가스 누출이 발생할 수 있다.
한 구체예에서 상기 가스수용부의 두께(T1) 및 접합대상부의 두께(T2)는 1:1 초과 내지 1:5 두께비로 형성될 수 있다. 상기 두께비 범위에서 접합부의 품질이 우수하며, 가스 누출 방지효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 1:1.25 내지 1:1.5 두께비로 형성될 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 가스수용부(101)는 반구 형태로 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 가스 저장 용기용 부재는 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지를 포함시 접합이 용이할 수 있다.
예를 들면 상기 열가소성 수지는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르설폰(PES), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리아마이드(PA) 및 폴리염화비닐(PVC) 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 열가소성 수지로 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리아마이드(PA) 일 수 있다.
가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법
본 발명의 다른 관점은 상기 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것이다. 도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법을 모식적으로 나타낸 것이다. 상기 도 5를 참조하면, 상기 가스 저장 용기 제조방법은 (S10) 고정지그 결합단계; (S20) 접합대상부 가열단계; (S30) 용착단계; 및 (S40) 리브 커팅단계;를 포함한다. 좀 더 구체적으로 (S10) 2 이상의 가스 저장 용기용 부재의 리브를 고정지그에 결합시켜 고정시키는 단계; (S20) 상기 각 부재의 접합대상부를 가열하는 단계; (S30) 상기 가열된 2 이상의 부재의 접합대상부를 용착시키는 단계; 및 (S40) 상기 리브를 커팅하는 단계;를 포함한다.
이하, 상기 가스 저장 용기 제조방법을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
(S10) 고정지그 결합단계
상기 단계는, 상기 도 5(a)와 같이 2 이상의 가스 저장 용기용 부재의 리브(111, 112)를 고정지그(201, 202)를 결합시켜 고정시키는 단계이다. 한 구체예에서 상기 가스 저장 용기용 부재는 가스수용부(101, 102); 및 상기 가스수용부 단부에 형성되는 접합대상부(131, 132);를 포함한다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 접합대상부의 두께는 상기 가스수용부의 두께보다 크다. 구체예에서 상기 용기용 부재의 가스수용부 및 용융접합부 사이에 형성된 리브(111, 112)와 상기 고정지그(201, 202)가 결합되어 고정된다.
(S20) 접합대상부 가열단계;
상기 단계는 상기 각 부재의 접합대상부(131, 132)를 가열하는 단계이다. 한 구체예예서 상기 가열은 열판 또는 적외선을 조사하여 이루어질 수 있다. 예를 들면 적외선 발생 수단(H)를 이용하여 각 부재의 접합대상부를 가열하여, 연화시킬 수 있다.
(S20) 용착 단계
상기 단계는 상기 도 5(b)와 같이 상기 가열된 2 이상의 부재의 접합대상부를 용착시키는 단계이다.
(S40) 리브 커팅단계
상기 단계는 상기 도 5(c)와 같이, 상기 부재의 외주면에 돌출된 리브를 커팅하여, 매끄러운 원통형태를 갖는 가스 저장 용기를 제조하는 단계이다.
가스 저장 용기 제조방법을 이용하여 제조된 가스 저장 용기
본 발명의 또 다른 관점은 상기 가스 저장 용기 제조방법을 이용하여 제조된 가스 저장 용기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가스 저장 용기용 부재를 이용하여 가스 저장 용기를 제조시, 상기 가스 저장 용기용 부재의 접합시, 용융접합부에 균일한 하중 인가가 가능하여, 접합부의 기계적 강도 및 접합 품질이 우수하고, 접합부의 가스 누출 방지효과가 우수하며, 경량성, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 및 비교예
실시예
가스 저장 용기용 부재 준비: 도 1과 같이 가스수용부(101, 102) 및 상기 가스수용부 단부에 형성되는 접합대상부(131, 132)를 포함하되, 가스수용부의 두께 및 접합대상부의 두께가 1:1.25~1:1.5 이고, 상기 가스수용부 및 용융접합부 사이에 단면이 ㄱ자 형태인 요부가 형성되어 있는 리브(111)를 포함하며, 폴리아마이드(PA)를 포함하는 가스 저장 용기용 부재를 2개 준비하였다.
도 5(a)와 같이 가스 저장 용기용 부재의 리브(111, 121)에, 고정지그(201, 202)의 돌출부를 결합시켜 고정시키고, 각 가스 저장용기용 부재의 접합대상부 사이에 자외선 발생 수단(H)을 배치하여, 상기 각 부재의 접합대상부를 적외선을 이용하여 가열하여 연화시켰다.
그 다음에, 상기 도 5(b)와 같이 상기 가열된 부재의 접합대상부를 용착시킨 다음, 상기 도 5(c)와 같이 상기 부재의 외주면에 돌출된 리브를 커팅하여 가스 저장 용기를 제조하였다.
비교예 1
도 6은 비교예 1에 따른 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 6과 같이, 가스 저장 용기용 부재의 리브를 고정 지그로 고정하지 않고, 상기 가스 수용부 양 측면에서 하중을 가하여 용착시킨 것을 제외하고 상기 실시예와 동일한 방법으로 가스 저장 용기를 제조하였다.
비교예 2
상기 가스수용부의 두께와, 접합대상부의 두께가 동일한 조건의 가스 저장 용기용 부재를 적용한 것을 제외하고 상기 실시예와 동일한 방법으로 가스 저장 용기를 제조하였다.
상기 실시예의 가스 저장 용기용 부재는, 저장 용기용 부재 사이의 평행이 유지되어 부재간 단차가 발생하지 않았으며, 고압 수소 가스 주입 후에도 접합부의 가스 유출이 발생하지 않았다.
한편 하기 도 7(a)는 상기 비교예 1에 따라 제조된 가스 저장 용기의 사시도이며, 도 7(b)는 상기 비교예 1 가스 저장 용기의 측면도이다. 상기 도 7을 참조하면 가스 저장 용기용 부재를 고정지그를 적용하지 않고 용착시킨 비교예 1의 경우, 부재의 접합대상부에 균일한 하중이 전달되지 않아(도 6 참조), 저장 용기용 부재가 서로 평행하게 용착되지 않고 단차가 발생하였으며, 상기 가스수용부의 두께와, 접합대상부의 두께가 동일한 부재를 적용한 비교예 2 또한 저장 용기용 부재가 서로 평행하게 용착되지 않고 단차가 발생하였다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
100: 가스 저장 용기용 부재
101, 102: 가스 수용부
111, 112, 113, 114, 121: 리브부
131, 132: 접합대상부
201, 202: 고정 지그
211: 돌출부
1000: 가스 저장 용기

Claims (5)

  1. 가스수용부; 및 상기 가스수용부 단부에 형성되는 접합대상부;를 포함하고,
    상기 가스수용부의 두께 및 접합대상부의 두께는 1:1.25 내지 1:1.5 두께비로 형성되고,
    상기 가스수용부와 상기 접합대상부 사이에는 고정지그와 결합될 수 있는 리브가 형성되며,
    상기 리브는 단면이 ㄱ자 형태인 요부가 형성되어 있으며, 돌출부가 형성된 고정지그가 삽입 결합되는 가스 저장 용기용 부재를 이용한 가스 저장 용기 제조방법이며,
    2 이상의 상기 가스 저장 용기용 부재의 리브를 고정지그에 결합시켜 고정시키는 단계;
    상기 각 부재의 접합대상부를 가열하는 단계;
    상기 가열된 2 이상의 부재의 접합대상부를 용착시키는 단계; 및
    상기 리브를 커팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 저장 용기 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열은 열판 또는 적외선을 조사하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 저장 용기 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스수용부는 반구 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 저장 용기 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 저장 용기용 부재는 열가소성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 저장 용기 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 가스 저장 용기 제조방법에 의해 제조된 가스 저장 용기.
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