KR20220090658A - 차량용 고압용기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 고압용기에 관한 것으로서, 라이너(10)의 융착결합부(12)를 지지하도록 라이너(10)에 지지구조물(40)이 결합된 구성으로, 라이너(10)의 융착결합부(12)에 노즐보스(20)를 열융착으로 결합할 때에 지지구조물(40)이 융착결합부(12)를 지지할 수 있게 되고, 이를 통해 노즐보스(20)를 열융착 결합시 융착결합부(12)의 내측방향 밀림현상을 없앨 수 있도록 된 것이다.

Description

차량용 고압용기{HIGH PRESSURE VESSEL FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 고압용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라이너에서 노즐보스가 결합되는 융착결합부에 지지구조물을 설치해서 라이너와 노즐보스의 결합시 라이너의 융착결합부의 밀림현상을 방지할 수 있는 차량용 고압용기에 관한 기술이다.
일반적으로, 압축천연가스(CNG) 차량이나 또는 수소연료전지 차량에는 기체상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장하는 고압용기가 필요하다.
고압용기는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 개구홀(11)이 형성된 융착결합부(12)를 구비한 플라스틱 재질의 라이너(10), 상기 라이너(10)의 융착결합부(12)에 결합된 노즐보스(20), 및 상기 노즐보스(20)에 결합되는 밸브부재(30)를 포함한다.
라이너(10)는 내부가 중공으로 형성되고, 양단에는 노즐보스(20)가 결합되는 융착결합부(12)가 구비되며, 융착결합부(12)의 중심부에 내외부를 관통하도록 개구홀(11)이 형성된다.
라이너(10)는 경량화를 위해 고밀도 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 폴리에스텔 수지와 같은 플라스틱 재질의 패리슨(parison)을 이용해서 블로우 성형(blow molding)으로 제작된다.
노즐보스(20)는 금속 재질의 노즐보스바디(21), 및 플라스틱 재질의 노즐보스베이스(22)를 포함하며, 노즐보스바디(21)와 노즐보스베이스(22)는 나사결합 등을 통해 일체로 결합되어서 한 개의 부품을 이루는 구조이다.
노즐보스바디(21)는 금속 재질의 밸브부재(30)와의 견고한 결합을 위해 금속으로 제작된다.
플라스틱 재질의 노즐보스베이스(22)는 라이너(10)와의 열융착 결합을 위해 라이너(10)와 동일재질인 것이 바람직하고, 사출성형을 통해 제작되어서 노즐보스바디(21)와 일체화를 이루도록 결합된다.
라이너(10)는 플라스틱 용융수지인 패리슨을 블로우 성형을 해서 제작되고, 노즐보스바디(21)와 노즐보스베이스(22)의 조립체로 구성된 노즐보스(20)는 라이너(10)와 별도로 제작되며, 라이너(10)와 노즐보스(20)는 후공정에서 노즐보스베이스(22)가 융착결합부(12)에 열융착으로 결합됨에 따라 라이너(10)의 융착결합부(12)에 노즐보스(20)가 열융착으로 결합된 구조가 된다.
그런데, 노즐보스(20)를 라이너(10)의 융착결합부(12)에 열융착으로 결합하기 위해서는 노즐보스(20)에 힘을 가해 주어야 하는데, 종래의 구조는 노즐보스(20)의 열융착 결합시 라이너(10)의 융착결합부(12)를 지지해줄 만한 구조물이 없어서, 라이너(10)의 융착결합부(12)가 내측으로 밀리는 현상이 발생하는 단점이 있고, 이로 인해 노즐보스(20)의 결합에 불량이 발생하는 단점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
대한민국등록특허공보 제10-0469636호
본 발명은, 융착결합부를 지지하는 지지구조물이 라이너에 구비된 차량용 고압용기의 구성으로, 라이너의 융착결합부에 노즐보스의 열융착 결합시 융착결합부의 밀림현상 발생을 없앨 수 있도록 하고, 이를 통해 노즐보스의 결합 불량을 없앨 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 고압용기는, 개구홀이 형성된 융착결합부를 구비한 라이너; 및 상기 라이너에 결합되고 융착결합부를 지지하는 지지구조물을 포함하고; 상기 융착결합부에 노즐보스가 열융착으로 결합될 때에 지지구조물이 융착결합부를 지지함에 따라 융착결합부의 밀림현상이 방지되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지구조물은 라이너의 내측에서 융착결합부를 지지하도록 라이너에 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 지지구조물은 라이너의 내측에서 융착결합부와 결합되어서 융착결합부를 지지하는 일측의 제1원형링; 상기 융착결합부로부터 라이너의 내측으로 이격되어서 라이너의 내면과 결합되는 타측의 제2원형링; 및 상기 제1원형링과 제2원형링을 연결하는 다수개의 연결로드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2원형링은 제1원형링보다 직경이 더 크게 형성되고; 상기 제2원형링을 연결하는 보강로드;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 라이너는 플라스틱 용융수지인 패리슨이 블로우 성형을 통해 제작되고; 상기 지지구조물은 패리슨이 라이너로 블로우 성형될 때에 패리슨의 내부로 삽입되어서 패리슨과 열융착으로 일체로 결합됨에 따라 라이너의 내부에 지지구조물이 위치하도록 결합된 것을 특징으로 한다.
상기 지지구조물의 열융착 결합을 위해 지지구조물은 라이너와 동일재질인 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 라이너의 양단에 융착결합부가 각각 구비되고; 상기 지지구조물은 2개로 구성되어서 라이너의 양단에 구비된 융착결합부를 모두 지지하도록 라이너에 결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 고압용기는, 라이너의 융착결합부를 지지하도록 라이너에 지지구조물이 결합된 구성으로, 라이너의 융착결합부에 노즐보스를 열융착으로 결합할 때에 지지구조물이 융착결합부를 지지할 수 있게 되고, 이를 통해 노즐보스를 열융착 결합시 융착결합부의 내측방향 밀림현상을 없앨 수 있게 되며, 이 결과 노즐보스의 결합 불량을 없앨 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 고압용기를 설명하기 위한 분해사시도,
도 2는 도 1에서 밸브부재를 제외한 상태의 단면도,
도 3은 본 발명에 따라 라이너에 지지구조물이 결합된 고압용기의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 지지구조물의 사이도,
도 5는 본 발명에 따라 패리슨이 블로우 성형으로 라이너로 제작될 때에 지지구조물이 열융착으로 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부(제어기)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 고압용기에 대해 살펴보기로 하겠는 바, 종래와 동일한 부위에는 동일한 도면부호를 붙이면서 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 차량용 고압용기는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 개구홀(11)이 형성된 융착결합부(12)를 구비한 라이너(10); 및 상기 라이너(10)에 결합되고 융착결합부(12)를 지지하는 지지구조물(40)을 포함하고; 상기 융착결합부(12)에 노즐보스(20)가 열융착으로 결합될 때에 지지구조물(40)이 융착결합부(12)를 지지함에 따라 융착결합부(12)의 밀림현상이 방지되는 것을 특징으로 한다.
차량용 고압용기는 도 1 및 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 개구홀(11)이 형성된 융착결합부(12)를 구비한 플라스틱 재질의 라이너(10), 상기 라이너(10)의 융착결합부(12)에 결합된 노즐보스(20), 및 상기 노즐보스(20)에 결합되는 밸브부재(30)를 포함한다.
라이너(10)는 내부가 중공으로 형성되고, 양단에는 노즐보스(20)가 결합되는 융착결합부(12)가 구비되며, 융착결합부(12)의 중심부에 내외부를 관통하도록 개구홀(11)이 형성된다.
라이너(10)는 경량화를 위해 고밀도 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 폴리에스텔 수지와 같은 플라스틱 재질의 패리슨(parison)을 이용해서 블로우 성형(blow molding)으로 제작된다.
노즐보스(20)는 금속 재질의 노즐보스바디(21), 및 플라스틱 재질의 노즐보스베이스(22)를 포함하며, 노즐보스바디(21)와 노즐보스베이스(22)는 나사결합 등을 통해 일체로 결합되어서 한 개의 부품을 이루는 구조이다.
노즐보스바디(21)는 금속 재질의 밸브부재(30)와의 견고한 결합을 위해 금속으로 제작된다.
플라스틱 재질의 노즐보스베이스(22)는 라이너(10)와의 열융착 결합을 위해 라이너(10)와 동일재질인 것이 바람직하고, 사출성형을 통해 제작되어서 노즐보스바디(21)와 일체화를 이루도록 결합된다.
라이너(10)는 플라스틱 용융수지인 패리슨을 블로우 성형을 해서 제작되고, 노즐보스바디(21)와 노즐보스베이스(22)의 조립체로 구성된 노즐보스(20)는 라이너(10)와 별도로 제작되며, 라이너(10)와 노즐보스(20)는 후공정에서 노즐보스베이스(22)가 융착결합부(12)에 열융착으로 결합됨에 따라 라이너(10)의 융착결합부(12)에 노즐보스(20)가 열융착으로 결합된 구조가 된다.
본 발명에 따른 지지구조물은 라이너(10)의 내측에서 융착결합부(12)를 지지하도록 라이너(10)에 결합된 구조가 된다.
지지구조물(40)이 라이너(10)의 내측에 위치함에 따라 지지구조물(40)에 의해 고압용기의 외형적 크기가 커지는 것을 방지할 수 있으며, 주변 부품과 지지구조물(40)의 간섭발생을 없앨 수 있게 된다.
지지구조물(40)은 라이너(10)의 내측에서 융착결합부(12)와 결합되어서 융착결합부(12)를 지지하는 일측의 제1원형링(41), 상기 융착결합부(12)로부터 라이너(10)의 내측으로 이격되어서 라이너(10)의 내면과 결합되는 타측의 제2원형링(42), 및 상기 제1원형링(41)과 제2원형링(42)을 연결하는 다수개의 연결로드(43)를 포함한다.
제1원형링(41)과 제2원형링(42)은 중심이 일치하도록 배치되고, 다수개의 연결로드(43)는 원주방향을 따라 등간격으로 배치되면서 제1원형링(41)과 제2원형링(42)을 연결하는 구조이다.
라이너(10)의 직경보다 융착결합부(12)의 직경이 더 작기 때문에 제1원형링(41)은 제2원형링(42)보다 작은 직경으로 형성된다.
반대로, 제2원형링(42)은 제1원형링(41)보다 직경이 더 크게 형성되며, 직경이 크게 형성되면 제2원형링(42)은 제1원형링(41)보다 강성이 약하기 때문에 추가로 제2원형링(42)을 크로스하면서 연결하는 복수개의 보강로드(44)를 더 포함한다.
라이너(10)의 융착결합부(12)는 라이너(10)의 양단에 각각 구비되며, 본 발명에 따른 지지구조물(40)은 2개로 구성되어서 라이너(10)의 양단에 구비된 융착결합부(12)를 모두 지지하도록 라이너(10)에 결합된다.
만약에 라이너(10)의 일단에만 융착결합부(12)가 구비된 구조이면, 지지구조물(40)은 1개로 구성되어서 라이너(10)의 일단에 구비된 융착결합부(12)만을 지지하도록 라이너(10)에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 지지구조물(40)은 라이너(10)에 결합되고 융착결합부(12)를 지지하는 구성으로, 라이너(10)의 융착결합부(12)에 노즐보스(20)를 열융착으로 결합할 때에 지지구조물(40)이 융착결합부(12)를 지지할 수 있게 되고, 이를 통해 노즐보스(20)를 열융착 결합시 융착결합부(12)의 내측방향 밀림현상을 없앨 수 있게 되며, 이 결과 노즐보스(20)의 결합 불량을 없앨 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따라 라이너(10)는 플라스틱 용융수지인 패리슨(110)이 블로우 성형을 통해 제작되고, 지지구조물(40)은 패리슨(110)이 라이너(10)로 블로우 성형될 때에 패리슨(110)의 내부로 삽입되어서 패리슨(110)과 열융착으로 일체로 결합됨에 따라 라이너(10)의 내부에 지지구조물(40)이 위치하도록 결합된 구조가 된다.
즉, 플라스틱 재질인 라이너(10)는 크게 용융 공정, 압출 공정, 블로우 공정을 통해서 제작되는 바, 용융 공정은 플라스틱 소재를 고온으로 가열해서 용융수지로 녹이는 공정이고, 압출 공정은 용융수지를 C형, 트윈 시트(twin sheet), 원통모양 중 어느 하나의 패리슨(parison)으로 압출 성형하는 공정이며, 블로우 공정은 패리슨을 금형에 넣고 패리슨의 내부로 고압의 에어를 불어넣어서 패리슨을 라이너(10)의 형상으로 성형하는 공정이다.
플라스틱 소재가 용융기에서 고온의 열에 의해 용융수지로 녹으면, 용융수지는 압출기를 통해서 특정 형상을 갖는 패리슨으로 압출 성형되고, 도 5(A)와 같이 압출기를 통해 압출된 패리슨(110)은 이형된 금형(120)사이로 삽입되고, 패리슨(110)의 내부공간으로 지지구조물(40)이 위치하도록 삽입된다.
지지구조물(40)은 인서트 핀(130)을 통해 패리슨(110)의 내부공간으로 로딩되고, 본 발명에 따라 지지구조물(40)이 2개이므로 인서트 핀(130)도 2개로 구성되며, 1개의 인서트 핀(130)마다 지지구조물(40)이 1개씩 결합되어서 로딩된다.
지지구조물(40)이 결합된 인서트 핀(130)은 블로우 성형을 위해 에어가 공급되는 에어관(140)을 관통한다.
패리슨(110)의 내부공간으로 인서트 핀(130)을 통해 지지구조물(40)이 로딩되고 나면 도 5(B)와 같이 금형(120)이 닫히고, 금형(120)이 닫히는 과정에서 인서트 핀(130)이 금형(120)으로부터 빠져서 이탈되고, 금형(120)이 완전히 닫힌 상태에서 에어관(140)을 통해 패리슨(110)의 내부로 고압의 에어가 공급되어서 패리슨(110)이 라이너(10)의 형상으로 블로우 성형된다.
패리슨(110)이 금형(120)내에서 라이너(10)로 블로우 성형될 때, 패리슨(110)과 지지구조물(40)은 열융착으로 결합되며, 도 5(C)와 같이 라이너(10)의 성형이 완료된 후 본 발명에 따른 지지구조물(40)은 라이너(10)의 양단에 위치한 융착결합부(12)를 지지하도록 라이너(10)와 결합된 구조가 된다.
본 발명에 따라 지지구조물(40)의 열융착 결합을 위해 지지구조물(40)은 라이너(10)와 동일재질인 플라스틱으로 형성된 것이 바람직할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 고압용기는, 라이너(10)의 융착결합부(12)를 지지하도록 라이너(10)에 지지구조물(40)이 결합된 구성으로, 라이너(10)의 융착결합부(12)에 노즐보스(20)를 열융착으로 결합할 때에 지지구조물(40)이 융착결합부(12)를 지지할 수 있게 되고, 이를 통해 노즐보스(20)를 열융착 결합시 융착결합부(12)의 내측방향 밀림현상을 없앨 수 있게 되며, 이 결과 노즐보스(20)의 결합 불량을 없앨 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10 - 라이너 11 - 개구홀
12 - 융착결합부 20 - 노즐보스
21 - 노즐보스바디 22 - 노즐보스베이스
30 - 밸브부재 40 - 지지구조물
41 - 제1원형링 42 - 제2원형링
43 - 연결로드 44 - 보강로드
110 - 패리슨 120 - 금형
130 - 인서트 핀 140 - 에어관

Claims (7)

  1. 개구홀이 형성된 융착결합부를 구비한 라이너; 및
    상기 라이너에 결합되고 융착결합부를 지지하는 지지구조물을 포함하고;
    상기 융착결합부에 노즐보스가 열융착으로 결합될 때에 지지구조물이 융착결합부를 지지함에 따라 융착결합부의 밀림현상이 방지되는 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지구조물은 라이너의 내측에서 융착결합부를 지지하도록 라이너에 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지구조물은 라이너의 내측에서 융착결합부와 결합되어서 융착결합부를 지지하는 일측의 제1원형링;
    상기 융착결합부로부터 라이너의 내측으로 이격되어서 라이너의 내면과 결합되는 타측의 제2원형링; 및
    상기 제1원형링과 제2원형링을 연결하는 다수개의 연결로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2원형링은 제1원형링보다 직경이 더 크게 형성되고;
    상기 제2원형링을 연결하는 보강로드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 라이너는 플라스틱 용융수지인 패리슨이 블로우 성형을 통해 제작되고;
    상기 지지구조물은 패리슨이 라이너로 블로우 성형될 때에 패리슨의 내부로 삽입되어서 패리슨과 열융착으로 일체로 결합됨에 따라 라이너의 내부에 지지구조물이 위치하도록 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지구조물의 열융착 결합을 위해 지지구조물은 라이너와 동일재질인 플라스틱으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 라이너의 양단에 융착결합부가 각각 구비되고;
    상기 지지구조물은 2개로 구성되어서 라이너의 양단에 구비된 융착결합부를 모두 지지하도록 라이너에 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 고압용기.
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