KR20220096741A - 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기 - Google Patents

결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기는 중심에 통공이 형성되어 축이 체결되고, 일단에 라이너와 결합되는 플렌지를 구비하고, 상기 플렌지는 상부경사면과 하부경사면을 구비하되 상기 하부경사면에 복수개의 지지홈이 형성된 보스부; 및 상기 플렌지와 결합되며, 상기 지지홈에 대응되는 복수개의 결합돌기를 구비하는 라이너;를 포함하고, 상기 지지홈과 결합돌기는 라이너의 회전에 따른 전단하중을 분산시키는 것을 특징으로 한다.

Description

결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기{HIGH-PRESSURE TANK HAVING IMPROVED SEALING STRUCTURE BOSS}
본 발명은 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 라이너와 결합되는 보스부의 플렌지의 체결구조를 변경하여 결합력을 증가시킨 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기에 관한 것이다.
일반적으로 타입IV 압력용기를 제작할 때 플라스틱 재질의 라이너와 메탈재질의 보스가 접합되어 있는 원통형 구조에 탄소섬유에 에폭시가 함침되어 있는 섬유를 와인딩하여 용기를 제작한다. 이때 라이너는 사출공정, 블로우 몰딩, 로터 몰딩 공정 등으로 형성된 이후에 메탈보스 결합되며, 라이너 성형 시 함께 인서트 형성되거나, 라이너 형성 후 별도의 접착제를 이용하여 접착한다.
상기 라이너에 메탈보스를 결합하나, 이종소재간 계면이 발생되고 결합력이 약해지는 문제가 있다. 특히 라이너 외부에 복합재층을 형성하기 위해 필라멘트 와인딩을 수행하는 데 와인딩 공정 중 장력이 높을수록 에폭시 수지와 탄소섬유의 함침성이 우수해지며, 설계 패턴과 동일하게 감기도록 하는데 유리하기 때문에 높은 장력을 사용하는 것이 바람직하나 장력이 높을수록 보스와 라이너 계면에 전단 하중이 발생하여 와인딩 초기 단계에서 보스가 라이너에서 이탈되는 문제가 발생한다.
따라서 라이너와 결합구조가 보강되어 와인딩 시 전단 하중을 상쇄하여 보스부가 라이너에서 이탈되지 않는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기의 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0121761호는 노즐보스가 구비된 복합재료 고압용기에 관한 것으로, 라이너와 보스 간 밀폐구조를 개시하나, 내외부에 별도의 나사산을 형성하여 보스와 체결되는 구조로 공정이 복잡해지고 필라멘트 와인딩 초기 단계에서 전단 하중을 분산시키기 어려운 단점이 있다.
본 발명의 목적은 라이너 외주면에 필라멘트 와인딩으로 복합재층을 형성하는 경우 필라멘트의 장력으로 인하여 보스가 라이너로부터 이탈되어 압력용기가 파손되는 것을 방지할 수 있는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보스부와 라이너의 결합구조를 개선하여 보스부와 라이너의 결합을 용이하게 함과 동시에 필라멘트를 와인딩 하기위해 라이너를 회전하는 경우 축의 회전에 보스부와 라이너 계면에서 발생하는 축의 수직방향의 전단하중을 분산시키는 보강 구조를 가져서 라이너에서 보스부의 이탈을 방지할 수 있는 압력용기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 하나의 관점은 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기에 관한 것이다. 상기 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기는 중심에 통공이 형성되어 축이 체결되고, 일단에 라이너와 결합되는 플렌지를 구비하고, 상기 플렌지는 상부경사면과 하부경사면을 구비하되 상기 하부경사면에 복수개의 지지홈이 형성된 보스부; 및 상기 플렌지와 결합되며, 상기 지지홈에 대응되는 복수개의 결합돌기를 구비하는 라이너;를 포함하고, 상기 지지홈과 결합돌기는 라이너의 회전에 따른 전단하중을 분산시키는 것을 특징으로 한다.
2. 상기 1구체예에서, 상기 복수개의 지지홈과 결합돌기의 결합면은 라이너의 회전시 상기 축의 수직방향의 전단하중을 분산시킬 수 있다.
3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 지지홈은 가공홈과 골부를 구비하고, 상기 골부의 중심선이 상기 하부경사면의 수평면에 대하여 수직하게 배치될 수 있다.
4. 상기 3 구체예에서, 상기 결합돌기는 돌출단과 산부를 구비하고, 상기 산부의 중심선이 상기 골부의 중심선과 일치할 수 있다.
5. 상기 3 구체예에서, 상기 가공홈의 깊이는 골부의 깊이 보다 작고, 골부의 깊이는 가공홈의 깊이의 2배 이하일 수 있다.
6. 상기 4 구체예에서, 상기 돌출단의 높이는 산부의 높이 보다 작고, 상기 산부의 높이는 돌출단의 높이의 2 배 이하일 수 있다.
7. 상기 1내지 6 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 지지홈은 상기 보스부의 중심으로부터 3개 내지 5개의 동심원으로 형성될 수 있다.
8. 상기 1 내지 7중 어느 하나의 구체예에서, 상기 압력용기는 라이너 상부에 필라멘트 와인딩시 필라멘트의 장력을 5.0 kg·f 내지 6.0 kg·f로 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기는 보스부와 라이너 계면의 결합면을 증가시켜 보스부와 라이너의 결합력을 효과적으로 증가시키고, 보스부를 라이너에 장착한 수 보스부에 통공에 축을 체결하여 축의 회전시키면서 라이너의 외주면에 필라멘트를 와인딩하는 경우 초기 장력을 증가시켜도 라이너로부터 보스부가 이탈되지 않는다.
상기 보스부의 하부경계면에 지지홈과 라이너의 결합돌기가 체결되고, 이때 지지홈과 결합돌기가 형성하는 체결구조의 중심선이 상기 보스부의 하부경계면과 수평한 면에 대하여 수직으로 배치되어 라이너의 회전에 따른 축의 수직방향으로 전달되는 전단하중이 상기 지지홈과 결합돌기의 계면에서 분산되어 보스부가 라이너에서 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기의 평단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 보스부의 부분절개사시도이다.
도 3은 도 1의 B-B 선에 따른 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기의 필라멘트 와인딩 과정을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a 이고 ≤b"으로 정의한다.
이하, 도면을 참조하면, 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기의 평단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 보스부의 부분절개사시도이며, 도 3은 도 1의 B-B 선에 따른 측단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 결합구조가 보강된 보스부(100)를 구비한 압력용기는 보스부(100) 및 라이너(200)를 포함한다.
상기 압력용기는 상기 라이너(200) 외부에 필라멘트가 와인딩되어 형성되는 복합재층(300)을 더 포함할 수 있다.
상기 보스부(100)는 중심에 통공(110)이 형성되어 축(50)이 체결될 수 있고, 일단에 반경 방향 외측으로 테이퍼지게 연장되는 플렌지(120)를 구비하고, 상기 플렌지(120)는 상부경사면(120a)과 하부경사면(120b)을 구비하되, 상기 하부경사면(120b)에 복수개의 지지홈(130)이 형성된다.
상기 보스부(100)는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 700 bar 내지 900 bar 압력을 지지할 수 있다.
상기 보스부(100)가 상기 범위 내의 압력을 지지할 수 있는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸로 구비되는 경우 고압의 유체에 의한 파손을 방지할 수 있다.
상기 보스부(100)는 통공(110)이 형성되고, 일정 길이를 가져서 외부의 가스가 라이너(200) 내측으로 이동하여 저장되거나 배출될 수 있다.
상기 통공(110)은 내주면에 나사산(111)이 형성되며, 상기 나사산(111)에 축(50)이 체결되어 상기 축(50)의 회전에 따라 보스부(100)와 체결된 라이너(200)를 회전시킬 수 있다. 상기 축(50)이 회전하면 라이너(200)가 함께 회전하여 외주면에 필라멘트가 와인딩되며 복합재층(300)을 형성할 수 있다.
상기 보스부(100)는 일단에 반경 외측방향으로 테이퍼지게 연장되는 플렌지(120)를 구비한다.
상기 플렌지(120)는 라이너(200)의 돔부 형상에 대응되도록 테이퍼지게 연장되어 상기 라이너(200)와 결합되며, 보스부(100)와 라이너(200)의 결합면을 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 플렌지(120)의 일면에는 곡률부(121)가 구비되며, 상기 곡률부(121)가 구비되는 경우 상기 필라멘트가 고장력으로 와인딩되는 경우에 보스부(100)의 넥 부위와 플렌지(120) 사이에 가해지는 전단응력을 감소시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 플렌지(120)의 일단에는 결합단(122)이 형성된다.
상기 결합단(122)은 0.2mm 내지 1.0mm의 깊이로 형성되며, 이 경우 라이너(200)가 플라스틱 수지재질로 미리 형성되고, 상기 보스부(100)가 금속재질로 형성되어 서로 접착하는 경우 보스부(100)와 라이너(200)를 접착제로 접착할 수 있는 공간을 제공한다.
상기 결합단(122)이 형성되는 경우 라이너(200)와 보스부(100)를 접착하여 압력용기를 제조하는 공정의 작업성이 증가된다.
상기 플렌지(120)는 상부경사면(120a)과 하부경사면(120b)을 구비하되, 상기 하부경사면(120b)에 복수개의 지지홈(130a, 130b, 130c, 130d)이 형성된다. 상기 하부경사면(120b)에 지지홈(130)이 형성되는 경우 라이너(200)에 결합돌기(230)를 형성하여 서로 체결하여 결합하는데 효과적이다.
상기 라이너(200)는 상기 지지홈(130)에 대응되는 복수개의 결합돌기(230a, 230b, 230c, 230d)를 구비하여 상기 플렌지(120)와 결합된다.
상기 지지홈(130)과 결합돌기(230)는 서로 체결되어 결합면을 형성하고, 상기 지지홈과 결합돌기가 복수개로 형성되면 결합면적이 증가되어 라이너(200)의 회전에 따른 전단하중을 분산시킨다.
구체예에서 상기 복수개의 지지홈(130)과 결합돌기(230)의 결합면은 라이너(200)의 회전 시 상기 축(50)의 수직방향으로 형성되는 전단하중을 분산시킨다.
상기 지지홈(130)은 가공홈(132)과 골부(131)를 구비하고, 상기 골부(131)의 중심선(v-v')이 상기 하부경사면(120b)의 수평면(b-b')에 대하여 수직하게 배치된다.
상기 가공홈(132)은 상기 골부(131)를 형성하기 위하여 미리 형성되며, 상기 가공홈(132)을 먼저 형성하는 경우에는 상기 지지홈(130)을 형성하기 위한 작업성이 매우 증가되고, 상기 가공홈(132)에 상기 결합돌기(230)의 산부(231)가 먼저 삽입되어 체결될 수 있는 공간을 제공하여 보스부와 라이너의 결합과정의 작업성을 증가시킨다.
상기 가공홈(132)의 폭은 상기 골부(131)의 폭 보다 넓게 형성되어 가공홈(132)과 골부(131)는 단차가 형성된 다단 형태이며, 이 경우 보스부(100) 성형 시 지지홈(130)의 형성이 용이하고 상기 산부(231)의 체결이 유리한 장점을 갖는다.
구체예에서 상기 가공홈(132)의 깊이(d0)는 골부의 깊이(d1) 보다 작다(d0 <d1). 구체적으로 상기 가공홈(132)의 깊이는 0.5mm 내지 1.0mm이고, 바람직하게는 0.6mm 내지 0.9mm이다. 상기 범위 내로 가공홈(132)을 형성하는 경우 보스부(100) 제조 시 작업성을 증가시킬 수 있으며, 상기 산부(231)가 삽입되기 유리하다.
상기 골부(131)의 깊이(d1)는 가공홈(132)의 깊이(d0)의 2배 이하이다. 구체적으로 1.0mm 내지 1.5mm이고, 바람직하게는 1.1 내지 1.4mm이다. 상기 깊이로 골부(131)가 형성되는 경우 골부(131)를 형성하기 용이하며, 골부(131)가 전단응력을 분산시킬 수 있다. 상기 골부(131)의 깊이는 라이너(200)의 용량이 증가되는 경우 더욱 깊어지게 형성될 수 있으나 플렌지(120) 두께의 2/3 이상 깊이로 형성되는 경우 보스부(100)의 강성을 감소시켜 바람직하지 않다.
상기 골부(131)는 두개의 면이 접하여 연속된 홈을 형성하며, 상기 플렌지(120)를 따라 전체적으로 환형홈으로 형성된다. 상기 환형홈 형태는 다른 형태의 보다 일정하게 성형하기 유리하며, 결합돌기(230)의 산부(231)와 쉽게 체결되어 매우 바람직하다.
한편 상기 골부(131)의 중심을 지나는 가상의 중심선(v-v')이 상기 하부경사면(120b)과 평행하는 가상의 수평면(b-b')에 대하여 수직하게 배치된다.
도 3을 참조하면, 상기 하부경사면(120b)과 평행하는 가상의 수평면(b-b')에 대하여 상기 골부(131)의 중심을 지나는 중심선(v-v')이 수평면(b-b')과 일정 각도를 형성한다. 상기 각(θ)이 100˚ 내지 80˚로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 90˚이다. 상기 각의 범위에서 전단응력을 분산시킬 수 있으며, 지지홈(130) 형성 시 작업성을 증가시킬 수 있다. 상기 각이 90˚인 경우 수직 방향으로 형성되는 경우 골부(131)가 전단응력을 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있다.
상기 플렌지(120)의 두께에 따라 하부경사면(120b)의 수평면과 상기 골부(131)의 중심선이 이루는 각도가 변화될 수 있으나, 상기 골부(131)의 중심선(v-v')이 하부경사면(120b)의 수평면(b-b')에 대하여 수직에 가깝도록 골부(131)를 형성하는 경우 전단응력이 발생되는 방향의 수직방향으로 전단응력을 분산시킬 수 있으며, 필라멘트 와인딩 시 고장력에 의한 보스부(100)의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 라이너(200)는 상기 지지홈(130)에 대응되도록 결합돌기(230)를 구비한다.
상기 결합돌기(230)는 돌출단(232)과 산부(231)를 구비하고, 상기 산부(231)의 중심선이 상기 골부(131)의 중심선(v-v')과 일치한다.
상기 결합돌기(230)가 돌출단(232)과 산부(231)를 구비하여 다단으로 형성되고 상기 산부(231)의 중심선이 상기 골부(131)의 중심선(v-v')과 일치하는 경우 상기 산부(231)가 상기 골부(131)에 정확하게 체결되어 고정된다.
상기 돌출단(232)의 높이는 산부(231)의 높이 보다 작고. 상기 산부(231)의 높이는 돌출단(232)의 높이의 2 배 이하이다, 구체적으로 상기 돌출단(232)의 높이는 0.5mm 내지 1.0mm이고, 바람직하게는 0.6mm 내지 0.9mm이다. 상기 산부(231)의 높이는 1.0mm 내지 1.5mm이고, 바람직하게는 1.1mm내지 1.4mm다.
상기 돌출단(232)의 높이와 산부(231)의 높이는 상기 가공홈(132) 및 골부(131)의 깊이에 대응되도록 형성되되, 상기 산부(231)의 높이는 돌출단(232)의 높이의 2배 이하이다.
상기 돌출단(232)의 높이와 산부(231)의 높이는 상기 가공홈(132) 및 골부(131)의 깊이 보다 0.1mm 작게 형성될 수 있으며, 이 경우 접착제가 도포되는 공간을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 결합구조가 보강된 보스부(100)를 구비한 압력용기의 필라멘트 와인딩 과정의 축의 회전에 따른 보스부(100)와 라이너(200)의 계면에서 전단하중의 방향을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 보스부(100)에 체결된 축이 회전하여 라이너(200)의 상부면에 필라멘트를 와인딩하는 경우 축(50) 중심선(a-a')에 수직 방향으로 보스부(100)와 라이너(200)의 결합면에 전단응력이 발생한다. 와인딩 시 장력이 증가될수록 수직 방향의 전단응력이 증가하게 되며, 상기 보스부(100)가 라이너(200)에서 이탈하게되는 경우 압력용기의 초기 불량이 발생한다.
상기 보스부(100)에 복수개의 지지홈(130)이 형성되어 상기 라이너(200)에 구비된 결합돌기가 체결되어 보스부(100)의 라이너(200)의 결합면이 증가됨과 동시에 상기 수직 방향의 전단응력을 상기 지지홈(130)의 골부(131) 방향으로 분산시켜 와인딩 시 장력증가에 따른 보스부(100)의 이탈을 방지한다.
상기 지지홈(130)은 상기 보스부(100)의 중심으로부터 3내지 5개의 동심원으로 형성된다. 바람직하게는 4개의 동심원이다.
도 1을 참조하면, 상기 지지홈(130)은 상기 보스부(100)의 중심을 기준으로 플렌지(120)를 따라 동심원으로 배치된다. 상기 지지홈(130)이 동심원으로 배치되는 경우 각 지지홈에 분산되는 전단응력의 크기를 고르게 분배할 수 있다.
이 때 상기 플렌지(120)의 지름은 압력용기의 저장용량에 따라 증가하며, 상기 지지홈(130)의 간격은 압력용기의 저장용량이 5L 내지 2,000L인 경우 등간격으로 20mm 내지 100mm이다. 상기 범위 내의 간격을 유지하는 경우 저장용량에 따라 전단응력을 효과적으로 분산시킬 수 있다.
구체예에서 상기 복수개의 지지홈(130a, 130b, 130c, 130d)은 상기 보스부(100)의 중심으로부터 4개의 동심원으로 형성될 수 있다. 상기 4개의 동심원에 상기 지지홈(130a, 130b, 130c, 130d)이 성되는 경우 라이너(200)와 결합면적이 증가되어 결합력을 증가시키면서도, 라이너(200)의 필라멘트 와인딩 시 필라멘트에 부여되는 장력을 증가시켜도 보스부(100)가 라이너(200)로부터 이탈되지 않는다.
구체예에서 상기 지지홈이 4개의 동심원으로 형성되는 경우 라이너(200) 상부에 필라멘트 와인딩 시 장력측정기를 이용하여 필라멘트의 장력을 5.0 kg·f 내지 6.0 kg·f로 유지할 수 있으며, 상기 범위의 고장력으로 필라멘트를 와인딩하는 경우에도 상기 보스부(100)가 라이너(200)에서 이탈하지 않는다.
상기 복합재층(300)은 상기 보스부(100)가 라이너(200)에 결합된 이후 필라멘트 와인딩 공법을 통하여 형성된다.
구체예에서 상기 복합재층(300)은 탄소섬유를 수지에 함침시킨 후 라이너(200) 표면에 미리 설계한 패턴에 따라 와인딩하고 경화시키는 습식 와인딩(Wet winding) 공법으로 형성된다.
건식 와인딩(Dry winding)의 경우 프리프레그를 이용하여 함침공정 없이 라이너(200) 표면에 설계한 패턴에 따라 와인딩 되어 장력에 따라 섬유에 함침되는 수지의 양이 변화되지 않으나, 습식 와인딩의 경우 필라멘트의 장력이 부족한 경우 레진배스(Resin Bath)를 통과하는 플라멘트가 수지에 충분하게 함침되지 않아서 복합재층(300)의 강도 및 가스투과성이 감소되는 문제가 있다. 상기 복합재층(300)이 습식 와인딩으로 형성되는 경우 필라멘트 와인딩 과정에서 필라멘트에 결리는 장력이 매우 중요하다.
상기 압력용기는 보스부(100)의 결합구조가 보강되어 라이너(200)와 결합되어 결합력이 매우 증가되기 때문에 습식 와인딩 공법으로 장력을 증가시켜 필라멘트를 와인딩하여도 상기 보스부(100)가 이탈되지 않기 때문에 700 bar이상 고압에 적합하고, KGS AC118 규정을 만족할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 압력용기 제조
알루미늄 소재의 보스부의 하부경사면의 4개의 지지홈을 2.5mm 깊이로 20mm 간격으로 형성하고, 로터 몰딩 방법으로 폴리아미드(PA11) 소재로 이루어진 52L 기준 라이너를 제조하되, 상기 지지홈에 대응하여 라이너 표면에 2.4mm 높이의 결합돌기를 형성하여, 제조된 보스부를 접착제를 사용하여 부착하였다.
라이너에 축을 체결한 뒤 와인딩 설비 끝단에 고정시키고, 습식 와인딩 공정으로 탄소섬유를 레진배스를 거치도록 유도하여 장력측정기(텐션미터)이용하여 섬유 크릴과 레진배스 사이의 공간의 장력을 측정하여 5.0 kg·f의 장력으로 복합재층을 형성하여 압력용기를 제조하였다.
실시예 2.
필라멘트 와인딩시 장력을 6.0 kg·f으로 조절하여 복합재층을 형성한 것을 제외하고 실시예1과 동일하게 압력용기를 제조하였다.
비교예 1.
보스부 및 라이너에 지지홈과 결합돌기를 형성하지 않고, 필라멘트 와인딩 시 장력을 장력을 2.5 kg·f으로 조절하여 압력용기를 제조하였다.
비교예 2.
보스부 및 라이너에 지지홈과 결합돌기를 형성하지 않고, 필라멘트 와인딩 시 장력을 장력을 3.5 kg·f으로 조절하여 압력용기를 제조하였다.
비교예 3.
보스부 및 라이너에 지지홈과 결합돌기를 2개 형성하고, 필라멘트 와인딩 시 장력을 장력을 3.5 kg·f으로 조절하여 압력용기를 제조하였다.
비교예 4.
보스부 및 라이너에 지지홈과 결합돌기를 3개 형성하고, 필라멘트 와인딩 시 장력을 장력을 4.0 kg·f으로 조절하여 압력용기를 제조하였다.
비교예 5.
보스부 및 라이너에 지지홈과 결합돌기를3개 형성하고, 필라멘트 와인딩 시 장력을 장력을 5.0 kg·f으로 조절하여 압력용기를 제조하였다.
실험예 1. 파열압 평가
KGS Code AC118에 따른 압축수소가스용 압력용기 기준에 따라 파열검사를 수행하였다.
구분 소재 조건 와인딩 조건 평가 결과
보스 나사산 라이너 나사산 섬유 장력
(kg f)		 보스 이탈 여부 파열압
(bar)		 결과
비교예 1 0 0 2.5 이탈하지 않음 1412 불합격
비교예 2 0 0 3.5 이탈 파열 시험불가
비교예 3 2 2 3.5 이탈하지 않음 1447 불합격
비교예 4 3 3 4.0 이탈하지 않음 1529 불합격
비교예 5 3 3 5.0 이탈 파열 시험불가
실시예 1 4 4 5.0 이탈하지 않음 1575 합격
실시예 2 4 4 6.0 이탈하지 않음 1589 합격
상기 표 1은 파열압 시험에 따른 평가결과를 나타낸 것이다.
표 1을 참조하면, 실시예에 따라 보스부와 라이너의 결합구조를 보강하는 경우 .0 kg·f 내지 6.0 kg·f의 장력에서도 보스부가 이탈하지 않았으며, KGC Code에 따른 1,575bar 파열압 규정을 만족하는 것을 확인하였다.
보강구조를 갖지 않는 비교예 1, 2의 경우 섬유 장력을 3.5kg·f로 증가시키는 경우 보스부가 이탈하여 파열시험에 적합하지 않았으며, 2개 및 3개의 지지홈과 결합돌기로 이루어진 보강구조를 가진 비교의 3, 4의 경우 보스부가 이탈하지는 않으나 와인딩 장력의 부족으로 복합재층의 강도가 낮아져서 합격기준에 만족하지 못하였으며, 비교예 5의 경우 보스부가 이탈하는 것을 확인하였다.
따라서 보강구조를 가지는 보스부와 결합된 라이너에 고장력으로 필라멘트를 와인딩 하여 압력용기를 제조하는 경우 보스부의 초기 이탈을 방지할 수 있으며, 수소압력용기 파열기준에 만족하는 압력용기를 제조할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
50 : 축 10 : 전단하중 방향
20 : 전단하중 분산 방향 100 : 보스부
110 : 통공 111 : 나사산
120 : 플렌지 120a : 상부경사면
120b : 하부경사면 121 : 곡률부
122 : 결합단 130a, 130b, 130c, 130d : 지지홈
131 : 골부 132 : 가공홈
200 : 라이너 230a, 230b, 230c, 230d : 결합돌기
231 : 산부 232 : 돌출단
300 : 복합재층
a : 축 중심선 b: 하부경사면 수평면
d1: 골부, 산부 d0: 가공홈, 돌출단
v : 골부 중심선

Claims (8)

  1. 중심에 통공이 형성되어 축이 체결되고, 일단에 결합되는 플렌지를 구비하고, 상기 플렌지는 상부경사면과 하부경사면을 구비하되 상기 하부경사면에 복수개의 지지홈이 형성된 보스부; 및
    상기 플렌지와 결합되며, 상기 지지홈에 대응되는 복수개의 결합돌기를 구비하는 라이너;를 포함하고, 상기 지지홈과 결합돌기는 라이너의 회전에 따른 전단하중을 분산시키는 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 지지홈과 결합돌기의 결합면은 라이너의 회전시 상기 축의 수직방향의 전단하중을 분산시키는 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지지홈은 가공홈과 골부를 구비하고, 상기 골부의 중심선이 상기 하부경사면의 수평면에 대하여 수직하게 배치된 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결합돌기는 돌출단과 산부를 구비하고, 상기 산부의 중심선이 상기 골부의 중심선과 일치하는 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 가공홈의 깊이는 골부의 깊이 보다 작고, 골부의 깊이는 가공홈의 깊이의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 돌출단의 높이는 산부의 높이 보다 작고, 상기 산부의 높이는 돌출단의 높이의 2 배 이하인 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 지지홈은 상기 보스부의 중심으로부터 3 내지 5개의 동심원으로 형성되는 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압력용기는 라이너 상부에 필라멘트 와인딩 시 필라멘트의 장력을 5.0 kg·f 내지 6.0 kg·f로 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 결합구조가 보강된 보스부를 구비한 압력용기.
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