KR20230040241A - 고압 저장 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
고압 저장 용기 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 고압 저장 용기는, 고압 유체의 저장을 위한 저장 공간이 내부에 형성된 저장 몸체와, 상기 저장 공간을 외부와 연통시키며 상기 저장 몸체의 일측에서 외측으로 연장된 주입관을 구비하는 라이너; 및 길이 방향을 따라 관통된 관형의 보스 몸체와, 상기 보스 몸체가 상기 저장 공간을 외부와 연통시키며 상기 주입관에 결합될 수 있도록 상기 보스 몸체의 길이 방향 일측 단부에서 타측으로 함입되어 형성되고 상기 주입관이 결합되는 결합홈을 구비하는 보스;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 고압 저장 용기 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소 등의 유체를 운송 또는 보관하기 위한 고압 저장 용기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
고압 저장 용기는 일반적으로 내부에 수소, 천연 가스, 산소 등의 가압 유체를 저장하기 위해 사용된다. 고압 저장 용기(고압 탱크)는 사용 재료 등에 따라 크게 4가지 타입으로 분류될 수 있다. 이 가운데, 수지 재질의 라이너에 토우 프리프레그와 같은 복합 소재를 와인딩하여 만들어지는 타입-4의 고압 저장 용기는 가벼우면서도 성능이 우수하여 수소 자동차의 연료 탱크로 채택되고 있다.
고압 저장 용기에서 주입관를 형성하는 보스는 유체의 주입 시 외부의 밸브와 결합된다. 일반적으로 밸브는 금속 재질로 이루어지므로, 보스와 외부의 밸브 사이의 견고한 결합을 위해 보스 역시 대부분 금속 재질로 이루어진다. 그런데 타입-4의 고압 저장 용기의 경우 수지 재질의 라이너가 적용되므로, 금속 재질의 보스와 이종 재질(수지 재질)의 라이너 사이의 접합력 확보가 중요한 과제이다.
이종 재질 사이의 접합면은 박리에 대한 저항성이 약하며, 이에 따라 고압 저장 용기의 기밀성 및 내구성 등이 저하될 수 있기 때문이다. 특히, 고압 저장 용기가 수소차의 수소 연료의 저장을 위해 사용될 경우 고압(350bar 이상)의 수소의 충전 및 방전이 반복되므로 라이너와 보스 사이의 박리가 발생할 가능성이 높다.
한편, 종래 타입-4의 고압 저장 용기는 사출 성형을 통해 제조되었다. 이때, 저장 공간을 형성하는 라이너는 일반적으로 2개의 바디(body)로 나누어 사출된 후 서로 열융착된다. 이로 인하여 2개의 라이너 바디를 사출하는 과정에서 생산 속도가 저하되고, 2개 바디 사이의 열융착 면적이 넓어 융착 강도 편차가 발생하는 것이 문제로 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 금속 재질의 보스와 수지 재질의 라이너 사이의 접합력이 향상된 구조를 가지는 고압 저장 용기 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저장 공간을 형성하는 라이너를 2개로 분리하여 성형하지 않고 한번에 일체로 성형할 수 있어 제조 효율 및 성능이 우수한 고압 저장 용기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 위에 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고압 유체의 저장을 위한 저장 공간이 내부에 형성된 저장 몸체와, 상기 저장 공간을 외부와 연통시키며 상기 저장 몸체의 일측에서 외측으로 연장된 주입관을 구비하는 라이너; 및 길이 방향을 따라 관통된 관형의 보스 몸체와, 상기 보스 몸체가 상기 저장 공간을 외부와 연통시키며 상기 주입관에 결합될 수 있도록 상기 보스 몸체의 길이 방향 일측 단부에서 타측으로 함입되어 형성되고 상기 주입관이 결합되는 결합홈을 구비하는 보스;를 포함하는 고압 저장 용기가 제공된다.
이때, 상기 주입관의 내주면에는 상기 외측에서 상기 저장 몸체 측으로 갈수록 상기 주입관의 내경을 감소시키는 제 1 테이퍼 형상부가 구비되고, 상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 주입관의 내주면과 맞닿는 면에 상기 제 1 테이퍼 형상부에 상응하는 제 2 테이퍼 형상부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 주입관의 외주면의 적어도 일부분에는 길이 방향을 따라 요철이 반복되는 제 1 요철부가 구비되고, 상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 외주면과 맞닿는 면에 상기 제 1 요철부와 맞물리는 제 2 요철부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 외주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입된 제 1 그루브를 구비하고, 상기 고압 저장 용기는 상기 제 1 그루브에 안착되고 내주면이 상기 주입관의 외주면에 접촉하는 링형의 제 1 씰링부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 내주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입된 제 2 그루브를 구비하고, 상기 고압 저장 용기는 상기 제 2 그루브에 안착되고 내주면이 상기 주입관의 내주면에 접촉하는 링형의 제 2 씰링부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 씰링부재 및 제 2 씰링부재 중 어느 하나는 내주면에 반경 방향 외측으로 함입된 함입부를 구비하고 상기 함입부의 상측 및 하측 부분이 상기 주입관의 외주면 또는 상기 주입관의 내주면에 면접촉할 수 있다.
또한, 상기 제 1 씰링부재 및 제 2 씰링부재 중 나머지 하나는 상기 주입관을 사이에 두고 상기 함입부와 마주보는 위치에서 상기 주입관의 내주면 또는 상기 주입관의 외주면에 접촉할 수 있다.
또한, 상기 저장 몸체는 상기 주입관의 둘레에 링형으로 형성된 안착부를 구비하고, 상기 보스 몸체의 길이 방향 일측 단부 중 상기 결합홈의 반경 방향 외측 부분은 상기 안착부에 안착될 수 있다.
또한, 상기 보스는 상기 보스 몸체의 상기 안착부와 접하는 면에 원형으로 함입된 제 3 그루브를 구비하고, 상기 고압 저장 용기는 상기 제 3 그루브에 도포되어 상기 보스와 상기 안착부 사이에 접합력을 제공하는 제 1 접착제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고압 저장 용기는 상기 주입관의 외주면과 상기 안착부에 도포된 제 2 접착제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 외주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입되되 상기 보스 몸체의 길이 방향 일측 단부 측으로 트여진 제 1 그루브를 구비하고, 상기 고압 저장 용기는 상기 제 1 그루브에 안착되고 내주면이 상기 주입관의 외주면에 접촉하는 링형의 제 1 씰링부재; 및 상기 제 1 씰링부재와 상기 라이너 사이의 간극을 메꾸며 배치되는 보강 링;을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 고압 저장 용기를 제조하는 방법으로서, 블로우 몰딩 방식으로 상기 라이너를 일체로 성형하는 단계; 및 상기 라이너와 상기 보스를 조립하여 결합시키는 단계;를 포함하는 고압 저장 용기 제조 방법이 제공된다.
상기의 구성에 따라, 본 발명에 따른 고압 저장 용기 및 그 제조 방법은 라이너의 주입관와 보스의 끼움 결합 구조를 통해 라이너와 보스 사이의 접합력을 향상시켜 준다.
본 발명에 따른 고압 저장 용기 및 그 제조 방법은 블로우 몰딩 공법을 통해 라이너를 일체로 성형한 뒤 보스와 조립시킬 수 있게 해주며, 이를 통해 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 구성을 단면으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 라이너와 보스의 분리 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 라이너와 보스의 결합 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 제 1 씰링부재의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 변형예를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 라이너와 보스의 분리 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 라이너와 보스의 결합 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 제 1 씰링부재의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 변형예를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기 제조 방법의 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
그러므로 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 구성을 단면으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 라이너와 보스의 분리 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 라이너와 보스의 결합 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기는 내부에 수소 등의 유체를 고압 상태로 저장하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기는 수지 재질의 라이너에 복합 소재를 와인딩하여 만들어지는 타입-4의 고압 탱크에 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기(1)는 라이너(10), 보스(20), 제 1 씰링부재(30) 및 제 2 씰링부재(40)를 포함할 수 있다.
라이너(10)는 고압 유체가 저장되는 저장 공간(S)을 제공한다. 라이너(10)는 수지 재질로 이루어질 수 있다. 더욱 상세하게, 라이너(10)는 폴리머 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 라이너(10)는 고밀도 플라스틱 소재(HDPE)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 라이너(10)는 저장 몸체(11) 및 주입관(12)을 구비할 수 있다. 이때, 저장 몸체(11)와 주입관(12)은 일체로 성형될 수 있다. 예를 들어, 저장 몸체(11)와 주입관(12)은 블로우 몰딩 방식으로 성형될 수 있다.
저장 몸체(11)는 고압 유체의 저장을 위한 저장 공간(S)을 내부에 구비한다. 이때, 고압 유체는 수소가 될 수 있다. 저장 몸체(11)는 원통형으로 형성될 수 있다. 저장 몸체(11)는 주입관(12)과의 연결부를 제외하고는 밀폐된 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 저장 몸체(11)는 주입관(12)의 둘레에 링형으로 형성된 안착부(11a)를 구비할 수 있다. 안착부(11a)는 보스(20)의 보스 몸체(21)의 길이 방향 일측 단부면 중 결합홈(22)을 기준으로 반경 방향 외측 부분과 접촉할 수 있다. 또한, 안착부(11a)에는 외측으로 돌출된 돌출부(11b)가 하나 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 돌출부(11b)는 복수개가 소정 간격 이격되어 구비될 수 있다. 돌출부(11b)는 후술되는 보스(20)의 고정홈(28)에 삽입되어 보스(20)가 라이너(10)와 결합된 상태에서 회전하는 것을 방지한다.
주입관(12)은 저장 공간(S)을 외부와 연통시키며 저장 몸체(11)의 일측에서 외측으로 연장되어 구비된다. 더욱 상세하게, 주입관(12)은 원통 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 주입관(12)은 저장 몸체(11)와 일체로 형성될 수 있으며, 주입관(12)을 통해 저장 몸체(11)의 저장 공간(S)이 외부와 연통될 수 있다.
주입관(12)의 내주면에는 상기 외측에서 저장 몸체(11) 측으로 갈수록 주입관(12)의 내경을 감소시키는 제 1 테이퍼 형상부(13)가 구비될 수 있다. 이때, 제 1 테이퍼 형상부(13)는 주입관(12)의 내주면 전체에 걸쳐 형성될 수 있다. 주입관(12)은 후술되는 보스(20)의 결합홈(22)에 끼움 결합되는데, 보스(20)는 결합홈(22)의 내면 중 주입관(12)의 내주면과 맞닿는 면에 제 1 테이퍼 형상부(13)에 상응하는 제 2 테이퍼 형상부(23)를 구비할 수 있다. 제 1 테이퍼 형상부(13)와 제 2 테이퍼 형상부(23)는 서로 맞물리며 강한 체결력을 제공할 수 있다.
주입관(12)의 외주면의 적어도 일부분에는 길이 방향을 따라 요철이 반복되는 제 1 요철부(14)가 구비될 수 있다. 이와 관련하여 보스(20)는 결합홈(22)의 내면 중 주입관(12)의 외주면과 맞닿는 면에 제 1 요철부(14)와 맞물리는 제 2 요철부(24)를 구비할 수 있다. 제 1 요철부(14)와 제 2 요철부(24)는 서로 맞물리며 추가적인 체결력을 제공할 수 있다.
보스(20)는 고압 저장 용기 내로 유체를 주입하기 위한 밸브가 결합되는 부분이다. 보스(20)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 보스(20)는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
보스(20)는 보스 몸체(21), 결합홈(22), 제 2 테이퍼 형상부(23), 제 2 요철부(24), 제 1 그루브(25), 제 2 그루브(26), 제 3 그루브(27), 고정홈(28) 및 나사산(29)을 구비할 수 있다.
보스 몸체(21)는 길이 방향을 따라 관통된 관형의 부재이다. 보스 몸체(21)는 저장 공간(S)을 외부와 연통시키며 주입관(12)에 결합된다. 더욱 상세하게, 보스 몸체(21)는 주입관(12)의 내주면, 상부면 및 외주면, 안착부(11a)와 접하며 배치될 수 있다. 보스(20)가 주입관(12)에 결합된 상태에서 보스 몸체(21)의 길이 방향을 따라 형성된 관통부가 저장 공간(S)을 외부와 연통시키는 통로가 될 수 있다.
보스 몸체(21)의 길이 방향 일측 단부 중 결합홈(22)의 반경 방향 외측 부분은 저장 몸체(11)의 안착부(11a)에 안착될 수 있다. 이때, 보스 몸체(21)의 길이 방향 일측 단부(21a)는 반경 방향 외측으로 돌출되어 플랜지 형상을 가질 수 있으며, 플랜지 형상을 이루는 보스 몸체(21)의 길이 방향 일측 단부(21a)의 단부면과 측면은 안착부(11a)에 접하며 배치될 수 있다.
또한, 보스 몸체(21) 중 주입관(12)의 내주면과 접하는 부분은 보스(20)의 길이 방향 일단 측으로 추가적으로 돌출될 수 있다. 주입관(12)은 안착부(11a)에서 외측으로 꺾여진 형태를 가지므로 주입관(12)의 내주면 측이 외주면 측에 비해 저장 몸체(11)의 두께만큼 길이가 더 길게 형성되는데, 보스 몸체(21) 중 주입관(12)의 내주면과 접하는 부분이 보스(20)의 길이 방향 일단 측으로 추가적으로 돌출됨으로써 주입관(12)의 내주면을 보스 몸체(21)가 전체적으로 지지할 수 있게 되어 구조적 안정성이 증가할 수 있다.
결합홈(22)은 보스 몸체(21)가 저장 공간(S)을 외부와 연통시키며 주입관(12)에 결합될 수 있도록 보스 몸체(21)의 길이 방향 일측 단부에서 타측으로 함입되어 형성된다. 결합홈(22)은 주입관(12)이 끼움 결합되도록 형성될 수 있다.
제 2 테이퍼 형상부(23)는 결합홈(22)의 내면 중 주입관(12)의 내주면과 맞닿는 면에 형성된다. 제 2 테이퍼 형상부(23)는 제 1 테이퍼 형상부(13)에 상응하는 형상으로 구비된다. 전술한 바와 같이, 제 1 테이퍼 형상부(13)는 외측에서 저장 몸체(11) 측으로 갈수록 주입관(12)의 내경을 감소시키도록 구비되는데, 제 2 테이퍼 형상부(23)가 제 1 테이퍼 형상부(13)와 맞물리며 강한 체결력을 제공할 수 있다.
제 2 요철부(24)는 결합홈(22)의 내면 중 주입관(12)의 외주면과 맞닿는 면에 형성된다. 제 2 요철부(24)는 보스(20)가 라이너(10)에 체결된 상태에서 제 1 요철부(14)와 맞물리도록 구비된다. 제 2 요철부(24)는 제 1 요철부(14)와 맞물리며 추가적인 체결력을 제공할 수 있다. 보스(20)는 금속 재질로 이루어지고 라이너(10)는 수지 재질로 이루어질 때, 2 요철부(24)가 상대적으로 높은 강도를 가지므로 보스(20)의 체결 과정에서 제 2 요철부(24)에 의해 제 1 요철부(14)가 뭉개지면서 더욱 강한 체결력이 발생할 수 있다.
제 1 그루브(25)는 결합홈(22)의 내면 중 주입관(12)의 외주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입되어 형성된다. 제 1 그루브(25)에는 제 1 씰링부재(30)가 안착될 수 있다. 제 1 그루브(25) 내에 배치된 제 1 씰링부재(30)의 내주면은 주입관(12)의 외주면과 접촉하며 체결력과 기밀성을 제공할 수 있다.
제 2 그루브(26)는 결합홈(22)의 내면 중 주입관(12)의 내주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입되어 형성된다. 제 2 그루브(26)에는 제 2 씰링부재(40)가 안착될 수 있다. 제 2 그루브(26) 내에 배치된 제 2 씰링부재(40)의 내주면은 주입관(12)의 내주면과 접촉하며 체결력과 기밀성을 제공할 수 있다.
제 1 그루브(25)와 제 2 그루브(26)는 서로 마주보는 위치에 형성될 수 있다. 제 1 그루브(25)와 제 2 그루브(26)가 이와 같이 형성됨으로써 보스(20)가 라이너(10)에 결합된 상태에서 제 1 씰링부재(30) 및 제 2 씰링부재(40)가 주입관(12)을 사이에 두고 마주보는 위치에 배치될 수 있어 보스(20)와 라이너(10) 사이의 체결력 및 기밀성이 더욱 효과적으로 제공될 수 있다.
제 3 그루브(27)는 보스 몸체(21)의 외면 중 안착부(11a)와 접하는 면에 원형으로 함입되어 형성된다. 제 3 그루브(27)에는 보스(20)와 안착부(11a) 사이에 접합력을 제공하는 제 1 접착제(50)가 도포될 수 있다.
고정홈(28)은 보스 몸체(21) 중 안착부(11a)와 접하는 면에 함입되어 형성된다. 전술한 바와 같이, 안착부(11a)에는 외측으로 돌출된 돌출부(11b) 복수개가 소정 간격 이격되어 구비될 수 있다. 고정홈(28)은 돌출부(11b)에 상응하는 위치에 상응하는 형상을 가지고 복수개 형성될 수 있다. 보스(20)가 라이너(10)와 체결된 상태에서 고정홈(28)에는 돌출부(11b)가 삽입되며, 이를 통해 보스(20)가 회전하는 것을 방지하여 준다. 이에 따라 보스(20)와 라이너(10)의 체결 후 라이너(10)의 외주면에 내압 성능을 위한 쉘(미도시)을 와인딩할 경우 보스(20)가 라이너(10)에 대해 회전하는 것이 방지될 수 있다.
나사산(29)은 길이 방향을 따라 관통된 보스 몸체(21)의 내주면에 형성된다. 나사산(29)은 외부의 밸브(미도시)와 보스(20)의 체결 시 상기 밸브와 보스(20)의 나사 결합을 위해 제공될 수 있다.
제 1 씰링부재(30)는 제 1 그루브(25)에 안착되고 내주면이 주입관(12)의 외주면에 접촉한다. 제 1 씰링부재(30)는 링형상을 가질 수 있다. 도 3의 A 부분의 확대도인 도 4 및 제 1 씰링부재(30)의 사시도인 도 5를 참조하면, 제 1 씰링부재(30)는 링형상의 씰링 몸체(31)와 씰링 몸체(31)의 내주면 중앙부에서 반경방향 외측으로 함입된 함입부(32)를 구비한다. 함입부(32)를 기준으로 씰링 몸체(31)의 상측 부분(31a)과, 씰링 몸체(31)의 하측 부분(31b)은 주입관(12)의 외주면에 면적촉할 수 있다.
제 2 씰링부재(40)는 제 2 그루브(26)에 안착되고 내주면이 주입관(12)의 내주면에 접촉한다. 제 2 씰링부재(40)는 링형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 제 2 씰링부재(40)는 오링(O-ring)이 될 수 있다. 도 4를 참조하면, 보스(20)와 라이너(10)가 체결된 상태에서, 제 2 씰링부재(40)는 주입관(12)을 사이에 두고 함입부(32)와 마주보는 위치에서 주입관(12)의 내주면에 접촉할 수 있다.
이와 같이 주입관(12)을 사이에 두고 제 1 씰링부재(30)와 제 2 씰링부재(40)가 마주보는 형태로 배치되어, 함입부(32)를 기준으로 제 1 씰링부재(30)의 상측 부분(31a)과 하측 부분(31b)이 주입관(12)의 외주면에 면접촉하고, 함입부(32)에 대응되는 높이에서 제 2 씰링부재(40)가 주입관(12)의 내주면에 접촉함으로써 보스(20)와 라이너(10) 사이의 기밀성 및 체결력의 확보가 효과적으로 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기(1)에서, 접합력의 향상 및 기밀성의 확보를 위해 제 1 접착제(50) 및 제 2 접착제(60)가 도포될 수 있다.
제 1 접착제(50)는 제 3 그루브(27)에 도포되어 보스(20)와 안착부(11a) 사이에 접합력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제 1 접착제(50)는 구조용 접착제가 될 수 있다. 더욱 상세하게, 제 1 접착제(50)는 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 우레탄계 접착제 및 시아노아크릴계 접착제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
제 2 접착제(60)는 주입관(12)의 외주면과 안착부(11a)에 도포되어 기밀성 및 체결력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제 2 접착제(60)는 보스(20)의 체결 전 주입관(12)의 외주면과 안착부(11a)에 스프레이 형태로 도포된 것일 수 있다. 또한, 제 2 접착제(60)는 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 우레탄계 접착제 및 시아노아크릴계 접착제 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 접착제(60)는 제 1 접착제(50)와 동일한 종류일 수 있다.
이상 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기(1)는 제 1 테이퍼 형상부(13)와 제 2 테이퍼 형상부(23) 사이의 맞물리는 힘, 제 1 요철부(14)와 제 2 요철부(24)의 맞물리는 힘, 제 1 씰링부재(30)와 제 2 씰링부재(40)에 의한 체결력 및 기밀성, 제 1 접착제(50) 및 제 2 접착제(60)에 의한 체결력 및 기밀성 등을 제공한다. 이로 인하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기(1)에 의할 경우 라이너(10)와 보스(20) 사이의 강한 결합력 및 기밀성이 확보될 수 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련하여, 보스(20)의 결합홈(22)에 라이너(10)의 주입관(12)이 끼움 결합되는 구조를 설명하였는데, 이는 예시적인 것이다. 보스(20)의 결합홈(22)과 라이너(10)의 주입관(12)에 나사산이 추가적으로 형성될 경우 보스(20)와 라이너(10)의 주입관(12)은 나사 결합 방식으로 체결될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기의 변형예를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 변형예는 본 발명의 일 실시예와 비교하여 제 1 그루브(25a)의 형상이 다르며, 보강 링(70)을 추가적으로 포함한다. 제 1 그루브(25a)와 보강 링(70)을 제외한 나머지 구성은 앞서 설명한 바와 같으므로, 상기 변형예와 관련하여서는 제 1 그루브(25a) 및 보강 링(70)에 관해서만 설명한다.
본 발명의 일 실시예의 변형예에서, 제 1 그루브(25a)는 결합홈(22)의 내면 중 주입관(12)의 외주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입되되 보스 몸체(21)의 길이 방향 일측 단부 측으로 트여져 형성된다. 제 1 그루브(25a)가 이와 같이 형성됨으로써 제 1 씰링부재(30)가 제 1 그루브(25a)에 용이하게 삽입될 수 있다.
보강 링(70)은 링형부재로서 제 1 그루브(25a)에 제 1 씰링부재(30)가 삽입된 상태에서 제 1 씰링부재(30)와 라이너(10) 사이의 간극을 메꾸며 배치된다. 더욱 상세하게, 보강 링(70)은 제 1 씰링부재(30)와 저장 몸체(11)의 안착부(11a) 사이의 간극을 메꾸며 배치된다. 보강 링(70) 은 제 1 씰링부재(30)와 저장 몸체(11)의 안착부(11a)와 제 1 씰링부재(30) 사이의 간극을 메꾸며 기밀성을 제공한다. 이때, 보강 링(70)의 외주면은 제 1 그루브(25a)의 내주면에 접하여 배치될 수 있다. 또한, 보강 링(70)과 제 1 씰링부재(30) 사이 또는 보강 링(70)과 안착부(11a) 사이 또는 보강 링(70)과 제 1 그루브(25a)의 내주면 사이에는 접착제가 배치될 수도 있다.
보강 링(70)은 보스(20)와 동일한 재질(예를 들면, 알루미늄)으로 이루어질 수 있다. 물론, 보강 링(70)은 제 1 씰링부재(30)와 저장 몸체(11)의 안착부(11a)와 제 1 씰링부재(30) 사이의 간극을 메꾸며 기밀성을 제공하는 기능을 수행하는 한도 내에서 임의의 다른 재질로 구성될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기 제조 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기 제조 방법은 앞서 살펴본 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기(1)를 제조하기 위한 것이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기 제조 방법은 라이너를 일체로 성형하는 단계(S10) 및 라이너(10)와 보스를 조립하여 결합시키는 단계(S20)를 포함할 수 있다.
라이너를 일체로 성형하는 단계(S10)에서 라이너(10)는 블로우 몰딩 방식으로 성형될 수 있다. 즉, 라이너(10)는 블로우 몰딩 방식을 통해 일체로 성형될 수 있다.
종래에는 이종 재질인 라이너와 보스 사이의 결합력 확보를 위해 보스를 라이너에 인서트 사출할 필요가 있었다. 이에 따라 저장 공간을 형성하는 라이너를 2개의 바디(body)로 나누어 사출 성형하고, 사출 성형된 2개의 바디를 열융착시켜 그 내부에 저장 공간이 형성되도록 하는 방식이 널이 쓰여왔다. 그러나 이러한 방식에 의할 경우 2개의 바디를 사출하여야 하므로 생산 속도가 저하되고, 2개의 바디 사이에 대면적으로 열융착 부위가 생겨 열융착 강도에 편차가 발생하는 문제가 생긴다.
그러나 앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 저장 용기(1)는 제 1 테이퍼 형상부(13)와 제 2 테이퍼 형상부(23) 사이의 맞물리는 힘, 제 1 요철부(14)와 제 2 요철부(24)의 맞물리는 힘, 제 1 씰링부재(30)와 제 2 씰링부재(40)에 의한 체결력 및 기밀성, 제 1 접착제(50) 및 제 2 접착제(60)에 의한 체결력 및 기밀성 등을 제공하며, 이를 통해 라이너(10)와 보스(20) 사이의 강한 결합력 및 기밀성을 확보하여 준다. 그러므로 본 발명에 의할 경우 라이너와 보스 사이의 결합력 확보를 위해 보스를 라이너에 인서트 사출할 필요가 없으며 블로우 몰딩 방식을 통해 라이너(10)를 일체로 성형할 수 있게 된다.
블로우 몰딩 방식으로 라이너(10)를 일체로 성형할 경우 라이너(10) 전체가 단일하게 하나의 몸체로 형성되므로 수소 기밀성과 품질 안정성을 높일 수 있다. 또한, 2개의 바디를 열융착시키는 공정이 없어짐에 따라 생산성의 향상도 기대할 수 있다.
라이너(10)와 보스(20)를 조립하여 결합시키는 단계(S20)에서, 보스(20)는 라이너(10)와 조립 체결된다. 보스(20)와 라이너(10)의 조립 체결 구조는 앞서 설명한 바와 같으므로 자세한 설명은 생략한다. 라이너(10)와 보스(20)를 체결할 때, 제 1 씰링부재(30) 및 제 2 씰링부재(40)의 배치, 제 1 접착제(50) 및 제 2 접착제(60)의 도포가 함께 수행될 수 있다.
본 단계(S20)를 통해 제 1 테이퍼 형상부(13)와 제 2 테이퍼 형상부(23) 사이의 맞물리는 힘, 제 1 요철부(14)와 제 2 요철부(24)의 맞물리는 힘, 제 1 씰링부재(30)와 제 2 씰링부재(40)에 의한 체결력 및 기밀성, 제 1 접착제(50) 및 제 2 접착제(60)에 의한 체결력 및 기밀성 등이 발생하며, 라이너(10)와 보스(20) 사이의 강한 결합력 및 기밀성이 확보될 수 있다.
라이너(10)와 보스(20)의 결합 후에는 라이너(10)의 외주면에 내압 성능을 제공하는 쉘을 결합시키는 단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예들에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1: 고압 저장 용기
10: 라이너 20: 보스
30: 제 1 씰링부재 40: 제 2 씰링부재
10: 라이너 20: 보스
30: 제 1 씰링부재 40: 제 2 씰링부재
Claims (12)
- 고압 유체의 저장을 위한 저장 공간이 내부에 형성된 저장 몸체와, 상기 저장 공간을 외부와 연통시키며 상기 저장 몸체의 일측에서 외측으로 연장된 주입관을 구비하는 라이너; 및
길이 방향을 따라 관통된 관형의 보스 몸체와, 상기 보스 몸체가 상기 저장 공간을 외부와 연통시키며 상기 주입관에 결합될 수 있도록 상기 보스 몸체의 길이 방향 일측 단부에서 타측으로 함입되어 형성되고 상기 주입관이 결합되는 결합홈을 구비하는 보스;를 포함하는 고압 저장 용기. - 제 1 항에 있어서,
상기 주입관의 내주면에는 상기 외측에서 상기 저장 몸체 측으로 갈수록 상기 주입관의 내경을 감소시키는 제 1 테이퍼 형상부가 구비되고, 상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 주입관의 내주면과 맞닿는 면에 상기 제 1 테이퍼 형상부에 상응하는 제 2 테이퍼 형상부를 구비하는 고압 저장 용기. - 제 1 항에 있어서,
상기 주입관의 외주면의 적어도 일부분에는 길이 방향을 따라 요철이 반복되는 제 1 요철부가 구비되고, 상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 외주면과 맞닿는 면에 상기 제 1 요철부와 맞물리는 제 2 요철부를 구비하는 고압 저장 용기. - 제 1 항에 있어서,
상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 외주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입된 제 1 그루브를 구비하고,
상기 제 1 그루브에 안착되고 내주면이 상기 주입관의 외주면에 접촉하는 링형의 제 1 씰링부재를 더 포함하는 고압 저장 용기. - 제 4 항에 있어서,
상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 내주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입된 제 2 그루브를 구비하고,
상기 제 2 그루브에 안착되고 내주면이 상기 주입관의 내주면에 접촉하는 링형의 제 2 씰링부재를 더 포함하는 고압 저장 용기. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 씰링부재 및 제 2 씰링부재 중 어느 하나는 내주면에 반경 방향 외측으로 함입된 함입부를 구비하고 상기 함입부의 상측 및 하측 부분이 상기 주입관의 외주면 또는 상기 주입관의 내주면에 면접촉하는 고압 저장 용기. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 씰링부재 및 제 2 씰링부재 중 나머지 하나는 상기 주입관을 사이에 두고 상기 함입부와 마주보는 위치에서 상기 주입관의 내주면 또는 상기 주입관의 외주면에 접촉하는 고압 저장 용기. - 제 1 항에 있어서,
상기 저장 몸체는 상기 주입관의 둘레에 링형으로 형성된 안착부를 구비하고,
상기 보스 몸체의 길이 방향 일측 단부 중 상기 결합홈의 반경 방향 외측 부분은 상기 안착부에 안착되는 고압 저장 용기. - 제 8 항에 있어서,
상기 보스는 상기 보스 몸체의 상기 안착부와 접하는 면에 원형으로 함입된 제 3 그루브를 구비하고,
상기 제 3 그루브에 도포되어 상기 보스와 상기 안착부 사이에 접합력을 제공하는 제 1 접착제를 더 포함하는 고압 저장 용기. - 제 8 항에 있어서,
상기 주입관의 외주면과 상기 안착부에 도포된 제 2 접착제를 더 포함하는 고압 저장 용기. - 제 1 항에 있어서,
상기 보스는 상기 결합홈의 내면 중 상기 주입관의 외주면과 맞닿는 면에 둘레 방향을 따라 함입되되 상기 보스 몸체의 길이 방향 일측 단부 측으로 트여진 제 1 그루브를 구비하고,
상기 제 1 그루브에 안착되고 내주면이 상기 주입관의 외주면에 접촉하는 링형의 제 1 씰링부재; 및
상기 제 1 씰링부재와 상기 라이너 사이의 간극을 메꾸며 배치되는 보강 링;을 더 포함하는 고압 저장 용기. - 제 1 항 내지 제11항 중 어느 한 항의 고압 저장 용기를 제조하는 방법으로서,
블로우 몰딩 방식으로 상기 라이너를 일체로 성형하는 단계; 및
상기 라이너와 상기 보스를 조립하여 결합시키는 단계;를 포함하는 고압 저장 용기 제조 방법.
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