KR20230096211A - 압력용기의 일체형 실링 가스켓의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

압력용기 내의 유체 유출을 방지하기 위한 가스켓 어셈블리가 개시된다. 본 발명은 축방향으로 연장되는 중공형 네크부와 상기 네크부의 반경 방향으로 연장되는 플랜지부를 포함하는 노즐보스 및 상기 노즐보스의 플랜지부와 결합하고 내부에 유체 충진 공간을 제공하는 라이너를 포함하는 압력용기에 있어서, 상기 노즐보스의 플랜지부와 상기 라이너의 결합 부위를 실링하기 위한 일체화 된 가스켓 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제공한다.

Description

압력용기의 일체형 실링 가스켓의 제조 방법 {Manufacturing Methods of Integral Type Sealing Gasket For High Pressure Vessel}
본 발명은 내부에 고압 유체의 충전 공간을 제공하는 압력용기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력용기 내의 유체 유출을 방지하기 위한 가스켓 어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
수소, 질소, 천연가스 등 다양한 종류의 가스를 저장하고, 필요에 따라 저장된 가스를 배출하기 위하여 가스 저장용기가 사용된다. 특히, 가스는 용기 내 저장밀도가 낮기 때문에 고압으로 저장될 필요가 있으며, 이러한 고압 환경에서는 압력용기가 필수적이다.
압력용기는 대체연료가스 차량(연료전지자동차 또는 압축천연가스 자동차)의 기체상태의 압축가스 연료의 저장용기 등에 사용되고 있다. 기체 상태의 연료는 에너지 저장밀도가 낮아 더 많은 운행거리를 확보하려면 저장량을 늘리거나, 저장압력을 높여야 한다. 자동차의 경우, 가스 저장시스템 탑재 공간이 한정되어 있어 저장탱크의 크기를 늘리는 것은 한계가 있으므로 가급적 보다 높은 압력의 가스를 안전하게 저장하는 것이 우선적으로 요구된다.
종래에는 금속성 재료로 노즐보스 및 라이너를 제조하고 상기 노즐보스 및 라이너의 외부에 카본 섬유나 유리 섬유로 감거나 적층하여 압력용기를 제조하였다. 그러나, 종래의 금속성 라이너로 제조되는 압력 용기는 금속의 특성상 중량이 무거우며 부식에 매우 약하고 제조원가도 높다는 문제가 발생되었다. 이를 해결하기 위해 합성수지를 사용한 플라스틱 라이너를 제조하게 되었으며, 플라스틱은 금속재에 비해 중량을 가볍게 하고 내부식성을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
그러나, 플라스틱 라이너를 사용하여 압력용기를 제조하는 경우라도 노즐보스는 라이너와는 다른 재질을 사용하게 되므로, 노즐보스와 플라스틱 라이너 간의 접합 또는 결착이라는 새로운 문제가 발생한다. 즉, 플라스틱 라이너는 금속 라이너에 비해 노즐보스의 양호한 접합 상태를 구현하는데 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 노즐보스에 홈을 만들어 노즐보스를 플라스틱 라이너에 인서트 성형하는 방법으로 사용되어 왔다.
도 1a는 종래의 인서트 사출 성형에 의해 제조된 압력용기의 일부를 모식적으로 단면도면이다.
도 1a는 압력용기를 구성하는 노즐보스(10)와 라이너(20)의 결합 부위의 모습을 보여주고 있다. 도 1을 참조하면, 노즐보스(10)는 스틸, 알루미늄 및 플라스틱 등을 가공하여 제조되는데, 노즐보스가 제조되면 노즐보스(10)를 사출금형의 내부공간에 삽입한 후 라이너의 재료가 되는 합성수지를 사출금형 내로 유입시킴으로써 노즐보스(10)와 라이너(20)가 결합된 구조로 몰딩된다.
한편, 상기 노즐보스의 네크부 일단 즉 네크부의 압력용기 내측으로 향한 단부(12)의 외주에는 실링 구조가 결합되어 상기 결합 부위에서의 유체의 유출을 방지하는데, 실링 구조는 가스켓(32), 플레이트(34) 및 너트(36)을 포함하고 있다.
도 1b는 종래의 실링 구조를 구성하는 가스켓(32), 플레이트(34) 및 너트(36)의 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이, 가스켓(32), 플레이트(34) 및 너트(40)는 상기 네크부의 일단에 축방향으로 순차 삽입되고, 최종적으로 너트의 조임에 의해 가스켓(32)을 의한 가압 실링할 수 있다.
그러나, 종래의 실링 구조는 가스켓과 플레이트가 각각 별도의 부품으로 구성되어 있는데, 이와 같은 구조는 조립시 실링 가스켓과 플레이트의 접촉부에 윤활유를 도포하여야 할 필요가 있고, 조립 시 두 부품의 센터를 정렬하여야 기밀성이 유지된다는 문제점이 있다. 이에 따라, 종래의 압력용기 실링 구조는 조립 공정이 복잡하여 효율이 떨어지며, 안정적인 실링 특성을 기대하기 어렵다는 문제점을 안고 있다.
(1) KR 2017-130649A
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 간단한 조립 공정에 의해 안정적인 기밀성을 유지할 수 있는 가스켓 어셈블리를 갖는 압력용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 가스켓 어셈블리의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 축방향으로 연장되는 중공형 네크부와 상기 네크부의 반경 방향으로 연장되는 플랜지부를 포함하는 노즐보스 및 상기 노즐보스의 플랜지부와 결합하고 내부에 유체 충진 공간을 제공하는 라이너를 포함하는 압력용기에 있어서, 상기 노즐보스의 플랜지부와 상기 라이너의 결합 부위를 실링하기 위한 일체화 된 가스켓 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기를 제공한다.
본 발명에서 상기 네크부의 축방향 하단부 외주에는 나사산이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 가스켓 어셈블리의 후단에는 상기 네크부의 상기 나사산에 체결되어 상기 가스켓 어셈블리를 고정하기 위한 너트가 구비될 수 있다.
본 발명에서 상기 가스켓 어셈블리는, 링형 플레이트 및 상기 링형 플레이트 상의 링형 가스켓을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 링형 플레이트에는 플랫 내부 엣지(flat inner edge)가 형성되어, 상기 링형 플레이트가 상기 네크부 일단부에 맞물리는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 플랫 내부 엣지는 D형 내부 엣지 또는 더블 D형 플랫 내부 엣지일 수 있다.
본 발명에서 상기 링형 가스켓은 상기 링형 플레이트에 사출 성형된 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 링형 플레이트를 준비하는 단계; 상기 플레이트의 표면을 세척하는 단계; 상기 플레이트의 세척면에 접착제를 도포하는 단계; 상기 플레이트를 사출 금형에 인서트하는 단계; 및 상기 플레이트 상에 링형 가스켓을 사출하는 단계를 포함하는 압력용기용 가스켓 제조방법을 제공한다.
본 발명은 상기 사출된 가스켓 표면에 연질 아노다이징 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단한 조립 공정에 의해 안정적인 기밀성을 유지할 수 있는 가스켓 어셈블리를 갖는 압력용기를 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면 인서트 사출에 의해 일체화 된 가스켓을 제조함으로써 압력용기의 제조 시 간단한 조립 공정을 적용할 수 있게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 통상적인 압력용기의 실링 구조 및 조립 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력용기를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스켓 어셈블리를 제조하는 절차를 설명하기 위한 절차도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스켓 어셈블리를 모식적으로 도시한 사시도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널 및 이의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력용기의 일부분에 대한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 압력용기(100)는 유체의 충전 및 배출의 통로가 되는 노즐보스(110), 상기 노즐보스(110)와 결합되어 내부에 상기 유체의 충전 공간을 제공하는 플라스틱 라이너(120)를 포함하고 있다.
또한, 상기 압력용기(100)는 상기 노즐보스(110)와 상기 라이너(120)를 결합한 후 내압성을 향상시키기 위해 상기 노즐보스(110)와 상기 라이너(120)의 바깥을 보강 섬유에 의해 와인딩함으로써 형성되는 보강층(150)을 포함할 수 있다. 상기 보강층(150)은 경화성 수지에 함침된 보강 섬유에 의해 와인? 된 것으로, 상기 보강 섬유로는 카본섬유, 유리섬유 또는 합성 폴리아미드 섬유 등이 사용될 수 있고, 상기 경화성 수지로는 에폭시 수지 등이 사용될 수 있다.
상기 노즐보스(110)는 압력용기의 길이 방향(Z축)으로 연장되는 중공 네크부(112)와 상기 네크부(112)로부터 직경 방향(X축)으로 연장되는 플랜지부(114)를 구비하고 있다. 상기 플랜지부(114)는 네크부(112)의 하부 말단 근처에서 반경 방향 외측으로 연장된다. 플랜지부(114)는 상기 노즐보스(110)의 일 구성부분으로서 네크부(112)와 일체형으로 형성되거나 기계적 결합에 의하여 형성될 수 있다. 플랜지부(114)는 라이너(120)와 결합됨으로써 기밀구조를 형성한다.
본 발명에서 노즐보스(110), 즉 네크부(112)와 플랜지부(114)는 스틸, 알루미늄 및 플라스틱 등을 가공하여 제조할 수 있다. 한편, 노즐보스(110)와 라이너의 결합 방식에는 다양한 방식이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 인서트 사출에 의해 구현되는 것이 좋다.
즉, 제조된 노즐보스(110)를 상부금형과 하부금형으로 구성되는 사출금형의 내부공간에 삽입한 후 수지를 사출금형 내로 유입시킴으로써 노즐보스(110)와 라이너(120)를 결합 구조를 형성할 수 있다.
본 발명에서 라이너(120)는 유체의 저장 공간을 제공하는 실린더 형상의 통 구조물로서, 단부는 반구형 돔 형상을 이루지만, 중앙은 원통형 형상을 이루고 있다. 본 발명에서 라이너(200)는 돔부와 실린더형부를 일체형으로 제작하거나 돔부와 실린더부를 별개로 제조한 후 열융착 등의 공정에 의해 서로 결합함으로써 제조될 수도 있다.
또한, 도면에는 압력용기(100)의 일측에 노즐보스가 구비된 것이 도시되어 있지만, 필요한 경우 상기 노즐보스(110) 또는 이와 유사한 구조가 압력용기의 타측에 구비될 수 있음은 물론이다. 이와 달리, 상기 압력용기는 타측에 중공형 네크부가 없는 폐쇄 구조의 노즐보스가 구비될 수도 있으며, 그 밖에 다양한 구조가 채용될 수 있을 것이다.
본 발명의 노즐보스(110)의 네크부(112)의 축방향 후방 단부에는 관형 돌출부(116)가 구비될 수 있으며, 돌출부(116)의 하측 외주면에는 나사산이 형성되어 있다. 상기 돌출부(116)에는 축 방향으로 외삽되는 가스켓 어셈블리(130)와 상기 가스켓 어셈블리를 고정하기 위한 고정구로서 너트(140)가 순차 삽입되어, 너트와 나사산의 결합에 의해 고정된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓 어셈블리를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 가스켓 어셈블리(130)는 링형 플레이트(134)와 링형 가스켓(132)으로 구성되어 있다. 상기 가스켓 어셈블리에서 링형 플레이트(134)와 링형 가스켓(132)은 사출 성형에 의해 일체화되어 있다.
상기 링형 가스켓(132)은 링 구조를 가지며, 플레이트(134) 상의 표면으로부터 상방향으로 돌출된 후 구부러지는 주름부를 구비할 수 있다. 상기 주름부는 라이너(120) 및/또는 플랜지부(114)의 경계에 접촉하여 유체가 라이너(200) 및 플랜지부(114)와 직접적으로 접촉하는 것을 방지하고, 라이너(120)와 플랜지부(114)의 경계부분을 가압하여 라이너(120)가 플랜지부(114)로부터 이탈하는 것을 방지하여 라이너(120)와 플랜지부(114) 사이의 결합력을 증가시킬 수 있다. 도면에는 하나의 주름부가 형성되어 있지만, 본 발명에서 상기 링형 가스켓의 주름부는 둘 이상 복수개 형성될 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 상기 가스켓 어셈블리(130)는 압력용기(100)가 수축할 경우에도 압력용기(100)의 라이너(200)와 노즐보스(100)의 플랜지부(120)의 밀착 상태로 유지하여, 압력용기의 내부가 저압 상태에서도 유체 유출 경로를 차단할 수 있게 되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 링형 가스켓은 실리콘 고무, EPDM, NR 와 같은 탄성 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 링형 가스켓의 하부에는 링형 플레이트(134)가 일체화 되어 있다. 상기 플레이트(134)는 상하면이 편평면으로 구성되어 있다. 본 발명에서 상기 링형 플레이트(134)의 내부 관통공은 상기 노즐보스의 돌출부(116) 나사축에 대응하는 형상을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 링형 플레이트의 관통공 즉 내주에는 플랫 내부 엣지(flat inner edge; 136A, 136B)가 형성될 수 있다. 상기 플랫 내부 엣지는 상기 링형 플레이트가 상기 네크부의 돌출부(116)의 나사산에 맞물리게 한다. 더 바람직하게는 상기 링형 플레이트(134)는 대향하는 두 개의 플랫 내부 엣지를 구비하는 더블 D형 내부 엣지일 수 있다. 물론 본 발명의 도면에는 더블 D형 내부 엣지를 구비하는 링형 플레이트가 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 내주 일측에만 D형 내부 엣지가 형성된 것이거나 셋 이상의 복수의 플랫 엣지가 형성될 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 플랫 내부 엣지는 일체형 가스켓 어셈블리(130)가 너트(140)에 의해 돌출부(116)의 나사산에 체결될 때 회전에 의해 가스켓(132)이 비틀림 응력을 받지 않도록 한다.
상술한 일체형 가스켓 어셈블리(130)는 후술하는 제조 공정에서 설명되는바와 같이 사출 성형에 의해 플레이트와 가스켓의 중심이 일치된 상태에서 일체화 된다. 이에 따라, 조립 공정 시 정렬에 소요되는 작업 시간을 단축할 수 있게 된다. 또한, 상기 일체형 가스켓 어셈블리(130)는 플랫 에지 구조의 플레이트로 인해 너트의 잠금 체결 시 회전하지 않으므로, 너트 회전 시의 비틀림 응력에 의한 손상이나 실링 불량이 발생할 가능성이 줄게 된다.
본 발명에서 상기 플레이트(134)는 스틸, 알루미늄 합금, 스테인레스 스틸 과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
이하에서는 전술한 일체화 된 가스켓 어셈블리의 제조 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스켓 어셈블리의 제조 방법을 설명하는 절차도이다.
도 4를 참조하면, 전술한 플레이트(134)가 준비된다(S110). 상기 플레이트는 내주에 플랫 내부 엣지를 구비한 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 플레이트는 에칭, 샌드 블라스팅, 레이저 가공 등에 의해 사전 표면 처리된 것일 수 있다. 이와 같은 표면 처리는 몰딩되는 플라스틱 수지와의 접촉 면적을 증가시키는데 기여하고, 몰딩된 플라스틱 수지에 대한 앵커 효과를 부여할 수 있다.
이어서, 상기 플레이트의 표면을 세척한다(S120). 본 발명에서 세척은 알칼리세척에 의해 수행될 수 있다.
다음, 세척된 플레이트 표면에 접착제를 도포한다(S130). 도포된 접착제는 사출되는 수지와의 접착력을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 접착제로는 켐록의 205, 6411 등이 사용될 수 있다.
이어서, 접착제가 도포된 플레이트를 사출 금형에 인서트(S140)한 후, 상기 플레이트 표면에 스틱 수지를 몰딩하여 가스켓 구조를 형성한다(S150). 부가적으로, 본 발명에서 제조된 가스켓 어셈블리의 표면은 연질 아노다이징 처리(S160)될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 압력용기
110 노즐보스
112 네크부
120 플라스틱 라이너
130 가스켓 어셈블리
132 링형 가스켓
134 링형 플레이트
136A, 136B 플랫 내부 엣지

Claims (12)

  1. 축방향으로 연장되는 중공형 네크부와 상기 네크부의 반경 방향으로 연장되는 플랜지부를 포함하는 노즐보스 및 상기 노즐보스의 플랜지부와 결합하고 내부에 유체 충진 공간을 제공하는 라이너를 포함하는 압력용기에 있어서,
    상기 노즐보스의 플랜지부와 상기 라이너의 결합 부위를 실링하기 위한 일체화 된 가스켓 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 네크부의 축방향 하단부 외주에는 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 압력용기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스켓 어셈블리의 후단에 외삽되며, 상기 네크부의 상기 나사산에 체결되어 상기 가스켓 어셈블리를 고정하기 위한 너트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓 어셈블리는,
    링형 플레이트 및 상기 링형 플레이트 상의 링형 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 링형 플레이트에는 플랫 내부 엣지(flat inner edge)가 형성되어, 상기 링형 플레이트가 상기 네크부 일단부에 맞물리는 것을 특징으로 하는 압력용기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플랫 내부 엣지는 D형 내부 엣지 또는 더블 D형 플랫 내부 엣지인 것을 특징으로 하는 압력용기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 링형 가스켓은 상기 링형 플레이트에 사출 성형된 것을 특징으로 하는 압력용기.
  8. 링형 플레이트를 준비하는 단계;
    상기 플레이트의 표면을 세척하는 단계;
    상기 플레이트의 세척면에 접착제를 도포하는 단계;
    상기 플레이트를 사출 금형에 인서트하는 단계;
    상기 플레이트 상에 링형 가스켓을 사출하는 단계를 포함하는 압력용기용 가스켓 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 사출된 가스켓 표면에 연질 아노다이징 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력용기용 가스켓 어셈블리 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 플레이트는 플랫 내부 엣지가 형성된 링형 플레이트인 것을 특징으로 하는 압력용기용 가스켓 어셈블리 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 플레이트는 플랫 내부 엣지를 구비하는 링형 플레이트인 것을 특징으로 하는 압력용기용 가스켓 어셈블리 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 플레이트는 플랫 내부 엣지를 구비하는 링형 플레이트인 것을 특징으로 하는 압력용기용 가스켓 어셈블리 제조방법.
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