KR20230100181A

KR20230100181A - 극저온 액체 연료 탱크 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20230100181A
Application number: KR1020210189867A
Authority: KR
Inventors: 전상언; 조원제; 권현욱
Original assignee: 주식회사 티엠씨
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2023-07-05

Abstract

본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크는 원형의 평면 형상을 갖는 제1 평면부(111)와 제1 평면부(111)의 둘레로부터 전방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제1 곡면부(112)로 이루어지는 제1 모듈 부재(11); 및 상기 제1 평면부(111)와 같은 크기를 가지며 원형의 평면 형상을 갖는 제2 평면부(121)와 상기 제2 평면부(121)의 둘레로부터 후방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제2 곡면부(122)로 이루어지는 제2 모듈 부재(12)를 포함하고, 상기 제1 모듈 부재(11)와 상기 제2 모듈 부재(12)는 교대로 반복하여 연결되며, 서로 인접하고 있는 상기 제1 평면부(111)와 상기 제2 평면부(121)는 면접하고 있고, 서로 인접하고 있는 상기 제1 곡면부(112)와 상기 제2 곡면부(122)는 그 말단의 둘레가 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

극저온 액체 연료 탱크 및 그 제조 방법{CRYOGENIC LIQUID FUEL TANK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 극저온 액체 연료 탱크에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 극저온 상태에서 압축된 액체를 저장하기에 적합한 새로운 구조를 가지며 조립성 및 생산성이 우수한 극저온 액체 연료 탱크에 관한 것이다.

일반적으로 자동차나 산업용 기계 등에 사용되는 연료를 저장하기 위한 연료탱크는 액체나 기체 상태의 연료를 저장하고 있다. 특히, 기체는 부피가 크기 때문에 저온의 압축 상태로 액화하여 연료 탱크에 저장하여야 저장 용량을 증대시킬 수 있다.

최근 자동차의 화석 연료를 대체하기 위해 전기 자동차의 수요 및 공급이 늘고 있는데 수소 연료 전지를 사용하여 생산한 전기를 이용하여 구동되는 수소 자동차는 향후 환경적인 측면이나 에너지 효율 면에서 유리한 전망을 가지고 있다.

이러한 수소 연료는 연료 전지 내에서 기체 상태로 반응하기 때문에 수소 연료를 저장하는 연료 탱크에 기체 상태의 수소를 저장하는 경우 350 bar 이상의 고압으로 압축된 수소를 저장해야 한다. 이 경우 저장 탱크는 고압에 대해 안정성을 부여하기 위해 고가의 복합 소재를 사용한다. 기체 상태의 수소는 압축 상태라 하더라도 부피를 상당히 차지하기 때문에 기체 상태의 수소를 저장하는 것 보다 액체 상태로 저장하는 것이 보다 많은 양의 연료를 저장할 수 있다.

미국 특허 제8,235,240호에서는 극저온 액체 수소를 저장하기 위한 저장 용기에 대하여 개시하고 있다. 이 특허에서는 액체 수소를 저장하는 용기의 몸체의 내부를 다수의 챔버로 구분하여 각 챔버가 연통하도록 하고 있으며 몸체의 양단을 캡으로 덮는 구조를 제시하고 있다. 그러나, 이 특허에서 액체 수소를 저장하는 각 챔버는 실질적으로 육면체의 형상을 갖기 때문에 연료 탱크 내부의 수축 및 팽창에 따라 응력이 연료 탱크의 일부에 집중되는 것을 분산하기 어렵다. 또한, 응력 변화에 대응하기 위해 연료 탱크 본체의 상부 및 하부 쪽을 곡면 형태로 하는 경우 챔버의 개수만큼 탱크 본체의 상부면과 하부면을 곡면으로 가공하여야 하므로 용기의 제작이 어렵고 챔버의 크기와 개수가 본체의 크기로 한정되기 때문에 설계상의 제약이 큰 단점이 있다.

이에 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위해 새로운 구조를 갖는 극저온 액체 연료 탱크 및 그 제조 방법을 제안하고자 한다.

본 발명은 극저온 상태의 액체 연료를 저장하기에 적합한 새로운 구조의 연료 탱크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연료 탱크의 조립성 및 생산 효율을 증대시킬 수 있는 극저온 액체 연료 탱크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 내재되어 있는 목적은 아래 설명하는 본 발명에 의하여 모두 용이하게 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크는

원형의 평면 형상을 갖는 제1 평면부(111)와 제1 평면부(111)의 둘레로부터 전방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제1 곡면부(112)로 이루어지는 제1 모듈 부재(11); 및

상기 제1 평면부(111)와 같은 크기를 가지며 원형의 평면 형상을 갖는 제2 평면부(121)와 상기 제2 평면부(121)의 둘레로부터 후방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제2 곡면부(122)로 이루어지는 제2 모듈 부재(12);

를 포함하고, 상기 제1 모듈 부재(11)와 상기 제2 모듈 부재(12)는 교대로 반복하여 연결되며, 서로 인접하고 있는 상기 제1 평면부(111)와 상기 제2 평면부(121)는 면접하고 있고, 서로 인접하고 있는 상기 제1 곡면부(112)와 상기 제2 곡면부(122)는 그 말단의 둘레가 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 모듈 부재(11)의 상기 제1 평면부(111) 중앙에는 제1 중앙홀(111A)이 형성되어 있고, 상기 제1 중앙홀(111A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상의 내측 돌출부(111B)가 형성되며,

상기 제2 모듈 부재(12)의 상기 제2 평면부(121) 중앙에는 제2 중앙홀(121A)이 형성되어 있고, 상기 제2 중앙홀(121A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상의 외측 돌출부(121B)가 형성되며,

상기 내측 돌출부(111B)의 내주면에 상기 외측 돌출부(121B)의 외주면이 압입되어 결합되고,

상기 외측 돌출부(121B)의 내주면에 결합되는 서포트 파이프(20)를 더 포함하여도 좋다.

본 발명에서, 상기 서포트 파이프(20)의 전방 끝부분에 결합되는 제3 모듈 부재(13)를 더 포함하고,

상기 제3 모듈 부재(13)는 중앙 부분의 형상이 오목한 전방 리세스(132)와, 상기 전방 리세스(132)의 둘레를 따라 후방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제3 곡면부(131)로 이루어지고,

상기 전방 리세스(132)의 중앙 부분에는 상기 서포트 파이프(20)에 결합되는 제3 중앙홀(132A)이 형성되어도 좋다.

본 발명에서, 상기 제3 모듈 부재(13)의 전방 리세스(132)에는 제1 필러(31)가 충진되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 전방 리세스(132)의 전방에는 링 형상으로 제작된 제1 엔드 서포트(41)가 결합되어도 좋다.

본 발명에서, 상기 서포트 파이프(20)의 후방 끝 부분에 결합되는 제4 모듈 부재(14)를 더 포함하고, 상기 제4 모듈 부재(14)는 후방에서 전방 쪽으로 오목한 형상을 갖는 후방 리세스(142)와, 상기 후방 리세스(142)의 둘레를 따라 전방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제4 곡면부(141)를 가지며,

상기 후방 리세스(142)의 중앙 부분에는 상기 서포트 파이프(20)에 결합되는 제4 중앙홀(142A)이 형성되어도 좋다.

본 발명에서, 상기 제4 모듈 부재(14)의 상기 후방 리세스(142)에는 제2 필러(32)가 충진되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 후방 리세스(142)의 후방에는 링 형상으로 제작된 제2 엔드 서포트(42)가 결합되어도 좋다.

본 발명에서, 상기 서포트 파이프(20)에는 상기 제1 및 제2 모듈 부재(11, 12)가 형성하는 각 셀과 연통하는 복수개의 홀이 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 제1 모듈 부재(11)의 제1 곡면부(112)의 말단인 제1 둘레부(112A)로부터 전방으로 돌출된 저글링(112B)이 형성되고,

상기 저글링(112B)은 상기 제2 모듈 부재(12)의 제2 곡면부(122)의 말단인 제2 둘레부(122A)의 내측으로 결합되어도 좋다.

본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법은 제1 모듈 부재(11)의 내측 돌출부(111B)와 제2 모듈 부재(12)의 외측 돌출부(121B)를 끼워서 조립한 상태인 복수 개의 조립체를 상기 서포트 파이프(20)에 설치하는 단계; 및

상기 서포트 파이프(20)를 회전시키면서 상기 복수 개의 조립체 사이의 연결 부위를 용접하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 제3 모듈 부재(13)를 상기 제1 모듈 부재(11) 중에서 제일 전방에 위치하는 제1 모듈 부재(11)와 연결되도록 상기 서포트 파이프(20)의 전방 쪽에 설치하는 단계를 더 포함하여도 좋다.

본 발명에서, 상기 제3 모듈 부재(13)의 전방에 제1 엔드 서포트(41)를 고정시키는 단계를 더 포함하여도 좋다.

본 발명에서, 상기 제1 엔드 서포트(41)를 설치하기 이전에 상기 제3 모듈 부재(13)의 전방에 제1 필러(31)를 충진하는 단계를 더 포함하여도 좋다.

본 발명에서, 제4 모듈 부재(14)를 상기 제2 모듈 부재(12) 중에서 제일 후방에 위치하는 제2 모듈 부재(12)와 연결되도록 상기 서포트 파이프(20)의 후방 쪽에 설치하는 단계를 더 포함하여도 좋다.

본 발명에서, 상기 제4 모듈 부재(14)의 후방에 제2 엔드 서포트(42)를 고정시키는 단계를 더 포함하여도 좋다.

본 발명에서, 상기 제2 엔드 서포트(42)를 설치하기 이전에 상기 제4 모듈 부재(14)의 후방에 제2 필러(32)를 충진하는 단계를 더 포함하여도 좋다.

본 발명은 극저온 액체 연료를 저장하기에 적합한 새로운 구조를 통해 연료 탱크의 조립성 및 생산 효율을 증대시킬 수 있는 발명의 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 제1 모듈 부재와 제2 모듈 부재를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 제1 모듈 부재와 제2 모듈 부재를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 일부를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 제조 단계를 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크의 제1 모듈 부재와 제2 모듈 부재의 결합 과정을 나타낸 개념도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)의 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)를 나타낸 사시도이며, 도 3은 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)를 나타낸 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)의 일부를 분해하여 나타낸 사시도이다.

도 1 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)는 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)가 교대로 반복하여 연결되는 구조를 갖는다. 제일 전방의 제1 모듈 부재(11)의 전방 쪽에는 제3 모듈 부재(13)가 연결되며, 제일 후방의 제2 모듈 부재(12)의 후방 쪽에는 제4 모듈 부재(14)가 연결된다. 제1 내지 제4 모듈 부재(11, 12, 13, 14)는 서포트 파이프(20)에 결합된다. 본 명세서에서 '전방' 및 '후방'은 도 1에서 각각 +y 및 -y 방향을 의미하고, '상부' 및 '하부' 방향은 각각 +z 및 -z 방향을, '좌측' 및 '우측' 방향은 각각 +x 및 -x 방향을 의미하는 것으로 사용한다.

본 발명에서 제1 내지 제4 모듈 부재(11, 12, 13, 14) 및 서포트 파이프(20)는 극저온의 액체 연료를 저장하기에 적합하도록 금속 재질이 바람직하며, 구체적으로 스테인레스강, 인바강, 니켈강, 고망간강 또는 알루미늄 등의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 강도가 높은 소재일수록 금형기술을 이용하여 얇은 판으로 모듈 부재를 제작할 수 있다. 특히, 제1 내지 제4 모듈 부재(11, 12, 13, 14)는 연속적인 프레스 공정에 의하여 성형되는 것이 바람직하다.

제1 모듈 부재(11)는 원형의 평면 형상을 갖는 제1 평면부(111)와 제1 평면부(111)의 둘레로부터 전방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제1 곡면부(112)로 이루어진다. 제1 곡면부(112)에서 직경이 가장 큰 부분이면서 제일 전방 쪽 부분의 둘레는 제1 둘레부(112A)이다. 제1 모듈 부재(11)의 제1 평면부(111) 중앙에는 제1 중앙홀(111A)이 형성되어 있다. 제1 중앙홀(111A)은 서포트 파이프(20)가 삽입될 수 있는 정도의 크기를 갖는다. 내측 돌출부(111B)는 제1 중앙홀(111A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상을 갖는다.

제2 모듈 부재(12)는 원형의 평면 형상을 갖는 제2 평면부(121)와 제2 평면부(121)의 둘레로부터 후방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제2 곡면부(122)로 이루어진다. 제2 곡면부(122)에서 직경이 가장 큰 부분이면서 제일 후방 쪽 부분의 둘레는 제2 둘레부(122A)이다. 제2 모듈 부재(12)의 제2 평면부(121) 중앙에는 제2 중앙홀(121A)이 형성되어 있다. 제2 중앙홀(121A)은 서포트 파이프(20)가 삽입되어 결합될 수 있는 크기를 가진다. 외측 돌출부(121B)는 제2 중앙홀(121A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상을 가지며, 외측 돌출부(121B)의 외경은 내측 돌출부(111B)의 내경과 거의 같은 크기를 갖는다. 따라서, 내측 돌출부(111B)의 내주면에 외측 돌출부(121B)의 외주면이 압입되어 전방에 위치하는 제1 모듈 부재(11)와 그 후방에 위치하는 제2 모듈 부재(12)가 결합되도록 한다. 이러한 결합 상태에서 제1 모듈 부재(11)의 제1 평면부(111)와 제2 모듈 부재(12)의 제2 평면부(121)는 서로 면접하고 있다.

하나의 제2 모듈 부재(12)와 그 후방에 위치하는 제1 모듈 부재(11)는 서로 접하면서 그 내부에 액화 수소와 같은 압축 액화 연료가 저장되는 셀을 이루게 된다. 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)는 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A)와 용접 등에 의하여 서로 접합된다. 각각의 셀의 상부와 하부, 그리고 전방과 후방의 일부는 곡면 형태를 이루고 있기 때문에 극저온 액체 연료가 셀 내부에 저장된 상태로 응축 또는 팽창하는 경우 저장 탱크 내부에 응력이 집중되는 것을 효과적으로 분산시킬 수 있다.

제일 전방에 위치하는 제3 모듈 부재(13)는 제3 곡면부(131)를 갖는 점에서 제2 모듈 부재(12)와 유사한 형상을 가지나 제3 곡면부(131)와 연결되는 중앙 부분의 형상이 오목한 전방 리세스(132)를 갖는 점에서 제2 평면부(121)를 갖는 제2 모듈 부재(12)와 상이하다. 제3 모듈 부재(13)는 전방에서 후방 쪽으로 오목한 형상을 갖는 전방 리세스(132)와, 전방 리세스(132)의 둘레로부터 후방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제3 곡면부(131)를 갖는다. 전방 리세스(132)의 중앙 부분에는 제3 중앙홀(132A)이 형성된다. 제3 중앙홀(132A)의 크기는 서포트 파이프(20)의 외경 크기와 같다.

제3 모듈 부재(13)는 서포트 파이프(20)의 전방 끝부분에 결합되는데, 제3 모듈 부재(13)의 제3 중앙홀(132A)의 둘레는 서포트 파이프(20) 외경면에 용접 등에 의해 고정된다. 제3 곡면부(131)의 제일 후방 측 외주 부분은 제3 둘레부(131A)이며, 제3 둘레부(131A)는 그 후방의 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)와 용접 등에 의해 연결된다. 따라서, 제3 모듈 부재(13)와 그 후방의 제1 모듈 부재(11)가 연결된 상태에서 그 내부에 하나의 셀이 형성된다. 제1 모듈 부재(11) 후방에서 제2 모듈 부재(12)와 제1 모듈 부재(11)가 반복적으로 서로 연결되어 복수의 셀을 형성한다.

제일 후방 쪽의 제2 모듈 부재(12)의 후방에는 제4 모듈 부재(14)가 연결된다. 제4 모듈 부재(14)는 제4 곡면부(141)와 후방 리세스(142)로 이루어진다. 제4 모듈 부재(14)는 제4 곡면부(141)를 갖는 점에서 제1 모듈 부재(11)와 유사한 형상을 가지나 제4 곡면부(141)와 연결되는 중앙 부분의 형상이 오목한 후방 리세스(142)를 갖는 점에서 제1 평면부(111)를 갖는 제1 모듈 부재(11)와 상이하다. 제4 모듈 부재(14)는 후방에서 전방 쪽으로 오목한 형상을 갖는 후방 리세스(142)와, 후방 리세스(142)의 둘레로부터 전방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제4 곡면부(141)를 갖는다. 후방 리세스(142)의 중앙 부분에는 제4 중앙홀(142A)이 형성된다. 제4 중앙홀(142A)의 크기는 서포트 파이프(20)의 외경 크기와 같다.

제4 곡면부(141)의 제일 전방 측 외주 부분은 제4 둘레부(141A)이며, 제4 둘레부(141A)는 그 후방의 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A)와 용접 등에 의해 연결된다. 따라서, 제4 모듈 부재(14)와 그 전방의 제2 모듈 부재(12)가 연결된 상태에서 그 내부에 하나의 셀이 형성된다. 제4 모듈 부재(14)는 서포트 파이프(20)의 후방 끝부분에 결합되는데, 제4 모듈 부재(14)의 제4 중앙홀(142A)의 둘레는 서포트 파이프(20) 외경면에 용접 등에 의해 고정된다.

극저온 액체 연료를 저장하는 셀의 개수는 도 1 내지 도 5에서 9 개인 것을 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 연료 탱크의 용량 등에 따라 적절한 개수로 채택할 수 있다.

제3 모듈 부재(13)의 전방 리세스(132)에는 제1 필러(31)가 충진되고, 제4 모듈 부재(14)의 후방 리세스(142)에는 제2 필러(32)가 충진된다. 제1 필러(31) 및 제2 필러(32)는 테플론이나 단열 및 완충 성능을 갖는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 또는 이들과 유사한 성질을 갖는 재질을 사용하여 전방 리세스(132) 및 후방 리세스(142) 부분이 응력 변화에 따른 변형이 일어날 때 완충 작용을 하고 탱크 말단 부분에서 내부와 외부를 단열하는 역할을 한다.

전방 리세스(132)의 전방에는 링 형상으로 제작된 제1 엔드 서포트(41)가 결합되고, 후방 리세스(142)의 후방에는 링 형상으로 제작된 제2 엔드 서포트(42)가 결합된다. 제1 엔드 서포트(41) 및 제2 엔드 서포트(42)는 각각 중앙에 홀을 가지는데, 이 홀에 서포트 파이프(20)가 삽입되며 홀 주위를 용접 등에 의해 서포트 파이프(20)에 고정시킬 수 있다.

서포트 파이프(20)는 전후방 길이 방향으로 연장되어 형성되며, 내부가 비어있는 중공 형태의 파이프이다. 서포트 파이프(20)에는 각 셀과 연통하기 위한 복수의 구멍(도시되지 않음)이 형성된다. 서포트 파이프(20)의 일단에 연결된 연료 공급 노즐(도시되지 않음)을 통해 극저온 액체 연료가 주입되면, 서포트 파이프(20)에 형성된 홀을 따라 각 셀에 액화 가스 연료가 주입되어 저장되도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)의 제조 단계를 나타낸 개념도이다. 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)의 제조 단계를 설명하면 다음과 같다.

단계 (a) : 제3 모듈 부재(13)의 설치

도 6의 (a)에서와 같이, 먼저 서포트 파이프(20)의 전방에 제3 모듈 부재(13)를 가조립한 상태에서 제3 모듈 부재(13)의 제3 중앙홀(132A)을 용접하여 서포트 파이프(20)에 고정시킨다. 서포트 파이프(20)의 양단은 회전 가능하도록 설치된 클램프(도시되지 않음)에 고정된다. 클램프가 회전하면 서포트 파이프(20)가 함께 회전하도록 설치된다. 따라서, 제3 모듈 부재(13)가 서포트 파이프(20)에 가조립된 상태에서 서포트 파이프(20)를 회전시키면서 용접 작업을 하면 용접 노즐을 회전시키지 않고 고정시킨 상태로 용접을 할 수 있으므로 용접 작업이 수월하고 용접물이 보다 잘 결합될 수 있다.

서포트 파이프(20)에 제3 모듈 부재(13)가 고정된 상태에서 전방 리세스(132)의 오목한 부분에 제1 필러(31)를 충진한다. 제1 필러(31)의 충진이 완료되면 제3 모듈 부재(13)의 전방에 제1 엔드 서포트(41)를 접하도록 고정시킨다. 이와 같은 제1 필러(31)의 충진 또는 제1 엔드 서포트(41)의 고정은 단계 (a)에서 하여도 좋고, 이후의 어느 단계에서 하여도 좋다.

단계 (b) : 제1 모듈 부재의 설치

도 6의 (b)에서와 같이, 제1 모듈 부재(11)의 내측 돌출부(111B)의 내주면이 서포트 파이프(20)의 외경면에 위치하도록 하고 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)가 제3 모듈 부재(13)의 제3 둘레부(131A)와 일치하도록 조립한다.

단계 (c) : 제2 모듈 부재의 설치

도 6의 (c)에서와 같이, 제2 모듈 부재(12)의 외측 돌출부(121B)의 내주면이 서포트 파이프(20)의 외경면에 끼워지도록 조립하고, 동시에 외측 돌출부(121B)의 외주면이 제1 모듈 부재(11)의 내측 돌출부(111B)의 내주면에 끼워지도록 조립한다. 이후, 단계 (b)와 단계 (c)를 반복하여 복수 개의 제1 및 제2 모듈 부재(11, 12)가 번갈아 조립되도록 한다.

단계 (b)와 단계 (c)에서와 같이 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)를 개별적으로 서포트 파이프(20)에 조립하는 것보다, 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)를 먼저 조립한 상태에서 서포트 파이프(20)에 결합시키는 것이 작업성의 측면에서 바람직하다. 즉, 단계 (a) 이후에 제1 모듈 부재(11)의 내측 돌출부(111B)와 제2 모듈 부재(12)의 외측 돌출부(121B)를 끼워서 조립한 상태로 서포트 파이프(20)에 조립하는 것이다.

단계 (b)와 (c)를 반복하면서 제3 모듈 부재(13)의 제3 둘레부(131A)와 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)를 용접하여 연결하되 용접 부위를 기밀하게 연결한다. 또한, 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A)와 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)의 연결 부위를 용접하여 기밀하게 결합되도록 한다. 이와 같은 용접 작업은 서포트 파이프(20)를 회전시키면서 용접 노즐이 정지되어 있는 상태로 작업이 이루어지도록 하여 작업성을 향상시킬 수 있다. 각 둘레부의 용접 작업은 단계 (b)와 (c)를 반복할 때마다 하여도 좋고, 단계 (d)에서 모든 모듈 부재를 조립한 상태에서 수행하여도 좋다.

단계 (d) : 제4 모듈 부재의 설치

제일 후방에 위치하는 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A)와 맞닿도록 제4 모듈 부재(14)를 서포트 파이프(20)에 조립하고, 제4 모듈 부재(14)의 제4 중앙홀(142A)을 용접하여 서포트 파이프(20)에 고정시킨다. 다음, 제4 모듈 부재(14)의 후방 리세스(142)에 제2 필러(32)를 충진하고, 제2 엔드 서포트(42)를 용접하여 제4 모듈 부재(14)에 후방에 접하도록 고정시킨다.

도 7은 본 발명에 따른 극저온 액체 연료 탱크(10)의 제1 모듈 부재(11)와 제2 모듈 부재(12)의 결합 과정을 나타낸 개념도이다. 도 7의 (a)에서와 같이, 제1 모듈 부재(11)의 제1 둘레부(112A)의 전방으로 돌출된 저글링(112B)이 형성된다. 저글링(112B)은 그 직경이 제1 둘레부(112A)의 직경보다 약간 작게 형성되어, 도 7의 (b)에서와 같이, 저글링(112B)의 외주 부분이 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A)의 내측으로 결합되도록 한다. 따라서, 제2 모듈 부재(12)와 제1 모듈 부재(11)를 저글링(112B)에 의해 먼저 결합시킨 상태에서는 용접 작업이 정확하고 쉽게 이루어질 수 있다.

앞서 설명한 실시예에서와 같이 저글링(112B)이 없이도 극저온 액체 연료 탱크(10)의 제작이 가능하지만, 저글링(112B)을 형성함으로써 작업성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 저글링(112B)은 도 7에서 제1 모듈 부재(11)에 형성하는 것으로 도시하고 있으나, 제4 모듈 부재(14)의 제4 둘레부(141A)로부터 전방으로 돌출되도록 형성하여도 좋다.

또한, 저글링(112B)을 제1 모듈 부재(11)에 형성하지 않고 제2 모듈 부재(12)의 제2 둘레부(122A) 및/또는 제3 모듈 부재(13)의 제3 둘레부(131A)에 후방으로 돌출되도록 형성할 수도 있다.

이상에서 기술한 발명의 설명은 본 발명의 이해를 위하여 예를 들어 설명한 것에 불과할 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아님을 유의하여야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 정하여지며, 이 범위 내에서 본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 극저온 액체 연료 탱크 11 : 제1 모듈 부재
12 : 제2 모듈 부재 13 : 제3 모듈 부재
14 : 제4 모듈 부재 20 : 서포트 파이프
31 : 제1 필러 32 : 제2 필러
41 : 제1 엔드 서포트 42 : 제2 엔드 서포트
111 : 제1 평면부 111A : 제1 중앙홀
111B : 내측 돌출부 112 : 제1 곡면부
112A : 제1 둘레부 112B : 저글링
121 : 제2 평면부 121A : 제2 중앙홀
121B : 외측 돌출부 122 : 제2 곡면부
122A : 제2 둘레부 131 : 제3 곡면부
131A : 제3 둘레부 132 : 전방 리세스
132A : 제3 중앙홀 141 : 제4 곡면부
142 : 후방 리세스 141A : 제4 둘레부
142A : 제4 중앙홀

Claims

원형의 평면 형상을 갖는 제1 평면부(111)와 제1 평면부(111)의 둘레로부터 전방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제1 곡면부(112)로 이루어지는 제1 모듈 부재(11); 및
상기 제1 평면부(111)와 같은 크기를 가지며 원형의 평면 형상을 갖는 제2 평면부(121)와 상기 제2 평면부(121)의 둘레로부터 후방 쪽으로 직경이 증가하는 형상의 제2 곡면부(122)로 이루어지는 제2 모듈 부재(12);
를 포함하고,
상기 제1 모듈 부재(11)와 상기 제2 모듈 부재(12)는 교대로 반복하여 연결되며,
서로 인접하고 있는 상기 제1 평면부(111)와 상기 제2 평면부(121)는 면접하고 있고, 서로 인접하고 있는 상기 제1 곡면부(112)와 상기 제2 곡면부(122)는 그 말단의 둘레가 연결되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제1항에 있어서,
상기 제1 모듈 부재(11)의 상기 제1 평면부(111) 중앙에는 제1 중앙홀(111A)이 형성되어 있고, 상기 제1 중앙홀(111A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상의 내측 돌출부(111B)가 형성되며,
상기 제2 모듈 부재(12)의 상기 제2 평면부(121) 중앙에는 제2 중앙홀(121A)이 형성되어 있고, 상기 제2 중앙홀(121A)의 둘레를 따라 전방 쪽으로 돌출된 형상의 외측 돌출부(121B)가 형성되며,
상기 내측 돌출부(111B)의 내주면에 상기 외측 돌출부(121B)의 외주면이 압입되어 결합되고,
상기 외측 돌출부(121B)의 내주면에 결합되는 서포트 파이프(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제2항에 있어서, 상기 서포트 파이프(20)의 전방 끝부분에 결합되는 제3 모듈 부재(13)를 더 포함하고,
상기 제3 모듈 부재(13)는 중앙 부분의 형상이 오목한 전방 리세스(132)와, 상기 전방 리세스(132)의 둘레를 따라 후방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제3 곡면부(131)로 이루어지고,
상기 전방 리세스(132)의 중앙 부분에는 상기 서포트 파이프(20)에 결합되는 제3 중앙홀(132A)이 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제3항에 있어서, 상기 제3 모듈 부재(13)의 전방 리세스(132)에는 제1 필러(31)가 충진되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제4항에 있어서, 상기 전방 리세스(132)의 전방에는 링 형상으로 제작된 제1 엔드 서포트(41)가 결합되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서포트 파이프(20)의 후방 끝 부분에 결합되는 제4 모듈 부재(14)를 더 포함하고, 상기 제4 모듈 부재(14)는 후방에서 전방 쪽으로 오목한 형상을 갖는 후방 리세스(142)와, 상기 후방 리세스(142)의 둘레를 따라 전방으로 갈수록 직경이 증가하는 형상의 제4 곡면부(141)를 가지며,
상기 후방 리세스(142)의 중앙 부분에는 상기 서포트 파이프(20)에 결합되는 제4 중앙홀(142A)이 형성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제6항에 있어서, 상기 제4 모듈 부재(14)의 상기 후방 리세스(142)에는 제2 필러(32)가 충진되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제7항에 있어서, 상기 후방 리세스(142)의 후방에는 링 형상으로 제작된 제2 엔드 서포트(42)가 결합되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제2항에 있어서, 상기 서포트 파이프(20)에는 상기 제1 및 제2 모듈 부재(11, 12)가 형성하는 각 셀과 연통하는 복수개의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제1항에 있어서, 상기 제1 모듈 부재(11)의 제1 곡면부(112)의 말단인 제1 둘레부(112A)로부터 전방으로 돌출된 저글링(112B)이 형성되고,
상기 저글링(112B)은 상기 제2 모듈 부재(12)의 제2 곡면부(122)의 말단인 제2 둘레부(122A)의 내측으로 결합되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크.
제1 모듈 부재(11)의 내측 돌출부(111B)와 제2 모듈 부재(12)의 외측 돌출부(121B)를 끼워서 조립한 상태인 복수 개의 조립체를 상기 서포트 파이프(20)에 설치하는 단계; 및
상기 서포트 파이프(20)를 회전시키면서 상기 복수 개의 조립체 사이의 연결 부위를 용접하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법.
제11항에 있어서, 제3 모듈 부재(13)를 상기 제1 모듈 부재(11) 중에서 제일 전방에 위치하는 제1 모듈 부재(11)와 연결되도록 상기 서포트 파이프(20)의 전방 쪽에 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 제3 모듈 부재(13)의 전방에 제1 엔드 서포트(41)를 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 제1 엔드 서포트(41)를 설치하기 이전에 상기 제3 모듈 부재(13)의 전방에 제1 필러(31)를 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법.
제12항 내지 제14항에 있어서, 제4 모듈 부재(14)를 상기 제2 모듈 부재(12) 중에서 제일 후방에 위치하는 제2 모듈 부재(12)와 연결되도록 상기 서포트 파이프(20)의 후방 쪽에 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법,
제15항에 있어서, 상기 제4 모듈 부재(14)의 후방에 제2 엔드 서포트(42)를 고정시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제2 엔드 서포트(42)를 설치하기 이전에 상기 제4 모듈 부재(14)의 후방에 제2 필러(32)를 충진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 연료 탱크의 제조 방법.