KR20240079035A - 압력용기 고세장형 라이너 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압력용기 고세장형 라이너 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심레스 알루미늄 파이프를 제작하고, 수소 충전 용량에 맞는 크기로 심레스 알루미늄 파이프를 절단하여 고세장형 라이어 본체부를 제작하며, 고세장형 라이너 본체부의 양측 단부에 슬리부를 장착하며, 슬리부에 대해서 스프닝 공정을 통하여 돔/보스부를 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면 수소 압력용기 라이너 생산성을 향상시킬 수 있고 이에 따라 제조단가를 낮출 수 있다.
본 발명에 의하면 수소 압력용기 라이너 생산성을 향상시킬 수 있고 이에 따라 제조단가를 낮출 수 있다.
Description
본 발명은 압력용기 고세장형 라이너 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 심레스 알루미늄 파이프(seamless aluminium pipe)를 이용하여 알루미늄 파이프 양측단에 슬리브(sleeve)부를 장착한 후 슬리브부의 일부에 대해 스프닝 공정(spining)을 통하여 돔/보스부가 형성된 Type 3모델 수소 압력용기 고세장형 라이너 제조방법에 관한 것 이다.
기후변화에 따른 신재생에너지가 각광 받으면서 수소와 같은 차세대 에너지원으로 각광받고 있는 기체를 저장하는 압력용기는 미래가치가 높은 신성장 동력분야 이다.
수소를 이용하는 연료전지 자동차(FCV, Fuel Cell vehicle)의 실용화는 자동차 제조업계에서 생존을 위한 가장 중요한 과제이다. 이 기술이 주목받는 이유는 기존의 수소저장 기술 중 중량 효율 면에서 가장 월등하고, 시스템의 구성이 단순하기 때문에 자동차 또는 항공 모빌리티용 등의 탑재 시스템으로 가장 효과적이기 때문이다.
이에 선진국에서는 자동차 생산업체들이 수소저장 압력용기 기술을 적용한 연료전지 자동차를 실용화하였으며 국내 자동차 업계도 연구개발 및 수소 자동차를 생산 중 있다.
이러한 수소 연료전지 자동차 개발 및 실용화를 위해서는 효과적인 수소저장 압력용기 기술이 요구되고, 이중 고압기체 수소 저장기술은 가장 현실적인 대안으로서 현재 가장 활발히 연구개발 되고 있다.
현재 수소저장 기술의 최대 관심사는 수소 저장 용량을 증대시켜 좀더 긴 운행거리를 확보하는 것이다. 이는 기존의 화석연료 자동차의 대등한 성능을 갖게 하여 그 경쟁력을 제고시키기 위해서이다.
즉, 현재 실용화되어 있는 350bar용 저장용기는 수소를 1회 충전하여 자동차를 운행할 수 있는 거리가 200~300Km 이지만, 같은 용기에 700bar로 충전할 시 500Km 이상의 운행거리를 확보할 수 있다.
따라서, 상대적으로 낮은 수소에너지 밀도로 인해, 기존 가솔린 자동차에 준하는 주행거리를 갖기 위해서는 700bar 수준의 초고압 수소저장 압력용기 기술이 요구된다.
이러한 경량화, 고강성의 탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기에 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
고압기체 수소저장 압력용기 기술의 발전은 수소저장분야 뿐만 아니라 일반 고압력 용기 산업분야에도 큰 영향을 미칠 것으로 기대되는 데, 특히 NGV(압축천영가스차량)용 압축천연가스 용기의 기술 발전에도 직접적인 영향을 미칠 것으로 예상된다.
현재의 NGV용 압축천연가스 용기는 250bar급으로 보급되고 있으나, 초고압 기체 저장기술이 발전하면 300bar 이상의 고압축 천연가스 용기의 적용이 가속화 될 것이며, 이는 NGV의 주행거리 증가, 차량 경량화에 따른 연비 향상 등의 효과가 예상된다.
탄소섬유를 적용한 복합재 압력용기의 경우, 비교적 저압인 200bar급은 압축천연가스(Compressed Natural Gas, CNG) 자동차용으로 이미 널리 상용화 되어 있으며, 국내에도 천연가스 차량이 보급되고 있다.
그러나 압축천연가스 압력용기는 스틸 실린더에 유리섬유를 부분적으로 보강한 가장 초보적인 수준의 Type 2모델 압력용기이고, 이마저도 외국산을 수입하고 있을 만큼 국내의 관련 기술 및 산업은 낮은 수준에 머물고 있다.
알루미늄 라이너 전체에 탄소섬유를 보강한 Type 3모델이 개발되어 이에 대한 인증획득 및 상용화에 성공하였고, 이는 기존 Type 2모델 압력용기에 비해 보다 진보된 모델로서 수소저장 압력용기의 국내개발 가능성을 더욱 높여주는 계기가 되었다.
Type 3모델 복합재 압력용기 제조를 위해서는 용기의 기밀유지 및 형상을 유지시켜 주는 알루미늄 라이너(aluminium liner)와 이를 보강해 주는 탄소섬유 복합재료가 필요하다.
도 1은 종래기술의 알루미늄 라이너 제조공정을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 알루미늄 원판에 대해서 딥드로잉(deep drawing) 공정을 진행하여 심레스 알루미늄 튜브(Seamless aluminium Tube)를 제작하고, 심레스 튜브에 대해서 아이어닝(ironing) 공정을 수행하여 심레스 알루미늄 튜브 외면에 대해서 가공을 진행한 후 심레스 알루미늄 튜브의 개방부에 대해서 스피닝(spinning) 공정으로 알루미늄 라이너의 돔부 및 보스부를 형성하여 수소 압력용기의 알루미늄 라이너를 제작한다.
그러나, 수소 압력용기의 용량이 커지고 다양화 되면서 고세장형 알루미늄 라이너 제조를 위해서는 프레스 높이 및 펀치의 길이가 길어져야 하는 문제점이 있어 고세자형 알루미늄 라이너 제조에 적합하지 않다.
또한, 알루미늄 라이너 제조의 다른 공정으로는 알루미늄 빌렛(aluminium billet)에 대해서 열간단조 공정을 수행한 다음 플로우포밍(flow forming) 공정을 통해 심레스 알루미늄 튜브를 제작한 후 심레스 알루미늄 튜브의 개방부에 대해서 스피닝 공정으로 알루미늄 라이너의 돔부 및 보스부를 형성하여 수소 압력용기의 알루미늄 라이너를 제작한다.
그러나, 플로우 포밍을 통해 스프닝이 가능한 심레스 알루미늄 튜브 제작 공정으로 양구형 심레스 알루미늄 튜브 제작시 공정단계 또는 공정비용이 비싸고 제작속도가 느려 생산성이 낮은 문제점이 있어 고세장형 알루미늄 라이너 제조에 적합하지 않다.
본 발명의 목적은 Type 3모델 압력용기 고세장형 알루미늄 라이너 제조생산 공정을 단순화시킬 수 있어 생산성을 향상시키고, 제조생산 공정이 단순화 됨에 따라 압력용기 고세자형 라이너 제조 생산단가를 낮출 수 있는 Type 3모델 압력용기 고세장형 라이너 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수소 충전 압력용기별에 대응되게 고세장형 라이너를 제조할 수 있는 Type 3모델 압력용기 고세장형 라이너 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 수소 충전용량에 맞는 크기로 심레스 알루미늄 파이프를 절단하여 고세장형 알루미늄 라이어 본체부(310)를 제작하는 단계; 상기 고세장형 알루미늄 라이너 본체부(310)의 양측단에 슬리브부(320)를 장착하는 단계; 및 상기 슬리브부(320)에 대해서 스프닝 공정을 통하여 돔/보스부(320c)를 형성하는 단계;로 이루어진다.
본 발명의 상기 슬리브부(320)는 상기 고세장형 알리미늄 라이너 본체부(310)의 길이방향 양측단에 장착되는 장착수단(320a) 및 상기 스피닝 공정을 통해 상기 돔/보스부(320c)가 형성되는 돔/보스 수단(320b)으로 이루어진다.
본 발명의 상기 장착수단(320a)은 상기 고세장형 알리미늄 라이너 본체(310)의 중앙으로 갈수록 두께가 얇아 진다.
본 발명의 상기 장착수단(320a)의 내경 지름은 상기 고세장형 알루미늄 라이너 본체부(310) 양측단의 외경 지름보다 크게 형성되어 상기 고세장형 알루미늄 라이너 본체부(310)의 일부가 상기 슬리브부(320)의 장착수단(320a) 내부에 삽입 장착된다.
본 발명의 상기 장착 수단(320a)은 열박음 또는 상기 고세장형 알루미늄 리어너 본체부(310)의 외경 지름과 슬리브부(320) 장착수단(320a)의 내경 지름의 단차를 이용하는 억지끼움으로 장착된다.
본 발명에 의하면 수소 압력용기 고세장형 라이너 제조 공정이 단순화 되어 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조가격을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 수소 충전 용량과 관계 없이 최소의 생산장치로 다양한 수소저장 용량의 압력용기 고세장형 라이너를 제조할 수 있다.
도 1은 종래기술의 알루미늄 라이너 제조공정을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일실시예를 따른 고세장형 알루미늄 라이너를 제작하는 제조공정을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 일실예에 따른 알루미늄 라이너 제조공정을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 고세장형 알루미늄 라이너 본체부 양측단에 장착된 슬리브부를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일실시예를 따른 고세장형 알루미늄 라이너를 제작하는 제조공정을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 일실예에 따른 알루미늄 라이너 제조공정을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 고세장형 알루미늄 라이너 본체부 양측단에 장착된 슬리브부를 나타낸 도면
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 따른 고세장형 알루미늄 라이너를 제작하는 제조공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실예에 따른 알루미늄 라이너 제조공정을 나타낸 도면이며, 도 4는 본발명의 알루미늄 파이프의 양측에 장착된 슬리브부를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 고세장형 알루미늄 라이너(300)를 제작하기 위해서는 먼저 심레스 알루미늄 파이프(미도시)를 제작한다(S200).
여기서, 심레스 알루미늄 파이프(미도시)는 압출성형 공정의 직접압출 공정 또는 간접압출 공정을 통해 제작될 수 있다.
직접압출 공정은 피압출재의 일단부를 밀면서 일단부의 반대쪽에 배치된 압출구멍을 통해 피압출재를 배출시켜 압출재를 제조하는 방법이고, 이에 대해 간접압출 공정은 피압출재를 미는 방향과 반대되는 방향으로 피압출재를 배출시켜 압출재를 제조하는 방법이다.
한편, 간접압출 공정은 알루미늄 파이프 성형시 포트를 거치지 않기 때문에 직접압출 공정에서 필연적으로 생성되는 고체상태의 접합인 심라인(seamline)이 없는 심레스 파이프(seamless pipe)를 제작할 수 있다.
이에 본 발명에서 심레스 알루미늄 파이프 제작은 간접압출 공정을 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
이후, 제작된 심레스 알루미늄 파이프(미도시)에 대해서 수소 저장용량에 맞게 절단하여 고세장형 알루미늄 라이너 본체부(310)를 제작한다(S220)
여기서, 심레스 알루미늄 파이프을 절단하여 고세자형 알루미늄 라이너 본체부(310)를 제작할 수 있어 수소 저장용량에 따른 제조생산 시설 구축이 필요 없이 고세장형 알루미늄 라이너(300)을 제작할 수 있다.
알루미늄 라이너 본체부(310)의 양측단에 슬리브부(320)를 장착하는 데, 열박음 또는 억지끼움 방법을 이용하여 장착할 수 있다(S240).
여기서, 슬리브부(320)는 알루미늄 라이너 본체부(310)의 양측단에 장착되는 장착수단(320a) 및 스피닝 공정을 통해 돔/보스부(320c)가 형성되는 돔/보스 수단(320b)으로 이루어진다.
한편, 슬리브부(320)의 내경의 지름은 알루미늄 라이너 본체부(310)의 외경 지름보다 크게 형성되는 것이 바람직한다.
그리고, 장착수단(320a)의 두께는 도 4에 나타낸 바와 같이 알루미늄 라이너 본체부(310)의 중앙으로 갈 수록 두께가 얇아지는 것이 바람직하다.
알루미늄 라이너 본체부(310)의 양측단에 장착된 슬리브부(320)의 돔/보스 수단(320b)에 대해서 스프닝 고정을 통하여 돔/보스부(320c) 제작(S260)으로 고세장형 알루미늄 라이너(300)를 제작할 수 있다.
이러한 고세장형 알루미늄 라이너(300) 제조방법에 의하면 압력용기 고세장형 알루미늄 라이너 제조 생산공정을 단순화시킬 수 있어 생산성을 향상시키고, 제조생산 공정이 단순화 됨에 따라 압력용기 고세자형 라이너 제조 생산단가를 낮출 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300 : 고세장형 알루미늄 라이너
310 : 알루미늄 라이너 본체부
320 : 슬리브부 320a : 장착수단
320b : 돔/보스 수단 320c : 돔/보스부
320 : 슬리브부 320a : 장착수단
320b : 돔/보스 수단 320c : 돔/보스부
Claims (5)
- 수소 충전용량에 맞는 크기로 심레스 알루미늄 파이프를 절단하여 고세장형 알루미늄 라이어 본체부(310)를 제작하는 단계;
상기 고세장형 알루미늄 라이너 본체부(310)의 양측단에 슬리브부(320)를 장착하는 단계; 및
상기 슬리브부(320)에 대해서 스프닝 공정을 통하여 돔/보스부(320c)를 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로하는 압력용기 고세장형 알루미늄 라이너 제조방법 - 제1항에 있어서,
상기 슬리브부(320)는
상기 고세장형 알리미늄 라이너 본체부(310)의 길이방향 양측단에 장착되는 장착수단(320a) 및 상기 스피닝 공정을 통해 상기 돔/보스부(320c)가 형성되는 돔/보스 수단(320b)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력용기 고세장형 알루미늄 라이너 제조방법 - 제2항에 있어서,
상기 장착수단(320a)은
상기 고세장형 알리미늄 라이너 본체(310)의 중앙으로 갈수록 두께가 얇아 지는 것을 특징으로 하는 압력용기 고세장형 알루미늄 라이너 제조방법 - 제3항에 있어서,
상기 장착수단(320a)의 내경 지름은
상기 고세장형 알루미늄 라이너 본체부(310) 양측단의 외경 지름보다 크게 형성되어 상기 고세장형 알루미늄 라이너 본체부(310)의 일부가 상기 슬리브부(320)의 장착수단(320a) 내부에 삽입 장착되는 것을 특징으로 하는 압력용기 고세장형 알루미늄 라이너 제조방법 - 제3항에 있어서,
상기 장착 수단(320a)은
열박음 또는 상기 고세장형 알루미늄 리어너 본체부(310)의 외경 지름과 슬리브부(320) 장착수단(320a)의 내경 지름의 단차를 이용하는 억지끼움으로 장착되는 것을 특징으로 하는 압력용기 고세장형 알루미늄 라이너 제조방법
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080031135A (ko) | 2006-10-03 | 2008-04-08 | 리서치 인 모션 리미티드 | Ｓｉｐ 메세징을 이용하여 ｉｍｓ 네트워크 환경에서의 콜신호 연속성을 관리하는 시스템 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024117621A2 (ko) | 2024-06-06 |
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