KR20240081213A - 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기에 관한 것이다. 상기 압력 용기는, 압력 용기의 내부 공간을 정의하는 라이너; 및 상기 압력 용기의 내부 공간으로 연결되는 포트를 갖고, 상기 라이너의 측부에 결합되는 보스를 포함하며, 상기 라이너는, 상기 보스로부터 상기 압력 용기의 내측 공간으로 관통하는 관통부를 갖고, 상기 관통부를 통해 가스켓이 장착되며, 상기 가스켓은, 상기 관통부 내에 삽입되며 상기 보스를 가압하는 가스켓 바디; 및 상기 가스켓 바디로부터 연장되어 상기 라이너에 접촉하며, 상기 라이너를 상기 보스 측으로 가압하는 가스켓 윙부를 포함할 수 있다.

Description

라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기{PRESSURE VESSEL WITH REINFORCED SEALING STRUCTURE BETWEEN LINER AND BOSS}

본 발명은 기체 상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장하는 압력 용기에 관한 것으로, 상세하게는 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스 차량이나 수소 연료전지 차량에는 기체 상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장하는 압력 용기가 설치된다.

압력 용기는 경량화를 위해 플라스틱으로 이루어진 라이너(liner)와, 라이너의 외피 위를 둘러싸는 열경화성 섬유복합재료로 이루어진 복합재층과, 연료의 유입 및 유출을 위한 금속성 노즐인 보스(boss)를 포함한다.

라이너의 경량화를 위한 소재는 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지와 같은 플라스틱 재질로 제작되고, 복합재층은 강도 유지를 위해 카본섬유 또는 유리섬유로 구성된 복합재료를 이용하여 라이너의 표면을 감는 필라멘트 와인딩(filament winding) 공정으로 제작되며, 보스는 금속재질로 제작된 레귤레이터 또는 밸브와의 견고한 결합을 위해 금속성 재질로 제작된다.

이러한 종래의 압력 용기에는 LPG, CNG 수소가스 등으로 이루어진 기체 연료의 출입이 가능한 주입구가 형성되며, 이러한 주입구에 금속성 보스를 삽입하게 되는데, 플라스틱 라이너와 금속성 보스는 이종 재질이어서 결합성에 문제가 있으며, 연료의 지속적인 충전 시 반복적인 피로 하중에 의해 내부 가스의 누출 위험이 항상 존재하게 된다.

따라서, 플라스틱 라이너와 금속성 보스 사이에서 가스가 누출되지 않도록 보스에는 고강도의 금속 재질을 적용해야 하며, 플라스틱 라이너와 금속성 보스의 계면 결합의 개선이 제품의 성능을 좌우하게 된다. 종래에는 플라스틱 라이너와 금속성 보스의 계면에 단순 구조 결합만이 적용되고 있어, 장시간 충/방전시 해당 계면을 통한 누출의 위험성이 상존하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 압력 용기는 금속성 재질의 보스와 복합재층의 계면 접착력이 상호 재질 차이로 인해 취약하였으며, 이로 인해 드롭 테스트(drop test)와 같이 보스에 직접 충격이 가해지는 테스트 시 보스에 심각한 변형 및 손상이 유발되었다.

또한, 종래의 고압용기용 사출 성형 방식 라이너의 실링은, 플라스틱 라이너와 금속 보스의 경계면 사이에 고무 성분 오링과 그 오링을 압착하는 가스켓이 적용되었다. 이 경우, 압착력은 작업자가 가스켓을 조이는 작업자의 힘에 의해 결정된다. 이에 따라, 고압에서 반복 사용 시 실링력이 저하되고 가스가 누출되는 문제점이 존재한다. 이에, 가스켓을 체결하는 작업자의 힘에 의해 결정되는 기존의 실링 제어 방법을 개선하여 용기 반복 사용시 실링력이 저하되고 가스가 누출되는 문제를 해결하는 기술이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2022-0070119호(2022.05.30. 공개)

본 발명의 목적은 용기 반복 사용시 라이너와 보스 간 실링력이 저하되고 가스가 누출되는 문제를 해결하기 위한, 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기를 제공함에 있다.

본 발명은 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기에 관한 것이다. 상기 압력 용기는, 압력 용기의 내부 공간을 정의하는 라이너; 및 상기 압력 용기의 내부 공간으로 연결되는 포트를 갖고, 상기 라이너의 측부에 결합되는 보스를 포함하며, 상기 라이너는, 상기 보스로부터 상기 압력 용기의 내측 공간으로 관통하는 관통부를 갖고, 상기 관통부를 통해 가스켓이 장착되며, 상기 가스켓은, 상기 관통부 내에 삽입되며 상기 보스를 가압하는 가스켓 바디; 및 상기 가스켓 바디로부터 연장되어 상기 라이너에 접촉하며, 상기 라이너를 상기 보스 측으로 가압하는 가스켓 윙부를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 보스와 상기 가스켓 사이에는 실링부재가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스켓에 결합되어 상기 가스켓을 상기 보스 측으로 가압하는 가압부재를 더 포함될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스켓 윙부 및 상기 라이너에는, 서로 대응하는 위치에 상기 가압부재가 나사 결합되는 가압부재 삽입구가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 가스켓 윙부와 상기 라이너 사이에는 실링력 증가를 위한 고무 오링이 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스켓을 체결하는 작업자의 힘에 의해 결정되는 기존의 실링 제어 방법을 개선하여 용기 반복 사용시 라이너와 보스 간 실링력이 저하되고 가스가 누출되는 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기에서, 라이너와 보스 간 결합 구조를 도시한 부분 측단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기에서, 라이너와 보스 간 결합 구조를 도시한 부분 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기는, 라이너(100), 보스(200), 가스켓(300), 실링부재(400), 및 가압부재(500)를 포함한다.

라이너(100)는 고압의 기체 연료가 저장되는 압력 용기의 내부 공간을 정의한다. 압력 용기는, 액화 석유가스(LPG), 압축 천연가스(CNG), 경질 탄화수소(메탄, 프로판, 부탄) 및 수소가스 등을 압축 저장한다. 라이너(100)는, 예를 들어 나일론 계열(PA6, PA66, PA11), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 고분자 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 라이너(100)의 외주면은 복합재층(미도시)으로 와인딩될 수 있으며, 상기 복합재층은, 기체 연료의 높은 내압을 견디기 위해 구조적인 강도 및 강성이 높은 카본섬유 또는 유리섬유로 구성된 섬유강화 복합재료로 형성된다. 한편, 라이너(100)는, 보스(200)가 결합되는 보스 결합부(110), 및 보스(200)로부터 압력 용기의 내측 공간으로 관통하는 관통부(120)를 갖는다. 상기 관통부(120)를 통해 가스켓(300)이 장착된다.

보스(200)는, 압력 용기의 내부 공간으로 연결되는 포트(210)를 갖고, 라이너(100)의 측부에 결합된다. 라이너(100)에 형성된 보스 결합부(110)에 보스(200)가 결합된다. 보스(200)에는 자동차 등의 가스 공급 대상에 구비된 밸브가 결합 가능하다. 보스(200)는, 라이너(100)와 이종 재질인 금속 재질로서, 금속으로 제조되는 상기 밸브에 견고하게 결합될 수 있다.

가스켓(300)은 가스켓 바디(310)와 가스켓 윙부(320)를 포함한다. 가스켓 윙부(320)는 가스켓 바디(310)보다 큰 직경으로 형성된다. 가스켓 바디(310)는, 라이너(100)의 관통부(120) 내에 삽입되며 보스(200)를 가압한다. 가스켓 윙부(320)는, 가스켓 바디(310)로부터 연장되어 라이너(100)에 접촉하며, 라이너(100)를 보스(200) 측으로 가압한다.

보스(200)와 가스켓(300) 사이에는 실링부재(400)가 구비된다. 실링부재(400)는 씰링 표면이 씰 축에 수직인 페이스 씰(face seal)로 형성된다. 실링부재(400)는 가스켓 바디(310)의 상면상에 놓이며, 가스켓 바디(310) 상면과 대응하는 면적으로 형성될 수 있다. 가스켓(300)이 실링부재(400)를 압착하는 정도에 따라, 라이너(100)와 보스(200) 간의 실링력이 조절된다.

가압부재(500)는 가스켓(300)에 결합되어 가스켓(300)을 보스(200) 측으로 가압한다. 가압부재(500)는 가압 볼트로 형성될 수 있다. 가스켓 윙부(320) 및 라이너(100)에는 각각 가압부재(500)가 나사 결합되는 가압부재 삽입구(p)가 형성된다. 가압부재(500) 및 가압부재 삽입구(p)는 가스켓 윙부(320) 둘레방향으로 복수개 형성될 수 있다. 가스켓 윙부(310)의 가압부재 삽입구(p)와 라이너(1000)의 가압부재 삽입구(p)는 서로 대응하는 위치에 형성된다. 상기 가압부재(500)가 상기 가압부재 삽입구(p)에 결합되는 기계적 결합력에 따라 가스켓(300)이 실링부재(400)를 압착하는 정도가 결정된다.

가스켓 윙부(310)와 라이너(100) 사이에는 실링력 증가를 위한 고무 오링(s)이 구비될 수 있다. 고무 오링(s)은 라이너(100) 측에 형성된 가스켓 윙부(310)의 홈에 라이너(100)에 맞닿도록 삽입될 수 있다.

이 분야의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100: 라이너 110: 보스 결합부
120: 관통부 200: 보스
210: 포트 300: 가스켓
310: 가스켓 바디 320: 가스켓 윙부
400: 실링부재 500: 가압부재
p: 가압부재 삽입구
s: 고무 오링

Claims (5)

1. 압력 용기의 내부 공간을 정의하는 라이너; 및
   상기 압력 용기의 내부 공간으로 연결되는 포트를 갖고, 상기 라이너의 측부에 결합되는 보스를 포함하며,
   상기 라이너는, 상기 보스로부터 상기 압력 용기의 내측 공간으로 관통하는 관통부를 갖고, 상기 관통부를 통해 가스켓이 장착되며,
   상기 가스켓은,
   상기 관통부 내에 삽입되며 상기 보스를 가압하는 가스켓 바디; 및
   상기 가스켓 바디로부터 연장되어 상기 라이너에 접촉하며, 상기 라이너를 상기 보스 측으로 가압하는 가스켓 윙부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 보스와 상기 가스켓 사이에는 실링부재가 구비된 것을 특징으로 하는, 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가스켓에 결합되어 상기 가스켓을 상기 보스 측으로 가압하는 가압부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 가압부재는 가압 볼트로 형성되며,
   상기 가스켓 윙부 및 상기 라이너에는, 서로 대응하는 위치에 상기 가압부재가 나사 결합되는 가압부재 삽입구가 형성된 것을 특징으로 하는, 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 가스켓 윙부와 상기 라이너 사이에는 실링력 증가를 위한 고무 오링이 구비된 것을 특징으로 하는, 라이너와 보스 간 실링 강화 구조를 갖는 압력 용기.