KR20240081214A

KR20240081214A - 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기

Info

Publication number: KR20240081214A
Application number: KR1020220165242A
Authority: KR
Inventors: 이교민; 이지혜; 김영범
Original assignee: 롯데케미칼 주식회사
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2024-06-07

Abstract

본 발명은 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기에 관한 것이다. 상기 압력용기는, 압력용기의 내부 공간을 정의하는 라이너; 및 상기 압력용기의 내부 공간으로 연결되는 포트를 갖고, 상기 라이너의 측부에 결합되는 보스를 포함하며, 상기 라이너는 플라스틱 소재로 형성되며, 몸통을 이루는 실린더부, 및 상기 실린더부에 결합되며 상기 보스 측으로 연장되는 돔부를 포함하며, 상기 실린더부와 상기 돔부 사이에는, 금속 소재로 형성되며 상기 실린더부와 상기 돔부를 연결하기 위한 커넥터 부재가 구비될 수 있다.

Description

라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기{PRESSURE VESSEL WITH REINFORCED BONDING FORCE BETWEEN CYLINDER AND DOME OF LINER}

본 발명은 기체 상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장하는 압력 용기에 관한 것으로, 상세하게는 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기에 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.

종래의 고압용기용 사출 성형 방식 라이너는, 압출 방식으로 제작된 파이프 형상의 플라스틱 실린더 파트와 사출 방식으로 제작된 보스부를 포함한 플라스틱 돔 파트의 경계면을 융착 결합하는 방식을 적용하여 제작하였다. 그러나 해당 제작 방식은 융착 과정 중 과도한 기포 발생에 따른 융착면의 결합 품질 저하, 및 사용 중 해당 융착부로의 높은 가스 투과성이 문제가 되고 있다.

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

본 발명은 종래의 융착 결합 방식 대신 기계적 결합 방식을 통해 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기를 제공함에 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 커넥터 부재의 일측 및 타측에는 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈은, 상기 커넥터 부재의 일측에 형성되며 상기 실린더부의 단부가 삽입되는 실린더부 결합홈, 및 상기 커넥터 부재의 타측에 형성되며 상기 돔부의 단부가 삽입되는 돔부 결합홈을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 결합홈 내에는 플라스틱과 금속 간의 결합을 위한 이종 접합용 본딩제가 도포되고, 상기 이종 접합용 본딩제를 통해, 상기 커넥터 부재와 상기 실린더부 단부, 및 상기 커넥터 부재와 상기 돔부 단부가 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 실린더부 단부와 상기 돔부 단부의 내주면에는 상기 커넥터 부재와 접촉하는 금속 플레이트가 인서트 성형될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 결합홈에는, 상기 실린더부 단부와 상기 돔부 단부의 외주면이 나사 결합되는 나사 결합부가 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 융착 결합 방식 대신 기계적 결합 방식을 통해 종래 융착 과정 중 과도한 기포 발생에 따른 융착면의 결합 품질 저하, 및 사용 중 해당 융착부로의 높은 가스 투과성 문제를 극복할 수 있다.

또한, 금속 커넥터를 이용한 기계적 결합 방식을 통해 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 라이너와 실린더부의 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기를 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1에서 이종 접합용 본딩제를 적용한 실시예를 확대하여 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 1에서 금속 플레이트의 인서트 성형 방식을 적용한 실시예를 확대하여 도시한 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 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 라이너와 실린더부의 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기는, 실린더부(110)와 돔부(120)를 갖는 라이너(100), 보스(200), 및 실린더부(110)와 돔부(120) 사이의 커넥터 부재(300)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)는, 몸통을 이루는 실린더부(110), 및 상기 실린더부(110)에 결합되며 보스(200) 측으로 연장되는 돔부(120)를 포함한다. 실린더부(110)는 압출 성형 방식으로 형성되며, 돔부(120)는 사출 성형 방식으로 형성된다. 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.

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)는 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.

커넥터 부재(300)는, 금속 소재로 형성되며 실린더부(110)와 돔부(120)를 연결하기 위한 것이다. 커넥터 부재(300)의 일측 및 타측에는 결합홈(310)이 형성된다. 결합홈(310)은 커넥터 부재(300)의 둘레를 따라 연장 형성된다. 결합홈(310)은 실린더부 결합홈(311)과 돔부 결합홈(312)을 포함한다. 실린더부 결합홈(311)은, 커넥터 부재(300)의 일측에 형성되며 실린더부(110)의 단부(111)가 삽입된다. 돔부 결합홈(312)은, 커넥터 부재(300)의 타측에 형성되며 돔부(120)의 단부(121)가 삽입된다. 실린더부 단부(111)와 돔부 단부(121)는 결합홈(310)에 끼움 결합 가능한 규격으로 형성된다. 결합홈(310)은 금속 면을 화학적 산화 처리하여 가공된 인조 홈으로 형성될 수 있다.

도 2의 실시예를 참조하면, 결합홈(310) 내에는 플라스틱과 금속 간의 결합을 위한 이종 접합용 본딩제(410)가 도포될 수 있다. 이종 접합용 본딩제(410)를 통해, 커넥터 부재(300)와 실린더부 단부(111), 및 커넥터 부재(300)와 돔부 단부(121)가 결합된다. 커넥터 부재(300)는 금속 소재로 형성되며, 실린더부 단부(111)와 돔부 단부(121)는 플라스틱 소재로 형성된다. 이종 접합용 본딩제(410)는 실린더부 단부(111)와 돔부 단부(121)의 내주면이 결합홈(310)에 접촉하는 부분에 도포될 수 있다. 즉, 이종 접합용 본딩제(410)는 결합홈(310)의 하부면에 도포될 수 있다.

도 3의 실시예를 참조하면, 실린더부 단부(111)와 돔부 단부(121)의 내주면에는 커넥터 부재(300)와 접촉하는 금속 플레이트(420)가 인서트 성형될 수 있다. 즉, 금속 플레이트(420)는 결합홈(310)의 하부면에 의해 지지될 수 있다. 이에 따라, 금속 소재인 커넥터 부재(300)와 금속 플레이트(420)가 금속 대 금속으로 맞닿게 되어 고압에서의 실링력이 향상된다.

한편, 결합홈(310)에는 실린더부 단부(111)와 돔부 단부(121)의 외주면이 나사 결합되는 나사 결합부(313)가 형성될 수 있다. 즉, 나사 결합부(313)는 결합홈(310)의 상부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 3과 도 4의 결합에 추가적인 결합력을 부여할 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: 실린더부
111: 실린더부 단부 120: 돔부
121: 돔부 단부 200: 보스
300: 커넥터 부재 310: 결합홈
311: 실린더부 결합홈 312: 돔부 결합홈
313: 나사 결합부 410: 이종 접합용 본딩제
420: 금속 플레이트

Claims

압력용기의 내부 공간을 정의하는 라이너; 및
상기 압력용기의 내부 공간으로 연결되는 포트를 갖고, 상기 라이너의 측부에 결합되는 보스를 포함하며,
상기 라이너는 플라스틱 소재로 형성되며, 몸통을 이루는 실린더부, 및 상기 실린더부에 결합되며 상기 보스 측으로 연장되는 돔부를 포함하며,
상기 실린더부와 상기 돔부 사이에는, 금속 소재로 형성되며 상기 실린더부와 상기 돔부를 연결하기 위한 커넥터 부재가 구비된 것을 특징으로 하는, 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기.
제1항에 있어서,
상기 커넥터 부재의 일측 및 타측에는 결합홈이 형성되고,
상기 결합홈은, 상기 커넥터 부재의 일측에 형성되며 상기 실린더부의 단부가 삽입되는 실린더부 결합홈, 및 상기 커넥터 부재의 타측에 형성되며 상기 돔부의 단부가 삽입되는 돔부 결합홈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기.
제2항에 있어서,
상기 결합홈 내에는 플라스틱과 금속 간의 결합을 위한 이종 접합용 본딩제가 도포되고, 상기 이종 접합용 본딩제를 통해, 상기 커넥터 부재와 상기 실린더부 단부, 및 상기 커넥터 부재와 상기 돔부 단부가 결합되는 것을 특징으로 하는, 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기.
제2항에 있어서,
상기 실린더부 단부와 상기 돔부 단부의 내주면에는 상기 커넥터 부재와 접촉하는 금속 플레이트가 인서트 성형된 것을 특징으로 하는, 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 결합홈에는, 상기 실린더부 단부와 상기 돔부 단부의 외주면이 나사 결합되는 나사 결합부가 형성된 것을 특징으로 하는, 라이너의 실린더부와 돔부 간 결합력을 강화시킨 압력용기.