WO2023211013A1 - High-pressure gas storage container and method for manufacturing same - Google Patents

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WO2023211013A1
WO2023211013A1 PCT/KR2023/004905 KR2023004905W WO2023211013A1 WO 2023211013 A1 WO2023211013 A1 WO 2023211013A1 KR 2023004905 W KR2023004905 W KR 2023004905W WO 2023211013 A1 WO2023211013 A1 WO 2023211013A1
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liner
fibers
pressure gas
steel wires
storage container
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PCT/KR2023/004905
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조명현
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홍덕산업(주)
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    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56Winding and joining, e.g. winding spirally
    • B29C53/58Winding and joining, e.g. winding spirally helically
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
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    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/32Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core on a rotating mould, former or core
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C1/00Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge
    • F17C1/02Pressure vessels, e.g. gas cylinder, gas tank, replaceable cartridge involving reinforcing arrangements
    • F17C1/04Protecting sheathings
    • F17C1/06Protecting sheathings built-up from wound-on bands or filamentary material, e.g. wires
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to a high-pressure gas storage container and a method of manufacturing a high-pressure gas storage container, and more specifically, to using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and to forming the steel wire of the composite material layer into a network structure. Accordingly, it relates to a high-pressure gas storage container having excellent durability and shear strength and excellent impact toughness, and a method of manufacturing the same.
  • fiber-reinforced composite materials are being used as reinforcement materials for CNG tanks, hydrogen storage tanks, and special gas tanks.
  • hydrogen is attracting attention as an eco-friendly fuel
  • storage tanks with excellent hydrogen storage capabilities are being actively developed to use hydrogen as a fuel for automobiles, drones, PAVs, etc.
  • Conventional hydrogen storage tanks use tanks made entirely of steel or tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an aluminum liner. In addition, tanks made by forming a reinforcement layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner are also used.
  • Tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner are widely used in hydrogen storage tanks for vehicles because they can be lightweight, and tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner are widely used in hydrogen storage tanks. Development is underway for use in hydrogen transportation and charging stations.
  • tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner have the following problems.
  • Tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner can be lightweight and have excellent tensile strength, but have low shear strength and low impact toughness, making them vulnerable to low temperatures and collisions.
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and more specifically, uses a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin.
  • a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin By forming the steel wire of the composite material layer into a network structure, durability and shear strength are improved. It relates to a high-pressure gas storage container having excellent impact toughness and a method of manufacturing the same.
  • the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-mentioned problems includes a liner having a storage space therein; A composite material layer coupled to the liner, wherein the composite material layer includes resin, fiber, and steel wire.
  • the volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem may be 3 to 50 vol %.
  • the volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem may be 50 to 80 vol %.
  • the fibers of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problems may include any one or more of carbon fibers, glass fibers, Basalt fibers, aramid fibers, and dyneema fibers.
  • the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem includes impregnating the plurality of fibers with the resin, arranging and contacting the plurality of steel wires on top of the plurality of fibers, and then arranging and contacting the plurality of steel wires with the plurality of fibers.
  • the composite material layer may be coupled to the liner by wrapping a plurality of the steel wires around the liner.
  • the plurality of steel wires wound around the liner of the high-pressure gas storage container of the present invention may form a network structure.
  • a plurality of steel wires are arranged to be spaced apart in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem, and the spacing between the plurality of steel wires is the diameter (d) of the steel wire. It may be 2 to 200 times that of .
  • a plurality of steel wires are arranged to be spaced apart in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem, and the spacing between the plurality of steel wires is the diameter (d) of the steel wire. It may be 2 to 50 times of .
  • the diameter of the steel wire of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem may be 0.05 mm to 0.25 mm.
  • the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-mentioned problems is any one of a Zn plating layer, a Zn-Al plating layer, a Zn-Al-Mg plating layer, a Cu-Zn plating layer, and a Cu-Zn-Co plating layer. It can be plated above.
  • the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems includes a resin impregnation step of passing a plurality of fibers through a resin impregnation tank and impregnating the fibers with a resin; A fiber supply step of supplying a plurality of resin-impregnated fibers to a traverse device; A steel wire supply step of supplying a plurality of steel wires to a traverse device; An arranging step of arranging and contacting the plurality of steel wires on top of the plurality of resin-impregnated fibers through an arrangement unit provided in the traverse device; A bonding step of winding the plurality of fibers and the plurality of steel wires around a liner having a storage space therein, and bonding the composite material layer including the fibers, the steel wires, and the resin to the liner. It is characterized by:
  • the traverse device of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem includes a first guide portion provided with a plurality of first guide bars to prevent the fiber from being twisted, and a first guide portion to prevent the steel wire from being twisted. and a second guide portion provided with a plurality of second guide bars, wherein the plurality of resin-impregnated fibers pass between the plurality of first guide bars, and the plurality of steel wires are connected to the plurality of second guide bars. Passing through the space, the plurality of resin-impregnated fibers and the plurality of steel wires may be supplied to the array unit from different directions.
  • the traverse device of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem may be capable of sliding in a direction parallel to the central axis of the liner.
  • the traverse device of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem includes a gap maintaining portion provided with a plurality of holes spaced apart at specified intervals, and the plurality of steel wires are connected to the gap maintaining portion. It may be supplied to the array unit through the hole.
  • the spacing between the plurality of holes provided in the spacing maintenance part may be 2 to 50 times the diameter (d) of the steel wire.
  • the spacing between the plurality of holes provided in the spacing maintenance part may be 2 to 200 times the diameter (d) of the steel wire.
  • the plurality of fibers and the plurality of steel wires in the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems are horizontally (hoop direction) or diagonally (helical direction) with respect to the central axis of the liner. It can be wound.
  • the liner of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem rotates about the central axis, and the plurality of fibers and the plurality of steel wires are wound around the liner, and the plurality of fibers and the plurality of steel wires are wound around the liner.
  • the internal pressure of the liner may be 1 to 5 (bar).
  • the plurality of steel wires wound around the liner of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention may form a network structure.
  • the volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems may be 3 to 50 vol %.
  • the resin of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems includes at least one of epoxy resin and acrylic resin, and the fiber is carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, and aramid fiber. , may include any one or more of dyneema fibers.
  • the diameter of the steel wire in the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems may be 0.05 mm to 0.25 mm.
  • the present invention relates to a high-pressure gas storage container and a method of manufacturing a high-pressure gas storage container, using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and forming the steel wire of the composite material layer into a network structure to improve durability and shear strength.
  • a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin used to improve durability and shear strength.
  • the present invention has the advantage of excellent resistance to bending stress or impact stress by forming a volume ratio of 3 to 50 vol % of the steel wire in the composite material layer.
  • the present invention has the advantage of reducing manufacturing costs while improving durability and impact toughness by reducing the volume ratio of expensive carbon fiber and improving the volume ratio of steel wire.
  • FIG. 1 is a diagram showing a liner and a composite material layer according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 2(a) and 2(b) are diagrams showing a network structure formed with a plurality of steel wires 150 by winding a plurality of steel wires around a liner several times according to an embodiment of the present invention. .
  • Figure 3 is a flowchart of a method for manufacturing a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing the manufacturing process of a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an enlarged view of part 'A' of Figure 4.
  • Figure 6 is a diagram showing a steel wire being wound around a liner while being embedded in a plurality of fibers according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a high-pressure gas storage container and a method of manufacturing a high-pressure gas storage container, using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and forming the steel wire of the composite material layer into a network structure to improve durability and shear strength. It relates to a high-pressure gas storage container having excellent strength and excellent impact toughness and a method of manufacturing the same.
  • the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention may be a hydrogen storage tank. However, it is not limited to this, and the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention may be a variety of gas storage tanks that require durability against high pressure.
  • the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention may be a variety of gas storage tanks that require durability against high pressure.
  • a high-pressure gas storage container includes a liner 110 and a composite material layer 120.
  • the liner 110 is provided with a storage space 111 therein. High-pressure gas may be stored in the storage space 111, and the liner 110 may be a member provided outside the storage space 111 and surrounding the storage space 111.
  • the liner 110 may be made of aluminum, engineering plastic, polyamide plastic, etc., and the liner 110 is provided on the outside of the storage space 111 and stores high pressure in the storage space 111. It can be made of various members as long as it can withstand the pressure of gas.
  • a fuel inlet 112 and a fuel outlet 113 may be provided on one side and the other side of the liner 110. Gas may flow into or out of the storage space 111 through the fuel inlet 112 and the fuel outlet 113 provided in the liner 110.
  • the composite material layer 120 is coupled to the liner 110.
  • the composite material layer 120 may be a reinforcing material layer coupled to the outside of the liner 110, and the composite material layer 120 includes resin 130, fiber 140, and steel wire 150.
  • the composite material layer 120 may be coupled to the liner 110 by wrapping the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 around the liner 110 .
  • the resin 130 may include any one or more of epoxy resin and acrylic resin
  • the fiber 140 may include carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, and aramid fiber.
  • the fiber 140 may include any one or more of dyneema fibers.
  • the resin 130 may be made of Elium acrylic resin, a thermoplastic resin, and epoxy resin, a thermosetting resin, and the fiber 140 may be carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, aramid fiber, or dyneema. It may be made of fiber, etc.
  • the resin 130 and the fiber 140 are not limited to this, and the resin 130 may be made of various resins as long as it is in liquid form and can be impregnated into the fiber 140. (140) Various fibers may also be used.
  • the fiber 140 may have a thread-like shape, and the fiber 140 may have a small diameter of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • a plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and when the fiber roving is passed through a resin impregnation tank 210 containing the resin 130 in a liquid state, The resin 130 is impregnated between the plurality of fibers 140.
  • the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on top of the plurality of fibers 140. . At this time, the plurality of steel wires 150 are arranged on top of the plurality of fibers 140 while being spaced apart at designated intervals.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110.
  • the composite material layer 120 can be coupled to the liner 110.
  • the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 may form a network structure.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are aligned with the central axis 114 of the liner 110, It may be wound around the liner 110 in a horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction).
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110.
  • the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 form a network structure, as shown in FIGS. 1, 2(a), and 2(b).
  • the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 have a multi-layer structure and form a network structure.
  • the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110 to form the plurality of steel wires 150.
  • the liner 110 may rotate about the central axis 114 while the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 may be wound around the liner. Specifically, as the liner 110 rotates and pulls the fiber 140 and the steel wire 150, the fiber 140 and the steel wire 150 are wound around the liner 110. You can.
  • the internal pressure of the liner 110 may be 1 to 5 (bar).
  • the force of the fiber 140 and the steel wire 150 pressing the liner 110 causes the liner ( 110), deformation may occur.
  • an adhesion promoter is applied to the surface of the steel wire 150 or the resin ( 130) may contain an adhesion promoter.
  • the adhesion between the steel wire 150, the resin 130, and the fiber 140 can greatly affect the durability of the high-pressure gas storage container, and the adhesion between the steel wire 150, the resin 130, and the fiber 140 can greatly affect the durability of the high-pressure gas storage container. As the adhesive force of (140) increases, the breaking strength of the high-pressure gas storage container may increase.
  • the adhesion promoter may be a primer, Chemlok, or silane, but is not limited thereto, and may be used as a various adhesion promoter if it can improve the adhesion between the steel wire 150, the resin 130, and the fiber 140. can be used.
  • the surface of the steel wire 150 may be surface treated to prevent galvanic corrosion between the carbon fiber and the steel wire 150.
  • the surface of the steel wire 150 can be treated with DLC (Diamond like carbon) coating to suppress ion movement, thereby preventing galvanic corrosion between the carbon fiber and the steel wire 150. It can be prevented.
  • DLC Diamond like carbon
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 3 to 50 vol %. If the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is less than 3 vol %, the steel wire 150 is insufficient and a network structure is formed through the steel wire 150. Can be difficult to form.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is greater than 50 vol %, the weight of the high-pressure gas storage container may be too heavy and the weight reduction effect may be lost. Therefore, it is preferable that the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is 3 to 50 vol %.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 3 to 10 vol %.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is 3 to 10 vol % in order to reduce the weight of the high-pressure gas storage container. It is desirable.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 10 to 50 vol %.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is 10 to 50 vol % to improve durability. desirable.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 50 to 80 vol %.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 50 to 80 vol %.
  • a plurality of the steel wires 150 are arranged to be spaced apart in the composite material layer 120, and the spacing between the plurality of steel wires 150 is equal to the distance between the steel wires 150. It may be 2 to 200 times the diameter (d) of.
  • the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on top of the plurality of fibers 140, the plurality of steel wires 150 are spaced apart at designated intervals and the plurality of fibers 140 It can be arranged at the top of .
  • the plurality of fibers 140 may be in contact with each other without being spaced apart from each other. More specifically, a plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and the plurality of fiber rovings thus formed contain the resin 130 in a liquid state. It passes through the resin impregnation tank 210.
  • the plurality of fiber rovings may be in contact with each other before being wound around the liner 110, and the plurality of steel wires 150 may be in contact with and arranged on top of the plurality of fiber rovings in contact with each other while being spaced apart at designated intervals. .
  • the steel wire 150 presses the fiber 140
  • the steel wire 150 may be buried in a plurality of the fibers 140. More specifically, the lower 50% of the steel wire 150 may be buried in the plurality of fibers 140.
  • the spacing between the plurality of steel wires 150 is between twice the diameter d of the steel wire 150. It may be 200 times, preferably 2 to 50 times.
  • the steel wires 150 are tightly arranged and form a high-pressure gas storage container. If the weight is too heavy, the effect of lightweighting may be lost.
  • the spacing between the plurality of steel wires 150 is too wide, the effect of the network structure may be reduced. Therefore, when the steel wires 150 are spaced apart and arranged on the upper part of the fiber 140, the spacing between the plurality of steel wires 150 is twice the diameter (d) of the steel wire 150. It may be from 200 times, preferably 2 to 50 times.
  • the maximum spacing between the plurality of steel wires 150 (200 or 50 times the diameter d of the steel wire 150) may be changed.
  • the maximum spacing between the plurality of steel wires 150 may be 50 times or less than the diameter (d) of the steel wires 150, and requires high durability. In the case of a high-pressure gas storage container that is not used, the maximum spacing between the plurality of steel wires 150 may be 200 times or less than the diameter d of the steel wires 150.
  • the diameter of the steel wire 150 may be 0.05 mm to 0.25 mm.
  • the diameter of the steel wire 150 is too large (larger than 0.25 mm)
  • the voids inside the composite material layer 120 increase due to excessive thickness difference between the fiber roving and the steel wire 150.
  • the thickness of the composite material layer 120 increases.
  • the diameter of the steel wire 150 may be 0.05 mm to 0.25 mm.
  • the diameter of the steel wire 150 may be less than 10 times the diameter of one fiber roving. In order to prevent excessive thickness difference between the fiber roving and the steel wire 150, the diameter of the steel wire 150 is preferably smaller than 10 times the diameter of one fiber roving. Additionally, the diameter of the steel wire 150 may be greater than twice the diameter of one fiber roving.
  • the composite material layer 120 may be plated with any one or more of a Zn plating layer, a Zn-Al plating layer, a Zn-Al-Mg plating layer, a Cu-Zn plating layer, and a Cu-Zn-Co plating layer. there is. By plating the composite material layer 120 through the plating layer, corrosion resistance and strength can be improved.
  • the high-pressure gas storage container manufactured through the high-pressure gas storage container manufacturing method according to the embodiment of the present invention may be the same as the high-pressure gas storage container according to the above-described embodiment of the present invention, detailed description thereof will be omitted.
  • the high-pressure gas storage vessel manufacturing method manufactures the composite material layer 120 including the resin 130, the fiber 140, and the steel wire 150, and the composite material layer It includes a method of coupling (120) to the liner (110).
  • the method of manufacturing a high-pressure gas storage container includes a resin impregnation step (S110), a fiber supply step (S120), a steel wire supply step (S130), an arrangement step (S140), and combining. Includes step S150.
  • the resin impregnation step (S110) is a step of passing a plurality of the fibers 140 through a resin impregnation tank 210 and impregnating the fibers 140 with the resin 130. am.
  • the fiber 140 may have a thread-like shape, and the fiber 140 may have a small diameter of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • a plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and when the fiber roving is passed through a resin impregnation tank 210 containing the resin 130 in a liquid state, The resin 130 is impregnated between the plurality of fibers 140.
  • the fiber supply step (S120) is a step of supplying the plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130 to the traverse device 220.
  • a plurality of fiber rovings may be supplied to the traverse device 220.
  • the steel wire supply step (S130) is a step of supplying a plurality of the steel wires 150 to the traverse device 220.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 may be wound around the liner 110, and the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 may be wrapped around the liner. (110) may be moved by a rotating force based on the central axis (114).
  • a plurality of the fibers 140 may be supplied from the supply table to the arrangement unit 250.
  • the supply base can apply tension to the plurality of fibers 140, and the supply base can apply tension of 1 to 3 kgf to the fibers 140.
  • a plurality of steel wires 150 are placed on top of the plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130 through the arrangement unit 250 provided in the traverse device 220. This is the stage of arrangement and contact.
  • the traverse device 220 arranges and contacts the steel wire 150 on the upper part of the fiber 140, and then connects the fiber 140 and the steel wire 150 to the liner. This is a device that can supply to the outside of (110).
  • the arrangement unit 250 of the traverse device 220 is a device that can bring the steel wire 150 into contact with the upper part of the fiber 140, and is positioned at the lower part of the arrangement unit 250, which is formed in a bar shape. As the fiber 140 and the steel wire 150 pass, the steel wire 150 is pressed by the array unit 250, allowing the steel wire 150 to always be in contact with the fiber 140.
  • the traverse device 220 further includes a first guide part 230 and a second guide part 240.
  • the first guide part 230 is provided with a plurality of first guide bars 231 to prevent the fiber 140 from being twisted.
  • the plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130 may pass between the plurality of first guide bars 231 and be supplied to the array unit 250. More specifically, the first guide part 230 is used to prevent the plurality of fiber rovings from twisting together, and the fiber roving can be supplied between the plurality of first guide bars 231.
  • the second guide part 240 is provided with a plurality of second guide bars 241 to prevent the steel wire 150 from being twisted.
  • the plurality of steel wires 150 may pass between the plurality of second guide bars 241 and be supplied to the array unit 250.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 impregnated with the resin 130 may be supplied to the array unit 250 from different directions.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 impregnated with the resin 130 are separated from each other and supplied to the arrangement unit 250, and then contact the arrangement unit 250. It can be done. At this time, the steel wire 150 may be supplied to the array unit 250 from the top of the fiber 140.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 impregnated with the resin 130 supplied to the arrangement unit 250 pass through the lower part of the arrangement unit 250. While passing the fiber 140 and the steel wire 150 through the lower part of the bar-shaped arrangement unit 250, the steel wire 150 is pressed by the arrangement unit 250, thereby forming the steel wire 150. ) can be brought into contact with the fiber 140.
  • the traverse device 220 includes a gap maintaining portion 260 provided with a plurality of holes 261 spaced apart at a designated interval.
  • the plurality of steel wires 150 are spaced apart at designated intervals and are in contact with and arranged on top of the plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130.
  • the spacing maintaining part 260 is provided to maintain the spacing between the plurality of steel wires 150, and the plurality of steel wires 150 pass through the hole 261 of the spacing maintaining part 260. Thus, it can be supplied to the array unit 250.
  • the plurality of steel wires 150 are passed through the plurality of holes 261 spaced apart at designated intervals, the plurality of steel wires 150 are impregnated with the resin 130 while being spaced apart at designated intervals. It is possible to contact and arrange the steel wire 150 on the upper part of the fiber 140.
  • the spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 may be 2 to 200 times the diameter d of the steel wire 150,
  • the spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 may be 2 to 50 times the diameter d of the steel wire 150.
  • the spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 may be the same as the spacing between the steel wires 150 . Since the range of the spacing between the steel wires 150 has been described in the above description, a detailed description of the spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 will be omitted.
  • the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on top of the plurality of fibers 140, the plurality of steel wires 150 are spaced apart at designated intervals and the plurality of fibers 140 It can be arranged at the top of .
  • the plurality of fibers 140 may be in contact with each other without being spaced apart from each other. More specifically, a plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and the plurality of fiber rovings thus formed contain the resin 130 in a liquid state. It passes through the resin impregnation tank 210.
  • the plurality of fiber rovings may be in contact with each other before being wound around the liner 110, and as shown in FIG. 6, the plurality of steel wires 150 may be spaced apart at designated intervals on top of the plurality of fiber rovings in contact with each other and may contact and can be arranged.
  • the steel wire 150 presses the fiber 140 (150) may be buried in a plurality of the fibers (140).
  • the lower 50% of the steel wire 150 may be buried in the plurality of fibers 140.
  • the adhesive force between the steel wire 150 and the fiber 140 becomes stronger, thereby improving the durability of the high-pressure gas storage container.
  • the combining step (S150) the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110 to form the fibers 140, the steel wires 150, and the resin 130.
  • This is a step of combining a composite material layer 120 containing a to the liner 110.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are moved in a horizontal direction (hoop direction) or a diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110. direction) can be wound.
  • the liner 110 may rotate about the central axis 114.
  • the liner 110 is rotated while supplying the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 through the traverse device 220, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires ( 150) can be wound around the liner 110.
  • the internal pressure of the liner 110 may be 1 to 5 (bar).
  • the force of the fiber 140 and the steel wire 150 pressing the liner 110 causes the liner ( 110), deformation may occur.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are connected to the array portion 250 by the force of the liner 110 rotating about the central axis 114. -Can be supplied to the liner 110.
  • the liner 110 rotates about the central axis 114 and winds the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150, the fibers 140 pass through the liner 110. ) and the steel wire 150 can be pulled.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are connected to the array portion 250 by a force that pulls the fibers 140 and the steel wires 150 while the liner 110 rotates. It can be supplied to the liner 110.
  • the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 may form a network structure.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are aligned with the central axis 114 of the liner 110, It can be wound horizontally (hoop direction) or diagonally (helical direction).
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110. You can.
  • FIGS. 1, 2(a), and 2(b) when the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110 several times in a horizontal or diagonal direction, FIGS. 1, 2(a), and 2(b) Likewise, the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 form a network structure.
  • the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 have a multi-layer structure and form a network structure.
  • the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110 to form the plurality of steel wires 150.
  • the traverse device 220 may be capable of sliding in a direction parallel to the central axis 114 of the liner 110.
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110 several times in a horizontal or diagonal direction.
  • the traverse device When winding the fiber 140 and the steel wire 150 around the liner 110, the traverse device is used to wind the fiber 140 and the steel wire 150 in a diagonal direction around the liner 110. (220) may be slideable in a direction parallel to the central axis 114 of the liner 110.
  • the fiber 140 and the steel wire 150 can be wound in a diagonal direction with respect to the central axis 114 of the liner 110.
  • the fiber 140 and the steel wire 150 are supplied to the liner 110 in a state in which the traverse device 220 is not slidably moved in a direction parallel to the central axis 114 of the liner 110. Then, the fiber 140 and the steel wire 150 can be wound around the liner 110 in a horizontal direction.
  • the method of manufacturing a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention may further include a curing step (S160).
  • the curing step (S160) is a step of curing the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110.
  • the resin 130 when the resin 130 is made of an epoxy resin, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 can be hardened through heating.
  • the resin 130 is made of an acrylic resin
  • the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 can be cured by irradiating ultraviolet rays through the UV curing device 270.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 including the resin 130, the fiber 140, and the steel wire 150 is 3 to 3. It may be 50vol%.
  • the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 including the resin 130, the fiber 140, and the steel wire 150 is It may be 3 to 10 vol % or 10 to 50 vol %. Alternatively, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 50 to 80 vol %.
  • the resin 130 includes any one or more of epoxy resin and acrylic resin
  • the fiber 140 includes any one of carbon fiber, glass fiber, Basalt fiber, aramid fiber, and dyneema fiber. It may contain more than one.
  • the diameter of the steel wire 150 may be 0.05 mm to 0.25 mm, and the diameter of the steel wire 150 may be 2 to 10 times the diameter of the fiber roving.
  • the high-pressure gas storage container and the manufacturing method of the high-pressure gas storage container according to the embodiment of the present invention described above have the following effects.
  • the high-pressure gas storage container and the manufacturing method of the high-pressure gas storage container according to the embodiment of the present invention described above use a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and the steel wire of the composite material layer is formed into a network structure. There is an advantage in producing a high-pressure gas storage container that has excellent durability and shear strength as well as excellent impact toughness.
  • the high-pressure gas storage container and the method of manufacturing the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention have the advantage of improving the breaking strength of the storage container by using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin. .
  • the present invention has the advantage of excellent resistance to bending stress or impact stress by forming a volume ratio of 3 to 50 vol % of the steel wire in the composite material layer.
  • the present invention has the advantage of reducing manufacturing costs while improving durability and impact toughness by reducing the volume ratio of expensive carbon fiber and improving the volume ratio of steel wire.

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Abstract

The present invention relates to a high-pressure gas storage container and a method for manufacturing the high-pressure gas storage container. The high-pressure gas storage container of the present invention comprises: a liner having a storage space therein; and a composite material layer coupled to the liner, wherein the composite material layer comprises a resin, fibers, and steel wires, and the method for manufacturing the high-pressure gas storage container, according to the present invention, comprises: a resin impregnation step of impregnating a plurality of fibers with a resin; a fiber supply step of supplying the plurality of fibers to a traverse device; a steel wire supply step of supplying a plurality of steel wires to the traverse device; an arrangement step of arranging, through an arrangement unit, the plurality of steel wires on the plurality of fibers impregnated with the resin and contacting each other; and a coupling step of coupling the composite material layer to the liner by winding the plurality of fibers and the plurality of steel wires around the liner.

Description

고압 가스 저장 용기 및 이의 제조방법High-pressure gas storage container and method of manufacturing the same
본 발명은 고압 가스 저장 용기 및 고압 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스틸 와이어, 섬유, 수지를 포함하는 복합 소재층을 사용하며, 복합 소재층의 스틸 와이어를 망상 구조로 형성함에 따라 내구성 및 전단 강도가 우수하면서 우수한 충격 인성을 가지는 고압 가스 저장 용기 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-pressure gas storage container and a method of manufacturing a high-pressure gas storage container, and more specifically, to using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and to forming the steel wire of the composite material layer into a network structure. Accordingly, it relates to a high-pressure gas storage container having excellent durability and shear strength and excellent impact toughness, and a method of manufacturing the same.
최근 고압 가스 용기의 경량화 추세에 따라, 섬유 강화 복합소재를 CNG 탱크, 수소 저장 탱크, 특수 가스 탱크 등의 보강재로 사용하고 있다. 또한, 친환경 연료로 수소가 주목 받고 있으며, 수소를 자동차, 드론, PAV 등의 연료로 사용하기 위해 수소 저장 능력이 우수한 저장 탱크에 관한 개발히 활발히 이루어지고 있다.In accordance with the recent trend of reducing the weight of high-pressure gas containers, fiber-reinforced composite materials are being used as reinforcement materials for CNG tanks, hydrogen storage tanks, and special gas tanks. In addition, hydrogen is attracting attention as an eco-friendly fuel, and storage tanks with excellent hydrogen storage capabilities are being actively developed to use hydrogen as a fuel for automobiles, drones, PAVs, etc.
이와 함께, 수소 산업의 인프라 구축을 위한 수소 운송 및 충전용 수소 저장 탱크의 경량화에 대한 개발도 빠르게 진행되고 있다. In addition, development of lightweight hydrogen storage tanks for hydrogen transportation and charging to build infrastructure for the hydrogen industry is also progressing rapidly.
종래의 수소 저장 탱크는 전체가 스틸로 만들어진 탱크를 사용하거나, 알루미늄 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크를 사용하고 있다. 또한, 엔지니어링 플라스틱 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크도 사용하고 있다.Conventional hydrogen storage tanks use tanks made entirely of steel or tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an aluminum liner. In addition, tanks made by forming a reinforcement layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner are also used.
엔지니어링 플라스틱 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크는 경량화가 가능하기 때문에 차량용 수소 저장 탱크에 널리 사용되고 있으며, 엔지니어링 플라스틱 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크를 수소 운송용 및 충전소용으로 사용하기 위한 개발이 진행되고 있다. Tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner are widely used in hydrogen storage tanks for vehicles because they can be lightweight, and tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner are widely used in hydrogen storage tanks. Development is underway for use in hydrogen transportation and charging stations.
그러나 엔지니어링 플라스틱 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크는 다음과 같은 문제점이 있다. 엔지니어링 플라스틱 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크는 경량화가 가능하면서 인장강도가 우수하긴 하지만, 전단 강도가 낮고 충격 인성이 낮아 저온 및 충돌에 약한 문제점이 있다. However, tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner have the following problems. Tanks made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner can be lightweight and have excellent tensile strength, but have low shear strength and low impact toughness, making them vulnerable to low temperatures and collisions.
이와 같은 문제점에 의해 엔지니어링 플라스틱 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크를 수소 저장 탱크로 사용하기 불리한 단점이 있다. Due to this problem, there is a disadvantage in using a tank made by forming a reinforcing material layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner as a hydrogen storage tank.
또한, 엔지니어링 플라스틱 라이너에 탄소 섬유 및 레진으로 이루어진 보강재층을 형성하여 만들어진 탱크에서 사용되는 탄소 섬유는 가격이 비싸 수소 저장 탱크의 제작 비용을 증가하는 문제점이 있다. 따라서 수소 저장 탱크의 안정성을 확보하면서, 저가의 비용으로 수소 저장 탱크를 제작하는 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다. In addition, the carbon fiber used in a tank made by forming a reinforcing layer made of carbon fiber and resin on an engineering plastic liner is expensive, which increases the manufacturing cost of the hydrogen storage tank. Therefore, there is a need to develop a method of manufacturing a hydrogen storage tank at low cost while ensuring the stability of the hydrogen storage tank.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 스틸 와이어, 섬유, 수지를 포함하는 복합 소재층을 사용하며, 복합 소재층의 스틸 와이어를 망상 구조로 형성함에 따라 내구성 및 전단 강도가 우수하면서 우수한 충격 인성을 가지는 고압 가스 저장 용기 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and more specifically, uses a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin. By forming the steel wire of the composite material layer into a network structure, durability and shear strength are improved. It relates to a high-pressure gas storage container having excellent impact toughness and a method of manufacturing the same.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기는, 내부에 저장 공간이 구비된 라이너; 상기 라이너에 결합되는 복합 소재층;을 포함하면, 상기 복합 소재층은, 수지, 섬유, 스틸 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. The high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-mentioned problems includes a liner having a storage space therein; A composite material layer coupled to the liner, wherein the composite material layer includes resin, fiber, and steel wire.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 복합 소재층에서 상기 스틸 와이어가 차지하는 부피 비율은, 3 내지 50vol % 일 수 있다. The volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem may be 3 to 50 vol %.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 복합 소재층에서 상기 스틸 와이어가 차지하는 부피 비율은, 50 내지 80vol % 일 수 있다. The volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem may be 50 to 80 vol %.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 섬유는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 바잘트 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마 섬유 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The fibers of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problems may include any one or more of carbon fibers, glass fibers, Basalt fibers, aramid fibers, and dyneema fibers.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기는 복수 개의 상기 섬유에 상기 수지를 함침하고, 복수 개의 상기 섬유의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어를 배열 및 접촉시킨 이후, 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어를 상기 라이너에 감아서 상기 복합 소재층을 상기 라이너에 결합시킬 수 있다. The high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem includes impregnating the plurality of fibers with the resin, arranging and contacting the plurality of steel wires on top of the plurality of fibers, and then arranging and contacting the plurality of steel wires with the plurality of fibers. The composite material layer may be coupled to the liner by wrapping a plurality of the steel wires around the liner.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 라이너에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어는 망상 구조(network structure)를 형성할 수 있다. In order to solve the above-described problem, the plurality of steel wires wound around the liner of the high-pressure gas storage container of the present invention may form a network structure.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 복합 소재층에는 복수 개의 상기 스틸 와이어가 이격되어 배치되며, 복수 개의 상기 스틸 와이어 사이의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어의 직경(d)의 2배 내지 200배 일 수 있다. A plurality of steel wires are arranged to be spaced apart in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem, and the spacing between the plurality of steel wires is the diameter (d) of the steel wire. It may be 2 to 200 times that of .
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 복합 소재층에는 복수 개의 상기 스틸 와이어가 이격되어 배치되며, 복수 개의 상기 스틸 와이어 사이의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어의 직경(d)의 2배 내지 50배 일 수 있다. A plurality of steel wires are arranged to be spaced apart in the composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem, and the spacing between the plurality of steel wires is the diameter (d) of the steel wire. It may be 2 to 50 times of .
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 스틸 와이어의 직경은 0.05mm 내지 0.25mm 일 수 있다. The diameter of the steel wire of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem may be 0.05 mm to 0.25 mm.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기의 상기 복합 소재층은, Zn 도금층, Zn-Al 도금층, Zn-Al-Mg 도금층, Cu-Zn 도금층, Cu-Zn-Co 도금층 중 어느 하나 이상으로 도금될 수 있다. The composite material layer of the high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-mentioned problems is any one of a Zn plating layer, a Zn-Al plating layer, a Zn-Al-Mg plating layer, a Cu-Zn plating layer, and a Cu-Zn-Co plating layer. It can be plated above.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법은, 복수 개의 섬유를 수지 함침조에 통과시켜, 섬유에 수지를 함침하는 수지 함침 단계; 수지가 함침된 복수 개의 섬유를 트래버스 장치로 공급하는 섬유 공급 단계; 복수 개의 스틸 와이어를 트래버스 장치로 공급하는 스틸 와이어 공급 단계; 상기 트래버스 장치에 구비된 배열부를 통해, 수지가 함침된 복수 개의 섬유의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어를 배열 및 접촉시키는 배열 단계; 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어를, 내부에 저장 공간이 구비된 라이너에 감아서, 상기 섬유, 상기 스틸 와이어, 상기 수지를 포함하는 복합 소재층을 상기 라이너에 결합시키는 결합 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. The high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems includes a resin impregnation step of passing a plurality of fibers through a resin impregnation tank and impregnating the fibers with a resin; A fiber supply step of supplying a plurality of resin-impregnated fibers to a traverse device; A steel wire supply step of supplying a plurality of steel wires to a traverse device; An arranging step of arranging and contacting the plurality of steel wires on top of the plurality of resin-impregnated fibers through an arrangement unit provided in the traverse device; A bonding step of winding the plurality of fibers and the plurality of steel wires around a liner having a storage space therein, and bonding the composite material layer including the fibers, the steel wires, and the resin to the liner. It is characterized by:
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 트래버스 장치는, 상기 섬유가 꼬이는 것을 방지하는 복수 개의 제1가이드바가 구비된 제1가이드부와, 상기 스틸 와이어가 꼬이는 것을 방지하는 복수 개의 제2가이드바가 구비된 제2가이드부를 포함하며, 수지가 함침된 복수 개의 상기 섬유는 복수 개의 상기 제1가이드바 사이를 통과하고, 복수 개의 상기 스틸 와이어는 복수 개의 상기 제2가이드바 사이를 통과하며, 수지가 함침된 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어는 서로 다른 방향에서 상기 배열부로 공급될 수 있다. The traverse device of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem includes a first guide portion provided with a plurality of first guide bars to prevent the fiber from being twisted, and a first guide portion to prevent the steel wire from being twisted. and a second guide portion provided with a plurality of second guide bars, wherein the plurality of resin-impregnated fibers pass between the plurality of first guide bars, and the plurality of steel wires are connected to the plurality of second guide bars. Passing through the space, the plurality of resin-impregnated fibers and the plurality of steel wires may be supplied to the array unit from different directions.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 트래버스 장치는, 상기 라이너의 중심축과 나란한 방향으로 슬라이드 이동 가능할 수 있다. The traverse device of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem may be capable of sliding in a direction parallel to the central axis of the liner.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 트래버스 장치는 지정된 간격으로 이격되는 복수 개의 홀이 구비된 간격 유지부를 포함하며, 복수 개의 상기 스틸 와이어는, 상기 간격 유지부의 상기 홀을 통과하여 상기 배열부로 공급될 수 있다. The traverse device of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem includes a gap maintaining portion provided with a plurality of holes spaced apart at specified intervals, and the plurality of steel wires are connected to the gap maintaining portion. It may be supplied to the array unit through the hole.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 간격 유지부에 구비된 복수 개의 상기 홀의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어의 직경(d)의 2배 내지 50배 일 수 있다. In the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem, the spacing between the plurality of holes provided in the spacing maintenance part may be 2 to 50 times the diameter (d) of the steel wire.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 간격 유지부에 구비된 복수 개의 상기 홀의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어의 직경(d)의 2배 내지 200배 일 수 있다. In the method of manufacturing a high-pressure gas storage container of the present invention to solve the above-described problem, the spacing between the plurality of holes provided in the spacing maintenance part may be 2 to 200 times the diameter (d) of the steel wire.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어는, 상기 라이너의 중심축을 기준으로 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 감겨질 수 있다. The plurality of fibers and the plurality of steel wires in the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems are horizontally (hoop direction) or diagonally (helical direction) with respect to the central axis of the liner. It can be wound.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 라이너는 중심축을 기준으로 회전하면서 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어가 상기 라이너에 감겨지며, 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어가 상기 라이너에 감겨질 때, 상기 라이너의 내부 압력은 1 내지 5(bar) 일 수 있다. The liner of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-described problem rotates about the central axis, and the plurality of fibers and the plurality of steel wires are wound around the liner, and the plurality of fibers and the plurality of steel wires are wound around the liner. When the steel wire is wound around the liner, the internal pressure of the liner may be 1 to 5 (bar).
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 라이너에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어는 망상 구조(network structure)를 형성할 수 있다. In order to solve the above-described problems, the plurality of steel wires wound around the liner of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention may form a network structure.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 복합 소재층에서 상기 스틸 와이어가 차지하는 부피 비율은, 3 내지 50vol % 일 수 있다. The volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems may be 3 to 50 vol %.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 수지는, 에폭시 수지, 아크릴 수지 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 섬유는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 바잘트 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마 섬유 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The resin of the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems includes at least one of epoxy resin and acrylic resin, and the fiber is carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, and aramid fiber. , may include any one or more of dyneema fibers.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 고압 가스 저장 용기 제조방법의 상기 스틸 와이어의 직경은 0.05mm 내지 0.25mm 일 수 있다. The diameter of the steel wire in the high-pressure gas storage container manufacturing method of the present invention to solve the above-mentioned problems may be 0.05 mm to 0.25 mm.
본 발명은 고압 가스 저장 용기 및 고압 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것으로, 스틸 와이어, 섬유, 수지를 포함하는 복합 소재층을 사용하며, 복합 소재층의 스틸 와이어를 망상 구조로 형성함에 따라 내구성 및 전단 강도가 우수하면서 우수한 충격 인성을 가지는 고압 가스 저장 용기를 제작할 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to a high-pressure gas storage container and a method of manufacturing a high-pressure gas storage container, using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and forming the steel wire of the composite material layer into a network structure to improve durability and shear strength. There is an advantage in producing a high-pressure gas storage container with excellent strength and excellent impact toughness.
또한, 본 발명은 복합 소재층에서 스틸 와이어가 차지하는 부피 비율을 3 내지 50vol % 형성함에 따라 굽힘 응력 또는 충격 응력에 대한 우수한 저항성을 가지는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of excellent resistance to bending stress or impact stress by forming a volume ratio of 3 to 50 vol % of the steel wire in the composite material layer.
이와 함께, 본 발명은 가격이 비싼 탄소 섬유의 부피 비율을 감소시키고 스틸 와이어의 부피 비율을 향상시킴에 따라 내구성 및 충격 인성을 향상시키면서 제작 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of reducing manufacturing costs while improving durability and impact toughness by reducing the volume ratio of expensive carbon fiber and improving the volume ratio of steel wire.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 라이너와 복합 소재층을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing a liner and a composite material layer according to an embodiment of the present invention.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 복수 개의 스틸 와이어를 라이너에 여러번 감아 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)로 망상 구조(network structure)를 형성한 것을 나타내는 도면이다.Figures 2(a) and 2(b) are diagrams showing a network structure formed with a plurality of steel wires 150 by winding a plurality of steel wires around a liner several times according to an embodiment of the present invention. .
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 제조방법의 순서도이다. Figure 3 is a flowchart of a method for manufacturing a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기의 제조과정을 나타내는 도면이다. Figure 4 is a diagram showing the manufacturing process of a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 'A' 부분을 확대한 도면이다. Figure 5 is an enlarged view of part 'A' of Figure 4.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 스틸 와이어가 복수 개의 섬유에 파묻힌 상태에서 라이너에 감겨지는 것을 나타내는 도면이다. Figure 6 is a diagram showing a steel wire being wound around a liner while being embedded in a plurality of fibers according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명의 다양한 실시 예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시 예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present invention are described in conjunction with the accompanying drawings. Various embodiments of the present invention can be modified and have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed descriptions are provided. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes and/or equivalents or substitutes included in the spirit and technical scope of the various embodiments of the present invention. In connection with the description of the drawings, similar reference numbers have been used for similar components.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as “includes” or “may include” that may be used in various embodiments of the present invention refer to the existence of the corresponding function, operation, or component that has been disclosed, and one or more additional functions, operations, or components. There are no restrictions on components, etc. In addition, in various embodiments of the present invention, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms used in various embodiments of the present invention are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the various embodiments of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 다양한 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which various embodiments of the present invention pertain.
본 발명은 고압 가스 저장 용기 및 고압 가스 저장 용기 제조방법에 관한 것으로, 스틸 와이어, 섬유, 수지를 포함하는 복합 소재층을 사용하며, 복합 소재층의 스틸 와이어를 망상 구조로 형성함에 따라 내구성 및 전단 강도가 우수하면서 우수한 충격 인성을 가지는 고압 가스 저장 용기 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high-pressure gas storage container and a method of manufacturing a high-pressure gas storage container, using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and forming the steel wire of the composite material layer into a network structure to improve durability and shear strength. It relates to a high-pressure gas storage container having excellent strength and excellent impact toughness and a method of manufacturing the same.
본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기는 수소 저장 탱크일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기는 고압에 대한 내구성이 요구되는 다양한 가스 저장 탱크일 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. The high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention may be a hydrogen storage tank. However, it is not limited to this, and the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention may be a variety of gas storage tanks that require durability against high pressure. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기는 라이너(110), 복합 소재층(120)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention includes a liner 110 and a composite material layer 120.
상기 라이너(110)는 내부에 저장 공간(111)이 구비되는 것이다. 상기 저장 공간(111)에는 고압의 가스가 저장될 수 있으며, 상기 라이너(110)는 상기 저장 공간(111)의 외측에 구비되면서, 상기 저장 공간(111)을 감싸고 있는 부재일 수 있다. The liner 110 is provided with a storage space 111 therein. High-pressure gas may be stored in the storage space 111, and the liner 110 may be a member provided outside the storage space 111 and surrounding the storage space 111.
상기 라이너(110)는 알루미늄, 엔지니어링 플라스틱, 폴리아미드(polyamide) 플라스틱 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 라이너(110)는 상기 저장 공간(111)의 외측에 구비되면서 상기 저장 공간(111)에 저장되는 고압 가스의 압력을 견딜 수 있는 것이라면 다양한 부재로 이루어질 수 있다. The liner 110 may be made of aluminum, engineering plastic, polyamide plastic, etc., and the liner 110 is provided on the outside of the storage space 111 and stores high pressure in the storage space 111. It can be made of various members as long as it can withstand the pressure of gas.
상기 라이너(110)의 일측과 타측에는 연료 주입구(112)와 연료 배출구(113)가 구비될 수 있다. 상기 라이너(110)에 구비된 상기 연료 주입구(112)와 상기 연료 배출구(113)를 통해 상기 저장 공간(111)으로 가스가 유입되거나 유출될 수 있다. A fuel inlet 112 and a fuel outlet 113 may be provided on one side and the other side of the liner 110. Gas may flow into or out of the storage space 111 through the fuel inlet 112 and the fuel outlet 113 provided in the liner 110.
상기 복합 소재층(120)은 상기 라이너(110)에 결합되는 것이다. 상기 복합 소재층(120)은 상기 라이너(110)의 외측에 결합되는 보강재층일 수 있으며, 상기 복합 소재층(120)은 수지(130), 섬유(140), 스틸 와이어(150)를 포함한다.The composite material layer 120 is coupled to the liner 110. The composite material layer 120 may be a reinforcing material layer coupled to the outside of the liner 110, and the composite material layer 120 includes resin 130, fiber 140, and steel wire 150.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 섬유(140)에 상기 수지(130)를 함침하고, 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 배열 및 접촉시킨 이후, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)에 감아서 상기 복합 소재층(120)을 상기 라이너(110)에 결합시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, after impregnating the plurality of fibers 140 with the resin 130 and arranging and contacting the plurality of steel wires 150 on top of the plurality of fibers 140, The composite material layer 120 may be coupled to the liner 110 by wrapping the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 around the liner 110 .
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수지(130)는 에폭시 수지, 아크릴 수지 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 섬유(140)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 바잘트(basalt) 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마 섬유 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the resin 130 may include any one or more of epoxy resin and acrylic resin, and the fiber 140 may include carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, and aramid fiber. , may include any one or more of dyneema fibers.
구체적으로, 상기 수지(130)는 열가소성 수지인 Elium acrylic 수지와 열경화성 수지인 에폭시 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 섬유(140)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 바잘트(basalt) 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마 섬유 등으로 이루어질 수 있다. Specifically, the resin 130 may be made of Elium acrylic resin, a thermoplastic resin, and epoxy resin, a thermosetting resin, and the fiber 140 may be carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, aramid fiber, or dyneema. It may be made of fiber, etc.
다만, 상기 수지(130)와 상기 섬유(140)는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 수지(130)는 액체 형태로 이루어지면서 상기 섬유(140)에 함침될 수 있다면 다양한 수지로 이루어질 수 있으며, 상기 섬유(140)도 다양한 섬유가 사용될 수 있다. However, the resin 130 and the fiber 140 are not limited to this, and the resin 130 may be made of various resins as long as it is in liquid form and can be impregnated into the fiber 140. (140) Various fibers may also be used.
상기 섬유(140)는 실과 같은 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 섬유(140)는 1μm 내지 50μm 의 작은 직경으로 이루어질 수 있다. 직경이 작은 복수 개의 상기 섬유(140)(1000 내지 24,000가닥)가 모여서 섬유 로빙을 형성하며, 상기 섬유 로빙을 액체 상태로 이루어진 상기 수지(130)가 담겨있는 수지 함침조(210)를 통과시키면, 복수 개의 상기 섬유(140) 사이로 상기 수지(130)가 함침된다. The fiber 140 may have a thread-like shape, and the fiber 140 may have a small diameter of 1 μm to 50 μm. A plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and when the fiber roving is passed through a resin impregnation tank 210 containing the resin 130 in a liquid state, The resin 130 is impregnated between the plurality of fibers 140.
복수 개의 상기 섬유(140) 사이로 상기 수지(130)가 함침되면서 복수 개의 상기 섬유(140)가 뭉쳐지면, 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 접촉 및 배열시킨다. 이때, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 지정된 간격으로 이격되면서 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 배열된다. When the resin 130 is impregnated between the plurality of fibers 140 and the plurality of fibers 140 are aggregated, the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on top of the plurality of fibers 140. . At this time, the plurality of steel wires 150 are arranged on top of the plurality of fibers 140 while being spaced apart at designated intervals.
복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 배열 및 접촉시킨 이후, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)에 감아서 상기 복합 소재층(120)을 상기 라이너(110)에 결합시킬 수 있게 된다. After arranging and contacting the plurality of steel wires 150 on top of the plurality of fibers 140, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110. The composite material layer 120 can be coupled to the liner 110.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 라이너(110)에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 망상 구조(network structure)를 형성할 수 있다. 도 1, 도 2(a), 도 2(b)를 참조하면, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로, 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 상기 라이너(110)에 감겨질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 may form a network structure. Referring to FIGS. 1, 2(a), and 2(b), the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are aligned with the central axis 114 of the liner 110, It may be wound around the liner 110 in a horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction).
구체적으로, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 여러번 감게 되면, 도 1, 도 2(a), 도 2(b)와 같이 상기 라이너(110)에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 망상 구조(network structure)를 형성하게 된다. Specifically, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110. When this happens, the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 form a network structure, as shown in FIGS. 1, 2(a), and 2(b).
조금 더 구체적으로, 상기 라이너(110)에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 다층 구조로 이루어지면서 망상 구조(network structure)를 형성하게 된다. More specifically, the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 have a multi-layer structure and form a network structure.
이와 같이, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 여러번 감아 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 통해 망상 구조(network structure)를 형성하면, 고압 가스 저장 용기에서 발생하는 응력을 분산시켜, 고압 가스 저장 용기의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. In this way, the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110 to form the plurality of steel wires 150. By forming a network structure, it is possible to disperse the stress occurring in the high-pressure gas storage container and improve the durability of the high-pressure gas storage container.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 라이너(110)는 중심축(114)을 기준으로 회전하면서 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너에 감겨질 수 있다. 구체적으로, 상기 라이너(110)가 회전하면서 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 잡아당김에 따라, 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너(110)에 감겨질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the liner 110 may rotate about the central axis 114 while the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 may be wound around the liner. Specifically, as the liner 110 rotates and pulls the fiber 140 and the steel wire 150, the fiber 140 and the steel wire 150 are wound around the liner 110. You can.
복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너에 감겨질 때, 상기 라이너(110)의 내부 압력은 1 내지 5(bar) 일 수 있다. 기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너(110)에 감겨질 때, 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너(110)를 누르는 힘에 의해, 상기 라이너(110)에 변형이 발생할 수 있다. When the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner, the internal pressure of the liner 110 may be 1 to 5 (bar). When the fiber 140 and the steel wire 150 are wound around the liner 110, the force of the fiber 140 and the steel wire 150 pressing the liner 110 causes the liner ( 110), deformation may occur.
이를 방지하기 위해, 상기 라이너(110)의 내부 압력을 1 내지 5(bar)로 유지하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 라이너(110) 내부에 구비된 상기 저장 공간(111)의 압력을 1 내지 5(bar)로 유지하는 것이 바람직하다. To prevent this, it is desirable to maintain the internal pressure of the liner 110 at 1 to 5 (bar). Specifically, it is desirable to maintain the pressure of the storage space 111 provided inside the liner 110 at 1 to 5 (bar).
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 스틸 와이어(150)와 상기 수지(130) 및 상기 섬유(140)를 서로 강하게 접착 결합하기 위해, 상기 스틸 와이어(150) 표면에 접착 촉진제가 도포되거나 상기 수지(130)에 접착 촉진제가 함유될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in order to strongly adhesively bond the steel wire 150, the resin 130, and the fiber 140 to each other, an adhesion promoter is applied to the surface of the steel wire 150 or the resin ( 130) may contain an adhesion promoter.
상기 스틸 와이어(150)와 상기 수지(130) 및 상기 섬유(140)의 접착력은 고압 가스 저장 용기의 내구성에 큰 영향을 줄 수 있으며, 상기 스틸 와이어(150)와 상기 수지(130) 및 상기 섬유(140)의 접착력이 커질 수록 고압 가스 저장 용기의 파괴 강도가 증가될 수 있다. The adhesion between the steel wire 150, the resin 130, and the fiber 140 can greatly affect the durability of the high-pressure gas storage container, and the adhesion between the steel wire 150, the resin 130, and the fiber 140 can greatly affect the durability of the high-pressure gas storage container. As the adhesive force of (140) increases, the breaking strength of the high-pressure gas storage container may increase.
상기 접착 촉진제는 프라이머(primer), Chemlok, 실란 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 스틸 와이어(150)와 상기 수지(130) 및 상기 섬유(140)의 접착력을 향상시킬 수 있다면 다양한 접착 촉진제가 사용될 수 있다. The adhesion promoter may be a primer, Chemlok, or silane, but is not limited thereto, and may be used as a various adhesion promoter if it can improve the adhesion between the steel wire 150, the resin 130, and the fiber 140. can be used.
또한, 상기 섬유(140)가 탄소 섬유인 경우, 상기 탄소 섬유와 상기 스틸 와이어(150) 사이에 갈바닉 부식이 발생하지 않도록, 상기 스틸 와이어(150)의 표면을 표면 처리할 수 있다. 구체적으로, 상기 스틸 와이어(150)의 표면을 DLC(Diamond like carbon)코팅으로 표면처리 하여 이온 이동을 억제시킬 수 있으며, 이를 통해 탄소 섬유와 상기 스틸 와이어(150) 사이에 갈바닉 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. Additionally, when the fiber 140 is carbon fiber, the surface of the steel wire 150 may be surface treated to prevent galvanic corrosion between the carbon fiber and the steel wire 150. Specifically, the surface of the steel wire 150 can be treated with DLC (Diamond like carbon) coating to suppress ion movement, thereby preventing galvanic corrosion between the carbon fiber and the steel wire 150. It can be prevented.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 3 내지 50vol % 일 수 있다. 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하고 있는 부피 비율이 3vol % 보다 작은 경우, 상기 스틸 와이어(150)가 부족하여 상기 스틸 와이어(150)를 통해 망상 구조(network structure)를 형성하기 어려울 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 3 to 50 vol %. If the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is less than 3 vol %, the steel wire 150 is insufficient and a network structure is formed through the steel wire 150. Can be difficult to form.
상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하고 있는 부피 비율이 50vol % 보다 큰 경우, 고압 가스 저장 용기의 무게가 너무 무거워 경량화의 효과가 없어질 수 있다. 따라서, 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 3 내지 50vol % 인 것이 바람직하다. If the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is greater than 50 vol %, the weight of the high-pressure gas storage container may be too heavy and the weight reduction effect may be lost. Therefore, it is preferable that the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is 3 to 50 vol %.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 3 내지 10vol %일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기가 수소 차량용으로 사용될 경우, 고압 가스 저장 용기의 경량화를 위해 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 3 내지 10vol %인 것이 바람직하다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 3 to 10 vol %. When the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention is used for a hydrogen vehicle, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is 3 to 10 vol % in order to reduce the weight of the high-pressure gas storage container. It is desirable.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 10 내지 50vol %일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기가 수소 운송용 및 충전소용으로 사용될 경우, 내구성 향상을 위해 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 10 내지 50vol %인 것이 바람직하다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 10 to 50 vol %. When the high-pressure gas storage container according to the embodiment of the present invention is used for hydrogen transportation and charging stations, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 is 10 to 50 vol % to improve durability. desirable.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기가 충전소용인 경우, 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 50 내지 80vol %일 수도 있다. 상기 고압 가스 저장 용기가 충전소용인 경우, 경량화가 크게 요구되지 않기 때문에, 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 50 내지 80vol %일 수도 있다. In addition, when the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention is used for a charging station, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 50 to 80 vol %. When the high-pressure gas storage container is used for a charging station, since weight reduction is not greatly required, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 50 to 80 vol %.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 소재층(120)에는 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 이격되어 배치되며, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 2배 내지 200배일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of the steel wires 150 are arranged to be spaced apart in the composite material layer 120, and the spacing between the plurality of steel wires 150 is equal to the distance between the steel wires 150. It may be 2 to 200 times the diameter (d) of.
상술한 바와 같이 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 접촉 및 배열될 때, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 지정된 간격으로 이격되면서 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 배열될 수 있다. As described above, when the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on top of the plurality of fibers 140, the plurality of steel wires 150 are spaced apart at designated intervals and the plurality of fibers 140 It can be arranged at the top of .
이때, 복수 개의 상기 섬유(140)는 서로 이격되지 않은채, 서로 접촉되어 있을 수 있다. 조금 더 구체적으로, 직경이 작은 복수 개의 상기 섬유(140) (1000 내지 24,000가닥)가 모여서 섬유 로빙이 형성되는데, 이와 같이 형성된 복수 개의 상기 섬유 로빙이 액체 상태로 이루어진 상기 수지(130)가 담겨있는 수지 함침조(210)를 통과하게 된다. At this time, the plurality of fibers 140 may be in contact with each other without being spaced apart from each other. More specifically, a plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and the plurality of fiber rovings thus formed contain the resin 130 in a liquid state. It passes through the resin impregnation tank 210.
복수 개의 상기 섬유 로빙은 상기 라이너(110)에 감기기 전에 서로 접촉될 수 있으며, 서로 접촉된 복수 개의 상기 섬유 로빙 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 지정된 간격으로 이격되면서 접촉 및 배열될 수 있다. The plurality of fiber rovings may be in contact with each other before being wound around the liner 110, and the plurality of steel wires 150 may be in contact with and arranged on top of the plurality of fiber rovings in contact with each other while being spaced apart at designated intervals. .
본 발명의 실시 예에 따르면, 서로 접촉된 복수 개의 상기 섬유 로빙 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 접촉 및 배열 될 때, 상기 스틸 와이어(150)가 상기 섬유(140)를 누름에 따라 상기 스틸 와이어(150)는 복수 개의 상기 섬유(140)에 파묻힐 수 있다. 조금 더 구체적으로, 상기 스틸 와이어(150)의 하부 50%가 복수 개의 상기 섬유(140)에 파묻힐 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on the upper part of the plurality of fiber rovings in contact with each other, the steel wire 150 presses the fiber 140 The steel wire 150 may be buried in a plurality of the fibers 140. More specifically, the lower 50% of the steel wire 150 may be buried in the plurality of fibers 140.
상기 섬유(140)의 상부로 상기 스틸 와이어(150)가 이격되어 배치될 때, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 2배 내지 200배일 수 있으며, 바람직하게는 2배 내지 50배 인 것이 좋다. When the steel wires 150 are spaced apart and disposed on the upper part of the fiber 140, the spacing between the plurality of steel wires 150 is between twice the diameter d of the steel wire 150. It may be 200 times, preferably 2 to 50 times.
복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격이 너무 작으면(상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 2배 보다 작으면), 상기 스틸 와이어(150)가 촘촘하게 배치되면서 고압 가스 저장 용기의 무게가 너무 무거워 경량화의 효과가 없어질 수 있다. If the spacing between the plurality of steel wires 150 is too small (less than twice the diameter d of the steel wires 150), the steel wires 150 are tightly arranged and form a high-pressure gas storage container. If the weight is too heavy, the effect of lightweighting may be lost.
또한, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격이 너무 넓으면, 망상 구조(network structure)의 효과가 저하될 수 있다. 따라서 상기 섬유(140)의 상부로 상기 스틸 와이어(150)가 이격되어 배치될 때, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 2배 내지 200배일 수 있으며, 바람직하게는 2배 내지 50배 인 것이 좋다. Additionally, if the spacing between the plurality of steel wires 150 is too wide, the effect of the network structure may be reduced. Therefore, when the steel wires 150 are spaced apart and arranged on the upper part of the fiber 140, the spacing between the plurality of steel wires 150 is twice the diameter (d) of the steel wire 150. It may be from 200 times, preferably 2 to 50 times.
여기서, 고압 가스 저장 용기의 용도에 따라 복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격의 최대 간격(상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 200배 또는 50배)이 변경될 수 있다. Here, depending on the purpose of the high-pressure gas storage container, the maximum spacing between the plurality of steel wires 150 (200 or 50 times the diameter d of the steel wire 150) may be changed.
높은 내구성을 요구하는 고압 가스 저장 용기의 경우, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격의 최대 간격은 상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 50배 이하일 수 있으며, 높은 내구성을 요구하지 않는 고압 가스 저장 용기의 경우 복수 개의 상기 스틸 와이어(150) 사이의 이격 간격의 최대 간격은 상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 200배 이하일 수도 있다. In the case of a high-pressure gas storage container that requires high durability, the maximum spacing between the plurality of steel wires 150 may be 50 times or less than the diameter (d) of the steel wires 150, and requires high durability. In the case of a high-pressure gas storage container that is not used, the maximum spacing between the plurality of steel wires 150 may be 200 times or less than the diameter d of the steel wires 150.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 스틸 와이어(150)의 직경은 0.05mm 내지 0.25mm 일 수 있다. 상기 스틸 와이어(150)의 직경이 너무 큰 경우(0.25mm 보다 큰 경우), 상기 섬유 로빙과 상기 스틸 와이어(150)의 과도한 두께 차이로 인해, 상기 복합 소재층(120) 내부의 공극이 증가하여 상기 복합 소재층(120)의 두께가 증가하는 문제점이 있다. According to an embodiment of the present invention, the diameter of the steel wire 150 may be 0.05 mm to 0.25 mm. When the diameter of the steel wire 150 is too large (larger than 0.25 mm), the voids inside the composite material layer 120 increase due to excessive thickness difference between the fiber roving and the steel wire 150. There is a problem in that the thickness of the composite material layer 120 increases.
또한, 상기 스틸 와이어(150)의 직경이 너무 작은 경우(0.05mm 보다 작은 경우), 고압 가스 저장 용기의 내구성을 향상시키기 어려운 문제점이 있다. 따라서 상기 스틸 와이어(150)의 직경은 0.05mm 내지 0.25mm 일 수 있다.Additionally, if the diameter of the steel wire 150 is too small (less than 0.05 mm), it is difficult to improve the durability of the high-pressure gas storage container. Therefore, the diameter of the steel wire 150 may be 0.05 mm to 0.25 mm.
조금 더 구체적으로, 상기 스틸 와이어(150)의 직경은 하나의 상기 섬유 로빙의 직경의 10배 보다 작을 수 있다. 상기 섬유 로빙과 상기 스틸 와이어(150)의 과도한 두께 차이를 방지하기 위해, 상기 스틸 와이어(150)의 직경은 하나의 상기 섬유 로빙의 직경의 10배 보다 작은 것이 바람직하다. 또한, 상기 스틸 와이어(150)의 직경은 하나의 상기 섬유 로빙의 직경의 2배 보다 클 수 있다. More specifically, the diameter of the steel wire 150 may be less than 10 times the diameter of one fiber roving. In order to prevent excessive thickness difference between the fiber roving and the steel wire 150, the diameter of the steel wire 150 is preferably smaller than 10 times the diameter of one fiber roving. Additionally, the diameter of the steel wire 150 may be greater than twice the diameter of one fiber roving.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 복합 소재층(120)은 Zn 도금층, Zn-Al 도금층, Zn-Al-Mg 도금층, Cu-Zn 도금층, Cu-Zn-Co 도금층 중 어느 하나 이상으로 도금될 수 있다. 상기의 도금층을 통해 상기 복합 소재층(120)을 도금하면, 내식성과 강도를 향상시킬 수 있게 된다. According to an embodiment of the present invention, the composite material layer 120 may be plated with any one or more of a Zn plating layer, a Zn-Al plating layer, a Zn-Al-Mg plating layer, a Cu-Zn plating layer, and a Cu-Zn-Co plating layer. there is. By plating the composite material layer 120 through the plating layer, corrosion resistance and strength can be improved.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 제조방법을 통해 제조되는 고압 가스 저장 용기는 상술한 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기와 동일한 것일 수 있이므로, 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, a method for manufacturing a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention will be described. Since the high-pressure gas storage container manufactured through the high-pressure gas storage container manufacturing method according to the embodiment of the present invention may be the same as the high-pressure gas storage container according to the above-described embodiment of the present invention, detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 제조방법은 상기 수지(130), 상기 섬유(140), 상기 스틸 와이어(150)를 포함하는 상기 복합 소재층(120)을 제조하고, 상기 복합 소재층(120)을 상기 라이너(110)에 결합시키는 방법을 포함하는 것이다. The high-pressure gas storage vessel manufacturing method according to an embodiment of the present invention manufactures the composite material layer 120 including the resin 130, the fiber 140, and the steel wire 150, and the composite material layer It includes a method of coupling (120) to the liner (110).
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 제조방법은, 수지 함침 단계(S110), 섬유 공급 단계(S120), 스틸 와이어 공급 단계(S130), 배열 단계(S140), 결합 단계(S150)를 포함한다. Referring to Figure 3, the method of manufacturing a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention includes a resin impregnation step (S110), a fiber supply step (S120), a steel wire supply step (S130), an arrangement step (S140), and combining. Includes step S150.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 수지 함침 단계(S110)는 복수 개의 상기 섬유(140)를 수지 함침조(210)에 통과시켜, 상기 섬유(140)에 상기 수지(130)를 함침하는 단계이다. Referring to Figures 3 and 4, the resin impregnation step (S110) is a step of passing a plurality of the fibers 140 through a resin impregnation tank 210 and impregnating the fibers 140 with the resin 130. am.
상기 섬유(140)는 실과 같은 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 섬유(140)는 1μm 내지 50μm 의 작은 직경으로 이루어질 수 있다. 직경이 작은 복수 개의 상기 섬유(140)(1000 내지 24,000가닥)가 모여서 섬유 로빙을 형성하며, 상기 섬유 로빙을 액체 상태로 이루어진 상기 수지(130)가 담겨있는 수지 함침조(210)를 통과시키면, 복수 개의 상기 섬유(140) 사이로 상기 수지(130)가 함침된다. The fiber 140 may have a thread-like shape, and the fiber 140 may have a small diameter of 1 μm to 50 μm. A plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and when the fiber roving is passed through a resin impregnation tank 210 containing the resin 130 in a liquid state, The resin 130 is impregnated between the plurality of fibers 140.
상기 섬유 공급 단계(S120)는 상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140)를 트래버스 장치(220)로 공급하는 단계이다. 상기 섬유 공급 단계(S120)에서 복수 개의 상기 섬유 로빙(roving)이 상기 트래버스 장치(220)로 공급될 수 있다. 상기 스틸 와이어 공급 단계(S130)는 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 트래버스 장치(220)로 공급하는 단계이다. The fiber supply step (S120) is a step of supplying the plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130 to the traverse device 220. In the fiber supply step (S120), a plurality of fiber rovings may be supplied to the traverse device 220. The steel wire supply step (S130) is a step of supplying a plurality of the steel wires 150 to the traverse device 220.
후술하겠지만, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)에 감겨질 수 있는데, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)가 중심축(114)을 기준으로 회전하는 힘에 의해 이동될 수 있다. As will be described later, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 may be wound around the liner 110, and the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 may be wrapped around the liner. (110) may be moved by a rotating force based on the central axis (114).
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 섬유 공급 단계(S120)에서 복수 개의 상기 섬유(140)는 공급대로부터 상기 배열부(250)로 공급될 수 있다. 상기 공급대는 복수 개의 상기 섬유(140)에 텐션(tension force)을 가할 수 있으며, 상기 공급대는 상기 섬유(140) 1 내지 3kgf의 텐션을 가할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the fiber supply step (S120), a plurality of the fibers 140 may be supplied from the supply table to the arrangement unit 250. The supply base can apply tension to the plurality of fibers 140, and the supply base can apply tension of 1 to 3 kgf to the fibers 140.
상기 배열 단계(S140)는 상기 트래버스 장치(220)에 구비된 배열부(250)를 통해 상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 배열 및 접촉시키는 단계이다. In the arrangement step (S140), a plurality of steel wires 150 are placed on top of the plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130 through the arrangement unit 250 provided in the traverse device 220. This is the stage of arrangement and contact.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 트래버스 장치(220)는 상기 섬유(140)의 상부에 상기 스틸 와이어(150)를 배열 및 접촉시킨이후, 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)의 외측으로 공급할 수 있는 장치이다. The traverse device 220 according to an embodiment of the present invention arranges and contacts the steel wire 150 on the upper part of the fiber 140, and then connects the fiber 140 and the steel wire 150 to the liner. This is a device that can supply to the outside of (110).
상기 트래버스 장치(220)의 상기 배열부(250)는 상기 섬유(140)의 상부에 상기 스틸 와이어(150)를 접촉시킬 수 있는 장치로, 바 형상으로 이루어진 상기 배열부(250)의 하부로 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 통과시키면서, 상기 배열부(250)에 의해 상기 스틸 와이어(150)가 눌리면서 상시 스틸 와이어(150)가 상기 섬유(140)에 접촉될 수 있게 된다. The arrangement unit 250 of the traverse device 220 is a device that can bring the steel wire 150 into contact with the upper part of the fiber 140, and is positioned at the lower part of the arrangement unit 250, which is formed in a bar shape. As the fiber 140 and the steel wire 150 pass, the steel wire 150 is pressed by the array unit 250, allowing the steel wire 150 to always be in contact with the fiber 140.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 트래버스 장치(220)는 제1가이드부(230)와 제2가이드부(240)를 더 포함한다. 상기 제1가이드부(230)는 상기 섬유(140)가 꼬이는 것을 방지하는 복수 개의 제1가이드바(231)가 구비된 것이다. According to an embodiment of the present invention, the traverse device 220 further includes a first guide part 230 and a second guide part 240. The first guide part 230 is provided with a plurality of first guide bars 231 to prevent the fiber 140 from being twisted.
상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140)는 복수 개의 상기 제1가이드바(231) 사이를 통과하여 상기 배열부(250)로 공급될 수 있다. 조금 더 구체적으로, 상기 제1가이드부(230)는 복수 개의 상기 섬유 로빙이 서로 꼬이는 것을 방지하기 위한 것으로, 복수 개의 상기 제1가이드바(231) 사이로 상기 섬유 로빙이 공급될 수 있다. The plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130 may pass between the plurality of first guide bars 231 and be supplied to the array unit 250. More specifically, the first guide part 230 is used to prevent the plurality of fiber rovings from twisting together, and the fiber roving can be supplied between the plurality of first guide bars 231.
상기 제2가이드부(240)는 상기 스틸 와이어(150)가 꼬이는 것을 방지하는 복수 개의 제2가이드바(241)가 구비된 것이다. 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 복수 개의 상기 제2가이드바(241) 사이를 통과하여 상기 배열부(250)로 공급될 수 있다. The second guide part 240 is provided with a plurality of second guide bars 241 to prevent the steel wire 150 from being twisted. The plurality of steel wires 150 may pass between the plurality of second guide bars 241 and be supplied to the array unit 250.
본 발명의 실시 예에 다르면, 상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 서로 다른 방향에서 상기 배열부(250)로 공급될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 impregnated with the resin 130 may be supplied to the array unit 250 from different directions.
구체적으로, 상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 서로 분리되어 상기 배열부(250)로 공급된 이후, 상기 배열부(250)에 접촉될 수 있는 것이다. 이때, 상기 스틸 와이어(150)는 상기 섬유(140)의 상부에서 상기 배열부(250)로 공급될 수 있다. Specifically, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 impregnated with the resin 130 are separated from each other and supplied to the arrangement unit 250, and then contact the arrangement unit 250. It can be done. At this time, the steel wire 150 may be supplied to the array unit 250 from the top of the fiber 140.
상기 배열부(250)로 공급된 상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 배열부(250)의 하부를 통과하게 된다. 바 형상으로 이루어진 상기 배열부(250)의 하부로 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 통과시키면서, 상기 배열부(250)에 의해 상기 스틸 와이어(150)가 눌리면서 상기 스틸 와이어(150)가 상기 섬유(140)에 접촉될 수 있게 된다. The plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 impregnated with the resin 130 supplied to the arrangement unit 250 pass through the lower part of the arrangement unit 250. While passing the fiber 140 and the steel wire 150 through the lower part of the bar-shaped arrangement unit 250, the steel wire 150 is pressed by the arrangement unit 250, thereby forming the steel wire 150. ) can be brought into contact with the fiber 140.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 트래버스 장치(220)는 지정된 간격을 이격되는 복수 개의 홀(261)이 구비된 간격 유지부(260)를 포함한다. 상술한 바와 같이 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 지정된 간격으로 이격되면서 상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140) 상부에 접촉 및 배열 된다. Referring to FIGS. 4 and 5 , the traverse device 220 includes a gap maintaining portion 260 provided with a plurality of holes 261 spaced apart at a designated interval. As described above, the plurality of steel wires 150 are spaced apart at designated intervals and are in contact with and arranged on top of the plurality of fibers 140 impregnated with the resin 130.
상기 간격 유지부(260)는 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)의 간격을 유지하기 위해 구비되는 것으로, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 간격 유지부(260)의 상기 홀(261)을 통과하여 상기 배열부(250)로 공급될 수 있다. The spacing maintaining part 260 is provided to maintain the spacing between the plurality of steel wires 150, and the plurality of steel wires 150 pass through the hole 261 of the spacing maintaining part 260. Thus, it can be supplied to the array unit 250.
지정된 간격으로 이격된 복수 개의 상기 홀(261)에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 통과시킴에 따라, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 지정된 간격으로 이격시키면서 상기 수지(130)가 함침된 복수 개의 상기 섬유(140) 상부에 상기 스틸 와이어(150)를 접촉 및 배열 시킬 수 있게 된다. As the plurality of steel wires 150 are passed through the plurality of holes 261 spaced apart at designated intervals, the plurality of steel wires 150 are impregnated with the resin 130 while being spaced apart at designated intervals. It is possible to contact and arrange the steel wire 150 on the upper part of the fiber 140.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 간격 유지부(260)에 구비된 복수 개의 상기 홀(261)의 이격 간격은 상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 2배 내지 200배 일 수 있으며, 상기 간격 유지부(260)에 구비된 복수 개의 상기 홀(261)의 이격 간격은 상기 스틸 와이어(150)의 직경(d)의 2배 내지 50배 일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 may be 2 to 200 times the diameter d of the steel wire 150, The spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 may be 2 to 50 times the diameter d of the steel wire 150.
상기 간격 유지부(260)에 구비된 복수 개의 상기 홀(261)의 이격 간격은 상기 스틸 와이어(150)의 이격 간격과 동일할 수 있다. 상술한 설명에서 상기 스틸 와이어(150)의 이격 간격 범위에 대해 설명하였는바, 상기 간격 유지부(260)에 구비된 복수 개의 상기 홀(261)의 이격 간격에 대한 상세한 설명은 생략한다. The spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 may be the same as the spacing between the steel wires 150 . Since the range of the spacing between the steel wires 150 has been described in the above description, a detailed description of the spacing between the plurality of holes 261 provided in the spacing maintaining part 260 will be omitted.
상술한 바와 같이 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 접촉 및 배열할 때, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 지정된 간격으로 이격되면서 복수 개의 상기 섬유(140)의 상부에 배열될 수 있다. As described above, when the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on top of the plurality of fibers 140, the plurality of steel wires 150 are spaced apart at designated intervals and the plurality of fibers 140 It can be arranged at the top of .
이때, 도 6을 참조하면, 복수 개의 상기 섬유(140)는 서로 이격되지 않은채, 서로 접촉되어 있을 수 있다. 조금 더 구체적으로, 직경이 작은 복수 개의 상기 섬유(140) (1000 내지 24,000가닥)가 모여서 섬유 로빙이 형성되는데, 이와 같이 형성된 복수 개의 상기 섬유 로빙이 액체 상태로 이루어진 상기 수지(130)가 담겨있는 수지 함침조(210)를 통과하게 된다. At this time, referring to FIG. 6, the plurality of fibers 140 may be in contact with each other without being spaced apart from each other. More specifically, a plurality of small diameter fibers 140 (1000 to 24,000 strands) are gathered to form a fiber roving, and the plurality of fiber rovings thus formed contain the resin 130 in a liquid state. It passes through the resin impregnation tank 210.
복수 개의 상기 섬유 로빙은 상기 라이너(110)에 감기기 전에 서로 접촉될 수 있으며, 도 6과 같이 서로 접촉된 복수 개의 상기 섬유 로빙 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 지정된 간격으로 이격되면서 접촉 및 배열될 수 있다. The plurality of fiber rovings may be in contact with each other before being wound around the liner 110, and as shown in FIG. 6, the plurality of steel wires 150 may be spaced apart at designated intervals on top of the plurality of fiber rovings in contact with each other and may contact and can be arranged.
도 6을 참조하면, 서로 접촉된 복수 개의 상기 섬유 로빙 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 접촉 및 배열 될 때, 상기 스틸 와이어(150)가 상기 섬유(140)를 누름에 따라 상기 스틸 와이어(150)는 복수 개의 상기 섬유(140)에 파묻힐 수 있다. Referring to FIG. 6, when the plurality of steel wires 150 are contacted and arranged on top of the plurality of fiber rovings in contact with each other, the steel wire 150 presses the fiber 140 (150) may be buried in a plurality of the fibers (140).
조금 더 구체적으로, 상기 스틸 와이어(150)의 하부 50%가 복수 개의 상기 섬유(140)에 파묻힐 수 있다. 상기 스틸 와이어(150)는 복수 개의 상기 섬유(140)에 파묻힘에 따라 상기 스틸 와이어(150)와 상기 섬유(140)의 접착력이 강해지면서, 고압 가스 저장 용기의 내구성이 향상될 수 있게 된다. More specifically, the lower 50% of the steel wire 150 may be buried in the plurality of fibers 140. As the steel wire 150 is buried in the plurality of fibers 140, the adhesive force between the steel wire 150 and the fiber 140 becomes stronger, thereby improving the durability of the high-pressure gas storage container.
상기 결합 단계(S150)는 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)에 감아서 상기 섬유(140), 상기 스틸 와이어(150), 상기 수지(130)를 포함하는 복합 소재층(120)을 상기 라이너(110)에 결합하는 단계이다. In the combining step (S150), the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110 to form the fibers 140, the steel wires 150, and the resin 130. This is a step of combining a composite material layer 120 containing a to the liner 110.
상기 결합 단계(S150)에서는, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 감겨질 수 있다. In the combining step (S150), the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are moved in a horizontal direction (hoop direction) or a diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110. direction) can be wound.
상기 결합 단계(S150)에서 상기 라이너(110)는 중심축(114)을 기준으로 회전할 수 있다. 상기 트래버스 장치(220)를 통해 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 공급하면서 상기 라이너(110)를 회전시키면, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)에 감겨지게 할 수 있다. In the coupling step (S150), the liner 110 may rotate about the central axis 114. When the liner 110 is rotated while supplying the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 through the traverse device 220, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires ( 150) can be wound around the liner 110.
복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너에 감겨질 때, 상기 라이너(110)의 내부 압력은 1 내지 5(bar) 일 수 있다. 기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너(110)에 감겨질 때, 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너(110)를 누르는 힘에 의해, 상기 라이너(110)에 변형이 발생할 수 있다. When the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner, the internal pressure of the liner 110 may be 1 to 5 (bar). When the fiber 140 and the steel wire 150 are wound around the liner 110, the force of the fiber 140 and the steel wire 150 pressing the liner 110 causes the liner ( 110), deformation may occur.
이를 방지하기 위해, 상기 라이너(110)의 내부 압력을 1 내지 5(bar)로 유지하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 라이너(110) 내부에 구비된 상기 저장 공간(111)의 압력을 1 내지 5(bar)로 유지하는 것이 바람직하다. To prevent this, it is desirable to maintain the internal pressure of the liner 110 at 1 to 5 (bar). Specifically, it is desirable to maintain the pressure of the storage space 111 provided inside the liner 110 at 1 to 5 (bar).
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)가 중심축(114)을 기준으로 회전하는 힘에 의해 상기 배열부(250)-상기 라이너(110)로 공급될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are connected to the array portion 250 by the force of the liner 110 rotating about the central axis 114. -Can be supplied to the liner 110.
구체적으로, 상기 라이너(110)가 중심축(114)을 기준으로 회전하면서 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 감으면, 상기 라이너(110)를 통해 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 잡아당길 수 있게 된다. Specifically, when the liner 110 rotates about the central axis 114 and winds the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150, the fibers 140 pass through the liner 110. ) and the steel wire 150 can be pulled.
복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)가 회전하면서 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 잡아당기는 힘에 의해 상기 배열부(250)-상기 라이너(110)로 공급될 수 있게 된다. The plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are connected to the array portion 250 by a force that pulls the fibers 140 and the steel wires 150 while the liner 110 rotates. It can be supplied to the liner 110.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 라이너(110)에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 망상 구조(network structure)를 형성할 수 있다. 도 1, 도 2(a), 도 2(b)를 참조하면, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로, 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 감겨질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 may form a network structure. Referring to FIGS. 1, 2(a), and 2(b), the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are aligned with the central axis 114 of the liner 110, It can be wound horizontally (hoop direction) or diagonally (helical direction).
구체적으로, 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 여러번 감길 수 있다. Specifically, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110. You can.
이와 같이 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 수평 또는 사선 방향으로 상기 라이너(110)에 여러번 감기게 되면, 도 1, 도 2(a), 도 2(b)와 같이 상기 라이너(110)에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 망상 구조(network structure)를 형성하게 된다. In this way, when the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110 several times in a horizontal or diagonal direction, FIGS. 1, 2(a), and 2(b) Likewise, the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 form a network structure.
조금 더 구체적으로, 상기 라이너(110)에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)는 다층 구조로 이루어지면서 망상 구조(network structure)를 형성하게 된다. More specifically, the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110 have a multi-layer structure and form a network structure.
이와 같이, 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 여러번 감아 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 통해 망상 구조(network structure)를 형성하면, 고압 가스 저장 용기에서 발생하는 응력을 분산시켜, 고압 가스 저장 용기의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. In this way, the plurality of steel wires 150 are wound several times in the horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis 114 of the liner 110 to form the plurality of steel wires 150. By forming a network structure, it is possible to disperse the stress occurring in the high-pressure gas storage container and improve the durability of the high-pressure gas storage container.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 트래버스 장치(220)는 상기 라이너(110)의 중심축(114)과 나란한 방향으로 슬라이드 이동가능할 수 있다. 상술한 바와 같이 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)가 수평 또는 사선 방향으로 상기 라이너(110)에 여러번 감기게 된다. According to an embodiment of the present invention, the traverse device 220 may be capable of sliding in a direction parallel to the central axis 114 of the liner 110. As described above, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 are wound around the liner 110 several times in a horizontal or diagonal direction.
상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 상기 라이너(110)에 감을 때, 상기 라이너(110)에 사선 방향으로 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)를 감기 위해, 상기 트래버스 장치(220)는 상기 라이너(110)의 중심축(114)과 나란한 방향으로 슬라이드 이동가능할 수 있다. When winding the fiber 140 and the steel wire 150 around the liner 110, the traverse device is used to wind the fiber 140 and the steel wire 150 in a diagonal direction around the liner 110. (220) may be slideable in a direction parallel to the central axis 114 of the liner 110.
조금 더 구체적으로, 상기 라이너(110)가 중심축(114)을 기준으로 회전하면서, 상기 트래버스 장치(220)가 상기 라이너(110)의 중심축(114)과 나란한 방향으로 슬라이드 이동하면, 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)가 상기 라이너(110)의 중심축(114)을 기준으로 사선 방향으로 감겨질 수 있게 된다. More specifically, when the liner 110 rotates about the central axis 114 and the traverse device 220 slides in a direction parallel to the central axis 114 of the liner 110, the fiber 140 and the steel wire 150 can be wound in a diagonal direction with respect to the central axis 114 of the liner 110.
여기서, 상기 트래버스 장치(220)가 상기 라이너(110)의 중심축(114)과 나란한 방향으로 슬라이드 이동되지 않은 상태에서 상기 라이너(110)로 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)가 공급되면, 상기 섬유(140)와 상기 스틸 와이어(150)는 상기 라이너(110)에 수평 방향으로 감겨질 수 있다. Here, the fiber 140 and the steel wire 150 are supplied to the liner 110 in a state in which the traverse device 220 is not slidably moved in a direction parallel to the central axis 114 of the liner 110. Then, the fiber 140 and the steel wire 150 can be wound around the liner 110 in a horizontal direction.
본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 제조방법은 경화 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. 상기 경화 단계(S160)는 상기 라이너(110)에 감겨진 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 경화시키는 단계이다. The method of manufacturing a high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention may further include a curing step (S160). The curing step (S160) is a step of curing the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 wound around the liner 110.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수지(130)가 에폭시 수지로 이루어질 경우, 가열을 통해 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 경화시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when the resin 130 is made of an epoxy resin, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 can be hardened through heating.
또한, 상기 수지(130)가 아크릴 수지로 이루어질 경우, UV 경화장치(270)를 통해 자외선을 조사하여 복수 개의 상기 섬유(140)와 복수 개의 상기 스틸 와이어(150)를 경화시킬 수 있다. Additionally, when the resin 130 is made of an acrylic resin, the plurality of fibers 140 and the plurality of steel wires 150 can be cured by irradiating ultraviolet rays through the UV curing device 270.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수지(130), 상기 섬유(140), 상기 스틸 와이어(150)를 포함하는 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 3 내지 50vol % 일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 including the resin 130, the fiber 140, and the steel wire 150 is 3 to 3. It may be 50vol%.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 수지(130), 상기 섬유(140), 상기 스틸 와이어(150)를 포함하는 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 3 내지 10vol % 또는 10 내지 50 vol% 일 수 있다. 또는 상기 복합 소재층(120)에서 상기 스틸 와이어(150)가 차지하는 부피 비율은 50 내지 80vol % 일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 including the resin 130, the fiber 140, and the steel wire 150 is It may be 3 to 10 vol % or 10 to 50 vol %. Alternatively, the volume ratio occupied by the steel wire 150 in the composite material layer 120 may be 50 to 80 vol %.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 수지(130)는 에폭시 수지, 아크릴 수지 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 섬유(140)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 바잘트 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마 섬유 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The resin 130 according to an embodiment of the present invention includes any one or more of epoxy resin and acrylic resin, and the fiber 140 includes any one of carbon fiber, glass fiber, Basalt fiber, aramid fiber, and dyneema fiber. It may contain more than one.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 스틸 와이어(150)의 직경은 0.05mm 내지 0.25mm 일 수 있으며, 상기 스틸 와이어(150)의 직경은 상기 섬유 로빙의 직경의 2배 내지 10배일 수 있다. The diameter of the steel wire 150 according to an embodiment of the present invention may be 0.05 mm to 0.25 mm, and the diameter of the steel wire 150 may be 2 to 10 times the diameter of the fiber roving.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 및 고압 가스 저장 용기 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The high-pressure gas storage container and the manufacturing method of the high-pressure gas storage container according to the embodiment of the present invention described above have the following effects.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 및 고압 가스 저장 용기 제조방법은 스틸 와이어, 섬유, 수지를 포함하는 복합 소재층을 사용하며, 복합 소재층의 스틸 와이어를 망상 구조로 형성함에 따라 내구성 및 전단 강도가 우수하면서 우수한 충격 인성을 가지는 고압 가스 저장 용기를 제작할 수 있는 장점이 있다. The high-pressure gas storage container and the manufacturing method of the high-pressure gas storage container according to the embodiment of the present invention described above use a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin, and the steel wire of the composite material layer is formed into a network structure. There is an advantage in producing a high-pressure gas storage container that has excellent durability and shear strength as well as excellent impact toughness.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 고압 가스 저장 용기 및 고압 가스 저장 용기 제조방법은 스틸 와이어, 섬유, 수지를 포함하는 복합 소재층을 사용함에 따라 저장 용기의 파괴 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, the high-pressure gas storage container and the method of manufacturing the high-pressure gas storage container according to an embodiment of the present invention have the advantage of improving the breaking strength of the storage container by using a composite material layer containing steel wire, fiber, and resin. .
또한, 본 발명은 복합 소재층에서 스틸 와이어가 차지하는 부피 비율을 3 내지 50vol % 형성함에 따라 굽힘 응력 또는 충격 응력에 대한 우수한 저항성을 가지는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of excellent resistance to bending stress or impact stress by forming a volume ratio of 3 to 50 vol % of the steel wire in the composite material layer.
이와 함께, 본 발명은 가격이 비싼 탄소 섬유의 부피 비율을 감소시키고 스틸 와이어의 부피 비율을 향상시킴에 따라 내구성 및 충격 인성을 향상시키면서 제작 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, the present invention has the advantage of reducing manufacturing costs while improving durability and impact toughness by reducing the volume ratio of expensive carbon fiber and improving the volume ratio of steel wire.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위를 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Above, the present invention has been described in detail with preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (13)

  1. 고압 가스를 저장하는 용기에 있어서, In a container storing high-pressure gas,
    내부에 저장 공간이 구비된 라이너; Liner with storage space inside;
    상기 라이너에 결합되는 복합 소재층;을 포함하면, Including a composite material layer coupled to the liner,
    상기 복합 소재층은, 수지, 섬유, 스틸 와이어를 포함하며,The composite material layer includes resin, fiber, and steel wire,
    복수 개의 상기 섬유에 상기 수지를 함침하고, Impregnating a plurality of the fibers with the resin,
    복수 개의 상기 섬유의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어를 파묻혀 배열 및 접촉시킨 이후, 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어를 상기 라이너에 감아서 상기 복합 소재층을 상기 라이너에 결합시키며,After the plurality of steel wires are buried, arranged and contacted on top of the plurality of fibers, the plurality of fibers and the plurality of steel wires are wound around the liner to couple the composite material layer to the liner,
    상기 스틸 와이어가 복수 개의 상기 섬유 속에 파묻힌 상태로 상기 수지와 접착 결합되며,The steel wire is adhesively bonded to the resin while buried in the plurality of fibers,
    상기 라이너에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어는 망상 구조(network structure)를 형성하는 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기.A high-pressure gas storage container, wherein the plurality of steel wires wound around the liner form a network structure.
  2. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 복합 소재층에서 상기 스틸 와이어가 차지하는 부피 비율은, 3 내지 50vol % 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기.A high-pressure gas storage container, characterized in that the volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer is 3 to 50 vol %.
  3. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 복합 소재층에서 상기 스틸 와이어가 차지하는 부피 비율은, 50 내지 80vol % 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기.A high-pressure gas storage container, characterized in that the volume ratio occupied by the steel wire in the composite material layer is 50 to 80 vol %.
  4. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 섬유는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 바잘트 섬유, 아라미드 섬유, 다이니마 섬유 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기.The fiber is a high-pressure gas storage container, characterized in that it includes any one or more of carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, aramid fiber, and dyneema fiber.
  5. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 복합 소재층에는 복수 개의 상기 스틸 와이어가 이격되어 배치되며, A plurality of steel wires are spaced apart from each other in the composite material layer,
    복수 개의 상기 스틸 와이어 사이의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어의 직경(d)의 2배 내지 200배 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기.A high-pressure gas storage container, characterized in that the spacing between the plurality of steel wires is 2 to 200 times the diameter (d) of the steel wire.
  6. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 복합 소재층에는 복수 개의 상기 스틸 와이어가 이격되어 배치되며, A plurality of steel wires are spaced apart from each other in the composite material layer,
    복수 개의 상기 스틸 와이어 사이의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어의 직경(d)의 2배 내지 50배 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기.A high-pressure gas storage container, characterized in that the spacing between the plurality of steel wires is 2 to 50 times the diameter (d) of the steel wire.
  7. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 스틸 와이어의 직경은 0.05mm 내지 0.25mm 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기. A high-pressure gas storage container, characterized in that the diameter of the steel wire is 0.05mm to 0.25mm.
  8. 제1항에 있어서, According to paragraph 1,
    상기 복합 소재층은, The composite material layer is,
    Zn 도금층, Zn-Al 도금층, Zn-Al-Mg 도금층, Cu-Zn 도금층, Cu-Zn-Co 도금층 중 어느 하나 이상으로 도금되는 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기. A high-pressure gas storage container characterized in that it is plated with one or more of a Zn plating layer, a Zn-Al plating layer, a Zn-Al-Mg plating layer, a Cu-Zn plating layer, and a Cu-Zn-Co plating layer.
  9. 고압 가스를 저장하는 용기를 제조하는 방법에 있어서, In a method of manufacturing a container for storing high-pressure gas,
    복수 개의 섬유를 수지 함침조에 통과시켜, 섬유에 수지를 함침하는 수지 함침 단계;A resin impregnation step of passing a plurality of fibers through a resin impregnation tank to impregnate the fibers with a resin;
    수지가 함침된 복수 개의 섬유를 트래버스 장치로 공급하는 섬유 공급 단계; A fiber supply step of supplying a plurality of resin-impregnated fibers to a traverse device;
    복수 개의 스틸 와이어를 트래버스 장치로 공급하는 스틸 와이어 공급 단계;A steel wire supply step of supplying a plurality of steel wires to a traverse device;
    상기 트래버스 장치에 구비된 배열부를 통해, 수지가 함침된 복수 개의 섬유의 상부에 복수 개의 상기 스틸 와이어를 파묻히면서 배열 및 접촉시키는 배열 단계;An arranging step of arranging and contacting the plurality of steel wires while burying them on top of the plurality of resin-impregnated fibers through an arrangement unit provided in the traverse device;
    복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어를, 내부에 저장 공간이 구비된 라이너에 감아서, 상기 섬유, 상기 스틸 와이어, 상기 수지를 포함하는 복합 소재층을 상기 라이너에 결합시키는 결합 단계;를 포함하며,A bonding step of winding the plurality of fibers and the plurality of steel wires around a liner having a storage space therein, and bonding the composite material layer including the fibers, the steel wires, and the resin to the liner. And
    상기 트래버스 장치는, The traverse device is,
    상기 섬유가 꼬이는 것을 방지하는 복수 개의 제1가이드바가 구비된 제1가이드부와, A first guide portion provided with a plurality of first guide bars to prevent the fibers from being twisted,
    상기 스틸 와이어가 꼬이는 것을 방지하는 복수 개의 제2가이드바가 구비된 제2가이드부를 포함하며, It includes a second guide portion provided with a plurality of second guide bars to prevent the steel wire from being twisted,
    수지가 함침된 복수 개의 상기 섬유는 복수 개의 상기 제1가이드바 사이를 통과하고, 복수 개의 상기 스틸 와이어는 복수 개의 상기 제2가이드바 사이를 통과하며, The plurality of resin-impregnated fibers pass between the plurality of first guide bars, and the plurality of steel wires pass between the plurality of second guide bars,
    수지가 함침된 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어는 서로 다른 방향에서 상기 배열부로 공급되며, The plurality of resin-impregnated fibers and the plurality of steel wires are supplied to the array unit from different directions,
    상기 스틸 와이어는 상기 섬유의 상부에서 상기 배열부로 공급되며, The steel wire is fed to the array from the top of the fiber,
    상기 스틸 와이어는 복수 개의 상기 섬유에 파묻히며, The steel wire is embedded in a plurality of the fibers,
    상기 트래버스 장치는 지정된 간격으로 이격되는 복수 개의 홀이 구비된 간격 유지부를 포함하며, The traverse device includes a gap maintenance portion provided with a plurality of holes spaced at designated intervals,
    복수 개의 상기 스틸 와이어는, 상기 간격 유지부의 상기 홀을 통과하여 상기 배열부로 공급되며,The plurality of steel wires are supplied to the array unit through the hole of the gap maintenance unit,
    상기 간격 유지부에 구비된 복수 개의 상기 홀의 이격 간격은, 상기 스틸 와이어의 직경(d)의 2배 내지 50배 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기 제조방법.A method of manufacturing a high-pressure gas storage container, characterized in that the spacing between the plurality of holes provided in the spacing maintenance part is 2 to 50 times the diameter (d) of the steel wire.
  10. 제9항에 있어서, According to clause 9,
    상기 트래버스 장치는, 상기 라이너의 중심축과 나란한 방향으로 슬라이드 이동 가능한 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기 제조방법.A method of manufacturing a high-pressure gas storage container, wherein the traverse device is capable of sliding in a direction parallel to the central axis of the liner.
  11. 제9항에 있어서, According to clause 9,
    복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어는, The plurality of fibers and the plurality of steel wires are,
    상기 라이너의 중심축을 기준으로 수평 방향(hoop 방향) 또는 사선 방향(helical 방향)으로 감겨지는 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기 제조방법.A method of manufacturing a high-pressure gas storage container, characterized in that the liner is wound in a horizontal direction (hoop direction) or diagonal direction (helical direction) with respect to the central axis of the liner.
  12. 제11항에 있어서, According to clause 11,
    상기 라이너가 중심축을 기준으로 회전하면서 복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어가 상기 라이너에 감겨지며, As the liner rotates about the central axis, the plurality of fibers and the plurality of steel wires are wound around the liner,
    복수 개의 상기 섬유와 복수 개의 상기 스틸 와이어가 상기 라이너에 감겨질 때, 상기 라이너의 내부 압력은 1 내지 5(bar) 인 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기 제조방법.When the plurality of fibers and the plurality of steel wires are wound around the liner, the internal pressure of the liner is 1 to 5 (bar).
  13. 제11항에 있어서, According to clause 11,
    상기 라이너에 감겨진 복수 개의 상기 스틸 와이어는 망상 구조(network structure)를 형성하는 것을 특징으로 하는 고압 가스 저장 용기 제조방법.A method of manufacturing a high-pressure gas storage container, wherein the plurality of steel wires wound around the liner form a network structure.
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