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KR102322373B1 - 후프층 및 헬리컬층이 와인딩된 고압용기 - Google Patents

후프층 및 헬리컬층이 와인딩된 고압용기 Download PDF

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KR102322373B1
KR102322373B1 KR1020170065247A KR20170065247A KR102322373B1 KR 102322373 B1 KR102322373 B1 KR 102322373B1 KR 1020170065247 A KR1020170065247 A KR 1020170065247A KR 20170065247 A KR20170065247 A KR 20170065247A KR 102322373 B1 KR102322373 B1 KR 102322373B1
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hoop
layers
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이동선
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 고압용기에 관한 것으로서, 라이너와 상기 라이너 외주면을 보강하기 위한 복합재층을 포함하는 고압용기에 있어서, 상기 고압용기는 상기 고압용기의 축 방향을 따라 형성되는 실린더부; 및 상기 실린더부의 양단에 체결되어 상기 고압용기를 형성되는 돔부;를 포함하고, 상기 실린더부에 형성된 상기 복합재층은 복수개의 후프층과 헬리컬층이 교대로 적층되어 형성되며, 상기 라이너로부터 멀어질수록 상기 후프층의 두께가 감소하는 고압용기에 관한 발명이다.

Description

후프층 및 헬리컬층이 와인딩된 고압용기 {High-pressure tank having hoop layers and helical layers}
본 발명은 연료전지 시스템에 탑재될 수 있는 고압용기, 상세하게는 고압용기 라이너 외주면에 형성될 수 있는 복합재층에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료 전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급 시스템, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기 공급 시스템, 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.
상기 연료 공급 시스템, 즉 수소 공급계에 구비되는 수소 탱크에는 700bar 정도의 고압 압축 수소가 저장되어 있으며, 이 저장된 압축 수소는 수소 탱크 입구부에 장착된 고압 조절기의 온/오프(on/off)에 따라 고압 라인으로 방출된 후, 시동 밸브와 수소 공급 밸브를 거치면서 감압되어 연료전지 스택으로 공급된다.
이 때, 고압의 가스가 연료(수소)로서 사용되며, 따라서 가스를 필요에 따라 저장, 배출하기 위하여 가스의 저장 용기가 필요하다. 특히 가스는 용기 내 저장 밀도가 낮기 때문에 고압으로 저장하는 것이 효율적이며 다만 고압으로 인한 폭발의 위험에 노출된다는 단점을 가진다. 특히 대체연료가스 차량은 그 저장 용기의 탑재 공간이 한정되어 있기 때문에 저장 압력을 고압으로 유지하면서도 안전성을 확보하는 것이 기술의 핵심이다.
따라서 이러한 연료가스 저장용기 중 복합재 용기의 경우, 수소 가스의 높은 내압을 견디기 위해 비강도 및 비강성이 높은 섬유강화 복합재료로 외피가 보강되어야 하며, 내부에는 가스의 기밀성을 유지하는 라이너가 삽입된다. 상세하게는 양 단에 2개의 반구 형태를 가지는 라이너가 접합 되어 하나의 저장 용기를 구성할 수 있다.
또한, 가스, 특히 수소의 저장 용기는 라이너의 재질에 따라 형태가 나뉘며, 알루미늄과 같은 금속재질의 라이너가 삽입된 용기를 타입 3, 고밀도 폴리머가 삽입된 용기를 타입 4라 구분한다. 타입 3는 상대적으로 안정적이지만 고가이며 내피로특성이 떨어지는 단점이 있으나, 타입 4 용기는 상대적으로 저렴하고 내피로특성이 우수하지만 수소의 누출 및 내투과성능이 떨어지는 등 안정성의 문제가 있다.
특히, 고압용기의 중앙에 형성되는 원통 형상의 실린더부에는 원주 방향을 따라 높은 응력(stress)가 발생하므로, 고압용기의 실린더부를 와인딩하여 응력을 견디는 복합재층의 구조와, 응력을 견디면서도 무게를 경량화시키는 것에 대한 기술 필요성이 존재하고 있다.
일본 등록 특허 제2004-176898호
종래의 고압용기의 경우, 고압용기의 양단에 형성되는 보스부 주위의 라이너 외부로는 복합재가 저각으로 와인딩되어 헬리컬층이 형성되고, 고압용기의 중앙부에 형성되는 실린더부의 라이너 외부로는 복합재가 고각으로 와인딩되는 후프층이 형성되었었다. 그러나 이 경우, 후프층과 헬리컬층의 경계에서 기공이 발생할 수 있다. 나아가, 고압용기에 가해지는 다양한 방향의 응력에 대하여 고압용기의 내구성이 일정하게 보장되기 어려웠었다. 따라서, 본 발명에서는 고압용기의 실린더부에 복수개의 후프층과 헬리컬층을 교대로, 번갈아 와인딩하는 구조를 채택함으로써, 복합재층의 무게를 경량화하면서도, 다양한 방향의 응력에 대한 내구성을 증가시킬 수 있는 구조를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예로서, 라이너와 상기 라이너 외주면을 보강하기 위한 복합재층을 포함하는 고압용기에 있어서, 상기 고압용기는 상기 고압용기의 축 방향을 따라 형성되는 실린더부; 및 상기 실린더부의 양단에 체결되어 상기 고압용기를 형성되는 돔부;를 포함하고, 상기 실린더부에 형성된 상기 복합재층은 복수개의 후프층과 헬리컬층이 교대로 적층되어 형성되며, 상기 라이너로부터 멀어질수록 상기 후프층의 두께가 감소하는 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 복합재층 중 상기 라이너로부터 가장 가까이 형성되는 층은 후프층인 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 복합재층 중 상기 라이너로부터 가장 멀리 형성되는 층은 후프층인 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 후프층은 상기 실린더부 중, 상기 고압용기의 축 방향과 나란한 영역에만 형성되는 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 고압용기의 축 방향을 따라 측정한 상기 복수개의 후프층의 길이는 상기 라이너로부터 멀어질수록 감소하는 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 후프층의 끝단은 상기 후프층 외측에 와인딩되는 상기 헬리컬 층에 의하여 가압되는 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 후프층 중 상기 라이너에 가장 가까이 형성되고, 가장 두껍게 형성되는 후프층의 두께는 상기 후프층 전체 두께의 10% 이상 35% 이하인 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 복수개의 후프층은 상기 고압용기의 축 방향을 기준으로 88도 내지 89도로 상기 라이너 외주면에 감기어 형성되는 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 복수개의 헬리컬층은 상기 고압용기의 축 방향을 기준으로 5도 내지 44도로 상기 라이너 외주면에 감기어 형성되는 고압용기를 제공한다.
또한, 상기 실린더부에 형성되는 상기 복수개의 헬리컬층의 두께는 각각 일정하게 형성되는 고압용기를 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 고압용기 라이너 외주면의 복합재층이 다양한 방향으로의 응력에 대하여 더 견고해질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고압용기 라이너 외주면을 보강하기 위해 필요한 복합재 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 복합재층의 무게를 경량화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 후프층과 헬리컬층을 번갈아 와인딩함에 따라, 후프층 끝단에서, 후프층과 라이너 또는 후프층과 헬리컬층 사이에서 발생할 수 있는 기공(틈새)를 가압하여 복합재층 내부에 빈공간이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 고압용기로서, 고압용기의 구조 및 고압 용기 돔부에 헬리컬층만이 형성된 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도시한 도면으로서, 도 1의 '2' 영역, 즉 실린더부의 라이너 및 복합재층의 구조를 확대 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 있어서, 각 후프층의 위치에 따라 후프층에 걸리는 응력의 크기를 나타낸 도면이다.
도 4는 상대적으로 라이너에 가깝게 위치한 후프층과 라이너로부터 멀리 위치한 후프층을 각각 제거하였을 때, 동일 지점에서의 응력 분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 라이너에 가장 가깝게 위치하는 후프층의 두께 비율에 따른 고압용기의 강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 후프층 위에 헬리컬층이 와인딩되는 경우, 후프층 끝단에서 기공, 기공층이 발생할 수 있는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도시한 도면으로서, 도 1의 '1' 영역, 즉 돔부와 실린더부가 연결되는 영역을 확대 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
차량에 탑재되는 연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급 장치, 연료 전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기 공급 장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 냉각 시스템 등으로 구성된다.
연료 전지 시스템의 연료 공급계에는 연료가 탑재된 고압용기가 연료 저장 탱크로서 존재할 수 있다. 고압용기에서는 바람직하게는 수소를 연료로써 탑재 및 사용하며 700bar 정도의 고압 수소 가스가 용기 내부에 저장될 수 있다.
따라서 고압용기의 내부에서는 연료 또는 수소로 인한 고압 상태가 지속될 수 있으며 고압용기를 가압할 수 있다. 특히, 고압용기의 일 지점에 리크가 발생하거나 파단이 생기는 경우 내부의 고압이 일 지점에 집중되어 고압용기의 파손 및 그에 따른 폭발등을 유발할 수 있으므로 고압용기의 내구성 및 안정성은 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템이 탑재될 수 있는 차량에 있어 매우 중요한 요소이다.
고압용기 내부에서 고압의 연료, 바람직하게는 수소를 안정적으로 저장하기 위하여, 라이너, 상세하게는 플라스틱 재질의 라이너와 상기 라이너의 일단에 연료가 주입되거나 배출될 수 있는 노즐을 포함하는 보스부를 포함하여 고압용기가 형성될 수 있다. 나아가, 상기 라이너와 보스부가 결합된 구조체 외부를 탄소 섬유 복합재로 와인딩하여 복합재층을 형성하는 타입 4 형태의 고압용기를 사용하는 것이 근래의 추세이다.
이하 본 명세서에서는, 도 1에 'A'로 표시된 점선을 '고압용기의 축' 또는 '고압용기의 중심축'이라고 명명하여 본 발명의 일 실시예들을 설명한다. 즉, 'A'선은 고압용기의 축 방향을 따라 도시된 선이며, 이하에서 고압용기의 축은 'A'로 표시된 선을 의미할 수 있다.
도 1을 참고하여, 고압용기(10)의 라이너(300) 외주면에 와인딩되는 복합재층(400)을 이루는 구성을 상세히 살펴보면, 복합재층(400)은 헬리컬층(420), 튜브 헬리컬층 및 후프층(410)을 포함하여 구성될 수 있다.
이 때, 헬리컬층(420), 튜브 헬리컬층 및 후프층(410)은 고압용기(10)의 중심축(A선)에 대하여 저각(바람직하게는 5도 내지 44도)으로 감기는 헬리컬층(420), 중각(바람직하게는 45도 내지 87도)으로 감기는 튜브 헬리컬층 및 고각(바람직하게는 88도 내지 89도)으로 감기는 후프층(410)을 의미하는 것으로서, 고압용기(10), 상세하게는 라이너(300)에 외주면에서 고압용기(10) 축을 기준으로 감기는 각도에 따라 구별될 수 있다.
라이너(300) 외주면에 와인딩되는 복합재는 일정 폭을 가지는 연속적인 섬유로써, 와인딩 이전에 미리 준비될 수 있으며, 권취 장치에 의해 정해진 각도로 라이너(300) 외주면에 와인딩될 수 있다. 상세하게는, 미리 사출된 라이너(300)를 고정시킨 상태에서, 권취 장치가 이동하여, 라이너(300)에 대하여 일정각도를 형성한 후, 일정 폭을 가지는 연속적인 복합재 섬유가 라이너(300) 외주면에 일정 장력을 가지면서 와인딩되어 복합재층(400)을 형성할 수 있다. 즉, 복합재가 여러겹 와인딩되어 적층됨에 따라 복합재층(400)을 형성할 수 있으며, 라이너(300) 외주면에 와인딩되는 첫 층은 라이너(300) 외주면에 맞닿아 형성될 수 있다.
도 1은 이러한 타입 4 고압용기(10)의 형상을 간단히 도식화한 도면이다. 도 1을 참고하면, 고압용기(10)는 고압용기(10)의 중앙에서 원통형 형상으로 연장되어, 고압용기(10)의 몸통을 이루는 실린더부(200)와 실린더부(200)의 양측 단부에 반구형으로 형성되어, 실린더부(200)에 체결되어 실린더부(200)와 더불어 고압용기(10)를 이루는 돔부(100)를 포함할 수 있다. 즉, 고압용기(10)의 실린더부(200)의 축 방향(A) 단면은 고압용기(10)의 축 방향(A)을 따라서는 곡률을 가지지 않는 직선을 형성할 수 있다. 다만, 입체 형상에 있어서, 실린더부(200)는 고압용기(10)의 원주 방향을 따라서만 곡률을 가지는 표면일 수 있다. 반면, 고압용기(10)의 돔부(100)는 고압용기(10)의 축 방향(A) 및 원주 방향을 따라 모두 곡률을 가지는 표면일 수 있다.
한편, 도 1에서 돔부(100)에 확대 도시된 영역을 살펴보면, 고압용기(10)의 노즐 부근에 형성될 수 있는 돔부(100) 및/또는 고압용기(10)의 노즐 반대편에 형성될 수 있는 돔부(100)의 경우, 헬리컬층(420)으로만 이루어진다는 것을 알 수 있다.
일반적으로, 고압용기(10)의 내부에 고압의 연료, 바람직하게는 가스가 채워지므로, 고압용기(10)는 방사 방향으로 응력을 받게된다. 따라서, 라이너(300)의 각지점은 고압용기(10)의 중심점으로부터 방사 방향으로 가해지는 힘을 받게되며, 그러므로 고압용기(10)의 돔부(100)에서는 복합재를 고압용기(10)의 축 방향(A)에 대하여 저각으로 와인딩하는 것이 방사 방향의 힘에 가장 잘 견딜 수 있는 구조라는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 고압용기(10)의 실린더부(200)에서는 고압용기(10) 중심점으로부터 방사 방향 즉,실린더부(200)의 원주 방향을 따라 내부의 압력이 가해질 수 있다. 그러므로 고압용기(10)의 축 방향(A)에 수직인 방향으로 일정 폭을 가지는 복합재를 와인딩하는 것이, 라이너(300) 및 고압용기(10)에 가해지는 압력에 가장 잘 견딜 수 있는 구조라는 것을 알 수 있다.
다만, 비록, 고압용기(10)의 중심점을 기준으로 방사 방향으로 응력이 작용하지만, 재료 역학적으로 보면, 고압용기(10)의 실린더부(200)의 원주 방향, 즉 고압용기(10) 축 방향(A)의 수직 방향으로의 응력은, 고압용기(10)의 축 방향(A)으로 가해지는 응력에 비해 두배 이상의 크기일 수 있다. 따라서, 실린더부(200)에서는 고압용기(10)의 축 방향(A)에 수직에 가깝게 와인딩되는 후프층(410)이 실린더부(200)에서의 고압용기(10) 원주 방향으로의 응력 저감을 담당하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 실린더부(200)에서 고압용기(10)의 원주 방향으로 가해지는 응력을 견디면서도, 실린더부(200)의 복합재층(400)의 두께를 최소화하여 경량화를 도모할 수 있도록, 실린더부(200)에 와인딩되는 복합재층(400)이 헬리컬층(420)과 후프층(410)을 포함하도록 하고자 하며, 이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서 헬리컬층(420)과 후프층(410)을 포함하는 복합재층(400)이 구비된 고압용기(10)의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 '2' 부분을 확대한 단면이다. 도 2에서는 고압용기(10)의 최내측, 즉 도면상으로는 왼편에 라이너(300)가 배치될 수 있다. 또한, 라이너(300) 외부에 형성되는 복합재층(400)의 구성을 살펴보면, 복수개의 후프층(410)과 헬리컬층(420)이 교대로, 번갈아 적층되어 복합재층(400)을 형성하고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 고압용기(10)의 실린더부(200)에서, 라이너(300)의 외부에 형성되는 복합재층(400)이 후프층(410)과 헬리컬층(420)의 적층에 의해 형성될 수 있다.
고압용기(10)의 실린더부(200)에서 복합재층(400)의 구성을 후프층(410)과 헬리컬층(420)을 번갈아, 교대로 적층함에 따라, 하나의 각도로만 와인딩된 복합재층(400)에 비하여 다양한 각도로 작용하는 응력에 대하여 고압용기(10) 실린더부(200)의 내구성이 증가될 수 있다.
나아가, 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 복합재층(400) 중 라이너(300)로부터 가장 가까이 형성되는 층 및/또는 라이너(300)로부터 가장 멀리 형성되는 층은 후프층(410)일 수 있다.
또한, 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에서는 가장 두꺼운 후프층(410)이 복합재층(400) 중 라이너(300)로부터 가장 가까이 배치될 수 있다. 나아가, 라이너(300)로부터 멀어질수록 후프층(410)의 두께가 순차적으로 얇아질 수 있으며, 라이너(300)로부터 가장 멀리 형성되는 후프층(410)의 두께가 가장 얇을 수 있다. 즉, 임의의 헬리컬층(420)을 기준으로 인접한 후프층(410) 중 라이너(300)에 가깝게 형성된 후프층(410)의 두께가 라이너(300)로부터 멀리 형성된 후프층(410)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 후프층(410)을 이와 같이 배치하는 이유는 도 3 및 도 4를 참고하여 설명할 수 있다. 이하, 도 3 내지 도 5에 도시된 수치들은 표준 강도(Normalized strength 또는 Standard strength)로 환산된 수치로써 부재 간 강도의 상대적인 관계를 무차원화 한 값을 의미할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 후프층(410)의 위치에 따른 응력 분포를 나타낸 도면이다. 도 3을 참고하면 라이너(300)에 가깝게 형성되는 후프층(410), 즉 내측에 형성되는 후프층(410)일수록 더 큰 응력이 발생하고 있음을 알 수 있다. 더 큰 응력이 발생한다는 것의 의미는 해당 복합재층(400)에서 더욱 많은 하중(고압용기 내부에 충전된 연료, 가스로부터 인가되는 압력)을 감당하고 있다는 것을 의미할 수 있다.
도 4는 각 위치에서 후프층(410)을 제거한 경우 각 위치에서 발생하는 응력의 증가 정도를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참고하면, 전체적으로 후프층(410)을 제거하는 갯수가 많아질수록 측정 지점(취약부)에서의 응력이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 하나의 후프층(410)을 제거하는 경우를 비교하면, 라이너(300)에 가깝에 배치된 후프층(410)을 제거하는 경우의 응력 증가 정도(기울기 α)가 라이너(300)에 멀리 배치된 후프층(410)을 제거하는 경우의 응력 증가 정도(기울기 β)보다 크다는 것을 알 수 있다. 나아가, 상대적으로 라이너(300)에 가깝게 배치된, 내측에 배치된 후프층(410)을 제거하는 경우가 상대적으로 라이너(300)로부터 멀리 배치된, 외측에 배치된 후프층(410)을 제거하는 경우에 비하여 측정 지점(취약부)에서의 응력 증가 정도가 더 크다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 그래프는 복수개의 후프층(410) 중 라이너(300)에 가깝게 형성된 것일수록, 응력을 분담하는 정도가 크다는 것을 의미할 수 있다.
고압용기(10)의 실린더부(200)에 와인딩되는 헬리컬층(420)의 경우, 다양한 방향으로의 응력을 견디는 역할을 수행할 수 있다. 나아가, 헬리컬층(420)이 와인딩되는 상황을 고려하면, 고압용기의 중심점을 기준으로 라이너 외주면을 따라 와인딩되므로, 실린더부를 지나치지 않고서 헬리컬층(420)이 와인딩되어 돔부를 덮을 수 없다. 따라서, 실린더부에 와인딩되는 헬리컬층(420)은 필연적으로 형성될 수 밖에 없는 층임을 알 수 있다.
다만, 전술한대로 고압용기(10) 라이너(300)의 원주 방향으로 인가되는 크기가 큰 응력은 대체로 후프층(410)에 의해 지지, 지탱될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 실린더부(200)에 와인딩되는 복수개의 헬리컬층(420)은 그 두께가 균일하게 형성될 수 있다.
한편, 도 5는 라이너(300)에 가장 가까이 형성되는 후프층(410) 두께가 전체 후프층(410) 두께에 대하여 차지하는 비율에 따라, 고압용기(10)의 강도가 변화하는 정도를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참고한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가장 두꺼운 후프층(410), 즉 라이너(300)에 가장 가까이 형성되는 후프층(410)은 후프층(410) 전체 두께의 35% 이하로 형성될 수 있다. 바람직하게는 라이너(300)에 가장 가까이 형성되는 후프층(410)은 후프층(410) 전체 두께의 10% 내지 35% 사이의 두께로 형성될 수 있다.
우선, 도 5에 따르면, 일정 영역에서는 라이너(300)에 가장 가까이 형성되는 최내측 후프층(410)의 두께가 전체 후프층(410)의 두께에서 차지하는 비율이 클수록 고압용기(10)의 강도(strength)가 증가한다는 것을 알 수 있다.
그러나 도 5에 따르면, 라이너(300)에 가장 가까이 형성되는 최내측 후프층(410)의 두께가 전체 후프층(410) 두께의 35%를 초과하면 해당 후프층(410) 위에 헬리컬층(420)이 와인딩되기 어려워 제작이 곤란한 영역이며, 제작하더라도 실린더부(200)의 끝에서 후프층(410)의 끝단이 가지는 두께에 의해 해당 후프층(410) 위에 헬리컬층(420)이 와인딩되더라도 후프층(410)과 헬리컬층(420) 사이에 기공이 발생하여 고압용기(10)의 강도가 감소한다는 것을 알 수 있다.
이러한 후프층(410)의 두께에 의한 기공에 대하여 상술하면, 임의의 하나의 후프층(410)과 해당 후프층(410) 위에 적층되는 헬리컬층(420) 사이에서, 후프층(410)은 실린더부(200), 바람직하게는 실린더부(200)의 일부에만 형성되고 헬리컬층(420)은 실린더부(200)와 돔부(100)에 걸쳐 형성되므로 후프층(410) 끝단 또는 단부에서 기공(기공층)이 형성될 수 있다.
도 6은 위와 같은 상황에 의한 기공을 설명하기 위한 도면으로서, 설명의 편의를 위해 라이너(300)에 가장 가깝게 형성되는 후프층(410)과 해당 후프층(410) 위에 적층되는 헬리컬층(420) 사이에서 기공이 발생할 수 있는 위치에 대하여 도시한 도면이다. 도 6을 참고하면, 실린더부(200)와 돔부(100)가 연결되는 영역에서, 실린더부(200)에 형성된 후프층(410) 위로 헬리컬층(420)이 와인딩 될 때, 후프층(410)의 단면 두께에 의해 후프층(410)의 끝단에서 기공이 발생할 수 있다. 기공이 발생하는 경우, 고압용기(10)의 강도가 저하될 수 있다.
한편, 도 7은 도 1의 '1' 영역을 확대 도시한 도면이다. 도 1의 '1' 영역은 고압용기(10)의 실린더부(200)와 돔부(100)가 서로 연결되는 영역을 의미할 수 있다. 도 7을 참고하면, 후프층(410)은 고압용기(10)의 단면에서, 고압용기(10)의 축 방향(A)과 나란하게, 바람직하게는 고압용기(10)의 축 방향(A)에 평행하게 형성되는 영역에만 형성될 수 있다.
도 7을 참고하면, 복수개의 후프층(410)과 헬리컬층(420)이 반복하여 적층되는 경우, 이미 적층된 후프층(410)과 헬리컬층(420)에 의해, 실린더부(200)에서 고압용기(10)의 축 방향(A)과 나란하게 형성되는 영역, 즉, 고압용기(10)의 축 방향(A)에 대하여 곡률을 가지지 않는 영역은 라이너(300)로부터 멀어질수록 점차 줄어들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 후프층(410)은 원칙적으로 고압용기(10)의 실린더부(200)의 외주면에 와인딩될 수 있다. 다만, 바람직하게는 후프층(410)은, 고압용기(10)의 단면을 놓고 보았을 때, 고압용기(10)의 축 방향(A)과 나란하게 형성된 실린더부(200)의 외주면, 즉 고압용기(10)의 축 방향(A)에 대하여 곡률을 가지지 않는 영역에만 형성될 수 있다. 따라서, 고압용기(10) 축 방향(A)을 따라 측정한 복수개의 후프층(410)의 길이는 라이너(300)로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
정리하자면, 본 발명의 핵심 사상은 고압용기의 실린더부에서, 라이너 외주면에 형성되는 복합재층이 고각으로 와인딩되는 후프층과 저각으로 와인딩되는 헬리컬층이 번갈아, 교대로 적층되어 형성된다는 것을 특징으로 한다. 특히, 임의의 헬리컬층에 있어서, 해당 헬리컬층 위, 아래로 형성된 후프층 중, 라이너에 가깝게 형성된 후프층의 두께가 라이너로부터 멀리 형성된 후프층의 두께보다 두꺼운 것에 본 발명의 특징을 두고 있음에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명, 기술하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
나아가, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고 있다. 그리고 상기에서 사용된 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 고압용기
A : 고압용기의 축 방향
100 : 고압용기의 돔부
200 : 고압용기의 실린더부
300 : 라이너
400 : 복합재층
410 : 후프층
420 : 헬리컬층

Claims (10)

  1. 라이너와 상기 라이너 외주면을 보강하기 위한 복합재층을 포함하는 고압용기에 있어서, 상기 고압용기는
    상기 고압용기의 축 방향을 따라 형성되는 실린더부; 및
    상기 실린더부의 양단에 체결되어 상기 고압용기를 형성하는 돔부;
    를 포함하고,
    상기 실린더부에 형성된 상기 복합재층은 복수개의 후프층과 헬리컬층이 교대로 적층되어 형성되며, 상기 라이너로부터 멀어질수록 상기 후프층의 두께가 감소하며,
    상기 복합재층 중 상기 라이너로부터 가장 가깝거나, 가장 멀리 형성되는 층은 후프층이고,
    상기 후프층 중 상기 라이너에 가장 가까이 형성되고, 가장 두껍게 형성되는 후프층의 두께는 상기 후프층 전체 두께의 10% 이상 35% 이하인 고압용기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 후프층은 상기 실린더부 중, 상기 고압용기의 축 방향과 나란한 영역에만 형성되는 고압용기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고압용기의 축 방향을 따라 측정한 상기 복수개의 후프층의 길이는 상기 라이너로부터 멀어질수록 감소하는 고압용기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 후프층의 끝단은 상기 후프층 외측에 와인딩되는 상기 헬리컬층에 의하여 가압되는 고압용기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 후프층은 상기 고압용기의 축 방향을 기준으로 88도 내지 89도로 상기 라이너 외주면에 감기어 형성되는 고압용기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 헬리컬층은 상기 고압용기의 축 방향을 기준으로 5도 내지 44도로 상기 라이너 외주면에 감기어 형성되는 고압용기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 실린더부에 형성되는 상기 복수개의 헬리컬층의 두께는 각각 일정하게 형성되는 고압용기.

KR1020170065247A 2017-05-26 2017-05-26 후프층 및 헬리컬층이 와인딩된 고압용기 KR102322373B1 (ko)

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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180017377A (ko) * 2016-08-09 2018-02-21 현대자동차주식회사 고압 용기
JP6958425B2 (ja) * 2018-02-26 2021-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
JP7087907B2 (ja) * 2018-10-16 2022-06-21 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクおよび高圧タンクの製造方法
JP7092058B2 (ja) * 2019-01-31 2022-06-28 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクおよびその製造方法
WO2021177953A1 (en) * 2020-03-04 2021-09-10 Quantum Fuel Systems Llc Space conformable pressurized gas storage system
JP7380474B2 (ja) * 2020-07-31 2023-11-15 トヨタ自動車株式会社 高圧タンク及び高圧タンクの製造方法
KR102435705B1 (ko) * 2020-09-16 2022-08-24 주식회사 쓰리피닷컴 고압 탱크 및 고압 탱크 제조 방법
KR20220073506A (ko) 2020-11-26 2022-06-03 롯데케미칼 주식회사 보스 보강 와인딩이 적용된 고압용기 및 그 제조방법
KR20220077276A (ko) * 2020-12-01 2022-06-09 현대자동차주식회사 압력용기 및 그 제조방법
CN114636093B (zh) * 2020-12-15 2023-09-01 宇通客车股份有限公司 一种碳纤维缠绕气瓶及其制备方法
JP7223802B2 (ja) * 2021-03-31 2023-02-16 本田技研工業株式会社 高圧タンク及びその製造方法
US11873947B2 (en) 2021-05-26 2024-01-16 Trelleborg Sealing Solutions Germany Gmbh High pressure composite pressure vessel method of manufacture and product
WO2022248484A1 (en) 2021-05-26 2022-12-01 Trelleborg Sealing Solutions Germany Gmbh High pressure composite pressure vessel method of manufacture and product
EP4112992B1 (en) * 2021-06-30 2025-01-29 Airbus Operations GmbH Tank for storing fluid media under cryogenic conditions on bord of a vehicle
LU102847B1 (en) * 2021-07-16 2023-01-16 Plastic Omnium New Energies France Reinforced pressure vessel
LU500634B1 (en) * 2021-09-08 2023-03-08 Plastic Omnium New Energies France Pressure vessel with optimized outer composite structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040206762A1 (en) * 1995-12-04 2004-10-21 Toray Industries, Inc. Pressure vessel and process for producing the same
US20120024746A1 (en) 2009-04-10 2012-02-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tank and manufacturing method thereof
JP5408351B2 (ja) * 2010-06-08 2014-02-05 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクおよび高圧タンクの製造方法
WO2016020972A1 (ja) 2014-08-04 2016-02-11 日産自動車株式会社 高圧タンク及び高圧タンク製造方法
JP6067735B2 (ja) 2012-10-23 2017-01-25 トヨタ自動車株式会社 フープ巻装置、フィラメントワインディング装置、および、タンクの製造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4438858A (en) * 1982-02-03 1984-03-27 Brunswick Corporation Filament wound vessel with improved polar fitting
SE463834B (sv) * 1988-03-15 1991-01-28 Asea Plast Ab Tryckkaerl
CN1100665C (zh) * 1995-12-04 2003-02-05 东丽株式会社 压力容器及其制造方法
JPH11101397A (ja) 1997-09-26 1999-04-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｆｒｐ製ドーム付き円筒形状圧力容器
JP2004176898A (ja) 2002-09-30 2004-06-24 Toray Ind Inc 高圧ガス貯蔵容器
CN100427822C (zh) 2003-02-03 2008-10-22 国立大学法人九州大学 压力壳、具有压力壳的高压罐、高压罐制造方法以及高压罐制造装置
JP3534743B1 (ja) 2003-07-16 2004-06-07 サムテック株式会社 高剛性繊維を用いた高圧タンク及びその製造方法
JP2006132746A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Toyota Industries Corp 圧力容器及び水素貯蔵タンク並びに圧力容器の製造方法
FR2923575A1 (fr) * 2007-11-13 2009-05-15 Michelin Soc Tech Reservoir de fluide sous pression, methode et appareil pour la fabrication d'un tel reservoir.
KR100873295B1 (ko) 2007-11-27 2008-12-11 한국가스공사연구개발원 단열재 권취장치
US9316359B2 (en) * 2009-04-10 2016-04-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tank and manufacturing method thereof
JP5182597B2 (ja) * 2009-04-10 2013-04-17 トヨタ自動車株式会社 タンクおよびその製造方法
DE102010017413B4 (de) * 2010-06-17 2012-08-30 Xperion Gmbh Druckbehälter zum Speichern eines Fluides
US8679606B2 (en) * 2010-10-14 2014-03-25 Vetco Gray Inc. Thick walled composite tubular and method of making
JP5741006B2 (ja) 2011-01-21 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクの製造方法、および、高圧タンク
JP5831464B2 (ja) * 2013-01-08 2015-12-09 トヨタ自動車株式会社 高圧ガスタンクの製造方法
CN104913185B (zh) * 2015-06-19 2017-03-15 沈阳中复科金压力容器有限公司 玄武岩纤维及碳纤维混杂复合材料压缩天然气气瓶及制备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040206762A1 (en) * 1995-12-04 2004-10-21 Toray Industries, Inc. Pressure vessel and process for producing the same
US20120024746A1 (en) 2009-04-10 2012-02-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Tank and manufacturing method thereof
JP5408351B2 (ja) * 2010-06-08 2014-02-05 トヨタ自動車株式会社 高圧タンクおよび高圧タンクの製造方法
JP6067735B2 (ja) 2012-10-23 2017-01-25 トヨタ自動車株式会社 フープ巻装置、フィラメントワインディング装置、および、タンクの製造方法
WO2016020972A1 (ja) 2014-08-04 2016-02-11 日産自動車株式会社 高圧タンク及び高圧タンク製造方法

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