고압 용기 및 그 제조 방법

고압 용기 및 그 제조 방법{HIGH PRESSURE CONTAINER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 복합재로 만들어진 고압 용기 및 고압 용기의 제조 방법에 관한 것이다.

주로 기체를 수용하는 고압 용기로서, 종래의 강제(鋼製)를 대신하여 금속제 라이너에 복합재료로 만들어진 쉘을 씌운 고압 용기가 실용화되어 있다.

금속제 라이너를 채용한 고압 용기에서는, 기체 (가스) 의 충전 방출에 수반되는 용기의 팽창ㆍ수축에 기인하는 금속제 라이너의 피로가 문제가 된다. 한편, 경량화와 비용 절감을 위해 복합재료로 만든 쉘의 섬유량을 줄이면 팽창ㆍ수축량이 증가하여 허용 충전ㆍ방출 회수가 제한된다.

그래서, 금속제 라이너의 일부에 내압의 변동에 기인하여 발생하는 축방향의 변동을 완화하는 만곡 형상부를 갖는 압력 용기가 제안되어 있다 (특허 문헌 1 참조).

(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 평9-42594호

그러나, 상기 종래 기술에서는, 금속제 라이너의 일부에만 큰 변형 (탄성 변형) 을 허용하는 만곡 형상부를 갖고 있기 때문에, 금속제 라이너의 변형량과 복합재로 만들어진 쉘의 변형량이 서로 달라 양자간에는 미끄러짐이 발생한다. 따라서, 금속제 라이너 및 복합재료로 만든 쉘 사이에는 높은 면압하에서 전단력이 작용하여, 일부 미끄러지는 부분에서는 마찰이 생기고, 미끄러지지 않는 부분에서는 금속제 라이너와 복합재료로 만든 쉘의 변형량이 거의 같아지기 때문에, 금속제 라이너에서의 피로의 제약을 배제할 수 없었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 고압 용기에 있어서의 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 변형량을 거의 일치시켜, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 미끄러짐을 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제 1 양태는, 고압 용기를 제공한다. 본 발명의 제 1 양태에 관한 고압 용기는, 축방향에 대한 탄성 변형을 허용하는 축방향 변형 허용부를 축방향의 전체 길이에 걸쳐서 구비하는 중공의 보디부와, 단부를 갖는 금속제 라이너와, 상기 금속제 라이너의 외주를 둘러싸는 복합재로 만들어진 쉘을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 양태에 관한 고압 용기에 의하면, 중공의 보디부에 축방향에 대한 탄성 변형을 허용하는 축방향 변형 허용부가 축방향의 전체 길이에 걸쳐 구비되어 있기 때문에, 고압 용기에 있어서의 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 변형량을 거의 일치시켜, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 축방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 축방향 변형 허용부는 상기 보디부에 벨로스 모양으로 일체 성형되고, 상기 단부와 상기 보디부는 일체로 성형되어 있어도 된다. 이러한 경우에는, 벨로스 모양의 축방향 변형 허용부가 탄성 변형함으로써, 복합재로 만들어진 쉘의 축방향의 신축에 따른 금속제 라이너 보디부의 축방향의 신축이 야기된다.

본 발명의 제 1 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너는, 상기 축방향 변형 허용부를 구성하는 동시에 상기 보디부를 형성하는 복수의 보디부 구성재와, 상기 복수의 구성재를 사이에 끼우는 동시에 상기 보디부와는 별체의 상기 단부를 형성하는 단부 구성재에 의해 형성되어 있어도 된다. 이러한 경우에는, 복수의 보디부 구성재로 이루어지는 축방향 변형 허용부에 의해, 복합재로 만들어진 쉘의 축방향의 신축에 따른 금속제 라이너 보디부의 축방향의 신축이 야기된다. 또한, 보디부 구성재의 형상을 자유롭게 선택할 수 있다.

본 발명의 제 1 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 보디부는, 직경방향에 대한 탄성 변형을 허용하는 직경방향 변형 허용부를 둘레방향의 전체 둘레에 걸쳐서 가져도 된다. 이러한 경우에는, 직경방향 변형 허용부에 의해, 복합재로 만들어진 쉘의 직경방향 (둘레방향) 의 신축에 따른 금속제 라이너 보디부의 직경방향의 신축이 야기된다. 따라서, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 직경방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태는, 고압 용기를 제공한다. 본 발명의 제 2 양태에 관한 고압 용기는, 복합재로 만들어진 쉘과, 상기 복합재로 만들어진 쉘에 의해 내포되는 동시에, 상기 복합재로 만들어진 쉘의 축방향의 신축 변화에 맞춰 축방향의 전체 길이에 걸쳐 신축 변화하는 중공의 보디부와, 단부를 갖는 금속제 라이너를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 양태에 관한 고압 용기에 의하면, 중공의 보디부가 복합재로 만들어진 쉘의 축방향의 신축 변화에 맞춰 축방향의 전체 길이에 걸쳐 신축 변화하기 때문에, 고압 용기에 있어서의 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 변형량을 거의 일치시켜, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 축방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 보디부는 벨로스 모양으로 일체 성형되고, 상기 단부와 상기 보디부가 일체로 성형되어 있어도 된다. 이러한 경우에는, 벨로스 모양으로 형성된 보디부가 탄성 변형함으로써, 복합재로 만들어진 쉘의 축방향의 신축에 따른 금속제 라이너 보디부의 축방향의 신축이 야기된다.

본 발명의 제 2 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너는, 상기 보디부를 형성하는 복수의 보디부 구성재와, 상기 복수의 구성재를 사이에 끼우는 동시에 상기 보디부와는 별체의 상기 단부를 형성하는 단부 구성재에 의해 형성되어 있어도 된다. 이러한 경우에는, 복수의 보디부 구성재로 이루어지는 보디부에 의해, 복합재로 만들어진 쉘의 축방향의 신축에 따른 금속제 라이너 보디부의 축방향의 신축이 야기된다. 또한, 보디부 구성재의 형상을 자유롭게 선택할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 보디부는 추가로, 상기 복합재로 만들어진 쉘의 둘레방향의 신축 변화에 맞춰 둘레방향의 전체 길이에 걸쳐 신축 변화해도 된다. 이러한 경우에는, 보디부가 복합재로 만들어진 쉘의 둘레방향의 신축 변화에 맞춰 둘레방향의 전체 길이에 걸쳐 신축 변화하기 때문에, 복합재로 만들어진 쉘의 직경방향 (둘레방향) 의 신축에 따른 금속제 라이너 보디부의 직경방향의 신축이 야기된다. 따라서, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 직경방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 1 또는 제 2 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너에는 축방향으로 예하중(豫荷重)이 가해져 있어도 된다. 이러한 경우에는, 금속제 라이너의 피로 한계를 높일 수 있다. 또한, 보디부가 복수의 보디부 구성재에 의해 구성되어 있는 경우에는, 각 보디부 구성재 사이에서의 기밀 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 1 또는 제 2 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너는, 그 축방향에 직교하여 배치되는 보강판을 내부에 가져도 된다. 이러한 경우에는, 보강판에 의해 고압 용기에 있어서의 직경방향의 변형을 억제할 수 있다. 또한, 보강판이 열전도성이 높은 재질로 형성되어 있는 경우에는, 복합재로 만들어진 쉘에 대한 열전달 속도를 높일 수 있다.

본 발명의 제 3 양태는 고압 용기를 제공한다. 본 발명의 제 3 양태에 관한 고압 용기는, 직경방향에 대한 탄성 변형을 허용하는 직경방향 변형 허용부를 둘레방향의 전체 둘레에 걸쳐 구비하는 중공의 보디부와, 단부를 갖는 금속제 라이너와, 상기 금속제 라이너의 외주를 둘러싸는 복합재로 만들어진 쉘을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 양태에 관한 고압 용기에 의하면, 중공의 보디부에는, 직경방향에 대한 탄성 변형을 허용하는 직경방향 변형 허용부가 둘레방향의 전체 둘레에 걸쳐 구비되어 있기 때문에, 고압 용기에 있어서의 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 변형량을 거의 일치시켜, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 직경방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 4 양태는 고압 용기를 제공한다. 본 발명의 제 4 양태에 관한 고압 용기는, 복합재로 만들어진 쉘과, 상기 복합재로 만들어진 쉘에 의해 내포되는 동시에, 상기 복합재로 만들어진 쉘의 둘레방향의 신축 변화에 맞춰 둘레방향의 전체 길이에 걸쳐 신축 변화하는 중공의 보디부와, 단부를 갖는 금속제 라이너를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 양태에 관한 고압 용기에 의하면, 중공의 보디부는, 복합재로 만들어진 쉘의 둘레방향의 신축 변화에 맞춰 둘레방향의 전체 길이에 걸쳐 신축 변화하기 때문에, 고압 용기에 있어서의 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 변형량을 거의 일치시켜, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 직경방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 1 내지 제 4 양태 중 어느 하나에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너의 내부에는 수소 흡장 합금이 내장되어 있어도 된다. 이러한 경우에는, 충전물인 수소의 충전량을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 5 양태는, 고압 용기의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 제 3 양태에 관한 고압 용기의 제조 방법은, 보디부를 구성하는 복수의 보디부 구성재를 일렬로 배치하고, 상기 정렬된 복수의 보디부 구성재의 양 단부에 각각 단부를 구성하는 단부 구성재를 배치하며, 상기 각 단부 구성재에 대하여 상기 보디부 구성재를 향한 하중을 가하고, 하중이 가해진 상태에서, 상기 보디부 구성재 및 상기 단부 구성 부재에 대해 강화 섬유를 감고, 상기 감겨진 강화 섬유를 수지제에 의해 고정하는 것을 특징으로서 구비한다.

본 발명의 제 5 양태에 관한 고압 용기의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 제 1∼제 4 양태에 관한 고압 용기를 제조할 수 있다.

본 발명의 제 6 양태는, 고압 용기를 제공한다. 본 발명의 제 6 양태에 관한 고압 용기는, 축방향의 전체 길이 또는 둘레방향의 전체 길이 또는 축방향 및 둘레방향의 전체 길이에 걸쳐 요철이 있는 단면 형상을 갖고, 각각 축방향의 전체 길이 또는 둘레방향의 전체 길이 또는 축방향 및 둘레방향으로 변형시켰을 때, 평면으로 구성한 경우보다도 큰 탄성 변화를 허용할 수 있는 중공의 금속제 라이너 보디부와, 상기 금속제 라이너 보디부에 이어지는 양 단부와, 상기 금속제 라이너 보디부 및 양 단부를 둘러싸는 복합재로 만들어진 쉘을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 6 양태에 관한 고압 용기에 의하면, 축방향의 전체 길이 또는 둘레방향의 전체 길이 또는 축방향 및 둘레방향의 전체 길이에 걸쳐 요철이 있는 단면 형상을 갖고, 각각 축방향의 전체 길이 또는 둘레방향의 전체 길이 또는 축방향 및 둘레방향으로 변형을 시켰을 때, 평면으로 구성한 경우보다도 큰 탄성 변화를 허용할 수 있는 중공의 금속제 라이너 보디부를 구비하고 있기 때문에, 고압 용기에 있어서의 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 변형량을 거의 일치시켜, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 축방향, 둘레방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

본 발명의 제 6 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너 보디부의 외주면과 상기 복합재로 만들어진 쉘의 내주면 사이에 수지 또는 고무가 메워져 있어도 된다.

본 발명의 제 6 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너 보디부와 상기 양 단부가 일체로 성형되어 있어도 된다.

본 발명의 제 6 양태에 관한 고압 용기에 있어서, 상기 금속제 라이너 보디부는 복수의 보디부 구성 부재로 구성되고, 상기 각 보디부 구성 부재는, 접촉, 시일재 또는 용접에 의해 상기 금속제 라이너 보디부로부터 기체가 누출되는 것을 방지하도록 해도 된다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 도면을 참조하면서 몇개의 실시예에 기초하여 본 발명에 관한 고압 용기 및 고압 용기의 제조 방법에 관해서 설명한다.

제 1 실시예:

도 1∼도 3 을 참조하여 제 1 실시예에 관한 고압 탱크에 대해 설명한다. 도 1 은 제 1 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 설명하기 위해서 일부를 단면으로 나타내는 설명도이다. 도 2 는 제 1 실시예에 관한 고압 탱크의 외관을 나타내는 설명도이다. 도 3 은 제 1 실시예에 관한 고압 탱크의 제 1 변형예를 나타내는 설명도이다.

제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 원통 형상을 갖고 있고, 또한, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 원하는 탱크 형상을 갖는 금속제 라이너 (20) 와, 금속제 라이너 (20) 의 외주에 형성된 복합재로 만들어진 쉘 (30) 을 구비한다. 금속제 라이너 (20) 로는, 예를 들어, 스테인리스강, 알루미늄 등이 사용될 수 있다.

금속제 라이너 (20) 는, 원통 모양의 보디부 (21), 양 단부에 구금부 (22), 보디부 (21) 와 구금부 (22) 를 접속하는 캡부 (23) 를 갖는다. 본 실시예에 관한 금속제 라이너 (20) 는, 보디부 (21), 구금부 (22) 및 캡부 (23) 가 일체로 성형되어 있다. 보디부 (21) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 금속제 라이너 (20) 의 축방향 (길이방향) 의 전체 길이에 걸쳐 벨로스 모양의 신축 허용부 (211) 가 형성되어 있다. 신축 허용부 (211) 의 선단부 (211a) 는, 내압에 의해 소성 변형되는 일이 없는, 반경이 작은 턴백 (turnback) 형상을 갖고 있다.

신축 허용부 (211) 는, 그 기단부 (211b) 의 개폐 (변형) 에 의해 야기되는 탄성 작용에 의해, 고압 탱크 (10) 가 팽창ㆍ수축할 때에 금속제의 보디부 (21) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 미끄러짐을 방지한다. 본 실시예에서는, 보디부 (21) 는, 그 전체 길이에 걸쳐 신축 허용부 (211) 를 갖고 있기 때문에, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 변형에 따라 전체 길이에 걸쳐 변형할 수 있다. 즉, 보디부 (21) 에 요구되는 신축량은, 신축 허용부 (211) 에 의해 보디부 (21) 의 전체 길이로 분산된다.

복합재로 만들어진 쉘 (30) 은, 예를 들어, 탄소 섬유, 세라믹 섬유와 같은 강화 섬유를 금속제 라이너 (20) 의 외주에 헬리컬 와인딩 (helical winding) 및 후프 와인딩 (hoop winding) 의 수법에 의해 감고, 에폭시 수지 등의 수지에 의해 함침 고정시킴으로써 형성된다. 따라서, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 은, 감는 수법에 따라서 상이한 층 단면을 나타내지만, 본원의 도면에서는, 층 단면의 상세한 내용에 대해서 생략한다. 금속제 라이너 (20) 에 대하여 강화 섬유를 감을 때에는, 강화 섬유의 강화 특성을 유효하게 발휘시키기 위해서 주의가 요구된다.

금속제 라이너 (20) 에 복합재로 만들어진 쉘 (30) 이 형성된 후, 금속제 라이너 (20) 의 구금부 (22) 에 대하여 O 링 (24) 을 사이에 두고 접속 밸브 (25) 가 장착되어 고압 탱크 (10) 가 완성된다.

신축 허용부 (211) 는, 보디부 (21) 에 복합재로 만들어진 쉘 (30) 과 동등한 탄성 변화를 가져오도록 형성되어 있으면 되므로, 예를 들어, 도 3 에 나타내는 바와 같이 형성되어 있어도 된다. 도 3 에 나타내는 고압 탱크 (10) 는, 약 U 자 형상의 신축 허용부 (212) 를 갖고, 반경이 작은 턴백 형상의 선단부 (212a) 를 가지며, 기단부 (212b) 의 개폐 (변형) 에 의해 탄성 작용이 야기된다.

이상 설명한 바와 같이, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 에 의하면, 보디부 (21) 에는 신축 허용부 (211) 가 그 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있기 때문에, 내용물, 예를 들어 기체의 충전ㆍ방출에 수반하여 고압 탱크 (10) 가 축방향으로 팽창ㆍ수축하는 경우라도, 보디부 (21: 금속제 라이너 (20)) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 축방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다. 즉, 보디부 (21) 는, 신축 허용부 (211) 를 보디부 (21) 의 전체 길이에 걸쳐 구비함으로써, 금속제 라이너 (20) 는, 고압 탱크 (10) 의 팽창ㆍ수축에 수반하여 균일하게 축방향으로 신축하는 복합재로 만들어진 쉘 (30) 과 마찬가지로 균일하게 축방향으로 신축하는 것이 가능해져, 보디부 (21) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 축방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

보디부 (21: 금속제 라이너 (20)) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 미끄러짐을 방지함으로써, 양자 (21(20), 30) 사이에서의 마찰의 발생을 방지할 수 있고, 마찰에 수반되는 보디부 (21: 금속제 라이너 (20)) 및 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 마모를 방지할 수 있다. 그 결과, 고압 탱크 (10) 의 수명을 향상시킬 수 있다.

그리고, 금속제 라이너 (20) 는, 신축 허용부 (211) 를 구비함으로써 탄성 변화하기 때문에, 금속제 라이너 (20) 의 피로 수명을 향상시킬 수 있다.

제 2 실시예:

도 4∼도 12 를 참조하여 제 2 실시예에 관한 고압 탱크에 대해 설명한다. 도 4 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 상세히 나타내는 상세도이다. 도 5 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 1 변형예를 나타내는 설명도이다. 도 6 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 2 변형예를 나타내는 설명도이다. 도 7 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 3 변형예를 나타내는 설명도이다. 도 8 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 4 변형예를 나타내는 설명도이다. 도 9 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 5 변형예를 나타내는 설명도이다. 도 10 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제조 공정을 나타내는 플로우차트이다. 도 11 및 도 12 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제조 공정을 나타내는 설명도이다.

제 2 실시예에 관한 고압 탱크 (11) 는, 금속제 라이너 (40) 의 보디부 (41) 가 복수의 보디부 구성재 (42) 에 의해 형성되고, 금속제 라이너 (40) 의 양단이 보디부 구성재 (42) 와는 별체의 단부 구성재 (43) 에 의해 형성되어 있는 점에서 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 와 다르다. 즉, 복수의 보디부 구성재 (42) 가 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 축방향의 신축에 따른 금속제 라이너 (40) 의 신축을 허용하는 신축 허용부를 형성하고 있다. 한편 복합재로 만들어진 쉘 (30), 접속 밸브 (25) 등에 대해서는, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또한, 고압 탱크 (11) 의 외관에 대해서는 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 의 외관과 동일하기 때문에 도 2 를 참조하고, 도시를 생략한다.

제 2 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (40) 의 보디부 (41) 는, 전술한 바와 같이 복수의 보디부 구성재 (42) 로 구성되어 있다. 보디부 구성재 (42) 는, 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, C 자 형상의 단면을 갖는 링크 형상 부재이고, 고압 탱크 (11) 의 축방향으로 가해진 응력에 의해 개방단이 근접ㆍ이간하는 탄성 변형을 나타낸다. 보디부 구성재 (42) 는, 고압 탱크 (11) 의 축방향으로 복수 배열됨으로써 보디부 (41) 를 구성한다. 각 보디부 구성재 (42) 는, 단순히 밀접 (접촉 시일) 되어 있기만 해도 되고, 또는, 서로 접착제에 의해 접착되어 있어도 된다.

제 2 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (40) 를 구성하는 단부 구성재 (43) 는, 제 1 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (20) 의 구금부 (22) 에 상당하는 제 1 개구부 (431) 와, 제 1 개구부 (431) 보다도 큰 개구 면적을 갖고, 제 1 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (20) 의 캡부 (23) 에 상당하는 제 2 개구부 (432) 를 구비하고 있다. 단부 구성재 (43) 는, 제 2 개구부 (432) 의 주연부 (433) 에 의해, 배열되어 있는 복수의 보디부 구성재 (42) 중 양 단부에 위치하는 보디부 구성재 (42) 를 지지한다.

보디부 구성재 (42) 에는, C 자 형상의 단면을 갖는 링크 형상 부재 외에, 도 5∼도 9 에 나타내는 링 형상 부재가 사용될 수 있다. 도 5 에 나타내는 제 1 변형예에서는, U 자 형상의 단면을 갖는 링 형상의 보디부 구성재 (42a) 가 사용되고 있다. 도 6 에 나타내는 제 2 변형예에서는, U 자 형상의 단면을 갖는 한쪽에만 플랜지를 갖는 링 형상의 보디부 구성재 (42b) 가 사용되고 있고, 플랜지에 의해 인접하는 보디부 구성재 (42b) 의 위치가 서로 규제되어, 보디부 구성재 (42b) 의 배열을 용이하게 할 수 있다. 도 7 에 나타내는 제 3 변형예에서는, U 자 형상의 단면을 갖는 링 형상의 보디부 구성재 (42a) 및 U 자 형상의 단면을 갖는 양쪽에 플랜지를 갖는 링 형상의 보디부 구성재 (42c) 가 사용되고 있다.

도 8 에 나타내는 제 4 변형예에서는, O 자 형상의 단면을 갖는 링 형상 (파이프링 형상)의 보디부 구성재 (42d) 가 사용되고 있다. 또, 보디부 구성재 (42d) 에는, 그 내측에 (링의 중심을 향하여) 복수의 구멍이 형성되어 있어도 된다. 이러한 경우에는, 구멍으로부터 보디부 구성재 (42d) 의 내부에 내압이 가해져, 각 보디부 구성재 (42d) 사이의 접압을 증대시켜 밀접성을 향상시킬 수 있다. 또한, 밀접성이 향상됨으로써, 각 보디부 구성재 (42d) 사이를 접합한 경우에 있어서의, 접합부를 떼어내는 작용력을 저감시킬 수 있다.

도 9 에 나타내는 제 5 변형예에서는, U 자 형상의 단면을 갖는 링 형상의 보디부 구성재 (42a) 와 고무, 테플론 수지와 같은 탄성체로 이루어지는 시일재 (44) 가 사용되고 있다. 이 변형예에서는, 금속제의 보디부 구성재 (42a) 와 비금속성의 시일재 (44) 가 번갈아 배열된다. 시일재 (44) 를 개재시킴으로써, 보디부 (41) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 시일 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

제 2 실시예에 관한 고압 탱크 (11) 의 제조 공정에 대해서 도 10∼도 12 를 참조하여 간단히 설명한다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 우선, 요구되는 고압 탱크 (11) 길이에 맞춰서 복수의 보디부 구성재 (42) 를 배열하고, 복수의 보디부 구성재 (42) 에 의해 형성된 보디부 (41) 의 양 단부에 단부 구성재 (43) 를 각각 배치하여 금속제 라이너 (40) 의 조립 (형성) 이 실행된다 (단계 S10). 보디부 구성재 (42) 및 단부 구성재 (43) 를 배열, 배치하여 금속제 라이너 (40) 를 형성할 때에는, 도시하는 바와 같이 축방향으로 소정의 압력을 가하면서 지그 (45) 를 사용하여 위치 결정이 이루어진다.

금속제 라이너 (40) 의 형성이 완료되면, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 축방향으로의 가압 상태를 유지한 채로 지그 (45) 를 떼어내고, 필라멘트 와인딩 장치 (46) 를 사용하여 금속제 라이너 (40) 에 대해 강화 섬유 (31) 를 감는다 (단계 S11). 강화 섬유 (31) 를 감을 때에는, 헬리컬 와인딩과 후프 와인딩의 와인딩 수법을 사용할 수 있다. 일반적으로, 후프 와인딩은 보디부 (41) 에 대하여 실시되고, 헬리컬 와인딩은 보디부 (41) 및 단부 (단부 구성재 (43)) 에 대하여 실시된다. 강화 섬유 (31) 가 감겨짐으로써 보디부 구성재 (42) 와 단부 구성재 (43) 가 강고하게 고정된다. 또, 도 12 에서는, 필라멘트 와인딩 장치 (46) 를 개념적으로 나타내고 있다.

감겨진 강화 섬유 (31) 에 대하여 에폭시 수지 등의 수지를 함침시켜서 강화 섬유 (31) 를 고정하여 복합재로 만들어진 쉘 (30) 을 형성한다 (단계 S12). 마지막으로, 접속 밸브 (25) 등의 관련 부품이 장착되어 (단계 S13), 고압 탱크 (11) 가 완성된다.

이상 설명한 바와 같이 제 2 실시예에 관한 고압 탱크 (11) 에 의하면, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 에 의해 얻어지는 효과에 추가하여 다음의 효과를 얻을 수 있다. 고압 탱크 (11) 의 금속제 라이너 (40) 의 보디부 (41) 는 복수의 보디부 구성재 (42) 로 형성되지만, 축방향으로 예압이 가해진 상태로 제조되기 때문에, 각 보디부 구성재 (42) 에서의 기밀성을 향상시킬 수 있다. 또, 보디부 구성재 (42) 와 단부 구성재 (43) 는 접촉 시일되어 있지만, 예압 및 내용물 충전후의 내압에 의해 양자 (42, 43) 의 시일성이 향상되어 기밀을 유지할 수 있다.

그리고, 금속제 라이너 (40) 에는, 축방향으로 예압이 가해져 있기 때문에, 금속제 라이너 (40) 의 피로 한계를 높일 수 있다.

제 2 실시예는 또, 도 13 에 나타내는 양태에 의해서도 실시될 수 있다. 도 13 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 6 변형예를 나타내는 설명도이다. 제 6 변형예에서는, 고압 탱크 (11) 는, 단면 U 자 형상의 보디부 구성재 (42a) 가 접촉 및 접착이 아니라, 용접부 (47) 로서 나타내고 있는 것처럼 용접에 의해 접합되어 있다. 제 2 실시예에 관한 고압 탱크 (11) 는, 예압을 가한 상태로 강화 섬유 (31) 가 감겨져 제조되는 동시에, 보디부 구성재 (42a) 가 탄성 변형을 불러오기 때문에, 고압 탱크 (11) 가 팽창ㆍ수축하는 경우에 있어서도 용접부 (47) 에 대한 응력 집중을 회피할 수 있다. 따라서, 보디부 구성재 (42a) 를 용접에 의해 접합한 경우라도 금속제 라이너 (40) 의 수명 한계를 향상시킬 수 있다. 또, 용접은 둘레방향 전역에 걸쳐 실시될 수도 있고, 또는 부분적으로 실시될 수도 있다.

제 2 실시예에 있어서, 금속제 라이너 (40) 에 대한 예압은, 축방향뿐만 아니라 둘레방향, 또는 축방향 및 둘레방향으로 가해질 수도 있다. 또한, 예압을 가하는 수단으로는, 기계적인 가압, 유체를 사용한 내부의 감압 또는 외부로부터의 가압 중 어느 것이나 사용할 수 있다.

제 3 실시예:

도 14 를 참조하여 제 3 실시예에 관한 고압 탱크에 대해 설명한다. 도 14 는 제 3 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 상세히 나타내는 상세도이다. 제 3 실시예에 관한 고압 탱크 (12) 의 금속제 라이너 (50) 는, 신축 허용부로서 기능하는 나선 모양의 홈을 갖고 일체로 형성되어 보디부 (51) 를 구성하는 보디부 구성재 (52) 와, 보디부 구성재 (52) 에 대하여 나사 결합되는 단부 구성재 (53) 에 의해 형성된다. 또, 제 3 실시예에 관한 고압 탱크 (12) 의 다른 구성 요소에 대해서는, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 의 구성 요소와 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

제 3 실시예에 관한 고압 탱크 (12) 에 의하면, 보디부 구성재 (52) 에 대하여 단부 구성재 (53) 를 나사 결합시킴으로써 금속제 라이너 (50) 를 형성할 수 있기 때문에, 금속제 라이너 (50) 를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 보디부 구성재 (52) 는, 신축 허용부로서 기능하는 홈을 갖고, 물결 형상의 종단면을 구비하기 때문에, 제 3 실시예에 관한 고압 탱크 (12) 는, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

제 4 실시예:

도 15∼도 20 을 참조하여 제 4 실시예에 관한 고압 탱크에 대해 설명한다. 도 15 는 제 4 실시예에 관한 고압 탱크의 내부 구성을 나타내는 설명도이다. 도 16 은 도 15 에 나타내는 고압 탱크에 있어서의 원판과 보디부 구성재의 접합 수법을 나타내는 상세도이다. 도 17 은 도 15 에 나타내는 고압 탱크에 있어서의 원판과 보디부 구성재의 다른 접합 수법을 나타내는 상세도이다. 도 18 은 제 4 실시예에 관한 고압 탱크의 제 1 변형예를 나타내는 설명도이다. 도 19 는 제 4 실시예에 관한 고압 탱크에 있어서의 원판과 보디부 구성재의 다른 접합 수법을 나타내는 상세도이다. 도 20 은 제 4 실시예에 관한 고압 탱크의 제 2 변형예를 나타내는 설명도이다.

제 4 실시예에 관한 고압 탱크 (13) 에서는, 제 2 실시예에 관한 고압 탱크 (11) 와 동일하게, 금속제 라이너 (60) 의 보디부 (61) 가 신축 허용부로서 기능하는 복수의 보디부 구성재 (62) 에 의해 형성되고, 금속제 라이너 (60) 의 양단이 보디부 구성재 (62) 와는 별체의 단부 구성재 (63) 에 의해 형성되어 있다. 또, 각 보디부 구성재 (62) 사이에는 원판 (64) 이 개재되어 있다. 또, 제 4 실시예에 관한 고압 탱크 (13) 의 다른 구성 요소에 대해서는, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 또는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크 (11) 의 구성 요소와 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

제 4 실시예에 있어서의 보디부 구성재 (62) 는, 예를 들어, 도 15 에 나타내는 바와 같이, U 자 형상의 단면을 갖는 링 형상 부재이고, 고압 탱크 (13) 의 축방향으로 가해진 응력에 의해 개방단이 근접ㆍ이간하는 탄성 변형을 나타낸다. 보디부 구성재 (62) 는, 각 보디부 구성재 (62) 사이에 원판 (64) 을 끼운 상태로 고압 탱크 (13) 의 축방향으로 복수 배열됨으로써 보디부 (61) 를 구성한다.

원판 (64) 은, 구리 또는 알루미늄과 같은 금속 또는 FRP 로 이루어지고, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 내용물인 기체의 이동을 허용하는 복수의 구멍 (641) 을 갖고 있다. 원판 (64) 을 구비함으로써, 고압 탱크 (13) 의 직경방향의 변형을 억제할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 보디부 구성재 (62) 는, 스테인리스강, 알루미늄 등으로 형성될 수 있지만, 일반적으로 스테인리스강은 강도는 높지만 접합이 곤란하다. 그래서, 보디부 구성재 (62) 로서 스테인리스강을 사용하는 경우에는, 원판 (64) 과의 접합 성능을 향상시키기 위해, 구리 또는 알루미늄에 의해 피복된 클래드재를 사용할 수도 있다.

그리고, 일반적으로, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 은 기체를 투과시키기 쉽기 때문에, 원판 (64) 의 표면에는 내용물인 기체의 투과를 방지하기 위한 코팅이 행해져 있을 수도 있다. 코팅에 사용되는 코팅재로는, 불소 수지 등의 수지류, 알루미늄, 금, 구리 등의 금속류가 사용된다.

각 보디부 구성재 (62) 와 원판 (64) 은, 도 16 에 나타내는 바와 같이 서로 접합되어 있고, 보디부 (61) 의 양단에 위치하는 보디부 구성재 (62) 와 단부 구성재 (63) 는 접촉 시일되어 있다. 또는, 원판 (64) 이 보디부 (61) 의 양단에 위치하는 경우에는, 원판 (64) 과 단부 구성 부재 (63) 는 접합된다. 그리고, 도 17 에 나타내는 바와 같이 원주부 근방에서 주연부를 향하여 두께가 늘어나는 형상의 원판 (642) 이 사용되는 경우에는, 보디부 구성재 (62) 와 원판 (642) 은 접촉 시일될 수도 있다. 이러한 경우에는, 고압 탱크 (13) 의 내압에 의해 보디부 구성재 (62) 와 원판 (642) 과의 접압이 높아지기 때문에, 접촉 시일에 의해 충분한 시일 특성을 얻을 수 있다. 또한, 고압 탱크 (13) 를 제조할 때에 금속제 라이너 (60) 에 예압을 가한 경우에는, 고압 탱크 (13) 의 내압에 추가하여 예압에 의해서도 접압이 높아진다.

제 4 실시예에 관한 고압 탱크 (13) 는, 도 18 에 나타내는 바와 같이 수소 흡장 합금 (MH) 을 내장하고, 중심부에 큰 개구부 (651) 를 갖는 원판 (65) 을 구비할 수도 있다. 원판 (65) 의 개구부 (651) 에는, 균일하게 분산된 수소 흡장 합금 (MH) 을 각 원판 (65) 별로 분리하기 위한 필터 (66) 가 구비되어 있다. 원판 (65) 을 구비함으로써, 수소 흡장시, 즉 수소 충전시에 수소 흡장 합금 (MH) 에서 발생한 열이 복합재로 만들어진 쉘 (30) 에 전달되는 속도를 향상시킬 수 있다. 고압 탱크 (13) 의 용기내 온도가 상승하면 저장 가능한 충전량이 저하되는 것이 알려져 있지만, 본 변형예에 의하면, 고압 탱크 (13) 의 용기 온도를 저하시킬 수 있어, 고압 탱크 (13) 에 대한 수소의 충전량을 증대시킬 수 있다.

제 4 실시예에 관한 고압 탱크 (13) 에 있어서의 보디부 구성재 (62) 와 원판 (64) 의 다른 접합 수법에 대해서 도 19 를 참조하여 설명한다. 도 19 에 나타내는 접합 수법에서는, 보디부 구성재 (62) 에 원판 (64) 의 단부를 지지하는 원판 접합부 (621) 를 형성하고, 이러한 원판 접합부 (621) 에서 보디부 구성재 (62) 와 원판 (64) 이 접합, 접착 및 끼워 맞춰진다.

그리고, 도 20 을 참조하여, 제 4 실시예에 관한 고압 탱크의 제 2 변형예에 대해서 설명한다. 제 2 변형예에서는, 원판 (67) 에 구비된 큰 개구부 (671) 에 대해, 개구부 (671) 에 대한 응력 집중을 방지하기 위해 보강재 (672) 가 피복 또는 접합되어 있다. 보강재 (672) 를 구비함으로써 개구부 (671) 의 강도가 향상되어, 개구부 (671) 에 대한 응력의 집중을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제 4 실시예에 관한 고압 탱크 (13) 에 의하면, 금속제 라이너 (60) 의 내부에 원판 (64, 65, 67) 이 구비되어 있기 때문에, 고압 탱크 (13) 의 팽창에 수반되는 금속제 라이너 (60: 고압 탱크 (13)) 의 직경방향에 대한 변형을 방지할 수 있다. 또한, 보디부 구성재 (62) 는, U 자 형상의 단면을 구비하기 때문에, 제 4 실시예에 관한 고압 탱크 (13) 는, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

제 5 실시예:

도 21 을 참조하여 제 5 실시예에 관한 고압 탱크에 대해 설명한다. 도 21 은 제 5 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 상세히 나타내는 상세도이다.

제 5 실시예에 관한 고압 탱크 (14) 에 있어서, 금속제 라이너 (70) 는, 보디부 (71) 를 구성하는 보디부 구성재 (72) 와, 보디부 구성재 (72) 를 양 단부에서 지지하는 단부 구성재 (73), 보디부 구성재 (72) 에 의해 유지되는 원판 (74) 을 구비하고 있다. 또, 복합재로 만들어진 쉘 (30), 접속 밸브 (25) 등에 관해서는, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 와 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

제 5 실시예에 관한 고압 탱크 (14) 에서는, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 보디부 구성재 (72) 는 원판 (74) 의 주연부를 둘러쌈으로써 원판 (74) 을 유지하고 있다. 보디부 구성재 (72) 와 원판 (74) 의 걸어맞춤을 확실하게 하기 위해서, 원판 (74) 의 주연부 (741) 는 두께가 있는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 보디부 구성재 (72) 는, 고압 탱크 (14) 의 내압을 수용하여 원판 (74) 의 주연부 (741) 를 사이에 끼우기 때문에, 보디부 구성재 (72) 와 원판 (74) 사이의 기밀 유지가 확실한 것, 즉, 고압 탱크 (14) 의 내압과 보디부 구성재 (72) 와 원판 (74) 에 의해 구획 형성되는 공간 압력의 사이에 충분한 압력차가 존재할 것이 요구된다.

제 6 실시예:

도 22∼도 24 를 참조하여 제 6 실시예에 관한 고압 탱크에 대해 설명한다. 도 22 는 제 6 실시예에 관한 고압 탱크의 내부 구성을 나타내는 설명도이다. 도 23 은 제 6 실시예에 관한 고압 탱크의 횡단면의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 24 는 제 6 실시예에 관한 고압 탱크의 다른 횡단면의 일부를 나타내는 단면도이다. 또, 도 23 및 도 24 에서는, 설명을 쉽게 하기 위해 필요한 구성 요소만이 기재되어 있다.

제 6 실시예에 관한 고압 탱크 (15) 에서는, 금속제 라이너 (80) 의 보디부 (81) 가 직선 형상의 복수의 보디부 구성재 (82) 에 의해 형성되고, 금속제 라이너 (80) 의 양단이 보디부 구성재 (82) 와는 별체의 단부 구성재 (83) 에 의해 형성되어 있다. 제 2 실시예에 관한 고압 탱크 (11) 에서는, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 축방향의 신축에 따라서 금속제 라이너 (40) 를 축방향으로 신축시키기 위해 복수의 링 형상의 보디부 구성재 (41) 가 사용된 것에 반하여, 제 6 실시예에 관한 고압 탱크 (15) 에서는, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 에 발생하는 직경방향 (원주방향) 의 신축에 따라서 금속제 라이너 (80) 를 직경방향으로 신축시키기 위해 복수의 직선 형상의 보디부 구성재 (81) 가 사용된다. 또, 복합재로 만들어진 쉘 (30), 접속 밸브 (25) 등에 대해서는, 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 와 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또한, 고압 탱크 (15) 의 외관에 대해서는 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 의 외관과 동일하므로 도 2 를 참조하고 도시를 생략한다.

제 5 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (80) 의 보디부 (81) 는, 전술한 바와 같이 복수의 보디부 구성재 (82) 로 구성되어 있다. 보디부 구성재 (82) 는, 예를 들어, 도 23 의 횡단면도에 나타내는 바와 같이, U 자 형상의 단면을 갖는 직선 형상 부재이고, 고압 탱크 (15) 의 직경방향으로 가해진 응력에 의해 개방단 (821) 이 근접ㆍ이간하는 탄성 변형을 나타낸다. 보디부 구성재 (82) 는, 고압 탱크 (15) 의 직경방향 (둘레방향) 으로 복수 배열됨으로써 보디부 (81) 를 구성한다. 각 보디부 구성재 (82) 는, 단순히 밀접 (접촉 시일) 되어 있기만 해도 되고, 또는 서로 접착제에 의해 접착되어 있거나, 용접 등에 의해 접합될 수도 있다.

제 6 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (80) 를 구성하는 단부 구성재 (83) 는, 제 1 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (20) 의 구금부 (22) 에 상당하는 제 1 개구부 (831) 와, 제 1 개구부 (831) 보다도 큰 개구 면적을 갖고, 제 1 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (20) 의 캡부 (23) 에 상당하는 제 2 개구부 (832) 를 구비하고 있다. 단부 구성재 (83) 는, 제 2 개구부 (832) 의 주연부 (833) 에 의해 배열되어 있는 복수의 보디부 구성재 (82) 의 양 단부를 지지한다.

제 6 실시예에 관한 고압 탱크 (15) 는, 도 24 에 나타내는 제 1 변형예에 따라서 실현될 수도 있다. 제 1 변형예에 있어서의 보디부 구성재 (84) 는, 물결판 형상 단면을 갖는다. 보디부 구성재 (84) 는, 예를 들어, 1 장의 판을 물결판 형상으로 가공함으로써 얻어진다. 이러한 경우에는, 물결판 형상 부분이 신축함으로써, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 직경방향의 신축에 따른 금속제 라이너 (80) 의 직경방향의 신축이 실현된다.

보디부 구성재 (82) 는, 또, 이밖에도 원 형상 단면, C 자 형상 단면, Ω형상 단면을 가질 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제 6 실시예에 관한 고압 탱크 (15) 에 의하면, 보디부 구성재 (82) 에 의해 신축 허용부가 금속제 라이너 (80) 의 직경방향 전역 (전체 둘레) 에 걸쳐 형성되어 있기 때문에, 내용물, 예를 들어, 기체의 충전ㆍ방출에 수반하여 고압 탱크 (15) 가 팽창ㆍ수축하는 경우라도, 보디부 (81: 금속제 라이너 (80)) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 직경방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다. 즉, 보디부 (81) 는, 신축 허용부로서 기능하는 단면 U 자 형상의 직선 형상 보디부 구성재 (82) 에 의해 형성되어 있기 때문에, 보다 작은 응력에 대응하여 둘레방향으로 탄성 변화할 수 있다. 이 결과, 금속제 라이너 (80) 는, 고압 탱크 (15) 의 팽창ㆍ수축에 수반하여 둘레방향으로 균일하게 신축하는 복합재로 만들어진 쉘 (30) 과 마찬가지로 둘레방향으로 균일하게 신축할 수 있게 되어, 보디부 (81) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 미끄러짐을 방지할 수 있다.

보디부 (81: 금속제 라이너 (80)) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 미끄러짐을 방지함으로써, 양자 (81, 30) 사이에서 마찰이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 마찰에 수반되는 보디부 (81) 및 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 마모를 방지할 수 있다. 이 결과, 고압 탱크 (15) 의 수명을 향상시킬 수 있다.

제 7 실시예:

도 25 및 도 26 을 참조하여 제 7 실시예에 관한 고압 탱크에 대해 설명한다. 도 25 는 제 7 실시예에 관한 고압 탱크의 내부 구성을 나타내는 설명도이다. 도 26 은 제 7 실시예에 관한 고압 탱크의 횡단면의 일부를 나타내는 단면도이다. 또, 도 26 에서는, 설명을 쉽게 하기 위해 필요한 구성 요소만이 기재되어 있다.

제 7 실시예에 관한 고압 탱크 (16) 에서는, 금속제 라이너 (90) 의 보디부 (91) 가 요철부를 번갈아 갖는 직선 형상 또는 링 형상의 복수의 보디부 구성재 (92) 에 의해 형성되고, 금속제 라이너 (90) 의 양단이 보디부 구성재 (92) 와는 별체의 단부 구성재 (93) 에 의해 형성되어 있다. 앞서 서술한 실시예에서는, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 의 축방향 및 직경방향 중 어느 한 방향의 신축에 따라서 금속제 라이너를 축방향 및 직경방향 중 어느 한쪽 방향으로 신축시키기 위한 실시예가 설명되었지만, 제 7 실시예에 관한 고압 탱크 (16) 에서는, 복합재로 만들어진 쉘 (30) 에 발생하는 축방향 및 직경방향 (원주방향) 의 신축에 따라서 금속제 라이너 (90) 를 축방향 및 직경방향으로 신축시킨다. 또, 복합재로 만들어진 쉘 (30), 접속 밸브 (25) 등에 대해서는 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 와 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 또, 고압 탱크 (15) 의 외관에 대해서는 제 1 실시예에 관한 고압 탱크 (10) 의 외관과 동일하므로, 도 2 를 참조하고 도시를 생략한다.

제 7 실시예에 관한 고압 탱크 (16) 에서는, 금속제 라이너 (90) 는, 복수의 오목부 (92a) 및 볼록부 (92b) 를 번갈아 갖는 보디부 (91) 를 구비한다. 보디부 (91) 는, 예를 들어, 판 형상 부재에 대하여 오목부 (92a) 및 볼록부 (92b) 를 프레스 성형함으로써 형성된다. 또는, 보디부 (91) 가 복수의 링 형상 보디부 구성재에 의해 형성되어 있는 경우에는, 복수의 보디부 구성재를 축방향으로 배열하여 밀접시키고, 예압을 가한 상태에서 강화 섬유를 감아 고정함으로써 형성된다.

보디부 (91) 는, 도 25 및 도 26 에 나타내는 바와 같이, 횡단면 및 종단면 양쪽에서 물결판 형상의 단면을 나타낸다. 따라서, 제 7 실시예에 있어서의 금속제 라이너 (90) 는, 축방향의 전체 길이 및 직경방향의 전체 둘레에 걸쳐, 복수의 오목부 (92a) 및 볼록부 (92b) 에 의해 형성되는 신축 허용부를 구비하고 있다. 또, 보디부 (91) 는, 이밖에도 U 자ㆍC 자 단면을 갖는 링 형상 부재를 물결판 형상화한 보디부 구성재, 또는 U 자ㆍC 자 단면을 갖는 직선 형상 부재를 물결판 형상화한 보디부 구성재를 배열시키는 것에 의해 형성될 수도 있고, 띠형상재를 축방향 및 직경방향으로 각각 조합하여 입체 형상으로 함으로써 형성될 수도 있다. 어느 경우에서든, 축방향 및 직경방향 양쪽에 있어서 큰 탄성 변화를 허용할 수 있으면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 제 7 실시예에 관한 고압 탱크 (16) 에 의하면, 복수의 오목부 (92a) 및 볼록부 (92b) 에 의해 형성되는 신축 허용부가 금속제 라이너 (90) 의 축방향의 전체 길이 및 직경방향 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있기 때문에, 보디부 (91: 금속제 라이너 (90)) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 축방향 및 직경방향 양쪽의 미끄러짐을 방지할 수 있다. 즉, 보디부 (91) 는, 신축 허용부로서 기능하는 오목부 (92a) 및 볼록부 (92b) 를 번갈아 갖는 판 형상 부재 또는 링 형상의 복수의 보디부 구성재에 의해 형성되어 있기 때문에, 보다 작은 응력에 대응하여 축방향 및 직경방향으로 탄성 변화할 수 있다. 이 결과, 금속제 라이너 (90) 는, 고압 탱크 (16) 의 팽창ㆍ수축에 수반하여 축방향 및 직경방향으로 균일하게 신축하는 복합재로 만들어진 쉘 (30) 과 마찬가지로 축방향 및 직경방향으로 균일하게 신축하는 것이 가능해져, 보디부 (91) 와 복합재로 만들어진 쉘 (30) 사이에 발생하는 축방향 및 직경방향의 미끄러짐을 방지할 수 있다.

ㆍ그 밖의 실시예:

(1) 상기 각 실시예에서는, 접속 밸브 (25) 를 양 단부에 구비한 고압 탱크 (10, 11) 를 사용하여 설명했지만, 접속 밸브 (25) 는 일단에만 구비되어 있어도 된다.

(2) 상기 각 실시예에 있어서, 금속제 라이너의 외주에 강화 섬유를 감기 전에, 금속제 라이너의 외주에 필름, 테이프를 감아도 된다. 또한, 수지 성형품에 의해 금속제 라이너 (보디부) 의 외주에 형성되어 있는 오목부 (신축 허용부) 를 메워도 된다. 수지를 사용하여 강화 섬유를 고정할 때에는, 금속제 라이너 (보디부) 의 외주에 형성되어 있는 오목부 (신축 허용부) 로 수지가 빠져나갈 가능성이 있다. 수지가 빠져나가는 것은, 복합재로 만들어진 쉘에 수지 부족부 (성형 불량부) 가 발생되는 원인이 된다.

이에 대하여, 미리 필름, 테이프, 수지 성형품 등을 사용하여 금속제 라이너 (보디부) 의 외주에 형성되어 있는 오목부 (신축 허용부) 를 덮거나 또는 막으면, 복합재로 만들어진 쉘에서의 수지 부족부 (성형 불량부) 의 발생을 방지할 수 있다. 수지 성형품을 사용하는 경우에는, 오목부가 메워지기 때문에 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 접촉 면적이 확대되어, 고압 탱크의 내압이 넓게 복합재로 만들어진 쉘 내면에 전달된다.

필름, 테이프, 수지의 재질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌, 나일론 6, 에폭시 수지, 강화 섬유 플라스틱 (FRP) 등이 사용될 수 있다. 수지 성형품은, 기제의 수지 성형품을 가공하여 사용할 수도 있고, 수지 재료를 금속제 라이너 (보디부) 의 외주에 형성되어 있는 오목부 (신축 허용부) 에 부어 넣어 오목부에 적합한 형상으로 성형함으로써 얻을 수도 있다.

이상, 몇개의 실시예에 기초하여 본 발명에 관한 고압 용기 및 고압 용기의 제조 방법에 대해 설명했지만, 상기한 발명의 실시형태는, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위한 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지 및 특허청구의 범위를 일탈하지 않으면서 변경 및 개량될 수 있는 동시에, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다.

본 발명에 따른 고압 용기에 있어서, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘의 변형량을 거의 일치시켜, 금속제 라이너와 복합재로 만들어진 쉘 사이에 발생하는 미끄러짐을 방지한다.

도 1 은 제 1 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 설명하기 위해서 일부를 단면으로 나타내는 설명도,

도 2 는 제 1 실시예에 관한 고압 탱크의 외관을 나타내는 설명도,

도 3 은 제 1 실시예에 관한 고압 탱크의 제 1 변형예를 나타내는 설명도,

도 4 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 상세히 나타내는 상세도,

도 5 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 1 변형예를 나타내는 설명도,

도 6 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 2 변형예를 나타내는 설명도,

도 7 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 3 변형예를 나타내는 설명도,

도 8 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 4 변형예를 나타내는 설명도,

도 9 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 5 변형예를 나타내는 설명도,

도 10 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제조 공정을 나타내는 플로우차트,

도 11 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제조 공정을 나타내는 설명도,

도 12 는 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제조 공정을 나타내는 설명도,

도 13 은 제 2 실시예에 관한 고압 탱크의 제 6 변형예를 나타내는 설명도,

도 14 는 제 3 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 상세히 나타내는 상세도,

도 15 는 제 4 실시예에 관한 고압 탱크의 내부 구성을 나타내는 설명도,

도 16 은 도 15 에 나타내는 고압 탱크에 있어서의 원판과 보디부 구성재와의 접합 수법을 나타내는 상세도,

도 17 은 도 15 에 나타내는 고압 탱크에 있어서의 원판과 보디부 구성재와의 다른 접합 수법을 나타내는 상세도,

도 18 은 제 4 실시예에 관한 고압 탱크의 제 1 변형예를 나타내는 설명도,

도 19 는 제 4 실시예에 관한 고압 탱크에 있어서의 원판과 보디부 구성재와의 다른 접합 수법을 나타내는 상세도,

도 20 은 제 4 실시예에 관한 고압 탱크의 제 2 변형예를 나타내는 설명도,

도 21 은 제 5 실시예에 관한 고압 탱크의 내부를 상세히 나타내는 상세도,

도 22 는 제 6 실시예에 관한 고압 탱크의 내부 구성을 나타내는 설명도,

도 23 은 제 6 실시예에 관한 고압 탱크의 횡단면의 일부를 나타내는 단면도,

도 24 는 제 6 실시예에 관한 고압 탱크의 다른 횡단면의 일부를 나타내는 단면도,

도 25 는 제 7 실시예에 관한 고압 탱크의 내부 구성을 나타내는 설명도, 및

도 26 은 제 7 실시예에 관한 고압 탱크의 횡단면의 일부를 나타내는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*

10, 11, 12, 13, 14, 15, 16: 고압 탱크

20, 40, 50, 60, 70, 80, 90: 금속제 라이너

30: 복합재로 만들어진 쉘

31: 강화 섬유

21, 41, 51, 61, 71, 81, 91: 보디부

211: 신축 허용부

22: 구금부(口金部)

23: 캡부

24: O 링

25: 접속 밸브

42, 52, 62, 72, 82, 92: 보디부 구성재

43, 53, 63, 73, 83, 93: 단부 구성재

64, 65, 67, 74: 원판