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KR20230097448A - 수소탱크 지지장치 - Google Patents

수소탱크 지지장치 Download PDF

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KR20230097448A
KR20230097448A KR1020210186955A KR20210186955A KR20230097448A KR 20230097448 A KR20230097448 A KR 20230097448A KR 1020210186955 A KR1020210186955 A KR 1020210186955A KR 20210186955 A KR20210186955 A KR 20210186955A KR 20230097448 A KR20230097448 A KR 20230097448A
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KR
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hydrogen tank
pair
plate
support device
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Pending
Application number
KR1020210186955A
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English (en)
Inventor
박주일
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

수소탱크 지지장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 이격되어 마련되는 한 쌍의 제1 프레임, 한 쌍의 제1 프레임 사이에 마련되며, 수소탱크가 삽입 및 지지되는 적어도 하나의 개구부를 포함하는 제2 프레임, 한 쌍의 제1 프레임의 양측에 각각 마련되어 한 쌍의 제1 프레임에 지지되는 적어도 하나의 제3 프레임을 포함하고, 제3 프레임은 제1 프레임의 일측에 마련되며, 경사지게 배치되는 제1 플레이트와, 제1 프레임의 타측에 마련되며, 제1 플레이트와 교차되는 방향으로 경사지게 배치되는 제2 플레이트를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.

Description

수소탱크 지지장치{SUPPORTING APPARATUS FOR HYDROGEN TANK}
본 발명은 수소탱크 지지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소탱크의 하중으로 인한 지지장치의 변형을 방지하며 중량을 감소하는 수소탱크 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 자동차가 화석연료와 공기 중의 산소를 엔진 내에서 연소시켜 그 폭발력으로 자동차를 구동시키는 것과는 달리 연료전지 자동차(Fuel Cell car)는 고압수소탱크 또는 개질기를 통해 공급되는 수소와 공기 압축기를 통해 공급되는 공기 중의 산소를 연료전지스택 내에서 전기 화학 반응시켜 생성된 전기에너지를 이용하여 자동차를 구동하게 된다.
이와 같은 연료전지 차량에서 사용하는 연료인 수소는 보다 안전하면서 콤팩트(Compact)하게 하여 운반(수송)하거나 저장하는 것이 매우 중요한데, 이를 위한 여러 방법 중, 현재는 경량이면서도 고압의 탱크(또는 봄베(bomb)라고 함)을 사용하는 추세에 있다.
이때, 고압 탱크를 사용하는 경우 고압 탱크의 용적에 따른 승차 공간 확보와 충분한 주행거리 확보에 의한 실용성 측면에서 통상, 탱크 내에 충진되는 수소를 350bar이나 그 이상의 고압으로 압축하여야 한다. 상기와 같이 고압의 수소가 충진된 고압탱크는 통상적으로 차량의 후방에 탑재되어 장착되는 데, 이 때 차량의 추돌 사고가 발생하여 고압의 수소탱크에 충격이 가해지면 수소탱크가 파손될 위험이 있으므로 수소탱크를 적절히 보호해주어야 한다.
또한, 차량의 추돌사고가 일어나지 않는 경우에 수소탱크의 파손의 위험은 거의 없으나, 밸브나 파이프의 연결부에서 수소 누출의 위험이 존재한다. 주행 중 차량은 외력의 영향을 상시로 받는데, 이 경우 수소탱크 지지장치의 변형이 적어야 밸브나 파이프에 전달되는 외력을 최소화할 수 있으며 이를 통해 수소 누출의 위험을 줄일 수 있다.
따라서, 수소탱크를 안정적으로 보호할 수 있으면서, 차량의 운행 중 수소탱크에 가해지는 외력을 최소화할 수 있는 수소탱크 지지장치가 연구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0002913호(2011. 01. 11. 공고)
본 발명의 실시 예는 차량 운행 시 수소탱크에 가해지는 외력으로 인한 변형을 최소화 할 수 있는 수소탱크 지지장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 수소탱크에 가해지는 외력을 균일하게 분산시킬 수 있는 수소탱크 지지장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 수소탱크 지지장치의 각 구성에 가해지는 최대 응력을 감소시킬 수 있는 수소탱크 지지장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 수소탱크 지지장치의 경량화를 통해 차량의 연비를 증대시킬 수 있는 수소탱크 지지장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 수소탱크 지지장치를 이루는 각 구성의 조립 및 분리가 용이하여 유지보수가 용이한 수소탱크 지지장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예의 일 측면에 따르면, 서로 이격되어 마련되는 한 쌍의 제1 프레임; 상기 한 쌍의 제1 프레임 사이에 마련되며, 수소탱크가 삽입 및 지지되는 적어도 하나의 개구부를 포함하는 제2 프레임; 및 상기 한 쌍의 제1 프레임의 양측에 각각 마련되어 상기 한 쌍의 제1 프레임에 지지되는 적어도 하나의 제3 프레임을 포함하고, 상기 제3 프레임은 상기 제1 프레임의 일측에 마련되며, 경사지게 배치되는 제1 플레이트와, 상기 제1 프레임의 타측에 마련되며, 상기 제1 플레이트와 교차되는 방향으로 경사지게 배치되는 제2 플레이트를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 플레이트는 상기 한 쌍의 제1 프레임의 일측에 연결되는 제1 지지부와, 상기 제1 지지부에서 상기 제1 프레임의 외측으로 돌출 형성되어, 내측에 수용공간을 형성하는 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제2 플레이트는 상기 한 쌍의 제1 프레임의 타측에 연결되는 제2 지지부와, 상기 제2 지지부에서 상기 제1 프레임의 외측으로 돌출 형성되어, 내측에 수용공간을 형성하는 제2 돌출부를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 상기 수소탱크를 기준으로 대칭되는 위치에 배치되는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 중심이 상기 수소탱크의 중심축과 일직선 상에 위치하도록 배치되는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 프레임은 서로 이격되며 종방향으로 마련되는 한 쌍의 제1 지지대와, 상기 한 쌍의 제1 지지대 사이에 마련되어 상기 한 쌍의 제1 지지대를 횡방향으로 지지하는 제2 지지대를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 프레임은 상기 한 쌍의 제1 지지대 사이에 마련되며, 서로 교차 연결되어 상기 한 쌍의 제1 지지대를 지지하는 제3 지지대를 더 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제3 지지대는 상기 한 쌍의 제1 지지대 사이에 배치되는 고정부재와, 일측이 상기 제1 지지대에 지지되고, 타측이 상기 고정부재에 지지되는 복수의 지지부재를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제2 프레임은 상기 제2 프레임의 내측에 마련되되, 종방향으로 연장 형성되는 보강플레이트를 더 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제2 프레임은 하부에 종방향으로 측면 일부가 절개된 절개부를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제2 프레임은 상기 개구부에 인접하도록 배치되며, 상기 수소탱크의 이탈을 방지하는 이탈방지부를 더 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 이탈방지부는 상기 수소탱크의 외주면을 감싸는 스트랩과, 상기 복수의 개구부 사이에 마련되며, 상기 스트랩을 상기 제2 프레임에 지지시키는 홀더를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 개구부는 상기 수소탱크의 외경에 상응하는 내경을 갖는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 적어도 하나를 차체 프레임에 체결시키는 브라켓를 더 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
상기 브라켓은 상기 제2 프레임에 체결되는 제1 체결부와, 상기 제1 체결부의 일측 단부에서 절곡 연장되며 상기 제2 지지대에 체결되는 제2 체결부와, 상기 제1 체결부의 타측 단부에서 절곡 연장되며 상기 차체 프레임에 체결되는 제3 체결부를 포함하는 수소탱크 지지장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 수소탱크 지지장치는 차량 운행 시 수소탱크에 가해지는 외력으로 인한 변형을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 수소탱크 지지장치는 수소탱크에 가해지는 외력을 균일하게 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 수소탱크 지지장치는 각 구성에 가해지는 최대 응력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 수소탱크 지지장치는 수소탱크 지지장치의 경량화를 통해 차량의 연비를 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 수소탱크 지지장치는 수소탱크 지지장치를 이루는 각 구성의 조립 및 분리가 용이하여 유지보수가 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크와 수소탱크 지지장치가 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 각 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 수소탱크를 지지하는 제2 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 제1 프레임과 제3 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 제3 프레임과 수소탱크를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치와 차체 프레임의 결합상태를 나타내는 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치에 수소탱크가 결합된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 각 구성을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 수소탱크를 지지하는 제2 프레임을 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 제1 프레임과 제3 프레임을 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치의 제3 프레임과 수소탱크를 나타내는 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치와 차체 프레임의 결합상태를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소탱크 지지장치는 서로 이격되어 마련되는 한 쌍의 제1 프레임(100). 한 쌍의 제1 프레임(100) 사이에 마련되며 수소탱크(20)가 삽입 및 지지되는 적어도 하나의 개구부(210)를 포함하는 제2 프레임(200)과 한 쌍의 제1 프레임(100) 양측에 각각 마련되어 한 쌍의 제1 프레임(100)에 지지되는 적어도 하나의 제3 프레임(300)을 포함할 수 있다.
수소탱크(20)는 내부에 고압의 수소를 저장할 수 있다. 수소탱크(20)는 350bar 이상의 고압의 수소를 저장하기 위해 탄소섬유 강화 플라스틱으로 마련될 수 있다. 한 개의 차량에 적어도 하나의 수소탱크(20)가 마련되며, 복수개의 수소탱크(20)를 마련하여 장거리 운행이 가능할 수 있다. 장거리 운행을 위하여 복수개의 수소탱크(20)를 마련하거나, 수소탱크(20)의 크기를 크게 마련하여 수소 충전량을 높일 수 있다.
수소탱크 지지장치는 차체 프레임(10)에 지지될 수 있다. 차체 프레임(10)은 제2 프레임(200)과 교차되는 방향으로 연장 형성되며 제2 프레임(200)이 지지되는 몸체부(11)와, 몸체부(11)의 단부에서 절곡 연장되며 제1 프레임(100)이 지지되는 플랜지부(12)를 포함할 수 있다. 제1 프레임(100) 및 제2 프레임(200)을 차체 프레임(10)에 지지시키며, 제1 프레임(100)과 제2 프레임(200)을 차체 프레임(10)에 볼트와 너트로 체결시키는 구조로 마련하여, 각 구성들의 분리 및 조립이 용이하다.
제1 프레임(100)은 차체 프레임(10)에 지지되며, 한 쌍의 제1 프레임(100)은 서로 이격되어 내부에 수소탱크(20)가 위치할 수 있게 마련될 수 있다. 제1 프레임(100)은 서로 이격되며 종방향으로 마련되는 한 쌍의 제1 지지대(110)와, 한 쌍의 제1 지지대(110) 사이에 마련되어 한 쌍의 제1 지지대(110)를 횡방향으로 지지하는 제2 지지대(120)를 포함할 수 있다.
제1 지지대(110)는 차체 프레임(10)에 대해 종방향으로 연장 형성될 수 있고, 한 쌍의 제1 지지대(110) 사이에 제2 지지대(120) 또는 제3 지지대(130)가 배치될 수 있다.
제2 지지대(120)는 제1 지지대(110)의 상부 또는 하부에 마련되어 한 쌍의 제1 지지대(110)에 가해지는 응력을 분산하며, 제1 지지대(110)의 강성을 보강할 수 있다. 일 예로 제2 지지대(120)를 제1 지지대(110)의 하부에 마련하는 경우, 제1 지지대(110), 제1 프레임(100), 제2 프레임(200) 또는 수소탱크 지지장치의 하부에 가해지는 응력을 분산할 수 있다.
제1 프레임(100)은 한 쌍의 제1 지지대(110) 사이에 마련되며, 서로 교차 연결되어 한 쌍의 제1 지지대(110)를 지지하는 제3 지지대(130)를 포함할 수 있다. 제1 지지대(110) 사이에서 교차 연결되는 제3 지지대(130)를 통해 삼각 트러스 공간을 형성할 수 있다. 이를 통해 제3 지지대(130) 양쪽에 위치하는 제1 지지대(110)에 외력이 가해질 때, 한 쌍의 제1 지지대(110)에 가해지는 응력을 대칭적으로 분산시킬 수 있어 제1 지지대(110)의 변형을 방지하며 내구성을 향상시킬 수 있다.
제3 지지대(130)는 한 쌍의 제1 지지대(110) 사이에 배치되는 고정부재(132)와, 일측이 제1 지지대(110)에 지지되고, 타측이 고정부재(132)에 지지되는 복수의 지지부재(131)를 포함할 수 있다. 고정부재(132)는 한 쌍의 제1 지지대(110) 사이 정중앙에 마련될 수 있다. 고정부재(132)가 정중앙에 마련되는 경우, 일측이 제1 지지대(110)에 지지되고 타측이 고정부재(132)에 지지되는 복수의 지지부재(131)의 규격은 동일하게 마련될 수 있다. 이를 통해 한 쌍의 제1 지지대(110)에 가해지는 응력을 대칭적으로 분산시킬 수 있다.
제2 프레임(200)은 한 쌍의 제1 프레임(100) 사이에 마련되며, 수소탱크(20)를 지지할 수 있다. 제2 프레임(200)은 수소탱크(20)가 삽입 및 지지되도록 적어도 하나의 개구부(210)가 마련될 수 있다. 한 쌍의 제1 프레임(100) 사이에 복수개의 제2 프레임(200)이 마련되어, 수소탱크(20)에서 반복적인 수소연료의 가압과 소모조건에서 발생되는 진동을 복수개의 제2 프레임(200)으로 전달시켜 제2 프레임(200)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
제2 프레임(200)은 적어도 하나의 단부에서 절곡 형성되는 절곡부를 포함할 수 있다. 제2 프레임(200)의 단부에 형성된 절곡부를 통해, 제2 프레임(200)의 굽힘 강성을 보강할 수 있다. 또한, 절곡부를 통해 제2 프레임(200)과 제1 프레임(100)의 제2 지지대(120) 또는 후술할 브라켓(400)과의 체결 범위를 증가시킬 수 있어, 각 구성 간 체결 강성을 증대시킬 수 있다.
절곡부는 제2 프레임(200)의 일측 및 타측 단부에 모두 형성될 수 있으며, 제2 프레임(200)은 ‘ㄷ’단면을 가질 수 있다. 이를 통해, 제2 프레임(200)의 굽힘 강성을 보강하여, 수소탱크(20)를 안정적으로 지지할 수 있다. 이때, 제2 프레임(200)의 절곡부의 형태는 도면에 도시된 바에 국한되지 않고, 제2 프레임(200)의 굽힘 강성을 보강하기 위해 다양한 단면을 갖도록 마련될 수 있다.
개구부(210)에는 수소탱크(20)가 삽입 및 지지될 수 있다. 개구부(210)는 수소탱크(20)의 외경에 상응하는 내경을 가질 수 있다. 개구부(210)의 내경이 수소탱크(20)의 외경에 상응되도록 마련하여, 개구부(210)의 수소탱크(20)의 지지력을 향상시킬 수 있으며 수소탱크(20)에서 발생되는 진동을 효과적으로 제2 프레임(200)으로 전달할 수 있다. 제2 프레임(200) 내 복수개의 개구부(210)가 형성될 수 있어, 제2 프레임(200)으로 복수개의 수소탱크(20)를 지지할 수 있다.
제2 프레임(200)은 하부에 종방향으로 측면 일부가 절개된 절개부(230)를 포함할 수 있다. 제2 프레임(200)의 하부에 절개부(230)를 마련하여 수소탱크 지지장치의 경량화를 도모할 수 있다. 절개부(230)는 제2 프레임(200)의 하부에 위치하여, 제2 프레임(200)에 가해지는 응력의 영향을 최소화할 수 있다.
제2 프레임(200)은 제2 프레임(200)의 내측에 마련되되 종방향으로 연장 형성되는 보강플레이트(220)를 포함할 수 있다. 보강플레이트(220)의 종방향 길이는 제2 프레임(200)의 종방향 길이(높이)보다 작게 마련될 수 있으며, 제2 프레임(200)의 종방향 길이의 반으로 마련될 수 있다. 종방향 길이(높이)가 제2 프레임(200)의 종방향 길이(높이)보다 작게 마련된 보강플레이트(220)를 제2 프레임(200)의 하부에 배치하여, 제2 프레임(200)의 무게중심을 제2 프레임(200)의 하부에 위치시킬 수 있다.
제2 프레임(200)의 내측에 보강플레이트(220)를 마련하는 2중구조를 통해 제2 프레임(200)의 종방향으로 가해지는 하중을 보강플레이트(220)로 분산시킬 수 있어, 수소탱크(20)의 하중 또는 외부에서 가해지는 외력으로 인한 제2 프레임(200)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 보강플레이트(220)를 통해 제2 프레임(200)의 무게중심을 제2 프레임(200)의 하부에 위치시키며, 하중 지지효과가 크지 않은 제2 프레임(200)의 상부 중량을 감소시키고 제2 프레임(200)의 하부 중량을 증가시켜, 하중이 집중되는 제2 프레임(200)의 하단부를 보강하여 제2 프레임(200)으로 수소탱크(20)를 안정적으로 지지할 수 있으며, 원가 절감이 가능하다.
제2 프레임(200)은 개구부(210)에 인접하도록 배치되며 수소탱크(20)의 이탈을 방지하는 이탈방지부(240)를 포함할 수 있다. 이탈방지부(240)는 개구부(210)에 삽입 및 지지되는 수소탱크(20)를 2차적으로 제2 프레임(200)에 지지시킬 수 있다. 이탈방지부(240)는 수소탱크(20)의 외주면을 감싸는 스트랩(241)과, 복수의 개구부(210) 사이에 마련되며, 스트랩(241)을 제2 프레임(200)에 지지시키는 홀더(242)를 포함할 수 있다. 수소탱크(20)의 외주면을 감싸는 스트랩(241)과, 스트랩(241)을 제2 프레임(200)에 지지시키는 홀더(242)를 통해, 수소탱크(20)를 견고하게 지지하여 안정성을 확보할 수 있다. 홀더(242)를 복수의 개구부(210) 사이에 마련하여 공간 활용성을 증대할 수 있으며, 홀더(242)를 제2 프레임(200)에 지지시켜 수소탱크(20)에서 반복적인 수소연료의 가압과 소모조건에서 발생되는 진동을 제2 프레임(200)으로 전달하여 스트랩(241)과 홀더(242)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
제3 프레임(300)은 한 쌍의 제1 프레임(100)의 양측에 각각 마련되어 한 쌍의 제1 프레임(100)을 연결할 수 있다. 제 3프레임은 제1 프레임(100)의 일측에 마련되며 경사지게 배치되는 제1 플레이트(310)와, 제1 프레임(100)의 타측에 마련되며 제1 플레이트(310)와 교차되는 방향으로 경사지게 배치되는 제2 플레이트(320)를 포함할 수 있다.
제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)는 수소탱크(20)를 기준으로 대칭되는 위치에 배치될 수 있다. 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)는 수소탱크(20)를 기준으로 대칭되는 위치에 배치되어 차량이 앞뒤로 거동하며 수소탱크 지지장치에 외력이 가해지는 경우, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)에 가해지는 응력이 대칭적으로 분포하게 할 수 있다.
제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)는 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)의 중심이 수소탱크(20)의 중심축과 일직선상에 위치하도록 배치될 수 있다. 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)의 중심이 수소탱크(20)의 중심축과 일직선상에 위치하도록 배치하여, 수소탱크(20)를 효과적으로 지지할 수 있다. 또한 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)에 가해지는 응력이 대칭적으로 분포하게 할 수 있다.
제1 플레이트(310)가 한 쌍의 제1 프레임(100)의 일측에 경사지게 연결되며, 제2 플레이트(320)는 제1 플레이트(310)와 교차하는 방향으로 타측에 경사지게 연결되어 ‘X’형태로 연결되게 마련하여 차량의 전후 방향 거동에 따른 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)에 가해지는 응력을 대칭적으로 분산시킬 수 있다. 응력을 대칭적으로 분산시켜 응력의 집중으로 인한 변형을 방지할 수 있어 수소탱크 지지장치의 내구성을 확보할 수 있다.
제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)가 ‘ㄷ’단면을 갖도록 마련하여 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)의 굽힘 강성을 높일 수 있어, 제3 프레임(300) 및 수소탱크 지지장치의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
제1 플레이트(310)는 한 쌍의 제1 프레임(100)의 일측에 연결되는 제1 지지부(311)와, 제1 지지부(311)에서 제1 프레임(100)의 외측으로 돌출 형성되어 내측에 수용공간을 형성하는 제1 돌출부(312)를 포함할 수 있다. 제2 플레이트(320)는 한 쌍의 제1 프레임(100)의 타측에 연결되는 제2 지지부(321)와, 제2 지지부(321)에서 제1 프레임(100)의 외측으로 돌출 형성되어 내측에 수용공간을 형성하는 제2 돌출부(322)를 포함할 수 있다.
제1 돌출부(312) 및 제2 돌출부(322)에 마련되는 수용공간에 수소탱크(20)와 연결되는 연료배관 등의 장치들이 수용될 수 있다. 장치들이 제1 돌출부(312) 및 제2 돌출부(322)에 형성된 수용공간에 수용되어 충격에 의한 절단 및 손상을 방지할 수 있다.
제1 돌출부(312) 및 제2 돌출부(322)에 형성되는 수용공간은 사각기둥의 형태로 마련될 수 있지만, 원형기둥의 형태로 마련될 수 있다. 원형기둥의 형상으로 수용공간을 마련하여, 수소탱크(20)와 연결되며 수용공간 내 수용되는 장치들과 제1 돌출부(312) 및 제2 돌출부(322) 간 사이 거리를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 수용공간 내 수용되는 장치들을 외부 손상으로부터 효과적으로 방지할 수 있으며, 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320)가 수소탱크 지지장치에서 차지하는 부피를 줄여, 설계의 측면에서 자유도를 확보할 수 있다.
수소탱크 지지장치는 제1 프레임(100) 또는 제2 프레임(200) 중 적어도 하나를 차체 프레임(10)에 체결시키는 브라켓(400)을 포함할 수 있다. 브라켓(400)으로 차체 프레임(10), 제1 프레임(100), 제2 프레임(200)을 연결하여 각 구성 간 체결력과 함께, 수소탱크 지지장치의 하부 지지 강성을 향상시킬 수 있다. 수소탱크 지지장치는 차체 프레임(10)과 제1 프레임(100) 또는 제2 프레임(200)과의 체결력을 향상시키기 위해 보조브라켓을 추가로 마련할 수 있다.
브라켓(400)은 제2 프레임(200)에 체결되는 제1 체결부(410)와, 제1 체결부(410)의 일측 단부에서 절곡 연장되며 제2 지지대(120)에 체결되는 제2 체결부(420)와, 제1 체결부(410)의 타측 단부에서 절곡 연장되며 차체 프레임(10)의 플랜지부(12)와 체결되는 제3 체결부(430)를 포함할 수 있다. 제1 체결부(410), 제2 체결부(420), 제3 체결부(430)로, 브라켓(400)과 제1 프레임(100), 제2 프레임(200), 차체 프레임(10)을 모두 체결하여 수소탱크 지지장치의 하부 강성을 증대시킬 수 있다. 브라켓(400)이 없는 경우에 비하여 고유진동수가 5%로 상승하며, 이를 통해 수소탱크 지지장치의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 수소탱크 지지장치의 각 구성들의 체결 구조는 볼트와 너트로 체결되는 볼팅구조로 마련될 수 있다. 체결 구조를 볼팅구조로 마련하여 용접불량으로 발생할 수 있는 피로 파손위험을 줄일 수 있으며, 각 구성의 분리 및 조립이 용이하여 유지보수도 용이하다.
본 발명의 수소탱크 지지장치의 제1, 제2, 제3 프레임(100, 200, 300)은 모두 ‘ㄷ’단면을 갖도록 마련될 수 있다. 각 프레임들은‘ㄷ’단면을 가져 굽힘 강성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 프레임들을 결합 시, 결합부위에 가해지는 응력의 집중으로 인한 변형을 방지할 수 있다.
본 발명의 수소탱크 지지장치의 제1 프레임(100)의 제3 지지대(130)와, 제3 프레임(300)이 모두 교차로 각 구성을 지지시키는 하는 사선 구조 또는 트러스 구조로 형성할 수 있다. 종래에 제3 지지대(130)와 제3 프레임(300)이 지지 가능한 고정물에 평행하게 형성된 평행구조과 비교하여, 사선(트러스)구조는 수소탱크(20)가 삽입 및 지지되는 개구부(210)에 가해지는 응력을 종래 기술 대비 7% 감소시킬 수 있다. 또한, 전체 수소탱크 지지장치의 변형량을 32%로 감소시킬 수 있으며, 고유진동수를 종래 기술 대비 약 17% 상승시킬 수 있다. 이를 통하여 전반적인 수소탱크 지지장치의 전반적인 강성 증대를 꾀할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 차체 프레임 20: 수소탱크
100: 제1 프레임 110: 제1 지지대
120: 제2 지지대 130: 제3 지지대
200: 제2 프레임 210: 개구부
220: 보강플레이트 230: 절개부
240: 이탈방지부 300: 제3 프레임
310: 제1 플레이트 320: 제2 플레이트
400: 브라켓 410: 제1 체결부
420: 제2 체결부 430: 제3 체결부

Claims (14)

  1. 서로 이격되어 마련되는 한 쌍의 제1 프레임;
    상기 한 쌍의 제1 프레임 사이에 마련되며, 수소탱크가 삽입 및 지지되는 적어도 하나의 개구부를 포함하는 제2 프레임; 및
    상기 한 쌍의 제1 프레임의 양측에 각각 마련되어 상기 한 쌍의 제1 프레임에 지지되는 적어도 하나의 제3 프레임을 포함하고,
    상기 제3 프레임은
    상기 제1 프레임의 일측에 마련되며, 경사지게 배치되는 제1 플레이트와,
    상기 제1 프레임의 타측에 마련되며, 상기 제1 플레이트와 교차되는 방향으로 경사지게 배치되는 제2 플레이트를 포함하는 수소탱크 지지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는
    상기 한 쌍의 제1 프레임의 일측에 연결되는 제1 지지부와,
    상기 제1 지지부에서 상기 제1 프레임의 외측으로 돌출 형성되어, 내측에 수용공간을 형성하는 제1 돌출부를 포함하고,
    상기 제2 플레이트는
    상기 한 쌍의 제1 프레임의 타측에 연결되는 제2 지지부와,
    상기 제2 지지부에서 상기 제1 프레임의 외측으로 돌출 형성되어, 내측에 수용공간을 형성하는 제2 돌출부를 포함하는 수소탱크 지지장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는
    상기 수소탱크를 기준으로 대칭되는 위치에 배치되는 수소탱크 지지장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 중심이 상기 수소탱크의 중심축과 일직선 상에 위치하도록 배치되는 수소탱크 지지장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레임은
    서로 이격되며 종방향으로 마련되는 한 쌍의 제1 지지대와,
    상기 한 쌍의 제1 지지대 사이에 마련되어 상기 한 쌍의 제1 지지대를 횡방향으로 지지하는 제2 지지대를 포함하는 수소탱크 지지장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 프레임은
    상기 한 쌍의 제1 지지대 사이에 마련되며, 서로 교차 연결되어 상기 한 쌍의 제1 지지대를 지지하는 제3 지지대를 더 포함하는 수소탱크 지지장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 지지대는
    상기 한 쌍의 제1 지지대 사이에 배치되는 고정부재와,
    일측이 상기 제1 지지대에 지지되고, 타측이 상기 고정부재에 지지되는 복수의 지지부재를 포함하는 수소탱크 지지장치.
  8. 제1항에 있어서
    상기 제2 프레임은
    상기 제2 프레임의 내측에 마련되되, 종방향으로 연장 형성되는 보강플레이트를 더 포함하는 수소탱크 지지장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프레임은
    하부에 종방향으로 측면 일부가 절개된 절개부를 포함하는 수소탱크 지지장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프레임은
    상기 개구부에 인접하도록 배치되며, 상기 수소탱크의 이탈을 방지하는 이탈방지부를 더 포함하는 수소탱크 지지장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이탈방지부는
    상기 수소탱크의 외주면을 감싸는 스트랩과,
    상기 복수의 개구부 사이에 마련되며, 상기 스트랩을 상기 제2 프레임에 지지시키는 홀더를 포함하는 수소탱크 지지장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는
    상기 수소탱크의 외경에 상응하는 내경을 갖는 수소탱크 지지장치.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임 중 적어도 하나를 차체 프레임에 체결시키는 브라켓를 더 포함하는 수소탱크 지지장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 브라켓은
    상기 제2 프레임에 체결되는 제1 체결부와,
    상기 제1 체결부의 일측 단부에서 절곡 연장되며 상기 제2 지지대에 체결되는 제2 체결부와,
    상기 제1 체결부의 타측 단부에서 절곡 연장되며 상기 차체 프레임에 체결되는 제3 체결부를 포함하는 수소탱크 지지장치.
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