KR20240086336A

KR20240086336A - 압력 용기

Info

Publication number: KR20240086336A
Application number: KR1020220171781A
Authority: KR
Inventors: 김대근; 고영관; 이교민; 황의찬; 변종익
Original assignee: 롯데케미칼 주식회사
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-06-18
Also published as: WO2024122917A1

Abstract

압력 용기는 라이너, 제1 보스, 제2 보스, 및 밀봉 링을 포함한다. 라이너는 유체를 수용하기 위한 내부 공간을 제공하며, 넥크부를 포함한다. 제1 보스는 넥크부의 외주면에 결합되고, 라이너의 축 방향을 따라 넥크부의 단부와 마주하는 확장 고리부를 포함한다. 제2 보스는 넥크부의 내주면 및 제1 보스의 내주면에 결합되며, 제2 보스에 유체의 충방전을 위한 관통홀이 위치한다. 밀봉 링은 넥크부의 단부와 확장 고리부 사이에 밀착되며, 제2 보스의 외주면을 밀착 상태로 둘러싼다.

Description

압력 용기 {PRESSURE VESSEL}

본 발명은 압력 용기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압력 용기의 입구에 해당하는 라이너의 넥크부와 노즐 보스의 밀봉 구조에 관한 것이다.

일반적으로 압력 용기는 기체 상태의 연료를 고압으로 압축하여 저장하는 용기이며, 주로 천연가스 차량이나 수소 차량에 설치된다. 압력 용기는 용기 몸체를 이루는 플라스틱 소재의 라이너(liner)와, 라이너의 외면을 둘러싸는 섬유 복합재와, 라이너의 입구에 결합된 노즐 보스로 구성된다.

노즐 보스는 차량의 밸브(또는 어댑터)와 결합되는 부분으로서 고강도 금속으로 제작된다. 압력 용기의 성능은 라이너와 노즐 보스의 계면 결합력에 의해 좌우되는데, 플라스틱 소재의 라이너와 금속 소재의 노즐 보스는 이종 재질이므로 접합성에 문제가 발생할 수 있다. 종래에는 라이너와 노즐 보스가 단순 나사 결합되어, 장시간 충/방전 시 라이너와 노즐 보스의 계면을 통한 연료 누출 위험이 상존하였다.

따라서 노즐 보스를 이중 구조로 제작하고, 라이너와 노즐 보스 사이에 누설 틈새를 막는 밀봉 기구(오-링 등)를 배치하는 등 여러 개선이 이루어지고 있다. 그런데 압력 용기의 충/방전이 장시간 반복될수록 압력이 가해지는 방향을 따라 노즐 보스가 변형되어 밀봉 기구가 손상될 수 있고, 밀봉 기구의 손상은 압력 용기의 기밀 능력과 내구성 저하로 이어진다.

한국등록특허 제10-2356674호(2022.01.24. 등록) '압력 용기용 보스'

본 발명은 압력이 가해지는 방향을 따라 라이너와 노즐 보스 사이의 기밀성을 향상시켜 장시간 충/방전을 반복하여도 기밀 성능과 내구성을 유지할 수 있는 압력 용기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력 용기는 라이너, 제1 보스, 제2 보스, 및 밀봉 링을 포함한다. 라이너는 유체를 수용하기 위한 내부 공간을 제공하며, 넥크부를 포함한다. 제1 보스는 넥크부의 외주면에 결합되고, 라이너의 축 방향을 따라 넥크부의 단부와 마주하는 확장 고리부를 포함한다. 제2 보스는 넥크부의 내주면 및 제1 보스의 내주면에 결합되며, 제2 보스에 유체의 충방전을 위한 관통홀이 위치한다. 밀봉 링은 넥크부의 단부와 확장 고리부 사이에 밀착되며, 제2 보스의 외주면을 밀착 상태로 둘러싼다.

밀봉 링은 넥크부의 단부를 향해 확장되어 넥크부의 단부를 가압하는 제1 돌기와, 제2 보스를 향해 확장되어 제2 보스를 가압하는 제2 돌기를 포함할 수 있다. 넥크부의 단부와 확장 고리부는 라이너의 축 방향을 따라 이격될 수 있고, 라이너의 내부 압력이 높아질수록 밀봉 링이 압축될 수 있으며, 넥크부의 단부와 확장 고리부 사이의 거리가 작아질 수 있다.

넥크부의 외주면에 제1 나사산이 위치할 수 있고, 제1 보스의 내주면에 라이너의 축 방향을 따라 제2 나사산과 확장 고리부 및 제3 나사산이 순서대로 위치할 수 있다. 제1 나사산과 제2 나사산은 서로 나사 결합될 수 있다.

제2 보스는 넥크부의 내주면에 밀착되는 제1 원통부와, 외주면에 제4 나사산이 위치하여 상기 제3 나사산에 나사 결합되는 제2 원통부를 포함할 수 있다. 제1 원통부와 제2 원통부 사이에 제1 단차면이 위치할 수 있고, 확장 고리부의 일면은 제1 단차면과 접촉할 수 있다.

넥크부의 단부 중 제2 보스를 향한 내측에 밀봉 링의 수용을 위한 제1 오목부가 위치할 수 있고, 넥크부를 향한 확장 고리부의 타면 중 제2 보스를 향한 내측에 밀봉 링의 수용을 위한 제2 오목부가 위치할 수 있다.

밀봉 링은 넥크부의 단부와 마주하는 일면과, 확장 고리부와 마주하는 타면과, 제2 보스와 마주하는 내주면과, 서로간 단차를 가지는 제1 외주면과 제2 외주면을 포함할 수 있다. 밀봉 링의 일면과 제1 외주면은 제1 오목부에 수용될 수 있고, 밀봉 링의 타면과 제2 외주면의 일부는 제2 오목부에 수용될 수 있다.

밀봉 링은, 제1 오목부에서 넥크부의 단부를 향해 확장되어 넥크부의 단부를 가압하는 제1 돌기와, 제2 보스를 향해 확장되어 제2 보스를 가압하는 제2 돌기를 포함할 수 있다.

밀봉 링은 불소 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 및 실리콘 고무 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

압력 용기는, 넥크부의 내주면과 제2 보스의 외주면 사이에 위치하는 적어도 하나의 오-링과 적어도 하나의 백업 링을 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 오-링은 라이너의 축 방향을 따라 이격된 제1 오-링과 제2 오-링을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 백업 링은 제1 오-링에 밀착 배치되는 제1 백업 링과, 제2 오-링에 밀착 배치되는 제2 백업 링을 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 압력 용기는 라이너의 외부에 밀봉 링을 배치함으로써 작업 제한 없이 밀봉을 위한 구성을 쉽게 체결할 수 있고, 압력 용기의 충/방전이 장시간 지속적으로 반복되는 경우에도 밀봉 링의 변형에 의해 노즐 보스의 틈새를 막아 유체 흐름을 효과적으로 차단할 수 있다. 그 결과, 압력 용기는 기밀성과 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력 용기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 압력 용기의 부분 확대도이다.
도 3은 도 2에 도시한 압력 용기의 분해도이다.
도 4는 도 2에 도시한 압력 용기의 부분 확대도이다.
도 5는 도 4에 도시한 압력 용기에서 밀봉 링이 없는 경우를 가정한 구성도이다.
도 6은 도 2에 도시한 압력 용기 중 밀봉 링의 부분 절개 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 밀봉 링의 확대 단면도이다.
도 8은 저압 상태에 있는 압력 용기의 부분 확대도이다.
도 9는 고압 상태에 있는 압력 용기의 부분 확대도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력 용기의 부분 확대도이다.
도 11은 도 10에 도시한 압력 용기 중 제2 보스의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력 용기의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 압력 용기의 부분 확대도이며, 도 3은 도 2에 도시한 압력 용기의 분해도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1 실시예에 따른 압력 용기(100)는, 내부가 비어 있고 입구를 제외한 양측이 막혀 있는 원통 형상의 라이너(10)와, 라이너(10)의 외면을 둘러싸는 섬유 복합재(도시하지 않음)와, 라이너(10)의 입구에 결합된 금속 재질의 노즐 보스(20)와, 라이너(10)와 노즐 보스(20) 사이에 배치된 밀봉 링(50)을 포함한다.

라이너(10)는 내부 공간에 액화 석유가스(LPG), 압축 천연가스(CNG), 경질 탄화수소(메탄, 프로판, 부탄 등), 수소 가스 등의 각종 유체를 고압으로 압축하여 저장한다. 라이너(10)는 경량화를 위해 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지와 같은 플라스틱 소재를 이용하여 제작될 수 있다.

섬유 복합재는 라이너(10)의 외면을 다층으로 감아 둘러싸는 카본 섬유, 유리 섬유 등의 고강도 섬유와, 고강도 섬유를 둘러싸는 에폭시와 같은 고분자 수지로 구성될 수 있다. 섬유 복합재는 라이너(10)의 보강층으로서, 라이너(10)가 고압에 견딜 수 있도록 구조적인 강도와 강성을 부여한다.

라이너(10)는 일측(도면을 기준으로 하측)이 막힌 원통 형상의 몸통부(11)와, 몸통부(11)의 타측(도면을 기준으로 상측)에서 몸통부와 연결된 숄더부(12)와, 숄더부(12)의 중앙에서 숄더부(12)와 연결되며 라이너(10)의 축 방향(도면의 z 방향)을 따라 확장된 넥크부(13)를 포함할 수 있다.

숄더부(12)는 라이너(10)의 내측을 향해 볼록한 곡면으로 이루어질 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다. 넥크부(13)는 라이너(10)의 입구에 해당하는 부분으로서, 라이너(10)의 축 방향(z 방향)과 나란한 원통 형상으로 이루어진다. 넥크부(13)의 외주면에는 노즐 보스(20)와의 결합을 위한 제1 나사산(14)이 위치한다.

노즐 보스(20)는 외측(outer) 보스에 해당하는 제1 보스(30)와, 내측(inner) 보스에 해당하는 제2 보스(40)의 이중 구조로 이루어진다. 제1 보스(30)는 넥크부(13)의 외주면에 결합되며, 라이너(10)의 축 방향(z 방향)을 따라 넥크부(13)보다 외측으로 더 확장되어 위치한다. 제2 보스(40)는 넥크부(13)의 내주면 및 제1 보스(30)의 내주면에 결합되며, 유체의 충/방전을 위한 밸브(또는 어댑터) 체결용 관통홀(21)이 제2 보스(40)의 중앙에 위치한다.

제1 보스(30)의 일부는 숄더부(12)의 바깥으로 확장되어 숄더부(12)를 덮을 수 있다. 제1 보스(30)의 내주면에는 라이너(10)의 축 방향(z 방향)을 따라 제2 나사산(32)과 제3 나사산(33)이 서로간 거리를 두고 위치할 수 있다.

제2 나사산(32)은 넥크부(13)와 중첩되는 부분에 위치할 수 있고, 제3 나사산(33)은 넥크부(13)와 중첩되지 않는 부분에 위치할 수 있다. 즉 제3 나사산(33)은 제1 보스(30) 중 넥크부(13)보다 외측으로 더 확장된 부분에 위치할 수 있다. 넥크부(13)와 제1 보스(30)는 제1 나사산(14)과 제2 나사산(32)에 의해 서로 나사 결합될 수 있다.

제2 보스(40)는 넥크부(13)의 내주면에 밀착되는 제1 원통부(41)와, 제1 원통부(41)와 일렬로 연결되며 제1 보스(30)의 내주면에 결합되는 제2 원통부(42)를 포함할 수 있다. 제2 보스(40)는 제2 원통부(42)의 단부에서 제2 원통부(42)와 직교하는 플랜지(43)를 더 포함할 수 있다. 플랜지(43)는 제1 보스(30)의 외측(도면에서 상측) 단부를 덮을 수 있고, 필요에 따라 덮지 않을 수도 있다.

관통홀(21)은 라이너(10)의 축 방향(z 방향)을 따라 제1 원통부(41)와 제2 원통부(42)를 차례로 관통한다. 제1 원통부(41)의 내경과 외경 및 두께는 각각 제2 원통부(42)의 내경과 외경 및 두께보다 작을 수 있다. 제1 원통부(41)의 외경과 제2 원통부(42)의 외경 차이로 인해 제1 원통부(41)를 향한 제2 원통부(42)의 일단(도면을 기준으로 하단)에 제1 단차면(44)이 위치한다. 제1 단차면(44)은 라이너(10)의 축 방향(z 방향)과 직교하는 평탄면일 수 있다.

제1 원통부(41)의 외주면은 넥크부(13)의 내주면에 밀착되며, 제2 원통부(42)의 외주면에는 제1 보스(30)와의 결합을 위한 제4 나사산(45)이 위치할 수 있다. 제1 보스(30)와 제2 보스(40)는 제2 원통부(42)에서 제3 나사산(33)과 제4 나사산(45)에 의해 서로 나사 결합될 수 있다. 제2 원통부(42)의 내주면에는 밸브(또는 어댑터)와의 결합을 위한 제5 나사산(46)이 위치할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시한 압력 용기의 부분 확대도이고, 도 5는 도 4에 도시한 압력 용기에서 밀봉 링이 없는 경우를 가정한 구성도이다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 숄더부(12)와 가장 멀리 떨어진 넥크부(13)의 단부(도면을 기준으로 상측 단부)는 라이너(10)의 축 방향(z 방향)을 따라 제2 보스(40)의 제1 단차면(44)과 거리를 두고 위치한다. 즉 도면을 기준으로 넥크부(13)의 상측 단부는 제2 보스(40)의 제1 단차면(44)과 소정의 거리를 두고 제1 단차면(44)의 아래에 위치한다.

넥크부(13)의 단부 중 제2 보스(40)를 향한 내측에, 밀봉 링(50) 설치를 위한 일정 깊이의 제1 오목부(15)가 위치할 수 있다. 제1 오목부(15)는 라이너(10)의 축 방향(z 방향)과 나란한 제2 단차면(151)과, 제2 단차면(151)과 직교하는 제3 단차면(152)으로 구성될 수 있다.

제1 보스(30)는 제1 보스(30)의 내주면에서 관통홀(21)의 중심을 향해 돌출된 확장 고리부(34)를 포함할 수 있다. 확장 고리부(34)는 제2 나사산(32)과 제3 나사산(33) 사이에 위치하며, 넥크부(13)의 단부와 제2 보스(40)의 제1 단차면(44) 사이에 위치한다.

제1 단차면(44)을 향한 확장 고리부(34)의 일면(도면을 기준으로 상면)은 제1 단차면(44)과 접촉할 수 있고, 넥크부(13)의 단부를 향한 확장 고리부(34)의 타면(도면을 기준으로 하면)은 넥크부(13)의 단부와 이격되어 위치한다. 도 5에서 라이너의 축 방향(z 방향)에 따른 확장 고리부(34)의 타면과 넥크부(13) 단부 사이의 이격 거리를 d1으로 표시하였다.

확장 고리부(34)의 타면 중 제2 보스(40)를 향한 내측에, 밀봉 링(50) 설치를 위한 일정 깊이의 제2 오목부(47)가 위치할 수 있다. 제2 오목부(47)는 라이너(10)의 축 방향(z 방향)과 나란한 제4 단차면(471)과, 제4 단차면(471)과 직교하는 제5 단차면(472)으로 구성될 수 있다.

라이너(10)의 방사 방향(도면의 x 방향)에 따른 제1 원통부(41)와 제4 단차면(471) 사이의 거리(d3)(도 5 참조)는 제1 원통부(41)와 제2 단차면(151) 사이의 거리(d2)(도 5 참조)보다 클 수 있다. 이때 라이너(10)의 방사 방향(x 방향)은 라이너(10)의 중심(원의 중심)으로부터 사방으로 뻗어 나가는 방향을 의미한다.

도 6은 도 2에 도시한 압력 용기 중 밀봉 링의 부분 절개 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 밀봉 링의 확대 단면도이다.

도 3 내지 도 7을 참고하면, 밀봉 링(50)은 제2 보스(40)를 둘러싸는 고리 형상이며, 제2 보스(40)의 제1 원통부(41) 바깥에서 넥크부(13)의 단부와 제1 보스(30)의 확장 고리부(34) 사이에 위치한다. 즉 밀봉 링(50)은 넥크부(13)와 제1 보스(30) 및 제2 보스(40) 모두와 접하며, 넥크부(13)와 제2 보스(40)의 계면에서 밀봉 능력을 향상시켜 압력 변화에 관계없이 유체의 누출을 효과적으로 억제한다.

밀봉 링(50)은 넥크부(13)와 마주하는 평탄한 일면(51)(도면을 기준으로 하면)과, 확장 고리부(34)와 마주하는 평탄한 타면(52)(도면을 기준으로 상면)과, 제1 원통부(41)와 마주하는 평탄한 내주면(53)과, 소정의 단차를 가지는 외주면(54)을 포함할 수 있다.

밀봉 링(50)의 일면(51)(하면)은 제1 오목부(15)의 제3 단차면(152)과 마주하며, 일면(51)(하면)에 넥크부(13)를 향해 볼록한 제1 돌기(55)가 위치할 수 있다. 제1 돌기(55)는 반구형의 단면 형상을 가질 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다. 밀봉 링(50)의 타면(52)(상면)은 확장 고리부(34)의 제5 단차면(472)에 밀착될 수 있다.

밀봉 링(50)의 내주면(53)에는 제1 원통부(41)를 향해 볼록한 제2 돌기(56)가 위치할 수 있다. 제2 돌기(56)는 반구형의 단면 형상을 가질 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다. 제2 돌기(56)는 밀봉 링(50)의 내주면에서 제2 원통부(42)를 향해 치우쳐 위치할 수 있다. 즉 도면을 기준으로 제2 돌기(56)는 밀봉 링(50)의 내주면 중 상측 부위에 위치할 수 있다.

밀봉 링(50)의 외주면(54)은 서로간 단차를 가지는 제1 외주면(541)과 제2 외주면(542)을 포함할 수 있다. 상기 밀봉 링(50)의 일면과 상기 제1 외주면(541)은 상기 제1 오목부(15)에 수용될 수 있고, 상기 밀봉 링(50)의 타면과 상기 제2 외주면(542)의 일부는 상기 제2 오목부(47)에 수용될 수 있다. 제2 외주면(542)은 제1 외주면(541)보다 숄더부(12)로부터 더 멀리 위치한다. 밀봉 링(50)의 내주면(53)과 제1 외주면(541) 사이의 폭(w1)은 밀봉 링(50)의 내주면(53)과 제2 외주면(542) 사이의 폭(w2)보다 작을 수 있다.

밀봉 링(50)은, 외력에 의해 변형되고 외력이 사라지면 초기 형태로 복귀하는 고무 소재의 탄성체로 구성될 수 있다. 예를 들어, 밀봉 링(50)은 불소 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 및 실리콘 고무 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 불소 고무는 케무어스(Chemours)사의 상표명 바이톤(Viton™)을 포함할 수 있고, 에틸렌-프로필렌 고무는 EPM 또는 EPDM을 포함할 수 있다. 이러한 소재들은 탄성, 내마모성 및 기계적 성질이 우수하여 밀봉 링(50)의 소재로 적합하다.

전술한 구성에서, 밀봉 링(50)은 넥크부(13)와 제1 보스(30) 및 제2 보스(40) 모두에 밀착되며, 밀봉 링(50)의 제2 외주면(542) 외측에서 넥크부(13)의 단부와 확장 고리부(34) 사이에 d1(도 5 참조)의 이격 거리를 가지는 소정의 공간이 존재한다. 밀봉 링(50)은 압력 용기(100)의 압력 상태에 따라 압축되거나 초기 상태로 복귀할 수 있고, 넥크부(13)의 단부와 확장 고리부(34) 사이의 이격 거리(d1) 또한 압력 용기(100)의 압력 상태에 따라 그 크기가 변할 수 있다.

도 8은 저압 상태에 있는 압력 용기의 부분 확대도이고, 도 9는 고압 상태에 있는 압력 용기의 부분 확대도이다.

도 1과 도 8 및 도 9를 참고하면, 라이너(10)의 내부에서 높은 압력으로 압축된 유체는 넥크부(13)의 내주면과 제1 원통부(41) 사이의 계면과, 제1 보스(30)의 내주면과 제2 원통부(42) 사이의 계면을 따라 바깥으로 나가려는 힘을 가지고 있다. 즉 압력 용기(100)의 입구에서 유체에 의한 압력 방향(A)은 라이너(10)의 축 방향(z 방향)을 따라 라이너(10)로부터 멀어지는 방향이다.

도 8을 참고하면, 라이너(10) 내부의 유체가 일정량 방전되어 압력 용기(100)의 내부 압력이 비교적 저압 상태일 때, 밀봉 링(50)은 제1 돌기(55)를 이용하여 라이너(10)의 축 방향(z 방향)을 따라 넥크부(13)를 누르고, 제2 돌기(56)를 이용하여 라이너(10)의 방사 방향(x 방향)을 따라 제2 보스(40)의 제1 원통부(41)를 바깥에서 안쪽으로 누른다.

제1 돌기(55)는 넥크부(13)의 단부와 밀봉 링(50) 사이에서 라이너(10)의 방사 방향(x 방향)을 따라 바깥으로 나가려는 유체 흐름을 차단한다. 제2 돌기(56)는 넥크부(13)의 내주면과 제1 원통부(41)의 외주면 사이에서 압력 방향(A)을 따라 바깥으로 나가려는 유체 흐름을 차단한다.

도 9를 참고하면, 라이너(10) 내부에 유체가 가득 충전되어 압력 용기(100)의 내부 압력이 비교적 고압 상태일 때, 유체가 가하는 힘에 의해 밀봉 링(50)은 압력 방향(A)으로 압축될 수 있다. 이와 동시에 넥크부(13)의 단부가 압력 방향(A)을 따라 상승하면서 넥크부(13)의 단부와 확장 고리부(34) 사이의 이격 거리가 작아질 수 있다. 예를 들어, 넥크부(13)의 단부는 압력 방향(A)으로 상승하여 공백 없이 확장 고리부(34)에 밀착될 수 있다.

압력 방향(A)으로 압축된 밀봉 링(50)은 라이너(10)의 방사 방향(x 방향)으로 늘어나므로, 저압 상태의 경우보다 더 넓은 면적으로 넥크부(13)에 밀착되며, 저압 상태의 경우보다 더 넓은 면적으로 제1 원통부(41)의 외주면에 밀착된다. 따라서 밀봉 링(50)을 구비한 압력 용기(100)는 고압 상태에서 유체 흐름 경로를 효과적으로 차단하여 밀폐 능력과 내구성을 향상시킬 수 있다.

라이너(10) 내부의 유체가 일정량 방전되어 압력 용기(100)의 내부 압력이 다시 저압 상태로 돌아가면, 밀봉 링(50)은 도 8에 도시한 초기 형태로 복귀한다. 밀봉 링(50)은 압력 상태의 변화에 따라 압축에 따른 변형과 초기 형태로 복귀를 반복하면서 압력 용기(100)의 기밀성을 유지시킨다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력 용기의 부분 확대도이고, 도 11은 도 10에 도시한 압력 용기 중 제2 보스의 단면도이다.

도 10과 도 11을 참고하면, 제2 실시예에 따른 압력 용기(110)는 넥크부(13)의 내주면과 제1 원통부(41) 사이에 위치하는 적어도 하나의 오-링(61, 62) 및 적어도 하나의 백업 링(71, 72)을 포함한다. 제2 실시예의 압력 용기(110)는 오-링과 백업 링을 더 포함하는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.

도 10에서는 제1 및 제2 오-링(61, 62)과 제1 및 제2 백업 링(71, 72)을 도시하였으나, 오-링(61, 62)과 백업 링(71, 72)의 개수는 도시한 예시로 한정되지 않는다.

제1 원통부(41)의 외주면에는 제1 오-링(61) 및 제1 백업 링(71) 수납을 위한 제1 홈부(48)와, 제2 오-링(62) 및 제2 백업 링(72) 수납을 위한 제2 홈부(49)가 위치할 수 있다. 제2 홈부(49)는 제1 홈부(48)보다 제2 원통부(42)에 더 가깝게 위치할 수 있다. 제1 원통부(41)의 외주면은 서로간 단차를 가지는 두 개의 외주면으로 구분될 수 있고, 두 개의 외주면 각각에 제1 홈부(48)와 제2 홈부(49)가 위치할 수 있다.

제1 오-링(61)과 제2 오-링(62)은 고무 소재의 탄성체로 구성될 수 있으며, 밀봉 링(50)과 같거나 다른 소재로 제작될 수 있다. 제1 백업 링(71)과 제2 백업 링(72)은 사각의 단면 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 소재로 구성될 수 있다.

제1 오-링(61)과 제2 오-링(62)은 제1 원통부(41)와 넥크부(13) 사이의 틈새를 두 지점에서 막아 유체 흐름을 차단하며, 밀봉 링(50)의 기능을 보완하는 보조 밀봉 부재로 기능한다. 제1 백업 링(71)과 제2 백업 링(72) 각각은 압력 방향에 따른 제1 오-링(61)의 일측과 제2 오-링(62)의 일측에 위치한다. 제1 및 제2 백업 링(71, 72)은 제1 및 제2 오-링(61, 62)의 밀폐력을 높이고 제1 및 제2 오-링(61, 62)의 파손을 방지하는 보조 부재로 사용된다.

한편, 압력 용기(110)의 라이너(10)는 일체형 블로우 성형법으로 제작될 수 있으며, 이 경우 라이너(10)의 내부에서 밀봉을 위한 구성을 체결하는 작업에 제한이 생길 수 있다. 제1 및 제2 오-링(61, 62)과 제1 및 제2 백업 링(71, 72)은 넥크부(13)의 내부에 위치하는 구성인 반면, 전술한 밀봉 링(50)은 라이너(10)의 외부에 위치하는 구성이므로, 밀봉 링(50) 체결을 위한 작업에 제한이 없다.

전술한 제1 및 제2 실시예의 압력 용기(100, 110)는 라이너(10)의 외부에 밀봉 링(50)을 배치함으로써 작업 제한 없이 밀봉을 위한 구성을 쉽게 체결할 수 있고, 압력 용기(100, 110)의 충/방전이 장시간 지속적으로 반복되는 경우에도 밀봉 링(50)의 변형에 의해 노즐 보스(20)의 틈새를 막아 유체 흐름을 효과적으로 차단할 수 있으며, 그 결과 기밀성과 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100, 110: 압력 용기 10: 라이너
11: 몸통부 12: 숄더부
13: 넥크부 14: 제1 나사산
20: 노즐 보스 30: 제1 보스
32: 제2 나사산 33: 제3 나사산
34: 확장 고리부 40: 제2 보스
41: 제1 원통부 42: 제2 원통부
43: 플랜지 44: 제1 단차면
50: 밀봉 링 55: 제1 돌기
56: 제2 돌기 61: 제1 오-링
62: 제2 오-링 71: 제1 백업 링
72: 제2 백업 링

Claims

유체를 수용하기 위한 내부 공간을 제공하며, 넥크부를 포함하는 라이너;
상기 넥크부의 외주면에 결합되고, 상기 라이너의 축 방향을 따라 상기 넥크부의 단부와 마주하는 확장 고리부를 포함하는 제1 보스;
상기 넥크부의 내주면 및 상기 제1 보스의 내주면에 결합되며, 유체의 충방전을 위한 관통홀이 위치하는 제2 보스; 및
상기 넥크부의 단부와 상기 확장 고리부 사이에 밀착되며, 상기 제2 보스의 외주면을 밀착 상태로 둘러싸는 밀봉 링을 포함하는 압력 용기.
제1항에 있어서,
상기 밀봉 링은, 상기 넥크부의 단부를 향해 확장되어 상기 넥크부의 단부를 가압하는 제1 돌기와, 상기 제2 보스를 향해 확장되어 상기 제2 보스를 가압하는 제2 돌기를 포함하는 압력 용기.
제1항에 있어서,
상기 넥크부의 단부와 상기 확장 고리부는 상기 라이너의 축 방향을 따라 이격되고, 상기 라이너의 내부 압력이 높아질수록 상기 밀봉 링이 압축되며, 상기 넥크부의 단부와 상기 확장 고리부 사이의 거리가 작아지는 압력 용기.
제1항에 있어서,
상기 넥크부의 외주면에 제1 나사산이 위치하고, 상기 제1 보스의 내주면에 상기 라이너의 축 방향을 따라 제2 나사산과 상기 확장 고리부 및 제3 나사산이 순서대로 위치하며, 제1 나사산과 제2 나사산이 서로 나사 결합되는 압력 용기.
제4항에 있어서,
상기 제2 보스는 상기 넥크부의 내주면에 밀착되는 제1 원통부와, 외주면에 제4 나사산이 위치하여 상기 제3 나사산에 나사 결합되는 제2 원통부를 포함하고, 제1 원통부와 제2 원통부 사이에 제1 단차면이 위치하며, 상기 확장 고리부의 일면은 제1 단차면과 접촉하는 압력 용기.
제1항에 있어서,
상기 넥크부의 단부 중 상기 제2 보스를 향한 내측에 상기 밀봉 링의 수용을 위한 제1 오목부가 위치하고, 상기 넥크부를 향한 상기 확장 고리부의 타면 중 상기 제2 보스를 향한 내측에 상기 밀봉 링의 수용을 위한 제2 오목부가 위치하는 압력 용기.
제6항에 있어서,
상기 밀봉 링은 상기 넥크부의 단부와 마주하는 일면과, 상기 확장 고리부와 마주하는 타면과, 상기 제2 보스와 마주하는 내주면과, 서로간 단차를 가지는 제1 외주면과 제2 외주면을 포함하고, 상기 밀봉 링의 일면과 제1 외주면은 상기 제1 오목부에 수용되며, 상기 밀봉 링의 타면과 제2 외주면의 일부는 상기 제2 오목부에 수용되는 압력 용기.
제7항에 있어서,
상기 밀봉 링은 상기 제1 오목부에서 상기 넥크부의 단부를 향해 확장되어 상기 넥크부의 단부를 가압하는 제1 돌기와, 상기 제2 보스를 향해 확장되어 상기 제2 보스를 가압하는 제2 돌기를 포함하는 압력 용기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 링은 불소 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 및 실리콘 고무 중 어느 하나를 포함하는 압력 용기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 넥크부의 내주면과 상기 제2 보스의 외주면 사이에 위치하는 적어도 하나의 오-링과 적어도 하나의 백업 링을 더 포함하는 압력 용기.
제10항에 있어서,
상기 적어도 하나의 오-링은 상기 라이너의 축 방향을 따라 이격된 제1 오-링과 제2 오-링을 포함하고, 상기 적어도 하나의 백업 링은 제1 오-링에 밀착 배치되는 제1 백업 링과, 제2 오-링에 밀착 배치되는 제2 백업 링을 포함하는 압력 용기.