KR100872718B1 - Smart fuel storage tank of car - Google Patents

Abstract

Translated fromKorean

발명은 "스마트" 압축천연가스(CNG) 저장고에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수소연료 자동차 및 연료보급소에서 사용하는 자체진단기능의 스마트 압축수소탱크에 관한 것이다. 이 스마트 저장탱크는 압력, 용도 및 그 외의 환경인자에 관계없이 저장탱크를 연속적으로 진단할 수 있게 하면서 탱크의 구조적 건전상태를 신뢰할 수 있을 정도로 평가할 수 있게 한다. 이 시스템은 복합재료저장탱크의 구조적 건전성을 확보할 수 있고, 문제를 검출하여야 할 때, 또는 원통체의 수명이 초과하는 경우 탱크의 압축을 방지한다. 자동차의 연료저장탱크의 복합재료구조물에는 탱크의 건전상태 및 이상을 연속적으로 감시하는 방법이 가능하도록 진단네트워크 패치(DNP)장치가 부착 및 매립된다.The present invention relates to a "smart" compressed natural gas (CNG) reservoir, and more particularly to a smart compressed hydrogen tank with a self-diagnostic function used in hydrogen fuel vehicles and fuel supply stations. The smart storage tanks enable reliable assessment of the structural health of the tanks while enabling continuous diagnostics of the storage tanks regardless of pressure, use and other environmental factors. This system ensures the structural integrity of the composite storage tank and prevents compression of the tank when problems have to be detected or when the life of the cylinder is exceeded. The composite material structure of the fuel storage tank of a vehicle is equipped with a diagnostic network patch (DNP) device to enable continuous monitoring of the condition and abnormality of the tank.

수소연료, 자동차, 연료보급소, 연료저장탱크Hydrogen Fuel, Automobile, Fueling Station, Fuel Storage Tank

Description

Translated fromKorean

자동차의 스마트 연료저장탱크{Smart Vehicle's Fuel Storage Tank}Smart Vehicle's Fuel Storage Tank

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라서 전기접속 커플러에 합체된 스마트 수소저장탱크의 개략사시도.1A is a schematic perspective view of a smart hydrogen storage tank incorporated in an electrical connection coupler in accordance with one embodiment of the present invention.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 수소저장탱크의 개략정면도.Figure 1b is a schematic front view of a smart hydrogen storage tank according to an embodiment of the present invention.

도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 수소저장탱크에서 사용되는 전기접속 커플러의 개략사시도.Figure 1c is a schematic perspective view of an electrical connection coupler used in a smart hydrogen storage tank according to an embodiment of the present invention.

도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 수소저장탱크에 부착된 전기접속케이블의 개략평면도.Figure 1d is a schematic plan view of the electrical connection cable attached to the smart hydrogen storage tank according to an embodiment of the present invention.

도 1e는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 수소저장탱크의 외측면 상의 진단네트워크 패치장치의 일 배치예의 개략정면도.1E is a schematic front view of an arrangement example of a diagnostic network patch device on an outer surface of a smart hydrogen storage tank according to an embodiment of the present invention;

도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 수소저장탱크의 외측면 상의 진단네트워크 패치장치의 다른 배치예의 개략정면도.Figure 1f is a schematic front view of another arrangement of the diagnostic network patch device on the outer surface of the smart hydrogen storage tank according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 탱크의 외측면상에 진단네트워크 패치장치를 포함한 금속라이너가 부착된 저장탱크의 개략단면도.Figure 2a is a schematic cross-sectional view of a storage tank with a metal liner including a diagnostic network patch device on the outer surface of the tank according to an embodiment of the present invention.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복합쉘과 외측쉘 사이에 개재된 진단네트워크 패치장치를 포함하는 금속라이너를 갖는 저장탱크의 개략단면도.Figure 2b is a schematic cross-sectional view of a storage tank having a metal liner including a diagnostic network patch device interposed between the composite shell and the outer shell, according to another embodiment of the present invention.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 탱크의 외측면상에 부착된 진단네트워 크 패치장치를 포함하는 충격보호돔을 갖는 저장탱크의 개략단면도.3A is a schematic cross-sectional view of a storage tank having an impact protection dome including a diagnostic network patch device attached to an outer surface of a tank, according to one embodiment of the invention.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복합쉘과 외측쉘 사이에 매립된 진단네트워크 패치장치를 포함하는 충격보호돔을 갖는 저장탱크의 개략단면도.3B is a schematic cross-sectional view of a storage tank having a shock protection dome including a diagnostic network patch device embedded between a composite shell and an outer shell, according to another embodiment of the present invention.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재료구조체 저장탱크의 외측면상에 부착된 진단네트워크 패치장치를 포함하는 보스 및 플라스틱 라이너를 갖는 저장탱크의 개략단면도.4A is a schematic cross-sectional view of a storage tank having a boss and a plastic liner including a diagnostic network patch device attached to an outer surface of a composite structure storage tank according to an embodiment of the present invention.

도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복합쉘과 외측쉘 사이에 개재된 진단네트워크 패치장치를 포함하는 보스 및 플라스틱 라이너를 갖는 저장탱크의 개략단면도.4B is a schematic cross-sectional view of a storage tank having a boss and a plastic liner including a diagnostic network patch device interposed between the composite shell and the outer shell, according to another embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 때른 탱크의 복합구조물에 매립된 광섬유 센서 및 진단네트워크 패치장치를 포함하는 저장탱크의 개략정면도.5A is a schematic front view of a storage tank including an optical fiber sensor and a diagnostic network patch device embedded in a complex structure of a tank according to an embodiment of the present invention.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 탱크의 복합구조물에 매립된 광섬유센서 및 진단네트워크 패치장치를 포함하는 저장탱크의 개략단면도.5B is a schematic cross-sectional view of a storage tank including an optical fiber sensor and a diagnostic network patch device embedded in a complex structure of a tank according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 "스마트" 압축천연가스(CNG) 저장고에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수소연료 자동차 및 연료보급소에서 사용하는 자체진단기능의 압축수소탱크에 관한 것이다.The present invention relates to a "smart" compressed natural gas (CNG) reservoir, and more particularly to a compressed hydrogen tank of a self-diagnostic function used in hydrogen fuel vehicles and fuel supply stations.

수소의 에너지 밀도는 고압으로 수소를 저장함으로써 향상시킬 수 있다. 이 를 위해서 경량의 차내 연료저장고에 고강도 복합재료를 사용할 필요가 있다. 압력용기는 압축가스의 침투를 방지하기 위한 장벽으로서 통상 알루미늄이나 고분자 폴리머 플라스틱의 원통형 라이너와, 이 원통체 상의 복합 외피 피복으로 구성된다. 이 원통체 상의 복합 피복은 후프와 횡단 외피로 구성된다. 이 복합재료구조체는 열경화성 재료가 혼합된 여러 가지 탄소섬유나 유리섬유일 수 있다. 이 복합재료피복은 압축가스의 부하를 보유하기만 한다. 두바일(Duvail)에게 허여된 미합중국 특허 제 5,476,189호에서는 손상경감시스템을 갖는 압력용기가 제안되어있다. 이 복합재료압력용기의 설계 및 제조는 또한 "the Society for the Advancement of Material and Process Engineering(SAMPE)"에서 발행된 "Filament Winding Composite Structure Fabrication"이라는 책에도 설명되어 있다. 운반형 수소연료보급시스템은 Niedwiecki에게 허여된 미합중국 특허 제 6,755,225호에 개시되어 있다. 이 특허에서, 휴대용 수소연료보급소는 하나 이상의 압력탱크로부터 기체상태의 수소를 분배하고, 저압수소 가스재료로 보충된 후 연료보급소 내에 저장하기 위해 압축될 수 있다.The energy density of hydrogen can be improved by storing hydrogen at high pressure. This requires the use of high-strength composites in lightweight in-vehicle fuel storage. The pressure vessel is a barrier for preventing the penetration of compressed gas, and is usually composed of a cylindrical liner made of aluminum or polymer polymer plastic, and a composite sheath coating on the cylinder. The composite sheath on this cylinder consists of a hoop and a transverse sheath. The composite structure may be a variety of carbon or glass fibers in which thermosetting materials are mixed. This composite coating only carries a load of compressed gas. In US Pat. No. 5,476,189 to Dubail, a pressure vessel with a damage mitigation system is proposed. The design and manufacture of this composite pressure vessel is also described in a book entitled "Filament Winding Composite Structure Fabrication" published by the Society for the Advancement of Material and Process Engineering (SAMPE). A portable hydrogen fuel supply system is disclosed in US Pat. No. 6,755,225 to Niedwiecki. In this patent, a portable hydrogen fueling station can be compressed to distribute gaseous hydrogen from one or more pressure tanks, supplemented with low-pressure hydrogen gaseous material and stored in the fueling station.

필라멘트권선 복합구조체로 된 고압탱크는 일체형 금속탱크보다 매우 가볍지만, 이 복합재료탱크는 가동 중의 손상을 받기 쉽다. 복합구조체의 섬유 및 수지 매트릭스의 손상은 저장탱크의 구조적 완전성을 감소시키며 쉽게 검사할 수 없다. 연료전지 자동차 및 천연가스 자동차에서 사용되는 저장탱크의 구조적 완전성을 보장하기 위해서는 손상검출시스템이 필요하다. 현재의 첨단기술은 초음파 기술을 이용한다. 이 기술은 저장탱크를 설비로부터 제거하여 검사장치 내에 배치하기 때 문에 저장탱크의 구조적 완전성을 결정하는 연속적 방법을 제공하지 않는다. 또한, 복합재료저장탱크의 국부적인 변형을 측정하기 위한 광섬유그레이팅(Fiber Bragg Grating; FBG)을 사용하는 광섬유 시스템에 대하여 변형을 감시하는 그 외의 기술이 개발되었다. 이들 변형감시 시스템은 검출장치에 국부적인 손상을 결정할 수 있을 뿐이다. 복합재료압력용기에 대한 광섬유 손상검출 시스템은 앤드류(Andrews)에게 허여된 미합중국 특허 제 7,113,660호에 개시되어 있다. 이 특허에서는 복합재료구조물의 충격 및 취급에 의해 생기는 탱크구조물의 손상을 검출하기 위해 광섬유가 복합재료구조물의 외측면 위에 2차원 패턴으로 감겨서 부착된다. 압축천연가스연료 저장탱크 및 그 제조방법은 또한 박(Park) 등에게 허여된 대한민국 특허 제 10-0658116호에도 개시되어 있다. 또한, NDT&E International 34 (2001), p289-296에서, Degrieck는 "Monitoring of fibre reinforced composites with embedded optical fibre Bragg sensors, with application to filament wound pressure vessels"라는 명칭의 논문을 발행하였다.High pressure tanks of filament wound composite structures are much lighter than integral metal tanks, but these composite tanks are susceptible to damage during operation. Damage to the fiber and resin matrix of the composite structure reduces the structural integrity of the storage tank and cannot be easily inspected. Damage detection systems are needed to ensure the structural integrity of storage tanks used in fuel cell vehicles and natural gas vehicles. Current high technology uses ultrasonic technology. This technique does not provide a continuous method of determining the structural integrity of the storage tank because it is removed from the installation and placed in the inspection system. In addition, other techniques for monitoring strain have been developed for fiber optic systems using Fiber Bragg Grating (FBG) to measure local strain in composite storage tanks. These strain monitoring systems can only determine local damage to the detection device. An optical fiber damage detection system for composite pressure vessels is disclosed in US Pat. No. 7,113,660 to Andrews. In this patent, optical fibers are wound and attached in a two-dimensional pattern on the outer surface of the composite structure to detect damage to the tank structure caused by the impact and handling of the composite structure. Compressed natural gas fuel storage tanks and a method of manufacturing the same are also disclosed in Korean Patent No. 10-0658116 to Park et al. In addition, in NDT & E International 34 (2001), p289-296, Degrieck published a paper entitled "Monitoring of fiber reinforced composites with embedded optical fiber Bragg sensors, with application to filament wound pressure vessels".

압력, 응용 및 그 외의 환경인자와 관계없이 탱크의 구조적 건전성 상태를 믿을 수 있을 정도로 평가하면서 저장탱크를 계속적으로 진단할 수 있게 하는 자동차의 연료저장탱크용 감시 및 진단 시스템이 여전히 필요하다. 이런 감시 및 진단 시스템은 복합재료탱크의 구조적 완전성을 보장할 수 있다. 또한 이 시스템은 문제를 검출하여야 할 때, 또는 원통체의 수명이 초과하는 경우 탱크의 압축을 방지할 수 있다. 이런 "스마트" 저장탱크 시스템은 스마트 탱크를 자체진단 시스템과 함께 자동차 컨트롤러, 연료보급 시스템 및 연료보급소에 일체화하는 경우 현존 기 술보다 많은 이점들을 제공한다.There is still a need for a monitoring and diagnostic system for a vehicle's fuel storage tanks that enables the continuous diagnosis of storage tanks while reliably assessing the structural health of the tanks, regardless of pressure, application and other environmental factors. This monitoring and diagnostic system can ensure the structural integrity of the composite tank. The system can also prevent compression of the tank when problems have to be detected or when the life of the cylinder is exceeded. This “smart” storage tank system offers many advantages over existing technologies when integrating smart tanks with car diagnostics, refueling systems and refueling stations.

본 발명은 미합중국 특허 제 7,117,742호에 개시된 진단 네트워크 패치(DNP) 장치를 이용하는 자동차의 스마트연료저장탱크에 관한 것이다. DNP장치는 연료저장탱크의 건전상태 감시를 위해 진단신호를 전송 및 수신하도록 복합재료저장탱크에 매립되거나 부착된다.The present invention relates to a smart fuel storage tank for a motor vehicle using a diagnostic network patch (DNP) device disclosed in US Pat. No. 7,117,742. The DNP device is embedded or attached to the composite storage tank to transmit and receive diagnostic signals for monitoring the health of the fuel storage tank.

본 발명의 목적은 탱크의 건전상태를 감시하기 위해 저장탱크에 부착된 진단 네트워크 패치(DNP) 장치를 이용하는 스마트 복합재료연료저장탱크를 제공하는 것이다. 이 저장탱크의 DNP장치는 탱크의 이상을 감시하기 위해 송신기 패치와 센서 패치 사이에 신호경로를 확립하는데, 여기서 음파 또는 충격파(램파 등)가 신호경로를 통해 전송한다. 저장탱크의 손상 및 열화는 심문(interrogation) 시스템에 의해 제어되는 상기 매립 또는 부착된 DNP장치로 연속적으로 검출할 수 있다. DNP장치에 의해 전송되어 수신된 내부 진단신호는 저장탱크내에 음향통신망을 형성한다. DNP 시스템은 음향통신망의 전송경로를 분산시키고 집중화시킴에 의해, 광섬유센서계 국부변형 측정과 비교하여 저장탱크의 손상 및 이상을 전체적으로 감시하고 정밀하게 점검할 수 있게 한다.An object of the present invention is to provide a smart composite fuel storage tank using a diagnostic network patch (DNP) device attached to the storage tank to monitor the health of the tank. The DNP device in this storage tank establishes a signal path between the transmitter patch and the sensor patch to monitor the tank for anomalies, where sound waves or shock waves (ram waves, etc.) are transmitted through the signal path. Damage and deterioration of the storage tank can be detected continuously with the embedded or attached DNP device controlled by an interrogation system. The internal diagnostic signal transmitted and received by the DNP device forms an acoustic communication network in the storage tank. By distributing and centralizing the transmission path of the acoustic communication network, the DNP system can monitor and precisely check the damage and abnormality of the storage tank as compared to the local strain measurement of the fiber optic sensor system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기접속 커플러에 합체된 스마트 수소저장탱크는, 압축가스를 내부에 담고 있는 내측 원통형 라이너와; 상기 내측 라이너 위에 적층되며, 에폭시와 혼합된 탄소섬유의 필라멘트권선 복합재료의 복합쉘과; 에 폭시와 혼합된 유리섬유의 필라멘트권선 복합재료구조체의 외측쉘과; 탱크의 건전상태를 심문하기 위해 상기 외측쉘 상에 부착된 다수의 DNP장치와; 다수의 평면형 연질 전기케이블과; 다수의 외측 스트립벨트;를 포함한다.According to one embodiment of the invention, the smart hydrogen storage tank incorporated in the electrical connection coupler, the inner cylindrical liner containing the compressed gas therein; A composite shell of carbon fiber filament wound composite material laminated on the inner liner and mixed with epoxy; An outer shell of the filament wound composite structure of glass fibers mixed with epoxy; A plurality of DNP devices attached to the outer shell for interrogating the health of the tank; A plurality of planar soft electrical cables; It includes a plurality of outer strip belt.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트 수소저장탱크는 복합쉘과 외측쉘 사이에 매립된 진단네트워크 패치(DNP)장치를 포함한다.According to one embodiment of the invention, the smart hydrogen storage tank comprises a diagnostic network patch (DNP) device embedded between the composite shell and the outer shell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장탱크는, 진단네트워크 패치(DNP)장치 외에도, 몇 군데 위치에서 탱크를 압축할 때 변형 및 어코스틱 에미션(AE) 신호를 측정하기 위해 다수의 광섬유그레이팅(FBG) 및 광섬유 코일센서를 포함한다.According to one embodiment of the invention, the storage tank, in addition to the diagnostic network patch (DNP) device, a plurality of optical fiber grating (AE) to measure the deformation and acoustic emission (AE) signal when the tank is compressed in several places FBG) and optical fiber coil sensors.

본 발명의 상기 및 그 외의 이점과 특징들은 이하에 보다 상세하게 설명하는 본 발명의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 것이다.The above and other advantages and features of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the detailed description of the invention which is described in more detail below.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따라서 전기접속 커플러(170)와 합체된 스마트 수소저장탱크(100)의 개략사시도이다. 도 1b는 스마트 수소저장탱크(100)의 개략정면도이다. 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 저장탱크(100)는 원통부(130)와 한 쌍의 말단 돔부(150)를 포함한다. 저장탱크(100)의 일단부나 양단부에는 기체의 통로로서 하나 또는 두 개의 포트(108)에 탱크의 내부를 연통시키기 위해 보스(104, 106)가 마련된다. 저장탱크의 외부는 압축가스의 부하를 보유할 수 있도록 섬유강화수지 매트릭스에 필라멘트 권선 또는 적층된 구조물인 외측 복합쉘(102)에 의해 형성된다.1A is a schematic perspective view of a smarthydrogen storage tank 100 incorporated with anelectrical connection coupler 170 in accordance with one embodiment of the present invention. 1B is a schematic front view of the smarthydrogen storage tank 100. As shown in FIGS. 1A and 1B, thestorage tank 100 includes acylindrical portion 130 and a pair ofend dome portions 150. At one end or both ends of thestorage tank 100,bosses 104 and 106 are provided to communicate the inside of the tank to one or twoports 108 as gas passages. The exterior of the storage tank is formed by anouter composite shell 102 which is a structure filament wound or laminated to a fiber reinforced matrix to hold a load of compressed gas.

외측 복합쉘(102)의 외측면에는 다수의 진단네트워크패치(DNP) 장치가 마련되어 부착된다. DNP장치(120)는 송신기 패치 및 센서 패치 중의 적어도 어느 하나 로서 동작할 수 있으며, 각 DNP장치(120)는 심문 시스템에 의해 송신기 패치가 진단신호를 전송하거나 센서 패치가 그 신호(보다 구체적으로, 유도초음파(램파) 또는 진동신호)를 수신하도록 지정된다. DNP장치는 미합중국 특허 제 7,117,742호 및 미합중국 특허출원 제 11/502,117호에 개시되어 있으며, 심문 시스템도 미합중국 특허출원 제 11/397,351호 및 제 11/502,319호에 개시되어있는데, 이들 특허들의 전체 내용을 여기서 참고로 인용한다. 본 실시예에 의해 제한되지 않고, DNP장치는 탄성파를 발생하고 수신하기 위해 연질막(flexible substrate) 사이에 압전소자가 개재된 연질검출막(flexible diagnositc layer)과 다수의 PVDF 패치를 포함할 수 있다. DNP장치(120) 이외에도, 탱크(100)를 압축할 때 몇 군데 위치에서 변형 및/또는 어코스틱 에미션(AE) 신호를 측정하기 위해 복합재료구조물(102) 내에는 광케이블(140)을 갖는 어떤 광섬유센서(142, 144, 145)라도 매립될 수 있다. 또한 저장탱크의 온도를 측정하기 위해서는 진단신호의 분석에 사용할 수 있는 온도센서(146)도 마련될 수 있다.The outer surface of theouter composite shell 102 is provided with a plurality of diagnostic network patch (DNP) device is attached. TheDNP device 120 may operate as at least one of a transmitter patch and a sensor patch, and eachDNP device 120 may transmit a diagnostic signal by the interrogation system, or the sensor patch may be a signal (more specifically, It is designated to receive an induced ultrasonic wave (ram wave) or vibration signal. DNP devices are disclosed in US Patent No. 7,117,742 and US Patent Application No. 11 / 502,117, and interrogation systems are also disclosed in US Patent Application Nos. 11 / 397,351 and 11 / 502,319. Cite here for reference. Without being limited by the present embodiment, the DNP device may include a flexible diagnositc layer and a plurality of PVDF patches interposed between piezoelectric elements between flexible substrates for generating and receiving elastic waves. . In addition to theDNP device 120, any composite fiber structure having afiber optic cable 140 in thecomposite structure 102 to measure strain and / or acoustic emission (AE) signals at several locations when thetank 100 is compressed. Theoptical fiber sensors 142, 144, and 145 may also be embedded. In addition, to measure the temperature of the storage tank may be provided with atemperature sensor 146 that can be used to analyze the diagnostic signal.

DNP장치의 손상, 접합재료의 열화, 전선(1906) 사이의 기생컨덕턴스에 의한 전기적 간섭에 대하여 보호하기 위해 DNP장치(120)를 고정하는데 다수의 커버링 스트립 벨트(124)를 제공할 수 있다. 스트립벨트(124)는 균질한 열가소성 또는 고무재료인 필라멘트권선 복합재료구조체로 구성된다. 각 스트립벨트(124)는 전기도체를 전기공통접지에 연결함으로써 전기적 간섭을 줄이기 위해 도면에 도시하지 않은 금속막 또는 와이어 등의 전기도체를 포함할 수 있다.Multiplecovering strip belts 124 may be provided to secure theDNP device 120 to protect against damage to the DNP device, degradation of the bonding material, and electrical interference due to parasitic conductance between thewires 1906. Thestrip belt 124 is composed of a filament wound composite material structure which is a homogeneous thermoplastic or rubber material. Eachstrip belt 124 may include an electrical conductor, such as a metal film or wire, not shown in the drawings to reduce electrical interference by connecting the electrical conductor to an electrical common ground.

외측 복합쉘(102)의 외측면상에는 통상의 분배방법에 의해 구조용 접착제, 대표적으로는 캐스트 열경화성 에폭시에 의해 다수의 평면 연질 전기케이블(122)이 부착된다. 이 평면 케이블(122)은 보스(104)의 일단부에 필라멘트 권선재료의 스트립 벨트(128)가 고정된 전기접속장치(126)에 진단용 네트워크 패치(120)를 연결한다. 이 전기접속장치(126)는 플랫 케이블 단부(190)의 금속도금 와이어(1906)가 보스(104)의 목부로부터 반경 방향으로 연장되는 관형링이다. 도 1d에 도시한 바와 같이, 평면형 연질 전기케이블(122)은 기재층(1902), 커버층(1904) 및 이들 층사이에 개재된 금속와이어(1906)로 구성되는 얇은 리본 타입의 전기 도체 케이블이 될 수 있다. 이 기재층 및 커버층(1902, 1904)은 폴리이미드 재료로 만들어질 수 있다. 플랫 케이블(190)의 단부는 원주방향으로 따라서 등간격으로 전기접속장치(126)의 외측면에 고정된다.On the outer surface of the outer composite shell 102 a number of planar softelectrical cables 122 are attached by structural adhesives, typically cast thermoset epoxy, by conventional dispensing methods. Theflat cable 122 connects thediagnostic network patch 120 to anelectrical connection 126 to which astrip belt 128 of filament winding material is fixed at one end of theboss 104. Thiselectrical connection 126 is a tubular ring in which the metal-platedwire 1906 of theflat cable end 190 extends radially from the neck of theboss 104. As shown in FIG. 1D, the planar flexibleelectric cable 122 includes a thin ribbon type electric conductor cable composed of abase layer 1902, acover layer 1904, and ametal wire 1906 interposed therebetween. Can be. This substrate layer andcover layers 1902 and 1904 may be made of polyimide material. The end of theflat cable 190 is fixed to the outer surface of theelectrical connection device 126 at equal intervals along the circumferential direction.

전기접속장치(126)는 도 1c에 도시한 바와 같이 열경화성 또는 열가소성 재료로 만들어져서 삽입공(1704)을 갖는 중공관체의 전기접속커플러(170) 속에 끼워질 수 있다. 이 성형체는 원주방향으로 따라서 내측면에 다수의 박판형 도체(1708)가 부착된 다수의 전기 핀홀 타입의 도체(1706)를 그 성형체의 내부에 이용한다. 이 사각형의 플레이트 도체(1708)는 전기접속수단 또는 와이어(1710)에 의해 대응 핀홀타입 도체(1706)에 연결된다. 각각의 사각형 플레이트 도체(1708)는 전기접속장치(126)상에 부착된 대응 플랫 금속도금 와이어(1906)의 접점(1908)을 제공함으로써 상호 접속된다. DNP장치(120)는 전기접속장치(126)에 고정된 대응 플랫 케이블 단부(190)와 전기 다중와이어 중계케이블에 의해 연결될 수 있는 전기접속커플러(170)를 통해 심문 시스템과 전기신호를 교신한다.The electrical connectingdevice 126 may be made of a thermosetting or thermoplastic material and inserted into the electrical connectingcoupler 170 of the hollow tube having theinsertion hole 1704 as shown in FIG. 1C. This molded body uses a plurality of electricpinhole type conductors 1706 inside the molded body with a plurality of thin plate-shapedconductors 1708 attached to the inner side along the circumferential direction. Thisrectangular plate conductor 1708 is connected to the correspondingpinhole type conductor 1706 by electrical connection means orwire 1710. Eachsquare plate conductor 1708 is interconnected by providing acontact 1908 of a corresponding flat metal platedwire 1906 attached on theelectrical connection 126. TheDNP device 120 communicates electrical signals with the interrogation system through anelectrical connection coupler 170 that may be connected by a correspondingflat cable end 190 secured to theelectrical connection device 126 and an electrical multi-wire relay cable.

도 1e 및 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 저장탱크(100)의 외측면에 부착된 DNP장치(120)의 배열을 나타낸다. 이런 배열패턴으로 분포된 DNP장치(120)는 전술한 특허출원의 실시예에서 설명되어 있다. 또한, 음향심문 네트워킹, 진단데이터처리, 및 구조상태 인덱스(SCI) 및 단층화상 발생의 방법도 여기서 전체 내용을 참고로 인용하는 미합중국 특허출원 제 10/942,714호 및 제 11/509,198호에 개시되어있다.1E and 1F show the arrangement of theDNP device 120 attached to the outer surface of thestorage tank 100 according to an embodiment of the present invention. TheDNP device 120 distributed in this arrangement pattern is described in the above-described embodiment of the patent application. Methods of acoustic interrogation networking, diagnostic data processing, and structural state index (SCI) and tomographic imaging are also disclosed in United States patent applications 10 / 942,714 and 11 / 509,198, which are incorporated herein by reference in their entirety. .

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 탱크(206)의 외측면에 진단네트워크 패치장치(212)가 부착되어 있으며 금속 라이너(202)를 갖는 저장탱크(200)의 개략단면도를 나타낸다. 이 저장탱크(200)는, 가스의 침투를 방지하기 위한 것으로서 내부에 압축가스를 담고 있는 내측 원통형 금속라이너(202)와; 압축가스의 부하를 보유하기 위해 내측 라이너(202) 위에 적층되며, 에폭시와 혼합된 탄소섬유의 필라멘트권선 복합재료로 된 복합쉘(204)과; 절삭, 마모, 화학약품에 대한 노출, 국부가열, 풍화작용 및 방사선에 의한 열화에 대하여 보호하기 위해 에폭시와 혼합된 유리섬유의 필라멘트권선 복합재료구조체로 된 외측쉘(206)과; 탱크의 건전상태를 심문하기 위해 외측쉘상에 부착된 다수의 진단네트워크 패치(212)와; 진단네트워크 패치(212)를 보스(208, 210)의 일단부에서 전기접속장치(226)에 연결하는 다수의 평면형 연질전기케이블(도시하지 않음)과; 균질 열가소성 또는 고무 재료의 필라멘트권선 복합재료구조체로 구성되어 진단네트워크 패치를 보호하기 위한 외측 스트립벨트(214)로 구성된다.2A shows a schematic cross-sectional view of astorage tank 200 having a diagnosticnetwork patch device 212 attached to an outer surface of atank 206 and having ametal liner 202 in accordance with one embodiment of the present invention. Thestorage tank 200, the innercylindrical metal liner 202 containing a compressed gas therein to prevent the ingress of gas; Acomposite shell 204 made of a filament wound composite material of carbon fibers mixed with epoxy, stacked on theinner liner 202 to hold a load of compressed gas; Anouter shell 206 of a filament wound composite structure of glass fibers mixed with epoxy to protect against cutting, abrasion, exposure to chemicals, localized heat, weathering and degradation by radiation; A plurality ofdiagnostic network patches 212 attached on the outer shell to interrogate the health of the tank; A plurality of planar flexible electrical cables (not shown) connecting thediagnostic network patch 212 to theelectrical connection device 226 at one end of thebosses 208 and 210; It consists of a filament wound composite structure of homogeneous thermoplastic or rubber material and consists of anouter strip belt 214 for protecting the diagnostic network patch.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 복합쉘(204)과 외측쉘(206) 사이 에 진단네트워크 패치장치(212)가 매립되어 있으며, 금속라이너(202)를 갖는 저장탱크(200)의 개략단면도이다.2B illustrates a diagnosticnetwork patch device 212 embedded between thecomposite shell 204 and theouter shell 206 according to another embodiment of the present invention, and thestorage tank 200 having themetal liner 202. Schematic cross section.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 탱크의 외측면상에 진단네트워크 패치장치(312)가 부착되며, 충격보호돔(307)을 갖는 저장탱크(300)의 개략단면도를 나타낸다. 이 저장탱크(300)는, 압축가스를 내부에 담고 있으며 보스(308, 310)를 갖는 내측 원통형 금속라이너(302)와; 상기 내측 라이너(302) 위에 적층되며, 에폭시와 혼합된 탄소섬유의 필라멘트권선 복합재료로 이루어지는 복합쉘(304)과; 외측쉘(306)과; 탱크의 단부에 위치하며 고무나 발포성 재료로 구성되는 하나 이상의 충격보호돔(307)과; 외측쉘(306)에 부착된 다수의 진단네트워크 패치(310)와; 전기접속장치(326)에 연결되는 다수의 평면형 연질전기케이블(도시하지 않음)과; 다수의 외측 스트립벨트(314)로 구성된다.3A shows a schematic cross-sectional view of astorage tank 300 having a diagnosticnetwork patch device 312 attached to an outer surface of a tank and having animpact protection dome 307 according to one embodiment of the invention. Thestorage tank 300 includes an innercylindrical metal liner 302 containing compressed gas therein and havingbosses 308 and 310; Acomposite shell 304 laminated on theinner liner 302 and made of a filament wound composite material of carbon fiber mixed with epoxy; Anouter shell 306; At least oneimpact protection dome 307 located at the end of the tank and composed of rubber or foam material; A plurality ofdiagnostic network patches 310 attached to theouter shell 306; A plurality of planar flexible electrical cables (not shown) connected to theelectrical connection device 326; It consists of a plurality ofouter strip belts 314.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 복합쉘(304)과 외측쉘(306) 사이에 진단네트워크 패치장치(312)가 매립되어 있으며, 충격보호돔(307)을 갖는 저장탱크(300)의 개략단면도이다.3B illustrates a diagnosticnetwork patch device 312 embedded between thecomposite shell 304 and theouter shell 306 according to another embodiment of the present invention, and thestorage tank 300 having theimpact protection dome 307. Is a schematic cross-sectional view of.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 복합재료저장탱크의 외측면상에 진단네트워크 패치장치(412)가 부착되어 있으며, 플라스틱 라이너(402) 및 보스(408, 410)를 갖는 저장탱크(400)의 개략단면도를 나타낸다. 이 저장탱크는, 압축가스를 내부에 담고있는 고분자폴리머 플라스틱의 내측 라이너(402)와; 내측 라이너(402) 위에 적층되며, 에폭시와 혼합된 탄소섬유의 필라멘트권선 복합재료로 이루어진 복합쉘(404)과; 외측쉘(406)과; 외측쉘(406)상에 부착된 다수의 진단네트워크 패 치(412)와; 전기접속장치(426)에 연결된 다수의 평면형 연질전기케이블(도시하지 않음)과; 다수의 외측 스트립벨트(414)로 구성된다.4A illustrates astorage tank 400 having aplastic liner 402 andbosses 408 and 410 attached to the diagnosticnetwork patch device 412 on an outer surface of the composite material storage tank according to an embodiment of the present invention. A schematic cross-sectional view of) is shown. The storage tank includes aninner liner 402 of a polymer polymer plastic containing compressed gas therein; Acomposite shell 404 laminated on theinner liner 402 and made of a filament wound composite material of carbon fiber mixed with epoxy; Anouter shell 406; A plurality ofdiagnostic network patches 412 attached on theouter shell 406; A plurality of planar flexible electrical cables (not shown) connected to theelectrical connection device 426; It consists of a plurality ofouter strip belts 414.

도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 복합쉘(404)과 외측쉘(406) 사이에 진단네트워크 패치장치(412)가 매립되어 있으며, 플라스틱 라이너(402) 및 보스(408, 410)를 갖는 저장탱크(400)의 개략단면도이다.4B illustrates a diagnosticnetwork patch device 412 embedded between thecomposite shell 404 and theouter shell 406 in accordance with another embodiment of the present invention, wherein theplastic liner 402 and thebosses 408 and 410 are embedded. It is a schematic sectional drawing of thestorage tank 400 which has.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라서 탱크의 복합재료구조 속에 진단네트워크 패치장치(512) 및 광섬유 센서(542, 544, 545)가 매립된 저장탱크(500)를 나타낸다. 이 저장탱크(500)는 몇 군데 위치에서 탱크(500)를 압축하는 경우 변형 및 어코스틱 에미션(AE) 신호를 측정하기 위해 광섬유 검출시스템(도시하지 않음)에 연결된 광섬유 코일센서(544, 545) 및 다수의 광섬유그레이팅(FBG)(542)을 포함한다. 광섬유센서(542, 544, 545)는 내측 라이너(502)와 복합재료구조물(504) 사이에 매립된다. 광섬유케이블(546)은 내측 라이너(502) 주위로 감겨지며 보스(508)의 목부의 외측면상에 부착되도록 당겨진다. 내측 라이너(502), 광섬유센서(542, 544, 545) 및 광학케이블(546) 위에는 필라멘트권선 복합재료의 복합쉘(504)이 적층된다. 보스(508)의 목부에는 광케이블(546)의 단부를 보스(508)에 고정하기 위해 필라멘트권선 적층체(548)의 후프가 마련된다. 그리고, 후프 적층체(548) 위에는 DNP장치의 접속을 위한 전기접속장치(526)가 놓여진다. 진단네트워크 패치를 보호하기 위해 다수의 외측 스트립벨트(514)도 마련된다.5A and 5B illustrate astorage tank 500 in which a diagnosticnetwork patch device 512 andoptical fiber sensors 542, 544, and 545 are embedded in a composite material structure of a tank according to an embodiment of the present invention. Thestorage tank 500 is an opticalfiber coil sensor 544, 545 connected to an optical fiber detection system (not shown) to measure deformation and acoustic emission (AE) signals when thetank 500 is compressed at several locations. ) And a plurality of optical fiber grading (FBG) 542.Fiber optic sensors 542, 544, and 545 are embedded between theinner liner 502 and thecomposite structure 504.Fiber optic cable 546 is wound aroundinner liner 502 and pulled to attach on the outer surface of the neck ofboss 508. Acomposite shell 504 of a filament wound composite material is stacked on theinner liner 502, theoptical fiber sensors 542, 544, and 545 and theoptical cable 546. The neck of theboss 508 is provided with a hoop of thefilament wound laminate 548 to secure the end of theoptical cable 546 to theboss 508. Then, the electrical connectingdevice 526 for connecting the DNP device is placed on thehoop stack 548. Multipleouter stripbelts 514 are also provided to protect the diagnostic network patches.

스마트 저장탱크를 갖는 자동차가 IrDA 등의 데이터 인터페이스 수단을 사용 하여 통신충전을 할 수 있는 연료보급소에서 수소가스를 보급하는 경우, 자동차의 탱크제어부는 SAE J2799에서 정해진 탱크용량, 측정된 가스압 및 온도 등의 자동차의 연료저장시스템 데이터를 생성하며, 탱크제어부에 연결된 심문 시스템으로부터 스마트 수소탱크의 구조물건전상태지수(SCI) 데이터세트를 회수한다. 그리고 제어부는 자동차의 연료저장 시스템의 데이터와 연료보급중의 탱크의 구조적 건전상태에 대한 SCI 데이터 셋트를 전송한다. 따라서, 연료보급소는 압축수소가스를 갖는 자동차의 연료저장 시스템의 안전하고 신뢰할만하고 신속한 연료보급 및 감시를 가능하게 한다.When a vehicle having a smart storage tank supplies hydrogen gas at a fuel supply station that can communicate and charge using data interface means such as IrDA, the tank control unit of the vehicle has a tank capacity, measured gas pressure and temperature, etc. specified in SAE J2799. The vehicle's fuel storage system data is generated and the SCI dataset of the smart hydrogen tank is retrieved from the interrogation system connected to the tank control unit. The control unit then transmits the data of the fuel storage system of the vehicle and the SCI data set on the structural health status of the tank during refueling. Thus, the refueling station enables safe, reliable and rapid refueling and monitoring of fuel storage systems of automobiles with compressed hydrogen gas.

이상 본 발명을 특정 실시예를 참고하여 설명하였지만, 상기 설명은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것으로서 이후의 특허청구의 범위에 제시하는 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈함 없이 변형예를 만들 수 있음을 이해하여야 한다.While the invention has been described above with reference to specific embodiments, the foregoing description relates to preferred embodiments of the invention, and makes modifications without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the following claims. It should be understood that it can.

본 발명의 스마트 저장탱크는 압력, 용도 및 그 외의 환경인자에 관계없이 저장탱크를 연속적으로 평가할 수 있게 하면서 탱크의 구조적 건전상태를 신뢰할 수 있을 정도로 평가할 수 있게 하며, 복합재료저장탱크의 구조적 건전성을 확보할 수 있고, 문제를 검출하여야 할 때, 또는 원통체의 수명이 초과하는 경우 탱크의 압축을 방지할 수 있다.The smart storage tank of the present invention makes it possible to reliably evaluate the structural health of the tank while continuously evaluating the storage tank regardless of pressure, use and other environmental factors, and the structural integrity of the composite material storage tank. The tank can be prevented when it is secured, when problems have to be detected, or when the life of the cylinder is exceeded.

Claims (13)

Translated fromKorean

압축천연가스나 수소연료 자동차 및 연료보급소에서 사용하는 자동차의 연료저장탱크에 있어서,In fuel storage tanks of compressed natural gas or hydrogen fueled automobiles and automobiles used in fuel supply stations,내부에 압축가스를 담고 있으며 가스의 침투를 방지하기 위한 금속 또는 폴리머 플라스틱 재료의 내측 원통형 라이너와;An inner cylindrical liner made of metal or polymer plastic material containing a compressed gas therein to prevent gas penetration;압축가스의 부하를 보유하기 위해 상기 내측 라이너 위에 적층되는 필라멘트권선 복합재료의 복합쉘과;A composite shell of filament wound composite material laminated on the inner liner to hold a load of compressed gas;탱크의 건전상태를 심문(interrogation)하기 위해 상기 복합쉘에 부착된 다수의 진단네트워크 패치와;A plurality of diagnostic network patches attached to the composite shell to interrogate the health of the tank;상기 진단네트워크 패치를 보스의 일단부에서 전기접속장치에 연결하는 다수의 전기케이블과;A plurality of electrical cables connecting the diagnostic network patch to an electrical connection at one end of the boss;상기 탱크의 온도를 측정하기 위해 상기 복합재료구조물에 부착된 온도센서;를 포함하며,And a temperature sensor attached to the composite structure to measure the temperature of the tank.상기 패치의 각각은 전송기 패치 및 센서 패치 중의 적어도 하나로서 작동할 수 있으며, 지정된 전송기 패치는 진단신호를 전송하고 상기 센서 패치는 그 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.Each of the patches may operate as at least one of a transmitter patch and a sensor patch, wherein the designated transmitter patch transmits a diagnostic signal and the sensor patch receives the signal.제 1 항에 있어서, 상기 탱크의 변형변위 및 어코스틱 에미션 신호를 측정하기 위해 상기 내측 라이너와 상기 복합쉘 사이에 매립된 다수의 광섬유센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.The fuel storage tank of claim 1, further comprising a plurality of optical fiber sensors embedded between the inner liner and the composite shell to measure deformation and acoustic emission signals of the tank.삭제delete제 1 항에 있어서, 진단네트워크 패치를 보호하기 위한 다수의 외측 스트립벨트를 더 포함하며, 상기 각 스트립벨트는 균질 열가소성 또는 고무 재료의 필라멘트권선 복합재료구조체로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.2. The fuel storage of an automobile according to claim 1, further comprising a plurality of outer strip belts for protecting the diagnostic network patch, each strip belt composed of a filament wound composite structure of homogeneous thermoplastic or rubber material. Tank.제 1 항에 있어서, 상기 전기케이블 단부의 금속도금와이어를 담고 있는 관형링의 전기접속장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.2. The fuel storage tank of claim 1, further comprising an electrical connection device of a tubular ring containing metal plating wires at the end of the electric cable.제 1 항에 있어서, 다수의 전기 핀홀형 도체 및 박판형 도체를 담고있는 열경화성 또는 열가소성 재료의 중공 관형체로 된 전기접속 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.2. The fuel storage tank of claim 1, further comprising an electrical connection coupler made of a hollow tubular body of thermosetting or thermoplastic material containing a plurality of electrical pinhole conductors and sheet conductors.제 1 항에 있어서, 상기 각 전기케이블이 기재층, 금속도금층 및 커버층으로 구성되며, 상기 기재층 및 커버층은 폴리이미드 또는 실리콘-폴리이미드로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.The fuel storage tank of claim 1, wherein each of the electric cables comprises a base layer, a metal plating layer, and a cover layer, and the base layer and the cover layer are made of polyimide or silicon-polyimide.제 1 항에 있어서, 상기 신호는 유도초음파(램파) 또는 진동신호인 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.The fuel storage tank of claim 1, wherein the signal is an ultrasonic wave (ram wave) or a vibration signal.압축천연가스 또는 수소연료 자동차 및 연료보급소에서 사용되는 자동차의 연료저장탱크에 있어서,In fuel storage tanks of compressed natural gas or hydrogen fuel vehicles and automobiles used in fuel supply stations,내부에 압축가스를 담고 있으며 가스의 침투를 방지하기 위한 금속 또는 폴리머 플라스틱 재료의 내측 원통형 라이너와;An inner cylindrical liner made of metal or polymer plastic material containing a compressed gas therein to prevent gas penetration;압축가스의 부하를 보유하기 위해 상기 내측 라이너 위에 적층되는 필라멘트권선 복합재료의 복합쉘과;A composite shell of filament wound composite material laminated on the inner liner to hold a load of compressed gas;절삭, 마모, 화학약품에 대한 노출, 국부가열, 풍화작용 및 자외선에 의한 열화에 대하여 보호하기 위해 상기 복합쉘 위에 적층된 외측쉘과;An outer shell laminated on the composite shell for protection against cutting, abrasion, exposure to chemicals, localized heat, weathering and degradation by ultraviolet rays;탱크의 건전상태를 심문(interrogation)하기 위해 상기 복합쉘 및 상기 외측쉘 사이에 매립된 다수의 진단네트워크 패치와;A plurality of diagnostic network patches embedded between the composite shell and the outer shell to interrogate the health of the tank;상기 진단네트워크 패치를 보스의 일단부에서 전기접속장치에 연결하는 다수의 전기케이블과;A plurality of electrical cables connecting the diagnostic network patch to an electrical connection at one end of the boss;상기 탱크의 온도를 측정하기 위해 상기 복합재료구조물에 부착된 온도센서;를 포함하며,And a temperature sensor attached to the composite structure to measure the temperature of the tank.상기 패치의 각각은 전송기 패치 및 센서 패치 중의 적어도 하나로서 작동할 수 있으며, 지정된 전송기 패치는 진단신호를 전송하고 상기 센서 패치는 그 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.Each of the patches may operate as at least one of a transmitter patch and a sensor patch, wherein the designated transmitter patch transmits a diagnostic signal and the sensor patch receives the signal.제 9 항에 있어서, 상기 외측쉘은 필라멘트권선 복합재료구조체이며, 상기 필라멘트권선 복합재료구조체는 에폭시와 혼합된 유리섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.10. The fuel storage tank of claim 9, wherein the outer shell is a filament wound composite material structure, and the filament wound composite material structure is made of glass fiber mixed with epoxy.제 9 항에 있어서, 상기 탱크의 변형변위 및 어코스틱 에미션 신호를 측정하기 위해 상기 내측 라이너와 상기 복합쉘 사이에 매립된 다수의 광섬유센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.10. The fuel storage tank of claim 9, further comprising a plurality of optical fiber sensors embedded between the inner liner and the composite shell to measure deformation and acoustic emission signals of the tank.삭제delete제 9 항에 있어서, 상기 신호는 유도초음파(램파) 및 진동신호인 것을 특징으로 하는 자동차의 연료저장탱크.10. The fuel storage tank of claim 9, wherein the signal is an ultrasonic wave (ram wave) and a vibration signal.

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