KR100903598B1 - 유체 분기 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 분기 공급 장치에 관한 것으로, 공급측 분기배관(1a,1b...)에 설치된 유체공급장치(C)가 컨트롤러(4)에 의해 제어되고, 사용측 분기배관(3b,3c...)에는 전자유량제어밸브(FC)가 설치되되, 하나의 분기배관(3a)에는 전자유량제어밸브(FC)가 설치되지 않은 것을 특징으로 한다.

따라서, 각 유체공급장치(C)의 효율을 고려하여 총효율을 최대화하는 통합제어가 가능하고, 유체의 공급량을 정확하게 제어할 수 있으며, 하나의 사용측 분기배관(3a)에 전자유량제어밸브(FC)가 설치되지 않음으로써 그 분기배관(3a)이 압력변동을 흡수하는 역할을 하여 공급측 분기배관의 압력변동을 억제할 수 있게 되고, 유체 분기 공급 장치의 구성 비용이 절감되는 효과가 있다.

유체공급장치, 유체분기공급, 분기제어, 전자유량제어밸브

Description

유체 분기 공급 장치{branching supply system for fluid}

본 발명은 유체 공급 장치에 관한 것으로, 특히 다수의 분기 배관에 유체를 공급하는 유체 분기 공급 장치에 관한 것이다.

제조업의 여러 부문에서 다양한 액상 및 기상의 물질들이 제품의 생산을 위한 직접 원료물질이나 촉매물질, 또는 작동력 전달매체나 열 전달매체 등으로 이용되고 있다.

상기와 같이 다양하게 이용되는 유체들은 공급원(저장소)으로부터 사용처까지 연결된 배관을 통해 공급되며, 배관에는 유체를 사용처로 압송하기 위한 유체공급장치(펌프, 컴프레서, 블로워 등)가 구비된다.

한편, 하나의 유체공급장치로 필요한 유량 조건을 만족시키지 못할 경우에는 도 1과 같이 유체공급장치(C)를 병렬로 추가 연결하며, 상기 배관은 사용처의 수에 따라 다수로 분기된다.

이와 같이 공급배관을 분기할 때는 다수 배관 각각의 필요한 유량을 공급하기 위해서 배관 내경, 저항, 배관 길이 등을 고려하여 전체 배관을 구성하게 되는데, 이 경우 유체공급장치(C)의 효율변화에 따른 공급량 변동 등에 대처할 수 없게 되므로 도 2와 같이, 각 분기 배관마다 전자유량제어밸브(FC, 컨트롤러에 의해 제어)를 설치하였다.

한편, 종래에는 하나 또는 다수의 유체공급장치(C)를 사용하여 요구 유량은 만족시킬 수 있지만 효율을 고려한 별도의 제어를 수행하지 않으므로 유체 공급의 효율성이 떨어지며, 공급량의 정확한 제어도 불가능하였다.

또한, 상기와 같이 모든 분기 배관에 전자유량제어밸브(FC)를 설치하면 유체의 과잉 공급시 분기지점 이전 배관의 압력이 상승하고, 전자유량제어밸브(FC) 조절에 따른 부하변동에 의해 유체공급장치(C) 토출부의 압력변화를 초래하여 유체 공급의 안정성이 저하되며, 공급량이 부족할 때는 정확한 유량 제어가 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 모든 분기 배관에 전자유량제어밸브(FC)를 설치해야만 하므로 유체 분기 공급 장치의 구성 비용이 증가하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유체공급장치의 효율을 고려한 공급 제어가 가능하고, 유체공급장치 측의 압력 상승 및 변동을 방지할 수 있으며, 이에 공급 유량을 정확하게 제어할 수 있게 되는 한편, 전체 장치의 구성 비용을 절감할 수 있도록 된 유체 분기 공급 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
다수로 분기된 공급측 분기배관과,
다수로 분기된 사용측 분기배관과,
상기 공급측 분기배관과 사용측 분기배관을 연결하는 하나의 연결배관과,
상기 공급측 분기배관에 설치된 유체공급장치와,
상기 사용측 분기배관에 설치된 전자유량제어밸브와,
상기 유체공급장치의 구동속도를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 유체 분기 공급 장치에 있어서,
상기 사용측 분기배관에는 하나의 분기배관을 제외한 나머지 분기배관에만 상기 전자유량제어밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전자유량제어밸브는 컨트롤러에 의해 개도량이 제어되는 것을 특징으로 한다.

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상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 유체공급장치의 구동속도를 전자 제어하여 최고 효율을 유지하고 부하 변동에 순응하도록 제어할 수 있으며, 전자유량제어밸브가 설치되지 않은 1개의 사용측 분기배관이 압력변동을 흡수하는 역할을 하여 유체공급장치의 토출부측 압력 변동을 초래하지 않게 됨으로써 보다 안정적이고 정확한 유체 공급이 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 전자유량제어밸브의 사용 개수가 줄어듦으로써 장치 구성 비용이 감소하게 되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유체 분기 공급 장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이 전체 배관 장치는 공급측 배관과 연결배관(2)과 사용측 배관으로 이루어진다.

상기 공급측 배관은 요구 유량을 공급하기 충분하도록 필요에 따라 다수의 공급측 분기배관(1a,1b...)으로 이루어질 수 있고, 상기 사용측 배관 역시 장치의 구성에 따라서 설치된 유체 사용 장치의 수만큼 필요에 따라 다수의 사용측 분기배관(3a,3b,3c...)으로 구성될 수 있다.

상기 공급측 분기배관(1a,1b...)과 사용측 분기배관(3a,3b,3c...)들은 하나의 연결배관(2)으로 연결된다.

상기 공급측 분기배관(1a,1b...)들에는 각 분기배관마다 모두 유체공급장치(C)가 설치된다. 즉, 유체 분기 공급 장치 내에서 상기 유체공급장치(C)들은 병렬로 설치된다.

또한, 상기 유체공급장치(C)들은 구동속도의 가변제어가 가능한 전자제어 유체공급장치로서 이들의 구동속도 제어를 위하여 컨트롤러(4)가 구비된다.

한편, 상기 사용측 분기배관(3a,3b,3c...)들에는 전자유량제어밸브(FC)가 설치되어 그 개도량을 제어함으로써 통과 유량을 조절하는 것이 가능하며, 이를 위해 상기 전자유량제어밸브(FC)들을 전자 제어하는 컨트롤러(5)가 구비됨은 물론이다.

단, 본 발명은 상기 다수의 사용측 분기배관(3a,3b,3c...)들 중에서 하나의 분기배관(3a)을 제외한 나머지 분기배관(3b,3c...)들에 전자유량제어밸브(FC)가 설치된 것을 특징으로 한다.

즉, 사용처의 요구 유량을 고려하여 병렬로 N개의 사용측 분기배관(3a,3b,3c...)을 구성하였을 때 N-1개의 분기배관에만 전자유량제어밸브(FC)를 설치하는 것이다.

상기와 같이 각 유체공급장치(C)들의 구동속도를 제어할 수 있게 되면 사용측 분기배관(3a,3b,3c...)들에 연결된 유체 사용장치들의 총 요구 유량에 따라 각각의 유체공급장치(C)들을 조합하여 구동할 수 있게 된다.

즉, 각 유체공급장치(C)들의 구동속도를 제어하여 총 공급량을 정확하게 조절할 수 있게 된다.

또한, 각 유체공급장치(C)들의 효율을 실시간으로 분석하고, 그에 따라 통합 효율이 최고값에 이르도록 각 유체공급장치(C)들의 회전속도를 조절함으로써 전체 유체 공급 장치의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 유체 사용장치들의 소비 유량 변화에 따른 부하변동 및 필요 유량 가 변시 유체공급장치(C)들의 구동속도를 제어함으로써 변화에 신속하게 대응(순응 제어)할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 전자유량제어밸브(FC)가 설치되지 않은 하나의 사용측 분기배관(3a)은 나머지 분기배관(3b,3c...)으로 공급되고 남은 유량이 공급되게 된다.

이때 총 공급유량은 모든 사용측 분기배관(3a,3b,3c...)에 연결된 유체 사용장치의 필요 유량을 고려하여 결정되므로 전자유량제어밸브(FC)가 설치되지 않은 하나의 분기배관(3a)에 연결된 유체 사용장치에도 필요한 양의 유체가 공급된다.

한편, 상기 전자유량제어밸브(FC)가 설치되지 않은 사용측 분기배관(3a)은 전자유량제어밸브(FC)가 설치되지 않은 것에 의하여 유체 분기 공급 장치 내에서 일종의 어큐뮬레이터(accumulator) 역할을 하게 된다.

즉, 상기 전자유량제어밸브(FC)들이 각각의 제어값으로 제어되는 중 어느 임의 시점에 총 공급유량에 비해 필요 유량이 급격하게 줄어들면 공급측 분기배관(1a,1b...)에 압력이 급격하게 증가하여 유체공급장치(C)의 내구에 악영향을 주게 되고 그 반대의 경우에는 유체 공급이 제대로 이루어지지 않게 되는데, 상기와 같이 하나의 사용측 분기배관(3a)이 어큐뮬레이터 역할을 하게 되면 전자유량제어밸브(FC)들의 작동에 따른 급격한 압력변동이 흡수됨으로써 공급측 분기배관(1a,1b..)에 급격한 압력변동이 발생하지 않게 되어 유체공급장치(C)를 압력변동 충격으로부터 보호할 수 있게 되고, 정량의 유체공급이 가능하게 된다.

한편, 상기와 같이 하나의 사용측 분기배관(3a)에 전자유량제어밸브(FC)가 설치되지 않으므로 그에 해당하는 만큼의 비용 절감이 가능해진다.

도 4는 연료전지 장치에 본 발명을 적용한 실시예를 도시한 것이다.

연료전지 장치는 탄화수소 포함 연료를 개질하여 수소가스를 생성하는 연료변환기(fuel processor;10)와, 연료변환기(10)로부터 생성된 수소가스와 대기중으로부터 공급된 공기를 이용하여 발전하는 스택(stack;20)과, 스택(20)에서 생산된 전력을 사용처에 알맞게 변환하여 공급하는 전력변환장치(power conditioning system;30)를 포함하여 구성된다.

한편, 연료변환기(10)에서 연료의 개질반응이 이루어지기 위해서는 연료와 물(수증기) 및 공기의 공급이 필요하다.

따라서, 연료탱크(40)와 물탱크(50)가 공급배관을 통해 연료변환기(10)에 연결되고 그 공급배관에 각각 펌프(60,70)들이 설치되고, 대기중으로 개방된 공기 공급배관이 연료변환기(10)에 연결되며 그 공기 공급배관에 공기 압송을 위한 컴프레서(80)가 설치된다.

한편, 상기 스택(20)에서는 셀(cell)의 공기극에서 수소이온과 결합하여 물 생성반응이 이루어지도록 산소를 필요로 하는 바, 이에 상기 컴프레서(80)가 설치된 공급배관을 분기하여 스택(20)에 연결함으로써 스택(20)에도 공기가 공급될 수 있도록 하고 있다.

즉, 상기 연료전지 장치는 연료변환기(10)와 스택(20)에 동일한 유체(공기)가 공급되고, 그 필요 유량은 서로 다르므로 본 발명을 적용할 대상이 되는 것이다.

따라서, 유체공급장치에 해당하는 컴프레서(80)의 출구측에 연결된 연결배관으로부터 분기된 연료변환기측 공급배관(90)에 전자유량제어밸브(FC;100)를 설치하고, 나머지 다른 한 배관인 스택측 공급배관(110)에는 전자유량제어밸브(FC)를 설치하지 않는다.

상기 전자유량제어밸브(100)의 설치는 유체 분기 공급 장치의 효율(압력손실 최소화)을 고려하여 이루어진 것으로 전자유량제어밸브(100)를 유량이 적은 쪽(연료변환기측 공급배관(90))에 설치하고 유량이 많은 쪽(스택측 공급배관(110))에는 설치하지 않은 것이다.

따라서, 필요 유량이 적은 연료변환기(10)쪽으로는 전자유량제어밸브(100)의 개도를 제어하여 공급량을 조절하고, 필요 유량이 많은 스택(20)쪽으로는 상기 컴프레서(80)의 구동 속도를 제어하여(회전수 조절)하여 공급량을 조절한다.

그러나, 상기 전자유량제어밸브(100)를 연료변환기측 공급배관(90)에 설치하지 않고 상기 스택측 공급배관(110)에 설치할 수 있음은 물론이며, 이 경우에도 전술한 바와 같은 동일한 방식으로 연료변환기(10)와 스택(20)으로 공급되는 유량이 제어된다.

상기 컴프레서(80)와 전자유량제어밸브(100)의 제어를 위하여 컨트롤러(120)가 구비됨은 물론이다.

또한, 상기 연료전지 장치의 경우에는 연료변환기(10)와 스택(20)의 총 필요 유량을 고려하여, 이의 공급이 가능한 용량의 컴프레서(80)를 선정하여 하나의 컴프레서만을 설치하였으나, 보다 작은 용량의 컴프레서 여러 개를 병렬로 연결하여 공급측 분기배관을 구성할 수도 있다.

상기와 같이 공기 공급 장치가 구성됨으로써 컴프레서(80)의 구동 속도 제어와 전자유량제어밸브(100)의 개도량 제어를 통해 보다 정확한 양의 공기를 안정적으로 연료변환기(10)와 스택(20)에 공급할 수 있게 된다.

이와 같이 연료변환기(10)와 스택(20)에 적량의 공기가 안정적으로 공급됨으로써 연료변환기(10)에서 개질반응이 원활하게 이루어져 오염물질의 배출이 감소되고 수소 생산량도 증가하며, 이에 양질의 수소가스가 스택(20)에 공급되므로 발전성능이 향상되고 피독현상이 발생되지 않게 되어 스택(20)의 내구성도 향상된다.

또한, 상기와 같이 스택측 공급배관(110)에는 전자유량제어밸브(100)가 설치되지 않으므로 연료전지 장치 구성 비용을 절감할 수 있게 되고, 밸브의 설치에 필요로 하는 공간을 감소시킬 수 있게 되어 연료전지 장치의 소형화에 도움이 된다.

한편, 연료전지 장치에 공급되는 유체에는 전술한 바와 같이 상기 공기 뿐만 아니라 연료와 물도 있으므로, 본 발명을 연료공급배관과 물공급배관에도 확대 적용할 경우 본 발명의 효과는 배가된다.

도 1은 유체공급장치가 설치된 종래의 유체 분기 공급 장치의 구성도,

도 2는 유체공급장치와 전자유량제어밸브가 설치된 종래의 유체 분기 공급 장치의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 유체 분기 공급 장치의 구성도,

도 4는 본 발명이 적용된 연료전지 장치의 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

C : 유체공급장치 FC : 전자유량제어밸브

1a,1b... : 공급측 분기배관 2 : 연결배관

3a,3b,3c... : 사용측 분기배관 4,5 : 컨트롤러

10 : 스택 20 : 연료변환기

30 : 전력변환장치 40 : 연료탱크

50 : 물탱크 60,70 : 펌프

80 : 컴프레서 90 : 연료변환기측 공급배관

100 : 전자유량제어밸브 110 : 스택측 공급배관
120 : 컨트롤러

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Claims (4)

1. 삭제
2. 다수로 분기된 공급측 분기배관과,

   다수로 분기된 사용측 분기배관과,

   상기 공급측 분기배관과 사용측 분기배관을 연결하는 하나의 연결배관과,

   상기 공급측 분기배관에 설치된 유체공급장치와,

   상기 사용측 분기배관에 설치된 전자유량제어밸브와,

   상기 유체공급장치의 구동속도를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 유체 분기 공급 장치에 있어서,

   상기 사용측 분기배관에는 하나의 분기배관을 제외한 나머지 분기배관에만 상기 전자유량제어밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 유체 분기 공급 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 전자유량제어밸브는 컨트롤러에 의해 개도량이 제어되는 것을 특징으로 하는 유체 분기 공급 장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 사용측 분기배관은

   연료전지장치의 공기 공급용 컴프레서의 출구측 연결배관이 분기되어 각각 상기 연료전지장치의 연료변환기와 스택에 연결된 연료변환기측 공급배관과 스택측 공급배관이고,

   상기 연료변환기측 공급배관 또는 스택측 공급배관 중 어느 하나에만 전자유량제어밸브가 설치되며,

   상기 전자유량제어밸브는 컨트롤러에 의해 개도량이 제어되는 것을 특징으로 하는 유체 분기 공급 장치.

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