KR100911256B1 - 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체 연료전지용 탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크에 관한 것으로, 다수개의 격리판을 구비하여 액체연료의 유동을 최소화시킴과 동시에 기포의 발생을 억제시켜 연료전지 자체 소비전력량을 크게 줄일 수 있다.

또한, 무게추가 구비된 연료배출관은 강한 진동에 의해 연료가 한쪽방향으로 모이게 되는 경우 끊이지 않고 연속적으로 배출될 수 있도록 한다.

상기와 같이 액체연료의 유동을 최소화함으로써 기포의 발생을 최소화시켜 스택내부로 기포가 유입되지 않도록 하여 연료전지의 소비전력량을 줄일 수 있는 장점이 있다.

액체연료전지, 연료전지용 연료탱크

Description

진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체 연료전지용 탱크{Liquid fuel cell tank which is able to exhaust continually in the circumstance of vibration}

본 발명은, 액체 연료의 연료탱크에 관련된 것으로 특히 진동 환경에서 액체 연료가 유동함으로써 발생된 기포로 인해 액체 연료의 흐름을 방지할 수 있는 진동환경에서도 기포의 발생을 억제하면서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크에 관한 것이다.

연료전지에 이용되는 연료의 종류는 다양하며 각 기술별로 다르게 적용되고 있는바, 수송용으로는 압축수소, 메탄올, 액체수소가, 발전용으로는 천연가스, 압축수소, 바이오가스가, 휴대용으로는 메탄올이 가장 많이 적용되고 있다.

상기와 같이 연료전지용 연료 중에서 메탄올과 같은 액체연료는 가스가 아닌 액체 상태의 연료인 메탄올을 사용하기 때문에 안전할 뿐 아니라, 소형화와 경량화가 가능하기 때문에 최근에는 휴대용 배터리로서 집중적으로 개발되고 있기도 하다.

상기와 같은 액체 연료는 고체연료에 비해 운반하기 쉽고 착화성(着火性)이 좋으며 연소의 조절이 용이하여 일반적으로 열효율이 높은 이점이 있다.

또한 가솔린, 등유, 경유 등은 기화시켜 내연기관에서 연소시키는데, 재가 생기지 않아 효율적으로 사용할 수 있다.

상기와 같은 액체 연료를 사용하는 내연기관이 있는 차량의 경우, 차량 자체의 진동에 의해 그 내부에 저장된 액체 연료가 출렁이게 되므로 상기 내연기관의 내벽과 부딪혀 부서지는 것을 반복하면서 기포가 발생하기도 하며, 자체 마찰에 의해 열이 발생하여 그 열에 의해 기포가 발생하기도 한다.

상기의 내연기관은 기포가 연료 배출관으로 유입되더라도 기화기에 의해 무화되므로 기관 성능에 큰 영향을 주지 않는바, 현재 내연기관에 연료를 배출하는 연료탱크의 내벽에는 아무런 구조물이 설치되어 있지 않다.

하지만, 상기와 같이 연료탱크 내벽에 구조물이 없는 대신에 발전의 핵심인 스택 내부에 분리판이 구비되어 그 분리판마다 복잡한 미로형태의 유로가 설치되어 있는 구조이기 때문에, 액체연료가 이동하게 되어 기포가 유입되면 발전 성능이 떨어질 수 있는 단점이 있으며 자세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 연료전지용 액체연료의 표면장력 때문에 유로 곳곳에 기포가 부착되어 연료의 흐름을 막게 되고, 연료의 흐름이 막히면 연료펌프의 배출전력을 높혀 강하게 작동하게 되어 연료전지 자체 소비전력량이 크게 늘어나게 된다.

또한 기포 면적만큼 연료가 전해질막(MEA)과 접촉하는 면적이 줄어들며 배출 이 원활하지 않게 되는 한계가 있다.

따라서 기포 발생을 억제하거나 발생된 기포가 연료 배출관에 유입되는 것을 최소화해야할 필요성이 대두되고 있다.

특히 주행 특성상 액체연료를 사용하는 연료전지 동력원이 적용되는 2륜 차량의 경우에는 주행 중 롤링, 피칭이 자주 있고, 넘어졌다 일어나는 과정이 반복되면서 저장부의 한쪽방향으로만 연료가 모이게 되는 경우 연료의 배출이 원활하게 이루어 지지 않고 끊기는 한계가 있다.

본 발명은, 연료전지를 사용하는 차량이나 이동체에서 진동이 발생하는 경우, 특히 2륜 차량과 같이 넘어지고 일어나는 반복의 동작이 잦아 이로 인해 발생한 기포로 인하여 야기되는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 기포의 발생을 억제하여 연료의 흐름을 방해하지 않도록 하는 경사격리판을 설치함으로써, 저장부 내의 액체연료의 유동을 최소화하여 연료전지에 배출될 수 있는 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크를 제공하는 것이다.

본 발명의 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크는 원통형의 측벽부와 그 측벽부의 상단부를 둘러싸고 그 일측에 연료전지용 액체연료가 주입되는 연료주입부가 구비된 상면부와 상기 측벽부의 하단부를 둘러싸고 그 중앙부가 상향 돌출되도록 경사지고 그 돌출부에 스택으로 액체연료를 배출하는 연료배출구가 구비되는 경사진 바닥면으로 이루어지며 그 내부공간에 연료전지용 액체연료가 수용되는 저장부와;

상기 저장부의 측벽부 내주면과 밀착 고정되며, 일측부에 관통되도록 밸브공이 형성되어 상기 밸브공에 T자형 밸브가 결합되는 다수개의 경사격리판과;

상기 연료배출구와 연결되고, 그 일측단부에 무게추가 구비되어 한쪽방향으로 모인 액체연료가 배출될 수 있도록 하는 연료배출관으로 구성됨을 특징으로 한 다.

본 발명의 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크는 진동에 의해 액체연료가 유동되는 경우에 분리판을 구비함으로 인해 유동을 방지하여 기포의 발생을 억제시키며, 액체연료의 흐름을 방해하지 않고 소비전력의 증가를 방지할 수 있다.

또한, 연료배출관에 무게추를 구비하여 진동에 의해 액체연료가 유동에 의하여 한쪽으로 모이는 경우 상기 무게추의 자중에 의해 이동될 수 있게 하여 연속적으로 배출될 수 있도록 하며, 연료배출구를 수평바닥면 보다 높게 구비하여 상기 연료배출구와 결합된 연료배출관이 수평 바닥면에 남아 있는 액체연료속에 잠겨있게 하여 액체연료가 공기 중에 노출되지 않고 배출될 수 있도록 하는 장점이 있다.

본 발명은 진동환경에서 연속적으로 배출 가능한 액체연료전지용 탱크에 관한 것으로, 탱크 내부에 액체 연료의 유동을 최소화하는 다층의 격리판을 구비하여 액체 연료의 유동을 최소화하고, 부드러운 재질의 튜브형 연료배출관에 무게추를 부착하여 연료가 모이는 방향으로 상기 연료배출관이 이동하여 연속적으로 스택에 배출되도록 하는데 기술적 특징이 있다.

상기 액체연료전지용 탱크는 원통형의 측벽부와 그 측벽부의 상단부를 둘러 싸고 그 일측에 연료전지용 액체연료가 주입되는 연료주입부가 구비된 상면부와 상기 측벽부의 하단부를 둘러싸고 그 중앙부가 상향 돌출되도록 경사지고 그 돌출부에 스택으로 액체연료를 배출하는 연료배출구가 구비되는 경사진 바닥면으로 이루어지며 그 내부공간에 연료전지용 액체연료가 수용되는 저장부와;

상기 저장부의 측벽부 내주면과 밀착 고정되며, 일측부에 관통되도록 밸브공이 형성되어 상기 밸브공에 T자형 밸브가 결합되는 다수개의 경사격리판과;

상기 연료배출구와 연결되고, 그 일측단부에 무게추가 구비되어 한쪽방향으로 모인 액체연료가 배출될 수 있도록 하는 연료배출관으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기 저장부에 수용되는 연료전지용 연료는 액체상태의 연료이므로 상기 연료전지용 액체연료는 이하 액체연료로 표현한다.

상기 저장부에 수용된 액체연료는 상기 경사격리판에 구비된 T자형 밸브를 통과하여 하부로 이동되며 바닥면에 구비된 연료배출관을 통해 연료배출구로 배출된다.

상기 경사격리판은 상기 저장부의 원통형 측벽부 내주면에 밀착된 상태로 고정되며, 경사가 높아지는 일측부에 밸브공이 형성되어 T자형 밸브가 결합된다.

하지만, 상기 저장부가 진동상태의 환경하에 놓이게 되는 경우에는 그 내부에 수용된 액체연료가 출렁이게 되어 그 출렁임으로 인해 기포가 발생하여 연료의 흐름이 원활하게 이루어지지 못하게 되어 연료전지의 자체 소비전력량이 늘어나게 된다.

이때, 상기 경사격리판은 이와 같이 진동상태의 환경에서 기포가 상기 연료배출구로 유입되지 못하게 하면서 액체연료의 출렁임을 최소화하는 역할을 한다.

즉, 상기 저장부에 수용된 액체연료가 진동상태에서 출렁이는 경우 수격작용으로 인해 T자형 밸브가 닫혀 액체연료가 경사격리판의 상부로 이동되지 않고 경사격리판의 하부에 충진된 상태로 남아있기 때문에 진동상태에 놓이더라도 출렁임을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

또한, 심한 진동에 의해 상기 경사격리판 하부에 있는 액체연료가 기포를 발생시키는 경우 기포의 부력을 이용하여 상기 경사격리판의 경사면을 타고 이동하며 T자형 밸브를 타고 결국 경사격리판의 상부로 이동할 수 있으므로 기포가 상기 연료배출구로 유입되지 않도록 할 수 있는 것이다.

이로 인해, 상기 경사격리판은 액체연료의 출렁임을 최소화하여 기포가 발생하지 않도록 하여 스택 내부로 기포가 유입되지 않도록 하는 역할을 하게 되는 것이다.

상기 경사진 바닥면은 그 중앙부가 상향 돌출되어 있으며 그 돌출부에 스택으로 액체연료를 배출하는 연료배출구가 구비되는데, 이는 연료가 바닥면에 남아있게 되는 경우에도 상기 연료배출구를 통하여 유입되는 공기로부터 노출되지 않도록 하기 위함이다.

즉, 상기 경사진 바닥면에 연료배출구가 바닥면과 수평한 상태의 동일 높이에 위치하지 않고 수평한 바닥면보다 높은 곳에 상향 돌출되어 있기 때문에 액체연료가 소진되는 경우에는 수평한 바닥면에 남아있게 되어 쉽게 공기에 노출되지 않 는 것이다.

상기 연료배출구에는 일측단부에 무게추가 구비된 연료배출관을 연결하여 연료배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는데, 특히 심한 진동에 의해 상기 저장부가 기울어져 그 내부에 수용된 액체연료가 심하게 출렁이어 한쪽으로 모이게 되는 경우 상기 무게추가 기울어진 부분으로 이동하게 되어 연료가 끊기지 않고 연속적으로 배출이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 이해 명확하게 이해될 것이다.

본 발명은 원통형의 측벽부(110)와 그 측벽부(110)의 상단부를 둘러싸고 그 일측에 연료전지용 액체연료가 주입되는 연료주입부(120)가 구비된 상면부(130)와 상기 측벽부(110)의 하단부를 둘러싸고 그 중앙부가 돌출되도록 경사지고 그 돌출부에 스택으로 액체연료를 배출하는 연료배출구(141)가 구비되는 경사진 바닥면(140)으로 이루어지며 그 내부공간에 연료전지용 액체연료가 수용되는 저장부(100)와;

상기 저장부의 측벽부(110) 내주면과 밀착 고정되며 일측부에 관통되도록 밸브공(210)이 형성되어 상기 밸브공(210)에 T자형 밸브(220)가 결합되는 경사격리판(200)과;

상기 연료배출구(141)와 연결되고, 그 일측단부에 무게추(143)가 구비되어 한쪽 방향으로 모인 액체연료가 배출될 수 있도록 하는 연료배출관(142)으로 구성 됨을 특징으로 한다.

저장부(100)는 액체상태의 연료전지용 연료가 수용될 수 있도록 원통형의 측벽부(110)와 상기 측벽부(110)의 상단부를 둘러싸고 그 일측에 액체연료전지용 연료가 주입되는 연료주입부(120)가 구비된 상면부(130)와 상기 측벽부(110)의 하단부를 둘러싸고 그 중앙부가 돌출되도록 경사지고 그 돌출부에 연료가 배출되는 연료배출구(141)가 구비되는 경사진 바닥면(140)으로 이루어진다.

경사격리판(200)은 상기 저장부(100)의 측벽부와 밀착된 상태로 고정되며 일측부에 관통되도록 형성된 밸브공(210)과 그와 결합된 T자형 밸브(220)가 구비된다.

이때, 상기 다수개의 경사격리판(200)에 결합되는 T자형 밸브(220)는 서로 반대방향으로 위치하도록 구성되며 경사가 높아지는 일측부에 구비된다.

또한, 다수개의 경사격리판(200)은 상하로 이동하지 않도록 고정되기 위해서 상기 원통형의 측벽부(110)의 내주면과 같은 직경을 갖는 지지측벽부(230)와 결합되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 경사진 바닥면(140)과 가장 가까이 있는 상기 저장부(100)의 하단에 위치하게 되는 경사격리판(200)은 상기 경사진 바닥면(140)까지 연장형성된 지지측벽부(230)를 결합하여 상기 원통형 측벽부(110)와 밀착결합되게 하여 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 저장부(100)에 수용된 액체연료의 유동이 거의 없는 상태에서는 상기 T자형 밸브(220)가 연료의 자중에 의해 열리게 되어, 상기 액체연료가 T자형 밸브(220)를 통과하여 상기 경사격리판(200)의 하부로 이동하게 된다.

그리고, 진동에 의해 상기 저장부의 내부에 수용된 액체연료가 출렁이는 경우에는 액체연료의 수격작용에 의해 상기 T자형 밸브(220)가 닫혀 상기 경사격리판(200) 하부의 액체연료가 다른 곳으로 이동되지 못하고 충진된 상태로 있기 때문에 출렁임을 막을 수 있고 이로 인해 기포의 발생을 최소화할 수 있다.

즉, T자형 밸브(220)는 연료배출구(141)를 통하여 연료가 배출될 수 있도록 상기 액체연료를 상기 저장부(100)의 하부로 이동시킨다.

또한, 상기 T자형 밸브(220)는 상기 저장부(100)가 진동하는 경우에 액체연료의 수격작용에 상기 경사격리판(200)의 하부의 액체연료가 충진된 상태로 존재하기 때문에 유동하지 않으므로 기포의 발생을 억제할 수 있다.

상기와 같이 연료주입부(120)로 주입된 액체연료가 연료배출구(141)를 통하여 배출되는데 액체연료가 거의 소진되어 상기 경사격리판(200)의 하부를 충진시키지 못할 만큼 소진되는 경우에는 센서에 의해 연료 경고등이 켜지게 되어 액체연료의 충전을 알리게 된다.

그렇기 때문에 연료가 최소한으로 남아있을 때 연료 경고등이 켜질 수 있도록 상기 경사격리판(200)의 하부 영역을 최대한 줄여 상기 연료배출구(141)와 거의 맞닿을 정도로 상기 저장부(100)의 하부에 고정시킨다.

강한 진동에 의해 상기 경사격리판(200) 하부에 충진된 액체연료가 출렁이어 상기 저장부(100)의 측벽부에 강하게 부딪혀 부서지면서 기포를 발생시키는 경우에는 상기 기포의 부력을 이용하여 상기 경사격리판(200)의 경사면을 타고 올라가 상 기 T자형 밸브(220)의 위쪽으로 모이게 한다.

상기와 같이 강한 진동이 있는 경우에는 다수개의 경사격리판(200)을 구비하여 기포가 스택내부로 유입되지 않도록 하는 효과를 극대화시킬 수 있으며, 상기 기포가 경사격리판(200)의 상부에 모이게 되어 액체연료의 표면에 남아있게 되면 상기 연료주입부(120)에 구비된 뚜껑(300)에 의해 제거된다.

이때, 상기 다수개의 경사격리판(200)은 상기와 같이 강한 진동이 있는 경우 발생된 기포가 효과적으로 제거될 수 있도록 도와주며 상기 경사격리판(200)에 구비된 상기 T자형 밸브(220)는 서로 반대방향으로 위치하도록 구비시키는 것이 바람직하다.

상기 뚜껑(300)은 일반적으로 연료전지용 탱크에서 발생되는 부압이나 증기압이 대기압과 평형을 유지하도록 현재 널리 상용화되어 있으며, 상기 뚜껑(300)을 이용하여 상기 저장부(100)의 내부에 남아있는 기포를 제거해 주게 된다.

경사진 바닥면(140)은 상기 저장부(100)의 하단부를 둘러싸며 그 중앙부가 돌출되도록 경사지며 그 돌출부에 연료배출구(141)를 구비하고 상기 연료배출구(141)에 연료공급관(142)를 연결하여 스택으로 연료전지용 액체연료가 배출될 수 있도록 한다.

이때, 상기 연료배출구(141)는 수평바닥면보다 높은 곳에 위치하게 되는 것은 상기 연료배출구(141)와 연결된 연료공급관(142)이 수평바닥면에 남아있는 액체연료속에 잠겨 있게 하여 액체연료가 공기 중에 노출되지 않고 배출될 수 있도록 하기 위해서이다.

특히, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 심한 진동으로 인해 상기 저장부(100)가 기울어져 한쪽 방향으로 액체연료가 모이게 되는 경우에는 상기 연료배출구(141)로 원활하게 배출되기 어려운 문제가 있는바 상기 연료배출관(142)의 일측단부에 무게추(143)을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 연료배출관(142)의 일측 단부에 무게추(143)를 구비함으로써 심한 진동에 의해 상기 저장부(100)가 어느 방향으로 기울어지던지 관계없이 상기 무게추(143)의 자중에 의해 상기 연료배출관(142)이 액체연료가 모이는 곳으로 이동하도록 하여 끊이지 않고 연속적으로 배출될 수 있는 것이다.

그리고 상기 연료배출관(142)의 일측 단부에는 무게추(143)가 확실하게 고정되기 위하여 상기 무게추(143)에 관통공이 형성된 고정부(144)를 결합시키는 것이 좋다.

또한, 상기 연료배출관(142)은 상기 저장부(100)가 기울어지는 방향으로 쉽게 이동될 수 있도록 튜브형태의 부드러운 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 진동환경에서 연속적으로 공급가능한 연료전지용 탱크의 사시도.

도 2는 본 발명의 진동환경에서 연속적으로 공급가능한 연료전지용 탱크의 분해사시도.

도 3은 본 발명의 진동환경에서 연속적으로 공급가능한 연료전지용 탱크의 작동단면도.

도 4는 본 발명의 제 1실시예 연료전지용 탱크의 단면도.

도 5는 본 발명의 제 2실시예 연료전지용 탱크의 단면도.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

100. 저장부 110. 측벽부

120. 연료주입부 130. 상면부

140. 경사진 바닥부 141. 연료배출구

142. 연료배출관 143. 무게추

144. 고정부 200. 경사격리판

210. 밸브공 220. T자형 밸브

230. 지지측벽부 300. 뚜껑

Claims (4)

1. 원통형의 측벽부와 그 측벽부의 상단부를 둘러싸고 그 일측에 연료전지용 액체연료가 주입되는 연료주입부가 구비된 상면부와 상기 측벽부의 하단부를 둘러싸고 그 중앙부가 상향 돌출되도록 경사지고 그 돌출부에 스택으로 액체연료를 배출하는 연료배출구가 구비되는 경사진 바닥면으로 이루어지며 그 내부공간에 연료전지용 액체연료가 수용되는 저장부와;

   상기 저장부의 측벽부 내주면과 밀착 고정되며, 일측부에 관통되도록 밸브공이 형성되어 상기 밸브공에 T자형 밸브가 결합되는 다수개의 경사격리판과;

   상기 연료배출구와 연결되고, 그 일측단부에 무게추가 구비되어 한쪽방향으로 모인 액체연료가 배출될 수 있도록 하는 연료배출관으로 구성됨을 특징으로 하는 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 다수개의 경사격리판에 결합되는 T자형 밸브는, 서로 반대방향으로 위치하도록 구성되며, 상기 경사격리판에 형성된 경사면의 경사가 높아지는 일측부에 구비됨을 특징으로 하는 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크.
4. 제 1항에 있어서, 상기 다수개의 경사격리판은 상기 저장부 측벽부의 내주면과 같은 직경을 갖는 지지측벽부와 결합됨을 특징으로 하는 진동환경에서 연속적으로 배출가능한 액체연료전지용 탱크.

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