KR101080775B1 - 자동차용 압력조정기의 압력배출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차용 압력조정기의 압력배출장치에 관한 것으로서, 압력조정기의 포트 내측에 형성된 돌출부에 고정되며, 그 중앙부에 중앙홀이 천공된 캡 형태의 플랜지부와, 상기 플랜지부와 일체 결합되어 하우징을 이루며, 상기 플랜지부를 경계로 그 측면부 및 상단부에 고압수소용기 내의 수소가 배출될 수 있도록 유입홀 및 배출홀이 형성된 본체부와, 상기 중앙홀을 관통하여 상기 본체부의 내측 상단면에 일체 고정된 아랫방향으로 돌출 형성된 막대부로 이루어진 밸브 하우징과; 유동물질이 밀폐된 상태로 저장되며, 상기 막대부가 삽입된채 상기 본체부의 저면을 뚫고 연장 형성되어 상하 슬라이드 이동 가능한 용기를 포함하여 구성된 밸브구조로 이루어짐으로써, 용기 내의 유동물질의 온도 변화에 따라 자동적인 개폐기능을 갖는 영구적으로 사용 가능한 자동차용 압력조정기의 압력배출장치에 관한 것이다.
자동차, 압력조정기, 압력배출장치,
Description
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 압력조정기의 압력배출장치로서, 그 개폐상태를 나타내는 도면,
도 3은 종래의 자동차용 압력조정기를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 본체 하우징 11 : 플랜지부
11a : 중앙홀 12 : 본체부
12a : 유입홀 12b : 배출홀
12c : 천공홀 13 : 막대부
20 : 용기 21 : 밀폐부
22 : 리턴 스프링
본 발명은 자동차용 압력조정기의 압력배출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압수소용기에 수소 충전시 온도의 증가로부터 안전성 확보를 위하여 수소를 외부로 선택적으로 배출하는 자동차용 압력조정기의 압력배출장치에 관한 것이다.
일반적으로, 현재 연료전지 자동차의 대부분은 고압의 수소를 연료로 하여 전기를 생산하여 모터를 구동함으로써, 주행하게 된다.
연료로 사용되는 고압의 수소는 350기압의 고압의 형태로 고압수소저장 시스템 내에 저장되며, 수소저장 용기는 350기압의 고압을 견딜 수 있도록 금속 라이너에 고강도의 필라멘트가 와인딩된 용기 또는 플라스틱 라이너에 고강도의 필라멘트가 와인딩된 용기가 사용된다.
상기 수소저장 용기에 외부에서 수소를 충전할 경우, 그 용기 내의 수소가스가 압축되어 열이 발생하게 된다.
즉, 이상기체 상태방정식 PV=nRT에서 압력 P가 증가하므로, 온도 T 역시 증가하게 되는 것이다.
특히, 수소의 급속 충전시 온도의 증가가 크며, 수소 충전시간을 빠르게 하지 못하는 하나의 요인이 되고 있다.
상기와 같은 온도 증가에 의해, 고압수소용기의 플라스틱 또는 금속라이너의 강도 저하가 발생하게 되며, 이로 인하여 실제 용기의 설계 압력 이하에서도 용기의 폭발이 발생할 수 있다.
이러한 온도 증가에 의한 용기 폭발을 방지하기 위하여 용기의 끝단에 압력 배출장치인 PRD(Pressure Relief Device)가 장착된다.
상기 압력배출장치는 100℃ 부근의 녹는점을 가지는 유동물질이 고압수소용기에 장착되는 압력조정기의 일측 포트를 막고 있으며, 100℃ 이상의 온도가 되면 녹아 내려 고압의 수소를 외부로 방출하여 안전성을 보장하게 된다.
첨부한 도 3은 상기 압력배출장치와 같은 종래의 압력 안전밸브를 나타내는 도면으로서, 온도 상승으로 압력조정기(100)의 온도가 임계온도 이상으로 상승할 경우 유동물질(120)이 용융되며, 이 유동물질(120)이 용융된 포트를 통해 고압의 수소를 외부로 방출시키게 된다.
상기 유동물질(120)로는 납, 안티몬 합금이 주로 사용되는 것으로 알려져 있으며, 약 91℃ 정도의 용융점을 갖는다.
그런데, 종래의 압력배출장치는 온도 상승시 고압수소가스를 외부를 방출시킴으로써 안전성을 보장한다는 점에서는 가치가 있으나, 온도가 상승하여 한번 작동하게 되면 녹아내린 금속이 재생 불가하여 연료전지 차량의 운행이 불가하게 되며, 고압수소 용기로부터 압력조정기(100)를 떼어내고 신품으로 재장착해야 하는 문제점이 있으며, 따라서 압력배출장치는 한번 작동시 차량 정비 완료시까지 많은 시간과 교체비용이 들게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 압력조정기의 포트 내측에 형성된 돌출부에 고정되며, 그 중앙부에 중앙홀이 천공 된 캡 형태의 플랜지부와, 상기 플랜지부와 일체 결합되어 하우징을 이루며, 상기 플랜지부를 경계로 그 측면부 및 상단부에 고압수소용기 내의 수소가 배출될 수 있도록 유입홀 및 배출홀이 형성된 본체부와, 상기 중앙홀을 관통하여 상기 본체부의 내측 상단면에 일체 고정된 아랫방향으로 돌출 형성된 막대부로 이루어진 밸브 하우징과; 유동물질이 밀폐된 상태로 저장되며, 상기 막대부가 삽입된채 상기 본체부의 저면을 뚫고 연장 형성되어 상하 슬라이드 이동 가능한 용기를 포함하여 구성된 밸브구조로 이루어짐으로써, 용기 내의 유동물질의 온도 변화에 따라 자동적인 개폐기능을 갖는 영구적으로 사용 가능한 자동차용 압력조정기의 압력배출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자동차용 압력조정기의 압력배출장치는, 압력조정기의 포트 내측에 형성된 돌출부에 고정되며, 그 중앙부에 중앙홀이 천공된 캡 형태의 플랜지부와, 상기 플랜지부와 일체 결합되어 하우징을 이루며, 상기 플랜지부를 경계로 그 측면부 및 상단부에 고압수소용기 내의 수소가 배출될 수 있도록 유입홀 및 배출홀이 형성된 본체부와, 상기 중앙홀을 관통하여 상기 본체부의 내측 상단면에 일체 고정된 아랫방향으로 돌출 형성된 막대부로 이루어진 밸브 하우징과;
유동물질이 밀폐된 상태로 저장되며, 상기 막대부가 삽입된채 상기 본체부의 저면을 뚫고 연장 형성되어 상하 슬라이드 이동 가능한 용기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 유동물질은 밀납, 나트륨, 납/안티몬합금 중의 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플랜지부는 그 상단부에 플랜지부의 중앙홀을 개폐할 수 있도록 하는 밀폐부가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 용기는 그 둘레면에 그 용기가 원상태로 복귀시 리턴이 확실하게 이루어지도록 리턴 스프링을 장착한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 압력조정기의 압력배출장치로서, 그 개폐상태를 나타내는 도면이다.
본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이, 고압수소용기에 수소 충전시 온도의 증가로부터 안전성 확보를 위하여 수소를 외부로 선택적으로 배출하는 압력조정기의 압력배출장치(PRD:Pressure Relief Device)에 관한 것이다.
상기 압력배출장치는 밸브 하우징(10)과, 용기(20)로 구성된 밸브구조로 이루어지며, 압력조정기(100)의 포트(110)에 장착되는 바, 상기 포트(110)의 일정부위에 내측으로 돌출된 돌출부(50)가 형성되어 있으며, 그 돌출부(50)에는 중앙부에 중앙홀(11a)이 천공된 캡 형태의 플랜지부(11)가 고정되어 있다.
또한, 상기 플랜지부(11)와 일체 결합되어 하우징을 이루는 단면이 오각형 형태인 본체부(12)가 구성되어 있는 바, 상기 플랜지부(11)를 경계로 본체부(12)의 측면부 및 상단부에는 고압수소용기 내의 수소가 선택적으로 배출될 수 있도록 유입홀(12a) 및 배출홀(12b)이 형성되어 있다.
이때, 상기 플랜지부(11)의 중앙홀(11a)을 연결통로로 하여 상기 유입홀(12a) 및 배출홀(12b)을 통해서만 수소가 유입되고, 배출되도록 되어 있다.
한편, 상기 중앙홀(11a)을 관통하여 상기 본체부(12)의 내측 상단면에 일체 고정되어 있는 일정길이를 갖는 막대부(13)가 아랫방향으로 돌출되어 있으며, 이 막대부(13)에는 밀납, 나트륨, 납/안티몬합금 등 녹는점이 62 ~ 91℃ 부근인 유동물질(120)이 밀폐된 상태로 저장되어 있는 용기(20)가 삽입되어 있으며, 상기 용기(20)는 상기 본체부(12)의 저면을 뚫고 연장되어 있다.
이때, 상기 용기(20)는 본체부(12)의 저면에 형성된 그 용기(20)의 수평단면 형태로 이루어진 천공홀(12c)을 따라 밀폐된 상태에서 상하로 슬라이드 이동 가능하도록 되어 있으며, 그 상단부에 상기 플랜지부(11)의 중앙홀(11a)을 개폐할 수 있도록 하는 밀폐부(21)가 형성되어 있다.
특히, 상기 용기(20)의 둘레면에는 그 용기(20)가 원상태로 복귀시 용기의 리턴이 더욱 확실하게 이루어지도록 리턴 스프링(22)이 장착되어 있다.
이하, 본 발명에 따른 자동차용 압력조정기의 압력배출장치의 작동원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유동물질(120)이 채워진 용기(20)는 상온에서는 그 용기(20)의 밀폐부(21)가 플랜지부(11)의 중앙홀(11a)을 폐쇄한채로 유 지하게 되며, 고압수소용기의 온도가 임계온도인 100℃ 부근이 될 경우, 용기(20) 내의 유동물질(120)이 녹으며 부피가 팽창하게 됨에 따라 막대에 척력을 발휘하게 된다.
이때, 하방향으로 이동 가능한 상태에 있는 용기(20)는 상기 막대부(13)의 고정력을 이기지 못하고 하방향으로 슬라이드 이동하게 된다.
이에, 상기 용기(20)의 밀폐부(21)가 상기 플랜지부(11)의 중앙홀(11a)에서 이탈하게 되어 밸브구조가 열리게 된다.
반면에, 수소 충전시 상승했던 온도는 상기 압력배출장치를 통하여 수소가 배출됨에 따라 다시 강하하게 되는데, 이때 용기(20) 내의 유동물질(120)이 응고하여 수축함에 따라 용기(20) 내의 부피가 축소하여 상기 막대부(13)를 따라 용기(20)가 상승하게 된다.
더불어, 상기 용기(20)는 리턴 스프링(22)에 의해 더욱 확실하게 복귀가 가능하다.
이에, 상기 용기(20)의 밀폐부(21)가 상기 플랜지부(11)의 중앙홀(11a)에 밀착하게 되어 밀폐됨에 따라 밸브구조가 자동적으로 닫히게 되어 수소의 배출이 멈추게 된다.
따라서, 본 발명은, 용기(20) 내의 유동물질(120)의 온도 변화에 따라 자동적으로 밸브가 제어됨으로써, 부가적인 장치가 필요하지 않으며, 영구적으로 사용이 가능한 새로운 자동차용 압력조정기의 압력배출장치인 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 압력조정기의 압력배출장치에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
1) 종래의 압력배출장치와 달리 영구적으로 사용이 가능하다.
2) 압력배출장치의 작동 후 온도 강하시 수소 배출이 자동 차단되어 리셋, 부품 교체 등의 부가적인 작업없이 지속적으로 사용 가능하다.
3) 용기내의 유동물질 온도의 허용온도 범위를 일정 온도 이상으로 범위를 확대 가능하므로 급속 충전이 가능한 효과가 있다.
Claims (6)
- 압력조정기의 포트 내측에 형성된 돌출부에 고정되며, 그 중앙부에 중앙홀이 천공된 캡 형태의 플랜지부와, 상기 플랜지부와 일체 결합되어 하우징을 이루며, 상기 플랜지부를 경계로 그 측면부 및 상단부에 고압수소용기 내의 수소가 배출될 수 있도록 유입홀 및 배출홀이 형성된 본체부와, 상기 중앙홀을 관통하여 상기 본체부의 내측 상단면에 일체 고정된 아랫방향으로 돌출 형성된 막대부로 이루어진 밸브 하우징과;유동물질이 밀폐된 상태로 저장되며, 상기 막대부가 삽입된채 상기 본체부의 저면을 뚫고 연장 형성되어 상하 슬라이드 이동 가능한 용기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 압력조정기의 압력배출장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 유동물질은 밀납인 것을 특징으로 하는 자동차용 압력조정기의 압력배출장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 유동물질은 나트륨인 것을 특징으로 하는 자동차용 압력조정기의 압력 배출장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 유동물질은 납/안티몬합금인 것을 특징으로 하는 자동차용 압력조정기의 압력배출장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 플랜지부는 그 상단부에 플랜지부의 중앙홀을 개폐할 수 있도록 하는 밀폐부가 구비된 것을 특징으로 하는 자동차용 압력조정기의 압력배출장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 용기는 그 둘레면에 그 용기가 원상태로 복귀시 리턴이 확실하게 이루어지도록 리턴 스프링을 장착한 것을 특징으로 하는 자동차용 압력조정기의 압력배출장치.
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