KR101808710B1 - 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법 - Google Patents

Abstract

고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사해서 고압 레귤레이터에 미리 설정된 검사압력으로 혼합가스를 공급하는 탱크부, 고압 레귤레이터의 감압 성능을 검사하는 성능 검사부, 고압 레귤레이터의 기밀 상태를 검사하는 기밀 검사부 및 상기 성능 검사부와 기밀 검사부의 검사 결과를 이용해서 합격 여부를 판단하고 판단결과에 기초해서 정상품과 불량품을 선별하며 검사 결과 정보를 관리하는 제어단말을 포함하는 구성을 마련하여, 성능 검사부와 기밀 검사부를 이용해서 실제 차량에 장착된 상태의 구동조건을 모사하여 고압 레귤레이터의 감압 성능 및 기밀 검사를 수행할 수 있다.

Description

고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법{TEST APPARATUS AND METHOD FOR HIGH REGULATOR}

본 발명은 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소 연료전지 차량에 적용되어 고압의 수소를 미리 설정된 출구압력으로 감압하는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수소 연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)은 스택에서 산소와 수소를 이용하여 전기화학적으로 전기를 발생해서 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변화시켜 동력원으로 사용한다.

이러한 수소 연료전지 차량은 연료와 공기를 외부에서 공급하여 전지의 용량에 관계없이 계속 발전할 수 있어, 효율이 높고 오염물질이 거의 배출되지 않는 이상적인 기술로서, 현재 많은 개발 시도가 진행되고 있다.

수소 연료전지 차량은 연료탱크에서 고압 레귤레이터와 저압 레귤레이터를 경유해서 스택으로 수소연료를 공급하고, 수소 블로워는 저압 레귤레이터에 연결된 펌프 및 각종 밸브를 포함한다.

이와 함께, 수소 연료전지 차량은 급속해빙 물탱크, 전동물펌프, 써모스탯, 스택 냉각용 라디에이터, 에어컨 컨덴서, 전동식 냉매압축기, 물탱크, 가습기, 구동모터, 각종 제어기, 공기블로워 및 공기필터 등을 더 포함한다.

수소 연료전지 차량의 연료공급계통은 일반 가솔린 및 디젤 차량의 엔진에 해당하는 것으로, 차량의 전측 상부에 위치한다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 내지 특허문헌 4 등 다수에 수소 연료전지 차량의 연료 공급계통과 레귤레이터 및 그의 제어 기술을 개시하여 특허출원해서 등록받은 바 있다.

이와 같이, 수소연료전지 차량에 적용되는 고압 레귤레이터는 약 700bar의 고압 수소를 취급함에 따라, 안정적인 출구압력과 충분한 내압성, 내부기밀이 매우 중요하다.

대한민국 특허 대한민국 특허 등록번호 제10-1134645호(2012년 4월 9일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1134647호(2012년 4월 19일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-0946204호(2010년 3월 8일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1072361호(2011년 10월 12일 공고)

따라서 고압 레귤레이터의 품질 확보를 위해, 제조 공정 후 완벽한 성능을 보증할 수 있도록 고압 레귤레이터를 검사하는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수소 연료전지 차량용 고압 레귤레이터의 성능을 검사하는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실제 차량의 환경을 모사해서 고압 레귤레이터 성능을 검사하여 자동으로 합격 여부를 판단하고, 불량품을 선별하고, 합격 제품에 대해 식별표를 출력하는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 정상품의 로트(lot) 성능을 용이하게 추적할 수 있는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치는 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사해서 고압 레귤레이터에 미리 설정된 검사압력으로 혼합가스를 공급하는 탱크부, 고압 레귤레이터의 감압 성능을 검사하는 성능 검사부, 고압 레귤레이터의 기밀 상태를 검사하는 기밀 검사부 및 상기 성능 검사부와 기밀 검사부의 검사 결과를 이용해서 합격 여부를 판단하고 판단결과에 기초해서 정상품과 불량품을 선별하며 검사 결과 정보를 관리하는 제어단말을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터용 검사방법은 (a) 고압 레귤레이터를 성능 검사부의 제1 챔버에 설치하고 혼합가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압해서 공급하는 단계, (b) 제어단말에서 고압 레귤레이터의 출구압력을 설정하고 출구압력을 미리 설정된 횟수 이상 에이징하며, 유량 및 압력을 평가하고, 누설 여부를 검사하는 단계, (c) 상기 고압 레귤레이터를 기밀 검사부의 제2 챔버에 설치하고 헬륨가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압해서 공급하는 단계, (d) 상기 제어단말에서 상기 제2 챔버에 설치된 가스감지센서의 감지신호에 기초해서 고압 레귤레이터의 기밀 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법에 의하면, 성능 검사부와 기밀 검사부를 이용해서 실제 차량에 장착된 상태의 구동조건을 모사하여 고압 레귤레이터의 감압 성능 및 기밀 검사를 수행할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 감압 성능 및 기밀 검사 결과 정보에 따라 제품의 합격 여부를 판단하고, 정상품과 불량품을 선별할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 고압 레귤레이터의 검사 결과 정보를 로트별로 디렉토리를 대응시켜 해당 디렉토리에 저장함으로써, 정상품의 로트 추적이 용이함에 따라, 현장 및 고객에게 신속하게 피드백할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 검사장치를 이용해서 검사하는 고압 레귤레이터의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 B-B'선에 대한 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터 검사장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치의 검사방법을 단계별로 설명하는 공정도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터 검사장치 및 검사방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 검사장치를 이용해서 검사하는 고압 레귤레이터의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 검사장치를 이용해서 검사하는 고압 레귤레이터의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 B-B'선에 대한 단면도이다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 실시 예에서는 수소 연료전지 차량에 적용되는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법을 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 엘피지 연료나 천연압축가스 연료 등 다양한 종류의 고압 가스 연료를 감압해서 엔진 측으로 공급하는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법에도 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터(10)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 측면에 고압의 연료가 유입되는 유입구(21)와 감압된 연료를 배출하는 배출구(22)가 각각 형성되고 내부에 고압의 연료를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압실(23)이 형성되는 바디(20), 바디(20)의 상부에 결합되는 상부 커버(30) 및 감압실(23) 내부에 설치되고 고압의 연료를 오리피스를 통해 이동시켜 감압하는 감압부(40)를 포함한다.

이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터(10)는 바디(20)의 하부에 결합되고 배출구(22)를 통해 배출되는 연료의 압력이 미리 설정된 기준압력을 초과하는 과압 상태의 연료를 배출하는 안전밸브(50)를 더 포함할 수 있다.

바디(20)는 내부에 감압실(23)이 형성되도록, 상면과 하면이 각각 개구된 대략 원통 형상으로 형성될 수 있다.

바디(20)의 측면에는 연료가 유입되는 유입구(21)와 연료를 배출하는 배출구(22)가 형성되고, 유입구(21)와 배출구(22)에는 각각 조립시 작업성을 향상시킬 수 있도록, 모듈화된 입구포트(24)와 출구포트(25)가 결합될 수 있다.

입구포트(24)와 출구포트(25)는 각각 유입구(21)와 배출구(22)에 결합되고, 입구포트(24)의 내측단에는 연료에 포함된 이물질을 제거하는 입구측 필터(241)가 설치될 수 있다.

그리고 유입구(21)와 입구포트(24) 사이에는 입구측 필터(241)와 입구포트(24) 사이의 갭을 보상하도록 원형 링 형상의 완충부재(242)가 설치될 수 있다.

완충부재(242)는 탄성을 갖는 합성수지 재질이나 금속 재질의 재료로 제조되고, 입구포트(24) 결합시 탄성 변형되면서 입구측 필터(241)와 입구 포트(24) 사이의 갭을 보상해서 기밀하는 기능을 한다.

출구포트(25) 내부에는 스택과 연결되는 연결배관(도면 미도시)을 용이하게 결합할 수 있도록, 퀵 커넥터(251)가 설치될 수 있다.

물론, 본 발명은 입구포트(24)에도 퀵 커넥터를 적용하도록 변경될 수 있다.

감압실(23)은 감압부(40)가 설치되는 공간으로서, 아래에서 설명할 감압부(40)의 샤프트(41)가 설치되는 제1 설치공간(231)과 샤프트(41)의 승강 동작에 의해 개폐되도록 오리피스(42)가 형성된 감압 플레이트(43)와 감압 부재(44)가 설치되는 제2 설치공간(232)을 포함할 수 있다.

제1 설치공간(231)의 하단부에는 샤프트(41)의 하단부 외주면 및 제1 설치공간(231)과 제3 유로(29) 사이를 밀봉하는 밀봉부재(49)가 설치될 수 있다.

바디(20)의 하단부에는 안전밸브(50)가 결합되는 밸브포트(26)가 마련될 수 있다.

그리고 바디(20)의 내부에는 감압실(23)에서 감압된 연료를 출구포트(25)로 전달하는 제1 유로(27)와 출구포트(25)를 통해 배출되는 일부 연료를 안전밸브(50)로 전달하는 제2 유로(28)가 형성될 수 있다.

밸브포트(26)는 감압실(23)의 제1 설치공간(231) 및 제2 유로(28)의 하단과 연통되는 제3 유로(29)와 연결되고, 밸브포트(26) 내부에는 안전밸브(50)의 상단부가 삽입될 수 있다.

여기서, 제1 및 제2 유로(27,28)는 각각 오리피스(42)를 통과한 후 샤프트(41)의 외주면을 따라 흐르는 연료의 특성을 고려해서 도 2에 도시된 바와 같이 좌측 하방 및 우측 하방을 향해 각각 미리 설정된 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

그래서 감압실(23)의 감압된 연료는 각각 경사지게 형성된 제1 및 제2 유로(27,28)를 통해 출구포트(25)와 밸브포트(26) 측으로 원활하게 이동할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 바디 내부에 형성되는 유로를 경사지게 형성함으로써, 유체 저항을 최소화하여 동작시 간헐적으로 발생하는 내부 연료 부족 상태를 효과적으로 방지할 수 있다.

그리고 바디(20)의 다른 측면에는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 감압된 연료의 압력을 측정하도록 측정센서(도면 미도시)가 결합되는 센서포트(201)가 마련될 수 있다.

감압실(23)과 센서포트(21) 사이에는 상기 측정센서에 감압된 연료의 압력을 측정할 수 있도록, 감압실(23)과 센서포트(201)를 연결하는 연결유로(202)가 형성될 수 있다.

그래서 상기 측정센서는 감압된 연료의 압력을 측정하고, 차량에 마련되는 제어부(도면 미도시)는 측정센서의 측정신호를 수신해서 감압된 연료의 압력을 확인해서 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.

이러한 바디(20)는 가공성을 향상시키고, 수소 취성을 만족시키기 위해, AL6061-T6와 같이 열처리된 알루미늄 등의 금속 재질 재료를 이용해서 단조 성형 방식으로 제조되고, 에마틀(ematal) 법과 같은 알루미늄 양극 산화법으로 표면 처리될 수 있다.

상부 커버(30)는 하면이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 상부 커버(30) 내부에는 아래에서 설명할 감압부(40)의 피스톤(45)과 피스톤(45)에 복원력을 제공하는 상부 스프링(46)이 설치될 수 있다.

이러한 상부 커버(30)의 일측에는 샤프트(41)가 원활하게 승강 동작할 수 있도록 공기를 흡입 또는 배출하는 통기공(31)이 형성되고, 통기공(31)에는 외부 공기가 유입되는 과정에서 수분이나 유분, 먼지와 같은 이물질이 유입되는 것을 차단하는 필터(32)가 설치될 수 있다.

필터(32)는 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)과 같이 내열성, 내약품성이 우수한 합성수지 재질의 재료로 제조되고, 접착 방식으로 통기공(31)에 설치될 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 와이어 압축 메쉬 필터를 적용하도록 변경될 수도 있다.

다만, 상기 와이어 압축 메쉬 필터는 대입자의 이물질 여과가 가능하나, 소입자의 먼지나 수분 등을 완전하게 차단하기에는 한계가 있다.

이와 같이, 본 발명은 상부 커버에 형성되는 통기공에 접착 방식으로 필터를 설치함으로써, 노면에 근접한 차량 하부에 장착되는 고압 레귤레이터의 장착고로 인해 도로의 파편이나 침수, 고압살수에 의한 수분, 유분 및 이물질의 유입을 방지할 수 있고, 필터를 용이하게 설치할 수 있다.

상부 커버(30)의 상단에는 아래에서 설명한 감압부(40)에 적용되는 상부 스프링(46)의 장력을 조절하는 장력 조절 수단(33)이 체결될 수 있다.

감압부(40)는 감압실(23) 내부에 상하 방향을 따라 승강 가능하게 설치되는 샤프트(41), 중앙부에 각각 오리피스(42)가 형성되고 감압실(23)의 제2 설치공간(232)에 설치되는 감압 플레이트(43)와 감압 부재(44), 감압실(23) 내부로 공급되는 감압된 연료의 압력에 따라 승강 동작하는 피스톤(45) 및 피스톤(45)에 복원력을 제공하는 상부 스프링(46)을 포함할 수 있다.

샤프트(41)는 상하 방향을 따라 길게 연장 형성되고, 샤프트(41)의 중앙부는 오리피스(42)를 폐쇄하도록 상단부 및 하단부에 비해 큰 직경으로 형성될 수 있다.

감압 플레이트(43)는 감압실(23)의 단면에 대응되도록 원판 형상으로 형성되고, 감압 부재(44)는 상면이 개구된 대략 원통 형상으로 형성되며, 감압 플레이트(43)의 상부에 배치되고, 감압실(23) 내주면에 압입되어 고정될 수 있다.

감압 플레이트(43)와 감압 부재(44)의 중앙부에는 오리피스(42)가 형성될 수 있다.

샤프트(41)의 상단부는 감압 플레이트(43)와 감압 부재(44)의 오리피스(42)를 관통해서 피스톤(45)의 하면에 접촉되게 설치될 수 있다.

피스톤(45)은 상면이 개구된 대략 원통 형상으로 형성되고, 피스톤(45)의 외주면에는 상부 커버(30)의 내주면과 피스톤(45) 사이를 기밀하는 하나 이상의 오링이 설치될 수 있다.

이러한 피스톤(45)은 오리피스(42)를 통과하면서 감압된 연료의 압력 변화에 따라 승강 동작하고, 샤프트(41)는 피스톤(45)의 승강 동작에 연동해서 승강 동작해서 오리피스(42)를 개방 또는 폐쇄한다.

여기서, 샤프트(41)의 상단부와 그에 접촉하는 피스톤(45)의 하면은 연료의 이동시 저항을 최소화하도록, 대략 나팔 형상을 이루는 유선형의 곡면으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 샤프트의 상단부와 피스톤의 하면을 유선형의 곡면으로 형성해서 유체 저항을 최소화하여 동작시 간헐적으로 발생하는 내부 연료 부족 상태를 효과적으로 방지할 수 있다.

실험 결과에 따르면, 본 실시 예에서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 유로(27,28)를 각각 경사지게 형성하고, 샤프트(41)의 상단부와 피스톤(45)의 하면을 유선형의 곡면으로 형성하는 경우, 제1 및 제2 유로(27,28)를 수직으로 형성하고 샤프트(41)의 상단부와 피스톤(45)의 하면을 평면으로 형성하는 경우에 비해 압력손실은 약 90% 정도 개선됨을 확인할 수 있었다.

감압부(40)는 샤프트(41)의 하부에 설치되고 오리피스(42)를 폐쇄하도록 샤프트(42)에 탄성력을 제공하는 중간 스프링(47)과 중간 스프링(47)의 하단을 지지하는 지지 플레이트(48) 및 감압실(23)과 밸브포트(14) 사이를 밀봉하는 밀봉부재(49)를 더 포함할 수 있다.

밀봉부재(49)는 스프링 에너자이드 씰에 기밀력 강화를 위한 보조부를 포함하여 샤프트(41)의 하부에 저압을 유지하도록 바디(20) 상에 수용되는 구조로 마련될 있다.

상기 스프링 에너자이드 씰은 가변적 압력범위에 상시 기밀유지를 하기 위해, 원호형의 수지재 몸체부의 날개부 상에 SUS 계의 얇은 스프링인 탄성부를 수용한 구조로 구성될 수 있다.

그래서 밀봉부재(49)는 바디(20)와 샤프트(41)에 동시에 가압 상태로 밀착되고, 샤프트(41)의 대부분의 영역에서 작용하는 고압과 하단의 저압 간의 밀봉을 유지한다.

지지 플레이트(48)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 지지 플레이트(48)의 중앙부에는 샤프트(41)의 하단부가 삽입되는 삽입공이 형성될 수 있다.

이러한 지지 플레이트(48)는 감압실(23)의 제1 설치공간(231) 하단부에 결합된 밀봉부재(49)의 상단에 배치될 수 있다.

여기서, 지지 플레이트(48)는 샤프트(41)의 승강 동작시 지지 플레이트(48)와의 마찰로 인한 샤프트 외면의 손상을 방지하도록, 폴리에텔에텔 케톤(Polyether ether ketone)과 같이 내열성, 내약품성, 내충격성이 우수한 합성수지 재질의 재료로 제조될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 샤프트의 하단부가 삽입되는 지지 플레이트를 합성수지 재질의 재료로 제조함으로써, 샤프트의 승강 동작시 지지 플레이트와의 마찰로 인한 샤프트의 손상을 방지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 샤프트의 손상으로 인한 고압 밀봉 성능 및 내부 압력 부족 상태를 방지할 수 있다.

샤프트(41)의 중앙부 일측에는 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(41)의 회전을 방지하도록, 회전 방지핀(411)이 설치될 수 있다.

회전 방지핀(411)의 일단은 샤프트(41)의 중앙부 일측면에 결합되고, 회전 방지핀(411)의 타단은 감압실(23)의 제2 설치공간(232) 일측에 상하 방향을 따라 요입 형성된 이동홈(233)에 삽입될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 샤프트의 일측면에 회전 방지핀을 설치하고, 감압실의 일측에 이동홈을 형성해서 샤프트의 승강 동작시 미세한 회전을 방지함으로써, 씰링 포인트를 장기간 유지할 수 있다.

물론, 본 발명은 회전 방지핀의 일단을 제2 실치공간의 일측에 결합하고, 회전 방지핀의 타단을 샤프트에 형성된 이동홈에 삽입하도록 변경될 수도 있다.

안전밸브(50)는 고압 레귤레이터(10) 내부에서 이상 과압 발생시 연료를 방출시켜 과압을 해소하는 하는 릴리프 밸브와 작업자의 수작업에 의해 바디(20)로부터 분리되어 고압 레귤레이터(10) 내부의 연료를 방출하는 퍼지 밸브 기능을 통합적으로 제공할 수 있다.

이를 위해, 안전밸브(50)는 바디(20)의 밸브포트(26)에 결합되는 가이드 몸체(51), 가이드 몸체(51)의 상단부에 결합되고 밸브포트(26)를 폐쇄한 상태에서 과압 발생시 밸브포트(26)를 개방하는 밸브체(52), 밸브체(52)의 내부에 설치되고 밸브체(52)에 탄성력을 제공하는 하부 스프링(53) 및 가이드 몸체(51)의 하부에 결합되고 밸브체(52)의 개방 동작시 연료를 방출하는 방출배관(54)을 포함할 수 있다.

이와 함께, 안전밸브(50)는 방출배관(54)의 하단부에 결합되는 배관캡(55)과 방출배관(54)이 가이드 몸체(51)에서 완전히 분리되는 것을 방지하는 분리 방지핀(56)을 더 포함할 수 있다.

가이드 몸체(51)는 상면과 하면이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 가이드 몸체(51)의 상단부는 하단부의 직경에 비해 작은 직경으로 형성되어 밸브포트(26) 내부에 결합될 수 있다.

밸브체(52)는 하면이 개구된 대략 원통 형상으로 형성되고, 밸브체(52)의 상단부에는 밸브포트(26)의 내부 공간과 연결되는 제3 유로(29)를 폐쇄하는 몰딩시트(521)가 설치될 수 있다.

이러한 밸브체(52)의 측면에는 밸브포트(26)로 방출된 연료가 내부로 유입되도록 하나 이상의 유입공(522)이 형성될 수 있다.

하부 스프링(53)은 밸브체(52)의 내부에 배치되고, 하부 스프링(52)의 하단은 가이드 몸체(51)에 결합된 방출배관(54)의 상단에 지지될 수 있다.

그래서 밸브체(52)는 하부 스프링(53)의 탄성력에 의해 제3 유로(29)를 폐쇄한 상태에서 제3 유로(29)를 통해 전달되는 연료의 압력이 미리 설정된 압력을 초과하는 과압 상태이면, 하부 스프링(53)의 길이가 감소하도록 탄성 변형시키면서 하강하여 제3 유로(29)를 개방한다.

이와 같이, 본 발명은 안전 밸브를 이용해서 과압 상태의 연료를 방출배관을 통해 배출시켜 과압 상태의 연료가 스택으로 공급되는 것을 방지해서 안전성을 향상시킬 수 있다.

방출배관(54)의 상단부 외주면에는 가이드 몸체(51)의 내주면에 대응되도록 외측을 향해 돌출 형성되는 환형리브(541)가 형성되고, 방출배관(54)의 중앙부는 상단부에 비해 큰 직경으로 형성될 수 있다.

환형리브(541)에는 가이드 몸체(51)의 내주면과 방출배관(54) 사이를 기밀하는 오링이 설치될 수 있다.

분리 방지핀(56)은 가이드 몸체(51)의 일측면을 관통해서 설치되고, 분리 방지핀(56)의 내측단은 방출배관(54)의 환형리브(541)와 중앙부 사이에 형성된 이동공간(542)에 삽입된다.

따라서 고압 레귤레이터(10) 내부의 연료를 방출하는 퍼지 밸브 기능 시 방출배관(54)이 바디(20)로부터 분리되는 거리는 환형리브(541)와 중앙부 사이의 이동공간(542)으로 제한될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 분리 방지핀을 이용해서 방출배관이 바디로부터 완전히 분리되는 방지함으로써, 가이드 몸체 내부에 설치되는 밸브체와 하부 스프링이 이탈되면서 분실 등의 문제를 미연에 예방할 수 있다.

배관캡(55)은 방출배관(54)의 하단부에 결합되고, 과압 발생시 연료를 방출하도록, 미리 설정된 압력 이상이 되면 방출배관(55)으로부터 분리 가능하게 결합될 수 있다.

이에 따라, 차량 점검시 작업자는 배관캡(55)의 분리 여부를 확인해서 과압 발생 여부를 용이하게 확인 가능하고, 과압 발생이 확인되면 차량의 정밀진단을 수행할 수 있다.

이러한 배관캡(55)은 방출배관(54)으로부터 분리되는 경우, 분실을 방지하도록 방출배관(54)의 외주면에 결합되고 일단이 배관캡(55)에 연결된 연결부재(57)에 의해 방출배관(54)과 연결될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치는 상기한 고압 레귤레이터의 구성에 한정되는 것은 아니며, 구조 및 형상이 다양하게 변경된 고압 레귤레이터의 감압 성능 및 기밀 검사할 수 있다.

다음, 도 4를 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치의 구성을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터 검사장치의 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치(60)는 도 4에 도시된 바와 같이, 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사해서 고압 레귤레이터(10)에 미리 설정된 검사압력으로 혼합가스를 공급하는 탱크부(70), 고압 레귤레이터(10)의 감압 성능을 검사하는 성능 검사부(80), 고압 레귤레이터(10)의 기밀 상태를 검사하는 기밀 검사부(90) 및 성능 검사부(80)와 기밀 검사부(90)의 검사 결과를 이용해서 합격 여부를 판단하고 판단결과에 기초해서 정상품과 불량품을 선별하며 검사 결과 정보를 관리하는 제어단말(61)을 포함한다.

탱크부(70)는 질소와 헬륨을 포함된 혼합가스를 미리 설정된 탱크압력으로 저장하는 가스탱크(71) 및 감압 성능 검사와 기밀 검사시 가스탱크(71)에 저장된 혼합가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압해서 공급하는 제1 압축기(72)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 탱크압력은 약 120bar로 설정되고, 제1 압축기(72)는 혼합가스를 평균 약 700bar, 최대 약 1050bar의 검사압력으로 가압해서 공급할 수 있다.

즉, 실제 차량에서 고압 레귤레이터(10)에 공급되는 최대 압력은 약 700bar이나, 본 실시 예에서는 압력변동에 따른 안정성을 향상시키기 위해, 최대 검사 압력을 약 1050bar로 설정할 수 있다.

상기 혼합가스 100 중량부 중에는 헬륨가스가 약 10 중량부 이상 포함될 수 있다.

성능 검사부(80)는 고압 레귤레이터(10)에 탱크부(70)에서 공급되는 혼합가스를 공급해서 감압 성능을 검사하는 검사공간이 마련되는 제1 챔버(81) 및 고압 레귤레이터(10)에 공급되는 혼합가스의 압력을 조절하는 압력 조절부(82) 및 고압 레귤레이터(10)에서 감압되어 배출되는 혼합가스의 유량과 압력을 측정하는 유량센서(83) 및 압력센서(84)를 포함할 수 있다.

제1 챔버(81) 내부에는 고압 레귤레이터(10)를 설치해서 감압 성능을 검사하기 위해, 고압 레귤레이터(10)의 입구포트(24) 및 출구포트(25)에 각각 연결되는 제1 및 제2 배관(도면 미도시)이 마련될 수 있다.

상기 제1 배관에는 압력 조절부(82)가 연결되고, 상기 제2 배관에는 유량센서(83) 및 압력센서(84)가 연결될 수 있다.

이러한 제1 챔버(81)는 검사 과정에서 발생하는 안전사고를 방지하기 위해, 방탄 챔버로 마련될 수 있다.

압력 조절부(82)는 제어단말(61)의 제어신호에 따라 구동되어 고압 레귤레이터(10)에 공급되는 혼합가스의 압력을 조절할 수 있다.

제어단말(61)은 저장부에 저장된 검사 프로그램을 실행시키고, 작업자의 조작에 따라 출구압력을 설정하며, 출구압력을 미리 설정된 설정횟수, 예컨대 10회 이상 에이징(aging)하고, 유량센서(83) 및 압력센서(84)의 감지신호를 수신해서 유량 및 압력을 평가하며, 고압 및 저압 상태에서 누설검사를 수행하도록 압력 조절부(82)의 구동을 제어할 수 있다.

기밀 검사부(90)는 고압 레귤레이터(10)에 헬륨가스를 공급하는 헬륨 탱크(91), 헬륨 탱크(91)에서 공급되는 헬륨가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압하는 제2 압축기(92), 내부에 고압 레귤레이터(10)를 설치해서 기밀 상태를 검사하는 검사공간이 마련되는 제2 챔버(93) 및 상기 검사공간 내부에 설치되고 고압 레귤레이터(10)에서 누설되는 헬륨을 감지하는 가스감지센서(94)를 포함할 수 있다.

제2 챔버(93) 내부에는 고압 레귤레이터(10)를 설치해서 기밀 검사를 수행하기 위해, 고압 레귤레이터(10)의 입구포트(24) 및 출구포트(25)에 각각 연결되는 제3 및 제4 배관(도면 미도시)이 마련될 수 있다.

상기 제3 배관에는 헬륨 탱크(91) 및 제2 압축기(92)가 연결될 수 있다.

여기서, 헬륨가스는 헬륨 탱크(91) 내부에 약 120bar의 압력으로 저장되고, 제2 압축기(92)는 헬륨 탱크(91)에서 송출되는 헬륨가스를 미리 설정된 검사압력, 예컨대 평균 약 800bar, 최대 약 1050bar의 압력으로 가압해서 고압 레귤레이터(10)로 공급할 수 있다.

실제 차량에서 고압 레귤레이터(10)에 공급되는 최대 압력은 약 800bar이나, 본 실시 예에서는 압력변동에 따른 안정성을 향상시키기 위해, 최대 검사 압력을 약 1050bar로 설정할 수 있다.

이러한 제2 챔버(93)는 검사 과정에서 발생하는 안전사고를 방지하기 위해, 방탄 챔버로 마련되고, 제2 챔버(93)의 내부는 고압 레귤레이터(10)에서 누설되는 헬륨가스를 정확하게 감지할 수 있도록, 진공 상태로 유지될 수 있다.

그리고 가스감지센서(94)는 제2 챔버(93) 내부에 설치되어 고압 레귤레이터(10)에서 누설되는 헬륨가스를 감지하고, 감지신호를 제어단말(61)로 전달한다.

이와 함께, 가스감지센서(94)는 고압 레귤레이터(10)에서 외부로 누출된 헬륨가스에 의한 압력변화를 이용해서 누출량을 측정하고, 측정된 누출량을 제어단말(61)로 전달할 수 있다.

그래서 제어단말(61)은 가스감지센서(94)의 감지신호를 수신해서 약 800bar의 고압 상태에서 고압 레귤레이터(10)의 누설 여부를 검사할 수 있다.

이러한 제어단말(61)은 감압 성능 검사 및 기밀 검사 결과 정보를 저장부(도면 미도시)에 저장하도록 제어한다.

여기서, 제어단말(61)은 고압 레귤레이터(10)의 검사 결과 정보를 로트별로 디렉토리를 대응시켜 해당 디렉토리에 저장할 수 있다.

그리고 제어단말(61)은 감압 성능 및 기밀 검사 결과 정보를 이용해서 합격 여부를 판단하고, 정상품에 대한 로트 바코드를 출력하도록 바코드 출력부(62)의 구동을 제어할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 성능 검사부와 기밀 검사부를 이용해서 실제 차량에 장착된 상태의 구동조건을 모사하여 고압 레귤레이터의 감압 성능 및 기밀 검사를 수행할 수 있다.

그리고 본 발명은 감압 성능 및 기밀 검사 결과 정보에 따라 제품의 합격 여부를 판단하고, 정상품과 불량품을 선별할 수 있다.

또한, 본 발명은 고압 레귤레이터의 검사 결과 정보를 로트별로 디렉토리를 대응시켜 해당 디렉토리에 저장함으로써, 정상품의 로트 추적이 용이함에 따라, 현장 및 고객에게 신속하게 피드백할 수 있다.

다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치의 검사방법을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 검사장치의 검사방법을 단계별로 설명하는 공정도이다.

도 5의 S10단계에서 검사장치(60)에 마련된 전원 스위치가 온 조작되면, 제어단말(61)은 전원을 공급받아 감압 성능 및 기밀 검사를 수행하도록 각 장치를 초기화하고, 저장부에 저장된 검사 프로그램을 실행시킨다.

이때, 고압 레귤레이터(10)는 성능 검사부(80)에 마련된 제1 챔버(81)의 검사공간 내부에 설치된다.

S12단계에서 제어단말(61)은 탱크부(70)의 가스탱크(71)에 저장된 혼합가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압해서 고압 레귤레이터(10)로 공급하도록 제1 압축기(72)의 구동을 제어한다.

S14단계에서 작업자가 조작패널을 조작해서 고압 레귤레이터(10)의 출구압력을 세팅하고, 제어단말(61)은 세팅된 출구압력에 따라 혼합가스를 공급하도록 탱크부의 구동을 제어하며, 고압 레귤레이터(10)는 혼합가스를 감압해서 배출하도록 임시 동작한다.

이때, 제어단말(61)은 미리 설정된 횟수, 즉 10회 이상 에이징을 수행하고, 고압 레귤레이터(10)에서 감압된 혼합가스의 유량 및 압력을 평가하며, 고압 및 저압 상태에서의 누설 검사를 실시한다(S16).

여기서, 제어단말(61)은 에이징을 반복 수행하는 과정에서 1회라도 설정압력을 이탈하면, 이상 상태로 판단하여 경고음을 출력하고, 후속 공정을 중지하도록 제어할 수 있다.

한편, 실제 차량에서 연료 충전 후 정지모드에서 특정 출구압력에 도달하면, 시동이 불가능하다.

따라서 제어단말(61)은 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사하여 최대 사용압력, 예컨대 약 700bar 내지 1050bar의 압력을 인가한 후, 미리 설정된 시간동안 출구압력 상승을 측정하도록 제어할 수 있다.

그리고 제어단말(61)은 실제 차량에 장착된 구동조건에서 사용되는 탱크압력 전 영역에 대해 유량 및 압력을 평가할 수 있다.

S18단계에서 고압 레귤레이터(10)는 제1 챔버(81)에서 탈거되어 기밀 검사부(90)에 마련된 제2 챔버(93)의 검사공간 내부에 설치된다.

S20단계에서 제어단말(61)은 기밀 검사부(90)에 마련된 제2 압축기(92)를 구동해서 미리 설정된 검사압력으로 헬륨가스를 가압해서 공급하도록 제어한다.

S22단계에서 제2 챔버(93) 내부에 설치된 가스감지센서(94)는 고압 레귤레이터(10)에서 누설되는 헬륨가스를 감지하고, 감지신호를 제어단말(61)로 전달한다.

여기서, 실제 차량에 장착된 상태에서 저압 영역대, 약 20bar 내지 50bar에서 고압 레귤레이터(10) 내부 부품의 미세변위가 발생하는 경우, 내부 누설이 발생할 수 있다.

그래서 제어단말(61)은 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사하여 최저 사용압력, 예컨대 약 800bar 내지 1050bar의 압력을 인가한 후, 미리 설정된 시간동안 출구압력의 상승을 측정하도록 제어할 수 있다.

그리고 제어단말(61)은 실제 차량에 장착된 상태에서 발생할 수 있는 최대 탱크 압력을 인가한 후, 고압 레귤레이터(10) 외부로의 누설 여부를 검사한다.

S24단계에서 제어단말(61)은 성능 검사부(80) 및 기밀 검사부(90)의 검사 결과 정보를 저장부에 저장하고, 상기 검사 결과 정보에 기초해서 고압 레귤레이터(10)의 합격 여부를 판단한다.

이때, 제어단말(61)은 로트별로 디렉토리를 대응시켜 해당 디렉토리에 검사 결과정보를 저장하도록 제어한다.

그리고 제어단말(61)은 불량품에 대한 검사 정보는 별도의 불량품 검사 정보 폴더에 이격시켜 저장하고, 합격품에 대한 검사 정보는 현장 추적을 위해 생산연도, 월, 일, 생산수량별로 순차적으로 저장한다.

상기 합격품에 대한 검사 정보는 품명, 품번, 로트, 검사조건, 결과값 정보를 포함할 수 있다.

이와 같이 저장된 합격품에 대한 검사 정보는 해당 제품에 대한 성적서로 활용될 수 있다.

S26단계에서 제어단말(61)은 정상품에 로트 번호를 부여하고, 부여된 로트 번호를 포함한 바코드를 출력하도록 바코드 출력부(62)의 구동을 제어한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 성능 검사부와 기밀 검사부를 이용해서 실제 차량에 장착된 상태의 구동조건을 모사하여 고압 레귤레이터의 감압 성능 및 기밀 검사를 수행할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

상기의 실시 예에서는 수소 연료전지 차량에 적용되는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법을 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 엘피지 연료나 천연압축가스 연료 등 다양한 종류의 고압 가스 연료를 감압해서 엔진 측으로 공급하는 고압 레귤레이터용 검사장치 및 검사방법에도 적용되도록 변경될 수 있다.

본 발명은 실제 차량에 장착된 상태의 구동조건을 모사하여 고압 레귤레이터의 감압 성능 및 기밀 검사를 수행하는 기술에 적용된다.

10: 고압 레귤레이터 20: 바디
201: 센서포트 202: 연결유로
21: 유입구 22: 배출구
23: 감압실 231,232: 제1,제2 설치공간
233: 이동홈 24: 입구포트
241: 입구측 필터 242: 완충부재
25: 출구포트 251: 퀵 커넥터
26: 밸브포트 27 내지 29: 제1 내지 제3 유로
30: 상부 커버 31: 통기공
32: 필터 33: 장력 조절 수단
40: 감압부 41: 샤프트
411; 회전 방지핀 42: 오리피스
43: 감압 플레이트 44: 감압 부재
45: 피스톤 46: 상부 스프링
47: 중간 스프링 48: 지지 플레이트
49: 밀봉부재 50: 안전밸브
51: 가이드 몸체 52: 밸브체
521: 몰딩시트 522: 유입공
53: 하부 스프링 54: 방출배관
541: 환형리브 55: 배관캡
56: 분리 방지핀 57: 연결부재
60: 고압 레귤레이터용 검사장치
61: 제어단말 62: 바코드 출력부
70: 탱크부 71: 가스탱크
72: 제1 압축기 80: 성능 검사부
81: 제1 챔버 82: 압력 조절부
83: 유량센서 84: 압력센서
90: 기밀 검사부 91: 헬륨 탱크
92: 제2 압축기 93: 제2 챔버
94: 가스감지센서

Claims (10)

1. 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사해서 고압 레귤레이터에 미리 설정된 검사압력으로 혼합가스를 공급하는 탱크부,
   고압 레귤레이터의 감압 성능을 검사하는 성능 검사부,
   고압 레귤레이터의 기밀 상태를 검사하는 기밀 검사부 및
   상기 성능 검사부와 기밀 검사부의 검사 결과를 이용해서 합격 여부를 판단하고 판단결과에 기초해서 정상품과 불량품을 선별하며 검사 결과 정보를 관리하는 제어단말을 포함하고,
   상기 탱크부는 질소와 헬륨이 포함된 혼합가스를 미리 설정된 탱크압력으로 저장하는 가스탱크 및
   감압 성능 검사와 기밀 검사시 상기 가스탱크에 저장된 혼합가스를 상기 검사압력으로 가압해서 공급하는 제1 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 성능 검사부는 고압 레귤레이터에 상기 탱크부에서 공급되는 혼합가스를 공급해서 감압 성능을 검사하는 검사공간이 마련되는 제1 챔버 및
   고압 레귤레이터에 공급되는 혼합가스의 압력을 조절하는 압력 조절부 및
   고압 레귤레이터에서 감압되어 배출되는 혼합가스의 유량과 압력을 측정하는 유량센서와 압력센서를 포함하고,
   상기 제어단말은 고압 레귤레이터의 출구압력을 설정하며, 출구압력을 미리 설정된 설정횟수 이상 에이징하고, 상기 유량센서와 압력센서의 감지신호를 수신해서 유량 및 압력을 평가하며, 고압 및 저압 상태에서 누설검사를 수행하도록 상기 압력 조절부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 기밀 검사부는 고압 레귤레이터에 헬륨가스를 공급하는 헬륨 탱크,
   상기 헬륨 탱크에서 공급되는 헬륨가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압하는 제2 압축기,
   내부에 고압 레귤레이터를 설치해서 기밀 검사하는 검사공간이 마련되는 제2 챔버 및
   상기 검사공간 내부에 설치되고 고압 레귤레이터에서 누설되는 헬륨을 감지하는 가스감지센서를 포함하고,
   상기 제어단말은 상기 가스감지센서의 감지신호에 기초해서 미리 설정된 저압 영역대 및 고압 영역대에서 고압 레귤레이터의 누설 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사장치.
5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   고압 레귤레이터의 감압 성능 및 기밀 검사 결과 정보를 저장하는 저장부 및
   합격품에 로트 바코드를 부착하도록 로트 바코드를 출력하는 바코드 출력부를 더 포함하고,
   상기 제어단말은 고압 레귤레이터의 검사 결과 정보에 로트를 부여해서 로트별로 디렉토리를 대응시켜 해당 디렉토리에 저장하고, 합격품과 불량품에 대한 정보를 서로 다른 폴더에 이격 저장하도록 제어하고,
   상기 합격품에 대한 검사 정보는 품명, 품번, 로트, 검사조건, 결과값 정보를 포함하여 생산연도, 월, 일, 수량별로 순차적으로 저장되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사장치.
6. (a) 고압 레귤레이터를 성능 검사부의 제1 챔버에 설치하고 혼합가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압해서 공급하는 단계,
   (b) 제어단말에서 고압 레귤레이터의 출구압력을 설정하고 출구압력을 미리 설정된 횟수 이상 에이징하며, 유량 및 압력을 평가하고, 누설 여부를 검사하는 단계,
   (c) 상기 고압 레귤레이터를 기밀 검사부의 제2 챔버에 설치하고 헬륨가스를 미리 설정된 검사압력으로 가압해서 공급하는 단계 및
   (d) 상기 제어단말에서 상기 제2 챔버에 설치된 가스감지센서의 감지신호에 기초해서 고압 레귤레이터의 기밀 검사하는 단계를 포함하고,
   상기 (b)단계는 (b1) 고압 레귤레이터의 출구압력 에이징을 반복하는 과정에서 적어도 1회 이상 설정압력을 이탈하면, 이상 상태로 판단하여 경고음을 출력하고, 후속 공정을 중지하도록 제어하는 단계,
   (b2) 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사하여 최대 사용압력을 인가한 후, 미리 설정된 시간동안 출구압력 상승을 측정하도록 제어하는 단계 및
   (b3) 실제 차량에 장착된 구동조건에서 사용되는 탱크압력 전 영역에 대해 유량 및 압력을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사방법.
7. 제6항에 있어서,
   (e) 상기 (b)단계 및 (d)단계의 검사 결과 정보를 저장부에 저장하고, 상기 검사 결과 정보에 기초해서 합격 여부를 판단하며, 합격품에 로트 번호를 부여해서 바코드를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사방법.
8. 삭제
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 (d)단계는
   (d1) 실제 차량에 장착된 구동조건을 모사하여 최저 사용압력을 인가한 후, 미리 설정된 시간동안 출구압력의 상승을 측정해서 고압 레귤레이터의 내부 누설을 검사하는 단계 및
   (d2) 실제 차량에 장착된 상태에서 발생할 수 있는 최대 탱크 압력을 인가한 후, 고압 레귤레이터 외부로의 누설 여부를 검사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 상기 제어단말은 고압 레귤레이터의 검사 결과 정보에 로트를 부여해서 로트별로 디렉토리를 대응시켜 해당 디렉토리에 저장하고, 합격품과 불량품에 대한 정보를 서로 다른 폴더에 이격 저장하도록 제어하고,
    상기 합격품에 대한 검사 정보는 품명, 품번, 로트, 검사조건, 결과값 정보를 포함하여 생산연도, 월, 일, 수량별로 순차적으로 저장되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 검사방법.

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