KR102303016B1 - 연료전지 자동차용 압력 조절장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소가스의 압력을 조절하는 구성에서 청정도 관리에 취약한 부품을 수소가스와 미접촉 위치에 배치함으로써 스택으로 공급되는 수소가스에 대한 청정도를 적정의 수준으로 확보할 수 있게 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치를 개시한다.
전술한 연료전지 자동차용 압력 조절장치는 고압의 수소가스를 제공받기 위해 입력통로와 교통하는 입력부, 입력부를 통해 공급되는 수소가스의 압력을 조절하기 위해 입력통로와 교통하는 압력실을 갖춘 압력조절부, 및 압력조절부를 통해 압력이 조절된 저압의 수소가스를 외부로 공급하기 위해 압력실과 교통하는 출력통로를 갖춘 출력부를 포함하고, 압력조절부는 입력통로와 압력실 사이에 설치되는 오리피스 구조물, 오리피스 구조물에 설치되어 오리피스의 개폐를 조절하는 포핏밸브, 압력실의 내부에 설치되고 고압의 수소가스로부터 압력을 전달받는 수압부를 갖춘 피스톤, 피스톤에 대해 예압축력을 제공하는 피스톤스프링, 및 포핏밸브의 보호를 위해 압력실로부터 분리되어 수소가스와 미접촉 위치에 배치되는 완충부를 구비한다.

Description

연료전지 자동차용 압력 조절장치{Pressure regulating device for FCEV}
본 발명은 연료전지 자동차용 압력 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소가스의 압력을 조절하는 구성에서 청정도 관리에 취약한 부품인 스프링을 수소가스와 미접촉 위치에 배치함으로써 스택으로 공급되는 수소가스에 대한 청정도를 적정의 수준으로 확보할 수 있게 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 연료와 산화제를 전기-화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 것을 의미한다. 연료전지에 있어 가장 기본적인 형태는 수소를 연료로 사용하는 것이다.
수소를 이용한 연료전지는 전기분해의 역반응을 이용한 장치로서, 석유나 가스 등에서 추출된 수소를 연료로 공급하여 공기 중의 산소와 반응시킴으로써 전기와 열을 생산하는 것이다.
이러한 연료전지는 기존의 화학전지와 달리 연료와 공기의 공급이 지속되는 한 계속해서 전기를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 수소 연료전지의 경우에는 화석연료를 이용하는 터빈발전 방식에 비해 에너지 효율이 높으며, 소음이 없고 온실가스 발생이 적은 매우 친환경 에너지원에 해당하므로, 수송이나 발전, 가정 및 휴대용 등 다양한 분야에서 널리 이용 가능한 신에너지인 것이다.
일례로, 등록특허 제10-1759492호는 수소 연료전지의 활용에 있어 고압의 수소가스를 적정 수준의 저압 수소가스로 감압시키는 레귤레이터 밸브를 개시하고 있는 것으로, 그 주요 구성은 출구포트(12)에 연통되는 밸런스홈(28)을 통하여 스풀(25)의 하단에 저압을 형성하는 바디(10), 및 스풀(25)의 저압이 유지되도록 바디(10) 상에 수용되고 스프링 에너자이드 씰에 기밀력 강화를 위한 보조부를 지니는 밀봉부재(30)를 포함하는 것이다.
그러나 종래 수소가스의 감압을 위한 압력 조절장치에서는 밀봉부재(30)의 스풀(25)에 대해 탄성력을 제공하는 하부스프링(26)이 고압의 수소가스가 유입되어 저압의 수소가스로 감압되는 경로 중에 직접적으로 노출되는 구조이기 때문에, 수소의 취성(Hydrogen brittleness)에 의해 하부스프링(26)이 정상적인 기능을 상실하거나 극단적인 경우 파손되는 문제를 야기하게 된다.
또한, 수소가스의 유동경로 중에 금속 소재의 부품이 직접적으로 노출될 경우에는 수소가스의 청정도 관리에도 많은 어려움이 있게 된다.
이에 따라 종래에는 수소가스와 직접적인 접촉이 이루어지는 부위로 배치되는 부품의 경우, 재질의 선정과 청정도 관리에 많은 노력이 경주되고 있고, 그에 따라 제품의 제조 원가가 상승하는 단점이 있다.
등록특허 제10-1759492호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 수소가스의 압력을 조절하는 구성에서 청정도 관리에 취약한 부품을 수소가스와 미접촉 위치에 배치함으로써 스택으로 공급되는 수소가스에 대한 청정도를 적정의 수준으로 확보할 수 있게 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 청정도 관리에 취약한 부품을 수소가스와 미접촉 위치에 배치하여 부품의 재료 선정에 있어 수소 취성과 무관한 재질을 채택할 수 있게 함으로써 원가를 절감할 수 있게 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 고압의 수소가스를 제공받기 위해 입력통로와 교통하는 입력부, 상기 입력부를 통해 공급되는 수소가스의 압력을 조절하는 압력실을 갖춘 압력조절부, 및 상기 압력조절부를 통해 압력이 조절된 저압의 수소가스를 외부로 공급하는 출력통로를 갖춘 출력부를 포함하고, 상기 압력조절부는 상기 입력통로와 상기 압력실 사이에 설치되는 오리피스 구조물, 상기 오리피스 구조물에 설치되어 오리피스의 개폐를 조절하는 포핏밸브, 상기 압력실의 내부에 설치되고 고압의 수소가스로부터 압력을 전달받는 수압부를 갖춘 피스톤, 및 상기 압력실의 내부에서 수소가스와 미접촉 위치인 상기 피스톤의 배면공간에 배치되는 완충부를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 완충부는 상기 피스톤의 배면공간 내부에서 상기 수압부를 기밀하게 관통하는 상기 포핏밸브의 스템부에 대해 탄성력을 제공하도록 설치되는 포핏스프링을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 피스톤은 상기 압력실의 내주면과 기밀한 상태로 접촉하는 외벽부, 및 상기 외벽부의 내부에서 상기 완충부의 설치를 위해 상기 피스톤의 배면공간을 구획하는 내벽부를 포함하고, 상기 수압부는 상기 외벽부와 상기 내벽부 사이를 연결하여 상기 피스톤의 배면공간을 기밀한 상태로 마감하도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 포핏밸브는 상기 스템부에 설치되어 상기 오리피스 구조물의 오리피스와 밀착되는 실링재를 구비하고, 상기 실링재는 상기 포핏밸브의 스템부에 대해 인서트 사출 성형되며, 상기 오리피스의 입구는 음각의 콘 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 완충부는 상기 포핏밸브의 스템부에 설치되어 상기 피스톤의 배면공간에 수용되는 포핏가이드, 및 상기 포핏밸브의 스템부에 설치되어 상기 포핏가이드를 구속하는 포핏멈춤링을 더 포함하고, 상기 포핏스프링은 상기 포핏가이드와 상기 수압부의 내주면 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 완충부는 상기 피스톤의 배면공간 내부에서 상기 포핏밸브의 스템부의 자유단부와 접촉 가능하게 설치되는 포핏플레이트를 더 포함하고, 상기 포핏플레이트는 상기 내벽부의 내주면에 고정되는 피스톤멈춤링에 의해 이탈이 구속되도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예는 상기 피스톤에 대해 예압축력을 제공하는 피스톤스프링, 및 상기 피스톤에 대한 상기 피스톤스프링의 예압축력을 조절하여 수소가스의 출력압력을 가변적으로 조절하는 출력압조절부를 더 포함하고, 상기 출력압조절부는 압력실에 대해 나사체결되어 상기 피스톤스프링에 대한 예압축력을 조절하는 조절스크류로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예는 상기 압력실에서 급격한 압력 상승시 고압의 수소가스를 외부로 강제 배출하여 밸브를 보호하기 위한 압력배출부를 더 포함하고, 상기 압력배출부는 상기 출력통로와 교통하는 드레인통로에 대한 개폐를 조절하는 드레인밸브, 상기 드레인밸브를 탄력적으로 지지하는 드레인스프링, 및 상기 드레인통로에 나사체결되어 상기 드레인스프링에 대한 예압축력을 조절하는 드레인바디를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치는 수소가스의 압력 조절을 위한 부품의 구성에서 청정도 관리에 취약한 부품인 스프링을 수소가스와 직접적으로 접촉하지 않는 미접촉 위치에 배치할 수 있으므로 스택으로 공급되는 수소가스에 대한 청정도를 적정의 수준을 확보할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 청정도 관리에 취약한 스프링을 수소가스와 직접적으로 접촉하지 않는 미접촉 위치에 배치할 수 있으므로 부품의 재료 선정에 있어 수소가스 취성과 무관한 재질을 채택할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 구성과 대비할 때 밸런스 홈 구조의 폐지를 통해 고가의 에너자이드 씰이 불필요하게 되므로 부품의 제조 원가를 절감할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
또한, 본 발명은 과압력으로 인해 오리피스가 닫히게 되는 상태에서 지속적인 압력 상승이 수반되더라도 포핏스프링이 압축될 수 있으므로 포핏밸브의 손상을 적극적으로 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 오리피스 구조물에서 오리피스의 경면 가공부를 음각의 콘 형상으로 구성함으로써 가공의 효율성을 높일 수 있으므로 가공 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치에 대한 전체적인 구성을 도시한 단면도이다.
도 2와 도 3은 도 1에서 주요부위의 구성을 부분적으로 확대하여 도시한 도면이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치에서 고압의 수소가스로부터 설정된 저압의 수소가스로 압력이 조절되는 과정, 및 과압력 발생시 수소가스의 유입을 차단을 방지하는 과정을 설명하기 위한 부분 단면도로서, 압력조절부에 의한 동작 과정을 나타내는 도면이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치에서 과압 발생시 밸브의 보호를 위해 고압의 수소가스가 외부로 배출되는 과정을 설명하기 위한 부분 단면도로서, 출력압조절부에 의한 동작 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치는 외부로부터 고압의 수소가스를 제공받는 입력부, 상기 입력부를 통해 제공되는 수소가스의 압력을 조절하는 압력조절부, 및 상기 압력조절부를 거쳐 적정의 압력으로 압력이 조절된 저압의 수소가스를 외부로 공급하는 출력부를 포함하여 구성된다.
도 1을 참조로 하면, 레귤레이터 밸브의 바디에 해당하는 하우징(10)은 입력통로(11)와 출력통로(12) 및 드레인통로(13), 그리고 압력조절부의 설치를 위한 압력실(14)을 구비한다. 이 경우, 상기 입력통로(11)와 출력통로(12), 드레인통로(13), 및 압력실(14)은 모두 상호 교통 가능한 구조로 이루어진다.
상기 하우징(10)은 입력통로(11)와 교통 가능한 부위에 입력커넥터(15)를 나사체결로서 장착하는 바, 본 발명에 있어, 상기 입력커넥터(15)는 외부로부터 고압의 수소가스를 제공받는 입력부에 해당하는 것으로, 상기 하우징(10)의 입력통로(11)와 교통 가능한 관통구멍을 구비한다. 즉, 상기 입력부는 하우징(10)의 입력통로(11)와 교통 가능한 관통구멍을 갖추고서 하우징(10)에 대해 나사체결되어 결합되는 입력커넥터(15)로 구성된다.
상기 하우징(10)은 출력통로(12)와 교통 가능한 부위에 출력커넥터(16)를 나사체결로서 장착하는 바, 본 발명에 있어, 상기 출력커넥터(16)는 외부에 저압의 수소가스를 공급하는 출력부에 해당하는 것으로, 상기 하우징(10)의 출력통로(12)와 교통 가능한 관통구멍을 구비한다. 즉, 상기 출력부는 하우징(10)의 출력통로(12)와 교통 가능한 관통구멍을 갖추고서 하우징(10)에 대해 나사체결되어 결합되는 출력커넥터(16)로 구성된다.
또한, 상기 입력커넥터(15)에는 고압의 수소가스 중 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터(17)가 설치된다. 즉, 상기 필터(17)는 하우징(10)의 압력실(14) 내부로 수소가스 중 포함될 수 있는 각종 이물질의 유입을 차단하는 역할을 수행한다.
상기 압력조절부는 입력부를 통해 공급되는 수소가스의 압력을 고압에서 적정 수준의 저압의 상태로 가변적으로 조절하기 위한 것으로, 상기 입력통로(11)와 압력실(14) 사이에서 기밀한 상태로 설치되는 오리피스 구조물(20), 상기 오리피스 구조물(20)에 설치되어 오리피스(20a)의 개폐를 조절하도록 동작하는 포핏밸브(30), 상기 압력실(14)의 내부에서 이동 가능하게 설치되고 고압의 수소가스로부터 압력을 직접적으로 전달받는 수압부(43)를 갖춘 피스톤(40), 상기 피스톤(40)의 배면에서 상기 피스톤(40)에 대해 예압축력을 제공하도록 설치되는 피스톤스프링(44), 및 상기 압력실(14)에서 과압 발생시, 즉 압력실(14) 내의 압력이 급격하게 상승할 때 상기 포핏밸브(30)를 보호하도록 구성되는 완충부를 구비한다.
이 경우, 상기 완충부는 압력실(14)로부터 분리되어 수소가스와 미접촉 위치에 배치되도록 구성된다. 예컨대, 상기 완충부는 피스톤(40)의 내부에 위치하는 배면공간에 내장될 수 있을 것이다.
즉, 상기 완충부는 압력실(14)로부터 분리되어 수소가스와 미접촉 위치인 상기 피스톤(40)의 내부에 배치되는 배면공간에 내장되도록 구성된다.
상기 피스톤(40)은 동심원상으로 배치되는 이중 격벽구조로서, 상기 압력실(14)의 내부를 구획하기 위해 압력실(14)의 내주면과 기밀한 상태로 접촉하는 실린더형 외벽부(41), 상기 외벽부(41)의 내부에서 상기 완충부의 설치를 위한 배면공간을 동심원상으로 내측에서 구획하는 실린더형 내벽부(42), 및 상기 외벽부(41)와 상기 내벽부(42) 사이를 연결하여 상기 압력실(14)을 기밀한 상태로 마감하는 수압부(43)를 구비하도록 구성된다.
즉, 상기 피스톤(40)의 배면공간은 내벽부(42)의 내측부와 수압부(43)의 내측부 사이에 형성되는 공간을 의미한다. 또한, 배면공간은 상기 압력실(14)의 내부에서 수소가스와 직접적인 접촉이 적극적으로 배제될 수 있는 미접촉 위치에 해당하는 것이다.
또한, 상기 피스톤(40)의 수압부(43)와 상기 포핏밸브(30)의 스템부(31) 사이의 접촉부위에는 기밀 유지를 위한 실링재가 설치되어 있어, 상기 압력실(14) 내부의 수소가스가 상기 피스톤(40)의 배면공간 내부로 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.
또한, 상기 피스톤(40)의 외벽부(41)의 외주면과 상기 압력실(14)의 내주면 사이의 접촉부위에는 기밀 유지를 위한 실링재가 설치되어 있어, 상기 압력실(14) 내부의 수소가스가 상기 피스톤(40)의 배면부위로 누설되는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.
상기 포핏밸브(30)는 상기 피스톤(40)의 수압부(43)를 기밀한 상태로 관통하여 설치되는 스템부(31), 및 상기 스템부(31)의 하측부위(도면기준)에서 상기 오리피스 구조물(20)의 오리피스(20a)와 밀착 가능하게 설치되는 실링재(32)를 구비한다.
이 경우, 상기 실링재(32)는 유연성 소재로서 상기 포핏밸브(30)의 스템부(31)에 대해 인서트 사출 성형되도록 구성된다. 또한, 상기 실링재(32)와의 접촉부위에 해당하는 상기 오리피스(20a)의 입구는 음각의 콘 형상으로 구성되어 실링 효과를 증진시키도록 구성된다.
상기 완충부는 수소가스와의 미접촉 위치에 배치되는 것으로, 상기 포핏밸브(30)의 스템부(31)에 설치되어 상기 피스톤(40)의 내벽부(42)의 내부에 위치하는 배면공간에 수용되는 실린더형 포핏가이드(33), 상기 포핏가이드(33)와 상기 피스톤(40)의 수압부(43) 내주면 사이에서 양단부가 탄력적으로 지지되게 설치되어 상기 포핏밸브(30)에 대한 예압축력을 조절하는 포핏스프링(34), 및 상기 포핏밸브(30)의 스템부(31)에 설치되어 상기 포핏가이드(33)를 구속하는 포핏멈춤링(35)을 포함하여 구성된다.
즉, 상기 포핏가이드(33)는 상기 포핏밸브(30)의 스템부(31)에 설치되는 포핏멈춤링(35)에 의해 이탈이 구속되도록 구성된다. 또한, 상기 포핏스프링(34)은 상기 피스톤(40)의 상승변위 방향과 반대방향으로 반력을 제공할 수 있도록 구성된다.
이에 따라 상기 완충부에 있어, 포핏스프링(34)은 과압력으로 인한 오리피스(20a)의 닫힘상태에서 지속적인 압력의 상승이 수반될 경우 압축될 수 있으므로 상기 포핏밸브(30)의 손상을 적극적으로 예방할 수 있게 된다.
또한, 상기 완충부는 피스톤(40)의 배면공간의 내부에서 상기 포핏밸브(30)의 스템부(31)의 자유단부와 접촉 가능하게 설치되는 포핏플레이트(36)를 더 포함하여 구성되고, 상기 포핏플레이트(36)는 상기 피스톤(40)의 내벽부(42) 내주면에 고정되는 피스톤멈춤링(45)에 의해 이탈이 구속되도록 구성된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치는 상기 피스톤(40)에 대한 상기 피스톤스프링(44)의 예압축력을 조절하여 수소가스의 출력압력을 가변적으로 조절하는 출력압조절부를 더 포함하여 구성된다. 이 경우, 상기 출력압조절부는 압력실(14)에 대해 나사체결되어 상기 피스톤스프링(44)에 대한 예압축력을 조절하는 조절스크류(50)로 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치는 상기 압력실(14)의 내부에서 과도하게 압력이 상승할 경우, 즉 상기 압력실(14)에서 과압 발생시 고압의 수소가스를 외부로 강제 배출하여 밸브를 보호하기 위한 릴리프 밸브에 해당하는 압력배출부를 더 포함하여 구성된다.
이 경우, 상기 압력배출부는 상기 출력부의 출력통로(12)와 교통하는 드레인통로(13)에 대한 개폐를 조절하는 드레인밸브(60), 상기 드레인밸브(60)를 탄력적으로 지지하는 드레인스프링(61), 및 상기 드레인통로(13)에 나사체결되어 상기 드레인스프링(61)의 일단부를 구속하면서 드레인스프링(61)에 대한 예압축력을 조절하는 드레인바디(62)를 구비하도록 구성된다.
또한, 상기 드레인바디(62)는 상기 드레인밸브(60)의 로드부를 관통하여 수용하는 퍼지스크류(63)를 구비하고, 상기 퍼지스크류(63)는 상기 드레인바디(62)에 나사체결되며, 상기 퍼지스크류(63)에는 퍼지커넥터(64)가 나사체결된다. 또한, 상기 드레인바디(62)와 퍼지스크류(63) 및 퍼지커넥터(64)는 각각 상기 드레인통로(13)와 교통 가능한 관통구멍을 구비하도록 구성된다.
도 4와 도 5를 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치에서는 고압의 수소가스가 입력통로(11)를 통해 압력실(14)의 내부로 유입되면, 유입된 수소가스는 압력조절부를 구성하는 오리피스 구조물(20)의 오리피스(20a)를 지나 피스톤(40)의 수압부(43)를 가압하게 된다.
이 과정에서 상기 오리피스 구조물(20)의 오리피스(20a)를 통과하는 수소가스의 압력에 의한 상기 피스톤(40)의 수압부(43)에 작용하는 힘과 상기 피스톤(40)의 배면에서 작용하는 피스톤스프링(44)에 의한 힘 사이의 평형관계로부터 수소가스의 압력이 설정된 적정의 수준으로 낮게 조절되고, 이후 출력통로(12)를 통해 외부로 공급될 수 있게 된다.
또한, 이와 같이 수소가스의 압력이 조절되는 과정 중에서 고압의 수소가스에 의해 피스톤(40)이 급격하게 상승하게 되면, 포핏스프링(34)은 배면공간의 내부에서 압축되면서 포핏밸브(30)에 대한 급격한 상승 운동을 완화시킬 수 있게 되므로, 포핏밸브(30)의 실링재(32)와 오리피스 구조물(20)의 오리피스(20a) 사이에서 발생되는 충격을 완충시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 완충부를 구성하는 포핏가이드(33)와 포핏스프링(34) 및 포핏멈춤링(35) 등의 부품들이 상기 피스톤(40)의 내벽부(42)의 내부에 위치한 배면공간에 수용된 상태에서 수소가스와 직접적으로 접촉되지 않는 미접촉 위치에 배치될 수 있으므로, 수소가스의 취성으로부터 보호받을 수 있게 되고, 이를 통해 완충부를 구성하는 부품들이 수소가스의 취성에 의해 파손될 수 있는 위험성이 배제될 수 있게 된다.
한편, 압력조절부의 동작에 의해 수소가스의 압력이 조절되는 과정 중, 상기 압력실(14)의 내부에서 과압력이 발생하게 되면, 상기 피스톤(40)은 수압부(43)에 작용하는 수소가스의 압력에 의해 압력실(14)의 내부에서 상승하게 되고, 이에 따라 상기 포핏밸브(30)의 스템부(31)에 구비된 실링재(32)는 오리피스 구조물(20)의 오리피스(20a)에 접촉하게 되면서 고압의 수소가스가 압력실(14)의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있게 된다.
도 6과 도 7을 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 압력 조절장치는 압력조절부의 동작이 불가능하게 될 경우, 압력실(14)의 내부에 잔류된 고압의 수소가스는 드레인밸브(60)를 밀어 드레인통로(13)를 개방시키게 된다. 이에 따라, 압력실(14)의 내부에 잔류하는 고압의 수소가스는 드레인통로(13)를 통해 외부로 강제적으로 배출될 수 있게 되므로, 밸브를 보호할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10-하우징 11-입력통로
12-출력통로 13-드레인통로
14-압력실 15-입력커넥터
16-출력커넥터 17-필터
20-오리피스 구조물 20a-오리피스
30-포핏밸브 31-스템부
32-실링재 33-포핏가이드
34-포핏스프링 35-포핏멈춤링
36-포핏플레이트 40-피스톤
41-외벽부 42-내벽부
43-수압부 44-피스톤스프링
45-피스톤멈춤링 50-조절스크류
60-드레인밸브

Claims (8)

  1. 고압의 수소가스를 제공받기 위해 입력통로와 교통하는 입력부;
    상기 입력부를 통해 공급되는 수소가스의 압력을 조절하는 압력실을 갖춘 압력조절부; 및
    상기 압력조절부를 통해 압력이 조절된 저압의 수소가스를 외부로 공급하는 출력통로를 갖춘 출력부를 포함하고,
    상기 압력조절부는 상기 입력통로와 상기 압력실 사이에 설치되는 오리피스 구조물, 상기 오리피스 구조물에 설치되어 오리피스의 개폐를 조절하는 포핏밸브, 상기 압력실의 내부에 설치되고 고압의 수소가스로부터 압력을 전달받는 수압부를 갖춘 피스톤, 및 상기 압력실의 내부에서 상기 피스톤의 배면공간에 배치되는 완충부를 구비하고,
    상기 완충부는 상기 피스톤의 배면공간 내부에서 상기 수압부를 기밀하게 관통하는 상기 포핏밸브의 스템부에 대해 탄성력을 제공하도록 설치되는 포핏스프링을 포함하고,
    상기 피스톤은 상기 압력실의 내주면과 기밀한 상태로 접촉하는 외벽부, 및 상기 외벽부의 내부에서 상기 완충부의 설치를 위해 상기 피스톤의 배면공간을 구획하는 내벽부를 포함하고, 상기 수압부는 상기 외벽부와 상기 내벽부 사이를 연결하여 상기 피스톤의 배면공간을 기밀한 상태로 마감하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포핏밸브는 상기 스템부에 설치되어 상기 오리피스 구조물의 오리피스와 밀착되는 실링재를 구비하고, 상기 실링재는 상기 포핏밸브의 스템부에 대해 인서트 사출 성형되며, 상기 오리피스의 입구는 음각의 콘 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 완충부는
    상기 포핏밸브의 스템부에 설치되어 상기 피스톤의 배면공간에 수용되는 포핏가이드; 및
    상기 포핏밸브의 스템부에 설치되어 상기 포핏가이드를 구속하는 포핏멈춤링을 더 포함하고,
    상기 포핏스프링은 상기 포핏가이드와 상기 수압부의 내주면 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 완충부는
    상기 피스톤의 배면공간 내부에서 상기 포핏밸브의 스템부의 자유단부와 접촉 가능하게 설치되는 포핏플레이트를 더 포함하고, 상기 포핏플레이트는 상기 내벽부의 내주면에 고정되는 피스톤멈춤링에 의해 이탈이 구속되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤에 대해 예압축력을 제공하는 피스톤스프링, 및 상기 피스톤에 대한 상기 피스톤스프링의 예압축력을 조절하여 수소가스의 출력압력을 가변적으로 조절하는 출력압조절부를 더 포함하고, 상기 출력압조절부는 압력실에 대해 나사체결되어 상기 피스톤스프링에 대한 예압축력을 조절하는 조절스크류로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력실에서 급격한 압력 상승시 고압의 수소가스를 외부로 강제 배출하여 밸브를 보호하기 위한 압력배출부를 더 포함하고, 상기 압력배출부는 상기 출력통로와 교통하는 드레인통로에 대한 개폐를 조절하는 드레인밸브, 상기 드레인밸브를 탄력적으로 지지하는 드레인스프링, 및 상기 드레인통로에 나사체결되어 상기 드레인스프링에 대한 예압축력을 조절하는 드레인바디를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 압력 조절장치.

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