KR102518618B1 - 정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템 - Google Patents

정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템에 관한 것으로, 공급관에 구비되어 알루미늄원료를 정량 공급하는 정량 공급 밸브장치와, 정량 공급 밸브장치에 의해 알루미늄원료가 정량 공급되어 화학반응에 의해 수소 연료가 생상되는 반응조를 포함하는 수소 연료 생산시스템으로서, 정량 공급 밸브장치는, 공급관에 연통되게 구비되어 알루미늄원료를 공급하는 한편 수소 가스의 누출을 차단하는 보조 공급밸브; 보조 공급밸브와 반응조 사이의 공급관에 구비되어 알루미늄원료를 반응조로 정량 공급하는 정량 공급밸브;를 포함하는 수소 연료 생산시스템을 제공한다.

Description

정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템{Hydrogen fuel production system having quantitative feeding valve apparatus}
본 발명은 수소 연료 생산시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소 연료 생산시스템에 구비되어 원료를 정량 공급할 뿐 아니라 수소 연료의 공급시 발생될 수 있는 수소 가스의 누출을 방지하고 수소가스에 의한 압력의 증가로 연료에 가해지는 압력을 해소한 정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 환경문제는 인류가 해결해야 할 가장 큰 과제 중 하나로, 특히 지구 온난화에 대한 문제는 그 해결이 매우 시급한 과제이며, 지구 온난화의 주원인으로는 이미 알려진 바와 같이 화석원료의 사용에 따른 이산화탄소의 배출이다.
이에 대한 해결 방안으로 수소 가스를 이용하여 전기에너지를 생산하는 연료 전지에 관한 연구 및 수소 가스를 직접 내연기관의 연료로 사용하는 연구 등이 활발히 이루어지고 있다.
특히, 연료 전지의 경우에는 연료의 연소반응 없이 에너지를 발생시키기 때문에, 화석연료의 연소과정에서 발생되는 유독성 공해물질의 배출이 전혀 없으며, 이산화탄소의 배출량도 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
이러한 장점에도 불구하고 수소 가스 에너지의 이용에는 경제적인 수소 가스 생산 및 안정적인 수소 보관매체의 개발과 같은 파생 연구가 요구됨에 따라 아직까지 상용화 단계에 접어들지 못하고 있다. 예를 들어, 일반적으로 고압의 기체 또는 액화 상태로 저장되는 수소는 발화에너지가 매우 작기 때문에, 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화될 수 있는 등의 안정성에 대한 단점을 가지고 있다.
이러한 단점을 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-2206004호(이하 '선행기술문헌'이라 한다)에는 '수소 연료 생산시스템'이 개시되어 있다.
선행기술문헌에 개시된 종래의 수소 연료 생산시스템은, 원료공급부의 호퍼에 담긴 알루미늄원료를 계단식공급장치를 통해 단계적으로 승강시켜 원료정렬/이송부로 공급하고, 원료정렬/이송부에 의해 이송되는 알루미늄 원료가 한 방향으로 정렬하여 자유낙하 형태로 수직이송부로 공급되며, 수직이송부로 공급된 알루미늄원료가 연료이송부재에 안착되면, 승하강실린더에 의해 연료이송부재가 상승하여 원료투입부의 제1투입실린더 또는 제2투입실린더가 작동되어 푸쉬부재를 이동시켜 알루미늄원료를 수소가스발생부로 투입시켜 알루미늄원료와 반응혼합물에 의한 화학반응에 의해 생산된 수소를 생산하고, 생산된 수소를 여과부에 의해 이물질이 제거된 깨끗한 수소를 생산하는 기술이다.
이와 같은 종래의 수소 연료 생산시스템에서는 원료정렬/이송부에서 정렬된 알루미늄원료가 자유낙하로 수직이송부로 공급되고, 수직이송부로 공급된 알루미늄원료가 연료이송부재에 안착되면, 승하강실린더가 연료이송부재를 상승시킨 상태에서 원료투입부의 제1투입실린더 또는 제2투입실린더에 의한 푸쉬부재가 이동되면서 알루미늄원료를 수소가스발생부로 투입시키게 된다.
하지만, 종래의 수소 연료 생산시스템에서는 본 수소 연료 생산시스템에 적합한 특정 형상으로 제조된 알루미늄원료만을 일정량으로 공급할 수 있게 된다.
즉, 종래의 수소 연료 생산시스템에서의 알루미늄원료는 원기둥 형태로 정형화된 고체 원료로서, 본 수소 연료 생산시스템에서는 원기둥 형태의 고체형 원료만을 정량으로 공급할 수 있을 뿐, 다양한 형태로 제조된 원료는 정량 공급할 수 없다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-2206004호
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수소 연료 생산시스템에 구비되어 원료의 형태와 무관하게 원료를 정량 공급할 뿐 아니라 반응탱크에서 수소 연료의 생산시 발생되는 수소 가스의 배출을 차단하고 수소가스에 의한 압력의 증가로 연료에 가해지는 압력을 해소할 수 있도록 한 정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템은, 공급관에 구비되어 알루미늄원료를 정량 공급하는 정량 공급 밸브장치와, 정량 공급 밸브장치에 의해 알루미늄원료가 정량 공급되어 화학반응에 의해 수소 연료가 생상되는 반응조를 포함하는 수소 연료 생산시스템으로서, 정량 공급 밸브장치는, 공급관에 연통되게 구비되어 알루미늄원료를 공급하는 한편 수소 가스의 누출을 차단하는 보조 공급밸브; 보조 공급밸브와 반응조 사이의 공급관에 구비되어 알루미늄원료를 반응조로 정량 공급하는 정량 공급밸브;를 포함하는 수소 연료 생산시스템을 특징으로 한다.
그리고, 보조 공급밸브는 공급관에 입구부와 출구부로 연통되게 구비되는 밸브본체와, 밸브본체의 내주면에서 외주 측으로 확장되게 형성되는 확관부를 포함하고, 확관부를 기준으로 밸브본체의 출구측 유로가 입구측 유로보다 작은 내경을 갖도록 구비될 수 있다.
게다가, 확관부는 그 일단부에 밸브본체의 출구측 유로와 연결되는 경사부가 형성되고, 타단부에는 밸브본체의 입구측 유로와 단턱진 단턱부가 형성될 수 있다.
그리고, 정량 공급밸브는, 공급관에 입구부와 출구부로 연통되게 연결되는 밸브 하우징; 밸브 하우징 내에 실링된 상태로 회전되게 구비되는 한편 알루미늄원료가 삽입되어 수용되는 공급홈을 갖는 회전구;를 포함하여, 회전구의 공급홈에 알루미늄원료가 삽입된 상태에서 회전구가 회전되어 밸브 하우징의 출구부로 알루미늄원료를 배출시켜 정량 공급하도록 구비될 수 있다.
또한, 회전구에는 공급홈이 일방향으로만 개구되게 구비되거나 또는 반대되는 양 방향으로 각각 개구되게 구비될 수 있다.
이와 더불어, 회전구에는 밸브 하우징을 관통하여 외측으로 돌출되는 회전축이 구비되고, 회전축에는 기어수단으로 연결되는 모터가 구비되어, 모터에 의해 회전구가 밸브 하우징 내에서 제자리 회전되게 구비될 수 있다.
본 발명의 정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템에 따르면, 원료의 형태에 무관하게 공급하고자 하는 원료를 정확히 정량 공급할 수 있고, 원료가 공급된 반응탱크에서 수소 연료의 생산시 발생되는 수소 가스의 배출을 차단하여 안전사고를 사전에 방지하고 생성된 수소가스의 압력에 의해 연료에 가해지는 압력을 해소 시켜 공급을 원활히 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치가 구성된 수소 연료 생산시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치 중 보조 공급밸브를 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치 중 정량 공급밸브의 일실시예를 도시한 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치 중 정량 공급밸브의 다른 실시예를 도시한 단면 구성도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치의 작동도로서, 도 5는 보조 공급밸브에서 알루미늄원료를 공급하는 상태의 작동도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정량 공급밸브의 작동도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정량 공급밸브의 작동도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 수소 연료 생산시스템 및 이에 구성되는 정량 공급 밸브장치를 도시한 도면들이다.
본 발명에 따른 수소 연료 생산시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄원료(1)가 투입되어 공급되는 공급관(10)과, 공급관(10)에 연결되어 공급된 알루미늄원료(1)와 물이 혼합되어 화학 반응에 의해 수소가 생산되는 반응조(20)와, 반응조(20)에서 생산된 수소 연료가 배출되는 배출관(30)과, 공급관(10)과 배출관(30)을 연결하도록 구비되는 바이패스관(40)을 포함한다.
게다가, 상기와 같은 수소 연료 시스템에는 공급관(10)에 구비되어 알루미늄원료(1)를 정량 공급하는 정량 공급 밸브장치가 더 포함되어, 알루미늄원료(1)를 반응조(20)에 정량 공급하는 한편 반응조(20)에서 생산된 수소 연료의 수소 가스가 공급관(10)으로 누출되는 것을 효율적으로 차단할 수 있도록 구비된다.
그리고, 공급관(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 후술될 정량 공급 밸브장치에서 반응조(20) 측으로 하향 경사진 구조로 구비된 것을 일례로 예시하고 있고, 이런 공급관(10)의 경사에 의해 투입되는 알루미늄원료(1)는 반응조(20)로 원활히 공급될 수 있다. 이러한 공급관(10)의 경사도는 효율적인 알루미늄원료(1)의 공급을 위해 알루미늄원료(1)의 형태에 따라 다양한 각도로 변경될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄원료(1)가 공급되는 공급관(10)에 설치되어 알루미늄원료(1)를 공급하는 한편 수소 가스의 누출을 차단하는 보조 공급밸브(200)와, 보조 공급밸브(200)와 반응조(20) 사이의 공급관(10)에 설치되어 알루미늄원료(1)를 반응조(20)로 정량 공급하는 정량 공급밸브(100)(100a)를 포함한다.
먼저, 보조 공급밸브(200)는 알루미늄원료(1)를 하나씩 차례로 공급함에 따라 반응조(20)로 공급되는 알루미늄원료(1)를 정량 공급할 수 있고, 반응조(20)에서 수소 연료의 생산시 발생되는 수소 가스의 누출을 원천 차단할 수 있도록 구비된다.
즉, 반응조(20)는 수소 연료를 생산하는 고압 탱크이므로 반응조(20) 내에서 수소 연료의 생산시 휘발되는 수소 가스가 공급관(10)으로 유입되고, 이는 후술될 정량 공급밸브(100)(100a)에서 반응조(20) 측을 향한 회전구(120)의 빈 공급홈(121)(121a)(121b)으로 유입되었다가 회전구(120)의 회전에 의해 정량 공급밸브(100)(100a) 전방의 공급관(10)을 통해 대기 중으로 방출될 수 있다.
따라서, 상기와 같은 경우에는 반드시 정량 공급밸브(100)(100a) 전방의 공급관(10)에는 보조 공급밸브(200)를 구비하여 수소 가스의 대기 방출을 차단해야 한다.
이를 위해, 보조 공급밸브(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 정량 공급밸브(100)(100a) 전방의 공급관(10)에 입구부(220)와 출구부(240)로서 연통되게 연결되어 구비되는 밸브본체(210)와, 밸브본체(210)의 내주면에서 외주 측으로 확장되게 형성되는 확관부(230)를 포함한다.
이러한 밸브본체(210)는 중공의 직관을 일례로 예시하였으나, 이에 국한되거나 한정되지 않고 다양하게 변경되어 적용될 수 있다.
그리고, 확관부(230)는 밸브본체(210)의 내주면에서 외주 측으로 내경이 더 확장되게 형성된 관부이고, 이러한 확관부(230)를 기준으로 입구부 측의 유로는 입구측 유로(221)로 구비되며, 출구부 측의 유로는 출구측 유로(241)로 구비된다.
게다가, 상기와 같은 확관부(230)의 일단부에는 밸브본체(210)의 출구측 유로(241)와 연결되도록 경사진 경사부(231)가 형성되어 확관부(230)에서 알루미늄원료(1)의 이동을 원활히 유도할 수 있고, 확관부(230)의 타단부에는 밸브본체(210)의 입구측 유로(221)와 단턱진 단턱부(232)가 형성되어 알루미늄원료(1)의 후단부가 걸림되어 알루미늄원료(1)의 역이동을 방지할 수 있게 된다.
또한, 이러한 확관부(230)를 기준으로 밸브본체(210)의 출구측 유로(241)는 입구측 유로(221)보다 작은 내경을 갖도록 구비된다. 이때, 입구측 유로(221)는 입구부(220)의 내경과 동일할 뿐 아니라 알루미늄원료(1)의 외경과도 동일한 직경으로 구비되고, 출구측 유로(241) 단부의 출구부(240)는 출구측 유로(241)보다 넓게 확장된 내경을 갖도록 구비된다.
이로써, 보조 공급밸브(200)를 통한 알루미늄원료(1)의 공급시는 밸브본체(210)의 입구측 유로(221)에 투입된 알루미늄원료(1)가 후술될 실린더(250)의 로드(251)에 의한 가압력에 의해 입구측 유로(221)에서 이동되어 공급되고, 공급되는 알루미늄원료(1)가 확관부(230)를 지나 밸브본체(210)의 출구측 유로(241)에 도달되면, 출구측 유로(241)의 좁은 내경으로 인해 알루미늄원료(1)는 그 외주연부가 경사부(231)에 끼임된 상태로 정지된다.
이 상태에서 실린더(250)의 로드(251)가 더 인출되어 알루미늄원료(1)를 밸브본체(210)의 출구측 유로(241)로 밀어내면, 알루미늄 재질의 특성상 알루미늄원료(1)의 외주연부는 경사부(231)에 끼임된 상태로 경사부(231)에 의해 밀림되면서 확관부(230) 내부로 확장되어 확관부(230)를 채우게 되고, 실린더 로드(251)의 가압에 의해 전진 이동된 알루미늄원료(1)는 출구측 유로(241)의 내경에 대응한 외경으로 변형된 상태로 출구측 유로(241)로 진입되어 삽입된다.
이와 같은 알루미늄원료(1)의 변형은 밀도가 낮고 연성이 높은 알루미늄 재질의 특성상 가공이 용이한 점에 기인한다.
이후, 실린더(250)의 로드(251)가 알루미늄원료(1)를 더 밀어내 공급하면, 알루미늄원료(1)는 출구측 유로(241)를 따라 이동되다가 출구측 유로(241)보다 확장된 내경을 갖는 출구부(240)를 통해 원활히 배출되어 공급관(10)으로 공급된다.
따라서, 상기와 같이 알루미늄원료(1)가 보조 공급밸브(200)를 통해 공급될 시는 알루미늄원료(1)의 외주연부가 확관부(230)의 경사부(231)에 끼임된 상태에서 밀림됨에 따라 알루미늄원료(1)의 외경이 작아진 상태로 전진 이동되고, 이 과정에서 알루미늄원료(1)의 외주연부는 알루미늄원료(1)가 출구측 유로(241)로 완전히 삽입될 때까지 계속해서 밀림되어 그 부피가 점차 커지면서 밸브본체(210)의 확관부(230)를 채우게 됨으로써 반응조(20)에서 수소 연료의 생산시 휘발되는 수소 가스의 대기 방출을 원천 차단할 수 있고, 또 알루미늄원료(1)의 후단부가 확관부(230)의 단턱부(232)에 걸림된 상태로 구비됨으로써 반응조(20) 내의 고압력이 알루미늄원료(1)에 작용되더라도 알루미늄원료(1)의 역이동(후진 이동)을 차단할 수 있게 된다.
즉, 보조 공급밸브(200)와 정량 공급밸브(100)(100a) 사이의 공급관(10)에는 고압의 수소 가스가 유입되어 존재할 수 있고, 이 경우 고압의 수소 가스가 보조 공급밸브(200)의 밸브본체(210)의 출구부(240)와 출구측 유로(241)를 통해 알루미늄원료(1)에 작용되어 알루미늄원료(1)를 공급 반대 방향으로 밀어낼 수 있는데, 이때 알루미늄원료(1)의 후단부가 밸브본체(210)의 확관부(230)에 형성된 단턱부(232)에 걸림돼 있으므로 수소 가스 압력에 의한 알루미늄원료(1)의 역이동은 사전에 완벽히 방지할 수 있게 된다.
그리고, 상기와 같은 공급관(10)의 전방에는 원통형의 알루미늄원료(1)를 공급관(10)으로 투입하기 위한 실린더(250)가 구비되고, 공급관(10)과 마주하는 실린더(250)의 일단부에는 로드(251)가 출입 가능하게 구비된다.
따라서, 실린더(250)에서 인출되는 로드(251)가 알루미늄원료(1)를 공급관(10) 내로 밀어넣어 투입 및 이동시키게 된다.
한편, 정량 공급밸브(100)(100a)는 공급관(10)에 경사지게 설치되거나 또는 경사진 공급관(10)에 설치되어, 정량 공급밸브(100)(100a)를 지난 알루미늄원료(1)가 정량 공급밸브(100)(100a)에서 자유 낙하되어 반응조(20) 내로 공급되도록 구비된다.
이러한 정량 공급밸브(100)(100a)는 후술될 회전구(120)에 형성되는 공급홈의 구조에 따라 각기 다른 실시예로 구성된다.
제 1 실시예에 따른 정량 공급밸브(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 공급관(10)에 연통되게 연결되는 밸브 하우징(110)과, 밸브 하우징(110) 내에 회전되게 구비되는 한편 정량의 알루미늄원료(1)가 삽입되어 수용되는 공급홈(121)을 갖는 회전구(120)를 포함한다.
밸브 하우징(110)은 내부가 빈 중공의 구체로 형성되고, 밸브 하우징(110)의 양측부에는 각각 중공관 형태의 입구부(111)와 출구부(112)가 각각 돌출 형성된다.
이러한 입구부(111)와 출구부(112)는 밸브 하우징(110)에 동일 선상으로 구비됨이 바람직하지만, 이에 국한되거나 한정되지 않고 다양한 형태와 구조로 변경될 수 있다.
한편, 상기와 같은 밸브 하우징(110)은 입구부(111)와 출구부(112)를 통해 공급관(10)에 연통된 상태로 연결되어 구비된다.
그리고, 회전구(120)는 밸브 하우징(110) 내에 삽입되어 회전 가능하게 구비되는 구체로 형성되고, 그 일측에는 회전구(120)의 원주면에서 내측 중심을 향하는 하나의 공급홈(121)이 형성된다.
이러한 공급홈(121)은 그 일단부가 회전구(120)의 원주면 측으로 개구되게 형성되고, 반대편의 타단부는 폐쇄되게 형성되며, 공급홈(121)의 개구부는 회전구(120)의 회전에 의해 밸브 하우징(110)의 입구부(111) 또는 출구부(112)와 선택적으로 연통되게 구비된다.
따라서, 밸브 하우징(110)의 입구부(111)로 유입된 알루미늄원료(1)는 회전구(120)의 공급홈(121)에 삽입된 후, 회전구(120)의 180도 회전에 의해 밸브 하우징(110)의 출구부(112)를 통해 배출됨으로써, 공급홈(121)에 의해 알루미늄원료(1)를 항상 정량 공급할 수 있게 된다.
이때, 밸브 하우징(110)의 입구부(111) 또는 회전구(120)의 공급홈(121)에는 알루미늄원료(1)의 삽입을 감지하여 정량을 측정할 수 있는 정량 감지센서(미도시) 등과 같은 감지수단이 구비될 수 있다.
한편, 상기와 같은 정량 공급밸브(100)에 의해 원통형으로 정형화된 알루미늄원료(1) 뿐 아니라 비정형화된 알루미늄원료도 모두 정량 공급할 수 있게 된다.
그리고, 상기와 같이 회전구(120)에는 알루미늄원료(1)가 공급홈(121)에 삽입되면 회전구(120)를 평면상으로 180도 자동 회전시키는 회전수단이 구비된다. 이러한 회전수단은 도 3에 도시된 바와 같이, 회전구(120)의 상단부에서 밸브 하우징(110)을 관통하여 외측으로 돌출되게 구비되는 회전축(140)과, 회전축(140)에 기어수단으로 연결되어 구비되는 모터(150)를 포함한다.
이러한 모터(150)는 회전구(120)의 회전각도를 정밀 제어할 수 있는 스텝모터나 서보모터로 구성될 수 있다.
그리고, 기어수단은 회전축(140)의 상단부에 고정된 기어(141)와, 모터(150)에 의해 회전 구동되는 기어(151)가 베벨기어 타입 또는 웜기어 타입으로 연결되어 구비될 수 있다. 이러한 모터(150)는 정.역 회전이 가능할 뿐 아니라 회전구(120)의 회전을 정밀 제어할 수 있는 스텝모터 또는 서보모터로 구비될 수 있다.
따라서, 모터(150)의 구동에 의해 회전구(120)는 밸브 하우징(110)을 관통한 회전축(140)을 기준으로 밸브 하우징(110) 내에서 회전축(140)과 직교되는 수평 방향으로 제자리 회전되고, 이러한 회전구(120)의 회전에 의해 회전구(120)의 공급홈(121)은 밸브 하우징(110)의 입구부(111) 또는 출구부(112)와 선택적으로 연통되게 구비된다.
한편, 상기와 같이 밸브 하우징(110) 내에서 제자리 회전되는 회전구(120)와 밸브 하우징(110) 사이에는 기밀 유지 패킹(130)이 구비되어, 회전구(120)와 밸브 하우징(110) 사이로 반응조(20)에서 생산된 수소 가스가 누출되는 것을 사전에 완벽히 차단할 수 있게 된다.
그리고, 제 2 실시예에 따른 정량 공급밸브(100a)는 도 4에서와 같이, 회전구(120)에 형성된 공급홈(121a)(121b)의 구성만이 제 1 실시예의 정량 공급밸브(100)와 차이가 있을 뿐, 나머지는 모두 제 1 실시예의 정량 공급밸브(100)와 동일하게 구성된다.
이에, 제 2 실시예에 따른 정량 공급밸브(100a)를 설명함에 있어, 전술한 제 1 실시예의 정량 공급밸브(100)와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여함과 더불어 중복되는 설명은 생략하고, 차이가 있는 상이한 부분에 대해서만 자세히 설명하기로 한다.
제 2 실시예에 따른 정량 공급밸브(100a)는 도 4에 도시된 바와 같이, 회전구(120)의 양측에 회전구(120)의 원주면에서 내측 중심을 향하는 공급홈(121a)(121b)이 각각 형성되고, 양 공급홈(121a)(121b)은 내측벽에 의해 이격되어 독립된 개체로 각각 구비된다.
그리고, 양 공급홈(121a)(121b)은 동일 선상으로 구비되어, 일측의 제 1 공급홈(121a)이 밸브 하우징(110)의 입구부(111)에 일치되면, 타측의 제 2 공급홈(121b)은 밸브 하우징(110)의 출구부(112)에 일치되게 구비된다.
이로써, 밸브 하우징(110)의 입구부(111)로 유입된 다양한 형태의 알루미늄원료(1)가 회전구(120)의 제 1 공급홈(121a)에 삽입된 상태에서 회전구(120)가 180도 회전되면, 회전구(120)의 제 1 공급홈(121a)은 밸브 하우징(110)의 출구부(112)와 일치되게 위치되고, 회전구(120)의 제 2 공급홈(121b)은 밸브 하우징(110)의 입구부(111)와 일치되게 구비된다.
따라서, 회전구(120)의 제 1 공급홈(121a)에 삽입돼 있던 알루미늄원료(1)는 밸브 하우징(110)의 출구부(112)를 통해 배출되고, 이와 동시에 회전구(120)의 제 2 공급홈(121b)에는 알루미늄원료(1)가 다시 삽입됨으로써 알루미늄원료(1)의 정량 공급은 물론 전술한 제 1 실시예의 정량 공급밸브(100)보다 2배 빠른 속도로 알루미늄원료(1)를 연속하여 공급할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 정량 공급 밸브장치를 갖는 수소 연료 생산시스템의 작동관계를 설명한다.
실린더(250)에서 인출되는 로드(251)에 의해 공급관(10)의 선단부로 알루미늄원료(1)가 삽입되어 투입되고, 투입된 알루미늄원료(1)는 도 5에서와 같이 보조 공급밸브(200)의 밸브본체(210)의 입구부(211)로 유입된다.
이때, 알루미늄원료(1)는 밸브본체(210)의 입구부(220) 및 입구측 유로(221)에 대응한 외경으로 유입되고, 실런더(250)의 로드(251)에 의해 가압되어 입구측 유로(221)를 따라 이동된다.
이와 같이 이동되는 알루미늄원료(1)가 확관부(230)를 지나 출구측 유로(241)에 도달되면, 출구측 유로(241)의 좁은 내경으로 인해 알루미늄원료(1)는 그 외주연부가 확관부(230)의 경사부(231)에 끼임된 상태로 정지되고, 이 상태에서 실린더(250)의 로드(251)가 더 인출됨에 따라 알루미늄원료(1)가 밸브본체(210)의 출구측 유로(241)로 억지 유입된다.
이 과정에서 알루미늄원료(1)는 그 재질의 특성상 경사부(231)에 접한 외주연부는 경사부(231)에 의해 제자리에서 밀림되고, 밀림된 알루미늄원료(1)는 확관부(230)의 내부 공간을 채우게 된다.
그리고, 실린더 로드(251)의 가압에 의해 전진 이동된 알루미늄원료(1)는 출구측 유로(241)로 진입되고, 이때 알루미늄원료(1)는 그 외경이 출구측 유로(241)의 내경에 대응한 직경으로 변형된 상태로 출구측 유로(241)로 삽입된다.
이와 같이 출구측 유로(241)로 삽입된 알루미늄원료(1)는 실린더(250)의 로드(251)에 의해 출구측 유로(241)를 따라 이동되다가 출구측 유로(241)보다 확장된 내경을 갖는 출구부(240)를 통해 공급관(10)으로 배출되어 공급된다.
특히, 상기와 같이 알루미늄원료(1)가 보조 공급밸브(200)를 통해 공급될 시 알루미늄원료(1)의 외주연부가 확관부(230)의 경사부(231)에 끼임된 상태로 밀리면서 확관부(230)의 내부 공간을 채우게 됨으로써 보조 공급밸브의 기밀성을 견고히 유지할 수 있고, 알루미늄원료(1)의 후단부가 확관부(230)의 단턱부(232)에 걸림되므로 반응조(20) 내의 고압력이 알루미늄원료(1)에 작용되더라도 알루미늄원료(1)의 역이동(후진 이동)을 차단할 수 있게 된다.
한편, 보조 공급밸브(200)를 통한 알루미늄원료(1)는 정량 공급밸브(100)(100a)의 밸브 하우징(110)의 입구부(111)로 유입되고, 입구부(111)를 통한 알루미늄원료(1)는 밸브 하우징(110)의 입구부(111)를 향하고 있는 회전구(120)의 공급홈(121) 또는 제 1 공급홈(121a)으로 삽입되어 수용된다.
이후, 모터(150)가 구동되어 정량 공급밸브(100)(100a)의 밸브 하우징(110) 내에서 회전구(120)를 180도 제자리 회전시키고, 이에 따라 공급홈(121) 또는 제 1 공급홈(121a)의 위치가 반전되어 밸브 하우징(110)의 출구부(112)를 향하도록 위치된다.
따라서, 알류미늄원료(1)는 밸브 하우징(110)의 출구부(112) 측으로 배출되어 공급관(10)을 통해 반응조(20) 내부로 공급홈(121)(121a)(121b)의 내부 체적만큼씩 정량 공급된다.
이때, 제 2 실시예와 같이 회전구(120)의 양측에 제 1,2 공급홈(121a)(121b)이 각각 형성돼 있는 경우는 제 1 실시예에 따른 정량 공급밸브(100)보다 알루미늄원료(1)를 2배 빠른 속도로서 정량 공급할 수 있게 된다.
그리고, 알루미늄원료(1)를 반응조(20)로 공급한 후 회전구(120)의 빈 공급홈(121)(121a)(121b)에는 반응조(20)에서 휘발된 수소 가스가 채워질 수 있고, 이 수소 가스는 회전구(120)의 180도 회전에 의해 정량 공급밸브(100)(100a)와 보조 공급밸브(200) 사이의 공급관(10)으로 배출되지만, 배출된 수소 가스는 전술한 바와 같은 보조 공급밸브(200)의 작동에 의해 보조 공급밸브(200) 측으로의 누출은 완전히 차단된다. 이로써, 수소 가스는 공급관(10) 내에 잔류돼 있다가 보조 공급밸브(200)에서 알루미늄원료(1)를 공급하는 공급압 및 반응조(20)에서 휘발된 수소 가스가 배출관(30)을 통해 배출되는 배출압 등에 의해 바이패스관(40)을 통해 배출관(30)으로 배출된다.
따라서, 본 발명의 정량 공급장치에서는 알루미늄원료(1)를 정량으로 공급할 수 있을 뿐 아니라 정량 공급장치를 통한 가스의 누출을 완벽히 차단할 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
10 : 공급관 20 : 반응조
30 : 배출관 40 : 바이패스관
100,100a : 정량 공급밸브 110 : 밸브 하우징
111 : 입구부 112 : 출구부
120 : 회전구 121,121a,121b : 공급홈
130 : 기밀 유지 패킹 140 : 회전축
141 : 기어 150 : 모터
151 : 기어 200 : 보조 공급밸브
210 : 밸브본체 220 : 입구부
221 : 입구측 유로 230 : 확관부
231 : 경사부 232 : 단턱부
240 : 출구부 241 : 출구측 유로
250 : 실린더 251 : 로드

Claims (6)

  1. 공급관에 구비되어 알루미늄원료를 정량 공급하는 정량 공급 밸브장치와, 정량 공급 밸브장치에 의해 알루미늄원료가 정량 공급되어 화학반응에 의해 수소 연료가 생상되는 반응조를 포함하는 수소 연료 생산시스템으로서,
    정량 공급 밸브장치는, 공급관에 연통되게 구비되어 알루미늄원료를 공급하는 한편 수소 가스의 누출을 차단하고 연료에 가해지는 압력을 해소하는 보조 공급밸브;
    보조 공급밸브와 반응조 사이의 공급관에 구비되어 알루미늄원료를 반응조로 정량 공급하는 정량 공급밸브;를 포함하되,
    보조 공급밸브는 공급관에 입구부와 출구부로 연통되게 구비되는 밸브본체와, 밸브본체의 내주면에서 외주 측으로 확장되게 형성되는 확관부를 포함하고,
    확관부를 기준으로 밸브본체의 출구측 유로가 입구측 유로보다 작은 내경을 갖도록 구비되는 수소 연료 생산시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    확관부는 그 일단부에 밸브본체의 출구측 유로와 연결되는 경사부가 형성되고, 타단부에는 밸브본체의 입구측 유로와 단턱진 단턱부가 형성되는 수소 연료 생산시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    정량 공급밸브는, 공급관에 입구부와 출구부로 연통되게 연결되는 밸브 하우징;
    밸브 하우징 내에 실링된 상태로 회전되게 구비되는 한편 알루미늄원료가 삽입되어 수용되는 공급홈을 갖는 회전구;를 포함하여,
    회전구의 공급홈에 알루미늄원료가 삽입된 상태에서 회전구가 회전되어 밸브 하우징의 출구부로 알루미늄원료를 배출시켜 정량 공급하는 수소 연료 생산시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    회전구에는 공급홈이 일방향으로만 개구되게 구비되거나 또는 반대되는 양 방향으로 각각 개구되게 구비되는 수소 연료 생산시스템.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    회전구에는 밸브 하우징을 관통하여 외측으로 돌출되는 회전축이 구비되고, 회전축에는 기어수단으로 연결되는 모터가 구비되어,
    모터에 의해 회전구가 밸브 하우징 내에서 제자리 회전되게 구비되는 수소 연료 생산시스템.
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