KR102566784B1 - 수소 고압 레귤레이터용 안전밸브 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소탱크의 레귤레이터에 연계되는 안전밸브 장치에 있어서: 감압실(21)과 감압체(25)에 연통되는 입구유로(22), 출구유로(23), 밸브유로(24)를 갖춘 레귤레이터(20); 상기 레귤레이터(20)의 밸브유로(24)에 스프링(34)을 개재하여 결합되고, 스프링(34)의 탄성력을 변동하는 세팅스크류(35)를 구비하는 안전밸브(30); 및 상기 세팅스크류(35)의 임의 회전을 방지하도록 장착되는 엔드캡(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 수소탱크의 수소를 감압하여 공급하는 계통에서 압력밸브의 압력을 정확하게 세팅할 수 있고 정비 과정의 잔압 제거와 세팅 압력 유지가 용이하여 안전성과 편의성을 향상하는 효과가 있다.

Description

수소 고압 레귤레이터용 안전밸브 장치 {Safety valve apparatus for hydrogen high pressure regulator}
본 발명은 고압 레귤레이터의 안전밸브 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수소탱크에 고압으로 저장된 수소를 감압하여 공급하는 계통에 적용하기 위한 수소 고압 레귤레이터용 안전밸브 장치에 관한 것이다.
통상적으로 수소탱크의 고압수소를 연료전지 스택에 공급하는 계통에서 수소탱크의 레귤레이터로 1차 감압의 역할을 담당한다. 레귤레이터는 수소탱크를 연결하는 매니폴드에서 하나의 포트에 연결되어 충전압 또는 탱크압을 항시 입구측으로 전달한다. 수소공급 계통의 안전성을 고려하여 감압 과정의 과도한 압력 증가에 대응하도록 레귤레이터에 안전밸브가 구비된다. 안전밸브는 시스템에서 요구되는 정확한 압력 범위에서 개방되어야 한다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1047412호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1969934호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 멀티 수소탱크를 갖는 수소 공급 장치에 있어서, 하나의 수소탱크에만 인탱크 레귤레이터를 장착하고, 나머지 수소탱크에는 솔레노이드 밸브를 장착하여, 주행시 솔레노이드 밸브 제어를 통해 수소 공급이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.
선행문헌 2는 밸브포트에 결합되는 가이드몸체, 가이드 몸체에 결합되고 과압 발생시 밸브포트를 개방하는 밸브체, 밸브체의 내부에 설치되고 밸브체에 탄성력을 제공하는 하부 스프링 및 가이드 몸체에 결합되고 밸브체의 개방 동작시 연료를 방출하는 방출배관을 포함한다. 이에, 과압을 방출하는 기능과 내부 연료를 방출하는 기능을 통합하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌은 안전밸브 개방 압력의 정밀도가 떨어지므로 시스템에서 요구되는 정확한 압력 범위에서 작동 신뢰성이 미흡하다.
한국 등록특허공보 제1047412호 "연료전지용 수소 공급 장치 및 그 제어 방법" (공개일자 : 2009.11.02.) 한국 등록특허공보 제1969934호 "고압 레귤레이터용 안전밸브" (공개일자 : 2018.04.19.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 수소탱크에 고압으로 저장된 수소를 감압하여 공급하는 계통에서 압력밸브의 압력을 정확하게 세팅하기 위한 수소 고압 레귤레이터용 안전밸브 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 정비 과정에서 잔압을 제거하기 용이하고 정비후 재조립시 신속하게 세팅 압력으로 유지되도록 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수소탱크의 레귤레이터에 연계되는 안전밸브 장치에 있어서: 감압실과 감압체에 연통되는 입구유로, 출구유로, 밸브유로를 갖춘 레귤레이터; 상기 레귤레이터의 밸브유로에 스프링을 개재하여 결합되고, 스프링의 탄성력을 변동하는 세팅스크류를 구비하는 안전밸브; 및 상기 세팅스크류의 임의 회전을 방지하도록 장착되는 엔드캡;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 레귤레이터는 밸브유로에서 외부로 직접 분기되는 벤트홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 안전밸브는 벤트홀의 개폐를 단속하도록 스프링에 지지되는 플란저를 갖춘 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 세팅스크류는 외부로 노출된 단부에서 각형홈을 동심으로 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 엔드캡은 안전밸브 상으로 출입 가능하게 설치되는 결합체 상에 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 수소탱크의 수소를 감압하여 공급하는 계통에서 압력밸브의 압력을 정확하게 세팅할 수 있고 정비 과정의 잔압 제거와 세팅 압력 유지가 용이하여 안전성과 편의성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치가 적용된 시스템을 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치를 일측 단면으로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 장치를 타측 단면으로 나타내는 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면 수소탱크의 레귤레이터에 연계되는 안전밸브 장치에 관하여 제안한다. 수소연료전지 차량 등에 수소탱크(10)를 기반으로 탑재되는 시스템을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 안전밸브 장치는 안전밸브는 물론 이에 연계되는 구성품을 포함한다.
도 1을 참조하면, 다수의 수소탱크(10)가 매니폴드(12)로 연결된 시스템을 나타낸다.
본 발명에 따른 레귤레이터(20)는 감압실(21)과 감압체(25)에 연통되는 입구유로(22), 출구유로(23), 밸브유로(24)를 갖춘 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 수소탱크(10)의 매니폴드(12)에 연결되는 레귤레이터(20)는 압력감압 (예컨대 수소유량 1800LPM를 기준으로 875bar →16bar) 기능을 요체로 한다. 레귤레이터(20)의 감압실(21)은 측방향으로 입구유로(22) 및 출구유로(23)와 연통되고 하방향으로 밸브유로(24)와 연통된다. 감압체(25)는 감압실(21)의 상측 영역의 피스톤(25a)과 하측 영역의 샤프트(25b)로 구성된다. 피스톤(25a)과 샤프트(25b)는 각각의 스프링(25c)(25d)으로 지지된다.
한편, 레귤레이터(20)의 외면 일측에는 내부 유로에 연통되어 고압 또는 중압을 검출하는 압력센서(15)가 설치된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 레귤레이터(20)는 밸브유로(24)에서 외부로 직접 분기되는 벤트홀(27)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 수직으로 형성되는 밸브유로(24)의 상단에 수평으로 교차하는 벤트홀(27)이 나타난다. 밸브유로(24)의 상단은 상방향으로 감압실(21)과 연통되는 동시에 경사진 방향으로 출구유로(23)와 연통된다. 벤트홀(27)은 후술하는 플란저(31)에 의하여 외부로 분기되는 유로를 개폐한다. 레귤레이터(20)를 정비하는 과정에서 벤트홀(27)로 잔압을 제거하기 용이하다. 벤트홀(27)이 없는 경우 밸브유로(24)의 하단으로 별도의 퍼지밸브를 구성해야 한다.
또한, 본 발명에 따르면 스프링(34)의 탄성력을 변동하는 세팅스크류(35)를 구비하는 안전밸브(30)가 상기 레귤레이터(20)의 밸브유로(24)에 스프링(34)을 개재하여 결합되는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2에서, 레귤레이터(20)의 밸브유로(24)에 안전밸브(30), 스프링(34), 세팅스크류(35)가 설치된 상태를 나타낸다. 안전밸브(30)는 스프링(34)에 의하여 설정된 압력 이상에서 유로를 개방하여 레귤레이터(20)의 과압 상태를 해소한다. 안전밸브(30)는 밸브유로(24)에 운동형 오링(33)을 개재하여 긴밀하게 결합된다. 세팅스크류(35)는 안전밸브(30) 상에 동심으로 맞물리도록 수용되어 스프링(34)의 탄성력 변동을 유발할 수 있다. 안전밸브(30)와 세팅스크류(35)가 동심으로 결합되는 구조상 레귤레이터(20)의 과압 수소는 밸브유로(24)의 하단이 아닌 벤트홀(27)을 통하여 외부로 배출된다.
종래에는 안전밸브(30)에 설정 압력을 조절하는 기능이 없어 레귤레이터(20)의 작동 정밀도와 신뢰도가 저하된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 안전밸브(30)는 벤트홀(27)의 개폐를 단속하도록 스프링(34)에 지지되는 플란저(31)를 갖춘 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3에서, 레귤레이터(20)의 밸브유로(24)에 플란저(31)가 장착된 상태를 나타낸다. 플란저(31)는 상단에 대략 원추형으로 돌출되는 헤드(32)를 통하여 감압실(21)로 연통되는 유로의 하단에 밀착된다. 플란저(31)의 밀착력은 세팅스크류(35)와의 사이에 개재되는 스프링(34)의 탄성력으로 유지된다. 세팅스크류(35)가 상승하면 안전밸브(30)의 설정 압력도 높아진다. 반대로 세팅스크류(35)가 하강하면 안전밸브(30)의 설정 압력도 낮아진다. 플란저(31)의 헤드(32)에는 레귤레이터(20)의 정상 작동시 기밀을 유지하도록 또 다른 오링(33)이 장착된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 세팅스크류(35)는 외부로 노출된 단부에서 각형홈(37)을 동심으로 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 세팅스크류(35)의 하단에 각형홈(37)이 형성된 상태를 단면으로 나타낸다. 각형홈(37)은 공구를 이용하여 세팅스크류(35)의 회전을 유발하는 형태이고, 이에 따라 플란저(31)의 밀착력, 즉 안전밸브(30)의 설정 압력을 변동하기 용이하다.
만일 플란저(31)의 밀착력이 소멸될 정도로 세팅스크류(35)를 하강시키면 플란저(31)가 벤트홀(27)을 개방하여 레귤레이터(20)의 내부 유로의 잔압을 모두 제거할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면 종래의 퍼지밸브를 생략하여도 안전밸브(30)의 설정압력 조정과 잔류수소 퍼지 기능을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 엔드캡(40)이 상기 세팅스크류(35)의 임의 회전을 방지하도록 장착되는 구조를 이루고 있다.
도 3에서, 세팅스크류(35)의 하단에 엔드캡(40)이 맞물려 결합된 상태를 나타낸다. 세팅스크류(35)는 안전밸브(30)의 설정압력을 미세하게 조절하도록 피치가 작은 반면 자동적으로 풀리거나 작업자 실수로 변동될 우려가 있다. 엔드캡(40)은 고정홈(42)에 의해 세팅스크류(35)의 하단에 긴밀하게 맞물린다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 엔드캡(40)은 안전밸브(30) 상으로 출입 가능하게 설치되는 결합체(45) 상에 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 엔드캡(40)이 결합체(45)에 연결된 상태를 나타낸다. 결합체(45)는 안전밸브(30) 상에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 엔드캡(40)은 일측에서 결합체(45)의 하단과 힌지로 결합된다. 엔드캡(40)을 하방향으로 밀면 세팅스크류(35)에서 분리되고 수직 상태로 회전되므로 세팅스크류(35)를 조절하기 용이하다. 세팅스크류(35)의 조절이나 정비 후 재조립시에 엔드캡(40)을 수평으로 올려 고정홈(42)을 맞물리면 세팅된 압력으로 유지된다. 엔드캡(40)이 결합체(45)에 연결된 상태이므로 세팅스크류(35)의 임의적 회전을 방지할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 수소탱크 12: 매니폴드
15: 압력센서 20: 레귤레이터
21: 감압실 22: 입구유로
23: 출구유로 24: 밸브유로
25: 갑압체 27: 벤트홀
30: 안전밸브 31: 플란저
32: 헤드 33: 오링
34: 스프링 35: 세팅스크류
37: 각형홈 40: 엔드캡
42: 고정홈 45: 결합체

Claims (5)

  1. 수소연료전지 차량에 탑재되는 수소탱크의 레귤레이터에 연계되는 안전밸브 장치에 있어서:
    감압실(21)과 감압체(25)에 연통되는 입구유로(22), 출구유로(23), 밸브유로(24)를 갖춘 레귤레이터(20);
    상기 레귤레이터(20)의 밸브유로(24)에 스프링(34)을 개재하여 결합되고, 스프링(34)의 탄성력을 변동하는 세팅스크류(35)를 구비하는 안전밸브(30); 및
    상기 세팅스크류(35)의 임의 회전을 방지하도록 장착되는 엔드캡(40);을 포함하되,
    상기 레귤레이터(20)는 밸브유로(24)에서 외부로 직접 분기되는 벤트홀(27)을 구비하고,
    상기 안전밸브(30)는 상단에 돌출되는 헤드(32)를 통하여 감압실(21)로 연통되는 유로에 밀착되어 벤트홀(27)의 개폐를 단속하도록 스프링(34)에 지지되는 플란저(31)를 갖추며,
    상기 세팅스크류(35)는 외부로 노출된 단부에서 각형홈(37)을 동심으로 구비하는 것을 특징으로 하는 수소 고압 레귤레이터용 안전밸브 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔드캡(40)은 안전밸브(30) 상으로 출입 가능하게 설치되는 결합체(45) 상에 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 수소 고압 레귤레이터용 안전밸브 장치.
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