KR20110023224A - 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축수의 유도를 용이하게 할 수 있으며 기계식 작동구조로 응축수를 외부로 드레인할 수 있도록 한 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치에 관한 것이다.

그 구성은 내부에 응축수가 충전되는 공간부가 형성되고, 가스의 주입과 배출을 위한 주입구와 배출구를 가지며, 하부에 응축수의 배수를 위한 배수구가 구비된 워터 트랩 하우징과;

하부가 배수구의 내부에 일부 수용되고, 상부가 워터 트랩 하우징의 하부면에 거치되며, 상,하 승강 동작이 가능하게 배치되는 개폐밸브와;

워터 트랩 하우징의 내부에 배치되고, 응축수가 충전되는 수위에 연동되어 승강 동작되는 플로트를 구비하며, 플로트의 상승 동작시 개폐밸브를 개방시켜 응축수를 외부로 배수하기 위한 개방수단;으로 구성된다.

이에 따르면 본 발명은 워터 트랩 하우징의 가스 주입구측에 대응되는 형태의 베플 플레이트를 배치하고 응축수의 수위 변화에 따라 승강되는 플로트 및 개폐밸브를 구비함으로써, 응축수 제거 효율을 향상시키고 단순 구조로 인해 고장 요인을 최소화하여 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과를 갖는다.

Description

연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치{Water trap device of fuel cell system}

본 발명은 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치에 관한 것으로, 특히 단순 구조로 구성되어 응축수의 유도가 용이하고 응축수의 외부 배출이 기계식 작동 구조로 구성되어 오작동을 예방하도록 그 구조가 개선된 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.

연료전지시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급시스템, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템을 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성으로 연료전지시스템에서는 연료인 수소와 공기 중 산소의 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.

연료전지 차량에 적용되고 있는 연료전지 스택은 가장 안쪽에 전극막(MEA: Membrane-Electrode Assembly)이 위치하며, 이 전극막은 수소 양이온(Proton)을 이동시켜줄 수 있는 고체 고분자 전해질막과, 이 전해질막 양면에 수소와 산소가 반응할 수 있도록 도포된 촉매층, 즉 캐소드 및 애노드로 구성되어 있다.

한편, 가정용 연료전지 시스템에서는 고온의 가스를 냉각시키거나, 가스 내에 원하는 습도를 유지하기 위해 열교환을 하는 과정에서 가스 내에 응축수가 발생하게 된다.

이러한 응축수는 워터 트랩에 저장한 뒤 워터 트랩 내에 일정량 이상의 물이 채워지면 외부로 배출하고 있다.

통상의 워터 트랩장치는 내부에 일정 수위 이상의 응축수가 저장되면, 이를 상부 수위센서에서 감지하여 워터 트랩 바닥쪽의 배출밸브가 열리게 되어, 응축수의 방출이 이루어진다.

반면에, 워터 트랩 내의 응축수가 일정량 방출된 후, 응축수의 최저수위를 하부 수위센서에서 감지하여 워터 트랩 바닥쪽의 배출밸브가 닫히게 되어, 워터 트랩 내에 물이 잔류하게 된다.

그러나, 상기와 같은 연료전지 차량의 워터 트랩 장치에서는 수위센서를 통해 워터 트랩 내에 일정량 이상의 응축수가 저장됨을 감지하여 배출밸브를 열어주게 되는데, 만약 수위센서의 고장이 발생하게 되면 응축수 배출이 원활하게 이루어지지 않게 된다.

이와 같이 응축수의 배출이 원활하지 않을 경우에 반응기체가 원활히 전달되 지 못하는 현상이 발생하여 연료전지 성능에 심각한 문제를 야기할 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 단순 구조의 기계식 밸브 구조와 베플을 이용하여 응축수를 가스로부터 원활하게 유도할 수 있도록 함과 아울러, 센서 오동작 등의 고장 요인을 배제할 수 있도록 그 구조가 개선된 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 응축수가 충전되는 공간부가 형성되고 가스의 주입구와 배출구를 가지며 하부에 상기 응축수의 배출을 위한 배수구를 갖는 워터 트랩 하우징과,

상기 배수구에 상,하 승강 가능하게 배치되고 하부가 상기 배수구에 일부 수용되는 개폐밸브와,

상기 워터 트랩 하우징의 내부에 배치되어 상기 개폐밸브의 승강동작과 같이 연동되도록 연결되고 상기 응축수가 충전될 경우 상기 개폐밸브를 개방시키는 개방수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 개방수단은 상기 워터 트랩 하우징의 내부에 배치되고 상기 응축수의 수위가 올라감에 따라 상승 동작되는 플로트와,

상기 플로트의 움직임을 상기 개폐밸브측에 전달하도록 상기 플로트와 상기 개폐밸브를 연결하는 연결레버를 구비한다.

상기 개방수단은 일단부가 상기 개폐밸브의 하부에 연결되고 타단부가 상기 배구수의 내주면에 연결되어 상기 개폐밸브의 승강동작시 복귀력을 부여하는 복귀스프링을 더 구비한다.

상기 워터 트랩 하우징은 상기 주입구의 하측에 배치되는 베플 플레이트를 더 구비한다.

본 발명은 연료전지용 가스에 함유된 수분을 응축수로 용이하게 유도하여 제거할 수 있음과 아울러 단순한 기계식 작동구조로 구성되어 오작동을 예방할 수 있도록 그 구조가 개선된 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 워터 트랩 하우징의 가스 주입구측에 대응되는 형태의 베플 플레이트를 배치하고 응축수의 수위 변화에 따라 승강되는 플로트 및 개폐밸브를 구비함으로써, 응축수 제거 효율을 향상시키고 단순 구조로 인해 고장 요인을 최소화하여 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 그 구성은 내부에 응축수가 충전되는 공간부가 형성되고, 가스의 주입과 배출을 위한 주입구(12)와 배출구(14)를 가지며, 하부에 응축수의 배수를 위한 배수구(255)가 구비된 워터 트랩 하우징(10)과;

하부가 배수구(255)의 내부에 일부 수용되고, 상부가 워터 트랩 하우징(10)의 하부면에 거치되며, 상,하 승강 동작이 가능하게 배치되는 개폐밸브(250)와;

워터 트랩 하우징(10)의 내부에 배치되고, 응축수가 충전되는 수위에 연동되어 승강 동작되는 플로트(210)를 구비하며, 플로트(210)의 상승 동작시 개폐밸브(250)를 개방시켜 응축수를 외부로 배수하기 위한 개방수단;으로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 워터 트랩 하우징(10)의 주입구(12) 하측에 가스에 함유된 수분을 응축수로 유도하기 위한 베플 플레이트(100)(Baffle Plate)가 배치된다.

베플 플레이트(100)는 주입구(12)의 하측에 대응되는 원형 형태로 구성되고 단부가 워터 트랩 하우징(10)의 내주면에 일체로 고정된다.

개방수단은 워터 트랩 하우징(10)의 내부에 배치되고 응축수의 수위가 올라감에 따라 상승 동작되는 플로트(210)와, 플로트(210)의 움직임을 개폐밸브(250)측에 전달하도록 플로트(210)와 개폐밸브(250)를 연결하는 연결레버(220)와, 일단부가 개폐밸브(250)의 하부에 연결되고 타단부가 배구수의 내주면에 연결되어 개폐밸브(250)의 승강동작시 복귀력을 부여하는 복귀스프링(254)을 구비한다.

여기서 플로트(210)는 내부에 빈 공간부가 형성되어 부력에 의해 승강되는 공지의 구조를 갖는다.

복귀스프링(254)은 생략이 가능하며, 복귀 스프링이 생략된 경우에도 연결 레버와 개폐밸브의 동작이 가능하다.

복귀스프링(254)은 배수구(255)의 내부에 수용되고 개폐밸브(250)와 배수 구(255)에 각각 단부가 연결되어 개폐밸브(250)의 상승 동작시 신장되어 복귀력을 부여하는 기능을 갖는다.

연결레버(220)는 플로트(210)의 하부와 개폐밸브(250) 사이에 배치되어 플로트(210)의 승강 동작력을 개폐밸브(250) 측에 전달하는 기능을 갖는다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치는, 워터 트랩 하우징(10)의 상부에 베플 플레이트(100)가 배치되어 있으므로, 수분이 함유된 가스로부터 응축수를 유도할 수 있으며, 베플 플레이트(100)에 의해 유도된 응축수는 워터 트랩 하우징(10)의 하부로 흘러 내려와 고이게 된다.

이후에, 워터 트랩 하우징(10)의 하부에 고인 응축수는 가스의 유입량이 증가함에 따라 수위가 올라가고, 응축수의 수위가 올라감에 따라 플로트(210)에 부력을 제공하여 플로트(210)를 상승 동작시킨다.

플로트(210)가 상승됨에 따라 플로트(210)의 하부에 연결된 연결레버(220)는 플로트(210)의 상승력을 개폐밸브(250)측에 전달하여 개폐밸브(250)를 연동되게 상승시킨다.

개폐밸브(250)는 상승동작시 하부가 복귀 스프링(254)을 매개로 배수구(255)에 연결되어 있으므로, 복귀 스프링(254)을 신장시키면서 상승 동작된다.

즉, 플로트(210)가 상승되면, 배수구(255)를 막고 있던 개폐밸브(250)가 연동되어 상승되면서 배수구(255)를 개방시킨다.

배수구(255)가 개방되면, 워터 트랩 하우징(10)의 하부에 고여 있던 응축수 가 배수구(255)를 통해 외부로 드레인된다.

응축수의 드레인 작업이 종료된 후에는, 플로트(210)가 하측으로 하강 동작되고, 이에 따라 신장되어 있던 복귀스프링(254)이 원래대로 복귀된다.

이때, 복귀스프링(254)은 배수구(255)를 폐쇄시키도록 개폐밸브(250)를 원 위치로 복귀시키는 복귀력을 제공한다.

이후에, 응축수가 워터 트랩 하우징(10)의 내부에 고이게 됨에 따라 상기한 과정들이 반복적으로 이루어진다.

따라서, 본 발명은 센서를 요구하지 않고도 기계식 작동구조로 연료전지용 가스에 함유된 수분을 응축수로 용이하게 유도하면서 하우징(10) 내부에 고인 응축수를 배출할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치의 구성을 간략하게 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 절개 사시도.

도 3은 본 발명의 사용상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 워터 트랩 하우징 12 : 주입구

14 : 배출구 100 : 베플 플레이트

210 : 플로트 220 : 연결레버

250 : 개폐밸브 254 : 복귀 스프링

255 : 배수구

Claims (4)

1. 내부에 응축수가 충전되는 공간부가 형성되고 가스의 주입구와 배출구를 가지며 하부에 상기 응축수의 배출을 위한 배수구를 갖는 워터 트랩 하우징과,

   상기 배수구에 상,하 승강 가능하게 배치되고 하부가 상기 배수구에 일부 수용되는 개폐밸브와,

   상기 워터 트랩 하우징의 내부에 배치되어 상기 개폐밸브의 승강동작과 같이 연동되도록 연결되고 상기 응축수가 충전될 경우 상기 개폐밸브를 개방시키는 개방수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 개방수단은 상기 워터 트랩 하우징의 내부에 배치되고 상기 응축수의 수위가 올라감에 따라 상승 동작되는 플로트와,

   상기 플로트의 움직임을 상기 개폐밸브측에 전달하도록 상기 플로트와 상기 개폐밸브를 연결하는 연결레버를 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 개방수단은 일단부가 상기 개폐밸브의 하부에 연결되고 타단부가 상기 배구수의 내주면에 연결되어 상기 개폐밸브의 승강동작시 복귀력을 부여하는 복귀 스프링을 더 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서,

   상기 워터 트랩 하우징은 상기 주입구의 하측에 배치되는 베플 플레이트를 더 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 기계식 워터 트랩장치.

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