KR20160059651A - 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버퍼 수조에 관한 것으로서, 일방으로 개방되고 냉각수를 저장하는 본체와, 상기 본체의 내주면에 슬라이딩 가능하도록 결합되고 본체의 개방된 부분을 밀폐시키는 덮개와, 상기 덮개를 냉각수가 저장된 방향으로 가압하는 탄성부재 및 상기 본체에 결합되고 상기 탄성부재가 덮개를 가압하도록 지지하는 고정틀을 포함함으로써, 수조의 기울기가 변하더라도 냉각 펌프의 유출구에 공기가 혼입되는 것을 방지할 수 있다.

Description

수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조 {BUFFER TANK HAVING LEVEL SUSTAINING}

본 발명은 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조에 관한 것으로서, 상세하게는 무인기 등의 항공기에 사용되는 연료 전지에 있어서 냉각수의 수위를 유지하기 위한 구조를 가지를 버퍼 수조에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 시스템에 있어서, 연료전지를 냉각하기 위해 펌프(5)가 냉각수(7)를 흡입할 때 기체가 혼입되는 것을 방지하기 위해 버퍼 수조(1)가 장착된다.

도 1a에는 종래의 일반적인 버퍼 수조(1)가 도시되어 있다. 도면을 참조하면 상기 버퍼 수조(1)는 상단부에 회수되는 냉각수(7)가 들어오는 유입구가 있고 하단부에 냉각수(7)가 펌프로 흡입되는 유출구로 구성된다.

이때 버퍼 수조(1) 내부에는 대부분 냉각수(7)가 채워져 있지만 시스템 정지, 휴지 시에는 연료전지 및 열교환기 등에서 회수되는 냉각수(7)를 수용하기 위해 일정용량 이상의 빈 공간이 존재한다.

이에 따라 버퍼 수조(1)가 기울게 되면 냉각수(7)의 수위가 중력의 영향으로 수평을 유지하게 되고 버퍼 수조(1)의 기울기가 일정한 각도 이상이 될 경우, 도 1b에 도시한 바와 같이 펌프(5)로 연결되는 하단의 유출구(6)로 공기가 혼입될 수 있다.

일반적인 운송 또는 정치형 연료전지 시스템에서는 버퍼 수조(1)의 기울기가 크지 않으므로 버퍼 수조(1)의 크기나 수심을 조절함으로써 상기의 문제점을 보완할 수 있다.

하지만, 무인기와 같은 항공기에서는 버퍼 수조(1)의 기울기가 급격히 변할 수 있으며 극단적으로 뒤집어지는 경우도 발생하므로 펌프(5)로 연결되는 유출구(6)로 공기가 혼입될 수 있는 문제가 있다.

따라서 버퍼 수조(1)의 기울기가 변하더라도 펌프(5)로 연결되는 유출구(6)로 공기가 혼입되어 유출되는 것을 방지할 수 있는 버퍼 수조가 필요하다.

본 발명은 종래의 버퍼 수조가 갖는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 버퍼 수조(1) 내에 덮개(20) 및 격막(23) 등의 장치를 구성하여 버퍼 수조(1)의 기울기가 변하더라도 펌프(5)로 연결되는 유출구(6)로 공기가 혼입되어 유출되는 것을 방지할 수 있는 연료전지 시스템에 사용되는 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 버퍼 수조는, 일방으로 개방되고 냉각수를 저장하는 본체와 상기 본체의 내주면에 슬라이딩 가능하도록 결합되고 공기 출입이 가능하도록 관통구멍이 형성되며 상기 본체의 개방된 부분을 밀폐시키는 덮개와, 상기 덮개를 냉각수가 저장된 방향으로 가압하는 탄성부재 및 상기 본체에 결합되고 상기 탄성부재가 상기 덮개를 가압하도록 지지하는 고정틀을 포함하여 이루어진다.

상기 버퍼 수조는, 상기 덮개의 상기 관통구멍이 중앙에 형성되고 일측면에서 중심방향으로 오목하게 경사가 형성될 수 있다.

상기 버퍼 수조는, 상기 덮개의 관통구멍의 일단에 공기만을 투과시키는 선택적 투과용 격막이 설치될 수 있다.

상기 버퍼 수조는, 상기 덮개의 상기 버퍼 수조의 내측면과 접촉하는 면에 O링이 설치될 수 있다.

상기 버퍼 수조는, 상기 탄성부재가 압축 스프링일 수 있다.

상기 버퍼 수조는, 상기 탄성부재인 압축 스프링은 상기 덮개가 냉각수의 수면에 밀착되도록 상기 냉각수를 압축하여 상기 압축 스프링의 힘에 의한 압력이 냉각수의 수압과 같은 것을 특징으로 한다.

상기 버퍼 수조는, 상기 고정틀이 상기 버퍼 수조의 일단에 나사결합되어 고정될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 버퍼 수조의 조립방법은, 냉각수를 상기 버퍼 수조의 내부에 채우고 상기 버퍼 수조의 개방면을 통해 상기 덮개를 삽입하는 단계와 상기 덮개를 삽입한 후 상기 버퍼 수조의 개방면을 통해 압축 스프링을 삽입하는 단계 및 상기 고정틀을 상기 버퍼 수조와 결합하여 고정시키는 단계를 포함하여 이루어 진다.

본 발명에 따른 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조에 의하면, 버퍼 수조의 본체 내부에 덮개 및 관통 구멍과 격막 등의 장치를 구성함으로써 냉각수에 공기가 혼입되는 현상이 발생하는 경우에도 간단하게 공기를 제거하여, 버퍼 수조의 기울기가 변하더라도 펌프로 연결되는 유출구로 공기가 혼입되어 유출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 연료전지 시스템에 사용되는 버퍼 수조를 도시한 도면으로서 도 1a는 수평상태의 단면도, 도 1b는 기울어진 상태의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 사용되는 냉각수 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 사용되는 냉각수 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조의 작용을 나타내는 도면으로서, 도 3a는 본체에 냉각수를 채운 상태에서 덮개와 스프링을 조립한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 상태에서 고정들을 조립한 상태를 나타내는 도면.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 사용되는 냉각수의 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조를 나타내는 단면도이다.

상기 버퍼 수조(1)는 연료전지 시스템에 사용되고, 본체(10)와 덮개(20)와 탄성부재(30) 및 고정틀(40)로 이루어진다.

상기 본체(10)는 유입구(4)와 유출구(6)를 구비하고 일방으로 개방되며 냉각수(7)를 저장한다. 상세하게 설명하면 상기 본체(10)는 일방으로 개방되며 속이 빈 공간을 가지는 형태로 이루어지고 상기 빈 공간에 냉각수(7)가 저장된다.

상기 본체(10)의 일측 상부에는 냉각수(7)를 투입하는 유입구(4)가 있고 상기 유입구(4)에 냉각수(7)의 투입을 조절할 수 있는 밸브(7)가 결합되어 있다. 한편 본체(10)의 반대측 하부에는 펌프(5)로 냉각수(7)가 공급되는 유출구(6)가 있어 펌프(5)의 작동에 의해 냉각수(7)가 유출되도록 이루어진다.

상기 덮개(20)는 상기 본체(10)의 내주면에 슬라이딩 가능하도록 결합되고 상기 본체(10)의 개방된 부분을 밀폐시킨다.

상세하게 설명하면, 상기 덮개(20)의 외주면은 본체(10)의 내주면과 밀착되어 슬라이딩 운동이 가능하도록 결합되고, 이와 같은 슬라이딩 운동은 후술하는 탄성부재(30)에 의해 이루어진다.

이때 상기 덮개(20)의 중앙에는 상기 덮개(20)의 내측과 외측을 관통하는 관통구멍(21)이 형성되는데 이는 덮개(20)가 냉각수(7)의 수면 방향으로 슬라이딩하여 냉각수(7)의 수면을 압축하는 경우에 냉각수(7)에 포함된 공기가 관통구멍(21)을 통해 빠져나갈 수 있게 하기 위함이다.

즉, 상기 탄성부재(30)인 압축 스프링은 상기 덮개(20)가 냉각수(7)의 수면에 밀착되도록 상기 냉각수(7)를 압축하여 상기 압축 스프링의 힘에 의한 압력이 냉각수(7)의 수압과 같은 것을 특징으로 한다.

상기 덮개(20)는 상기 냉각수(7)와 항상 접촉하는 상태를 유지하도록 설치하는데 상기 본체(10) 내부에 주입된 냉각수(7)의 수면위치까지 상기 덮개(20)를 덮어 상기 관통구멍(21)을 통해 공기를 제거하여 상기 펌프(5)로 연결되는 상기 유출구(6)로 혼입될 가능성이 있는 공기의 발생 원인을 차단할 수 있다.

한편 상기 관통구멍(21)의 일단에는 공기만을 투과시키는 선택적 투과용 격막(23)을 설치하는 것이 바람직하다. 상기 선택적 투과용 격막(23)은 상기 관통구멍(21)을 통하여 냉각수(7)가 외부로 유출되는 것을 방지하면서 냉각수(7)에 포함된 공기는 외부로 빠져나가게 하는 역할을 한다.

상세하게 설명하면 상기 선택적 투과용 격막(23)은 상기 관통구멍(21)의 하측 단부 전체를 덮도록 설치되는데 상기 격막(23)은 공기는 투과시키지만 물은 투과시키지 않는 특성을 가지고 있어 단순히 덮개(20)를 냉각수(7) 측으로 가압시키는 것만으로 상기 본체(10) 내부의 공기를 제거할 수 있고 상기 관통구멍(21)을 폐쇄시키는 등의 다른 작업이 불필요하다.

또한 선택적 투과용 격막(23)을 사용하는 경우에는 연료 전지 시스템의 작동 중에 냉각수(7)에 공기가 혼입되는 현상이 발생하는 경우에도 간단하게 공기를 제거하는 것이 가능하다.

또한 상기 관통구멍(21)은 상기 덮개(20)의 중앙에 형성되고, 상기 덮개(20)의 내측면에는 중심방향으로 오목한 모양이 되도록 경사가 형성된다.

상세하게 설명하면 상기 덮개(20)의 내측면은 냉각수(7)와 마주보게 되는 면을 의미하고 상기 내측면은 중앙의 수평면(27)과 상기 수평면(27) 주위로 경사지도록 형성된 상기 경사면(25)으로 이루어지며 상기 수평면(27) 상에 상기 덮개(20)의 외측으로 상기 관통구멍(21)이 형성된다.

실제적으로 관통구멍(21)은 상기 덮개(20)의 어느 위치에 형성되어도 무방하지만 상기와 같이 구성함으로써 경사를 통해 공기가 중앙으로 모이고 덮개(20) 중앙의 관통구멍(21)을 통해 외부로 배출되므로 공기를 신속하게 배출하는 것이 가능하다.

또한 상기 덮개(20)에는 상기 버퍼 수조(1)의 내측면과 접촉하는 면에 O링(29)이 설치되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 O링(29)이 설치되는 경우 냉각수(7)가 상기 본체(10) 내부와 상기 덮개(20)의 접촉면을 통하여 새는 것을 방지할 수 있다.

상기 탄성부재(30)는 상기 덮개(20)를 냉각수(7)가 저장된 방향으로 가압한다. 상세하게 설명하면 상기 탄성부재(30)는 상기 덮개(20)의 외측면과 상기 고정틀(40) 사이에 삽입되어 상기 고정틀(40)에 지지되는 위치를 기준으로 하여 상기 덮개(20)를 냉각수(7)가 저장된 방향으로 가압한다.

도면을 참조하면 상기 탄성부재(30)의 일 예로 압축 스프링이 사용되었다. 압축 스프링을 사용함으로써 간단한 구성으로 덮개(20)를 가압하는 것이 가능하다.

상기 고정틀(40)은 상기 본체(10)에 결합되고 상기 탄성부재(30)가 상기 덮개(20)를 가압하도록 지지한다. 상세하게 설명하면 상기 고정틀(40)은 상기 본체(10)의 개방된 단부 부근에 결합되어 설치되고 상기 고정틀(40) 일측이 상기 탄성부재(30)와 접촉하여 상기 탄성부재(30)가 상기 덮개(20)를 가압하도록 지지한다.

도면을 참조하면 상기 고정틀(40)은 상기 버퍼 수조(1)의 일단에 나사결합되어 고정되도록 이루어져 있다. 상기와 같이 나사결합에 의해 고정됨으로써 상기 버퍼 수조(1)를 간단하게 분해할 수 있어 유지 보수의 효율성을 높일 수 있다.

또한 상기 고정틀(40)의 중앙은 빈 공간을 이루어 강성을 높이면서 고정틀(40)의 중량도 감소시킬 수 있다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 버퍼 수조를 조립하는 방법에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 사용되는 수위 유지 구조를 가진 버퍼 수조의 작용을 나타내는 도면으로서, 도 3a는 상기 본체에 냉각수를 채운 상태에서 상기 덮개와 압축 스프링을 조립한 상태를 나타내는 도면이고 도 3b는 도 3a의 상태에서 상기 고정틀을 조립한 상태를 나타내는 도면이다.

먼저 냉각수(7)를 상기 버퍼 수조(1) 내부에 채우고 상기 버퍼 수조(1)의 개방면을 통해 상기 덮개(20)를 삽입한다. 다음으로 상기 덮개(20)를 삽입한 후 상기 버퍼 수조(1)의 개방면을 통해 상기 압축 스프링을 삽입한다.

이때 상기 덮개(20)와 상기 버퍼 수조(1)의 내부는 밀착되어 있으므로 상기 덮개(20)는 냉각수(7)의 수면까지 서서히 내려가 도 3a의 상태가 된다.

다음으로 상기 고정틀(40)을 상기 버퍼 수조(1)와 결합하여 고정시킨다. 상기 고정틀(40)을 삽입하게 되면 고정틀(40)의 일측과 상기 압축 스프링의 일측이 서로 접촉하게 되고 상기 고정틀(40)을 삽입하는 힘에 의해 상기 압축 스프링과 상기 덮개(20)가 냉각수(7)의 수면까지 이동한다.

이때 냉각수(7)의 수면 위에 있던 공기는 상기 선택적 투과용 격막(23)을 통해 상기 관통구멍(21)을 통과하여 외부로 배출된다.

상기 덮개(20)가 냉각수(7)의 수면과 접촉하게 되면 상기 압축 스프링은 냉각수(7)의 수면으로부터 힘을 받게 되고 상기 고정틀(40)을 삽입하는 힘과 냉각수(7)의 수면으로부터의 힘에 의해 압축되며 상기 고정틀(40)이 상기 본체(10)에 고정됨에 의해 압축 상태를 유지하게 된다.

이때 상기 유입구(4)와 상기 유출구(6)는 모두 냉각수(7)의 수면 아래에 있게 되고 상기 유입구(4)로 냉각수(7)가 유입되거나 상기 유출구(6)로 냉각수가 유출되어 냉각수(7)의 수면이 변경될 때에는 상기 압축 스프링의 작용에 의해 상기 덮개(20)의 위치가 냉각수(7)의 수면과 일치하도록 이동한다.

이때 냉각수(7)가 유입되는 수압은 상기 탄성부재(30)의 탄성력보다 큰 정도인 것이어야 하고 냉각수(7)가 유입된 후에는 상기 밸브(3)를 닫는다.

상기와 같이 압축 스프링의 작용에 의해 상기 덮개(20)가 항상 이동하게 됨으로써 상기 버퍼 수조(1) 내부에 공기가 존재하지 않아 상기 버퍼 수조(1)가 기울어지는 경우에도 상기 펌프(5)로 공기가 혼입되는 경우가 없게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 버퍼 수조 3 : 밸브
4 : 유입구 5 : 펌프
6 : 유출구 7 : 냉각수
10 : 본체 20 : 덮개
21 : 관통구멍 23 : 격막
25 : 경사면 27 : 수평면
29 : O링 30 : 탄성부재
40 : 고정틀

Claims (8)

1. 일방으로 개방되고 냉각수를 저장하는 본체;
   상기 본체의 내주면에 슬라이딩 가능하도록 결합되고 공기 출입이 가능하도록 관통구멍이 형성되며 상기 본체의 개방된 부분을 밀폐시키는 덮개;
   상기 덮개를 상기 냉각수가 저장된 방향으로 가압하는 탄성부재 및
   상기 본체에 결합되고 상기 탄성부재가 상기 덮개를 가압하도록 지지하는 고정틀을
   포함하는 버퍼 수조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 덮개는, 상기 관통구멍이 중앙에 형성되고 일측면에서 중심방향으로 오목하게 경사가 형성되는 것을 특징으로 하는 버퍼 수조.
3. 제1항에 있어서,
   상기 덮개에는, 상기 관통구멍의 일단에 공기만을 투과시키는 선택적 투과용 격막이 설치되는 것을 특징으로 하는 버퍼 수조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 덮개에는, 상기 버퍼 수조의 내측면과 접촉하는 면에 O링이 설치된 것을 특징으로 하는 버퍼 수조.
5. 제1항에 있어서,
   상기 탄성부재는 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 버퍼 수조.
6. 제5항에 있어서,
   상기 탄성부재인 압축 스프링은 상기 덮개가 상기 냉각수의 수면에 밀착되도록 상기 냉각수를 압축하여 상기 압축 스프링의 힘에 의한 압력이 냉각수의 수압과 같은 것을 특징으로 하는 버퍼 수조.
7. 제1항에 있어서,
   상기 고정틀은 상기 버퍼 수조의 일단에 나사결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 버퍼 수조.
8. 제1항 내지 제6항 중의 한 항의 버퍼 수조를 조립하는 방법으로서,
   상기 냉각수를 상기 버퍼 수조의 내부에 채우고 상기 버퍼 수조의 개방면을 통해 상기 덮개를 삽입하는 단계;
   상기 덮개를 삽입한 후 상기 버퍼 수조의 개방면을 통해 상기 압축 스프링을 삽입하는 단계 및
   상기 고정틀을 상기 버퍼 수조와 결합하여 고정시키는 단계
   를 포함하는 버퍼 수조의 조립방법.
   

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