KR20160087087A - 수소 충전용 리셉터클 - Google Patents

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KR20160087087A
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mesh filter
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김상현
심지현
황기호
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 수소 충전용 리셉터클에 관한 것으로, 수소차의 일 측에 형성되며, 수소가스 충전소 측의 충전노즐의 커넥터역할을 수행하는 리셉터클본체와; 상기 리셉터클본체의 내부에 구비되어 리셉터클본체를 통과하는 수소가스에 이물질을 필터링하는 필터부와; 상기 필터부의 후단에 구비되어 일 방향으로 흐름을 단속하는 체크부로 구성되며, 상기 필터부는 상기 리셉터클본체의 제1몸체에 형성된 필터소켓에 삽입되어 리셉터클본체를 통과하는 수소가스를 필터링하기 위해 망체 형상으로 이루어진 메시필터와; 상기 메시필터의 후 측에 구비되어 상기 리셉터클본체의 제2몸체와 제1몸체의 결합을 통해 상기 메시필터를 밀착 지지함과 아울러, 상기 메시필터를 통과한 수소가스가 체크부 측으로 유동되게 복수의 가스통공이 관통 형성된 필터지지체로 구성된 것을 수소 충전용 리셉터클을 제공함으로써, 수소차의 수소탱크에 수소가스 충전 시 이물질의 유입을 차단함과 아울러, 차압 발생을 억제시켜 효율적으로 충전할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

수소 충전용 리셉터클{Receptacle for charging hydrogen}
본 발명은 수소 충전용 리셉터클에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수소차의 수소탱크에 수소가스 충전 시 필터링하여 이물질의 유입을 차단함과 아울러, 차압 발생을 억제시켜 효율적으로 충전할 수 있는 수소 충전용 리셉터클에 관한 것이다.
통상적으로, 수소차는 연료전지 안에서 연료가스인 수소가스와 산화가스인 산소가 화학반응이 일어나는 것에서 전기를 얻어 차를 움직이게 하는 것으로 연료전지가 엔진을 대신하는 수소연료전지차(Fuel Cell Electric Vehicle)와, 일반 가솔린 차량과 동일하게 엔진에서 수소가스를 직접 연소를 시켜 그 힘으로 자동차를 움직이게 하는 수소연료차(Hydrogen Fuel Car)가 있다.
이러한, 수소차는 수소가스를 연료로 사용하기 위해 차량에 수소탱크를 장착하여 수소가스를 충전하여야 하며, 350 기압 또는 700 기압의 수소가스 압력을 견디는 수소탱크를 하나 이상 장착하고 있다.
여기서, 상기 수소탱크에 대한 수소가스 충진 시스템은 수소가스 충전소의 버퍼탱크 및 수소차의 수소탱크에 각각 포함된 압력센서를 통해 압력을 측정하여, 그 측정압력이 목표압력에 도달하면 충진을 마치는 방식으로 수소가스 충전 시 버퍼탱크와 수소탱크를 서로 연결하는 일종의 커넥터로서 수소 충전용 리셉터클(Receptacle)이 사용된다.
한편, 수소차의 수소가스 충전은 국제 프로토콜(SAE2601)에서 규정한 바에 의하면, '수소가스 충전은 4 ~ 7kg의 수소가스를 3분 이내에 충전하여야 한다'고 규정되어 있지만, 실제로 4kg의 수소가스 저장량을 갖는 차량과 7kg의 수소가스 저장량을 갖는 차량의 충전속도는 매우 다르다.
즉, 7kg의 수소가스 저장량을 갖는 차량의 충전속도가 더 빠르지만, 이 빠른 충전속도에 의해서 충전소와 차량간 압력차이(차압)가 발생하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 종래 수소 충전용 리셉터클은 수소가스 충전소에 구비된 버퍼탱크의 충전노즐과 연결되어 수소차의 수소탱크에 수소가스를 주입할 수 있게 차량의 외각에 구비되는 부품으로 수소가스 충전 시 차량의 수소탱크로 먼지 등 이물질의 유입을 방지하기 위해 내부에 필터를 장착해야 한다.
이와 같이, 필터를 통해 수소탱크로 이물질의 유입을 차단하는 기술로 한국등록특허 제10-1113641호(고압 수소 충전용 리셉터클 필터)가 제안되었으며, 이 종래는 수소가스의 이물질 여과용 필터부(10)와, 수소가스의 일 방향 흐름 제어용 밸브(20)를 포함하는 고압 수소 충전용 리셉터클 필터에서 필터부(10)를 밸브(20)와 결합 지지를 위한 링 타입 다공성지지체(12)와, 이 링 타입 다공성지지체(12)의 전면에 일체로 형성되며, 금속분발을 소정의 온도로 가열 및 소결시킨 금속분말 필터부재(14)로 구성됨으로써, 수소가스 충전 시 이물질을 용이하게 필터링(filtering)하는 기술이다.
한편, 최근에 수소차에는 현재 상용화 성능이 가장 높은 700 기압의 고압 수소저장 시스템이 탑재되는 추세이다.
따라서, 수소차의 수소탱크에 저장되는 고압 수소가스를 700 기압의 압력으로 저장하기 위해서는 충전소에서 700 기압 이상의 압력으로 수소가스를 충전시켜 주어야 한다.
그러나, 종래의 경우 필터의 기능적 성능으로 인해 수소가스 충전 시 이물질의 유입을 용이하게 차단할 수 있지만, 차량 측 저장탱크의 요구 압력보다 낮은 충전소 측 버퍼탱크의 압력으로 인해 차압이 발생하게 되며, 이러한 차압은 충전 속도에 상당한 영향을 미쳐, 충전 시 결정적인 방해 요인이 되며, 특히, 충전소의 용량 부족으로 인해 특정 압력에서 충전 중단 시 연료상태(SOF: State of Fuel)는 요구 수준보다 낮게 충전되는 문제점이 있다.
또한, 충전소 측의 버퍼탱크와 차량 측 수소탱크의 차압 발생을 저감 하기 위해 필터를 제거하는 경우 충전 효율은 높아질 수 있으나, 필터 제거로 인해 이물질 유입에 노출되는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 수소 충전용 리셉터클에 메시필터를 적용함과 아울러, 이 메시필터의 변형을 방지하는 다공성지지체를 포함하여 구성함으로써, 수소차의 수소탱크에 수소가스 충전 시 이물질의 유입을 차단함과 아울러, 차압 발생을 억제시켜 효율적으로 충전할 수 있는 수소 충전용 리셉터클을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수소차의 일 측에 형성된 것으로 수소가스 충전소의 버퍼탱크로부터 수소차의 수소탱크로 수소가스를 충전할 수 있게 수소가스 충전소 측의 충전노즐을 수소차에 연결하는 수소 충전용 리셉터클에 있어서, 수소차의 일 측에 형성되며, 수소가스 충전소 측의 충전노즐의 커넥터역할을 수행하는 리셉터클본체와; 상기 리셉터클본체의 내부에 구비되어 리셉터클본체를 통과하는 수소가스에 이물질을 필터링하는 필터부와; 상기 필터부의 후단에 구비되어 일 방향으로 흐름을 단속하는 체크부로 구성된 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클을 제공한다.
여기서, 상기 필터부는 상기 리셉터클본체의 제1몸체에 형성된 필터소켓에 삽입되어 리셉터클본체를 통과하는 수소가스를 필터링하기 위해 망체 형상으로 이루어진 메시필터와; 상기 메시필터의 후 측에 구비되어 상기 리셉터클본체의 제2몸체와 제1몸체의 결합을 통해 상기 메시필터를 밀착 지지함과 아울러, 상기 메시필터를 통과한 수소가스가 체크부 측으로 유동되게 복수의 가스통공이 관통 형성된 필터지지체로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 수소차의 수소탱크에 수소가스 충전 시 이물질의 유입을 차단함과 아울러, 차압 발생을 억제시켜 효율적으로 충전할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 수소 충전용 리셉터클의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 수소 충전용 리셉터클의 제1실시 예 분해 상태 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 수소 충전용 리셉터클의 제1실시 예 단면 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 수소 충전용 리셉터클의 제2실시 예 단면 구성도.
도 5는 충전소의 저장량에 따른 차압 및 충전량에 대하여 종래와 본 발명의 비교 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 수소 충전용 리셉터클의 분해 상태 구성도를 도시한 도 2와 본 발명에 따른 수소 충전용 리셉터클의 단면 구성도를 도시한 도 3에 의하면, 수소차의 수소탱크에 수소가스 충전 시 일종의 커넥터인 수소 충전용 리셉터클(Receptacle)을 사용한다.
상기 리셉터클본체(100)의 내부에는 이물질을 여과하는 필터부(200)와, 이물질이 걸러진 수소가스의 흐름을 일 방향으로 제어하는 체크부(300)가 순차적으로 설치된다.
즉, 수소차의 일 측에 형성된 것으로 수소가스 충전소의 버퍼탱크로부터 수소차의 수소탱크로 수소가스를 충전할 수 있게 수소가스 충전소 측의 충전노즐을 수소차에 연결하는 수소 충전용 리셉터클이 구비된다.
따라서, 수소차의 일 측에는 수소가스 충전소 측의 충전노즐의 커넥터역할을 수행하는 리셉터클본체(100)가 구비된다.
이때, 상기 리셉터클본체(100)는 길이방향으로 중공으로 관통공을 형성하며, 내부에 필터부(200) 및 체크부(300)를 수용할 수 있게 제1몸체(110) 및 제2몸체(120)로 분할 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 리셉터클본체(100)의 내부에는 리셉터클본체(100)를 통과하는 수소가스에 이물질을 필터링하는 필터부(200)가 구비된다.
그리고, 상기 필터부(200)의 후단에는 상기 필터부(200)를 통과하는 수소가스가 반대방향으로 역류하는 것을 방지하는 체크부(300)가 포함된다.
여기서, 상기 체크부(300)는 상기 필터부(200)의 다음 위치에 밸브공(341)이 관통 형성된 밸브판(340)이 구비되고, 상기 밸브판(340)의 다음 위치에 상기 밸브공(341)을 개폐할 수 있는 개폐볼(331)이 일단부에 형성된 단속로드(330)가 구비된다.
그리고, 상기 단속로드(330)의 다음 위치에 상기 단속로드의 이동 위치를 제한하는 로드지지체(310)가 구비되고, 상기 단속로드(330)와 로드지지체(310)의 사이에 탄성 구비되어 상기 단속로드(330)의 개폐볼(331)이 밸브공(341)을 항상 차단할 수 있도록 밸브판(340) 측으로 밀착시키는 스프링(320)을 포함하여 구성된다.
즉, 상기 체크부(300)는 충전소 측의 버퍼탱크에서 차량 측의 수소탱크로 수소가스가 일 방향으로만 진행할 수 있게 체크밸브 형태로 구성되며, 제2몸체(120)에 형성된 체크소켓(121)에 삽입하되, 수소가스가 용이하게 통과할 수 있도록 구성된다.
따라서, 상기 제2몸체(120)의 내부에는 스프링(320)이 안착되는 로드지지체(310)가 구비되고, 이 로드지지체(310)에 안착된 스프링(320)에 의해 상기 제2몸체(120)의 체크소켓(121)을 커버하는 밸브판(340)의 밸브공(341)을 개폐하는 단속로드(330)가 탄성 구비된다.
이와 같이 구성된 상기 체크부(300)는 기존 체크밸브의 구조에 비해 제작비용의 절감을 위해 볼과 이 볼을 지지하는 지지구를 일체로 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 필터부(200)를 통과한 수소가스의 충전 압력에 의해 상기 스프링(330)에 의해 밸브판(340)의 밸브공(341)을 차단하고 있는 단속로드(330)의 볼 부분을 밀어 밸브공(341)을 개방하면, 상기 로드지지체(310)의 둘레에 형성된 복수의 통기공(311)을 통해 수소탱크 측으로 유동된다.
한편, 버퍼탱크 측의 수소가스의 충전 압력을 해제하거나 공급밸브를 잠글 경우 상기 로드지지체(310)에 구비된 스프링(320)의 탄성복원력에 의해 상기 단속로드(330)가 상기 밸브판(340)으로 밀착되어 밸브공(341)을 차단함에 따라 수소탱크 측의 수소가스가 리셉터클을 통해 배출되지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터부(200)는 상기 리셉터클본체(100)의 제1몸체(110)에 형성된 필터소켓(111)에 삽입되어 리셉터클본체(100)를 통과하는 수소가스를 필터링하기 위해 망체 형상으로 이루어진 메시필터(210)를 구비하고,
상기 메시필터(210)의 후 측에 구비되어 상기 리셉터클본체(100)의 제2몸체(120)와 제1몸체(110)의 결합을 통해 상기 메시필터(210)를 밀착 지지함과 아울러, 상기 메시필터(210)를 통과한 수소가스가 체크부(300) 측으로 유동되게 복수의 가스통공(221)이 관통 형성된 필터지지체(220)를 구비한다.
본 발명에 따른 제1실시 예를 도시하고 있는 도 3에 의하면, 상기 필터부(200)는 상기 체크부(300)의 전방에 구비되어 수소가스 충전 중 이물질의 유입을 차단하는 메시필터(210)를 통해 수소가스를 필터링하여 통과 시킨다.
이때, 메시필터(210)를 통과하는 수소가스의 압력 및 유량에 의해 상기 메시필터(210)의 변형을 방지할 수 있게 필터지지체(220)를 통해 메시필터(210)를 지지한다.
한편, 수소가스의 흐름 방향을 기준으로 상기 필터지지체(220)의 후 측에는 수소가스가 상기 메시필터(210)를 통과함에 따른 압력 저하를 저감 할 수 있게 후 측으로 갈수록 폭이 좁아지는 축소공(231)을 갖는 저항계수판(230)이 더 구비된다.
상기 저항계수판(230)은 수소가스가 유입되는 방향을 따라 폭이 감소되는 형상으로 축소공(231)이 관통 형성되는 것이다.
즉, 상기 메시필터(210)의 후측에 접촉되는 저항계수판(230)의 전단부 측에 축소공(231) 입구를 넓게 형성하고, 이 축소공(231)을 통과하는 수소가스를 압축할 수 있게 출구를 좁게 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 수소 충전용 리셉터클의 제2실시 예에 대한 단면 구성으로, 상기 필터부(200)의 변형 형태를 도시하고 있는 도 4에 의하면, 상기 필터부(200)는 상기 메시필터(210)를 지지함과 아울러, 수소가스가 용이하게 통과할 수 있게 복수의 가스통공(221)이 관통 형성된다.
또한, 수소가스의 흐름 방향에 따라 꼬깔 형상으로 연장 형성될 수 있으며, 더욱이, 수소가스 유입 방향에 대한 필터링 면적을 증가 시킬 수 있는 형태로 반구형, 만곡형 등 다양하게 형성할 수 있다.
더불어, 상기 필터지지체(220)의 가스통공(221)은 상기 메시필터(210)의 구멍 중 3 ~ 6 개의 구멍을 통기할 수 있는 크기의 지름으로 관통 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 이 가스통공(221)은 필터지지체(220)의 형상에 따라 다양한 방향으로 복수 개가 배열되어 관통 형성되며, 상기 메시필터(210)의 안정적인 지지 성능을 확보하기 위해 각 가스통공(221) 간에 미리 설정된 간격을 두고 배열 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 메시필터(210)는 충전되는 수소가스의 필터링 면적을 더욱 확보할 수 있도록 꼬깔 또는 만곡 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 필터지지체(220)는 메시필터(210)를 지지할 수 있도록 상기 메시필터(210)에 대응되는 형태로 꼬깔 또는 만곡 형상으로 형성 될 수 있다.
따라서, 수소가스를 여과하는 상기 메시필터(210)의 여과 면적을 극대화 할 수 있도록 꼬깔 형상 또는 만곡 형상으로 돌출 형성함으로써, 해당 면적이 넓어짐으로 고 용량의 수소가스를 빠르게 필터링 시킬 수 있다.
한편, 상기 필터지지체 역시 상기 메시필터에 대응 접촉될 수 있도록 상기 메시필터의 형상에 대응하여 꼬깔 형상 또는 만곡 형상 중 어느 한 가지 형상으로 돌출 형성될 수 있다.
이때, 상기 메시필터(210)의 단위 메시 크기는 350 ~ 450㎛로 형성되고, 상기 필터지지체(220)의 가스통공(221)은 메시필터(210)의 단위 메시를 3개 이상 통과 가능하게 700 ~ 950㎛ 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 메시필터(210)를 통과한 소수가 가스통공(221)에 의해 방해되지 않고 체크부(300)를 통해 차량 측 수소탱크에 원활하게 충전되는 것이다.
한편, 상기 필터지지체(220)의 후 측에는 필터지지체(220)를 통과한 수소가스의 차압을 저감 할 수 있게 바깥쪽으로 경사된 축소공(231)을 갖는 저항계수판(230)이 더 구비될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 수소 충전용 리셉터클은 수소가스를 누출 차단하기 위해 복수의 밀폐링(130)을 기본적으로 구성하는 것이며, 수소가스 충전이 완료된 후 리셉터클본체(100)로부터 출전노즐을 분리하는 경우 제1몸체(110)를 통해 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 전방 측에는 보호캡(400)이 착탈 가능하게 구비되며, 이 보호캡(400)의 일 측에는 분리 시 보호캡(400)의 분실을 방지하기 위해 제2몸체(120)에 파지되는 탈방지탭(410)이 연장 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공하는 경우, 충전소의 저장량에 따른 차압 및 충전량에 대하여 종래와 본 발명의 비교 그래프를 도시한 도 5에 의하면, 종래의 리셉터클에 발생하는 차압(ΔP2)에 비해 본 발명의 리셉터클에 발생하는 차압(ΔP1)이 상대적으로 낮은 것을 확인 할 수 있다.
즉, 본 발명의 리셉터클에 구비된 메시필터(210) 및 필터지지체(220)를 통해 양호한 필터링 기능을 가지며, 종래에 비해 충전 속도가 증가함에 따라 차압이 감소하게 된다.
따라서, 수소차의 수소탱크에 수소가스 충전 시 필터링을 통해 이물질의 유입을 차단함과 아울러, 차압 없이 효율적으로 충전할 수 있고 이에 따라 충전 시간을 단축할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 리셉터클본체
110: 제1몸체
111: 필터소켓
120: 제2몸체
200: 필터부
210: 메시필터
220: 필터지지체
221: 가스통공
230: 저항계수판
231: 축소공
300: 체크부
310: 로드지지체
320: 스프링
330: 단속로드
340: 밸브판
400: 보호캡
410: 탈방지탭

Claims (7)

  1. 수소차의 수소 충전용 리셉터클에 있어서,
    수소가스를 공급하는 충전노즐과 연결 가능하도록 구성되는 리셉터클본체와;
    상기 리셉터클본체의 내부에 구비되어 통과하는 수소가스의 이물질을 필터링하는 필터부를 포함하며,
    상기 필터부는 상기 리셉터클본체의 내부에 구비되며, 수소가스가 통과할 수 있게 망체로 이루어진 메시필터와;
    상기 메시필터를 지지함과 동시에, 메시필터를 통과한 수소가스가 유동할 수 있도록 복수의 가스통공이 형성된 필터지지체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터지지체의 일측에는 수소가스가 유입되는 방향을 따라 감소되는 폭을 갖는 축소공이 관통 형성된 저항계수판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터지지체의 가스통공은 상기 메시필터의 구멍 중 3 ~ 6 개의 구멍을 통기할 수 있는 크기의 지름으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메시필터는 여과 면적을 극대화 할 수 있도록 꼬깔 형상 또는 만곡 형상 중 어느 한 가지 형상으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 필터지지체는 상기 메시필터에 대응 접촉될 수 있도록 상기 메시필터의 형상에 대응하여 꼬깔 형상 또는 만곡 형상 중 어느 한 가지 형상으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 리셉터클본체의 내부에는 상기 필터부를 통과하는 수소가스가 반대방향으로 역류하는 것을 방지하는 체크부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 체크부는,
    상기 필터부의 다음 위치에 구비되며, 밸브공이 관통 형성된 밸브판과;
    상기 밸브판의 다음 위치에 구비되며, 상기 밸브공을 개폐할 수 있는 개폐볼이 일단부에 형성된 단속로드와;
    상기 단속로드의 다음 위치에 구비되며, 상기 단속로드의 이동 위치를 제한하는 로드지지체와;
    상기 단속로드와 로드지지체의 사이에 탄성 구비되어 상기 단속로드의 개폐볼이 밸브공을 항상 차단할 수 있도록 밸브판 측으로 밀착시키는 스프링을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 충전용 리셉터클.
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