KR20180039487A

KR20180039487A - 고압 레귤레이터

Info

Publication number: KR20180039487A
Application number: KR1020160130842A
Authority: KR
Inventors: 이상률; 전완재; 기성경; 장성길; 정연호
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2018-04-18
Also published as: KR101877293B1

Abstract

고압 레귤레이터에 관한 것으로, 측면에 고압의 연료가 유입되는 유입구와 감압된 연료를 배출하는 배출구가 각각 형성되고 내부에 고압의 연료를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압실이 형성되는 바디, 상기 바디의 상부에 결합되는 상부 커버 및 상기 감압실과 상부 커버 내부에 설치되고 고압의 연료를 오리피스를 통해 이동시켜 감압하는 감압부를 포함하며, 상기 상부 커버의 일측에는 상기 감압부에 마련된 샤프트의 승강 동작시 공기를 흡입 또는 배출하는 통기공이 형성되고, 상기 통기공에는 외부 공기가 유입되는 과정에서 수분이나 유분, 이물질이 유입되는 것을 차단하는 필터가 접착 방식으로 설치되는 구성을 마련하여, 연료탱크로부터 공급되는 고압의 연료를 미리 설정된 출구 압력으로 감압해서 스택으로 공급하고, 외부에서 수분이나 유분, 먼지와 같은 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.

Description

고압 레귤레이터{HIGH PRESSURE REGULATOR}

본 발명은 고압 레귤레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소 연료전지 차량에 적용되어 고압의 수소를 미리 설정된 출구압력으로 감압하는 고압 레귤레이터에 관한 것이다.

일반적으로, 수소 연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)은 스택에서 산소와 수소를 이용하여 전기화학적으로 전기를 발생해서 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변화시켜 동력원으로 사용한다.

이러한 수소 연료전지 차량은 연료와 공기를 외부에서 공급하여 전지의 용량에 관계없이 계속 발전할 수 있어, 효율이 높고 오염물질이 거의 배출되지 않는 이상적인 기술로서, 현재 많은 개발 시도가 진행되고 있다.

수소 연료전지 차량은 연료탱크에서 고압 레귤레이터와 저압 레귤레이터를 경유해서 스택으로 수소연료를 공급하고, 수소 블로워는 저압 레귤레이터에 연결된 펌프 및 각종 밸브를 포함한다.

이와 함께, 수소 연료전지 차량은 급속해빙 물탱크, 전동물펌프, 써모스탯, 스택 냉각용 라디에이터, 에어컨 컨덴서, 전동식 냉매압축기, 물탱크, 가습기, 구동모터, 각종 제어기, 공기블로워 및 공기필터 등을 더 포함한다.

수소 연료전지 차량의 연료공급계통은 일반 가솔린 및 디젤 차량의 엔진에 해당하는 것으로, 차량의 전측 상부에 위치한다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 내지 특허문헌 4 등 다수에 수소 연료전지 차량의 연료 공급계통과 레귤레이터 및 그의 제어 기술을 개시하여 특허출원해서 등록받은 바 있다.

이와 같이, 수소연료전지 차량에 적용되는 고압 레귤레이터는 약 700bar의 고압 수소를 취급함에 따라, 안정적인 출구압력과 충분한 내압성, 내부기밀이 매우 중요하다.

대한민국 특허 대한민국 특허 등록번호 제10-1134645호(2012년 4월 9일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1134647호(2012년 4월 19일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-0946204호(2010년 3월 8일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1072361호(2011년 10월 12일 공고)

그러나 종래기술에 따른 고압 레귤레이터는 노면과 근접한 장착고를 가짐에 따라, 도로의 파편이나 침수 또는 고압 살수에 의한 수분이나 먼지 등의 이물질이 고압 레귤레이터 내부로 유입되는 문제점이 있었다.

그리고 종래기술에 따른 고압 레귤레이터는 기계식 레귤레이터의 특성상 순간적인 압력강하가 발생하고, 감압부에 원형 단면의 코일 스프링을 적용함에 따라 복원력 부족으로 인해 감압 성능이 불안정해지는 문제점이 있었다.

또, 종래기술에 따른 고압 레귤레이터는 입구 및 출구 커넥터와 과압 해소 밸브, 연료 방출 밸브 등의 부품을 각각 바디에 결합해서 조립됨에 따라, 차량 조립시 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술에 따른 고압 레귤레이터는 샤프트의 승각 동작시 미세하게 회전함에 따라 간헐적인 내부 리크를 유발하고, 승강 동작하는 부품의 마모로 인해 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료탱크에서 스택으로 공급되는 수소의 압력을 미리 설정된 설정압력으로 감압하는 고압 레귤레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 차량 하부에 장착되는 고압 레귤레이터에 방수 및 방진 구조를 적용해서 내구성을 향상시켜 수명을 연장할 수 있는 고압 레귤레이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 순간적인 압력 강하를 방지하고, 감압 성능을 향상시킬 수 있는 고압 레귤레이터를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터는 측면에 고압의 연료가 유입되는 유입구와 감압된 연료를 배출하는 배출구가 각각 형성되고 내부에 고압의 연료를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압실이 형성되는 바디, 상기 바디의 상부에 결합되는 상부 커버 및 상기 감압실과 상부 커버 내부에 설치되고 고압의 연료를 오리피스를 통해 이동시켜 감압하는 감압부를 포함하며, 상기 상부 커버의 일측에는 상기 감압부에 마련된 샤프트의 승강 동작시 공기를 흡입 또는 배출하는 통기공이 형성되고, 상기 통기공에는 외부 공기가 유입되는 과정에서 수분이나 유분, 이물질이 유입되는 것을 차단하는 필터가 접착 방식으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터에 의하면, 연료탱크로부터 공급되는 고압의 연료를 미리 설정된 출구 압력으로 감압해서 스택으로 공급할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 상부 커버의 일측에 필터를 설치해서 차량의 하부에 설치되는 고압 레귤레이터의 장착고로 인해, 외부에서 수분이나 유분, 먼지와 같은 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 유선형의 곡면으로 형성된 샤프트의 상단부와 피스톤의 하면, 바디 내부에 경사지게 형성된 제1 유로를 따라 감압된 연료를 출구포트로 전달함으로써, 유체 저항을 최소화하여 동작시 간헐적으로 발생하는 내부 연료 부족 상태를 효과적으로 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 입구포트에 입구측 필터와 완충부재를 설치해서 입구포트와 입구측 필터 사이의 갭을 보상할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 샤프트의 일측에 회전 방지핀을 설치해서 샤프트의 승강 동작시 미세한 회전을 방지할 수 있고, 샤프트가 결합되는 지지 플레이트를 합성수지 재질의 재료로 제조함으로써, 샤프트의 승강 동작시 지지 플레이트와의 마찰로 인한 샤프트의 손상을 방지함으로써, 고압 레귤레이터의 내구성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 과압 해소 밸브와 연료 방출 밸브를 통합한 안전밸브를 적용해서 과압 발생시 안전밸브를 통해 과압 상태의 연료를 외부로 신속하게 배출할 수 있고, 안전밸브를 분리해서 내부의 압력을 외부로 방출시킴으로써, 안전성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 B-B'선에 대한 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 C-C'선에 대한 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A'선에 대한 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 B-B'선에 대한 단면도이다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

그리고 본 실시 예에서는 수소 연료전지 차량에 적용되는 고압 레귤레이터를 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 엘피지 연료나 천연압축가스 연료 등 다양한 종류의 고압 가스 연료를 감압해서 엔진 측으로 공급하는 고압 레귤레이터에도 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터(10)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 측면에 고압의 연료가 유입되는 유입구(21)와 감압된 연료를 배출하는 배출구(22)가 각각 형성되고 내부에 고압의 연료를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압실(23)이 형성되는 바디(20), 바디(20)의 상부에 결합되는 상부 커버(30) 및 감압실(23) 내부에 설치되고 고압의 연료를 오리피스를 통해 이동시켜 감압하는 감압부(40)를 포함한다.

이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터(10)는 바디(20)의 하부에 결합되고 배출구(22)를 통해 배출되는 연료의 압력이 미리 설정된 기준압력을 초과하는 과압 상태의 연료를 배출하는 안전밸브(50)를 더 포함할 수 있다.

바디(20)는 내부에 감압실(23)이 형성되도록, 상면과 하면이 각각 개구된 대략 원통 형상으로 형성될 수 있다.

바디(20)의 측면에는 연료가 유입되는 유입구(21)와 연료를 배출하는 배출구(22)가 형성되고, 유입구(21)와 배출구(22)에는 각각 조립시 작업성을 향상시킬 수 있도록, 모듈화된 입구포트(24)와 출구포트(25)가 결합될 수 있다.

입구포트(24)와 출구포트(25)는 각각 유입구(21)와 배출구(22)에 결합되고, 입구포트(24)의 내측단에는 연료에 포함된 이물질을 제거하는 입구측 필터(241)가 설치될 수 있다.

그리고 유입구(21)와 입구포트(24) 사이에는 입구측 필터(241)와 입구포트(24) 사이의 갭을 보상하도록 원형 링 형상의 완충부재(242)가 설치될 수 있다.

완충부재(242)는 탄성을 갖는 합성수지 재질이나 금속 재질의 재료로 제조되고, 입구포트(24) 결합시 탄성 변형되면서 입구측 필터(241)와 입구 포트(24) 사이의 갭을 보상해서 기밀하는 기능을 한다.

출구포트(25) 내부에는 스택과 연결되는 연결배관(도면 미도시)을 용이하게 결합할 수 있도록, 퀵 커넥터(251)가 설치될 수 있다.

물론, 본 발명은 입구포트(24)에도 퀵 커넥터를 적용하도록 변경될 수 있다.

감압실(23)은 감압부(40)가 설치되는 공간으로서, 아래에서 설명할 감압부(40)의 샤프트(41)가 설치되는 제1 설치공간(231)과 샤프트(41)의 승강 동작에 의해 개폐되도록 오리피스(42)가 형성된 감압 플레이트(43)와 감압 부재(44)가 설치되는 제2 설치공간(232)을 포함할 수 있다.

제1 설치공간(231)의 하단부에는 샤프트(41)의 하단부 외주면 및 제1 설치공간(231)과 제3 유로(29) 사이를 밀봉하는 밀봉부재(49)가 설치될 수 있다.

바디(20)의 하단부에는 안전밸브(50)가 결합되는 밸브포트(26)가 마련될 수 있다.

그리고 바디(20)의 내부에는 감압실(23)에서 감압된 연료를 출구포트(25)로 전달하는 제1 유로(27)와 출구포트(25)를 통해 배출되는 일부 연료를 안전밸브(50)로 전달하는 제2 유로(28)가 형성될 수 있다.

밸브포트(26)는 감압실(23)의 제1 설치공간(231) 및 제2 유로(28)의 하단과 연통되는 제3 유로(29)와 연결되고, 밸브포트(26) 내부에는 안전밸브(50)의 상단부가 삽입될 수 있다.

여기서, 제1 및 제2 유로(27,28)는 각각 오리피스(42)를 통과한 후 샤프트(41)의 외주면을 따라 흐르는 연료의 특성을 고려해서 도 2에 도시된 바와 같이 좌측 하방 및 우측 하방을 향해 각각 미리 설정된 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

그래서 감압실(23)의 감압된 연료는 각각 경사지게 형성된 제1 및 제2 유로(27,28)를 통해 출구포트(25)와 밸브포트(26) 측으로 원활하게 이동할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 바디 내부에 형성되는 유로를 경사지게 형성함으로써, 유체 저항을 최소화하여 동작시 간헐적으로 발생하는 내부 연료 부족 상태를 효과적으로 방지할 수 있다.

그리고 바디(20)의 다른 측면에는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 감압된 연료의 압력을 측정하도록 측정센서(도면 미도시)가 결합되는 센서포트(201)가 마련될 수 있다.

감압실(23)과 센서포트(21) 사이에는 상기 측정센서에 감압된 연료의 압력을 측정할 수 있도록, 감압실(23)과 센서포트(201)를 연결하는 연결유로(202)가 형성될 수 있다.

그래서 상기 측정센서는 감압된 연료의 압력을 측정하고, 차량에 마련되는 제어부(도면 미도시)는 측정센서의 측정신호를 수신해서 감압된 연료의 압력을 확인해서 정상 동작 여부를 판단할 수 있다.

이러한 바디(20)는 가공성을 향상시키고, 수소 취성을 만족시키기 위해, AL6061-T6와 같이 열처리된 알루미늄 등의 금속 재질 재료를 이용해서 단조 성형 방식으로 제조되고, 에마틀(ematal) 법과 같은 알루미늄 양극 산화법으로 표면 처리될 수 있다.

상부 커버(30)는 하면이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 상부 커버(30) 내부에는 아래에서 설명할 감압부(40)의 피스톤(45)과 피스톤(45)에 복원력을 제공하는 상부 스프링(46)이 설치될 수 있다.

이러한 상부 커버(30)의 일측에는 샤프트(41)가 원활하게 승강 동작할 수 있도록 공기를 흡입 또는 배출하는 통기공(31)이 형성되고, 통기공(31)에는 외부 공기가 유입되는 과정에서 수분이나 유분, 먼지와 같은 이물질이 유입되는 것을 차단하는 필터(32)가 설치될 수 있다.

필터(32)는 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)과 같이 내열성, 내약품성이 우수한 합성수지 재질의 재료로 제조되고, 접착 방식으로 통기공(31)에 설치될 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 와이어 압축 메쉬 필터를 적용하도록 변경될 수도 있다.

다만, 상기 와이어 압축 메쉬 필터는 대입자의 이물질 여과가 가능하나, 소입자의 먼지나 수분 등을 완전하게 차단하기에는 한계가 있다.

이와 같이, 본 발명은 상부 커버에 형성되는 통기공에 접착 방식으로 필터를 설치함으로써, 노면에 근접한 차량 하부에 장착되는 고압 레귤레이터의 장착고로 인해 도로의 파편이나 침수, 고압살수에 의한 수분, 유분 및 이물질의 유입을 방지할 수 있고, 필터를 용이하게 설치할 수 있다.

상부 커버(30)의 상단에는 아래에서 설명한 감압부(40)에 적용되는 상부 스프링(46)의 장력을 조절하는 장력 조절 수단(33)이 체결될 수 있다.

감압부(40)는 감압실(23) 내부에 상하 방향을 따라 승강 가능하게 설치되는 샤프트(41), 중앙부에 각각 오리피스(42)가 형성되고 감압실(23)의 제2 설치공간(232)에 설치되는 감압 플레이트(43)와 감압 부재(44), 감압실(23) 내부로 공급되는 감압된 연료의 압력에 따라 승강 동작하는 피스톤(45) 및 피스톤(45)에 복원력을 제공하는 상부 스프링(46)을 포함할 수 있다.

샤프트(41)는 상하 방향을 따라 길게 연장 형성되고, 샤프트(41)의 중앙부는 오리피스(42)를 폐쇄하도록 상단부 및 하단부에 비해 큰 직경으로 형성될 수 있다.

감압 플레이트(43)는 감압실(23)의 단면에 대응되도록 원판 형상으로 형성되고, 감압 부재(44)는 상면이 개구된 대략 원통 형상으로 형성되며, 감압 플레이트(43)의 상부에 배치되고, 감압실(23) 내주면에 압입되어 고정될 수 있다.

감압 플레이트(43)와 감압 부재(44)의 중앙부에는 오리피스(42)가 형성될 수 있다.

샤프트(41)의 상단부는 감압 플레이트(43)와 감압 부재(44)의 오리피스(42)를 관통해서 피스톤(45)의 하면에 접촉되게 설치될 수 있다.

피스톤(45)은 상면이 개구된 대략 원통 형상으로 형성되고, 피스톤(45)의 외주면에는 상부 커버(30)의 내주면과 피스톤(45) 사이를 기밀하는 하나 이상의 오링이 설치될 수 있다.

이러한 피스톤(45)은 오리피스(42)를 통과하면서 감압된 연료의 압력 변화에 따라 승강 동작하고, 샤프트(41)는 피스톤(45)의 승강 동작에 연동해서 승강 동작해서 오리피스(42)를 개방 또는 폐쇄한다.

여기서, 샤프트(41)의 상단부와 그에 접촉하는 피스톤(45)의 하면은 연료의 이동시 저항을 최소화하도록, 대략 나팔 형상을 이루는 유선형의 곡면으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 샤프트의 상단부와 피스톤의 하면을 유선형의 곡면으로 형성해서 유체 저항을 최소화하여 동작시 간헐적으로 발생하는 내부 연료 부족 상태를 효과적으로 방지할 수 있다.

실험 결과에 따르면, 본 실시 예에서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 유로(27,28)를 각각 경사지게 형성하고, 샤프트(41)의 상단부와 피스톤(45)의 하면을 유선형의 곡면으로 형성하는 경우, 제1 및 제2 유로(27,28)를 수직으로 형성하고 샤프트(41)의 상단부와 피스톤(45)의 하면을 평면으로 형성하는 경우에 비해 압력손실은 약 90% 정도 개선됨을 확인할 수 있었다.

감압부(40)는 샤프트(41)의 하부에 설치되고 오리피스(42)를 폐쇄하도록 샤프트(42)에 탄성력을 제공하는 중간 스프링(47)과 중간 스프링(47)의 하단을 지지하는 지지 플레이트(48) 및 감압실(23)과 밸브포트(14) 사이를 밀봉하는 밀봉부재(49)를 더 포함할 수 있다.

밀봉부재(49)는 스프링 에너자이드 씰에 기밀력 강화를 위한 보조부를 포함하여 샤프트(41)의 하부에 저압을 유지하도록 바디(20) 상에 수용되는 구조로 마련될 있다.

상기 스프링 에너자이드 씰은 가변적 압력범위에 상시 기밀유지를 하기 위해, 원호형의 수지재 몸체부의 날개부 상에 SUS 계의 얇은 스프링인 탄성부를 수용한 구조로 구성될 수 있다.

그래서 밀봉부재(49)는 바디(20)와 샤프트(41)에 동시에 가압 상태로 밀착되고, 샤프트(41)의 대부분의 영역에서 작용하는 고압과 하단의 저압 간의 밀봉을 유지한다.

지지 플레이트(48)는 대략 원판 형상으로 형성되고, 지지 플레이트(48)의 중앙부에는 샤프트(41)의 하단부가 삽입되는 삽입공이 형성될 수 있다.

이러한 지지 플레이트(48)는 감압실(23)의 제1 설치공간(231) 하단부에 결합된 밀봉부재(49)의 상단에 배치될 수 있다.

여기서, 지지 플레이트(48)는 샤프트(41)의 승강 동작시 지지 플레이트(48)와의 마찰로 인한 샤프트 외면의 손상을 방지하도록, 폴리에텔에텔 케톤(Polyether ether ketone)과 같이 내열성, 내약품성, 내충격성이 우수한 합성수지 재질의 재료로 제조될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 샤프트의 하단부가 삽입되는 지지 플레이트를 합성수지 재질의 재료로 제조함으로써, 샤프트의 승강 동작시 지지 플레이트와의 마찰로 인한 샤프트의 손상을 방지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 샤프트의 손상으로 인한 고압 밀봉 성능 및 내부 압력 부족 상태를 방지할 수 있다.

한편, 도 4는 도 1에 도시된 C-C'선에 대한 단면도이다.

샤프트(41)의 중앙부 일측에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 샤프트(41)의 회전을 방지하도록, 회전 방지핀(411)이 설치될 수 있다.

회전 방지핀(411)의 일단은 샤프트(41)의 중앙부 일측면에 결합되고, 회전 방지핀(411)의 타단은 감압실(23)의 제2 설치공간(232) 일측에 상하 방향을 따라 요입 형성된 이동홈(233)에 삽입될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 샤프트의 일측면에 회전 방지핀을 설치하고, 감압실의 일측에 이동홈을 형성해서 샤프트의 승강 동작시 미세한 회전을 방지함으로써, 씰링 포인트를 장기간 유지할 수 있다.

물론, 본 발명은 회전 방지핀의 일단을 제2 실치공간의 일측에 결합하고, 회전 방지핀의 타단을 샤프트에 형성된 이동홈에 삽입하도록 변경될 수도 있다.

안전밸브(50)는 고압 레귤레이터(10) 내부에서 이상 과압 발생시 연료를 방출시켜 과압을 해소하는 하는 릴리프 밸브와 작업자의 수작업에 의해 바디(20)로부터 분리되어 고압 레귤레이터(10) 내부의 연료를 방출하는 퍼지 밸브 기능을 통합적으로 제공할 수 있다.

이를 위해, 안전밸브(50)는 바디(20)의 밸브포트(26)에 결합되는 가이드 몸체(51), 가이드 몸체(51)의 상단부에 결합되고 밸브포트(26)를 폐쇄한 상태에서 과압 발생시 밸브포트(26)를 개방하는 밸브체(52), 밸브체(52)의 내부에 설치되고 밸브체(52)에 탄성력을 제공하는 하부 스프링(53) 및 가이드 몸체(51)의 하부에 결합되고 밸브체(52)의 개방 동작시 연료를 방출하는 방출배관(54)을 포함할 수 있다.

이와 함께, 안전밸브(50)는 방출배관(54)의 하단부에 결합되는 배관캡(55)과 방출배관(54)이 가이드 몸체(51)에서 완전히 분리되는 것을 방지하는 분리 방지핀(56)을 더 포함할 수 있다.

가이드 몸체(51)는 상면과 하면이 개구된 원통 형상으로 형성되고, 가이드 몸체(51)의 상단부는 하단부의 직경에 비해 작은 직경으로 형성되어 밸브포트(26) 내부에 결합될 수 있다.

밸브체(52)는 하면이 개구된 대략 원통 형상으로 형성되고, 밸브체(52)의 상단부에는 밸브포트(26)의 내부 공간과 연결되는 제3 유로(29)를 폐쇄하는 몰딩시트(521)가 설치될 수 있다.

이러한 밸브체(52)의 측면에는 밸브포트(26)로 방출된 연료가 내부로 유입되도록 하나 이상의 유입공(522)이 형성될 수 있다.

하부 스프링(53)은 밸브체(52)의 내부에 배치되고, 하부 스프링(52)의 하단은 가이드 몸체(51)에 결합된 방출배관(54)의 상단에 지지될 수 있다.

그래서 밸브체(52)는 하부 스프링(53)의 탄성력에 의해 제3 유로(29)를 폐쇄한 상태에서 제3 유로(29)를 통해 전달되는 연료의 압력이 미리 설정된 압력을 초과하는 과압 상태이면, 하부 스프링(53)의 길이가 감소하도록 탄성 변형시키면서 하강하여 제3 유로(29)를 개방한다.

이와 같이, 본 발명은 안전 밸브를 이용해서 과압 상태의 연료를 방출배관을 통해 배출시켜 과압 상태의 연료가 스택으로 공급되는 것을 방지해서 안전성을 향상시킬 수 있다.

방출배관(54)의 상단부 외주면에는 가이드 몸체(51)의 내주면에 대응되도록 외측을 향해 돌출 형성되는 환형리브(541)가 형성되고, 방출배관(54)의 중앙부는 상단부에 비해 큰 직경으로 형성될 수 있다.

환형리브(541)에는 가이드 몸체(51)의 내주면과 방출배관(54) 사이를 기밀하는 오링이 설치될 수 있다.

분리 방지핀(56)은 가이드 몸체(51)의 일측면을 관통해서 설치되고, 분리 방지핀(56)의 내측단은 방출배관(54)의 환형리브(541)와 중앙부 사이에 형성된 이동공간(542)에 삽입된다.

따라서 고압 레귤레이터(10) 내부의 연료를 방출하는 퍼지 밸브 기능 시 방출배관(54)이 바디(20)로부터 분리되는 거리는 환형리브(541)와 중앙부 사이의 이동공간(542)으로 제한될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 분리 방지핀을 이용해서 방출배관이 바디로부터 완전히 분리되는 방지함으로써, 가이드 몸체 내부에 설치되는 밸브체와 하부 스프링이 이탈되면서 분실 등의 문제를 미연에 예방할 수 있다.

배관캡(55)은 방출배관(54)의 하단부에 결합되고, 과압 발생시 연료를 방출하도록, 미리 설정된 압력 이상이 되면 방출배관(55)으로부터 분리 가능하게 결합될 수 있다.

이에 따라, 차량 점검시 작업자는 배관캡(55)의 분리 여부를 확인해서 과압 발생 여부를 용이하게 확인 가능하고, 과압 발생이 확인되면 차량의 정밀진단을 수행할 수 있다.

이러한 배관캡(55)은 방출배관(54)으로부터 분리되는 경우, 분실을 방지하도록 방출배관(54)의 외주면에 결합되고 일단이 배관캡(55)에 연결된 연결부재(57)에 의해 방출배관(54)과 연결될 수 있다.

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터의 결합관계 및 작동방법을 상세하게 설명한다.

작업자는 바디(20) 내부에 형성된 감압실(23)에 밀봉부재(49)를 설치하고, 밀봉부재(49)의 상부에 지지 플레이트(48)와 중간 스프링(47), 샤프트(41), 감압 플레이트(43) 및 감압 부재(44)를 순차적으로 설치한다.

그리고 작업자는 샤프트(41)의 상단에 접촉되도록 피스톤(45)과 상부 스프링(46)을 배치하고, 바디(20)의 상부에 상부 커버(30)를 결합한다.

이때, 상부 커버(30)의 일측면에 형성된 통기공(31)에는 수분이나 유분, 먼지와 같은 이물질이 내부로 유입되는 것을 방지하도록 필터(32)가 설치된 상태이다.

이어서, 작업자는 바디(20)의 하단부에 형성된 밸브포트(26)에 안전밸브(50)의 가이드 몸체(51)를 결합하고, 가이드 몸체(51)의 내부에 밸브체(52), 하부 스프링(53) 및 방출배관(54)을 순차적으로 결합한다.

마지막으로, 작업자는 바디(20)의 각 측면에 입구포트(24)와 출구포트(25) 및 센서포트(201)를 설치해서 고압 레귤레이터(10)의 조립을 완료한 후, 차량에 설치한다.

이때, 입구포트(24)의 내측단에는 입구측 필터(241) 및 입구포트(24) 결합시 결합력에 의해 탄성 변형되면서 입구측 필터(241)와 입구포트(24) 사이의 갭을 보상하는 완충부재(242)가 설치될 수 있다.

그리고 출구포트(25)의 내부에는 상대 배관을 용이하게 결합할 수 있도록, 퀵 커넥터(251)가 마련될 수 있다.

이와 같이 구성되는 고압 레귤레이터(10)는 입구포트(24)를 통해 고압의 연료가 유입되면, 유입되는 연료의 압력에 따라 피스톤(45) 및 샤프트(41)가 승강 동작하면서 오리피스(42)를 통과시켜 연료를 감압해서 스택으로 공급한다.

이때, 센서포트(201)에 결합된 측정센서는 감압된 연료의 압력을 측정해서 차량의 제어부로 전달한다.

그리고 안전밸브(50)는 출구포트(25)와 연결된 제2 및 제3 유로(28,29)를 통해 감압된 연료를 전달받고, 감압된 연료의 압력이 미리 설정된 압력을 초과하는 과압 상태이면, 밸브체(52)가 하강하면서 방출배관(54)을 통해 과압 상태의 연료를 외부로 배출한다.

이때, 오리피스(42)를 통과하면서 감압된 연료는 유선형의 곡면으로 형성된 샤프트(41)의 상단부와 피스톤(45)의 하면을 따라 이동하고, 바디(20) 내부에 경사지게 형성된 제1 유로(28)를 따라 출구포트(25)로 전달된다.

이와 같이, 본 발명은 유선형의 곡면으로 형성된 샤프트의 상단부와 피스톤의 하면, 바디 내부에 경사지게 형성된 제1 유로를 따라 감압된 연료를 출구포트로 전달함으로써, 유체 저항을 최소화하여 동작시 간헐적으로 발생하는 내부 연료 부족 상태를 효과적으로 방지할 수 있다.

그리고 상부 커버(30)에 설치되는 필터(32)는 차량의 하부에 설치되는 고압 레귤레이터(10)의 장착고로 인해, 외부에서 수분이나 유분, 먼지와 같은 이물질이 유입되는 것을 차단한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 연료탱크로부터 공급되는 고압의 연료를 미리 설정된 출구 압력으로 감압해서 스택으로 공급할 수 있다.

그리고 본 발명은 차량의 하부에 설치되는 고압 레귤레이터의 장착고로 인해, 외부에서 수분이나 유분, 먼지와 같은 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 고압의 연료를 미리 설정된 출구 압력으로 감압하는 고압 레귤레이터 기술에 적용된다.

10: 고압 레귤레이터 20: 바디
201: 센서포트 202: 연결유로
21: 유입구 22: 배출구
23: 감압실 231,232: 제1,제2 설치공간
233: 이동홈 24: 입구포트
241: 입구측 필터 242: 완충부재
25: 출구포트 251: 퀵 커넥터
26: 밸브포트 27 내지 29: 제1 내지 제3 유로
30: 상부 커버 31: 통기공
32: 필터 33: 장력 조절 수단
40: 감압부 41: 샤프트
411; 회전 방지핀 42: 오리피스
43: 감압 플레이트 44: 감압 부재
45: 피스톤 46: 상부 스프링
47: 중간 스프링 48: 지지 플레이트
49: 밀봉부재 50: 안전밸브
51: 가이드 몸체 52: 밸브체
521: 몰딩시트 522: 유입공
53: 하부 스프링 54: 방출배관
541: 환형리브 55: 배관캡
56: 분리 방지핀 57: 연결부재

Claims

측면에 고압의 연료가 유입되는 유입구와 감압된 연료를 배출하는 배출구가 각각 형성되고 내부에 고압의 연료를 미리 설정된 압력으로 감압하는 감압실이 형성되는 바디,
상기 바디의 상부에 결합되는 상부 커버 및
상기 감압실과 상부 커버 내부에 설치되고 고압의 연료를 오리피스를 통해 이동시켜 감압하는 감압부를 포함하며,
상기 상부 커버의 일측에는 상기 감압부에 마련된 샤프트의 승강 동작시 공기를 흡입 또는 배출하는 통기공이 형성되고,
상기 통기공에는 외부 공기가 유입되는 과정에서 수분이나 유분, 이물질이 유입되는 것을 차단하는 필터가 접착 방식으로 설치되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제1항에 있어서,
상기 바디의 하부에 결합되고, 상기 배출구를 통해 배출되는 연료의 압력이 미리 설정된 기준압력을 초과하는 과압 상태의 연료를 배출하는 과압 해소 기능과 상기 바디로부터 분리시 상기 바디 내부의 연료를 방출하는 연료 방출 기능을 통합한 안전밸브를 더 포함하고,
상기 안전밸브는 상기 바디의 하단에 마련된 밸브포트에 결합되는 가이드 몸체,
상기 가이드 몸체의 상단부에 결합되고 상기 밸브포트를 폐쇄한 상태에서 과압 발생시 상기 밸브 포트를 개방하는 밸브체,
상기 밸브체의 내부에 설치되고 하단이 상기 가이드 몸체에 결합된 방출배관의 상단에 지지되어 상기 밸브체에 탄성력을 제공하는 하부 스프링 및
상기 가이드 몸체의 하부에 결합되고 상기 밸브체의 개방 동작시 연료를 방출하는 방출배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제2항에 있어서,
상기 안전밸브는 상기 방출배관의 하단부에 결합되는 배관캡과
상기 방출배관이 상기 가이드 몸체에서 완전히 분리되는 것을 방지하는 분리 방지핀을 더 포함하고,
상기 배관캡은 과압 발생시 과압 상태의 연료를 방출하도록, 미리 설정된 압력 이상이 되면 상기 방출배관으로부터 분리 가능하게 결합되며,
상기 분리 방지핀은 상기 가이드 몸체의 일측면을 관통해서 설치되고,
상기 분리 방지핀의 내측단은 상기 방출배관의 상단부에 형성된 환형리브와 중앙부 사이에 형성된 이동공간에 삽입되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감압부는 상기 감압실 내부에 상하 방향을 따라 승강 가능하게 설치되는 샤프트,
중앙부에 각각 오리피스가 형성되고 상기 감압실에 설치되는 감압 플레이트와 감압 부재,
상기 감압실의 감압된 연료의 압력에 따라 승강 동작하는 피스톤 및
상기 피스톤에 복원력을 제공하는 상부 스프링을 포함하고,
상기 샤프트의 상단부 및 피스톤의 하면은 연료의 이동시 저항을 최소화하도록, 나팔 형상을 이루는 유선형의 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제4항에 있어서,
상기 감압실은 상기 샤프트가 설치되는 제1 설치공간과
상기 샤프트의 승강 동작에 의해 개폐되도록 오리피스가 형성된 상기 감압 플레이트와 감압 부재가 설치되는 제2 설치공간을 포함하고,
상기 바디 내부에는 상기 감압실의 감압된 연료를 상기 출구포트로 전달하는 제1 유로와
상기 출구포트로 공급된 연료 중 일부를 상기 안전밸브로 전달하는 제2 유로가 형성되며,
상기 제1 및 제2 유로는 각각 연료 이동시 유체 저항을 최소화하도록, 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제5항에 있어서,
상기 감압부는 상기 샤프트의 하부에 설치되고 상기 오리피스를 폐쇄하도록 상기 샤프트에 탄성력을 제공하는 중간 스프링과
상기 중간 스프링의 하단을 지지하는 지지 플레이트 및
상기 감압실과 상기 바디의 하단에 마련되는 밸브포트 사이를 밀봉하는 밀봉부재를 더 포함하고,
상기 밸브포트는 상기 감압실의 제1 설치공간 및 상기 제2 유로의 하단과 연통되는 제3 유로와 연결되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제6항에 있어서,
상기 샤프트의 일측에는 상기 샤프트의 회전을 방지하는 회전 방지핀이 설치되고,
상기 회전 방지핀의 일단은 상기 샤프트의 일측면에 결합되며
상기 회전 방지핀의 타단은 상기 감압실의 일측에 상하 방향을 따라 요입 형성된 이동홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제6항에 있어서,
상기 지지 플레이트는 상기 샤프트의 승강 동작시 마찰로 인한 상기 샤프트 외면의 손상을 방지하도록, 합성수지 재질의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제5항에 있어서,
상기 입구포트의 내측단에는 연료에 포함된 이물질을 제거하는 입구측 필터가 설치되고,
상기 유입구와 입구포트 사이에는 상기 입구측 필터와 입구포트 사이의 갭을 보상해서 기밀하는 완충부재가 설치되며,
상기 출구포트에는 상대 배관이 결합되는 퀵 커넥터가 설치되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.
제4항에 있어서,
상기 바디는 열처리된 알루미늄 재질의 재료를 이용해서 단조 성형 방식으로 제조되고,
알루미늄 양극 산화법으로 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터.