KR20180040010A - 고압 레귤레이터용 안전밸브 - Google Patents

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Abstract

고압 레귤레이터용 안전밸브에 관한 것으로, 고압 레귤레이터의 바디에 마련된 밸브포트에 결합되는 가이드 몸체, 상기 가이드 몸체의 상단부에 결합되고 상기 밸브포트를 폐쇄한 상태에서 과압 발생시 상기 밸브포트를 개방하는 밸브체, 상기 밸브체의 내부에 설치되고 상기 밸브체에 탄성력을 제공하는 하부 스프링 및 상기 가이드 몸체의 하부에 결합되고 상기 밸브체의 개방 동작시 연료를 방출하는 방출배관을 포함하는 구성을 마련하여, 고압 레귤레이터 내부에서 과압 발생시 연료를 방출시켜 과압을 해소하는 하는 릴리프 밸브와 상기 바디로부터 분리되어 고압 레귤레이터 내부의 연료를 방출하는 퍼지 밸브 기능을 통합적으로 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

고압 레귤레이터용 안전밸브{SAFE VALVE FOR HIGH PRESSURE REGULATOR}
본 발명은 고압 레귤레이터용 안전밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압의 연료를 미리 설정된 출구압력으로 감압하는 고압 레귤레이터에 적용되어 과압을 해소하고 연료를 방출하는 고압 레귤레이터용 안전밸브에 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.
이러한 고압 레귤레이터에는 오작동에 의한 과압 생성시 과압을 해소하는 과압 해소 밸브와 내부의 연료를 방출하는 연료 방출 밸브가 적용된다.
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 종래에는 고압 레귤레이터에 서로 유사한 기능을 수행하는 과압 해소 밸브와 연료 방출 밸브를 각각 설치함에 따라, 제품의 부피 및 중량이 증가하고, 각 밸브에 연결되는 배관이 복잡해지고, 조립 작업시 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.
이로 인해, 종래기술에 따른 고압 레귤레이터는 장착 공간이 증가하고, 차량 유지 관리 작업시 관리 포인트가 증가하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위해, 과압 해소 밸브와 연료 방출 밸브를 통합하는 통합 밸브를 적용하기도 하였으나, 상기 통합 밸브는 연료 방출 기능을 위해 분리하는 과정에서 부품의 완전 이탈로 인해 부품들을 분실하거나, 재 조립시 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고압의 연료를 미리 설정된 출구압력으로 감압하는 고압 레귤레이터에 적용되어 과압을 해소하고 연료를 방출하는 기능을 통합 제공하는 고압 레귤레이터용 안전밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고압 레귤레이터에서 분리하는 과정에서 부품의 완전 이탈을 방지할 수 있는 고압 레귤레이터용 안전밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고압 레귤레이터에서 분리한 후, 용이하게 재조립할 수 있는 고압 레귤레이터용 안전밸브를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터용 안전밸브는 고압 레귤레이터의 바디에 마련된 밸브포트에 결합되는 가이드 몸체, 상기 가이드 몸체의 상단부에 결합되고 상기 밸브포트를 폐쇄한 상태에서 과압 발생시 상기 밸브포트를 개방하는 밸브체, 상기 밸브체의 내부에 설치되고 상기 밸브체에 탄성력을 제공하는 하부 스프링 및 상기 가이드 몸체의 하부에 결합되고 상기 밸브체의 개방 동작시 연료를 방출하는 방출배관을 포함하여 고압 레귤레이터 내부에서 과압 발생시 연료를 방출시켜 과압을 해소하는 하는 릴리프 밸브와 상기 바디로부터 분리되어 고압 레귤레이터 내부의 연료를 방출하는 퍼지 밸브 기능을 통합적으로 제공하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 레귤레이터용 안전밸브에 의하면, 오작동으로 인한 과압 발생시 방출배관을 통해 과압을 방출하는 기능과 고압 레귤레이터 내부의 연료를 방출하는 기능을 통합해서 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 통합형 안전밸브를 적용함에 따라, 제품의 부피 및 중량을 최소화하고, 안전밸브에 연결되는 배관을 간단하게 하여 조립 작업시 작업성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 가이드 몸체의 일측에 분리 방지핀을 결합해서 방출배관이 가이드 몸체로부터 완전히 분리되는 것을 방지함으로써, 고압 레귤레이터에서 분리한 후 용이하게 재조립할 수 있고, 재조립 후 제품의 신뢰성을 보장할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안전밸브가 적용된 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 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 안전밸브의 사시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 안전밸브를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안전밸브가 적용된 고압 레귤레이터의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안전밸브가 적용된 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 레귤레이터용 안전밸브를 설명하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 엘피지 연료나 천연압축가스 연료 등 다양한 종류의 고압 가스 연료를 감압해서 엔진 측으로 공급하는 고압 레귤레이터용 안전밸브에도 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 안전밸브가 적용된 고압 레귤레이터는 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), 감압실(23) 내부에 설치되고 고압의 연료를 오리피스를 통해 이동시켜 감압하는 감압부(40) 및 바디(20)의 하부에 결합되고 배출구(22)를 통해 배출되는 연료의 압력이 미리 설정된 기준압력을 초과하는 과압 상태의 연료를 배출하는 안전밸브(50)를 포함할 수 있다.
바디(20)는 내부에 감압실(23)이 형성되도록, 상면과 하면이 각각 개구된 대략 원통 형상으로 형성되며, 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, 입구포트(24)에도 퀵 커넥터가 적용될 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 형성함에 따라, 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.
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.
샤프트(41)의 중앙부 일측에는 도 3에 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.
한편, 본 실시 예에서는 고압 레귤레이터의 구성을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 밸브포트가 형성된 다양한 형상의 고압 레귤레이터에 적용되도록 변경될 수 있다.
다음, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 안전밸브의 구성을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 안전밸브의 사시도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 안전밸브(50)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 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.
가이드 몸체(51)의 상단부에는 밸브포트(26)의 내주면에 결합된 상태에서 연료가 가이드 몸체(51)의 외부로 누설되는 것을 방지하는 오링이 설치될 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 안전밸브를 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.
이와 같이, 환형리브(541)에 오링이 설치됨에 따라, 과압 해소 및 연료 방출시 연료는 방출배관(54) 내부의 유로를 통해서만 이동해서 외부로 방출된다.
일반적으로, 작업자는 연료 방출시 방출배관의 하단부에 호스를 연결해서 별도의 저장탱크 또는 높은 지상고에서 연료를 방출한다.
따라서, 본 발명은 가이드 몸체와 환형리브에 각각 오링을 설치해서 연료가 외부로 누설되는 것을 방지함으로써, 과압 해소 및 연료 방출시 방출배관 내부의 유로를 통해서만 연료를 방출함에 따라, 연료의 방출로 인한 안전사고를 방지할 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 것을 방지함으로써, 가이드 몸체 내부에 설치되는 밸브체와 하부 스프링이 이탈되면서 분실 등의 문제를 미연에 예방할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서 방출배관(54)의 상단부에 환형리브(541)가 형성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 환형리브(541)의 외주면에 방출배관(54)을 회전시켜 가이드 몸체(51)에 용이하게 조립하거나 가이드 몸체(51)로부터 분리할 수 있도록, 나사산이 형성될 수 있다.
그리고 가이드 몸체(51)의 내주면에는 환형리브(541)의 나사산에 대응되도록, 환형리브(541)가 결합되는 부분에 나사산이 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 가이드 몸체의 내주면과 방출배관의 상단부에 나사사을 형성해서 방출배관을 회전시켜 바디에 조립하거나 또는 바디로부터 방출배관을 용이하게 분리할 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 레귤레이터용 안전밸브의 결합관계 및 작동방법을 설명한다.
작업자는 밸브체(52)의 내부 공간에 하부 스프링(53)을 결합하고, 가이드 몸체(51)의 상부에 하부 스프링(53)이 결합된 밸브체(52)를 결합한다.
그리고 작업자는 가이드 몸체(51)의 하부에 방출배관(54)을 삽입하여 결합한다.
이때, 작업자는 가이드 몸체(51)의 일측면을 관통해서 분리 방지핀(56)을 결합한다.
그러면, 분리 방지핀(56)의 내측단이 환형리브(541)와 중간부 사이의 이동공간(542)에 결합됨에 따라, 방출배관(54)이 가이드 몸체(51)에서 분리 가능한 거리는 이동공간(542)의 높이로 제한된다.
이와 같은 과정을 통해, 안전밸브(50)의 조립이 완료되면, 바디(20)의 하부에 형성된 밸브포트(26)에 안전밸브(50)를 조립한다.
이어서, 작업자는 방출배관(54)의 하단부에 배관캡(55)을 결합한다.
이와 같이 안전밸브(50)가 적용된 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.
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압 레귤레이터용 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.
한편, 작업자는 차량의 유지 관리 작업시 배관캡(55)의 분리 여부를 검사하고, 분리캡(55)이 방출배관(54)으로부터 분리된 상태이면, 오작동으로 인한 과압이 발생한 것으로 판단하여 정밀진단을 수행할 수 있다.
그리고 작업자는 유지 관리 작업시, 방출배관(54)의 하단에 호스를 연결하고, 호스의 일단을 별도의 저장탱크나 높은 지상고에서 대기 방출시키도록 배치한 후, 방출배관(54)을 일측으로 회전시켜 고압 레귤레이터(10) 내부의 연료를 방출시킬 수 있다.
이때, 방출배관(54)이 회전하면서 가이드 몸체(51)로부터 분리되기 시작하면, 하부 스프링(53)의 압축 높이가 증가하고, 밸브체(52)의 몰딩시트(521)를 누르는 압력이 약해진다.
이에 따라, 바디(20) 내부의 연료는 방출배관(54)을 통해 외부로 서서히 방출된다.
이와 같이, 본 발명은 과압 발생시 방출배관을 통해 과압을 방출하는 기능과 고압 레귤레이터 내부의 연료를 방출하는 기능을 통합해서 제공할 수 있다.
한편, 방출배관(54)은 가이드 몸체(51)의 일측에 결합된 분리 방지핀(56)에 의해 분리 가능 거리가 제한된다.
이와 같이, 본 발명은 가이드 몸체의 일측에 분리 방지핀을 결합해서 방출배관이 가이드 몸체로부터 완전히 분리되는 것을 방지함으로써, 고압 레귤레이터에서 분리한 후 용이하게 재조립할 수 있고, 재조립후 제품의 신뢰성을 보장할 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.
상기의 예에서는 수소 연료전지 차량에 적용되는 고압 레귤레이터용 안전밸브를 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 엘피지 연료나 천연압축가스 연료 등 다양한 종류의 고압 가스 연료를 감압해서 엔진 측으로 공급하는 고압 레귤레이터용 안전밸브에도 적용되도록 변경될 수 있다.
또한, 상기의 실시 예에서는 고압 레귤레이터의 구성을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 밸브포트가 형성된 다양한 형상의 고압 레귤레이터에 적용되도록 변경될 수 있다.
본 발명은 과압 발생시 방출배관을 통해 과압을 방출하는 기능과 고압 레귤레이터 내부의 연료를 방출하는 기능을 통합해서 제공하는 고압 레귤레이터용 안전밸브 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 511: 배관 스토퍼
52: 밸브체 521: 몰딩시트
522: 유입공 53: 하부 스프링
54: 방출배관 541: 환형리브
542: 이동공간 55: 배관캡
56: 분리 방지핀 57: 연결부재

Claims (5)

  1. 고압 레귤레이터에 적용되는 안전밸브에 있어서,
    고압 레귤레이터의 바디에 마련된 밸브포트에 결합되는 가이드 몸체,
    상기 가이드 몸체의 상단부에 결합되고 상기 밸브포트를 폐쇄한 상태에서 과압 발생시 상기 밸브포트를 개방하는 밸브체,
    상기 밸브체의 내부에 설치되고 상기 밸브체에 탄성력을 제공하는 하부 스프링 및
    상기 가이드 몸체의 하부에 결합되고 상기 밸브체의 개방 동작시 연료를 방출하는 방출배관을 포함하여
    고압 레귤레이터 내부에서 과압 발생시 연료를 방출시켜 과압을 해소하는 하는 릴리프 밸브와 상기 바디로부터 분리되어 고압 레귤레이터 내부의 연료를 방출하는 퍼지 밸브 기능을 통합적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 안전밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방출배관이 상기 가이드 몸체에서 완전히 분리되는 것을 방지하는 분리 방지핀을 더 포함하고,
    상기 분리 방지핀은 상기 가이드 몸체의 일측면을 관통해서 설치되며,
    상기 분리 방지핀의 내측단은 상기 방출배관의 상단부에 형성된 환형리브와 중앙부 사이에 형성된 이동공간에 삽입되고,
    상기 방출배관이 가이드 몸체에서 분리 가능한 거리는 상기 이동공간의 높이로 제한되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 안전밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 몸체의 내주면에는 상기 하부 스프링의 하단과 상기 환형리브의 상단을 지지하는 배관 스토퍼가 형성되고,
    상기 환형리브와 방출배관의 내주면에는 서로 대응되는 위치에 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 안전밸브
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출배관의 하단부에 결합되는 배관캡을 더 포함하고,
    상기 배관캡은 과압 발생시 과압 상태의 연료를 방출하도록, 미리 설정된 압력 이상이 되면 상기 방출배관으로부터 분리 가능하게 결합되며,
    상기 배관캡의 분리 여부를 이용해서 과압 발생 여부의 검사가 가능한 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 안전밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배관캡은 일단부가 상기 방출배관의 외주면에 결합되고 타단이 상기 배관캡에 연결된 연결부재에 의해 상기 방출배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 고압 레귤레이터용 안전밸브.
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