WO2012134153A2 - 수소연료차용 이젝터 - Google Patents

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WO2012134153A2
WO2012134153A2 PCT/KR2012/002244 KR2012002244W WO2012134153A2 WO 2012134153 A2 WO2012134153 A2 WO 2012134153A2 KR 2012002244 W KR2012002244 W KR 2012002244W WO 2012134153 A2 WO2012134153 A2 WO 2012134153A2
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전동연
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(주)엠앤에스시스템
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Definitions

  • the present invention relates to an ejector for a hydrogen fuel vehicle, and more particularly, to an ejector for a hydrogen fuel vehicle installed in a hydrogen fuel vehicle to supply hydrogen gas to a fuel cell stack.
  • hydrogen gas discharged from the hydrogen tank 1 is supplied to the ejector 5 and flows into the fuel cell stack 2 as shown in FIG. 1. .
  • the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 2 is controlled by operating the drive unit 4 and adjusting the ejector 5 according to a signal adjusted by the control unit 3.
  • the air required for the fuel cell is discharged from the compressor 6 and supplied to the fuel cell stack 2.
  • the conventional hydrogen fuel vehicle ejector 5 used in the fuel cell system of the hydrogen fueled vehicle has a chamber 6 connected to the fuel cell stack and a manifold connected to the hydrogen gas supply pipe of the hydrogen tank as shown in FIG. 2.
  • the nozzle body is coupled to the chamber 6 so as to be accommodated in the fold 7 and one side of the chamber 6 and fastened to the lower part of the manifold 7 to supply hydrogen gas supplied to the manifold 7. 8) and an injection nozzle 9 for screwing the lower portion of the nozzle body 8 to inject the hydrogen gas introduced into the nozzle body 8 into the chamber 1.
  • the coupling process between the manifold 7 and the hydrogen gas supply pipe is constituted by a screw tightening method, which makes the connection process inconvenient.
  • injection nozzles 9 having different diameter injection holes used for each of the large and small hydrogen fuel vehicles should be manufactured. There was a problem of increased cost.
  • the manifold (7), the nozzle body (8), the injection nozzle (9) is configured in such a way as to be assembled with each other to produce the respective molding die, according to the problem that the manufacturing of the ejector is not easy and the manufacturing cost increases There was.
  • the problem to be solved by the present invention is to produce an ejector for a hydrogen fuel vehicle, which improves productivity, reduces manufacturing costs, is compatible with both large and small vehicles, and facilitates the connection between the hydrogen gas supply pipe and the manifold. To provide.
  • Hydrogen fuel vehicle ejector for solving the above problems is formed a plurality of diffuser portion for discharging hydrogen gas therein is connected to the fuel cell stack of the hydrogen fuel vehicle hydrogen discharged from the diffuser portion A chamber for supplying gas to the fuel cell stack; A hollow manifold in which a connection part of one side is connected to a hydrogen gas supply pipe connected to a hydrogen tank and hydrogen gas flows into the inside; A hydrogen gas inlet is formed integrally with the lower side of the manifold and communicates with the chamber and communicates with the manifold and the diffuser, thereby forming a passage for injecting hydrogen gas into the manifold.
  • a nozzle body having a plurality of hydrogen gas inlets And a spray nozzle which is integrally provided at the nozzle body to be disposed on one surface of the hydrogen gas inlet part communicating with the diffuser part and corresponding to the diffuser part to inject hydrogen gas introduced into the hydrogen gas inlet part into the diffuser part.
  • the manifold, the nozzle body, and the injection nozzle may be used for powder sintering by injection molding and hot sintering using a powder sintering composition in which stainless powder, a main binder, a secondary binder, a plasticizer, and a surfactant are mixed.
  • the nozzle body is characterized in that it further comprises a nozzle diameter variable means for varying the diameter of the injection hole of the injection nozzle.
  • the hydrogen gas inlet hole is processed by being punched in a vertical direction from the lower end of the hydrogen gas inlet, the sealing cap coupled with an O-ring may be fastened to the hydrogen gas inlet to seal the hydrogen gas inlet.
  • the nozzle diameter varying means is a plurality of cutouts formed in the axial direction around the injection nozzle, the screw is formed on the outer circumferential surface of the injection nozzle and the diameter of the injection hole, the screw is coupled to the injection nozzle and the injection
  • the nozzle cap narrows the cutout portion of the injection nozzle according to the degree of tightening to the nozzle, and the nozzle cap is prevented from being released from the injection nozzle by preventing the nozzle cap tightened in the injection nozzle from being loosened from the injection nozzle. It may be made of a nozzle cap fixing means for fixing the tightened degree.
  • the nozzle cap fixing means may be formed of a ratchet pole having a plurality of ratchets formed on the outer circumferential surface of the nozzle cap, which is installed on the nozzle body so as to be disposed on one side of the injection nozzle, and the ends of which are joined to the ratchet teeth.
  • connection portion of the manifold and the hydrogen gas supply pipe may be fastened by a one-touch connection means.
  • the connecting means may include a plurality of locking protrusions formed on an outer circumferential surface of the connecting portion, a joint having a s-shaped air gap that is rotatably fastened around an end side of the hydrogen gas supply pipe, and the locking protrusion is inserted and fastened around a body. have.
  • the connecting means forms a fastening groove around an end side of the hydrogen gas supply pipe so as to be rotatably fastened to the hydrogen gas supply pipe, and forms a ring-shaped fastening protrusion which is fastened to the fastening groove on one inner surface of the joint.
  • an elastic spring for elastically fastening the joint to the hydrogen gas supply pipe at a coupling portion of the joint and the hydrogen gas supply pipe.
  • the joint further includes a locking jaw to prevent separation of the locking projection at one side of the inlet side of the cavity, wherein the cavity is positioned in front of the locking projection when the joint is advanced while the elastic spring is contracted. It can be formed to have a width that can be moved back.
  • the manifold, the nozzle body, and the injection nozzle are integrally manufactured by powder sintering, the number of parts can be reduced, the manufacturing process can be shortened, and productivity can be improved, and manufacturing cost can be reduced. It is easy to connect the hydrogen gas supply pipe and the manifold because it has a one-touch joint, and because the diameter of the injection hole of the injection nozzle can be changed, the injection has different diameter injection holes according to the displacement of the hydrogen fuel vehicle. There is no need to manufacture a nozzle, and thus, a single ejector can be applied to and used with both large and small hydrogen fuel vehicles, thereby improving compatibility.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system of a hydrogen fuel vehicle.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing the configuration of a conventional hydrogen fuel vehicle ejector.
  • Figure 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the ejector for a hydrogen fuel vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the combination of FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. 4.
  • Figure 6 is a front view showing the appearance of the manifold and the nozzle body of the ejector for hydrogen fuel vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing a cross section of the manifold and the nozzle body of the ejector for hydrogen fuel vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a partially enlarged cross-sectional view showing a combined state of the injection nozzle and the nozzle diameter variable means of the ejector for a hydrogen fuel vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which the diameter of the injection hole of the injection nozzle of the ejector for a hydrogen fuel vehicle according to an embodiment of the present invention is adjusted.
  • Figure 10 is a partially enlarged perspective view showing the configuration of the connecting means according to an embodiment of the present invention.
  • 11 and 12 are a partially enlarged perspective view and a partially enlarged cross-sectional view showing a coupling state of the connecting means according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of an ejector for a hydrogen fuel vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a combined perspective view of FIG. 3
  • FIG. 5 is a sectional view of FIG. 4.
  • the chamber 10 the coupling panel 20, the manifold 30, the nozzle body 40, the injection nozzle 50, the nozzle as shown in Figs. It includes a variable variable means 70, the connecting means (80).
  • the chamber 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and at one side, a nozzle body accommodating part 11 for fastening and fixing the nozzle body 40 and the manifold 30 to be described later is formed, and the nozzle body accommodating part 11 is formed.
  • One side of the diffuser portion 12 is formed in a substantially cylindrical shape along the longitudinal direction of the body, the cross-sectional area is increased from the inner center to the end side of both sides is formed.
  • the chamber 10 is fixed to one side of the fuel cell stack in the engine room of the hydrogen fuel vehicle, so that the diffuser unit 12 is connected to the fuel cell stack (not shown), and the diffuser unit 12 includes a nozzle body receiving unit ( 11)
  • the hydrogen gas introduced from the side is discharged to supply hydrogen gas to the fuel cell stack.
  • the upper surface of the chamber 10 is formed with a plurality of screw holes (10a) for coupling the coupling panel 20, the manifold 30 and the nozzle body 40 to be described later.
  • the coupling panel 20 has a plurality of holes 21 corresponding to some of the screw holes 10a of the chamber 10, and is connected to the bolts or screws fastened to the holes 21 and the screw holes 10a.
  • an insertion hole 22 is formed at one side of the upper surface to correspond to the nozzle body accommodating part 11 of the chamber 10 and to insert the nozzle body 40 to be described later into the nozzle body accommodating part 11.
  • Manifold 30 has a body 31 is formed in a hollow shape, the lower periphery of the body 31 corresponding to the screw hole (10a) formed on the upper surface of the nozzle body receiving portion 11 of the chamber 10
  • the plate-shaped fastening part 32 which has some hole 32a is formed.
  • one side of the body 31 is formed in a cylindrical shape and the connecting portion 33 for connecting to the hydrogen gas supply pipe 90 connected to the hydrogen tank (not shown) is formed, the hydrogen gas through the connecting portion 33 (31) flows into the interior.
  • the nozzle body 40 is formed with a plate-like seating portion 41 to be seated on the upper surface of the nozzle body accommodating portion 11 of the chamber 10, and is perpendicular to the bottom left and right sides of the seating portion 41.
  • a plurality of extending hydrogen gas inlets 42 are formed.
  • the hydrogen gas inflow part 42 penetrates vertically inside the hydrogen gas inlet 42 and has a hydrogen gas inflow hole 42a communicating with the diffuser part 12 of the chamber 10 and the manifold 30. Hydrogen gas introduced into the to form a passage for injecting to the diffuser portion (12).
  • the injection nozzle 50 is integrally provided in the nozzle body 40 so as to be disposed on one surface of the hydrogen gas inlet 42 communicating with the diffuser part 12, and the nozzle body 40 is a nozzle body of the chamber 10.
  • the hydrogen gas introduced into the hydrogen gas inlet 42 in correspondence with the diffuser unit 12 in the state coupled to the receiving unit 11 is injected into the diffuser unit 12.
  • the injection nozzle 50 is formed in the form of a truncated cone, and the thread 50a is formed on the outer circumferential surface thereof.
  • the manifold 30, the nozzle body 40, and the injection nozzle 50 are injection molded using a powder sintered composition in which stainless powder, a main binder, a sub binder, a plasticizer, and a surfactant are mixed as main materials. And by powder sintering at high temperature, as shown in FIGS. 6 and 7.
  • polypropylene, polystyrene, polyethylene, ethylene vinyl acetate, etc. may be used as the main binder, and waxes such as carnauba wax, paraffin wax, montan wax, beeswax may be used as the sub-binder, and DBP, A solution such as DOP may be used, and stearic acid or oleic acid may be used as the surfactant. Since the powder sintering process follows a conventional powder sintering process, a detailed description thereof will be omitted.
  • the hydrogen gas inlet 42a formed in the hydrogen gas inlet 42 of the nozzle body 40 is introduced into the hydrogen gas.
  • a sealing cap 61 is punched in a vertical direction from the lower end of the part 42, and the O-ring 62 is coupled to the lower end of the hydrogen gas inlet 42 to seal the hydrogen gas inlet 42a as shown in FIG. 7. Screw
  • the nozzle diameter varying means 70 is provided in the nozzle body 40 and the spray nozzle 50 to vary the diameter of the spray hole 50a of the spray nozzle 50, as shown in FIGS. 6, 8 and 9.
  • a plurality of cutouts 51 formed in the axial direction around the injection nozzle 50 so as to vary the diameter of the injection hole 50a of the injection nozzle 50, and screwed to the injection nozzle 50, the injection nozzle
  • a nozzle cap 71 for varying the diameter of the injection hole of the injection nozzle 50 by narrowing the cutout portion 51 of the injection nozzle 50 according to the degree of tightening on the injection nozzle 50, and tightened to the injection nozzle 50.
  • It is composed of a nozzle cap fixing means 72 for preventing the nozzle cap 71 from being released from the injection nozzle 50 to fix the degree of tightening the nozzle cap 71.
  • the nozzle cap fixing means 72 includes a plurality of ratchets 72a formed under the outer circumferential surface of the nozzle cap 71, and the hydrogen gas inlet portion 42 so as to be disposed on one side of the injection nozzle 50. It is installed on one side and the front end is composed of a ratchet pole (72b) that is engaged with the ratchet (72a) to prevent the nozzle cap 71 is rotated in the release direction.
  • the connecting means 80 is configured to connect the connecting portion 33 and the hydrogen gas supply pipe 90 of the manifold 30 in a one-touch manner, as shown in Figs. 10 to 12, the engaging projection 81 and the joint 82 ) And an elastic spring 83.
  • a plurality of locking projections 81 are formed around the outer circumferential surface of the connecting portion 33.
  • Joint 82 is configured in the hydrogen gas supply pipe 90, the fastening groove 90a around the end side of the hydrogen gas supply pipe 90 to be rotatably fastened around the end side of the hydrogen gas supply pipe 90 It is formed by forming a ring-shaped fastening protrusion 82c that is fastened to the fastening groove 90a on one side inner surface of the joint 82. At this time, the width of the fastening groove 90a is formed wider than the width of the fastening protrusion 82c.
  • the joint 82 has an overall L-shape in which the locking protrusion 81 is inserted and fastened around the distal end of the body, and the insertion portion 82a-1 and the insertion portion 82a-1 into which the locking protrusion 81 is inserted.
  • the air gap portion (82a) consisting of a locking portion (82a-2) is formed, the air gap (82a) the elastic spring 83 is contracted when the joint 82 is advanced as the locking projections
  • the position of 81 is formed to have a width that can be moved forward and backward.
  • the hydrogen fuel vehicle ejector according to the exemplary embodiment of the present invention having such a configuration may fasten the hydrogen gas supply pipe 90 connected to the hydrogen tank to the manifold 30 in a one-touch manner.
  • the hydrogen gas supply pipe 90 can be easily fastened to the manifold 30 so that the connection work between the hydrogen gas supply pipe 90 and the manifold 30 can be simplified, and the locking projection 81 is a joint. Since it is supported and fixed to the locking step 82b of the 82, the locking protrusion 81 is prevented from being separated from the air gap 82a, so that the hydrogen gas supply pipe 90 is manifolded 30 without the joint 82 being loosened. You can safely connect to
  • the hydrogen fuel vehicle ejector can adjust the diameter of the injection nozzle 50 for injecting hydrogen gas.
  • the nozzle cap 71 when the nozzle cap 71 is inserted into the injection nozzle 50 and gradually tightened as shown in FIGS. 8 and 9, the nozzle cap 71 is formed in the injection nozzle 50 depending on the degree of tightening of the nozzle cap 71 to the injection nozzle 50. As the interval between the cutouts 51 is narrowed, the diameter of the injection hole 50a of the injection nozzle 50 gradually decreases, and the diameter of the injection hole 50a is adjusted.
  • the ejector of a single specification can be applied and used for both large and small hydrogen fuel vehicles.
  • the compatibility of can be improved.
  • the ejector for the hydrogen fuel vehicle since the manifold and the nozzle body are integrally formed by powder sintering, the ejector for the hydrogen fuel vehicle according to the embodiment of the present invention reduces the number of parts, and part of the manufacturing process may be omitted, thereby improving the productivity of the ejector. Manufacturing costs can be reduced.

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Abstract

본 발명 수소연료차용 이젝터는 내부에 수소가스가 배출되는 복수의 디퓨저부를 형성하며 수소연료차량의 연료전지 스택에 연결되어 디퓨저부에서 배출되는 수소가스를 연료전지 스택에 공급하기 위한 챔버; 일측의 연결부가 수소 탱크에 연결된 수소가스 공급관과 연결되어 수소가스가 내부로 유입되는 중공의 매니폴드; 매니폴드의 하측에 일체로 구성되어 챔버와 체결되며 매니폴드 및 디퓨저부와 연통되는 수소가스 유입구멍이 형성되어 매니폴드로 유입된 수소가스가 디퓨저부로 분사되기 위한 통로를 형성하는 복수의 수소가스 유입부를 갖는 노즐바디; 디퓨저부와 연통되는 수소가스 유입부의 일면에 배치되게 노즐바디에 일체로 구비되고 디퓨저부와 대응되어 수소가스 유입부로 유입된 수소가스를 디퓨저부로 분사하는 분사노즐;을 포함하되, 매니폴드와 노즐바디, 분사노즐은 주재료인 스테인레스 분말과, 주결합제와, 부결합제와, 가소제와, 계면활성제를 혼합한 분말 소결 조성물을 이용하여 사출성형 및 고온 소결하는 분말 소결에 의해 일체로 구성되며, 노즐바디는 분사노즐의 분사구멍의 직경을 가변시키기 위한 노즐경 가변 수단을 더욱 구성하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면 매니폴드, 노즐바디, 분사노즐이 분말 소결에 의해 일체로 제작되므로 부품수가 감소하고 제작 공정의 일부가 생략되어 생산성이 향상될 수 있고, 제조 비용이 절감될 수 있으며, 원터치 방식의 조인트를 구비하므로 수소가스 공급관과 매니폴드의 연결이 매우 용이하며, 분사노즐의 분사구멍의 직경을 가변시킬 수 있으므로 수소연료차의 배기량에 따라 서로 다른 직경의 분사구멍을 갖는 분사노즐을 제작할 필요가 없으며 이에 따라 단일 규격의 이젝터를 대형 및 소형의 수소 연료차 모두에 적용 및 사용할 수 있어 호환성이 향상될 수 있는 등의 이점이 있다.

Description

수소연료차용 이젝터
본 발명은 수소연료차용 이젝터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소연료차량에 설치되어 수소가스를 연료전지 스택에 공급하기 위한 수소연료차용 이젝터에 관한 것이다.
일반적으로 수소를 연료로 사용하는 수소연료차의 연료 전지시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 수소탱크(1)로부터 방출된 수소가스가 이젝터(5)로 공급되어 연료전지 스택(2)으로 유입된다.
연료전지 스택(2)으로 공급되는 수소가스의 양은 제어부(3)에서 조절하는 신호에 따라 구동부(4)가 작동하여 이젝터(5)를 조절함으로써 제어된다. 그리고 연료전지에 필요한 공기는 압축기(6)에서 방출되어 연료전지 스택(2)으로 공급된다.
이러한 수소연료차의 연료 전지시스템에 사용되는 종래의 수소연료차용 이젝터(5)는 도 2에 도시한 바와 같이 연료전지 스택에 연결되는 챔버(6)와, 수소탱크의 수소가스 공급관과 연결되는 매니폴드(7)와, 챔버(6)의 일측의 내부에 수용되게 챔버(6)와 체결되고 매니폴드(7)의 하부에 체결되어 매니폴드(7)로 공급된 수소가스가 유입되는 노즐바디(8)와, 노즐바디(8)의 하부에 나사결합되어 노즐바디(8)에 유입된 수소가스를 챔버(1) 내측으로 분사하기 위한 분사노즐(9)로 구성된다.
이러한 종래의 수소연료차용 이젝터(5)는 매니폴드(7)와 수소가스 공급관의 체결 방식이 나사 조임 방식으로 구성되어 연결 과정이 불편하였다.
그리고 수소연료차의 배기량에 따라 수소가스의 분사량을 달리 하기 위하여 대형 및 소형의 수소연료차 각각에 사용되는 서로 다른 직경의 분사구멍을 갖는 분사노즐(9)을 제작하여야 하고, 이에 따라 이젝터의 제조 비용이 증가되는 문제가 있었다.
또한 매니폴드(7) 및 노즐바디(8), 분사노즐(9)이 상호 조립되는 방식으로 구성되어 각각의 성형 금형을 제작하여야 하고, 이에 따라 이젝터의 제조가 용이하지 못하고 제조 비용이 증가되는 문제가 있었다.
따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 생산성이 향상되고, 제조 비용이 절감되고, 대형 및 소형의 차량 모두에 호환될 수 있고, 수소가스 공급관과 매니폴드의 연결이 용이해질 수 있도록 한 수소연료차용 이젝터를 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터는 내부에 수소가스가 배출되는 복수의 디퓨저부를 형성하며 수소연료차량의 연료전지 스택에 연결되어 상기 디퓨저부에서 배출되는 수소가스를 상기 연료전지 스택에 공급하기 위한 챔버; 일측의 연결부가 수소 탱크에 연결된 수소가스 공급관과 연결되어 수소가스가 내부로 유입되는 중공의 매니폴드; 상기 매니폴드의 하측에 일체로 구성되어 상기 챔버와 체결되며 상기 매니폴드 및 상기 디퓨저부와 연통되는 수소가스 유입구멍이 형성되어 상기 매니폴드로 유입된 수소가스가 상기 디퓨저부로 분사되기 위한 통로를 형성하는 복수의 수소가스 유입부를 갖는 노즐바디; 상기 디퓨저부와 연통되는 상기 수소가스 유입부의 일면에 배치되게 상기 노즐바디에 일체로 구비되고 상기 디퓨저부와 대응되어 상기 수소가스 유입부로 유입된 수소가스를 상기 디퓨저부로 분사하는 분사노즐;을 포함하되, 상기 매니폴드와 상기 노즐바디, 상기 분사노즐은 주재료인 스테인레스 분말과, 주결합제와, 부결합제와, 가소제와, 계면활성제를 혼합한 분말 소결 조성물을 이용하여 사출성형 및 고온 소결하는 분말 소결에 의해 일체로 구성되며, 상기 노즐바디는 상기 분사노즐의 분사구멍의 직경을 가변시키기 위한 노즐경 가변 수단을 더욱 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 수소가스 유입구멍은 상기 수소가스 유입부의 하단에서 수직 방향으로 펀칭되어 가공되고, 상기 수소가스 유입부의 하단에는 상기 수소가스 유입구멍을 밀폐하기 위하여 오링이 결합된 밀폐캡이 체결될 수 있다.
상기 노즐경 가변수단이 상기 분사노즐은 외주면에 나사산이 형성되며 상기 분사구멍의 직경이 가변될 수 있도록 상기 분사노즐 둘레에 축방향으로 길게 형성된 복수의 절개부, 상기 분사노즐에 나사결합되고 상기 분사노즐에 조여지는 정도에 따라 상기 분사노즐의 절개부가 좁혀지도록 하여 상기 분사노즐의 분사구의 직경을 가변시키는 노즐캡, 상기 분사노즐에 조여진 상기 노즐캡이 상기 분사노즐로부터 풀리는 것을 방지하여 상기 노즐캡이 조여진 정도를 고정하기 위한 노즐캡 고정수단으로 이루어질 수 있다.
상기 노즐캡 고정수단은 상기 노즐캡의 외주면에 형성되는 다수의 래칫이, 상기 분사노즐의 근접한 일측에 배치되게 상기 노즐바디에 설치되고 상기 래칫이에 선단이 치합되는 래칫폴로 구성될 수 있다.
상기 매니폴드의 상기 연결부와 상기 수소가스 공급관은 원터치 방식의 연결 수단에 의해 체결될 수 있다.
상기 연결 수단은 상기 연결부의 외주면에 형성되는 복수의 걸림돌기, 상기 수소가스 공급관의 단부측 둘레에 회전 가능하게 체결되고 몸체 둘레에 상기 걸림돌기가 삽입되어 체결되는 ㄱ자 형상의 공극부를 갖는 조인트을 포함할 수 있다.
상기 연결 수단은 상기 조인트이 상기 수소가스 공급관에 회전 가능하게 체결되기 위하여 상기 수소가스 공급관의 단부측 둘레에 체결홈을 형성하고 상기 조인트의 일측 내면에 상기 체결홈에 체결되는 링형의 체결돌부를 형성하여 구성하며, 상기 조인트과 상기 수소가스 공급관의 체결부위에 상기 조인트가 상기 수소가스 공급관에 탄성적으로 체결되기 위한 탄성스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 조인트는 상기 공극부의 입구측의 일측에 상기 걸림돌기의 이탈을 방지하기 위한 걸림턱을 더욱 포함하되, 상기 공극부는 상기 탄성스프링이 수축되면서 상기 조인트가 전진될 때 상기 걸림돌기의 위치가 앞, 뒤로 이동될 수 있는 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 수소연료차용 이젝터에 의하면, 매니폴드, 노즐바디, 분사노즐이 분말 소결에 의해 일체로 제작되므로 부품수가 감소하고 제작 공정을 단축하여 생산성이 향상될 수 있고, 제조 비용이 절감될 수 있으며, 원터치 방식의 조인트를 구비하므로 수소가스 공급관과 매니폴드의 연결이 매우 용이하며, 분사노즐의 분사구멍의 직경을 가변시킬 수 있으므로 수소연료차의 배기량에 따라 서로 다른 직경의 분사구멍을 갖는 분사노즐을 제작할 필요가 없으며 이에 따라 단일 규격의 이젝터를 대형 및 소형의 수소 연료차 모두에 적용 및 사용할 수 있어 호환성이 향상될 수 있는 등의 효과가 있다.
도 1은 수소연료차의 연료전지 시스템의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 종래의 수소연료차용 이젝터의 구성을 나타낸 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터의 구성을 나타낸 분리 사시도.
도 4는 도 3의 결합 사시도.
도 5는 도 4의 단면도.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터의 매니폴드 및 노즐바디의 외관을 나타낸 정면도.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터의 매니폴드 및 노즐바디의 단면을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터의 분사노즐 및 노즐경 가변수단의 결합 상태를 나타낸 부분 확대 단면도.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터의 분사노즐의 분사구멍의 직경이 조절된 상태를 나타낸 부분 확대 단면도.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 연결수단의 구성을 나타낸 부분 확대 분리 사시도.
도 11 및 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 연결수단의 결합상태를 나타낸 부분 확대 사시도 및 부분 확대 단면도.
기타 실시 예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 한 실시 예에 따른 수소연료차용 이젝터에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터의 구성을 나타낸 분리 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 사시도이고, 도 5는 도 4의 단면도이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터는 도 3 내지 도 5와 같이 챔버(10), 결합판넬(20), 매니폴드(30), 노즐바디(40), 분사노즐(50), 노즐경 가변 수단(70), 연결 수단(80)을 포함한다.
챔버(10)는 직육면체 형태로 형성되고 일측에는 후술할 노즐바디(40) 및 매니폴드(30)가 체결되어 고정되기 위한 노즐바디 수용부(11)가 형성되어 있고, 노즐바디 수용부(11)의 일측에는 몸체의 길이 방향을 따라 대략 원통 형상으로 형성되되 내부 중앙에서 양측의 단부측으로 갈수록 단면적이 증가하는 디퓨저부(12)가 형성되어 있다.
그리고 챔버(10)는 수소연료차의 엔진룸 내에서 연료전지 스택의 일측에 고정되어 디퓨저부(12)가 연료전지 스택(미도시)에 연결되며, 디퓨저부(12)는 노즐바디 수용부(11)측에서 유입된 수소가스를 배출하여 연료전지 스택에 수소가스를 공급한다. 또한 챔버(10)의 상면에는 후술할 결합판넬(20), 매니폴드(30) 및 노즐바디(40)를 결합하기 위한 나사구멍(10a)이 다수 형성되어 있다.
결합판넬(20)은 챔버(10)의 나사구멍(10a) 중 일부에 대응되는 다수의 구멍(21)이 형성되어 있고, 상기 구멍(21) 및 나사구멍(10a)에 체결되는 볼트 또는 나사에 의해 챔버(10)에 결합된다. 그리고 상면의 일측에는 챔버(10)의 노즐바디 수용부(11)와 대응되고 후술할 노즐바디(40)가 노즐바디 수용부(11)에 삽입되기 위한 삽입구멍(22)이 형성되어 있다.
매니폴드(30)는 몸체(31)가 중공의 형태로 형성되고, 몸체(31)의 하측 둘레에는 챔버(10)의 노즐바디 수용부(11)의 상면에 형성된 나사구멍(10a)에 대응되는 복수의 구멍(32a)을 갖는 판상의 체결부(32)가 형성되어 있다.
그리고 몸체(31)의 일측에는 원통 형상으로 형성되고 수소 탱크(미도시)와 연결된 수소가스 공급관(90)과 연결되기 위한 연결부(33)가 형성되어 있고, 연결부(33)를 통해 수소가스가 몸체(31) 내부로 유입된다.
노즐바디(40)는 챔버(10)의 노즐바디 수용부(11)의 상면에 안착되기 위한 판상의 안착부(41)가 형성되어 있고, 상기 안착부(41)의 저면 좌, 우측에 수직으로 연장되는 복수의 수소가스 유입부(42)가 형성되어 있다. 수소가스 유입부(42)는 내측에 수직으로 관통되고 매니폴드(30)의 내측 및 챔버(10)의 디퓨저부(12)와 연통되는 수소가스 유입구멍(42a)이 형성되어 매니폴드(30)로 유입된 수소가스가 디퓨저부(12)로 분사되기 위한 통로를 형성한다.
분사노즐(50)은 디퓨저부(12)와 연통되는 수소가스 유입부(42)의 일면에 배치되게 노즐바디(40)에 일체로 구비되고, 노즐바디(40)가 챔버(10)의 노즐바디 수용부(11)에 체결된 상태에서 디퓨저부(12)와 대응되어 수소가스 유입부(42)로 유입된 수소가스를 디퓨저부(12)로 분사한다. 그리고 분사노즐(50)은 절두된 원뿔 형태로 형성되고 외주면에 나사산(50a)이 형성되어 있다.
여기서, 매니폴드(30)와 노즐바디(40), 분사노즐(50)은 주재료인 스테인레스 분말과, 주결합제와, 부결합제와, 가소제와, 계면활성제를 혼합한 분말 소결 조성물을 이용하여 사출성형 및 고온 소결하는 분말 소결에 의해 도 6 및 도 7과 같이 일체로 구성된다.
이때, 주결합제로는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 에틸렌비닐 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 부결합제로는 카나우바 왁스, 파라핀 왁스, 몬탄 왁스, 밀납 등의 왁스계가 사용될 수 있고, 가소제로는 DBP, DOP 등의 용액이 사용될 수 있으며, 계면활성제로는 스테아린산이나 올레익산 등이 사용될 수 있다. 분말 소결 과정은 통상의 분말 소결 과정을 따르므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
그리고 매니폴드(30)와 노즐바디(40), 분사노즐(50)을 일체화하는 과정에서 노즐바디(40)의 수소가스 유입부(42)에 형성되는 수소가스 유입구멍(42a)은 수소가스 유입부(42)의 하단에서 수직 방향으로 펀칭 가공되며, 수소가스 유입부(42)의 하단에는 수소가스 유입구멍(42a)을 밀폐하기 위하여 도 7과 같이 오링(62)이 결합된 밀폐캡(61)을 나사결합한다.
노즐경 가변수단(70)은 분사노즐(50)의 분사구멍(50a)의 직경을 가변시키기 위하여 노즐바디(40) 및 분사노즐(50)에 구비되며, 도 6, 도 8 및 도 9와 같이 분사노즐(50)의 분사구멍(50a)의 직경이 가변될 수 있도록 분사노즐(50) 둘레에 축방향으로 길게 형성된 복수의 절개부(51)와, 분사노즐(50)에 나사결합되고 분사노즐(50)에 조여지는 정도에 따라 분사노즐(50)의 절개부(51)가 좁혀지도록 하여 분사노즐(50)의 분사구의 직경을 가변시키는 노즐캡(71)과, 분사노즐(50)에 조여진 노즐캡(71)이 분사노즐(50)로부터 풀리는 것을 방지하여 노즐캡(71)이 조여진 정도를 고정하기 위한 노즐캡 고정수단(72)으로 구성된다.
노즐캡 고정수단(72)은 도 6과 같이 노즐캡(71)의 외주면 하부에 형성되는 다수의 래칫이(72a)와, 분사노즐(50)의 근접한 일측에 배치되게 수소가스 유입부(42) 일측에 설치되고 선단이 래칫이(72a)에 치합되어 노즐캡(71)이 풀림 방향으로 회전되는 것을 방지하는 래칫폴(72b)로 구성된다.
연결 수단(80)은 매니폴드(30)의 연결부(33)와 수소가스 공급관(90)을 연결하는 것으로 원터치 방식으로 구성되며, 도 10 내지 도 12와 같이 걸림돌기(81)와, 조인트(82), 탄성 스프링(83)으로 구성된다.
걸림돌기(81)는 연결부(33)의 외주면 둘레에 다수 형성되어 있다.
*조인트(82)은 수소가스 공급관(90)에 구성되는데, 수소가스 공급관(90)의 단부측 둘레에 회전 가능하게 체결되기 위하여 수소가스 공급관(90)의 단부측 둘레에 체결홈(90a)을 형성하고 조인트(82)의 일측 내면에 체결홈(90a)에 체결되는 링형의 체결돌부(82c)를 형성하여 구성한다. 이때, 체결홈(90a)의 폭은 체결돌부(82c)의 폭보다 넓게 형성된다.
그리고 조인트(82)는 몸체의 선단측 둘레에 걸림돌기(81)가 삽입되어 체결되는 전체적으로 ㄱ자 형상을 가지며 걸림돌기(81)가 삽입되는 삽입부(82a-1)와 삽입부(82a-1)에서 원주 방향으로 연장 형성되는 걸림부(82a-2)로 이루어진 공극부(82a)가 형성되되, 공극부(82a)는 탄성스프링(83)이 수축되면서 조인트(82)가 전진될 때 상기 걸림돌기(81)의 위치가 앞, 뒤로 이동될 수 있는 폭을 갖도록 형성된다.
이러한 구성의 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터는, 매니폴드(30)에 수소 탱크에 연결된 수소가스 공급관(90)을 원터치 방식으로 체결할 수 있다.
즉, 수소가스 공급관(90)의 선단에 체결된 조인트(82)를 잡고 전방으로 당겨서 전진시킨 상태로 공극부(82a)에 매니폴드(30)의 연결부(33)에 형성된 걸림돌기(81)를 공극부(82a)의 삽입부(82a-1)로 삽입한 후 조인트(82)를 약간 비틀면 걸림돌기(81)는 공극부(82a)의 걸림부(82a-2)에 걸림되고, 이때 조인트(82)를 놓으면 수축되었던 탄성 스프링(83)은 최초 상태로 인장되면서 조인트(82)가 후방으로 복귀되고, 걸림돌기(81)는 도 11과 같이 걸림턱(82b)에 지지되어 고정된다.
이와 같은 과정으로 수소가스 공급관(90)을 매니폴드(30)에 간편하게 체결할 수 있어 수소가스 공급관(90)과 매니폴드(30)의 연결 작업이 간편해질 수 있으며, 걸림돌기(81)가 조인트(82)의 걸림턱(82b)에 지지되어 고정되므로 걸림돌기(81)가 공극부(82a)에서 이탈되는 것이 방지되어 조인트(82)의 풀림 없이 수소가스 공급관(90)을 매니폴드(30)에 안전하게 연결할 수 있다.
한편 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터는 수소가스를 분사하는 분사노즐(50)의 직경을 조절할 수 있다.
즉, 노즐캡(71)을 분사노즐(50)에 끼운 후 도 8 및 도 9와 같이 점차 조이면, 노즐캡(71)이 분사노즐(50)에 조여지는 정도에 따라 분사노즐(50)에 형성된 절개부(51)의 간격이 좁혀지면서 분사노즐(50)의 분사구멍(50a)의 직경이 점차적으로 작아지면서 분사구멍(50a)의 직경이 조절된다.
그리고 노즐캡(71)이 분사노즐(50)에 조여지는 과정에서는 래칫폴(72b)이 래칫이(72a)의 경사진 면을 타고 넘게 되므로 노즐캡(71)이 자유롭게 조여질 수 있고, 노즐캡(71)의 조임 과정이 완료되면 래칫폴(72b)의 선단이 래칫이(72a)의 수직의 면에 대응되므로 노즐캡(71)의 조여진 상태가 고정하여 노즐캡(71)의 풀림을 방지한다.
따라서, 수소연료차의 배기량에 따라 서로 다른 직경의 분사구멍(50a)을 갖는 분사노즐(50)을 제작할 필요가 없으므로 단일 규격의 이젝터를 대형 및 소형의 수소연료차 모두에 적용 및 사용할 수 있어 이젝터의 호환성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 수소연료차용 이젝터는 매니폴드와 노즐바디가 분말 소결에 의해 일체로 구성되므로 부품수가 감소되고, 제작 공정의 일부가 생략될 수 있어 이젝터의 생산성이 향상되고, 제조 비용이 절감될 수 있다.

Claims (8)

  1. 내부에 수소가스가 배출되는 복수의 디퓨저부(12)를 형성하며 수소연료차량의 연료전지 스택에 연결되어 상기 디퓨저부(12)에서 배출되는 수소가스를 상기 연료전지 스택에 공급하기 위한 챔버(10)
    일측의 연결부(33)가 수소 탱크에 연결된 수소가스 공급관(90)과 연결되어 수소가스가 내부로 유입되는 중공의 매니폴드(30);
    상기 매니폴드(30)의 하측에 일체로 구성되어 상기 챔버(10)와 체결되며 상기 매니폴드(30) 및 상기 디퓨저부(12)와 연통되는 수소가스 유입구멍(42a)이 형성되어 상기 매니폴드(30)로 유입된 수소가스가 상기 디퓨저부(12)로 분사되기 위한 통로를 형성하는 복수의 수소가스 유입부(42)를 갖는 노즐바디(40);
    상기 디퓨저부(12)와 연통되는 상기 수소가스 유입부(42)의 일면에 배치되게 상기 노즐바디(40)에 일체로 구비되고 상기 디퓨저부(12)와 대응되어 상기 수소가스 유입부(42)로 유입된 수소가스를 상기 디퓨저부(12)로 분사하는 분사노즐(50);을 포함하되,
    상기 매니폴드(30)와 상기 노즐바디(40), 상기 분사노즐(50)은 주재료인 스테인레스 분말과, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 에틸렌비닐 아세테이트 중 어느 하나로 이루어진 주결합제와, 카나우바 왁스, 파라핀 왁스, 몬탄 왁스, 밀납 중 어느 하나로 이루어진 부결합제와, DBP, DOP 중 어느 하나로 이루어진 가소제와, 스테아린산, 올레익산 중 어느 하나로 이루어진 계면활성제를 혼합한 분말 소결 조성물을 이용하여 사출성형 및 고온 소결하는 분말 소결에 의해 일체로 구성되며,
    상기 노즐바디(40)는 상기 분사노즐(50)의 분사구멍(50a)의 직경을 가변시키기 위한 노즐경 가변 수단(70)을 더욱 구성하는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소가스 유입구멍(42a)은 상기 수소가스 유입부(42)의 하단에서 수직 방향으로 펀칭되어 가공되고,
    상기 수소가스 유입부(42)의 하단에는 상기 수소가스 유입구멍(42a)을 밀폐하기 위하여 오링(62)이 결합된 밀폐캡(61)이 체결되는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐경 가변수단(70)이
    상기 분사노즐(50)은 외주면에 나사산(50a)이 형성되며 상기 분사구멍(50a)의 직경이 가변될 수 있도록 상기 분사노즐(50) 둘레에 축방향으로 길게 형성된 복수의 절개부(51),
    상기 분사노즐(50)에 나사결합되고 상기 분사노즐(50)에 조여지는 정도에 따라 상기 분사노즐(50)의 절개부(51)가 좁혀지도록 하여 상기 분사노즐(50)의 분사구의 직경을 가변시키는 노즐캡(71),
    상기 분사노즐(50)에 조여진 상기 노즐캡(71)이 상기 분사노즐(50)로부터 풀리는 것을 방지하여 상기 노즐캡(71)이 조여진 정도를 고정하기 위한 노즐캡 고정수단(72)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노즐캡 고정수단(72)은
    상기 노즐캡(71)의 외주면에 형성되는 다수의 래칫이(72a),
    상기 분사노즐(50)의 근접한 일측에 배치되게 상기 노즐바디(40)에 설치되고 상기 래칫이(72a)에 선단이 치합되는 래칫폴(72b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매니폴드(30)의 상기 연결부(33)와 상기 수소가스 공급관(90)은 원터치 방식의 연결 수단(80)에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결 수단(80)은
    상기 연결부(33)의 외주면에 형성되는 복수의 걸림돌기(81),
    상기 수소가스 공급관(90)의 단부측 둘레에 회전 가능하게 체결되고 몸체 둘레에 상기 걸림돌기(81)가 삽입되어 체결되는 ㄱ자 형상의 공극부(82a)를 갖는 조인트(82)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결 수단(80)은
    상기 조인트(82)가 상기 수소가스 공급관(90)에 회전 가능하게 체결되기 위하여 상기 수소가스 공급관(90)의 단부측 둘레에 체결홈(90a)을 형성하고 상기 조인트(82)의 일측 내면에 상기 체결홈(90a)에 체결되는 링형의 체결돌부(82c)를 형성하여 구성하며,
    상기 조인트(82)과 상기 수소가스 공급관(90)의 체결부위에 상기 조인트(82)가 상기 수소가스 공급관(90)에 탄성적으로 체결되기 위한 탄성스프링(83)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조인트(82)은
    상기 공극부(82a)의 입구측의 일측에 상기 걸림돌기(81)의 이탈을 방지하기 위한 걸림턱(82b)을 더욱 포함하되,
    상기 공극부(82a)는 상기 탄성스프링(83)이 수축되면서 상기 조인트(82)이 전진될 때 상기 걸림돌기(81)의 위치가 앞, 뒤로 이동될 수 있는 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수소연료차용 이젝터.
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