WO2019124780A1 - 가스 분배 장치 - Google Patents

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WO2019124780A1
WO2019124780A1 PCT/KR2018/014512 KR2018014512W WO2019124780A1 WO 2019124780 A1 WO2019124780 A1 WO 2019124780A1 KR 2018014512 W KR2018014512 W KR 2018014512W WO 2019124780 A1 WO2019124780 A1 WO 2019124780A1
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gas
opening
hub
flow path
valve member
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PCT/KR2018/014512
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Inventor
심규정
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(주)두산 모빌리티 이노베이션
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a gas distribution device, and more particularly, to a gas distribution device capable of easily supplying a gas from a hydrogen tank to a fuel cell by opening a gas flow path by a simple insertion and pressing method.
  • Fuel cells are increasingly being used as a clean energy source with a high efficiency.
  • PEMFCs polymer electrolyte membrane fuel cells It operates at a relatively low temperature, has a short start-up time, and has fast response to load changes.
  • Polymer electrolyte fuel cells have high efficiency and high current density and power density. It is also less sensitive to changes in the pressure of the reactive gas (hydrogen and oxygen in the air) and can produce a wide range of outputs. For this reason, it can be applied to a variety of fields such as a power source for pollution-free vehicles, a self-generated power source, a mobile power source, and a military power source.
  • a fuel cell is a device that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen electrochemically to generate water.
  • the supplied hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons in the anode catalyst, and the separated hydrogen ions are passed through the electrolyte membrane And to the cathode.
  • oxygen in the air supplied to the cathode combines with electrons entered into the cathode through an external lead to generate water and generate electrical energy.
  • each unit cell includes a membrane electrode assembly (MEA).
  • MEA membrane electrode assembly
  • the membrane electrode assembly includes an anode electrode to which hydrogen is supplied to both sides of a polymer electrolyte membrane through which hydrogen ions are transferred, and a cathode Electrode.
  • a gas diffusion layer is disposed on the outside of the anode electrode including the catalyst layer and the cathode electrode, and a separator having the membrane electrode assembly, the reaction gas and the cooling water flow path formed thereon is sequentially stacked on the fuel cell stack.
  • a stable supply of hydrogen gas is an important operating element.
  • a plurality of fuel cells can be arranged in an actual vehicle or a dron, and a uniform supply of hydrogen gas, in which a constant pressure is maintained by each fuel cell, is required.
  • the hydrogen gas present in the gas tank is in a high pressure state.
  • a step-down pressure is required.
  • a pressure reducing valve is attached to the outlet of the gas tank to gradually reduce the pressure of the gas.
  • the discharge valve is separately connected to the pressure reducing valve to supply the decompressed hydrogen gas to each fuel cell.
  • the fastening structure between the conventional discharge valve and the hub for distributing the gas is complicated, and rapid connection and disconnection are limited.
  • the present invention has been made in order to solve the problems of the related art as described above, and it is an object of the present invention to provide a gas distributing apparatus which can open a gas passage by a simple insertion- Device.
  • a gas distribution apparatus comprising: a valve member connected to a gas tank, the valve member being provided to decompress and discharge gas flowing out of the gas tank; And a hub member provided to introduce the gas discharged through the valve member into the fuel cell.
  • the valve member may include a connector portion connected to the outlet of the gas tank, a pressure reducing portion connected to the connector portion and reducing the pressure of the gas flowing out from the gas tank, And the other end may be inserted into the hub member to open and close the gas supply from the pressure reducing portion to the hub member.
  • the hub member includes a body portion having an insertion space having a shape corresponding to the opening / closing portion on one side portion thereof, and a body portion disposed on the other side portion of the body portion, A link portion in which a hub flow path formed for allowing gas to flow into the fuel cell is disposed, and a pressing portion formed inside the insertion space so as to be capable of pressing the opening / closing portion.
  • the opening / closing part may include an inner flow path connected to the decompression part formed at one side and formed with a space for opening / closing, and a dispersing part connected to the inner flow path formed at the other side, And a valve body including a protrusion protruding toward the pressing portion of the hub member and having the dispersion flow path formed therein, and one end portion is disposed in the opening / closing space of the inner flow path, and the other end portion is disposed in the valve body And an elastic body disposed inside the inner flow path and elastically pressing the opening and closing bar in the direction of the pressing portion.
  • the valve body may further include a sealing member disposed on the outer surface of the valve body to prevent leakage of gas between the inner surface of the insertion space and the outer surface of the valve body.
  • valve member and the hub member are disposed between the valve member and the insertion-engaging surface of the hub member so as to be inserted into the valve member and the hub member to prevent gas leakage between the valve member and the hub member. As shown in FIG.
  • the operator merely inserts the valve member connected to the hydrogen tank into the hub member connected to the fuel tank, so that the opening / closing bar mounted on the valve member can easily open the gas passage by being pressed inside the press- .
  • the discharge valve is constructed in a simpler structure than the conventional discharge valve, connection and disconnection of the gas tank is easy, and the operator can stably distribute the decompressed gas by merely inserting. This makes it possible to reduce manufacturing cost and ease of operation.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a valve member in the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of a valve member mounted in a gas tank
  • FIG 3 is a view showing a connection state of a valve member and a hub member according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional front view of the hydrogen gas flow path opening according to the invention disclosed in FIG.
  • FIG. 5 is a side cross-sectional view of the hydrogen gas passage after opening the hydrogen gas passage disclosed in FIG.
  • FIG. 2 is a side view showing a valve member 30 mounted on a gas tank 20 and
  • FIG. 3 is a side view showing a valve member 30 and a hub member 30 according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional front view of the hydrogen gas passage opened to the invention disclosed in FIG. 3
  • FIG. 5 is a cross-sectional side view after opening the hydrogen gas passage according to the invention disclosed in FIG. 4 .
  • the gas distribution apparatus 10 of the present invention can be configured to include a valve member 30, a hub member 40, and a sealing member 50.
  • the valve member 30 is connected to the gas tank 20 and can be provided to discharge the gas discharged from the gas tank 20 by reducing the pressure.
  • the gas tank 20 may be a tank for storing hydrogen gas.
  • the valve member 30 may include a connector portion 38, a pressure-reducing portion 32, and an opening / closing portion 31.
  • the connector portion 38 may be connected to an outlet of the gas tank 20.
  • the gas tank 20 may be connected to the outlet of the gas tank 20 through a screw fastening structure or a bolt fastening structure, but the present invention is not limited thereto.
  • the depressurization unit 32 may be connected to the connector unit 38 and may be provided to depressurize the gas flowing out of the gas tank 20.
  • the internal structure of the pressure reducing portion 32 may be the same as the conventional internal structure of the pressure reducing valve.
  • the opening and closing part 31 is connected to the decompression part 32 and inserted into the insertion space 42 of the hub member 40 and may be provided to open and close the flow of gas.
  • the opening and closing part 31 may include a valve body 33, an elastic body 36, and an opening and closing bar 37 having an internal flow path 34 and a dispersion flow path 35 formed therein.
  • the valve body 33 may be generally cylindrical. One side of the valve body 33 can be connected to the decompression part 32 and the other side includes a protrusion 33a having a central part protruding in the other direction.
  • the protrusion 33a may be provided in a cylindrical shape.
  • the diameter of the projecting portion 33a may be smaller than the diameter of the body valve 33 connected to the pressure-reducing portion 32.
  • the valve body 33 may be inserted into the insertion space 42 formed in the hub member 40.
  • the internal passage 34 is connected to the pressure reducing portion 32 and may be disposed inside the valve body 33.
  • the internal passage 34 is a passage through which the decompressed hydrogen gas flows in the decompression portion 32.
  • the internal passage 34 includes a valve opening / closing space 39 extending radially from the other side of the valve body.
  • the dispersion channel 35 is formed in the protrusion 33a of the valve body 33 so as to communicate with the internal channel 34.
  • the dispersion channel 35 may be formed radially inside the protrusion 33a to disperse the gas in the radial direction. As shown in FIG. 1, a plurality of the dispersion channels 35 may be formed along the circumferential direction of the projection 33a.
  • the hydrogen gas flowing out of the dispersion flow path 35 flows into the hub flow path 43 of the hub member 40 which will be described later and can be supplied to the respective fuel cells 60 through the hub flow path 43.
  • the elastic body 36 may be disposed in the opening / closing space 39 inside the inner flow path 34.
  • the elastic body 36 according to the present invention may be a coil spring or a leaf spring. Needless to say, the elastic body 36 may be implemented in various forms as long as it can apply an elastic force to the opening / closing bar 37, which will be described later, in the other direction of the valve body 33.
  • the one end 37a of the opening and closing bar 37 is supported by the elastic body 36 and is disposed in the opening / closing space 39 of the internal flow path 34.
  • the other end 37b of the opening and closing bar 37 may extend in the longitudinal direction of the valve body 33 and pass through the valve body 33 through the dispersion flow path 35.
  • the diameter of the other end 37b of the opening and closing bar 37 may be smaller than the diameter of the one end 37a.
  • a through hole 33b through which the other end 37b of the opening and closing bar 37 can pass may be formed in the protrusion 33a of the valve body 33.
  • the hub member 40 is connected between the valve member 30 and the fuel cell 60 and may be provided to introduce the gas discharged through the valve member 30 into the fuel cell 60.
  • the hub member 40 may include a body portion 41, a link portion 44, and a pressing portion 45.
  • the body portion 41 may be generally cylindrical in shape and an insertion space 42 may be formed at one side of the body portion 41 in a shape corresponding to the valve member 30.
  • the insertion space 42 may include a protrusion receiving hole 46 in which the protrusion 33a of the valve member 33 is received in the center line direction of the insertion space 42.
  • the valve body 33 and the protrusion 33a can be inserted into the insertion space 42 of the hub member 40.
  • the insertion space 42 and the protrusion receiving hole 46 may be formed in a shape corresponding to the valve member 30 and the protrusion 33a, respectively.
  • the link portion 44 is disposed on the other side of the body portion 41.
  • the link portion 44 may be provided with a hub flow path 43 through which the gas discharged from the valve member 30 inserted into the insertion space 42 flows into the fuel cell 60.
  • the hub channel 43 may be connected to the protrusion receiving hole 46 of the insertion space 42.
  • the hub channel 43 may extend in the radial direction of the body portion 41.
  • the hub channel 43 may be formed corresponding to the number of fuel cells 60 to which hydrogen gas is supplied.
  • the plurality of hub channels 43 may be formed correspondingly.
  • the pushing part 45 may be arranged to press the opening and closing bar 37 in contact with the other end 37b of the opening and closing bar 37 inside the body part 41. [ As shown in FIGS. 4 and 5, the pressing portion 45 may be provided in a groove shape in which a part of the other end 37b of the opening and closing bar 37 can be received.
  • Another shape of the pressing portion 45 may be a protruding shape.
  • the other end 37b of the opening / closing bar 37 is positioned inside the through hole 33b, and the protrusion 33a of the valve body 33 is inserted into the insertion space of the body part 41 The projection of the pressing portion 45 is inserted into the through hole 33b and the other end 37b of the opening and closing portion 37 is pushed.
  • the one end portion 37a of the opening and closing bar 37 is disengaged from the contact surface of the opening and closing space 39 and the internal flow path 34 and the dispersion flow path 35 are opened.
  • opening and closing part 31 which is a part of the valve member 30 is inserted into the hub member 40 (exactly, the insertion space 42) May be inserted into the valve member (30).
  • the sealing member 50 may be disposed along the outer circumference of the valve body 33 to prevent leakage of gas between the inner surface of the insertion space 42 and the outer surface of the valve body 33 .
  • the sealing member 50 includes a first sealing member 51 disposed at a cylindrical portion of the valve body 33 and a second sealing member 53 disposed at the protruding portion 33a of the valve body 33, ≪ / RTI >
  • the first and second sealing members 51 and 53 may be O-rings, but are not limited thereto.
  • first and second sealing members 51 and 53 may be made of a material having an elastic force.
  • the first and second sealing members 51 and 53 may be formed of a polymer compound such as rubber, plastic, or the like.
  • the first sealing member 51 is pressed between the outer circumferential surface of the valve body 33 and the inner circumferential surface of the insertion space 42 of the hub member 40 so that the valve body 33 and the hub member 40, .
  • the second sealing member 53 is pressed between the outer circumferential surface of the protrusion 33a of the valve body 33 and the inner circumferential surface of the protrusion receiving hole 46 of the hub member 40, And the hub member 40 is press-coupled with the protrusion 33a. That is, the valve body 33 and the hub member 40 can maintain the coupling by the pressing force of the first and second sealing members 51 and 53.
  • valve member (30) and the hub member (40) can be easily engaged and disengaged.
  • FIG. 1 The construction of the present invention is the same as described above.
  • FIG. 4 the opening and closing method according to the above-described construction will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the connecting method may be a screw fastening method or a bolt fastening method, but other methods may be applied.
  • valve body 33 of the valve member 30 is inserted into the insertion space 42 of the hub member 40 so that the other end of the opening and closing bar 37 is connected to the inner end of the pushing part 45 Respectively.
  • the hydrogen gas discharged from the gas tank 20 is first reduced in pressure in the depressurizing portion 32 of the valve member 30 to flow toward the inner flow path 34 after being reduced to an appropriate hydraulic pressure.
  • the internal passage 34 and the dispersion passage 35 are opened by the movement of the opening and closing bar 37 so that the hydrogen gas flows from the internal passage 34 into the opening / Passes through the gap between the through hole (33b) and the opening / closing bar (37) through the through hole (39). And then flows through the dispersion flow path 35 and flows into the hub flow path 43.
  • the hydrogen gas is supplied to each of the fuel cells 60 connected to the hub channel 43.
  • the sealing member 50 is disposed between the outer surface of the valve body 33 and the inner surface of the insertion space 42, thereby preventing external leakage of the hydrogen gas.
  • the operator may slightly remove the valve body 33 from the insertion space 42.
  • the present invention can easily discharge the hydrogen gas from the gas tank 20 through the simple method as described above, and supply the hydrogen gas to each fuel cell 60, thereby reducing manufacturing cost and simplifying work.
  • the present invention relates to an apparatus for supplying hydrogen gas to a fuel cell mounted on a hydrogen tank, and is industrially applicable.

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Abstract

본 발명은 가스 분배 장치에 관한 것으로, 가스탱크에 연결되고, 상기 가스탱크로부터 유출되는 가스를 감압하여 토출하도록 제공되는 밸브부재 및 상기 밸브부재와 연료전지간에 연결되고, 상기 밸브부재를 통해 토출되는 가스를 상기 연료전지로 유입되도록 제공되는 허브부재를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 간단한 삽입 눌림 방식에 의해 가스 유로가 개방되어, 수소탱크로부터 연료전지로 가스를 간편하게 공급할 수 있는 효과가 있다.

Description

가스 분배 장치
본 발명은 가스 분배 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 간단한 삽입 눌림 방식에 의해 가스 유로가 개방되어, 수소탱크로부터 연료전지로 가스를 간편하게 공급할 수 있는 가스 분배 장치에 관한 것이다.
연료전지는 고효율의 청정 에너지원으로서 점차 그 사용 영역이 확대되어 가고 있으며, 여러 종류의 연료전지 중에서 특히 고분자 전해질(막) 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 다른 형태의 연료전지에 비해 비교적 낮은 온도에서 작동하고 시동시간이 짧으며 부하 변화에 대한 빠른 응답 특성을 가지고 있다.
또한 고분자 전해질 연료전지는 효율이 높고 전류밀도 및 출력밀도가 크다. 또한 반응가스(수소 및 공기 중 산소)의 압력 변화에 덜 민감하며 다양한 범위의 출력을 낼 수 있다. 이런 이유로 무공해 차량의 동력원, 자가 발전용, 이동용 및 군사용 전원 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
고분자 전해질막 연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 공급된 수소가 애노드의 촉매에서 수소이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질막을 통해 캐소드로 넘어가게 된다. 이때, 캐소드에 공급된 공기 중 산소는 외부 도선을 통해 캐소드로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.
한편, 실제 차량(Vehicle)이나 드론(Drone)에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 필요한 전위만큼 단위 셀을 적층하여야 하며, 이렇게 단위 셀을 적층한 것을 스택(또는 연료전지 스택)이라 한다. 1 개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약1.2V로서, 다수의 셀을 직렬로 적층하여 부하에 필요한 전력을 공급하고 있다. 각 단위 셀은 막전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)를 포함하며, 막전극 접합체에서 수소이온이 전달되는 고분자 전해질막을 사이에 두고 양측으로 수소가 공급되는 애노드 전극과 공기(산소)가 공급되는 캐소드 전극이 구비된다. 또한 촉매층을 포함하는 애노드 전극 및 캐소드 전극의 바깥쪽에는 가스 확산층이 배치되며, 이러한 막전극 접합체와 반응가스 및 냉각수 유로가 형성된 분리판을 순차적으로 적층한 것이 연료전지 스택이다.
이러한 연료전지의 운용에 있어서, 수소가스의 안정적인 공급은 중요한 운용요소이다. 특히 실제 차량이나 드론에서 연료전지는 복수개가 배치될 수 있으며, 각각의 연료전지로 일정 압력이 유지되는 수소가스의 균일한 공급이 요구된다.
통상 가스탱크 내부에 존재하는 수소가스는 고압상태에 있다. 실제 연료전지로 공급하기 위해서는 단계적 감압이 필요하고, 이를 위해 가스탱크의 배출구에 감압밸브를 장착하여 가스의 압력을 단계적으로 감압한다.
그리고 토출밸브를 별도로 감압밸브에 연결하여 각각의 연료전지로 감압된 수소가스를 공급하는데, 종래 토출밸브와 가스를 분배하는 허브(hub)간의 체결 구조는 복잡하여 신속한 연결 및 분리가 제한된다.
본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 삽입 눌림 방식에 의해 가스 유로가 개방되어, 수소탱크로부터 연료전지로 가스를 간편하게 공급할 수 있는 가스 분배 장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 가스 분배 장치에 관한 것으로, 가스탱크에 연결되고, 상기 가스탱크로부터 유출되는 가스를 감압하여 토출하도록 제공되는 밸브부재 및 상기 밸브부재와 연료전지간에 연결되고, 상기 밸브부재를 통해 토출되는 가스를 상기 연료전지로 유입되도록 제공되는 허브부재를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 밸브부재는, 상기 가스탱크의 유출구에 연결되는 커넥터부와 상기 커넥터부에 연결되고, 상기 가스탱크에서 유출되는 가스를 감압하는 감압부 및 일단은 상기 감압부에 연결되고, 타단은 상기 허브부재에 삽입되어 상기 감압부에서 상기 허브부재로의 가스 공급을 개폐하는 개폐부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 허브부재는, 일측부에 상기 개폐부에 대응되는 형상의 삽입공간이 형성된 바디부와 상기 바디부의 타측부에 배치되고, 상기 삽입공간에 삽입된 상기 밸브부재에서 토출되는 가스가 상기 연료전지로 유입되도록 형성된 허브유로가 배치된 링크부 및 상기 삽입공간의 내측에 상기 개폐부를 가압 가능하도록 형성된 누름부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 개폐부는, 일측에 형성된 상기 감압부에 연결되고 개폐공간이 형성된 내부유로와, 타측에 형성되어 상기 개폐공간을 통해 상기 내부유로와 연결되며 상기 허브유로와 연통된 분산유로와, 상기 허브부재의 상기 누름부를 향해 돌출되고 내부에 상기 분산유로가 형성된 돌출부를 포함하는 밸브바디와 일단부는 상기 내부유로의 상기 개폐공간에 배치되고, 타단부는 상기 누름부를 향해 상기 밸브바디를 관통하도록 배치된 개폐바 및 상기 내부유로의 내부에 배치되어 상기 개폐바를 상기 누름부 방향으로 탄성 가압하는 탄성체를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 삽입공간의 내면과 상기 밸브바디의 외면 사이에서 가스의 누설을 방지하도록, 상기 밸브바디의 외면에 배치되는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 밸브부재와 상기 허브부재는 서로 삽입 결합되도록 상기 밸브부재와 상기 허브부재의 삽입 결합면 사이에 배치되어 상기 밸브부재와 상기 허브부재 사이의 가스 누설을 방지하는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 작업자는 수소탱크에 연결된 밸브부재를 연료전지와 연결된 허브부재에 삽입하는 동작만으로, 밸브부재에 장착된 개폐바가 허브부재에 형성된 누름홈의 내부에서 눌림으로서 간단히 가스 유로를 개방할 수 있다.
또한 종래의 토출밸브보다 간단한 구조로 구성되어 있어, 가스탱크의 연결 및 분리가 쉽고, 작업자는 단순히 삽입하는 행위만으로도 감압된 가스의 안정적인 배분을 가능하게 한다. 이는 제작 단가 절감 및 작업 편리성을 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명 중 밸브부재를 나타낸 사시도.
도 2는 가스탱크에 장착된 밸브부재를 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명인 밸브부재와 허브부재의 연결상태를 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 게시된 발명에 대한 수소가스 유로 개방 전 측단면도.
도 5는 도 4에 게시된 발명에 대한 수소가스 유로 개방 후 측단면도.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 가스 분배 장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명 중 밸브부재(30)를 나타낸 사시도이고, 도 2는 가스탱크(20)에 장착된 밸브부재(30)를 나타낸 측면도이며, 도 3은 본 발명인 밸브부재(30)와 허브부재(40)의 연결상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 게시된 발명에 대한 수소가스 유로 개방 전 측단면도이며, 도 5는 도 4에 게시된 발명에 대한 수소가스 유로 개방 후 측단면도이다.
도1 내지 도5를 참고하면, 본 발명인 가스 분배 장치(10)는 밸브부재(30), 허브부재(40) 및 실링부재(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 밸브부재(30)는 가스탱크(20)에 연결되고, 가스탱크(20)로부터 유출되는 가스를 감압하여 토출하도록 제공될 수 있다. 상기 가스탱크(20)는 수소가스를 저장하는 탱크일 수 있다.
이러한 상기 밸브부재(30)는 커넥터부(38), 감압부(32) 및 개폐부(31)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 커넥터부(38)는 상기 가스탱크(20)의 배출구에 연결될 수 있다. 이때 상기 가스탱크(20)의 배출구에 나사 체결 구조 또는 볼트 체결 구조로 연결될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 상기 감압부(32)는 상기 커넥터부(38)에 연결되고, 상기 가스탱크(20)에서 유출되는 가스를 감압하도록 제공될 수 있다. 상기 감압부(32)의 내부구조는 종래 일반적인 감압밸브의 내부구조가 적용될 수 있다.
상기 개폐부(31)은 상기 감압부(32)에 연결되고, 상기 허브부재(40)의 삽입공간(42)에 삽입되며 가스의 유동을 개폐하도록 제공될 수 있다.
이러한 상기 개폐부(31)은 내부유로(34) 및 분산유로(35)가 형성된 밸브바디(33), 탄성체(36) 및 개폐바(37)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 밸브바디(33)는 대체로 원통형상으로 마련될 수 있다. 상기 밸브바디(33)의 일측은 상기 감압부(32)에 연결될 수 있으며, 타측은 중앙부가 타측방향으로 돌출된 돌출부(33a)를 포함한다. 상기 돌출부(33a)는 원통형상으로 마련될 수 있다. 상기 돌출부(33a)의 직경은 상기 감압부(32)에 연결된 상기 바디밸브(33)의 직경보다 작게 마련될 수 있다. 상기 밸브바디(33)는 상기 허브부재(40) 내부에 형성된 삽입공간(42)에 삽입될 수 있다.
상기 내부유로(34)는 상기 감압부(32)에 연결되며, 상기 밸브바디(33)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 내부유로(34)는 상기 감압부(32)에서 감압된 수소가스가 흐르는 유로이다. 상기 내부유로(34)는 상기 밸브 바디의 타측 부위에서 반경방향으로 확장된 개폐 공간(39)을 포함한다.
그리고 상기 분산유로(35)는 상기 밸브바디(33)의 상기 돌출부(33a)의 내부에 상기 내부유로(34)와 연통되도록 형성된다. 상기 분산유로(35)는 상기 돌출부(33a)의 내부에 반경방향으로 형성되어 가스를 반경방향으로 분산하도록 마련될 수 있다. 상기 분산유로(35)는 도1에 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(33a)의 원주방향을 따라 복수개가 형성될 수 있다. 상기 분산유로(35)에서 유출된 수소가스는 후술할, 상기 허브부재(40)의 허브유로(43)로 유입되어 허브유로(43)를 통해 각각의 연료전지(60)로 공급될 수 있다.
상기 탄성체(36)는 상기 내부유로(34)의 내부에서 상기 개폐 공간(39)에 배치될 수 있다. 본 발명에 적용되는 상기 탄성체(36)는 코일스프링 또는 판스프링일 수 있다. 상기 탄성체(36)는 후술할 개폐바(37)에 상기 밸브바디(33)의 타측방향으로의 탄성력을 가할 수 있는 한 다양한 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 개폐바(37)의 일단부(37a)는 상기 탄성체(36)에 의해 지지되며 상기 내부유로(34)의 개폐 공간(39)에 배치된다. 상기 개폐바(37)의 타단부(37b)는 상기 밸브바디(33)의 길이방향으로 연장되어 상기 분산유로(35)를 지나서 상기 밸브바디(33)를 관통하도록 마련될 수 있다. 상기 개폐바(37)의 타단부(37b)의 직경은 상기 일단부(37a)의 직경보다 작게 마련될 수 있다. 상기 밸브바디(33)의 상기 돌출부(33a) 내부에는 상기 개폐바(37)의 타단부(37b)가 관통될 수 있는 관통홀(33b)이 형성될 수 있다.
상기 허브부재(40)는 상기 밸브부재(30)와 연료전지(60)간에 연결되고, 상기 밸브부재(30)를 통해 토출되는 가스를 연료전지(60)로 유입되도록 제공될 수 있다.
이러한 상기 허브부재(40)는 바디부(41), 링크부(44) 및 누름부(45)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 바디부(41)는 전반적으로 원통 형상일 수 있으며, 일측부에는 상기 밸브부재(30)에 대응되는 형상으로 삽입공간(42)이 형성될 수 있다. 상기 삽입공간(42)은 상기 삽입공간(42)의 중앙선 방향에 위치하여 상기 밸브부재(33)의 상기 돌출부(33a)가 수용되는 돌출부 수용홀(46)을 포함할 수 있다. 이에 의해, 상기 허브부재(40)의 상기 삽입공간(42)에 상기 밸브바디(33) 및 상기 돌출부(33a)가 삽입될 수 있다. 상기 삽입공간(42) 및 상기 돌출부 수용홀(46)은, 각각 상기 밸브부재(30) 및 상기 돌출부(33a)가 수용 가능하도록 그에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 링크부(44)는 상기 바디부(41)의 타측부에 배치된다. 상기 링크부(44)에는 상기 삽입공간(42)에 삽입된 상기 밸브부재(30)에서 토출되는 가스가 상기 연료전지(60)로 유입되도록 형성된 허브유로(43)가 배치될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 허브유로(43)은 상기 삽입공간(42)의 상기 돌출부 수용홀(46)과 연결될 수 있다.
상기 허브유로(43)는 상기 바디부(41)의 반경방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 허브유로(43)는 수소가스를 공급하고자 하는 연료전지(60)의 개수에 대응하여 형성될 수 있다. 상기 연료전지(60)가 복수인 경우 그에 대응하여 상기 허브유로(43)도 상기 복수로 형성될 수 있다.
상기 누름부(45)은 상기 바디부(41) 내부에서 상기 개폐바(37)의 타단부(37b)와 접촉하여 상기 개폐바(37)를 누를 수 있도록 배치될 수 있다. 상기 누름부(45)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 개폐바(37)의 상기 타단부(37b)의 일부가 수용 가능한 홈(groove)형태로 마련될 수 있다.
상기 누름부(45)의 다른 형태는 돌기 형상일 수 있다. 이 경우 상기 개폐바(37)의 타단부(37b)는 상기 관통홀(33b)의 내부에 위치하게 되며, 상기 밸브바디(33)의 돌출부(33a)가 상기 바디부(41)의 삽입공간(42)으로 완전히 삽입될 때, 상기 누름부(45)의 돌기 형상이 상기 관통홀(33b)의 내부로 삽입되며 상기 개폐부(37)의 타단부(37b)를 밀게 된다.
이에 따라 상기 개폐바(37)의 일단부(37a)가 상기 개폐공간(39)의 접촉면에서 이탈되며, 상기 내부유로(34)와 상기 분산유로(35)를 개방하게 된다.
이상에서는, 밸브부재(30)의 일부인 개폐부(31)가 상기 허브부재(40) 내부(정확하게는 삽입공간(42))로 삽입되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 경우에 따라서는, 허브부재(40)를 밸브부재(30) 내부에 삽입하는 형태로 변경할 수도 있다.
다음, 상기 실링부재(50)는 상기 삽입공간(42)의 내면과 상기 밸브바디(33)의 외면 사이에서 가스의 누설을 방지하도록, 상기 밸브바디(33)의 외측둘레를 따라 배치될 수 있다.
이러한 상기 실링부재(50)는 상기 밸브바디(33)의 원통 부위에 배치되는 제1 실링부재(51)와 상기 밸브바디(33)의 상기 돌출부(33a)에 배치되는 제2 실링부재(53)로 구성될 수 있다. 상기 제1,2 실링부재(51,53)은O-링일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 제1, 2 실링부재(51, 53) 중 적어도 어느 하나는 탄성력을 갖는 재질로 마련될 수 있다. 일례로서, 상기 제1, 제2실링부재(51, 53)는 고무(rubber), 플라스틱 등의 고분자화합물로 마련될 수 있다.
상기 제1 실링부재(51)는 상기 밸브바디(33)의 외주면과 상기 허브부재(40)의 상기 삽입공간(42)의 내주면 사이에 압착되어 상기 밸브바디(33)와 상기 허브부재(40)를 압착 결합시킨다. 또한, 상기 제2 실링부재(53)는 상기 밸브바디(33)의 상기 돌출부(33a) 외주면과 상기 허브부재(40)의 상기 돌출부 수용홀(46) 내주면 사이에 압착되어 상기 밸브바디(33)의 상기 돌출부(33a)와 상기 허브부재(40)를 압착 결합시킨다. 즉, 상기 밸브바디(33)와 상기 허브부재(40)는 상기 제1 및 제2실링부재(51, 53)의 압착력에 의해 서로 결합을 유지할 수 있다.
이에 의해, 상기 밸브부재(30)와 상기 허브부재(40)를 용이하게 결합 및 결합해제 시킬 수 있다.
본 발명의 구성은 상기와 같으며, 이하에서는 상기 구성에 의한 개폐방식을 도 4 및 도 5를 참고하여 살펴보도록 한다.
우선 작업자는 가스탱크(20)에 상기 밸브부재(30)의 커넥터부(38)를 연결한다. 연결 방식은 나사 체결 방식 또는 볼트 체결 방식일 수 있으나, 다른 방식도 적용될 수 있다.
다음 작업자는 가스탱크(20)로부터 수소가스를 연료전지(60)로 공급하기 위해, 각각의 연료전지(60)와 링크부(44)로 연결된 상기 허브부재(40)에 상기 밸브부재(30)를 결합한다.
이를 위해 상기 밸브부재(30)의 밸브바디(33)를 상기 허브부재(40)의 삽입공간(42)에 끼우면, 상기 개폐바(37)의 타단부는 상기 누름부(45)의 내측 단부에 맞닿게 위치된다.
여기서 도 5에서와 같이 작업자가 상기 밸브바디(33)를 조금 더 강하게 상기 삽입공간(42) 내부로 밀어넣으면, 상기 개폐바(37)의 타단부(37b)가 상기 누름부(45)의 내측 단부에 의해 눌려져서 상기 개폐바(37)의 일단부(37a)가 상기 관통홀(33b)로부터 이격된다. 다시 설명하면, 상기 개폐바(37)의 일단부(37a)가 상기 개폐 공간(39) 내에서 상기 감압부(32) 방향으로 이동하면서, 상기 내부유로(34)와 상기 관통홀(33b)이 서로 연통된다. 또한, 상기 관통홀(33b)과 상기 개폐바(37)의 일단부(37a) 사이의 공간을 통해 상기 내부유로(34)와 상기 분산유로(35)가 서로 연통되어 상기 내부유로(34)의 가스가 상기 분산유로(35)를 통해 분사될 수 있게 된다.
가스탱크(20)에서 배출되는 수소가스는 우선 상기 밸브부재(30)의 감압부(32)에서 적정 유압으로 감압된 뒤에 상기 내부유로(34) 방향으로 흐르게 된다. 상기 내부유로(34)와 상기 분산유로(35)는 상기 개폐바(37)의 움직임에 의해 개방되어 있으므로, 도 5의 확대도에 도시된 것과 같이, 수소가스는 내부유로(34)에서 개폐공간(39)를 거쳐 관통홀(33b)와 개폐바(37)간의 이격 간격을 통과하며 흐르게 된다. 이후 분산유로(35)를 통해 토출되며, 상기 허브유로(43)로 유동하게 된다.
그리고 상기 허브유로(43)와 연결된 각각의 연료전지(60)로 수소가스를 공급하게 된다.
이때 상기 밸브바디(33)의 외면과 상기 삽입공간(42)의 내면 사이에는 상기 실링부재(50)가 배치되어 있어, 수소가스의 외부 누설을 방지할 수 있다.
그리고 가스탱크(20)를 교환하거나 또는 수소 공급을 중단하고 싶으면, 작업자는 상기 밸브바디(33)를 상기 삽입공간(42)에서 살짝 빼면 된다.
이때 상기 탄성체(36)의 복원력이 발생하여 상기 개폐바(37)가 상기 누름부(45) 방향으로 밀리면서, 상기 개폐바(37)의 상기 일단부(37a)가 상기 관통홀(33b)에 밀착된다. 이에 의해, 상기 내부유로(34)와 상기 분산유로(35)간의 연결이 서로 차단되어 연료전지로의 가스 공급이 차단된다.
본 발명은 상기와 같은 간단한 방식을 통해 가스탱크(20)로부터 수소가스를 간편하게 배출시켜 각각의 연료전지(60)로 공급할 수 있어, 제작 단가 절감 및 작업 간편성을 도출할 수 있다.
이상의 사항은 가스 분배 장치의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
본 발명은 수소탱크에 장착되어 연료전지로 수소가스를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (6)

  1. 가스탱크에 연결되고, 상기 가스탱크로부터 유출되는 가스를 감압하여 토출하도록 제공되는 밸브부재; 및
    상기 밸브부재와 연료전지간에 연결되고, 상기 밸브부재를 통해 토출되는 가스를 상기 연료전지로 유입되도록 제공되는 허브부재;
    를 포함하는 가스 분배 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브부재는,
    상기 가스탱크의 유출구에 연결되는 커넥터부;
    상기 커넥터부에 연결되고, 상기 가스탱크에서 유출되는 가스를 감압하는 감압부; 및
    일단은 상기 감압부에 연결되고, 타단은 상기 허브부재에 삽입되어 상기 감압부에서 상기 허브부재로의 가스 공급을 개폐하는 개폐부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 허브부재는,
    일측부에 상기 개폐부에 대응되는 형상의 삽입공간이 형성된 바디부;
    상기 바디부의 타측부에 배치되고, 상기 삽입공간에 삽입된 상기 밸브부재에서 토출되는 가스가 상기 연료전지로 유입되도록 형성된 허브유로가 배치된 링크부; 및
    상기 삽입공간의 내측에 상기 개폐부를 가압 가능하도록 형성된 누름부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개폐부는,
    일측에 형성된 상기 감압부에 연결되고 개폐공간이 형성된 내부유로와, 타측에 형성되어 상기 개폐공간을 통해 상기 내부유로와 연결되며 상기 허브유로와 연통된 분산유로와, 상기 허브부재의 상기 누름부를 향해 돌출되고 내부에 상기 분산유로가 형성된 돌출부를 포함하는 밸브바디;
    일단부는 상기 내부유로의 상기 개폐공간에 배치되고, 타단부는 상기 누름부를 향해 상기 밸브바디를 관통하도록 배치된 개폐바; 및
    상기 내부유로의 내부에 배치되어 상기 개폐바를 상기 누름부 방향으로 탄성 가압하는 탄성체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 삽입공간의 내면과 상기 밸브바디의 외면 사이에서 가스의 누설을 방지하도록, 상기 밸브바디의 외면에 배치되는 실링부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밸브부재와 상기 허브부재는 서로 삽입 결합되도록 상기 밸브부재와 상기 허브부재의 삽입 결합면 사이에 배치되어 상기 밸브부재와 상기 허브부재 사이의 가스 누설을 방지하는 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
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