KR102186614B1

KR102186614B1 - 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구

Info

Publication number: KR102186614B1
Application number: KR1020190052845A
Authority: KR
Inventors: 이덕재
Original assignee: 이덕재
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2020-12-04
Also published as: KR20200129214A

Abstract

본 발명은 산소탱크와 연결되는 수급구의 구조물 결합 과정에서 적정장소에 설치되는 기밀제를 통해 해수가 유입될 수 없도록 차단함은 물론 오링 압축시에도 안전하게 기밀 상태로 연결될 수 있도록 하는 해수 유입 차단을 위한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구에 관한 것이다.
본 발명은 잠수함 선체 외부에 위치되며 산소탱크로의 산소 공급을 위한 안내홀을 형성하는 연결구(100), 상기 연결구(100)의 내측 안내홀을 차단하는 마개(200), 상개 마개(200)에 슬라이드 걸림수단(300)을 통해 회전가능하게 결합되며 상기 연결구(100)에 조임 및 풀림 가능하게 결합되는 마개 조임부(400), 상기 마개(200)의 외측과 이에 접하는 상기 연결구(100)의 내측 접합면에 설치되는 기밀제(500)를 포함한다.

Description

해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구{OXYGEN TANK COLLECTOR FOR FUEL CELL SYSTEM OF SUBMARINE }

본 발명은 잠수함의 연료전지용 산소탱크 연결 수급구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산소탱크와 연결되는 수급구의 구조물 결합 과정에서 적정장소에 설치되는 기밀제를 통해 해수가 유입될 수 없도록 차단함은 물론 오링 압축시에도 안전하게 기밀 상태로 연결될 수 있도록 하는 해수 유입 차단을 위한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구에 관한 것이다.

최근 군사용 디젤 잠수함의 잠항 지속시간이 짧은 문제를 해결하기 위해 연료전지로 전력을 자체 생산하는 공기불요기관(무급기) 연료추진체계(AIP: Air Independent Propulsion system)의 연구 및 기술 개발이 이루어져 선체에 연료전지 시스템을 탑재함으로써 순항속도를 개선하고 고속항행 가능 시간을 증대 및 장기간 부상 없이 수중작전(잠행)이 가능한 잠수함을 도입하고 있다.

이러한 연료전지 시스템은 수소와 산소의 화학반응속도를 제어하여 수소가 가지고 있는 화학적 에너지로부터 직접 전기에너지를 생산하므로, 외부로부터 별도로 공기의 공급을 받지 않더라도 잠수함의 추진과 승조원의 생존에 필요로 하는 동력을 안정적으로 제공할 수 있다.

한편, 잠수함의 연료전지 시스템은 산소가 희박한 환경 특성상 전력생산 효율을 높이고 부피를 최소화하기 위해 밀도가 높은 액체산소를 산소탱크에 저장하고, 이를 연료전지에 공급하고 있다.

즉, 잠수함 외부에서 별도의 공급라인을 통해 액체산소를 공급받아 잠수함 내부의 산소탱크에 저장하며, 이 공급라인(경로) 상에는 산소의 공급 과정에서 산소 공급이 가능하도록 수급구가 구비되고, 상기 수급구는 산소 공급후 마개를 통해 폐쇄상태를 유지하도록 되어 있다.

종래의 수급기는, 잠수함 선체 외부에 위치되는 연결구와, 상기 연결구의 내측에 형성되며 산소를 안내하게 되는 안내홀을 차단하는 마개와, 상기 마개에 회전가능하게 결합되며 연결구에 풀림 가능하게 조임 결합되는 마개 조임부로 구성되어 있다.

조립과정에서는, 연결구에 마개를 끼우고 마개 조임부를 회전시키면 연결구에 마개가 안정되게 결합되며 결합상태를 유지하도록 되어 있다.

사용과정에서는, 마개 조임부를 회전시켜 연결구로부터 풀림시킨 후 연결구의 안내홀을 통해 산소를 공급시키도록 되어 있다.

기밀작용에서는, 연결구의 내측 안내홀과 이에 접하는 마개의 접촉부분에 기밀제를 제공하여 마개 조임부를 통한 조임시 마개의 단부 외측면이 연결구에 제공된 기밀제에 접하여 기밀 작용을 하도록 되어 있다.

기밀 작용을 위한 기밀제는, 오링이 적용되고 있으며 상기 오링은 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene) 오링이 제공되고 이는 초저온에 적합한 재질이기 때문이다.

다시말해, 금속류는 해수부식으로부터 저항력 및 강도가 높은 합금을 사용하고 있으며, 특히 액체산소와 접촉하는 연결구는 초저온에 적합한 재질을 선정해야 함에 따라 결과적으로 초저온에 적합한 재질인 PTFE 오링을 선정하여 왔었다.

상기 PTFE 오링은, 약 -200℃ 정도의 낮은 온도에서 안정성을 가지며 내마모성 내화학성(산, 알카리, 각종유기용매), 내부식성을 가지고 있으나, 탄성이 매우 약한 문제점이 있어 상온에서 압력에 의해 눌려진 PTFE 오링이 정상적으로 복원되지 못하는 문제점이 있다.

즉, 마개와 연결구가 조립되면 PTFE 오링은 압축 변형되면서 기밀을 유지하게 된다. 하지만 조임된 마개가 풀리거나, 잠수함 특성에 의해 외부에서 강한 충격에 의해 한쪽으로 응력이 집중되어 PTFE 오링에 압력이 가해지면 누설되는 문제점이 있어 결국 PTFE 오링을 통해 해수의 유입을 차단하는데 한계가 있다.

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.

KR 10-1747560 B1(2017.06.08) KR 10-2015-0088115 A(2015.07.31) KR 10-2013-0055189 A(2013.05.28)

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하면서 기존의 수급구가 지닌 기술적 한계 및 문제점을 해결하려는 발상에서, 잠수함 연료전지용 산소탱크 수급구에 포함되는 연결구에 해수가 접촉되는 것을 원천적으로 차단하여 해수 유입에 대한 안정성을 보장하는 효과를 도모할 수 있는 새로운 구조의 잠수함 연료전지용 수급구를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 수급구를 구성하는 것으로 잠수함 선체에 제공되는 연결구에 해수가 접촉되는 것을 완전 차단할 수 있는 수급구를 제공하는 데 있는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 수급구를 구성하는 각 부품의 연결 부분에 구비되어 틈새를 차단하게 되는 재료가 압축시에도 압축에 따른 액체 등이 발생되지 않도록 하여 산소 공급이 안정되게 이루어지도록 하는 잠수함 연료전지용 수급구를 제공하는 데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성 및 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 태양(aspect)에 따른 구체적 수단은, 잠수함 선체 외부에 위치되며 산소탱크로의 산소 공급을 위한 안내홀을 형성하는 연결구, 상기 연결구의 내측 안내홀을 차단하는 마개, 상개 마개에 슬라이드 걸림수단을 통해 회전가능하게 결합되며 상기 연결구에 조임 및 풀림 가능하게 결합되는 마개 조임부, 상기 마개와 이에 접하는 상기 연결구의 접합면에 설치되는 기밀제(500)를 제시한다.

상기 슬라이드 걸림수단은, 상기 마개에 둘레를 따라 형성된 라운드홈, 상기 마개 조임부의 내측에 둘레를 따라 형성된 라운드홈, 상기 라운드홈에 채워져 슬라이드 되는 복수의 회전볼, 상기 마개 조임부에 구비되어 상기 라운드홈으로 상기 회전볼이 채워지도록 안내하는 가이드홈 및 상기 가이드홈을 커버하는 덮개로 구성할 수 있다.

상기 마개와 상기 연결구가 접하는 상하 대응면을 기밀제(seal)로 처리하며 상기 기밀제는 초저온에 적합한 금속재질 또는 FKM 재질(불화 비닐리덴계 고무)의 오링을 적용할 수 있다.

상기와 같은 목적의 달성과 기술적 과제를 해결하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명의 실시 태양(aspect)은, 연결구에 마개 접촉시 상호 접하는 경사면과 수평면에 각각 오링을 제공하여 해수가 연결구의 내측으로 투입되는 것을 완전하게 차단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 오링의 소재를 FKM 오링이 적용되도록 하여 상호 접촉에 따른 압축시에도 오일등이 발생되지 않아 기밀 유지는 물론 산소와 화학적 안정되게 이루어질 수 있도록 하는 장점이 있다.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 잠수함 연료전지 시스템의 산소 공급라인을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수급구의 요부 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 3의 "C-C"선 종단면 분리도이다.
도 5는 도 4의 단면도에 마개 조임부를 분리시켜 도시한 종단면도이다.
도 6은 도 4의 분리 상태 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 예의 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

즉, 본 명세서에서 설시하는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.

그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.

본 발명은 도 1 내지 도 6의 도시에 의하여, 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구에 관한 것으로, 잠수함 선체 외부에 위치되며 산소탱크로의 산소 공급을 위한 안내홀을 형성하는 연결구(100)와, 상기 연결구(100)의 내측 안내홀을 차단하는 마개(200)와, 상개 마개(200)에 슬라이드 걸림수단(300)을 통해 회전가능하게 결합되며 상기 연결구(100)에 조임 및 풀림 가능하게 결합되는 마개 조임부(400)와, 상기 마개(200)의 외측과 이에 접하는 상기 연결구(100)의 내측 접합면에 설치되는 오링(500)을 포함하여 구성한다.

연결구(100)는, 잠수함 선체 외부에서 잠수함 산소탱크로 산소 공급을 안내하게 된다. 내측에 산소 공급을 위한 안내홀(110)이 형성되고, 상부 외측에 나사 결합을 위한 나선부(120)가 형성된다.

마개(200)는, 상기 연결구(100)의 안내홀(110)을 막아서 보호하는 것으로 산소 공급후 상기 안내홀(110)에 결합되어 해수가 안내홀(110)로 유입되는 것을 차단하게 된다.

마개 조임부(400)는, 중심에 상하 관통홀(430)이 형성되고, 상측에 슬라이드 걸림수단(300)이 구비되어 상기 마개(200)와의 결합시 자유회전 되면서 상기 마개(200)가 상기 안내홀(110)에 안정되게 결속 상태를 유지하도록 하게 되며, 하측에 내부에 상기 연결구(200)의 나선부(120)와 나사 결합되도록 나선부(420)가 형성된다.

슬라이드 걸림수단(300)은, 상기 마개(200)에 둘레를 따라 형성된 라운드홈(210)과, 상기 마개 조임부(400)의 내측에 둘레를 따라 형성된 라운드홈(410)과, 상기 라운드홈(410)에 채워져 슬라이드 되는 복수의 회전볼(310)과, 상기 마개 조임부(400)에 구비되어 상기 라운드홈(210)(410)으로 상기 회전볼(310)이 채워지도록 안내하는 가이드홈(320) 및 상기 가이드홈(320)을 커버하는 덮개(330)로 구성할 수 있다.

상기 마개(200)와 상기 연결구(100)가 접하는 대응면을 기밀제(seal)(500)로 처리함이 바람직 할 것이다.

기밀제(500)는, 금속재질 또는 초저온에 적합한 재질이 적용되며 본 발명에서는 FKM 재질(불화 비닐리덴계 고무)의 오링이 적용되도록 함이 바람직하고, 상기 마개(200)와 상기 연결구 서로 접하는 상하 대응면 및 외측 대응면에 제공된다.

오링(500a)는, 상기 마개(200)와 상기 연결구(100)의 상하로 접합시 서로 접하는 상하 대응면에 제공되고, 오링(500b)(500a)는, 상기 마개(200)의 결합구 외측 경사면과 상기 연결구(100)의 내측 경사면이 접하는 대응면에 상하로 제공된다.

오링(500a)은, 상기 마개(200)의 하측 대응면에 원주면을 따라 하향 개방되게 형성된 이탈방지홈(230)에 삽입되어 상기 연결구(200)의 대응면과 접하게 된다.

즉, 상기 이탈방지홈(230)에 오링(500a)을 삽입시킨 상태에서 상기 마개(200)가 연결구(100)와 조립되면 오링(500a)이 연결구(100)에 접하면서 누루는 압력을 통해 기밀작용을 하게 되어 틈새를 완전하게 차단할 수 있게 된다.

오링(500b)(500a)은, 상기 연결구(100)의 내측 안내홀(110)에 형성된 경사면에 중심방향으로 개방되게 형성된 이탈방지홈(130)(140)에 삽입되어 고정된다.

오링(500a)(500b)(500c)은, 내측에 공간을 갖는 중공부가 형성되어 압축력이 배가되도록 함이 가능할 것이다.

다른 예로서, 도 7에 도시된 바와같이 상기 마개(200)와 상하로 접하는 연결구(100)의 대응면에 가이드홈(240)을 형성하고, 상기 가이드홈(240)에 오링과 동일 소재의 패킹을 삽입시켜 패킹(500d)을 통해 기밀이 유지될 수 있도록 함이 가능할 것이다.

이상에서와 같이 구성되는 본 발명에 따른 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

액체 산소를 산소탱크에 공급하고자 하면, 마개 조임부(400)를 풀림방향으로 회전시킨다. 그러면 마개 조임부(400)가 마개(200)에 대해서는 회전볼(310)을 통해 수평으로 자유 회전되고 동시에 연결구(100)에 대해 나사 풀림 방향으로 회전되면서 상기 연결구(100)로부터 마개(200)를 들어올리게 되고 연속해서 나선부(120)(420)가 완전하게 풀림되면 연결구(100)로부터 마개(200)를 분리시킬 수 있게 된다. 이때 액체산소 주입기를 연결구(100)에 연결시켜 액체산소를 주입하면 된다.

액체산소 주입후 해수 유입을 차단하고자 하면, 마개(200)를 연결구(100)에 밀어넣고 마개 조임부(400)를 조임시킨다. 그러면 마개 조임부(400)가 슬라이드 걸림수단(300)을 통해 마개(200)에 대해 자유회전되고 동시에 연결구(100)에 나사결합되면서 상기 마개(200)를 연결구(100)의 내측홀(110)에 밀어넣게 된다. 이때 마개(200)의 결합구(250) 외측면은 오링(500b)(500c)에 슬라이드 접촉되고 동시에 오링(500a)이 탄성 압착되면서 상기 연결구(100)에 접하여 상기 마개(200)와 상기 연결구(100)의 접합면 틈새를 완전하게 차단하게 된다.

상기 오링(500a)은 압착과 동시에 마개(200)에 형성된 이탈방지홈(230)의 내부에 꽉찬 형태로 채워져 지속적이 탄성 복원력을 발생시키게 되고 이로 인하여 안정된 기밀 작용을 유지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백하다.

그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

10: 수급구
100: 연결구
110: 안내홀
130,140: 이탈방지홈
200: 마개
210: 라운드홈
230: 이탈방지홈 240: 가이드홈
300: 슬라이드 걸림수단
310: 회전볼
320: 가이드홈 330: 덮개
400: 마개 조임부
410: 라운드홈 420: 나선부
500: 기밀제
500a,500b,500c: 오링
500d: 패킹

Claims

잠수함 선체 외부에 위치되며 산소탱크로의 산소 공급을 위한 안내홀을 형성하는 연결구(100), 상기 연결구(100)의 내측 안내홀을 차단하는 마개(200), 상기 마개(200)에 슬라이드 걸림수단(300)을 통해 회전가능하게 결합되며 상기 연결구(100)에 조임 및 풀림 가능하게 결합되는 마개 조임부(400), 상기 마개(200)의 외측과 이에 접하는 상기 연결구(100)의 접합면에 설치되는 기밀제(500)를 포함하며;
상기 슬라이드 걸림수단(300)은,
상기 마개(200)에 둘레를 따라 형성된 라운드홈(210), 상기 마개 조임부(400)의 내측에 둘레를 따라 형성된 라운드홈(410), 상기 라운드홈(210)(410)에 채워져 슬라이드 되는 복수의 회전볼(310), 상기 마개 조임부(400)에 구비되어 상기 라운드홈(210)(410)으로 상기 회전볼(310)이 채워지도록 안내하는 가이드홈(320) 및 상기 가이드홈(320)을 커버하는 덮개(330)로 이루어지는 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구.
삭제
제1항에 있어서,
상기 마개(200)와 상기 연결구(100)가 접하는 상하 대응면을 기밀제(seal)로 처리하는 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구.
제3항에 있어서,
상기 연결구(100)와 상하로 접하는 마개(200)의 대응면에 원주면을 따라 상기 기밀제가 채워져 이탈이 방지되도록 하향 개방된 이탈방지홈(230)을 형성하는 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구.
제3항에 있어서,
상기 마개(200)와 상하로 접하는 상기 연결구(100)의 대응면에 원주면을 따라 상기 기밀제의 하단이 결합될 수 있도록 상향 개방된 가이드홈(240)을 형성하는 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기밀제가, 초저온에 적합한 금속재질 또는 FKM 재질(불화 비닐리덴계 고무)의 오링으로 이루어진 해수 유입 차단이 가능한 잠수함 연료전지용 산소탱크 연결 수급구.