KR102196113B1 - 잠수함 연료전지 산소 공급장치의 선체밸브세트용 유도구 - Google Patents

잠수함 연료전지 산소 공급장치의 선체밸브세트용 유도구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잠수함 연료전지용 산소 공급 시스템에서 산소탱크와 수급기를 연결하는 이중관 구조의 산소공급라인에 결합된 선체밸브세트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보상기의 교체 과정에서 선체밸브세트의 연결구에 누설가스를 유도하는 유도구를 결합하여 보상기 교체 작업에 따른 이중 배관 구조에 의해 발생된 잔류 가스를 빠르고 정확하게 배출할 수 있도록 하는 잠수함 연료전지의 산소 공급 시스템용 선체밸브세트 결합용 유도구에 관한 것이다.

Description

잠수함 연료전지 산소 공급장치의 선체밸브세트용 유도구{FUEL CELL SYSTEM OF SUBMARINE }
본 발명은 잠수함 연료전지용 산소 공급 시스템에서 산소탱크와 수급기를 연결하는 이중관 구조의 산소공급라인에 결합된 선체밸브세트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보상기의 교체 과정에서 선체밸브세트의 연결구에 누설가스를 유도하는 유도구를 결합하여 보상기 교체 작업에 따른 이중 배관 구조에 의해 발생된 잔류 가스를 빠르고 정확하게 배출할 수 있도록 하는 잠수함 연료전지 산소 공급장치의 선체밸브세트용 유도구에 관한 것이다.
최근 군사용 디젤 잠수함의 작전수행 중 엔진 소음문제로 베터리를 이용해 모터기동을 하는데, 잠항 지속시간이 짧은 문제를 해결하기 위해 연료전지를 사용하고 잠수함 내 필요산소를 공급하기 위해 액체산소를 자체 저장하고 운행하는 연구 및 기술 개발이 이루어졌다. 즉, 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, 도 1에 도시된 바와같이 산소 수급기(H01), 제1 내지 제3 선체밸브(H03)(H04)(H05), 보상기(H06), 산소공급 차단밸브(H07), 산소배출 차단밸브(H09), 산소기체 충전용 밸브(H10), 산소액체 충전용 밸브(H11), 산소탱크(H12)로 구성된다.
산소탱크(H12)는, 잠수함 외부에서 별도의 공급라인을 통해 액체산소를 공급받아 저장하며, 이 공급라인(경로) 상에는 산소의 공급 과정에서 온도변화에 따른 응력을 보상하고, 아울러 산소탱크(H12)와 선체에 진동이 전달되는 것을 막고 시스템의 손상 및 고장을 방지하기 위한 보상기(H06)가 구비되어 있다.
종래 보상기 교체 과정을 살펴보면, 먼저 배관절단 작업을 수행하고 연속해서 배관단면 연삭 작업을 수행한 후, 배관내 먼지세척 작업을 수행하고, 이어서 용접가스 주입 과정을 수행한다. 이후 비파괴검사 및 압력시험 그리고 누설시험 의 순서로 작업을 진행하게 된다.
한편, 산소공급라인을 살펴보면, 선체밸브(H03-04-05)부터 산소탱크(H12)까지 연결되는 것이며, 통상 이중 배관의 구조로 내조는 산소가 흐르는 배관이고, 외조는 누설된 산소를 특정한 곳(산소탱크)으로 유도하는 배관이다. 그리고, H06은 보상기로 이중관 구조로 이루어져 있다.
상기와 같이 산소공급라인을 따라 설치되는 보상기(H06)를 교체하려면 외조(이중관)을 덮개형식으로 절단해 분리하고 내조를 절단한 후 제거한다.
이때, 신품의 보상기(H06)를 교체하기 위해 내조를 먼저 용접하고 내조에 대해 검사를 실시해야 하는데, 이를 위해서는 내조 배관 절단 및 용접을 위한 연결부 연삭(베벨링)을 실시한 후 배관 내부를 질소가스를 이용해 잔유물(배관 연삭시 발생한 쇠가루등, 용접시 발생하는 용접 슬러지 등)을 배관 밖으로 배출해야 한다.
하지만, 수급수(H01) 방향에서 질소가스를 내조에 불어 넣게 되면 불순물은 보상기(H06)절단된 곳으로 배출되고, 질소가스를 보상기(H06)부터 산소탱크의 밸브(H10, H11)쪽으로 불어 넣게 되면 배관내 잔유 불순물은 산소탱크 내부로 유입되므로 불순물 제거작업이 불가하게 되는 문제점이 있다.
그리고, 가스주입은 작업절차상 배관내 먼지세척, 용접가스 주입, 압력시험 및 기밀시험을 진행하기 위함인데, 도 1에 도시된 바와같이 잠수함 외부의 수급구(H01)로 가스를 주입하거나, 잠수함 내부 선체밸브(H05)에서 가스 주입이 가능하다. 또한 배관내 먼지세척이나 용접가스 주입은 교체해야 할 보상기(H06)의 한쪽에서 가스를 주입하고 반대쪽에서 배출해야 하는데, 가스주입 또는 배출은 수급구(H01)이나 선체밸브(H05)에서 가능하지만 보상기(H06)의 반대쪽에는 산소탱크(H12)가 있어 작업이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 산소공급라인으로부터 밸브를 분리시켜 배출시킬 수 있지만 이때, 밸브를 산소공급라인과 분리후 가스를 배출시킬 경우 산소공급라인을 이루는 배관은 양방향 흐름이 발생되어 산소탱크(H12)의 오염이 불가피 하게 발생되는 문제점이 있어왔다.
또한, 잠수함 내부는 밀폐공간인데 배관내 먼지세척용 가스나 용접용 가스의 배출로 잠수함 내부의 공기가 오염되어 공기 품질이 저하되는 문제점이 있어왔다.
다시말해, 보상기(H06) 교체시 발생되는 기존 문제점을 살펴보면 다음과 같다. 배관에 연결된 보상기(H06)을 교체하려면, 배관절단 -> 배관단면 연삭 -> 배관내 먼지세척 -> 용접가스 주입 -> 비파괴검사 -> 압력시험 및 누설시험 의 순서로 작업이 진행되며, 특히 보상기(H06)를 이루는 배관이 이중구조로 이루어져 있어, 상기 순서를 내부 배관(내조)에서 실시 한 후, 외부 배관(외조)에서 실시해야 하므로 2회 실시해야 하는 불편함이 있다.
한편, 가스주입은 작업절차상 배관내 먼지세척, 용접가스 주입, 압력시험 및 기밀시험을 진행하기 위함인데, 아래 그림에서 잠수함 외부의 수급구(H01)로 가스를 주입하거나, 잠수함 내부 선체밸브(H05)에서 가스 주입이 가능하다.
이 경우, 배관내 먼지세척이나 용접가스 주입은 교체해야 할 보상기(H06)의 한쪽에서 가스를 주입하고 반대쪽에서 배출해야 하는데, 가스주입 또는 배출은 수급구(H01)이나 선체밸브(H05)에서 가능하지만 보상기(H06)의 반대쪽에는 산소탱크가 있어 작업이 불가능하며, 이를 위해서는 밸브를 본체와 분리해 가스를 배출시켜야 하는 불편함이 있다.
다시말해, 밸브를 산소공급라인으로부터 분리후 가스를 배출시킬 경우 산소공급라인은 양방향 흐름이 발생되어 산소탱크(H12)의 오염이 불가피 하는 문제점이 있고, 또한 잠수함 내부는 밀폐공간인데 배관내 먼지세척용 가스나 용접용 가스의 배출로 잠수함 내부의 공기가 오염되는 문제점이 발생되고 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 잠수함 연료전지 시스템에 적용되는 보상기의 교체시 교체 안정성에 따른 기술적 한계 및 문제점을 해결하려는 발상에서, 잠수함 연료전지 시스템에 적용되는 보상기의 교체 과정에서 보상기 교체가 간편하고 정확하게 이루어질 수 있도록 하는 새로운 구조의 잠수함 연료전지 시스템을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 잠수함 연료전지 시스템에서의 보상기 교체 작업시 선체밸브세트의 연결구에 기존 밸브를 분리한 후 누설가스를 유도하는 유도구를 설치하여 보상기 교체작업이 빠르고 정확하게 이루어질 수 있도록 하는데 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, 산소 수급기, 제1 내지 제3 선체밸브가 각각 결합되도록 연결구를 갖는 선체밸브세트, 상기 선체밸브세트와 이중관 구조로 연결되는 보상기, 산소공급 차단밸브, 산소배출 차단밸브, 산소기체 충전용 밸브, 산소액체 충전용 밸브, 산소탱크가 이중관으로 연결되어 산소의 공급과 차단 및 배출 기능을 수행하게 되는 잠수함 연료전지의 산소 공급 시스템에 있어서, 상기 선체밸브세트에 구비되며 이중관이 결합되도록 형성된 내조 결합구와 외조 결합구 및 상기 내조 결합구의 외측과 외조 결합구의 내측 사이에서 외부로 연통된 주입로가 형성되도록 하고, 상기 연결구 중 적어도 하나에, 상기 주입로를 통해 외부 가스 주입이 가능한 유도구를 결합하며;
상기 유도구가,
상기 연결구에 결합되며 내측 중심에 내조와 연결되도록 중심안내홀이 형성되고 상단에 상기 중심안내홀을 개폐하는 결합캡이 구비되며 외측에 상기 연결구의 상단에 걸림되는 확장부가 형성된 본체와, 상기 확장부를 상기 본체에 고정하는 잠금구와, 상기 확장부에 형성되며 상기 주입로와 연통되도록 상하 관통된 연결공과, 상기 연결공에 결합되며 내측 중심에 상기 주입로와 연통하는 안내로가 형성되는 외조 가스주입구를 포함한다.
본 발명은 잠수함 연료전지의 산소 공급 시스템에 있어 보상기 교체에 적용되는 선체밸브세트 결합용 유도구를 제시한다.
상기와 같은 목적의 달성과 기술적 과제를 해결하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명은, 잠수함 연료전지 시스템에서의 보상기 교체 작업시 선체밸브세트에 적용되는 밸브를 별도의 유도구로 교체하여 보상기 교체작업이 빠르고 정확하게 이루어질 수 있도록 하는 장점이 있다.
즉, 선체밸브세트에 형성된 연결구에 유도구를 결합하여 유도구에 구비된 외부 주입구를 통해 보상기 교체를 위한 외부 가스가 간편하게 주입될 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 종래 잠수함 연료전지 시스템의 산소 공급라인을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잠수함 연료전지 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2에서 선체밸브세트를 도시한 분리 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 도 3의 측면도이다.
도 6은 도 5에서 "E-E"선을 절단한 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 2 내지 도 6의 도시에 의하여, 잠수함 연료전지의 산소 공급 시스템에 적용될 수 있도록 한 것으로, 산소 수급기(H01), 제1 내지 제3 선체밸브(H03)(H04)(H05)가 각각 결합되도록 연결구(S1)(S2)(S3)를 갖는 선체밸브세트(S), 상기 선체밸브세트(S)와 이중관 구조로 연결되는 보상기(H06), 산소공급 차단밸브(H07), 산소배출 차단밸브(H09), 산소기체 충전용 밸브(H10), 산소액체 충전용 밸브(H11), 산소탱크(H12)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기의 각 구성부품들은 내조(12)와 외조(14)를 갖는 이중관(L)으로 연결되어 내조(12)를 통해 산소를 공급하고 외조(14)를 통해 누설가스 등을 특정 장소로 안내하게 된다.
상기 선체밸브세트(S)에는, 이중관(L)이 결합되도록 일측에 내조 결합구(300)와 외조 결합구(400)가 돌출 형성되고, 또한 상기 내조 결합구(300)의 외측과 외조 결합구(400)의 내측 사이에서 외부로 연통된 주입로(500)가 형성된다.
즉, 상기 주입로(500)는, 일측이 내조 및 외조 결합구(300)(400) 사이에 위치되고 타측이 상기 연결구(S1)(S2)(S3)의 단부에 위치되어 연통 형성된다.
상기 연결구(S1)(S2)(S3)에는, 본 발명에 따른 유도구(G)가 결합되며, 상기 유도구(G)는, 일측에 상기 주입로(500)를 통해 외부 가스 주입이 가능하도록 외조 가스주입구(660)가 구비된다.
상기 유도구(G)는, 상기 선체밸브세트(S)의 연결구(S1)(S2)(S3)중 적어도 하나에 결합되는 본체(620)와, 상기 본체(600)를 연결구(S1)(S2)(S3)의 단부에 고정되도록 하는 잠금구(640)로 구성된다.
상기 본체(620)는, 상기 연결구(S1)(S2)(S3)에 결합되며 내측 중심에 내조와 연결되도록 중심안내홀(622)이 형성되고, 상단에 상기 중심안내홀(622)을 개폐하는 결합캡(624)이 구비되며, 외측에 상기 연결구의 상단에 걸림되는 확장부(626)가 형성된다.
상기 결합캡(624)은, 상기 본체(620)의 상단 나사부(625)에 나사 결합된다.
상기 잠금구(640)는, 상기 확장부(626)를 통과하여 해당되는 상기 연결구(S1)(S2)(S3)에 결합되어 상기 본체(620)를 상기 연결구(S1)(S2)(S3)에 고정하게 된다.
상기 확장부(626)는, 상기 연결구(S1)(S2)(S3)의 단부에 각각 밀착되는 것이며, 표면에 상기 주입로(500)와 연통되도록 상하 관통된 연결공(628)이 형성된다.
상기 연결공(628)에는 외조 가스주입구(660)가 결합되며, 상기 외조 가스주입구(660)는, 내측 중심에 상기 주입로(500)와 연통하는 안내로(662)가 형성된다.
도면중 부호 613, 614, 615는 가스켓으로 상호 결합시 기밀 작용을 하게 된다.
도면중 부호 900은, 압력조절밸브의 형태이며, 초저온 액체가 상온에서 압력이 상승하게 되면 이를 체크하여 특정의 압력에서 분출할 수 있도록 하기 위한 것이다.
이상에서와 같이 구성되는 잠수함 연료전지의 산소 공급 시스템에 있어 보상기 교체에 적용되는 선체밸브세트 결합용 유도구를 통한 보상기 교체과정을 살펴보면 다음과 같다.
보상기(H06) 교체시 보상기(H06)와 연결된 이중관(L)을 분리시키게 되는데, 이때, 산소탱크(H12)와 연결된 이중관(L)은 폐쇄되도록 닫힘한다.
그런다음, 외조 가스주입구(660)를 통해 외부 가스가 주입되도록 하여 작업이 가능하도록 하면 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.
L: 이중관
12: 내조 14: 외조
300: 내조 결합구
400: 외조 결합구
500: 주입로
620: 본체
622: 중심안내홀 624: 캡
626: 확장부 628: 연결공
640: 잠금구
660: 외조 가스주입구
662: 안내로

Claims (2)

  1. 산소 수급기(H01), 제1 내지 제3 선체밸브(H03)(H04)(H05)가 각각 결합되도록 연결구(S1)(S2)(S3)를 갖는 선체밸브세트(S), 상기 선체밸브세트(S)와 이중관 구조로 연결되는 보상기(H06), 산소공급 차단밸브(H07), 산소배출 차단밸브(H09), 산소기체 충전용 밸브(H10), 산소액체 충전용 밸브(H11), 산소탱크(H12)가 이중관 으로 연결되어 산소의 공급과 차단 및 배출 기능을 수행하게 되는 잠수함 연료전지 산소 공급장치에 있어서,
    상기 선체밸브세트(S)에 구비되며 상기 이중관이 결합되도록 형성된 내조 결합구와 외조 결합구 및 상기 내조 결합구의 외측과 외조 결합구의 내측 사이에서 외부로 연통된 주입로가 형성되도록 하고, 상기 연결구(S1)(S2)(S3) 중 적어도 하나에, 내조(12)와 연결되고 상기 주입로를 통해 외조에 외부 가스 주입이 가능한 유도구(G)가 결합되도록 하며;
    상기 유도구(G)는,
    상기 연결구에 결합되며 내측 중심에 내조와 연결되도록 중심안내홀이 형성되고 상단에 상기 중심안내홀(622)을 개폐하는 결합캡(624)이 구비되며 외측에 상기 연결구의 상단에 걸림되는 확장부(626)가 형성된 본체(620)와,
    상기 확장부(626)를 상기 본체(620)에 고정하는 잠금구(640)와,
    상기 확장부(626)에 형성되며 상기 주입로(500)와 연통되는 연결공(628)과,
    상기 연결공(628)에 결합되며 내측 중심에 상기 주입로(500)와 연통하는 안내로(662)가 형성되는 외조 가스주입구(660)로 이루어진 것을 적용함을 특징으로 하는 잠수함 연료전지 산소 공급장치의 선체밸브세트용 유도구.
  2. 삭제
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