KR20200032314A - 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터에 관한 것으로서, 입구압력에 따른 출구압력의 영향을 적게 받으며, 구성 및 구조가 간단하면서도 내구성과 작동 안정성이 우수하고, 대유량의 수소를 안정적으로 공급할 수 있는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 가스가 유입되는 입구포트, 압력이 조절된 상태의 가스가 배출되는 출구포트, 및 상기 출구포트를 통해 외부와 연결되는 중압 챔버를 가지는 하우징; 상기 하우징 내에 승강 이동 가능하게 설치되며, 내부를 관통하도록 형성된 메인유로, 및 상기 하우징의 중압 챔버 내 가스의 압력이 작용하도록 된 압력작용부를 포함하고, 승강 이동함에 따라 상기 메인유로를 통해 상기 하우징의 입구포트와 중압 챔버 사이를 선택적으로 연통시키는 피스톤; 및 상기 하우징에 설치되어 상기 피스톤의 압력작용부를 중압 챔버의 반대쪽에서 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터가 개시된다.

Description

연료전지 시스템용 압력 레귤레이터{Pressure regulator for fuel cell system}
본 발명은 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소 탱크에서 공급되는 고압 수소의 압력을 조절하여 연료전지 스택에 공급하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터에 관한 것이다.
연료전지는 연료 가스와 산화제 가스를 전기화학적으로 반응시켜 연료가 가지고 있는 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 장치로서, 산업용 및 가정용, 차량용 전원으로 널리 이용되고 있고, 소형의 전기/전자제품이나 휴대기기의 전력을 공급하는 데에도 이용될 수 있다.
현재 차량용 연료전지로는 높은 전력밀도를 갖는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)가 많이 이용되고 있으며, 연료전지 차량에서 차량을 구동하는 모터와 각종 전기장치에 전력을 공급하는 동력원(전력원)으로 이용되고 있다.
이러한 고분자 전해질막 연료전지는 연료 가스로 수소를 사용하고, 산화제 가스로 산소 또는 산소가 포함된 공기를 사용한다.
연료전지는 연료 가스와 산화제 가스를 반응시켜 전기에너지를 생성하는 단위 셀(unit cell)을 포함하며, 통상적으로 출력 요구 수준을 충족시키기 위해 복수 개의 단위 셀을 적층 및 직렬로 연결하여 조립한 스택(stack) 형태로 사용되고 있다.
차량용 연료전지의 경우에도 높은 출력이 요구됨에 따라 전기에너지를 개별적으로 생성하는 단위 셀 수백 개를 스택 형태로 적층하여 그 요건을 충족시키고 있다.
한편, 차량에서 연료전지를 이용하여 전기에너지를 생성하는 연료전지 시스템은, 단위 셀들이 적층된 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료 가스인 수소를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제 가스인 공기를 공급하는 공기공급시스템, 및 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전 온도를 제어하는 냉각시스템 등을 포함한다.
통상의 차량용 연료전지 시스템에서는 수소 저장을 위해 압력 용기에 수소를 고압으로 압축하여 저장하는 방식을 채택하고 있고, 이에 연료공급시스템은 수소를 고압으로 저장할 수 있는 압력 용기를 포함한다.
또한, 수소 저장량 증대를 위해 압력 용기, 즉 수소 탱크에 저장되는 수소의 압력을 지속적으로 높이는 추세에 있고, 현재 최대사용압력(Maximum Allowable Working Pressure, MAWP)으로 875bar까지 수소를 충전할 수 있는 고압 수소 탱크가 일반적으로 적용되고 있다.
이에 따라 수소의 압력을 낮추어 연료전지 스택에 공급하는 압력 레귤레이터의 적용이 필요하고, 상기 압력 레귤레이터는 연료공급시스템에서 고압의 수소 탱크에 저장된 수소의 압력을 연료전지 시스템에서 사용 가능한 압력(약 5~20barg)으로 조절하여 공급하는 부품이다.
최근 연료전지 차량의 양산화가 진전됨에 따라 차량 출력의 증가가 요구되고 있는 만큼 수소 사용량 또한 증가하고 있고, 이에 따라 고 유량의 수소를 안정적으로 공급할 수 있으면서 우수한 내구성과 긴 수명을 가지는 압력 레귤레이터에 대한 요구가 증가하고 있다.
압력 레귤레이터에서 내부 리크 등의 오작동이 발생할 경우, 적정 수준을 초과하는 고압의 수소가 연료전지 시스템에 인가되면서 시스템 손상 및 차량 시동 정지가 발생할 수 있고, 릴리프 밸브가 작동하여 수소가 외부로 배출되므로 안전사고의 위험이 있게 되는바, 차량용으로 안정성과 내구성이 더욱 우수한 고압 레귤레이터가 요구되고 있다.
연료전지 시스템용 고압 레귤레이터와 관련된 선행기술문헌으로, 미국 특허 US 7,828,009(2010.11.09.) 및 한국 등록특허 제10-1808712호(2017.12.07.)를 들 수 있다.
이 중에서 미국 특허 US 7,828,009에 개시된 레귤레이터의 경우, 구성 및 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 정밀 가공이 필요한 부분이 많아 원가가 높을 수밖에 없고, 작동 안정성 및 내구성이 좋지 못한 단점을 가지고 있다.
특히, 하우징과 출구포트 사이를 피스톤이 왕복 운동하는 구조이나, 하우징과 출구포트가 나사산으로 결합되어 있어 동축도 유지가 어려워 작동 안정성에 불리하다.
또한, 고압이 인가되는 입구부의 면적이 피스톤이 압력을 받는 부분의 면적에 비해 상대적으로 커서 레귤레이터 입구압력에 따른 토출압력(출구압력)의 변동폭이 크고, 고압부와 중압챔버 사이에 습동기밀구조가 적용되어 장시간 작동시 내구성이 저하되는 단점이 있다(습동기밀부의 마모로 인해 내부리크 발생).
한국 등록특허 제10-1808712호에 개시된 고압 레귤레이터의 경우, 레귤레이터 입구부의 압력이 토출압력에 영향을 주지 않도록 밸런스홀을 적용하고 있으나, 그로 인해 밸런스홀 부분에 습동기밀구조를 적용하여야 하므로 장기간 작동시 내구성이 저하되는 단점이 있다(습동기밀부의 마모로 인해 내부 리크 발생).
또한, 내부 유로(오리피스)를 샤프트가 관통하는 구조로 되어 있고, 유로 단면적의 확보를 위해서는 오리피스의 크기를 증가시켜야 하므로 밸런스홀의 미적용시 입구압력에 의한 영향을 많이 받게 된다.
미국 특허 US 7828009(2010.11.09.) 한국 등록특허 제10-1808712호017.12.07.)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 입구압력에 따른 출구압력의 영향을 적게 받으며, 구성 및 구조가 간단하면서도 내구성과 작동 안정성이 우수하고, 대유량의 수소를 안정적으로 공급할 수 있는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 가스가 유입되는 입구포트, 압력이 조절된 상태의 가스가 배출되는 출구포트, 및 상기 출구포트를 통해 외부와 연결되는 중압 챔버를 가지는 하우징; 상기 하우징 내에 승강 이동 가능하게 설치되며, 내부를 관통하도록 형성된 메인유로, 및 상기 하우징의 중압 챔버 내 가스의 압력이 작용하도록 된 압력작용부를 포함하고, 승강 이동함에 따라 상기 메인유로를 통해 상기 하우징의 입구포트와 중압 챔버 사이를 선택적으로 연통시키는 피스톤; 및 상기 하우징에 설치되어 상기 피스톤의 압력작용부를 중압 챔버의 반대쪽에서 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터를 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터에 의하면, 입구압력에 따른 출구압력의 영향을 적게 받으며, 구성 및 구조가 간단하면서도 내구성과 작동 안정성이 우수하고, 대유량의 수소를 안정적으로 공급할 수 있다.
즉, 가스 유로에서의 고압 인가 면적 대비 중압과 대기압의 차압이 작용하는 압력작용부의 면적을 극대화하여 밸런스홀 없이 입구압력에 의한 토출압력(출구압력)의 영향을 최소화할 수 있고, 이로써 압력 레귤레이터에서 조절되는 토출압력의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 고압 습동기밀부가 없으므로 장시간 작동하여도 수소 누설의 가능성이 없고, 필라에 의해 피스톤의 회전을 막을 수 있으므로 피스톤의 폐쇄부와 시트의 오리피스홀 사이의 매칭 불량으로 인한 가스 리크를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압력 레귤레이터는 부품의 제작 및 조립이 용이하므로 제작시간을 줄일 수 있고, 낮은 가격으로 대량생산이 가능해진다.
특히, 스프링의 설치위치를 하우징 내부에서 하우징 외부로 변경하고, 특히 스프링 및 이를 지지하는 지지부재를 하우징 외부의 데드 볼륨에 위치시킴으로써, 전체 압력 레귤레이터의 높이 및 크기를 줄일 수 있고, 압력 레귤레이터의 원가를 높이는 가장 큰 요소인 하우징과 피스톤의 높이 및 크기를 축소하는 것이 가능해진다.
또한, 스프링이 하우징 외부에 설치되므로 종래에 비해 하우징 내부의 부피가 축소되므로 하우징 제작시 가공해야 하는 부분이 감소될 수 있고, 하우징의 외곽부를 간단히 주조나 단조 등의 방법으로 성형하여 제작할 수 있으므로 원가를 낮출 수 있게 된다.
또한, 스프링이나 스프링 시트, 지지부재 등이 하우징 외부에 설치되어 커버 조립 전에 외부에 노출되어 있으므로 이들 부품의 설치 및 조립 작업이 용이한 이점이 있고, 그로 인해 생산성이 높아질 수 있다.
아울러, 지지부재를 간단히 회전 조작하는 것만으로 스프링의 힘을 원하는 수준으로 적절히 조절할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터의 내부 구성을 보여주는 단면도로서, 작동 상태를 구분하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터에서 일부 구성을 절개하여 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터에서 피스톤을 도시한 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 레귤레이터를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 연료전지 시스템에서 수소의 압력을 조절하여 연료전지 스택에 공급하는 압력 레귤레이터에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 입구압력에 따른 출구압력의 영향을 적게 받으며, 구성 및 구조가 간단하면서도 내구성과 작동 안정성이 우수하고, 대유량의 수소를 안정적으로 공급할 수 있는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 압력 레귤레이터는 연료공급시스템에서 수소 탱크로부터 공급되는 수소의 압력을 조절해주는 것으로서, 연료 가스인 고압 수소의 압력을 연료전지 시스템에서 사용 가능한 압력으로 조절하는 고압 레귤레이터로 이용될 수 있는 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터의 구성에 대해 상술하기로 한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터의 내부구성을 보여주는 단면도로서, 작동 상태를 구분하여 나타낸 도면이며, 도 1은 닫힘 상태를, 도 2는 열림 상태를 나타내고 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터에서 일부 구성을 절개하여 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터에서 피스톤을 도시한 절개 사시도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터(100)는 내부공간을 가지는 중공형의 하우징(110)을 포함하고, 상기 하우징(110)은 가스가 유입되는 입구포트(101), 압력이 조절된 상태의 가스가 배출되는 출구포트(103,105), 및 상기 출구포트(103,105)를 통해 외부와 연결되는 중압 챔버(C2)를 가진다.
좀더 상세히 설명하면, 상기 하우징(110)의 내부공간에는 피스톤(130)이 상하로 승강 이동 가능하게 삽입되어 설치된다.
여기서, 피스톤(130)은 후술하는 바와 같이 하우징(110)의 중압 챔버(C2) 내 가스의 압력이 작용하도록 된 압력작용부(132)를 포함하고, 승강 이동함에 따라 내부에 관통 형성된 메인유로(133)를 통해 상기 하우징(110)의 입구포트(101)와 중압 챔버(C2) 사이를 선택적으로 연통시키게 된다.
또한, 하우징(110)의 일측, 예컨대 하우징(110)의 하단부에는 가스, 즉 연료인 수소가 유입되는 입구포트(101)가 형성되고, 하우징(110)의 타측, 예컨대 하우징(110)의 상부에는 피스톤(130)의 메인유로(133) 및 하우징(110) 내부공간을 통과한 가스가 수평 방향으로 배출되도록 수평의 출구 경로를 가지는 제1 출구포트(103)가 형성된다.
이때, 제1 출구포트(103)는 예시한 바와 같이 하우징(110)의 상부 측면을 관통하여 형성된 홀(104)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 3에는 단수의 제1 출구포트(103)가 도시되어 있으나, 제1 출구포트(103)는 복수 개로 설치될 수도 있다.
본 발명에 따른 압력 레귤레이터(100)에서 피스톤(130)은 가스 압력에 의해 상하로 승강 이동함에 따라 하우징(110)의 입구포트(101)를 선택적으로 개폐하게 된다.
하우징(110)의 상단부에는 내부공간을 밀폐하는 캡(120)이 고정 설치되고, 이 캡(120)에는 상하로 관통하는 홀(106)을 형성하여서 구성되는 제2 출구포트(105)가 구비될 수 있다.
상기 캡(120)은 하우징(110) 내 중압 챔버(C2)를 밀폐하는 부품이며, 상기 하우징(110)에 형성된 제1 출구포트(103) 및 상기 캡(120)에 형성된 제2 출구포트(105)가 모두 중압 챔버(C2)를 외부와 연결하는 출구포트가 된다.
또한, 하우징(110)은 상대적으로 큰 내경과 외경을 가지는 상측의 제1 실린더부(111)와, 상기 제1 실린더부(111)에 비해 상대적으로 작은 내경과 외경을 가지는 하측의 제2 실린더부(113)를 포함하고, 제1 실린더부(111)의 내부공간과 제2 실린더부(113)의 내부공간은 연통된 상태로 하우징(110) 내 하나의 내부공간을 형성한다.
이때, 하우징(110)의 입구포트(101)는 제2 실린더부(113)의 하단부를 상하로 길게 관통하도록 형성된 홀(102)을 포함한다.
이러한 제1 실린더부(111)의 측면에 제1 출구포트(103)가 형성되고, 제1 실린더부(111)의 상단부에 캡(120)이 고정 설치된다.
상기 하우징(110)에서 제1 실린더부(111)의 내부공간이 제2 실린더부(113)의 내부공간에 비해 큰 용적을 가지므로, 제1 실린더부(111)의 내경과 외경이 각각 제2 실린더부(113)의 내경과 외경에 비해 상대적으로 크게 되어 있다.
이러한 구조에서 하우징(110)의 형상은 제1 실린더부(111)의 바닥부(112) 중앙으로부터 제2 실린더부(113)가 하방으로 길게 돌출되어 소정의 길이만큼 연장되어 있는 형상이 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터(100)에서 상기한 하우징(110)은 먼저 주조나 단조 등의 방법으로 원하는 형상을 갖도록 성형한 뒤, 성형 후 하우징 각 부위에 대해 목표로 하는 치수가 되도록 만들어주는 정밀 치수 가공을 하여 제조될 수 있다.
한편, 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)에는 제2 실린더부(113)의 주위를 감싸는 형태로 조립되는 커버(140)가 설치되고, 이 커버(140)는 내부공간을 가지는 통 형상을 가지는바, 상기 커버(140)의 내부공간이 하우징(110)의 하부인 제2 실린더부(113), 그리고 스프링(150)과 스프링 시트(153), 지지부재(151)가 넣어지는 스프링 챔버(C4)가 된다.
즉, 커버(140)의 내부공간인 스프링 챔버(C4)에는 제2 실린더부(113)가 위치되고, 상기 제2 실린더부(113)의 하단부 외주면에 지지부재(151)가 나사 체결되며, 이 지지부재(151) 역시 커버(140)의 내부공간에 위치된다.
상기 커버(140)는 하우징(110) 하부에 장착되어 내측에 위치한 필라(pillar)(160), 스프링(150), 스프링 시트(153), 지지부재(151) 등의 부품을 보호하게 된다.
상기 지지부재(151)는 링 형상, 보다 상세히는 내주면에 나사산(152)이 가공된 너트 형상으로 제작된다.
상기 커버(140)의 하부면에는 홀(141)이 형성되며, 이 홀(141)을 통해 제2 실린더부(113)에 형성된 입구포트(101)가 커버(140) 외부와 연결될 수 있도록 되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터(100)는 하우징(110)에 설치되어 피스톤(130)의 압력작용부(132)를 중압 챔버(C2)의 반대쪽에서 탄성 지지하는 스프링(150), 및 상기 스프링(150)에 의해 탄성 지지되도록 설치되고 피스톤(130)의 압력작용부(132)에 결합되어 스프링(150)과 피스톤(130)의 압력작용부(132) 사이에 힘을 전달하는 필라(160)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터(100)는 상기 스프링(150)과 필라(160) 사이에 설치되는 스프링 시트(153)를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성에서, 상기 스프링(150)이 하우징(110) 외부에 위치하도록 설치될 수 있고, 이때 필라(160)는 스프링(150)에 의해 탄성 지지된 상태로 하우징(110)을 관통하여 피스톤(130)의 압력작용부(132)에 결합될 수 있다.
이를 위해, 상기 하우징(110)에는 원주방향을 따라 등 간격으로 배치되는 복수 개의 관통홀(115)이 형성되고, 상기 각 관통홀(115)에 각각 필라(160)가 삽입된 상태로 상기 삽입된 각 필라(160)가 스프링 시트(153)와 피스톤(130)의 압력작용부(132) 사이에 개재된다.
상기와 같은 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면, 커버(140)의 내부공간에서 하우징(110)의 제2 실린더부(113)에는 그 주위에 위치하도록 스프링(150)이 설치되고, 이 스프링(150)의 상측으로는 역시 제2 실린더부(113)의 주위에 위치하도록 링 형상의 스프링 시트(153)가 설치된다.
상기 스프링(150)은 하우징(110)에 지지부재(151)를 매개로 설치된 상태에서 피스톤(130)의 압력작용부(132)를 중압 챔버(C2)의 반대쪽에서 탄성 지지하게 된다.
이때, 제2 실린더부(113)의 외측으로 배치되는 상기 스프링(150)은 하측의 지지부재(151)와 상측의 스프링 시트(153) 사이에 위치되며, 상기 스프링 시트(153)의 상측에는 제1 실린더부(111)의 내부공간으로 삽입되도록 설치된 필라(160)가 위치하고, 상기 스프링(150)이 스프링 시트(153)를 통해 필라(160)를 탄성 지지하는 구조로 되어 있다.
상기 지지부재(151)는 스프링(150)의 힘을 조절하기 위한 것으로, 지지부재(151)를 어느 한 방향으로 회전시키거나 그 반대 방향으로 회전시킴으로써 스프링(150)의 힘을 원하는 수준으로 적절히 조절할 수 있다.
이와 같이 하우징(110)에 지지부재(151)가 나사 체결되고, 지지부재(151)에 의해 스프링(150)이 지지되도록 설치되는데, 이로써 스프링(150)은 하우징(110) 내에 지지부재(151)를 매개로 지지되도록 설치되는 구성부라 할 수 있다.
상기 커버(140)의 내부공간은 가스(연료인 수소 가스)에 의한 고압이 형성되지 않는 대기압 공간으로서, 하우징(110) 하부에는 하우징(110) 내부와 외부 사이를 공기 출입이 가능하도록 연통시키는 연통유로(114)가 관통 형성된다.
특히, 상기 연통유로(114)는 제1 실린더부(111)에 관통 형성되는 것으로서, 하우징(110)의 내부공간 중에서도 후술하는 피스톤(130)의 압력작용부(132) 하측의 공간인 대기압 챔버(C3)와 하우징(110)의 외부공간 사이를 연통시키도록 형성될 수 있다.
여기서, 연통유로(114)에 의해 대기압 챔버(C3)에 연통되는 상기 하우징(110)의 외부공간은, 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 대기압 공간인 커버(140)의 내부공간, 즉 스프링 챔버(C4)가 될 수 있다.
이를 위해 상기 연통유로(114)는 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)를 관통하도록 형성될 수 있고, 이로써 연통유로(114)는 피스톤(130)이 위치한 제1 실린더부(111) 내부공간 중 대기압 챔버(C3)와, 하우징(110)의 외부공간이면서 스프링(150) 및 스프링 시트(153)가 위치한 공간인 상기 커버(140) 내부공간 사이를 연결하게 된다.
예시한 도면에는 하나의 연통유로(114)가 형성되어 있으나, 필요에 따라 제1 실린더의 바닥부(112)에 복수 개의 연통유로(114)가 형성될 수 있고, 본 발명에서 연통유로(114)의 개수를 특정하게 한정하지는 않는다.
도 1 내지 도 3의 실시예에서는 스프링(150)과 스프링 시트(153)가 하우징(110)의 외부공간, 특히 하우징(110)의 제2 실린더부(113) 바깥쪽 주위에 배치되고, 이때 스프링(150)을 지지하는 지지부재(151)가 제2 실린더부(113)의 하단부 외주면에 나사 체결되어 조립되므로, 고압 유로부의 데드 볼륨에 스프링(150)과 지지부재(151)가 위치되면서 전체 압력 레귤레이터(100)의 높이 및 크기를 줄일 수 있고, 압력 레귤레이터(100)의 원가를 높이는 가장 큰 요소인 하우징(110)과 피스톤(130)의 높이 및 크기를 축소하는 것이 가능해진다.
또한, 스프링(150)이 하우징(110) 외부에 설치되므로 종래에 비해 하우징 내부의 부피가 축소되므로 하우징 제작시 가공해야 하는 부분이 감소될 수 있고, 하우징(110)의 외곽부를 간단히 주조나 단조 등의 방법으로 성형하여 제작할 수 있으므로 원가를 낮출 수 있게 된다.
또한, 상기한 구성에서는 스프링(150)이나 스프링 시트(153), 지지부재(151) 등이 커버(140) 조립 전에 모두 외부에 노출되어 있으므로 조립 작업이 용이한 이점이 있게 된다.
특히, 본 발명에 따른 압력 레귤레이터(100)는 공지의 압력 레귤레이터(100)에 비해 구성이 간단하여 부품 수가 적을 뿐만 아니라, 토크가 발생하는 부품인 스프링(150) 및 지지부재(151)가 모두 압력 레귤레이터(100)의 외부에 노출되어 있어 조립공정이 간편해질 수 있고, 그로 인해 생산성이 높아질 수 있다.
한편, 필라(160)는 스프링 시트(153)를 개재한 상태로 스프링(150)에 의해 탄성 지지되도록 설치되고, 이때 필라(160)가 하우징(110)을 관통하여 하우징(110) 내부공간과 외부공간에 걸쳐서 배치되도록 설치된다.
즉, 필라(160)는 하우징(110)을 관통하여 하우징(110) 내부공간에 위치되는 피스톤(130)과, 하우징(110) 외부공간(커버 내부공간)에 위치되는 스프링(150) 사이에 설치되는 것으로서, 스프링(150)의 힘을 스프링 시트(153)를 통해 전달받아 피스톤(130)에 전달 및 작용시키는 부품이다.
본 발명의 실시예에서, 하우징(110)에 복수 개의 필라(160)가 원주방향을 따라 정해진 간격을 두고 배치되도록 설치될 수 있고, 바람직하게는 복수 개의 필라(160)가 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다.
이때, 필라(160)들은 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)를 관통하도록 설치될 수 있는데, 이를 위해 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)에는 각 필라 설치위치마다 관통홀(115)이 형성된다.
상기 관통홀(115)은 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)에 제2 실린더부(113)를 중심으로 하여 원주방향을 따라 등 간격으로 위치하도록 형성될 수 있고, 필라(160)가 각 관통홀(115)에 하나씩 삽입된 상태로 스프링 시트(153)와 피스톤(130) 사이에 개재된다.
이로써, 복수 개의 필라(160)가 원주방향을 따라 등 간격으로 배열된 상태로 피스톤(130)을 안정적으로 지지하게 되며, 복수 개의 필라(160)를 통해 스프링(150)의 힘이 피스톤(130) 전체에 원주방향을 따라 균일하게 작용될 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에서, 복수 개의 필라(160)가 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)를 관통하도록 설치되었을 때, 상기 복수 개의 필라(160)는 제2 실린더부(113)의 주위에 배치된다.
또한, 상기 복수 개의 필라(160)는 피스톤(130)의 압력작용부(132) 하면을 접촉하여 지지하도록 되어 있고, 이때 압력작용부(132) 하면에 각 필라 설치위치에 결합홈(136)이 형성된다.
상기 결합홈(136)은 피스톤(130)의 압력작용부(132) 하면에 원주방향을 따라 정해진 간격, 예로서 원주방향을 따라 등 간격으로 형성될 수 있고, 각 결합홈(136) 내측으로 필라(160) 상단부가 삽입되어 결합된다.
이와 같이 각 필라(160)가 피스톤(130)의 결합홈(136)에 삽입되어 결합됨으로써 상기 필라(160)들은 피스톤(130)이 회전되는 것을 방지하게 된다.
압력 레귤레이터(100)에서 피스톤(130)의 폐쇄부(137)와 하우징(110)측의 오리피스홀(171)은 선 접촉 또는 면 접촉에 의해 닫힘 상태의 기밀을 유지하게 되는데, 상기 폐쇄부(137)와 오리피스홀(171)의 가공 요철로 인해 양측의 접촉부분이 변형되어 서로 치합된 상태로 피스톤(130)이 회전하게 되면, 치합된 부분이 틀어지거나 변형되어 미세 리크가 발생할 수 있다
그러나, 본 발명에서는 결합홈(136)에 결합된 필라(160)에 의해 피스톤(130)의 회전이 방지되므로 상기의 이유로 인해 발생하는 미세 리크의 가능성이 최소화될 수 있다.
상기 오리피스홀(171)은 하우징(110)에서 입구포트(101)에 연결된 홀로서, 후술하는 바와 같이 하우징(110)의 제2 실린더부(113) 내에 설치된 시트(170)에 형성될 수 있다.
상기 피스톤(130)은 도 4에 나타낸 바와 같이 축부(131), 및 이 축부(131)를 중심으로 반경방향으로 확장된 디스크 형상을 가지도록 상기 축부(131)와 일체로 형성된 압력작용부(132)를 포함한다.
보다 상세하게는, 축부(131)는 피스톤(130)에서 압력작용부(132)의 중심 부분에 일체로 형성되는 것으로, 압력작용부(132)를 기준으로 상측으로 길게 연장된 부분인 제1 축부(131a)와, 상기 압력작용부(132)에서 제1 축부(131a)와는 반대측으로, 즉 하측으로 길게 연장된 부분인 제2 축부(131b)를 포함한다.
또한, 축부(131)는 길게 형성되어 하우징(110) 내부공간에 걸쳐서, 즉 제1 실린더부(111)와 제2 실린더부(113)의 내부공간에 걸쳐서 상하로 길게 배치되도록 설치되고, 중공형 구조를 가지는바, 내부에 축 방향을 따라 길게 형성된 중공 부분이 피스톤(130)의 메인유로(133)가 된다.
피스톤(130)에서 압력작용부(132)는 대략 축부(131)의 길이방향 중간 부분에 반경방향으로 확장된 디스크 형상을 가지도록 일체로 형성될 수 있고, 내경이 상대적으로 큰 제1 실린더부(111)의 내부공간에 위치되며, 이때 제1 실린더부(111)의 내부공간에서 수평으로 배치되도록 설치된다.
상기 압력작용부(132)에서 가장자리 둘레부분의 원주면은 하우징(110)의 내주면에 접하게 되는 면으로, 피스톤(130)이 상하로 승강 이동할 때 하우징(110)의 내주면을 따라 슬라이드 되는 면이 된다.
이때, 피스톤(130)이 상하로 승강 이동할 때 압력작용부(132)의 원주면이 하우징(110)의 내주면에서 슬라이드 될 수는 있으나, 압력작용부(132)의 원주면과 하우징(110)의 내주면 사이에는 기밀이 유지될 수 있도록 하여, 압력작용부(132)를 기준으로 그 상측의 하우징(110) 내부공간과 하측의 하우징(110) 내부공간이 서로 분리된 공간이 되도록 한다.
또한, 압력작용부(132)와 그 상측의 제1 축부(131a)는 제1 실린더부(111)의 내부공간, 특히 제1 실린더부(111)가 가지는 중압 챔버(C2)의 내부공간에 위치되지만, 압력작용부(132) 하측의 제2 축부(131b)는 압력작용부(132) 쪽 일부를 제외하고는 제2 실린더부(113)의 내부공간에 삽입된다.
상기 피스톤(130)이 상하로 승강 이동할 때 제2 축부(131b)는 제2 실린더부(113)의 내주면을 따라 슬라이드 되며, 이때 제2 축부(131b)의 외주면과 제2 실린더부(113)의 내주면 사이에는 면 전체가 밀착 접촉된 상태로 기밀이 유지된다.
이와 같이 압력작용부(132)의 원주면이 제1 실린더부(111)의 내주면에 대하여 기밀을 유지한 상태로 슬라이드 되는 것과 더불어, 제2 축부(131b)의 외주면 또한 제2 실린더부(113)의 내주면에 대하여 기밀을 유지한 상태로 슬라이드 되고, 결국 압력작용부(132)와 제2 축부(131b) 양측에서 하우징(110) 내주면을 따라 슬라이드 되는 구조가 된다.
이에 피스톤(130)은 압력작용부(132)가 수평을 정확히 유지한 상태로, 그리고 축부(131)가 상하로 길게 정확히 수직을 유지한 상태로 흔들림 없이 안정적으로 승강 이동될 수 있게 된다.
또한, 피스톤(130)이 하우징(110) 내에서 어느 한쪽으로 기울어지지 않고 하우징(110)과 항상 동심을 유지한 상태로 이동할 수 있으며, 결국 피스톤(130)이 하강하여 하우징(110)의 입구포트(101)를 닫아주어야 할 때 피스톤(130)의 하단부인 폐쇄부(137)가 시트(170)의 오리피스홀(171)에 정확히 안착될 수 있고, 시트(170)의 오리피스홀(171)을 확실하게 막아줄 수 있게 된다.
즉, 기울어짐으로 인한 피스톤(130)의 시트(170) 안착 불량을 방지할 수 있고, 동심도 및 동축도 유지를 위한 별도의 구성 및 구조가 불필요하므로 압력 레귤레이터(100)의 대량 생산이 가능해짐은 물론, 압력 레귤레이터(100)의 원가 절감이 가능해진다.
더욱이, 제1 실린더부(111)를 관통하도록 설치된 필라(160)가 제1 실린더부(111) 내에 위치한 피스톤(130)의 압력작용부(132)를 단순히 접촉 및 지지하는 결합 형태가 아닌, 상기와 같이 필라(160)가 압력작용부(132)에 형성된 각 결합홈(136)에 끼워지는 결합 형태를 가짐으로써, 피스톤(130)이 상하 이동하거나 고압의 가스 압력을 받더라도 피스톤(130)의 회전은 확실히 방지될 수 있다.
또한, 필라(160)가 피스톤(130)의 결합홈(136)에 끼워져 결합됨으로써, 피스톤(130)이 하우징(110)과 동심이 되는 위치에서 기울어짐이나 밀림 없이 더욱 안정적이고 정확하게 자세를 유지함과 동시에 상하 이동할 수 있게 된다.
바람직한 실시예에서, 압력작용부(132)의 원주면에는 원주방향 전 둘레를 따라 연속된 형상의 링 홈(134)이 길게 형성되고, 상기 링 홈(134) 내측으로 씰(seal)을 위한 오링(O-ring)(134a)이 삽입되어 설치된다.
상기 오링(134a)은 압력작용부(132)의 원주면과 하우징(110)의 제1 실린더부(111) 내주면 사이에 밀착 개재되어 기밀을 유지하고, 제1 실린더부(111)의 내부공간에서도 피스톤(130)의 압력작용부(132) 상측 공간과 압력작용부(132) 하측 공간 사이를 완전히 분리해준다.
이로써, 디스크 형상의 압력작용부(132)를 기준으로 그 상측의 하우징(110) 내부공간(제1 실린더부 내부공간임)은 중압 챔버(C2)가 되고, 압력작용부(132) 하측의 하우징(110) 내부공간(제1 실린더부 내부공간임)은 상기 연통유로(114)를 통해 하우징(110) 외부(커버 내부공간일 수 있음)와 연결된 대기압 챔버(C3)가 된다.
즉, 오링(134a)에 의해 피스톤(130)의 압력작용부(132)와 하우징(110)(제1 실린더부)의 내주면 사이에 기밀이 이루어지고, 이에 의해 하우징(110)의 내부공간에서 압력작용부(132)를 기준으로 상기 중압 챔버(C2)와 대기압 챔버(C3)가 공간적으로 완전히 분리될 수 있게 된다.
마찬가지로, 상기 제2 실린더부(113) 내측으로 삽입된 제2 축부(131b)의 외주면에도 원주방향 전 둘레를 따라 연속된 형상의 링 홈(135)이 길게 형성되고, 이 링 홈(135) 내측에 씰을 위한 오링(135a)이 삽입되어 설치된다.
이 오링(135a)은 제2 실린더부(113)의 내측면과 제2 축부(131b)의 외주면 사이에 기밀 유지가 가능하도록 밀착 개재된다.
한편, 하우징(110)의 하단부, 보다 명확히는 제2 실린더부(113)의 하단부에는 내부를 길게 관통하도록 형성된 입구포트(101)가 구비되고, 이 입구포트(101)는 피스톤(130)의 제2 축부(131b)가 삽입된 상측의 제2 실린더부(113) 내부공간과 홀(102)을 통해 연결된다.
또한, 입구포트(101)와 연통된 그 상측의 제2 실린더부(113) 내부공간에는 링 형상의 시트(170)와 원통 형상의 시트 가이드(172)가 고정 설치되는데, 제2 실린더부(113) 내부공간 바닥면에 오링(173)을 기재한 상태로 시트(170)가 적층되고, 그 위로 시트 가이드(172)가 적층된다.
상기 시트(170)는 상측에 위치한 시트 가이드(172)에 의해 아래로 눌리면서 지지되고, 이러한 시트(170)의 중앙에는 오리피스홀(171)이 관통 형성된다.
상기 오리피스홀(171)은 하우징(110)에서 입구포트(101)의 홀(102)과 연결되는 홀로서, 입구포트(101)와 시트 가이드(172)의 내부공간 사이, 나아가 입구포트(101)와 제2 실린더부(113) 내부공간 사이를 연결하는 통로 역할을 하게 된다.
그리고, 피스톤(130)의 하단부, 보다 명확히는 제2 축부(131b)의 하단부는 도 4에 예시된 바와 같이 원뿔 형상으로 형성될 수 있고, 이러한 제2 축부(131b)의 하단부가 상기 원통 형상의 시트 가이드(172) 내부로 삽입되어 결합된다.
상기 시트 가이드(172)는 제2 축부(131b)의 하단부가 수용될 수 있는 내부 형상을 가지며, 제2 축부(131b)의 하단부가 원뿔 형상인 경우 시트 가이드(172)의 내부 형상 또한 도 1 및 도 2에서와 같이 원뿔이 수용될 수 있는 형상을 가질 수 있다.
그리고, 제2 축부(131b)의 하단부에는 피스톤(130)의 상하 위치에 따라 시트(170)의 오리피스홀(171)을 선택적으로 개폐하는 부분인 폐쇄부(137)가 형성된다.
상기 폐쇄부(137)는 전체적으로 원뿔 형상인 제2 축부(131b)의 하단부에서 하단 중앙의 끝부분이 될 수 있고, 이러한 폐쇄부(137) 또한 원뿔 형상을 가질 수 있다.
상기 폐쇄부(137)는 피스톤(130)이 하강한 상태일 때 시트(170)의 오리피스홀(171)을 막아 폐쇄하며, 피스톤(130)이 상승하면 시트(170)의 오리피스홀(171)에서 분리되어 오리피스홀(171)을 열어주게 된다.
또한, 제2 축부(131b)의 하단부에는 그 표면으로부터 피스톤(130) 내 메인유로(133)로 연결되는 서브유로(138)가 내부를 관통하도록 형성되고, 상기 서브유로(138)의 입구는 제2 축부(131b)의 하단부에서 상기 폐쇄부(137) 주위의 표면에 위치될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제2 축부(131b)의 하단부에 복수 개의 서브유로(138)가 내부를 관통하도록 형성될 수 있고, 이때 서브유로(138)들은 각각 제2 축부(131b)의 하단부 표면에서 메인유로(133)에 개별적으로 연결되는 유로가 될 수 있다.
또한, 서브유로(138)들의 입구가 모두 제2 축부(131b)의 하단부에서 폐쇄부(137) 주위의 표면에 위치될 수 있고, 이때 서브유로(138)들과 그 입구가 폐쇄부(137)를 중심으로 하여 제2 축부(131b)의 하단부에서 원주방향을 따라 일정 간격으로 배치되도록 형성될 수 있다.
상기 메인유로(133)는 피스톤(130)의 내부 중앙을 따라 축 방향으로 길게 관통하도록 형성된 통로로서, 서브유로(138)들은 메인유로(133)에서 분기되어 제2 축부(131b)의 하단부 표면으로 연결되는 분기 유로들이 된다.
이와 같이 메인유로(133)의 하단부가 서브유로(138)들과 연결된 구성에서 상단부인 메인유로(133)의 출구는 피스톤(130)의 상단부, 즉 제1 축부(131a)의 상단부 끝면에서 막힘 없이 개방된 구조로 형성될 수 있다.
또한, 피스톤(130)의 상단부, 즉 압력작용부(132) 상측에 위치되는 제1 축부(131a)의 일측에는 메인유로(133)와 연결된 별도의 출구홀(139)이 형성될 수 있고, 피스톤(130)의 메인유로(133)를 따라 상측으로 이동한 가스가 상기 출구홀(139)을 통해 압력작용부(132) 상측의 하우징(110) 내부공간, 즉 중압 챔버(C2)로 배출되도록 되어 있다.
이와 같이 서브유로(138)들이 피스톤(130) 내부의 중공 유로인 메인유로(133)와 연결됨으로써, 피스톤(130)이 상승하여 하우징(110)의 입구포트(101)가 열린 상태일 때, 가스가 고압이 인가되는 입구포트(101)의 내부공간, 즉 고압 챔버(C1)에서 시트(170)의 오리피스홀(171) 및 서브유로(138)를 통해 피스톤(130) 내 메인유로(133)로 흐른 뒤 상기 출구홀(139)을 통해 중압 챔버(C2)로 흐르는 가스 경로가 형성되고, 이에 고압이 인가되는 면적이 최소화되면서 중압 챔버(C2)의 효과가 극대화될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 구성의 압력 레귤레이터(100)에서는 고압 챔버(C1)와 중압 챔버(C2)가 시트(170)와 피스톤(130)에 의해 분리되므로 피스톤(130)과 시트(170) 사이의 접촉 부분, 즉 피스톤(130)의 폐쇄부(137)와 시트(170)의 오리피스홀(171) 외에는 고압 습동기밀부가 없다.
도 1 및 도 2에서 고압 챔버(C1)와 중압 챔버(C2)는 각각 도면부호 'C1'과 'C2'로 지시되고 있으며, 하우징(110)의 내부공간이 피스톤(130)에 의해 고압 챔버(C1)와 중압 챔버(C2)의 공간으로 분리되고 있다.
또한, 도시된 실시예의 압력 레귤레이터(100)에서 가스의 흐름은 하우징(110)의 고압 챔버(C1) → 입구포트(101)의 홀(102) → 시트(170)의 오리피스홀(171) → 시트 가이드(172)의 내부공간 → 피스톤(130)의 서브유로(138) 및 메인유로(133) → 중압 챔버(C2) → 출구포트(103,105)의 경로를 따라 흐르게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터(100)의 구성에 대해 도면을 참조로 상세히 설명하였으며, 설명한 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터(100)는 공지의 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터에 비하여 구성이 간단하고, 부품 수가 적은 이점이 있다.
또한, 공지의 압력 레귤레이터와 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 압력 레귤레이터(100)의 경우, 하우징(110)과 피스톤(130) 사이의 접합부 외에는 정밀 가공을 필요로 하는 부분이 없으므로 부품 가격을 낮출 수 있고, 부품의 빠른 생산이 가능하여, 낮은 가격과 대량 생산으로 압력 레귤레이터를 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 고압이 인가되는 부분의 면적을 최소화함으로써, 이 고압이 인가되는 면적과 중압 챔버(C2)와 대기압 챔버(C3) 사이의 차압을 생성하는 면적의 면적 비를 극대화할 수 있고, 이로써 입구압에 의한 출구압의 영향을 최소화하는 것이 가능해진다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 작동 상태에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 압력 레귤레이터(100)의 입, 출구 측에 아무런 압력이 없는 경우, 스프링(150)이 스프링 시트(153)와 필라(160)를 통해 피스톤(130)에 상 방향의 힘을 전달하고, 이때 피스톤(130)이 상승한다.
이로써, 피스톤(130)의 폐쇄부(137)가 시트(170)로부터 분리되고, 폐쇄부(137)에 의해 닫혀 있던 시트(170)의 오리피스홀(171)이 열리면서 압력 레귤레이터(100) 내 유로는 개방 상태가 된다.
또한, 상기 입구포트(101)에 고압의 수소 압력이 인가된 경우, 수소 가스가 시트(170)의 오리피스홀(171)과 피스톤(130)의 서브유로(138) 및 메인유로(133)를 통과하여 중압 챔버(C2)로 유입되고, 이에 중압 챔버(C2) 내 압력이 상승하게 된다.
이와 같이 중압 챔버(C2) 내 압력이 상승하면, 중압 챔버(C2)와 대기압 챔버(C3) 사이에 차압이 형성되고, 중압 챔버(C2) 내 압력이 상승함에 따라 상기 차압이 증가하는바, 이때 차압은 피스톤(130)의 압력작용부(132)를 하방으로 누르는 힘으로 작용한다.
이렇게 차압에 의해 피스톤(130)의 압력작용부(132)에 작용하는 힘이, 스프링(150)의 힘, 즉 스프링(150)이 필라(160)를 통해 전달하여 압력작용부(132)에 작용시키는 힘과, 입구포트(101) 내 고압 가스의 압력이 피스톤(130)의 축부(131)(제2 축부(131b)의 폐쇄부(137)를 포함하는 부분)를 위로 미는 힘의 합보다 커지면, 피스톤(130)이 하강하여 제2 축부(131b)의 폐쇄부(137)가 다시 시트(170)와 접촉하고, 이때 상기 폐쇄부(137)가 시트(170)의 오리피스홀(171)을 막게 되어 압력 레귤레이터(100) 내 가스 유로가 닫히게 된다.
즉, '(입구포트 내 고압의 가스 압력 × 가스 압력이 작용하는 제2 축부의 면적 + 스프링의 힘) > (중압 챔버와 대기압 챔버의 차압 × 차압이 작용하는 압력작용부 등 피스톤의 면적)'의 조건이면, 피스톤(130)이 하강하여 폐쇄부(137)가 오리피스홀(171)을 막게 됨으로써 압력 레귤레이터(100) 내 가스 유로가 닫히게 되는 것이다.
또한, 이후 중압 챔버(C2) 내 가스가 출구포트(103,105)를 통해 방출되어 중압 챔버(C2) 내 압력이 하강하고, 중압 챔버(C2) 내 압력과 대기압 사이의 차압이 감소하여, 위와 반대로, 스프링(150)의 힘과 고압 가스의 압력이 피스톤(130)의 축부(131)를 위로 미는 힘의 합보다 작아지면, 피스톤(130)이 다시 상승하여 폐쇄부(137)에 의해 닫혀 있던 시트(170)의 오리피스홀(171)이 다시 열리게 되고, 결국 압력 레귤레이터(100) 내 가스 유로가 열린 상태가 되어 가스는 압력 레귤레이터(100)를 통해 흐르게 된다.
상기와 같이 피스톤(130)이 상하로 이동하면서 압력 레귤레이터(100) 내 오리피스홀(171)을 개폐하는 과정이 반복되면, 중압 챔버(C2) 내 압력은 특정 범위 내에서 일정하게 유지되고, 그동안 고압의 가스가 압력 레귤레이터(100)에서 중압으로 레귤레이팅 되어 배출될 수 있게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 레귤레이터를 도시한 단면도이다.
전술한 도 1 내지 도 3의 실시예는 하우징(110) 외부에 스프링(150) 및 스프링 시트(153)를 배치하고, 스프링(150)에 의해 지지되는 스프링 시트(153)에 하우징(110)을 관통하는 필라(160)를 지지시키며, 상기 필라(160)가 하우징(110) 내부의 피스톤(130)에 힘을 전달하도록 결합되는 구성을 가진다.
이러한 구성과 달리, 도 5에 도시된 실시예의 경우, 하우징(110) 내부에 피스톤(130)과 함께 스프링(150)과 스프링 시트(153)를 함께 배치하고, 하우징(110)의 내부공간 바닥면을 관통하도록 복수 개의 필라(160)가 설치된다.
이때, 각 필라(160)는 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)에 각 필라(160) 설치위치마다 형성된 관통홀(115)에 삽입된다.
또한, 하우징(110)이 큰 내경과 외경을 가지는 상측의 제1 실린더부(111)와, 상기 제1 실린더부(111)에 비해 상대적으로 작은 내경과 외경을 가지는 하측의 제2 실린더부(113)를 포함하여 구성되는 점, 및 상기 제1 실린더부(111)의 내부공간과 제2 실린더부(113)의 내부공간이 연통된 상태로 하우징(110) 내 하나의 내부공간을 형성하는 점은 도 1 내지 도 3의 실시예와 비교하여 차이가 없다.
다만, 제2 실린더부(113)가 제1 실린더부(111)의 하측으로 위치하는 도 1 내지 도 3의 실시예와 달리, 제2 실린더부(113)에서 입구포트(101) 등 일부를 제외한 나머지 부분이 상기 제1 실린더부(111)의 내측에 위치됨과 더불어 제1 실린더부(111)와 동심 및 동축 구조를 이루도록 일체로 형성된다.
이에 따라 제2 실린더부(113)와 제1 실린더부(111) 사이의 공간에 스프링(150) 및 스프링 시트(153)가 위치되고, 이때 스프링(150) 및 스프링 시트(153)는 제1 실린더부(111) 내측에서 제2 실린더부(113)의 바깥쪽 주위로 배치된다.
또한, 스프링(150)의 상단이 피스톤(130)의 압력작용부(132)에 접촉하여 스프링(150)이 상측의 피스톤(130)을 그 하측에서 지지하도록 되어 있고, 스프링(150)의 하측으로는 스프링 시트(153)를 개재한 상태로 필라(160)가 위치하도록 되어 있는바, 하측에 위치한 필라(160)에 의해 스프링 시트(153)를 매개로 스프링(150)이 지지되는 구조로 되어 있다.
또한, 상기 필라(160)는 제2 실린더부(113)의 하단부 외주면에 나사 체결되는 지지부재(151) 위에 직접 접촉 및 지지된 상태로 있게 된다.
즉, 너트 형상의 지지부재(151)가 제2 실린더부(113)의 하단부 외주면에 나사 체결된 상태에서 상기 지지부재(151)의 상면에 필라(160)가 안착된 상태로 지지되는 것이며, 이러한 필라(160)가 제1 실린더부(111)의 바닥부(112)를 관통한 상태로 스프링 시트(153) 및 스프링(150)과 힘 전달 가능하게 연결된다.
또한, 제1 실린더부(111)에는 측면부에서 그 하방으로 연장되고 저부가 개방된 커버부(116)가 형성되고, 이 커버부(116)의 내부공간에 상기 지지부재(151)와 제2 실린더부(113)의 입구포트(101) 등이 수용된다.
이와 같은 도 5의 실시예에서는 필라(160)가 지지부재(151)와 스프링 시트(153) 및 스프링(150) 사이에 힘을 전달하는 역할을 하며, 초기 조립 공정 외에는 필라(160)의 무빙이 최소화될 수 있게 된다.
따라서, 필라(160)의 조립성을 향상시킬 수 있으며, 더불어 도 5의 실시예에서는 하우징(110)에 커버부(116)가 일체형으로 형성되므로, 도 1 내지 도 3의 실시예와 같이 하우징(110)에 별도로 조립되는 커버(140)가 삭제될 수 있고, 따라서 부품 수 및 조립공정을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 작동 중에 필라(160)의 운동이 없으므로 필라(160)와 하우징(110) 사이의 마찰이 없고, 따라서 별도의 윤활이 불필요한 이점이 있다.
이러한 도 5의 실시예에 따른 압력 레귤레이터의 작동상태는 도 1 내지 도 3의 실시예와 비교하여 차이가 없으며, 압력 레귤레이터의 작동상태에 대해서 위에서 상세히 설명하였으므로, 중복 기재를 피하기 위해 도 5의 실시예에 따른 압력 레귤레이터의 작동상태에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
100 : 압력 레귤레이터 101 : 입구포트
102 : 홀 103 : 제1 출구포트
104 : 홀 105 : 제2 출구포트
106 : 홀 110 : 하우징
111 : 제1 실린더부 112 : 바닥부
113 : 제2 실린더부 114 : 연통유로
115 : 관통홀 120 : 캡
130 : 피스톤 131 : 축부
131a : 제1 축부 131b : 제2 축부
132 : 압력작용부 133 : 메인유로
134 : 링 홈 134a : 오링
135 : 링 홈 135a : 오링
136 : 결합홈 137 : 폐쇄부
138 : 서브유로 139 : 출구홀
140 : 커버 141 : 홀
150 : 스프링 151 : 지지부재
152 : 나사산 153 : 스프링 시트
160 : 필라 170 : 시트
171 : 오리피스홀 172 : 시트 가이드
173 : 오링 C1 : 고압 챔버
C2 : 중압 챔버 C3 : 대기압 챔버
C4 : 스프링 챔버

Claims (29)

  1. 가스가 유입되는 입구포트, 압력이 조절된 상태의 가스가 배출되는 출구포트, 및 상기 출구포트를 통해 외부와 연결되는 중압 챔버를 가지는 하우징;
    상기 하우징 내에 승강 이동 가능하게 설치되며, 내부를 관통하도록 형성된 메인유로, 및 상기 하우징의 중압 챔버 내 가스의 압력이 작용하도록 된 압력작용부를 포함하고, 승강 이동함에 따라 상기 메인유로를 통해 상기 하우징의 입구포트와 중압 챔버 사이를 선택적으로 연통시키는 피스톤; 및
    상기 하우징에 설치되어 상기 피스톤의 압력작용부를 중압 챔버의 반대쪽에서 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스프링에 의해 탄성 지지되도록 설치되고 상기 피스톤의 압력작용부에 결합되어 상기 스프링과 피스톤의 압력작용부 사이에 힘을 전달하는 필라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스프링과 필라 사이에 설치되는 스프링 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 스프링이 하우징 외부에 위치하도록 설치되고, 상기 필라는 상기 스프링에 의해 탄성 지지된 상태로 상기 하우징을 관통하여 상기 피스톤의 압력작용부에 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 하우징에는 원주방향을 따라 배치되는 복수 개의 관통홀이 형성되고, 상기 각 관통홀에 각각 필라가 삽입된 상태로 상기 삽입된 각 필라가 상기 스프링 시트와 피스톤의 압력작용부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 피스톤의 압력작용부에 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈에 필라가 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤은,
    승강 이동함에 따라 상기 입구포트에 연결된 하우징측의 오리피스홀을 개폐하도록 형성된 폐쇄부를 더 포함하고,
    상기 폐쇄부가 오리피스홀을 개방한 상태일 때 상기 하우징 내에서 메인유로가 상기 오리피스홀을 통해 입구포트에 연통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 피스톤에는 출구홀이 형성되고, 상기 피스톤의 메인유로가 상기 출구홀을 통해 상기 하우징의 중압 챔버와 연통된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 메인유로가 내부를 관통하도록 형성되어 있는 축부에 반경 방향으로 확장된 디스크 형상의 압력작용부가 일체로 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하우징은 상기 중압 챔버를 가지는 제1 실린더부; 및 상기 제1 실린더부에 비해 내경이 상대적으로 작고 상기 입구포트가 형성된 제2 실린더부를 포함하고,
    상기 피스톤의 압력작용부가 제1 실린더부 내에 위치한 상태로 피스톤의 승강 이동시 압력작용부의 원주면이 제1 실린더부의 내주면을 따라 슬라이드 되며,
    상기 피스톤의 축부가 피스톤의 승강 이동시 제2 실린더부의 내주면을 따라 슬라이드 되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 피스톤의 축부는,
    상기 압력작용부에서 길게 연장된 부분으로서 상기 제1 실린더부의 내부공간에 위치되는 제1 축부; 및
    상기 압력작용부에서 제1 축부와는 반대측으로 길게 연장 형성되고 상기 제2 실린더부 내에 삽입되어 제2 실린더부의 내주면을 따라 슬라이드 되는 부분인 제2 축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 피스톤의 메인유로는,
    상기 제1 축부와 제2 축부의 내부를 축 방향을 따라 관통하도록 형성되고,
    상기 제1 축부에 형성된 출구홀을 통해 상기 제1 실린더부의 내부공간 중 중압 챔버와 연통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 피스톤의 메인유로가 상기 제1 축부와 제2 축부의 내부를 축 방향을 따라 관통하도록 형성되고,
    상기 피스톤의 제2 축부에는 피스톤이 승강 이동함에 따라 상기 입구포트에 연결된 오리피스홀을 개폐하는 폐쇄부가 형성되며,
    상기 폐쇄부가 오리피스홀을 개방한 상태일 때 피스톤의 메인유로가 제2 실린더부 내에서 오리피스홀을 통해 입구포트에 연통되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 축부에는 상기 폐쇄부 주위의 표면으로부터 내부의 메인유로로 연결되는 서브유로가 내부를 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 축부에 상기 폐쇄부 주위의 표면으로부터 메인유로 사이를 개별적으로 연결하는 복수 개의 서브유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 실린더부의 내부공간은 압력작용부에 의해 중압챔버와 대기압 챔버로 구획되고, 상기 제1 실린더부에는 대기압 챔버와 하우징의 외부공간 사이를 연통시키는 연통유로가 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  17. 청구항 10에 있어서,
    상기 피스톤의 압력작용부와 제1 실린더부의 내주면 사이, 및 상기 피스톤의 축부와 제2 실린더부의 내주면 사이에는 기밀을 위한 오링이 압착 개재되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 스프링에 의해 탄성 지지되도록 설치되고 상기 피스톤의 압력작용부에 결합되어 상기 스프링과 피스톤의 압력작용부 사이에 힘을 전달하는 필라; 및
    상기 스프링과 필라 사이에 설치되는 스프링 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 실린더부의 외주면에 나사 체결되는 지지부재를 더 포함하고,
    상기 스프링이 지지부재에 의해 지지되도록 설치되어 상기 지지부재와 스프링 시트 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 스프링이 상기 제2 실린더부의 주위에 위치하도록 설치되고,
    상기 스프링 시트가 상기 제2 실린더부의 주위에 위치하도록 설치되며,
    상기 제1 실린더부에는 상기 제2 실린더부, 필라, 스프링 시트, 스프링 및 지지부재가 내측에 넣어지도록 커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 스프링이 상기 제2 실린더부의 주위에 위치하도록 설치되고,
    상기 스프링 시트가 상기 제2 실린더부의 주위에 위치하도록 설치되며,
    상기 필라는 스프링 시트를 사이에 두고 상기 스프링에 의해 탄성 지지된 상태로 상기 제1 실린더부를 관통하여 상기 피스톤의 압력작용부에 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제1 실린더부의 바닥부에는 제2 실린더부를 중심으로 원주방향을 따라 등 간격으로 배치되는 복수 개의 관통홀이 형성되고,
    상기 각 관통홀에 각각 필라가 삽입된 상태로 상기 삽입된 각 필라가 상기 스프링 시트와 피스톤의 압력작용부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  23. 청구항 18에 있어서,
    상기 피스톤의 압력작용부에 결합홈이 형성되고, 상기 결합홈에 필라가 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  24. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 실린더부의 외주면에 나사 체결되는 지지부재;
    상기 지지부재에 지지되도록 설치되는 필라; 및
    상기 필라와 상기 스프링 사이에 개재되는 스프링 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 스프링이 상기 제2 실린더부의 주위에 위치하도록 설치되고,
    상기 스프링 시트가 상기 제2 실린더부의 주위에 위치하도록 설치되며,
    상기 필라는 제1 실린더부를 관통하여 상기 지지부재에서 스프링 시트를 개재한 상태로 스프링을 지지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 제1 실린더부의 바닥부에는 제2 실린더부를 중심으로 원주방향을 따라 등 간격으로 위치되는 복수 개의 관통홀이 형성되고,
    상기 각 관통홀에 각각 필라가 삽입된 상태로 상기 삽입된 각 필라가 지지부재와 스프링 시트 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  27. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 실린더부의 내부에는 오리피스홀이 관통 형성된 시트, 및 상기 시트 상측으로 배치되어 상기 피스톤의 축부가 삽입되는 원통 형상의 시트 가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  28. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징에는 중압 챔버를 밀폐하는 캡이 설치되고, 상기 하우징의 측면과 상기 캡에 각각 상기 출구포트가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
  29. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은 주조나 단조의 방법으로 성형한 후 각 부위에 대해 목표로 하는 치수가 되도록 치수 가공을 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 압력 레귤레이터.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023204538A1 (ko) * 2022-04-18 2023-10-26 주식회사 엘지에너지솔루션 벤팅장치 및 이를 구비하는 각형 이차전지

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7243284B2 (ja) * 2019-02-25 2023-03-22 株式会社ジェイテクト 減圧弁
EP4006394B1 (en) * 2019-09-17 2024-05-29 Trinity Industrial Corporation Valve module, valve device, and valve system
EP3851298A1 (en) * 2020-01-20 2021-07-21 Dana Motion Systems Italia S.R.L. Valve assembly and tire inflation system
JPWO2022123813A1 (ko) * 2020-12-11 2022-06-16

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2675649A (en) * 1954-04-20 Pressure reducing valve
JP2002544617A (ja) * 1999-05-19 2002-12-24 ベリテック エヌジイヴイ コーポレイション 圧力調整器
US7828009B2 (en) 2006-03-10 2010-11-09 Tescom Corporation Pressure reducing regulator with adjustable feature
KR101808712B1 (ko) 2015-12-21 2017-12-14 (주)모토닉 수소 연료전지 차량의 고압 레귤레이터

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US399548A (en) * 1889-03-12 nageldinger
US614441A (en) * 1898-11-22 Fluid-pressure regulator
US2600137A (en) * 1947-12-26 1952-06-10 Bendix Aviat Corp Pressure-regulating valve
US2888949A (en) * 1957-04-25 1959-06-02 Robertshaw Fulton Controls Co Flow control device
US3283504A (en) * 1964-07-31 1966-11-08 Kelsey Hayes Co Proportioning valve
US3495607A (en) * 1964-09-14 1970-02-17 Voit Rubber Corp First stage regulator and reserve valve in common housing
US3360004A (en) * 1965-09-07 1967-12-26 Bendix Corp Pressure proportioning valve
US3435843A (en) * 1966-01-05 1969-04-01 Otis Eng Corp Valves
US3559677A (en) * 1969-05-28 1971-02-02 Tenneco Inc Overload control valve
US3890999A (en) * 1972-12-15 1975-06-24 Eugene D Moskow Fluid pressure regulator
US4349136A (en) * 1980-02-07 1982-09-14 Draft Systems, Inc. Safety pressure reducing regulator
US4484695A (en) * 1980-02-07 1984-11-27 Draft Systems, Inc. Safety pressure reducing regulator
US4498471A (en) * 1982-09-28 1985-02-12 U.S.D. Corp. First and second stage regulator system for breathing gas
SE461427B (sv) * 1987-08-11 1990-02-12 Interspiro Ab Tryckregulator
US5139046A (en) * 1990-06-11 1992-08-18 Rosaria Galli & C.S.A.S. Floating piston like valve for high-pressure reducers
US5381825A (en) * 1993-03-23 1995-01-17 Under Sea Industries, Inc. First stage scuba regulator
US5396918A (en) * 1993-11-18 1995-03-14 Agricultural Products, Inc. Water pressure regulator and method for regulating pressure through a valve
JPH1194197A (ja) * 1997-09-19 1999-04-09 Neriki:Kk ガスボンベ用バルブ装置およびそのバルブ装置の減圧弁
US6056006A (en) * 1998-12-30 2000-05-02 Marshall Excelsior Company Piston pressure regulator
ITSV20010001A1 (it) * 2001-01-11 2002-07-11 Scubapro Europ Valvola riduttrice di pressione
US6672332B2 (en) * 2001-10-23 2004-01-06 Hose Shop, Ltd. Adjustable vertical pressure regulator
DE10219007B4 (de) * 2002-04-27 2004-07-29 DRäGER AEROSPACE GMBH Reduzierventil für Druckgas
ITSV20020026A1 (it) * 2002-05-30 2003-12-01 Scubapro Europ Valvola di primo stadio di riduzione di pressione ad otturatore tubolare in particolare per erogatori di autorespiratori subacquei
US20040007269A1 (en) * 2002-07-12 2004-01-15 Larsen Todd W. Inline pressure reducing regulator
US6851447B1 (en) * 2003-09-02 2005-02-08 Hose Shop, Ltd. Direct acting gas regulator
US20050055256A1 (en) * 2003-09-04 2005-03-10 Kevin Scott Method and system for filling vacancies
US7048001B2 (en) * 2004-04-13 2006-05-23 Nelson Irrigation Corporation Pressure regulator with single strut regulator seat
US7255127B2 (en) * 2005-05-16 2007-08-14 Gilbert Davidson Vacuum regulator and intermittent flow device
US7712482B2 (en) * 2007-06-07 2010-05-11 Kabushiki Kaisha Kawasaki Precision Machinery Pressure-reducing valve
US20090071550A1 (en) * 2007-09-14 2009-03-19 Daryll Duane Patterson In-line adjustable regulators
US20090078321A1 (en) * 2007-09-20 2009-03-26 Daniel A. Holt, D/B/A Rehvac Manufacturing Ltd. Gas pressure regulator having a regulator cap for a bayonet engagement with the regulator body
US7798169B2 (en) * 2007-11-28 2010-09-21 Su-Hua Tai One-piece gas pressure regulator
US9074703B2 (en) * 2008-10-28 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC Pressure regulator for hydrogen storage system
KR101072361B1 (ko) 2009-01-28 2011-10-12 (주)모토닉 외장형 레귤레이터
GB201006347D0 (en) 2010-04-16 2010-06-02 Linde Ag Gas pressure control valve
ES2548046T3 (es) * 2012-09-14 2015-10-13 Gce Holding Ab Regulador de presión
KR20150000036A (ko) 2013-06-21 2015-01-02 주식회사 엑시언 레귤레이터
US9367070B2 (en) * 2014-04-14 2016-06-14 Nelson Irrigation Corporation Pressure regulator having single strut seat with strut coaxial to plunger
ITUA20161642A1 (it) * 2016-03-14 2017-09-14 Watts Ind Italia Srl Valvola assiale di controllo della pressione differenziale tra un ramo di mandata e un ramo di ritorno di un circuito idraulico
JP6859027B2 (ja) * 2016-04-04 2021-04-14 愛三工業株式会社 圧力調整弁
KR101926914B1 (ko) * 2016-07-22 2018-12-07 현대자동차주식회사 연료 전지 시스템용 연료 공급 밸브

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2675649A (en) * 1954-04-20 Pressure reducing valve
JP2002544617A (ja) * 1999-05-19 2002-12-24 ベリテック エヌジイヴイ コーポレイション 圧力調整器
US7828009B2 (en) 2006-03-10 2010-11-09 Tescom Corporation Pressure reducing regulator with adjustable feature
KR101808712B1 (ko) 2015-12-21 2017-12-14 (주)모토닉 수소 연료전지 차량의 고압 레귤레이터

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023204538A1 (ko) * 2022-04-18 2023-10-26 주식회사 엘지에너지솔루션 벤팅장치 및 이를 구비하는 각형 이차전지

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CN110906034B (zh) 2022-10-11
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KR102602414B1 (ko) 2023-11-14
US11209841B2 (en) 2021-12-28
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