CN111188917B - 高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法及高压阻隔阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供如下的高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法及高压阻隔阀：可通过断开储气容器的阀来使由用于使残留于高压燃料管线的高压气体流入或排出的高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏最小化。由此，不仅提供连接作业的便利性，还可确保高安全性，同时，还可通过使用高压调节器来确保高可靠性。

Description

高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法及高压阻隔阀
技术领域
本发明涉及高压调节器，更详细地，涉及如下的高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法及高压阻隔阀：可通过断开储气容器的阀来使由用于使残留于高压燃料管线的高压气体流入或排出的高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏(leak)最小化，并且，易于与高压调节器的流入端口及高压燃料管线直接连接。
背景技术
通常，燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)在电堆中利用氧和氢来以电化学方式发电并将燃料的化学能直接转换为电能来用作动力源。
这种燃料电池电动汽车可从外部接收燃料和空气来与电池的容量无关地持续发电，因而属于效率高且几乎不排出污染物质的理想技术，目前进行着较多的研发。
氢燃料电池汽车在燃料箱中经由高压调节器和低压调节器向电堆供给氢燃料，氢气鼓风机包括与低压调节器相连接的泵及各种阀。
同时，氢燃料电池汽车还包括急速解冻水箱、电动水泵、恒温器、电堆冷却用散热器、空调冷凝器、电动制冷剂压缩器、水箱、加湿器、驱动马达、各种控制器、空气鼓风机及空气过滤器等。
氢燃料电池汽车的燃料供给系统相当于常规汽油及柴油车辆的引擎，位于车辆的前侧上部。
并且，适用于氢燃料电池汽车的常规高压调节器使用大致700bar的高压氢，因此，稳定的排出压力和充足的耐压性、内部气密尤为重要。
在这种高压调节器中，适用当由于故障而发生过压时用于解除过压的过压解除阀和用于释放内部的燃料的燃料释放阀。
其中，高压调节器的前端部利用高压燃料管线与储气罐相连接，当断开储气容器时，不仅在高压燃料管线残留过多的高压燃料，并且，在高压调节器内部的高压密封部直接形成过多的高压。
换言之，对以往的常规高压调节器的前端部与后端部中的压力差和体积的测量如图7的表2所示。
即，前端部的压力大致为700bar且体积为29cc＝cm3，后端部的压力为16bar、体积为220cc＝cm3，且握压为95bar。
因此，由于高压密封部的微细泄漏，在作为后端部的排出端口侧产生压力并且压力会上升，最终通过安全阀的工作，气体向高压调节器的外部泄漏，因而导致车辆无法启动，并提供引发危险情况的原因。
如上所述，与高压调节器相关的现有技术公开在韩国授权专利公报第10-0938151号、韩国授权专利公报第10-1457125号、韩国授权专利公报第10-1877293号以及韩国公开专利公报第10-2018-0040010号等(以下，称为“现有技术文献1”)。
但是，如上所述，现有技术文献1仍具有如下的问题，即，当断开储气容器时，不仅在高压燃料管线残留过多的高压燃料，并且，在高压调节器内部的高压密封部直接形成过多的高压，因此，由于高压密封部的微细泄漏，在排出端口侧生成压力并且压力会上升，最终，通过安全阀的工作，气体向高压调节器的外部泄漏，因而引发危险情况。
为了解决上述问题，在以往也公开了作为用于调节调节器压力的现有技术的韩国公开专利公报第10-1998-0002710号、韩国授权专利公报第10-0898204号以及韩国授权专利公报第10-1549480号等(以下，称为“现有技术文献2”)。
现有技术文献
专利文献
韩国授权专利公报第10-0938151号
韩国授权专利公报第10-1457125号
韩国授权专利公报第10-1877293号
韩国公开专利公报第10-2018-0040010号
韩国公开专利公报第10-1998-0002710号
韩国授权专利公报第10-0898204号
韩国授权专利公报第10-1549480号
发明内容
要解决的技术问题
但是，现有技术文献2用于去除与调节器相连接的各管线的压力，存在无法防止因调节器的前端部与后端部的压力差而在内部发生的泄漏，即，无法调节调节器内部压力的缺点。
用于解决如上所述的以往诸多问题的本发明的具体技术目的在于，提供如下的高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法及高压阻隔阀：通过断开储气罐的阀来使由用于使残留于高压燃料管线的高压气体流入或排出的高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏最小化，并且，易于与高压调节器的流入端口及高压燃料管线直接连接。
本发明的另一具体技术目的在于，可在与高压调节器相连接的流入端口维持高气密性。
解决问题的技术方案
用于实现如上所述的技术目的的本发明的解决问题的技术方案如下：高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法在包括用于检测压力的压力传感器和用于控制通过上述压力传感器检测的压力的控制部的高压调节器的前端部维持高压且上述高压调节器的后端部维持低压的状态下，包括：上述压力传感器检测上述前端部的压力和上述后端部的压力的步骤；上述控制部将上述前端部的压力与其前端部的体积的乘积和上述后端部的压力与其后端部的体积的乘积之和除以上述前端部体积与上述后端部体积之和来计算蠕变(creep)压力的步骤；以及上述控制部对上述蠕变压力与安全阀的设定压力进行比较来调节上述前端部的体积的步骤，在调节上述前端部的体积的步骤中，若上述蠕变压力大于上述安全阀的设定压力，则控制部限制上述前端部的体积来以使上述前端部的体积与后端部的体积之比变小的方式进行控制。
通过设置在作为与储气罐的高压燃料管线相连接的上述高压调节器的前端部的流入端口之间的切断阀来调节上述前端部的体积。
上述前端部的体积与后端部的体积之比为1：169。
作为设置在与上述储气罐相连接的高压燃料管线与高压调节器之间的高压阻隔阀，上述高压阻隔阀包括：本体外壳，在外部的一侧设置有连接端子，在内部包括卷绕有线圈的线轴；结合固定部件，设置在上述本体外壳的前端，包括柱塞，上述柱塞的一端与高压调节器的流入端口的流入腔结合固定，另一端向上述本体外壳插入固定，在内部形成以能够进行往复移动的方式设置来开闭流入端口内的流入口的流入通道；以及连接固定部件，设置在上述本体外壳的另一端，一端向上述本体外壳的内部插入固定，另一端朝向本体外壳的外部突出来与高压燃料管线连接固定，在内部形成有供给通道。
在与上述结合固定部件的流入端口的入口相接触的位置的外侧固定有用于气密的第一气密环。
上述柱塞包括：开闭部，设置在上述柱塞的前端，用于对流入口进行开闭；以及柱塞杆，在内部形成有流入通道并与上述开闭部结合固定来进行往复移动，在上述柱塞杆与连接固定部件之间设置有弹簧。
上述开闭部呈与流入口相对应的圆锥形态，在外侧面结合固定有用于气密的第二气密环。
上述流入通道包括：通道，用于使弹簧的一侧插入，并与上述供给通道相对应；以及多个流入孔，在上述流入腔侧与上述通道相连接，以与流入腔相连接。
发明的有益效果
本发明具有如下效果：可通过断开储气罐的阀来使由用于使残留于高压燃料管线的高压气体流入或排出的高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏最小化，由此，不仅可以顺畅地重新启动车辆，而且可防止因高压气体的泄漏而引起的危险情况，随着具有这些条件，可通过使用高压调节器来确保高可靠性，并可安全且稳定地使用。
并且，具有如下的效果：提供高压调节器的流入端口与高压燃料管线的连接作业的便利性，还可确保高安全性。
并且，具有如下的效果：可在与高压调节器相连接的流入端口维持高气密性，从而可在供给高压燃料的过程中确保更高的安全性。
附图说明
图1为用于说明本发明的压力控制方法的框图。
图2为用于说明本发明适用于高压调节器的状态的概念图。
图3为示出本发明的高压调节器的前端部与后端部的体积与压力之比的表1。
图4为用于说明本发明的高压阻隔阀的分解立体图。
图5为图4的结合剖视图。
图6为用于说明本发明的高压阻隔阀的使用状态的剖视图。
图7为示出常规高压调节器的前端部与后端部的体积与压力之比的表2。
附图标记的说明
1：高压阻隔阀
10：本体外壳 11：连接端子
14：线圈 15：线轴
20：结合固定部件 22：流入通道
22A：通道 22B：流入孔
24：柱塞 24A：开闭部
24B：柱塞杆 26：第一气密环
28：第二气密环 30：连接固定部
32：供给通道
100：高压调节器
100A：前端部 100B：后端部
102：安全阀 103：高压密封部
112：流入腔 114：流入口
120：排出端口
200：储气罐
210：高压燃料管线
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例更详细地说明如下，但本发明并不局限或限定于实施例。
图1为用于说明本发明的压力控制方法的框图，图2为用于说明本发明适用于高压调节器的状态的概念图。
如图所示，通常，适用于燃料电池电动汽车的常规高压调节器100使用大致700bar的高压氢，因此，稳定的排出压力和充足的耐压性、内部气密尤为重要。
换言之，对以往的常规高压调节器100的前端部110与后端部120中的压力差和体积的测量如图7的表2所示。
在这种高压调节器中，适用当由于故障而发生过压时用于解除过压的过压解除阀和用于释放内部的燃料的燃料释放阀。
其中，高压调节器的前端部利用高压燃料管线与储气容器相连接，当断开储气容器时，不仅在高压燃料管线残留过多的高压燃料，并且，在高压调节器内部的高压密封部直接形成过多的高压(参照图3)。
因此，由于高压密封部的微细泄漏，在作为后端部的排出端口侧生成压力并且压力会上升，最终通过安全阀的工作，气体向高压调节器的外部泄漏，因而导致车辆无法启动，并提供引发危险情况的原因。
本发明通过断开储气容器的阀来使由用于使残留于高压燃料管线的高压气体流入或排出的高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏最小化。
本发明的用于使由高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏最小化的压力控制方法如下。
首先，在包括用于检测压力的常规压力传感器(未图示)和用于控制通过上述压力传感器检测的压力的常规控制部(未图示)的高压调节器100的前端部100A处于与高压燃料管线210连接的状态，上述高压燃料管线210与储气罐200相连接，因此，维持高压，且在上述高压调节器100的后端部100B维持低压的状态下，包括上述压力传感器检测上述前端部的压力和上述后端部的压力的步骤S1。
换言之，在作为高压调节器的前端部的流入端口与高压燃料管线相连接，上述高压燃料管线与储气容器相连接，因此，上述前端部处于大致700bar左右的高压状态，体积大致为29cc＝cm3。相反，作为高压调节器的后端部的排出端口处于大致16bar左右的低压状态，体积大致维持220cc＝cm3。
接着，执行步骤S2(参照图3)，即，上述控制部将上述前端部的压力与其前端部的体积的乘积和上述后端部的压力与其后端部的体积的乘积之和除以上述前端部体积与上述后端部体积之和来计算蠕变压力。即，将前端部压力(700bar)与其前端部体积(1.3cc＝cm3)的乘积和后端部压力(16bar)与其后端部体积(220cc＝cm3)的乘积之和(0.00443)除以上述前端部体积与后端部体积之和(0.0002213cc＝cm3)来计算蠕变压力(20.02bar)。
并且，包括上述控制部对上述蠕变压力与安全阀的设定压力进行比较来调节上述前端部的体积的步骤S3，在调节上述前端部的体积的步骤(步骤S3)中，若上述蠕变压力大于上述安全阀的设定压力，则控制部限制上述前端部的体积来以使上述前端部的体积与后端部的体积之比变小的方式进行控制。
其中，通过设置在作为与储气罐200的高压燃料管线210相连接的上述高压调节器100的前端部100A的流入端口之间的常规高压阻隔阀1来调节上述前端部的体积。
在上述内容中，高压阻隔阀1可适用防止使残留于高压燃料管线210的高压向高压调节器100的内部流入的所公知的任何结构。
因此，如图3的表1所示，在后端部100B产生的，即，蠕变压力大致为20.02bar左右，因而即使发生高压密封部103的内部泄漏，也因后端的蠕变压力的上升程度小于安全阀102的压力，从而防止向外部的泄漏。在此情况下，上述前端部的体积与后端部的体积之比为1：169。
因此，可使由高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏最小化，从而不仅可顺畅地重新启动车辆，而且具有可防止因高压气体的泄漏引起的危险情况的条件。
由此，本发明并不具有复杂的技术结构，而是可通过简单的技术结构来使由高压调节器的前端部与后端部的压力差而产生的内部泄漏最小化，从而在使用高压调节器时确保高可靠性，并可安全且稳定地使用。
图4为用于说明本发明高压阻隔阀的分解立体图，图5为图4的结合剖视图，图6为用于说明本发明高压阻隔阀的使用状态的剖视图。
如图所示，适用于燃料电池电动汽车的常规高压调节器使用大致700bar的高压氢，因此，稳定的排出压力和充足地耐压性、内部气密尤为重要。
因此，由于高压密封部103的微细泄漏，在作为后端部的排出端口120侧产生压力并且压力会上升，最终通过安全阀102的工作，气体向高压调节器100的外部泄漏，从而提供引发危险情况的原因。
其中，上述高压调节器100的技术结构可具有公知的技术结构，并与记载于背景技术中的本申请人之前申请并授权或公开的现有技术文献2所包括的技术结构相对应，因此，将省略与高压调节器的技术结构有关的详细说明。
并且，在本实施例中，对适用于燃料电池电动汽车的高压调节器用高压阻隔阀进行说明，但本发明并不局限于此，还可适用于通过对液化石油气燃料或天然气压缩燃料等各种类型的高压气体燃料进行减压来向引擎侧供给的高压调节器。
参照本发明的图2，设置在与储气罐200相连接的高压燃料管线210与高压调节器100之间的高压阻隔阀1大致包括本体外壳10、结合固定部件20以及连接固定部件30。
本体外壳10具有如下的技术结构，即，在外部的一侧设置有用于供电的常规连接端子12，在内部设置有以公知的方式产生引导电流的卷绕有线圈14的线轴15。上述线圈通过公知的方式与连接端子相连接。向上述线轴的中心插入结合固定部件及连接固定部件。
换言之，上述本体外壳为内置卷绕有线圈的线轴的常规壳体形态，如图所示，可呈圆筒形，呈多边形形态也无妨。
结合固定部件20具有与上述高压调节器100及本体外壳10相连接的技术结构。
即，结合固定部件20具有如下的技术结构，设置在上述本体外壳10的前端，包括柱塞24，上述柱塞24的一端以强行扣入或螺纹结合等方式与作为高压调节器100的前端部的流入端口110的流入腔112结合固定，另一端以强行扣入或螺纹结合等方式向上述本体外壳10插入固定，在内部形成有以能够通过供电进行往复移动的方式设置于上述线圈14来开闭流入端口110内的流入口114的流入通道22。上述柱塞通过常规方式以进行往复移动的方式设置于结合固定部件的内部，若向本体外壳的线圈输入电流，则从流入端口的流入口后退并开放流入口。相反，线圈的供电发生短路的同时通过设置于后述的连接固定部件之间的弹簧前进并阻断流入端口的流入口。
换言之，上述结合固定部件为对流入端口的流入口进行开闭来供给或阻隔高压气体的重要的结构要素。
并且，在与上述结合固定部件20的流入端口110的入口相接触的位置的外侧还固定有用于气密的第一气密环26。即，在结合固定部件的前端固定的状态下，上述第一气密环26用于防止流入端口的流入腔内的高压气体向外部泄漏。
并且，上述柱塞24包括：开闭部24A，设置在上述柱塞24的前端，用于对流入口114进行开闭；以及柱塞杆24B，在内部形成有流入通道22，通过常规的销结合方式等与上述开闭部24A结合固定来进行往复移动，在上述柱塞杆24B与连接固定部件30之间设置有用于封闭上述流入口114的弹簧S。
换言之，柱塞通过设置于本体外壳内的线圈开放流入口并通过弹簧封闭流入口。尤其，通过形成于内部的流入通道供给高压气体。
并且，上述开闭部24A呈与流入口114相对应的圆锥形态，在外侧面结合固定有用于气密的第二气密环28。
换言之，当通过开闭部封闭流入口时，上述第二气密环防止已向高压调节器供给的高压气体再次通过流入口逆流或者防止残留于流入腔内的高压气体向高压调节器侧泄漏。由此，可维持高气密性。
并且，上述流入通道22包括：通道22A，用于使弹簧S的一侧插入，并与后述的连接固定部件的供给通道相对应；以及多个流入孔22B，在上述流入腔112侧与上述通道22A相连接，以与上述流入腔112相连接。
即，高压气体在经过上述流入通道的通道之后通过多个流入孔顺畅地向流入腔内供给，同时，使压力下降，从而具有可确保安全性的条件。
连接固定部件30与上述本体外壳10和高压燃料管线210相连接。
即，连接固定部件30具有如下的技术结构，设置在上述本体外壳10的另一端，一端通过常规的强行扣入或螺纹结合方式向本体外壳10的内部插入固定，另一端朝向本体外壳10的外部突出来通过常规方式与高压燃料管线210连接固定，在内部形成有供给通道32。
由此，可提供无需使用额外的追加部件或连接件等也可简单且方便地连接来使用的便利性。
因此，本发明可易于与高压调节器的流入端口及高压燃料管线直接连接，从而可进一步提高使用便利性。
并且，当断开储气罐200时，使得在高压燃料管线210中残留最小限度的高压燃料，因而由于高压调节器100内的高压密封部103的微细泄漏，从而可使在作为后端部的排出端口120中的压力上升最小化，同时，防止因安全阀102的工作而引起的泄漏，从而具有可通过使用高压调节器来确保高安全性的条件。

Claims (3)

1.一种高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法，其特征在于，
在包括用于检测压力的压力传感器和用于控制通过上述压力传感器检测的压力的控制部的高压调节器的前端部维持高压且上述高压调节器的后端部维持低压的状态下，包括：
上述压力传感器检测上述前端部的压力和上述后端部的压力的步骤；
上述控制部将上述前端部的压力与其前端部的体积的乘积和上述后端部的压力与其后端部的体积的乘积之和除以上述前端部体积与上述后端部体积之和来计算蠕变压力的步骤；以及
上述控制部对上述蠕变压力与安全阀的设定压力进行比较来调节上述前端部的体积的步骤，
在调节上述前端部的体积的步骤中，若上述蠕变压力大于上述安全阀的设定压力，则控制部限制上述前端部的体积来以使上述前端部的体积与后端部的体积之比变小的方式进行控制。
2.根据权利要求1所述的高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法，其特征在于，通过设置在作为与储气罐的高压燃料管线相连接的上述高压调节器的前端部的流入端口之间的切断阀来调节上述前端部的体积。
3.根据权利要求1所述的高压调节器用防止内部泄漏的压力控制方法，其特征在于，上述前端部的体积与后端部的体积之比为1：169。
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