JP2024516275A - 高圧容器用圧力解放装置 - Google Patents

Abstract

本発明の高圧容器用圧力解放装置は、高圧容器に装着されるバルブボディーに結合し、高圧容器のガスが流入するガス通路が形成され、ガス通路と連通される空間部が形成される第１ボディー部と、第１ボディー部の空間部に装着され空間部に流入したガスを外部に排出するガス排出口が形成され、空間部と連通されるチャンバーが形成される第２ボディー部と、チャンバーに直線移動が可能に装着され、ガス通路を開閉するピストン部材と、空間部とピストン部材との間に配置され、ピストン部材の後退方向に弾性力を提供するスプリングと、ピストン部材の後方に位置するチャンバーに装着され、周辺温度が設定温度以上になると溶融する可溶合金と、を含み、可溶合金が溶融してチャンバー外部に排出されると、ピストン部材が後退しながらガス通路を開放して迅速にガスを排出することができ、信頼性を向上させることができる。

Description

本発明は、高圧ガスが貯蔵された高圧容器に装着され、ガスの流れを制御するバルブアセンブリーに設けられ、火災などによる周辺温度が上昇すると、高圧容器に貯蔵されたガスを外部に排出して高圧容器の爆発を防止する高圧容器用圧力解放装置に関する。

現在、水素燃料電池システムの場合、ガスが貯蔵された高圧容器にバルブアセンブリーが設けられ、高圧容器にガスを充填する際にガスの流れを制御し、高圧容器に貯蔵されたガスをガス使用部に供給する際に原料ガスの流れを制御する。

このようなバルブは、電気的な信号に応じてガスの流れを精密に制御することができ、水素容器に貯蔵されたガスの圧力を一定に維持しなければならず、水素燃料電池自動車の転倒や火災発生時の高圧容器の爆発を防止しなければならない。

したがって、バルブには、火災発生時に周辺温度が上昇すると、高圧容器に貯蔵された高圧のガスを外部に放出する圧力解放装置（ＰＲＤ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｄｅｖｉｃｅ）が設けられる。

従来の圧力解放装置は、韓国登録特許第１０－０９６４７３８号公報（２０１０年０６月１０日）に開示されているように、ガスが充填されたガス容器のバルブに結合されるバルブ結合部に可溶合金結合部が設けられ、可溶合金結合部に可溶合金が密封可能に取り付けられ、バルブ結合部にディスクを挿入して可溶合金が高圧によって押されることを防止し、周辺環境の温度が特定温度以上に上昇して可溶合金が溶融すると、圧力によってディスクが破裂してガス容器に貯蔵されたガスを外部に排出してガス容器の爆発を防止する。

しかし、このような従来の圧力解放装置は、ディスクと可溶合金のみでガスが排出される通路を密閉する構造であるので信頼性が低下し、ディスクが破裂しながら流路が開放されるが、破裂したディスク破片が流路上にそのまま残っていて流路を塞ぐことになり、これにより、圧力容器内のガス放出時間に差が生じ、迅速な放出が難しいという問題がある。

したがって、本発明の目的は、ピストン部材の後面に装着された可溶合金が周辺温度によって溶融すると、ピストン部材が後退しながらガス通路を開放して高圧容器の高圧ガスがガス通路を通して外部に排出されるので、迅速な放出が可能な高圧容器用圧力解放装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ピストン部材の密封ロッドがガス通路に挿入され、ガス通路を密閉するのでガス通路の密閉性能を向上させることができ、ガス通路によるガス漏れを防止することができる高圧容器用圧力解放装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の高圧容器用圧力解放装置は、高圧容器に装着されるバルブボディーに結合し、高圧容器のガスが流入するガス通路が形成され、前記ガス通路と連通される空間部が形成される第１ボディー部と、前記第１ボディー部の空間部に装着され、前記空間部に流入したガスを外部に排出するガス排出口が形成され、前記空間部と連通されるチャンバーが形成される第２ボディー部と、前記チャンバーに直線移動が可能に装着され、前記ガス通路を開閉するピストン部材と、前記空間部とピストン部材との間に配置され、ピストン部材の後退方向に弾性力を提供するスプリングと、前記ピストン部材の後方に位置するチャンバーに装着され、周辺温度が設定温度以上になると溶融する可溶合金と、を含み、前記可溶合金が溶融してチャンバー外部に排出されると、前記ピストン部材が後退しながら前記ガス通路を開放することを特徴とする。

前記第１ボディー部は、前記ガス通路と空間部との間に連通され、前記ガス通路に比べて内径が大きく形成され、前記ピストン部材が挿入密着する円筒形状の密封部を形成することができる。

前記ピストン部材は、前記チャンバー内部にスライド移動可能に挿入されるスライド部と、前記スライド部から延長され、スライド部に比べて外径が小さく形成され、スプリングを支持するスプリング支持部と、前記スプリング支持部から延長され、スプリング支持部に比べて外径が小さく形成され、密封部に挿入されて密封作用をする密封ロッド部とを含んでもよい。

前記密封ロッド部の外径は前記密封部の内径に比べて小さく形成され、密封ロッド部と密封部との間には隙間が形成され、前記密封ロッド部の外面には前記隙間を密封する第１シーリングおよび第２シーリングを装着することができる。

前記可溶合金の面積の１／３がチャンバーに残っている状態であるとき、前記密封ロッド部と密封部の間の隙間を通してガスを排出するように第１シーリングおよび第２シーリングが密封部から離脱することができる。

前記第２ボディー部のガス排出口は、その一側が空間部と連通され、他側は第２ボディー部の後面に形成され、前記第２ボディー部の周り方向に一定間隔で複数個形成することができる。

前記チャンバーには、可溶合金が溶融するとチャンバー外部に排出する溶融物排出口が形成され、前記チャンバーの後方には可溶合金が固体状態であるとき、可溶合金が元の状態を維持するように支持し、可溶合金が液体状態になると通過して溶融物排出口に排出されるようにするフィルター部材を装着することができる。

上述したように、本発明の高圧容器用圧力解放装置は、ピストン部材によってガス通路が密閉され、可溶合金が周辺温度によって溶融すると、ピストン部材がスプリングの弾性力およびガスの圧力によって後退しながらガス通路を開放するのでガスの迅速な放出が可能で、ガス放出に対する信頼性を向上させることができる。

また、ピストン部材の密封ロッドがガス通路に挿入されガス通路を密閉するので密閉性能を向上させることができ、ガス通路によるガス漏れをより確実に防止することができる。

本発明の一実施形態による圧力解放装置の断面図である。 本発明の一実施形態による圧力解放装置の作動状態図である。 本発明の一実施形態による圧力解放装置の作動状態図である。

以下、添付図面を参照して本発明による実施例を詳しく説明する。また、以下の図面において、構成要素の大きさや形状などは説明の便宜および明確性のために誇張されたものである。また、本発明の構成および作用を考慮して特に定義された用語は使用者、運用者の意図または慣例により異なることができる。

図１は、本発明の一実施形態による圧力解放装置の断面図である。

高圧容器用バルブアセンブリーは、ガスが充填された高圧容器の入口に装着され、複数のバルブが備えられるバルブボディーと、バルブボディーに設けられ、手動で流路を開閉する手動バルブ（Ｍａｎｕａｌ Ｖａｌｖｅ）と、バルブボディーに設けられ、電気的な信号に応じて流路を自動開閉するソレノイドバルブと、バルブボディーに設けられ、車両事故などによる火災発生時に周辺温度が上昇すると高圧容器内のガスを外部に放出して高圧容器が爆発することを防止する圧力解放装置（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｄｅｖｉｃｅ）を含む。

このような本実施形態による高圧容器用バルブアセンブリーは、水素燃料電池車両に設けられ、水素原料の流れを制御するために主に用いられ、水素燃料電池車両以外に、高圧ガスを充填および供給するいかなるシステムにも適用可能である。

圧力解放装置は、バルブボディーに装着され、高圧容器と連通されガスが流入するガス通路１２が形成され、ガス通路１２と連通される空間部１４が形成される第１ボディー部１０と、第１ボディー部１０の後方に装着され、空間部１４を密封し、空間部に流入したガスを外部に排出するガス排出口２２が形成され、空間部１４と連通されるチャンバー２４が形成される第２ボディー部２０と、チャンバー２４に直線移動が可能に装着され、ガス通路１２を開閉するピストン部材３０と、ピストン部材３０の後方側チャンバー２４に装着され、周辺温度が設定温度以上になると溶融してピストン部材３０を後退させる空間を確保する可溶合金４０と、を含む。

第１ボディー部１０は、バルブボディーにねじ結合される外面に雄ねじ部５２が形成され、ガス通路１２が貫通できるように形成されて高圧容器のガスが流入し、ガス通路１２の下側にガス通路１２に比べて内径が大きく形成され、ピストン部材３０の密封ロッド部３６が挿入されて密着する密封部５４が形成される。そして、密封部５４は空間部１４と連通している。

第２ボディー部２０は、第１ボディー部１０の空間部１４に挿入され、第１ボディー部１０の内面と第２ボディー部２０の外面には相互にねじ結合するねじ結合部５６が形成され、空間部１４と連通するチャンバー２４の内面にはピストン部材３０がスライド移動可能に配置される。そして、ガス排出口２２は、一側は空間部１４と連通し、他側は第２ボディー部２０の後面に形成され、第２ボディー部２０の周り方向に一定間隔で複数個形成され、空間部１４に流入したガスを第２ボディー部２０の後方を通して外部に排出する。

第２ボディー部２０の後面には、中央が内側方向に入った凹形状の凹部４６が形成され、凹部４６の周り方向に一定間隔で複数のガス排出口が外部に露出するように形成されている。

チャンバー２４の後方には、チャンバー２４に配置される可溶合金４０が溶融するとチャンバー２４の外部に排出される溶融物排出口４２が形成され、チャンバー２４の後方には、可溶合金４０が固体状態である時には可溶合金４０が元の状態を維持するように支持し、可溶合金４０が液体状態になると通過して溶融物排出口４２に排出するフィルター部材４４が装着される。

フィルター部材４４は金属材質のネット形状であり、チャンバー２４の後面に配置され、可溶合金４０が変形しないように支持する役割を果たし、可溶合金４０が溶融して液体状態になると液体状態の可溶合金４０が通過する構造を有する。

第２ボディー部２０の後方にはガス排出口２２を防ぎ、ガス排出口２２を通じて異物が流入することを防止する栓部材６０が取り付けられ、栓部材６０は、第１ボディー部１０に固定される連結帯６２により連結され、栓部材６０がガス排出口２２から分離される時に離脱することを防止する。このような栓部材６０は、ガス排出口２２を通じて排出されるガスの圧力によって第２ボディー部２０から分離される。

ピストン部材３０は、チャンバー２４の内面にスライド移動可能に挿入されるスライド部３２と、スライド部３２から延長され、スライド部３２に比べて外径が小さく形成され、スプリング７０が巻き取られ、支持されるスプリング支持部３４と、スプリング支持部３４から延長され、スプリング支持部３４に比べて外径が小さく形成されて密封部５４に挿入され密封作用をする密封ロッド部３６と、を含む。

スライド部３２の外面には、空間部１４の内部に流入したガスがピストン部材３０の後方への逆流を防止する逆流防止Ｏリング６４が装着される。スプリング７０は、その一端はピストン部材３０のスプリング支持部３４に支持され、他端は空間部１４の内面に支持され、ピストン部材３０の後退方向に弾性力を付与する。

密封ロッド部３６の外径は密封部５４の内径に比べて小さく形成され、密封ロッド部３６と密封部５４との間には隙間が存在することになり、このような隙間を密封するために密封ロッド部３６の外面には、第１シーリング７２および第２シーリング７４が装着される。このように、密封ロッド部３６は円棒状であり、密封部５４は円筒形態に形成され、密封ロッド部３６が密封部５４に挿入されるとガス通路１２が密閉され、密封ロッド部３６の外面に第１シーリング７２および第２シーリング７４がそれぞれ装着され、ガスの漏れを未然に防ぐことができる。

つまり、従来のバルブの場合、スプリングの弾性力またはガスの圧力によって密封ロッド部の端部が密封部の端部に密着し、この場合、スプリングが変形するかまたは外部の衝撃によって密封ロッド部が密封部から離脱する恐れがある。これに対して、本実施例によるバルブ構造は、密封ロッド部が密封部に挿入された状態で配置され、外部衝撃やスプリングの弾性力に関係なしに密封性能を維持することができる長所がある。

可溶合金４０は、ピストン部材３０の後方に位置するチャンバー２４に装着され、その前面はピストン部材３０の後面に接触し、その後面はフィルター部材４４に接触してピストン部材３０が後退しないように支持して密封ロッド部３６が密封部５４に挿入された状態を維持するようにし、周辺温度が上昇すると溶融して外部に排出されるとチャンバー２４の後方に空間が残ることになり、これにより、ピストン部材３０が後退しながらガス通路１２を開放する。

以下、このように構成された本発明の一実施形態による高圧容器用圧力解放装置について説明する。

図２および図３は、本発明の一実施形態による高圧容器用圧力解放装置の作動状態図である。

正常作動状態の場合、ピストン部材３０の密封ロッド部３６が密封部５４に挿入され、ガス通路１２を密閉してガスの排出を遮断する。この時、密封部５４は円筒形状であり、密封ロッド部３６は円棒状からなり、円筒形状の密封部５４に円棒状の密封ロッド部３６が挿入されて密封作用を行うので、衝撃やその他外部要因によって密封ロッド部３６が密封部５４から離脱することを未然に防止することができ、ガス通路１２によるガスの排出を遮断することができる。

そして、火災や事故などによって周辺温度が上昇すると可溶合金４０が溶融して溶融物排出口４２を通じて排出され、これにより、可溶合金４０が排出される量だけチャンバー２４の内部に空間が形成され、したがって、ピストン部材３０がスプリング７０の弾性力およびガスの圧力によって後退する。

この時、図２に示すように、チャンバー２４の内部に可溶合金４０の一部が残っている状態でも密封ロッド部３６の第１シーリング７２および第２シーリング７４は、密封部５４から離脱して密封ロッド部３６と密封部５４の間の隙間を通してガスが空間部１４の内部に流入し、空間部１４に流入したガスは、ガス排出口２２を通じて外部に排出される。可溶合金４０の全体の面積の１／３がチャンバー２４に残っているときから隙間を通してガスを排出することが好ましい。

つまり、可溶合金４０が全部溶融するまで一定時間が必要となり、可溶合金４０が全部溶融するまでの時間の間、ガスの排出が遅れてガスの排出が迅速に行われない問題があるが、本実施形態では可溶合金４０が一定値程度溶融したときからガス通路１２を開放してガスを排出しているので、ガスの排出を迅速に行うことができる。

そして、図３に示すように、時間が経過して可溶合金４０が全部溶融するとピストン部材３０は完全に後退した状態となり、したがって、密封部５４から密封ロッド部３６が完全に分離し、ガス通路１２が開放されるとガスが空間部１４に流入し、ガス排出口２２を通じて迅速に外部に排出することができる。

以上、本発明を特定の好ましい実施例を例に挙げて説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって様々な変更および修正が可能であることが理解できる。

本発明は、水素燃料電池システムなどの高圧ガス容器に適用可能である。

Claims (7)

1. 高圧容器に装着されるバルブボディーに結合し、高圧容器のガスが流入するガス通路が形成され、前記ガス通路と連通される空間部が形成される第１ボディー部と、
   前記第１ボディー部の空間部に装着され、前記空間部に流入したガスを外部に排出するガス排出口が形成され、前記空間部と連通されるチャンバーが形成される第２ボディー部と、
   前記チャンバーに直線移動が可能に装着され、前記ガス通路を開閉するピストン部材と、
   前記空間部とピストン部材との間に配置され、ピストン部材の後退方向に弾性力を提供するスプリングと、
   前記ピストン部材の後方に位置するチャンバーに装着され、周辺温度が設定温度以上になると溶融する可溶合金と、を含み、
   前記可溶合金が溶融してチャンバー外部に排出されると、前記ピストン部材が後退しながら前記ガス通路を開放する、高圧容器用圧力解放装置。
2. 前記第１ボディー部は、前記ガス通路と空間部との間に連通され、前記ガス通路に比べて内径が大きく形成され、前記ピストン部材が挿入密着する円筒形状の密封部を形成する、請求項１に記載の高圧容器用圧力解放装置。
3. 前記ピストン部材は、前記チャンバー内部にスライド移動可能に挿入されるスライド部と、
   前記スライド部から延長され、スライド部に比べて外径が小さく形成され、スプリングを支持するスプリング支持部と、
   前記スプリング支持部から延長され、スプリング支持部に比べて外径が小さく形成され、密封部に挿入されて密封作用をする密封ロッド部と、を含む、請求項２に記載の高圧容器用圧力解放装置。
4. 前記密封ロッド部の外径は前記密封部の内径に比べて小さく形成され、密封ロッド部と密封部との間には隙間が形成され、前記密封ロッド部の外面には前記隙間を密封する第１シーリングおよび第２シーリングが装着される、請求項３に記載の高圧容器用圧力解放装置。
5. 前記可溶合金の面積の１／３がチャンバーに残っている状態であるとき、前記密封ロッド部と密封部の間の隙間を通してガスを排出するように第１シーリングおよび第２シーリングが密封部から離脱する、請求項３に記載の高圧容器用圧力解放装置。
6. 前記第２ボディー部のガス排出口は、その一側が空間部と連通され、他側は第２ボディー部の後面に形成され、前記第２ボディー部の周り方向に一定間隔で複数個形成される、請求項１に記載の高圧容器用圧力解放装置。
7. 前記チャンバーには、可溶合金が溶融するとチャンバー外部に排出する溶融物排出口が形成され、前記チャンバーの後方には可溶合金が固体状態であるとき、可溶合金が元の状態を維持するように支持し、可溶合金が液体状態になると通過して溶融物排出口に排出されるようにするフィルター部材が装着される、請求項１に記載の高圧容器用圧力解放装置。

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