KR101310435B1 - 에너지 저장 장치용 에어 밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 - Google Patents

에너지 저장 장치용 에어 밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 장치용 에어 밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 가스 유입구와 가스 배출구가 이격되어 구비되는 본체; 및 상기 본체의 내부에 구비되어 가스 유입구와 가스 배출구 사이의 경로를 차단 또는 개방하는 피스톤;을 포함하며, 상기 에너지 저장 장치 내부의 가스발생으로 인한 압력이 상승하면 상기 피스톤이 이동하여 상기 가스 유입구와 가스 배출구 사이의 경로를 개방하고, 상기 에너지 저장 장치 내부의 가스가 배출되거나, 가스발생이 감소되어 상기 에너지 저장 장치 내부의 압력이 감소하면 상기 피스톤이 이동하여 상기 가스 유입구와 가스 배출구 사이의 경로를 차단하도록 구성된다.

Description

에너지 저장 장치용 에어 밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치{AN AIR VALVE FOR ENERGY STORAGE DEVICE AND ENERGY STORAGE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 에너지 저장 장치용 에어 밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
최근 들어 전기전자통신 분야의 기술발전에 힘입어 각종 모바일 전자제품들이 출시되고 있으며, 이차전지 등의 에너지 저장 장치의 활용범위가 넓어지고 있다.
또한, 환경문제 및 자원문제에 관한 관심이 높아짐에 따라 친환경적인 에너지를 활용하는 자동차나, 태양열 발전 등의 친환경 에너지 생산 관련 기술개발을 위한 경쟁이 치열한 상황이다.
현재까지 가장 널리 사용되고 있는 대표적인 전기에너지 저장 장치는 충방전을 통하여 장기적인 사용이 가능한 이차전지이다. 상기 이차전지는 비교적 장시간동안 일정한 전압으로 출력이 유지되며 소형화 및 경량화가 가능하여 소형 모바일 기기들의 전원저장 장치로 이미 널리 사용되고 있다.
한편, 상기 이차전지의 경우 충방전에 소요되는 시간이 비교적 길고, 출력전압이 3V 내외로 낮은 편이며, 수명이 짧고 폭발의 위험성이 있다는 단점들이 있었기 때문에 활용분야에 한계가 있었다.
상기와 같은 이차전지의 단점들을 보완할 수 있는 에너지 저장 장치로써 전기화학적 메커니즘에 의하여 충방전 동작이 수행되는 슈퍼커패시터에 대한 관심이 높아지고 있다.
상기 슈퍼커패시터는 전기이중층 커패시터(EDLC), 하이브리드 커패시터, 의사 커패시터 등 다양한 종류가 있으며, 순간적인 충전이 가능하고, 출력특성이 이차전지에 비하여 월등하게 높으며, 수명 또한 이차전지보다 월등하게 길다는 장점들이 있다.
상기와 같은 장점들에 착안하여, 자동차의 회생재동 등의 용도로 사용하기 위한 연구가 지속되고 있다.
한편, 이차전지와 슈퍼커패시터 등의 에너지 저장 장치들은 전극 사이에 전해액(또는 전해질)을 구비하고 전기화학적 메커니즘에 의하여 충전 및 방전 과정이 진행되는데, 이때 각종 가스가 발생할 수 있으며, 이러한 가스를 적절하게 배출하지 못할 경우 에너지 저장 장치의 케이스가 파열되어 더 이상 사용이 불가능해지거나, 심한 경우 폭발의 위험도 존재한다.
상기 슈퍼커패시터의 경우 아직까지 에너지밀도 및 저항 등의 문제를 완전하게 해결하지 못하여 상용화가 원활하게 이루어지지 않고 있는 실정이지만, 근시일 내에 상용화가 예상되고 있는 시점인데, 전술한 바와 같은 가스발생으로 인한 신뢰성 저하 및 수명 단축 문제를 해결할 필요성이 대두되고 있다.
도 1은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 대한민국 특허출원 제2003-47556호에 따른 밸브의 구성을 예시하고 있다.
도 1을 참조하면, 상기 특허문헌에 기재된 에어 밸브의 경우 에너지 저장 장치 내부에서 가스가 발생하여 압력이 높아지면 얇은 금속박막(1)이 파열되면서 가스가 배출되는 방식인데, 이러한 방식을 적용할 경우, 상기 금속박막(1)이 파열될 때마다 금속박막을 교체해서 사용해야 한다는 번거로움이 있었다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은 에너지 저장 장치의 내압을 일정한 범위로 유지시키면서 반영구적인 사용이 가능한 에너지 저장 장치용 에어 밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브는, 에너지 저장 장치 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 에어 밸브에 있어서, 가스 유입구와 가스 배출구가 이격되어 구비되는 본체; 및 상기 본체의 내부에 구비되어 가스 유입구와 가스 배출구 사이의 경로를 차단 또는 개방하는 피스톤; 을 포함하며, 상기 에너지 저장 장치 내부의 가스발생으로 인한 압력이 상승하면 상기 피스톤이 이동하여 상기 가스 유입구와 가스 배출구 사이의 경로를 개방하고, 상기 에너지 저장 장치 내부의 가스가 배출되거나, 가스발생이 감소되어 상기 에너지 저장 장치 내부의 압력이 감소하면 상기 피스톤이 이동하여 상기 가스 유입구와 가스 배출구 사이의 경로를 차단하도록 하여 구성된다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브는, 에너지 저장 장치 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 에어 밸브에 있어서, 하면에 가스 유입구가 구비되고, 측면에 가스 배출구가 구비되는 본체; 상기 본체의 내부에 구비되며, 상기 본체의 측면과 접촉된 상태에서 상기 가스 유입구로 유입되는 가스의 압력에 따라 상하방향으로 이동되는 피스톤;을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 피스톤의 상면에는 피스톤의 이동경로가 수직방향이 되도록 안내하는 가이드가 구비되고, 상기 본체의 상면에는 가이드용 홀이 구비되며, 상기 가이드는 상기 가이드용 홀에 삽입되도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피스톤의 상면과 본체의 상부 내측면 사이에 탄성부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스 배출구는 상기 본체의 하면으로부터 본체 높이의 1/2 이하로 이격되어 본체의 측면에 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본체는 에너지 저장 장치의 케이스와 재질 및 두께 중 한 가지 이상이 동일한 것으로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창안된 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치는 전술한 에너지 저장 장치용 에어 밸브를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 에너지 저장 장치의 내부에서 발생하는 가스로 인한 내압 상승을 적절하게 해소할 수 있기 때문에 에너지 저장 장치의 신뢰성을 향상시키고 수명을 연장시킬 수 있다는 유용한 효과를 제공한다.
또한, 종래의 에너지 저장 장치용 에어 밸브와 달리 소모성 부품이 없이 반복적인 사용이 가능하다는 유용한 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 에어 밸브 구조를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브의 구성을 보인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브의 구성을 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브의 구성을 보인 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작동을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브의 구성을 보인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브는 본체(10) 및 피스톤(20)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 본체(10)에는 가스 유입구(11)와 가스 배출구(12)가 구비된다.
상기 가스 유입구(11)는 에너지 저장 장치의 케이스 내측으로 형성되어 에너지 저장 장치 내부에서 발생되는 가스가 유입될 수 있도록 형성된다.
상기 가스 배출구(12)는 상기 피스톤(20)을 경계로 가스 유입구(11)와 차단될 수 있도록 형성되어야 한다.
도 2에서는 가스 유입구(11)가 본체(10)의 하면에 형성되고, 가스 배출구(12)가 본체(10)의 측면에 형성되는 경우를 예시하였지만, 본 도면에 의하여 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.
상기 피스톤(20)은 상기 본체(10) 내부에서 이동하면서 가스 유입구(11)와 가스 배출구(12) 사이의 경로를 차단하거나 개방하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 피스톤(20)과 상기 본체(10)가 접촉되는 면에는 오링 등을 구비하여 가스가 누출되지 않도록 밀폐하는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 상기 피스톤(20)은 측면부가 상기 본체(10)의 측면 내부와 접촉된 상태로 상하방향으로 이동하면서 가스 유입구(11)와 가스 배출구(12) 사이의 경로를 차단하거나 개방하게 된다.
즉, 가스 발생량이 많이 누적되어 내압이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 상기 피스톤(20)이 상승하게 되고, 그 결과 가스 배출구(12)보다 높게 피스톤(20)이 상승하게 되면 본체(10) 내부에 존재하던 가스가 가스 배출구(12)를 통하여 외부로 배출되는 것이다.
한편, 이렇게 가스가 배출되면 피스톤(20)을 상방향으로 밀어올리던 힘이 약해지게 되므로 피스톤(20)이 하강하게 되며, 가스 배출구(12)보다 낮게 피스톤(20)이 하강하게 되면 본체(10) 내부의 가스는 더 이상 배출되지 못하며 에너지 저장 장치 내부가 밀폐된다.
또한, 상기 본체(10)의 측면에 형성되는 가스 배출구(12)는 가급적 가스 유입구(11)가 형성된 본체(10)의 하면에 가깝게 위치되도록 하여 가스 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있으므로, 상기 가스 배출구(12)는 상기 본체의 하면으로부터 본체 높이의 1/2 이하로 이격되어 본체의 측면에 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브의 구성을 보인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 피스톤(20)의 상면에 가이드(21)가 더 구비되며, 상기 가이드(21)의 상단에 차단바(22)가 더 구비될 수 있다.
상기 피스톤(20)은 가스 유입구(11)로 유입되는 가스 압력의 불균일한 분포 및/또는 피스톤(20)과 본체(10) 사이의 마찰력의 불균일한 분포 등의 요인으로 인하여 수평을 유지하지 못하면서 상승할 수 있는데, 이렇게 피스톤(20)이 수평을 유지하지 못하게 되면 피스톤(20)과 본체(10) 사이에 틈이 발생하여 에너지 저장 장치 내부의 밀폐성이 유지되지 못하게 된다는 문제를 발생시킬 수 있다.
상기 가이드(21)는 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로써, 상기 본체(10)의 상면에 구비되는 가이드(21)용 홀에 접촉하며 피스톤(20)이 수평을 이루면서 상승 또는 하강 동작이 수행될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
한편, 상기 차단바(22)는 상기 가이드(21)의 길이가 짧아 본체(10) 내부로 가이드(21)의 끝단이 삽입될 경우 가이드(21)의 끝단이 본체(10)의 내벽에 걸려 피스톤(20)이 상승하지 못함으로써 에너지 저장 장치의 내부에 존재하는 가스가 일정한 압력이 넘는 경우에도 외부로 배출되지 못하는 문제를 방지하는 기능을 수행하게 된다.
다른 구성은 도 2를 참조하여 설명한 바와 같으므로 중복적인 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브의 구성을 보인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 시스톤의 상면과 본체(10)의 상부 내측면 사이에 탄성부재(30)가 추가 포함될 수 있다.
한편, 도 4에서는 가이드(21) 및 차단바(22)가 구비된 상태에서 탄성부재(30)가 결합된 예를 도시하였지만, 가이드(21) 및/또는 차단바(22)가 없는 경우에도 적용될 수 있다.
에너지 저장 장치의 크기, 전극 및 전해액의 종류, 용량 및 에너지 저장 장치 케이스의 내압 등의 특성에 따라서 가스를 배출해야 할 문턱압력이 달라지게 되는데, 이러한 다양한 문턱압력에 따라 가스 배출시기를 세밀하게 조절하기 위해서는 상기 피스톤(20)이 상승하는 조건을 세밀하게 조절할 필요가 있다.
상기 탄성부재(30)를 구비함으로써 피스톤(20)의 상승 조건을 세밀하게 조절할 수 있다.
이때, 상기 탄성부재(30)는 스프링 등으로 구현될 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치의 내압을 고려하여 적절한 압력조건에서 가스 배출이 이루어질 수 있도록 피스톤의 무게, 탄성부재의 탄성력, 피스톤과 본체와의 마찰력 등을 조절할 수 있다.
이때, 상기 본체는 금속 또는 비금속 등 다양한 재질로 이루어질 수 있는데, 에너지 저장 장치의 케이스와 상기 본체의 재질 및/또는 두께를 동일하게 구성함으로써 상기와 같은 가스 배출 조건이 더욱더 정밀하게 설정될 수 있게 된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 금속박막
10 : 본체
11 : 가스 유입구
12 : 가스 배출구
20 : 피스톤
21 : 가이드
22 : 차단바
30 : 탄성부재

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 에너지 저장 장치 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 에어 밸브에 있어서,
    하면에 가스 유입구가 구비되고, 측면에 가스 배출구가 구비되는 본체; 및
    상기 본체의 내부에 구비되며, 상기 본체의 측면과 접촉된 상태에서 상기 가스 유입구로 유입되는 가스의 압력에 따라 상하방향으로 이동되는 피스톤;
    을 포함하되,
    상기 피스톤의 상면에는 피스톤의 이동경로가 수직방향이 되도록 안내하는 가이드가 구비되고,
    상기 본체의 상면에는 가이드용 홀이 구비되며,
    상기 가이드는 상기 가이드용 홀에 삽입되도록 구성되는
    에너지 저장 장치용 에어 밸브.
  4. 에너지 저장 장치 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 에어 밸브에 있어서,
    하면에 가스 유입구가 구비되고, 측면에 가스 배출구가 구비되는 본체; 및
    상기 본체의 내부에 구비되며, 상기 본체의 측면과 접촉된 상태에서 상기 가스 유입구로 유입되는 가스의 압력에 따라 상하방향으로 이동되는 피스톤;
    을 포함하되,
    상기 피스톤의 상면과 본체의 상부 내측면 사이에 탄성부재를 더 포함하는
    에너지 저장 장치용 에어 밸브.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 배출구는 상기 본체의 하면으로부터 본체 높이의 1/2 이하로 이격되어 본체의 측면에 구비되는 것인
    에너지 저장 장치용 에어 밸브.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 본체는 에너지 저장 장치의 케이스와 재질 및 두께 중 한 가지 이상이 동일한 것인
    에너지 저장 장치용 에어 밸브.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 에너지 저장 장치용 에어 밸브를 포함하는 에너지 저장 장치.
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