KR102139594B1 - 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 충전 라인과 연료 공급 라인을 일원화함으로써 하나의 유로를 이용하여 충전 및 방전이 가능한 심플한 구성을 가진 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리에 관한 것으로, 연료의 충전 시 충전노즐과 저장탱크를 연결하고 연료의 공급 시 저장탱크와 엔진을 연결하는 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리에 관한 것이다.
그 구성을 살펴보면, 상기 충전노즐과 상기 엔진에 연결된 충진포트와, 상기 충진포트와 상기 저장탱크를 연결하며 충전연료 및 공급연료가 이송되는 이송유로와, 상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 유량을 조절하는 정량밸브와, 상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 흐름을 단속하고 압력을 조절하며 역류를 방지하는 솔레노이드 밸브와, 상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 흐름을 수동으로 단속하는 수동밸브를 포함한다.

Description

차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리{VALVE ASSEMBLY FOR HYDROGEN CHARGING AND DISCHARGING CONTROL OF VEHICLE}

본 발명은 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생성하는 연료전지를 동력원으로 사용하는 수소연료전지 차량의 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 수소연료전지 차량에서 에너지 생성은 연료인 수소와 공기의 반응에 의한 역전기분해 현상에 의해 전류가 흐름으로써 전기 에너지가 생성된다. 이때 수소는 수소 충전 시스템의 충전 라인을 따라 저장탱크에 저장된다. 저장탱크에 저장된 수소는 전기 에너지 생성을 위해 공급 라인을 따라 레귤레이터를 걸쳐 감압된 후 스택으로 공급된다.

종래의 수소 충전 시스템은 저장탱크에 수소를 저장하기 위한 충전 라인과 저장탱크의 수소를 스택에 공급하기 위한 공급 라인이 별도로 마련되므로 매우 복잡한 구성을 갖는다.

수소 충전 시스템의 복잡한 구성으로 인하여, 충전 라인과 공급 라인의 배관을 피팅할 경우 작업량이 증가하고, 설치 작업 시 많은 부품이 소모되는 문제가 있었다.

대한민국등록특허공보 제10-0873244호(2008.12.03.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 연료 충전 라인과 연료 공급 라인을 일원화함으로써 하나의 유로를 이용하여 충전 및 방전이 가능한 심플한 구성을 가진 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리 어셈블리는, 연료의 충전 시 충전노즐과 저장탱크를 연결하고 연료의 공급 시 저장탱크와 엔진을 연결하는 밸브 어셈블리이다.

그 구성을 살펴보면, 상기 충전노즐과 상기 엔진에 연결된 충진포트와, 상기 충진포트와 상기 저장탱크를 연결하며 충전연료 및 공급연료가 이송되는 이송유로와, 상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 유량을 조절하는 정량밸브와, 상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 흐름을 단속하고 압력을 조절하며 역류를 방지하는 솔레노이드 밸브와, 상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 흐름을 수동으로 단속하는 수동밸브를 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 연료 충전 라인과 연료 공급 라인을 일원화함으로써 하나의 유로를 이용하여 충전 및 방전이 가능하여 밸브 어셈블리를 심플하게 구성할 수 있으며, 밸브 어셈블리의 설치 시 많은 부품이 소모되는 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 저장탱크에 충전되는 연료와 저장탱크에서 공급되는 연료가 하나의 라인을 통해 이송되므로, 연료의 충전 및 공급을 위한 저장탱크와의 연결부위의 면적을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 저장탱크에서 라인 상에 설치된 부품 측으로 인가되는 하중을 줄일 수 있으며, 부품의 변형을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리의 충전과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리의 저장탱크가 완충된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리의 공급과정을 도시한 도면이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리는, 수소연료전지 차량의 연료인 수소가 하나의 라인을 통해 충전 및 공급될 수 있도록 한 밸브 어셈블리이다.

좀 더 상세하게는, 본 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리는, 연료의 충전 시 충전노즐(미도시)과 저장탱크(200)를 연결하고 연료의 공급 시 저장탱크(200)와 엔진(미도시)을 연결한다. 이때, 충전노즐과 엔진에 연결된 충진포트(100)는 하나의 라인, 즉 이송유로(300)를 통해 저장탱크(200)와 연결된다.

상술한 바와 같은 구조의 차량용 수소 충전 시스템은, 충진포트(100)와 저장탱크(200)를 하나의 이송유로(300)로 연결하므로 밸브 어셈블리의 구성을 심플하게 할 수 있고, 밸브 어셈블리에 사용되는 부품의 수를 최소화할 수 있다.

또한, 충전 및 공급되는 연료가 하나의 이송유로(300)를 통해 이송되어 저장탱크(200)와 이송유로(300)를 연결하는 부위의 면적을 최소화할 수 있으며, 이송유로(300)에 설치된 부품 측으로 인가되는 하중을 경감시켜 부품의 변형을 방지할 수 있으며 내구성을 향상시킬 수 있다.

도면을 참조하여 본 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리를 상세히 살펴보도록 한다.

충진포트(100)는 외부의 연료를 저장탱크(200)에 저장하거나 저장된 연료를 엔진(미도시)으로 공급할 수 있도록 충전노즐(미도시) 및 엔진에 연결된 포트이다. 이러한 충진포트(100)는 연료의 충전 시 충전노즐과 저장탱크(200)를 연결하고, 연료의 공급 시 저장탱크(200)와 엔진을 연결한다.

예를 들어, 외부 연료 공급원의 충전 노즐이 차량에 접속되면, 충진포트(100)를 통해 연료가 주입되어 저장탱크(200)에 충전된다. 반면, 차량을 주행시키기 위해 엔진을 구동시키면, 저장탱크(200)의 연료가 충진포트(100)를 통해 엔진으로 공급된다.

저장탱크(200)는 외부에서 주입된 연료를 저장함과 동시에 엔진의 구동 시 저장된 연료를 공급하는 역할을 한다. 이러한 저장탱크(200)는 고압의 수소 연료를 저장할 수 있는 탱크로서, 통상의 수소 차량에 사용되는 저장탱크와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이송유로(300)는 충진포트(100)와 저장탱크(200)를 연결하는 하나의 라인이다. 즉, 연료의 충전 시 충전연료가 이송유로(300)를 통해 충진포트(100)에서 저장탱크(200)로 이송되고, 연료의 공급 시 공급연료가 저장탱크(200)에서 충진포트(100)로 이송된다.

상술한 이송유로(300)에는, 충전 및 공급연료를 여과하는 필터(400)와, 이송유로(300)에는 충전 및 공급연료의 유량을 조절하는 정량밸브(500)와, 충전 및 공급연료의 흐름을 단속하고 압력을 조절하며 역류를 방지하는 솔레노이드 밸브(600)와, 충전 및 공급연료의 흐름을 수동으로 단속하는 수동밸브(700)이 설치된다.

필터(400)는 연료를 충전하는 과정에서, 그리고 연료를 공급하는 과정에서 충전 및 공급연료에 포함된 수분 등의 이물질을 각각 제거함으로써 공급되는 연료의 여과효율을 향상시킨다. 이러한 필터(400)는, 충진포트(100)와 정량밸브(500) 사이에 설치되는 제1필터(400a)와, 저장탱크(200)와 후술할 온도감응형안전장치(900) 사이에 설치되는 제2필터(400b)로 구성된다.

정량밸브(500)는, 이송유로(300)를 통해 저장탱크(200)에 저장되는 충전연료 및 이송유로(300)를 통해 엔진에 공급되는 압력의 차이에 의한 유량을 제어한다.

솔레노이드 밸브(600)는, 외부에서 인가된 신호에 따라 작동하며 이송유로(300)의 개방 또는 폐쇄한다. 즉, 솔레노이드 밸브(600)는 연료의 충전 및 공급 시 이송유로(300)를 개방하되, 충전 및 공급연료가 일정한 압력으로 이송될 수 있도록 조절한다. 또한, 솔레노이드 밸브(600)는 저장탱크(200)에 연료가 완충되면 이송유로(300)를 폐쇄하여 연료의 역류를 방지한다.

수동밸브(700)는 충전 및 공급연료의 흐름을 수동을 단속하는 역할을 한다. 예컨대, 수동밸브(700)는 솔레노이드 밸브(600)가 고장이 날 경우 연료의 흐름을 강제적으로 차단하는 역할을 한다.

한편, 이송유로(300) 상에는 배출밸브(800)와 온도감응형안전장치(900)가 설치된다.

배출밸브(800)는 이송유로(300)의 압력을 해소하는 역할을 한다. 예컨대, 솔레노이드 밸브(600)가 닫힌 상태로 이상이 생길 경우 이송유로(300) 상에 존재하는 압력에 의해 솔레노이드 밸브(600)를 분해하는 것이 불가능하다. 이때, 수동밸브(700)를 이용하여 이송유로(300)를 폐쇄한 후 배출밸브(800)를 개방하여 이송유로(300)의 압력을 해소하면 솔레노이드 밸브(600)를 용이하게 분해할 수 있다.

이를 위하여, 배출밸브(800)는 솔레노이드 밸브(600)와 수동밸브(700) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.

온도감응형안전장치(900)는 이송유로(300)의 온도가 설정값 이상으로 상승할 경우 연료를 배출하여 온도를 조절하는 역할을 한다. 이러한 온도감응형안전장치(900)는 저장탱크(200)의 온도가 설정값 이상으로 상승할 경우 작동하여 연료를 배출한다.

한편, 저장탱크(200)와 연결된 온도센서(910)는 연료의 충전 시 저장탱크(200)의 압력이 상승하며 온도가 올라가는 것을 체크하여 저장탱크(200)가 일정 온도 이상으로 상승하지 못하도록 감지하는 역할을 한다.

상술한 구성의 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리는, 충진포트(100)와 저장탱크(200)가 하나의 이송유로(300)를 통해 연결되어 시스템의 구성이 단순하고 시스템에 설치되는 부품을 최소화할 수 있다. 또한, 저장탱크(200)와 이송유로(300)를 연결하는 부위의 면적을 최소화할 수 있으며, 이송유로(300)에 설치된 부품 측으로 인가되는 하중을 경감시켜 부품의 변형을 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리를 이용한 충전 및 방전과정을 살펴보도록 한다.

[연료 충전 시]

도 2에 도시된 바와 같이, 외부 연료 공급원의 충전 노즐이 차량에 접속되면 충진포트(100)를 통해 연료가 주입된다. 주입된 연료는 충진포트(100)에서 분기된 후 이송유로(300)를 통해 이송되어 저장탱크(200)에 저장된다.

여기서, 이송유로(300)에 설치된 필터(400)는 충전연료에 포함된 이물질을 제거하고, 정량밸브(500)는 충전연료의 유량을 조절하며, 솔레노이드 밸브(600)는 충전연료의 이송을 허용함과 동시에 압력을 조절한다.

[연료 완충 시]

외부 연료 공급원으로부터의 연료 충전이 완료되면 차량에 접속된 충전 노즐을 분리한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 충전 노즐을 분리할 경우 이송유로(300)는 폐쇄된 상태를 유지하며 연료의 흐름을 차단한다. 즉, 이송유로(300)를 통한 연료의 주입이 없는 상태에서 솔레노이드 밸브(600)에 의해 역류가 방지되므로, 이송유로(300) 상에는 연료의 흐름이 발생하지 않는다.

[연료 공급 시]

도 4에 도시된 바와 같이, 차량을 주행시키기 위하여 엔진을 구동할 경우 솔레노이드 밸브(600)에 의해 이송유로(300)가 개방되며 저장탱크(200)의 연료가 엔진으로 공급된다. 즉, 저장탱크(200)에 저장된 연료가 이송유로(300)를 거쳐 충진포트(100)로 이송된 후 엔진으로 공급된다.

여기서, 이송유로(300)에 설치된 솔레노이드 밸브(600)는 공급연료의 이송을 허용함과 동시에 압력을 조절하고, 정량밸브(500)는 공급연료의 유량을 조절하며, 필터(400)는 공급연료에 포함된 이물질을 한 번 더 제거한다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 충진포트 200: 저장탱크
300: 이송유로 400: 필터
500: 정량밸브 600: 솔레노이드 밸브
700: 수동밸브 800: 배출밸브
900: 온도감응형안전장치

Claims (5)

1. 연료의 충전 시 충전노즐과 저장탱크를 연결하고, 연료의 공급 시 저장탱크와 엔진을 연결하는 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리에 있어서,
   상기 충전노즐과 상기 엔진에 연결된 충진포트;
   상기 충진포트와 상기 저장탱크를 연결하며 충전연료 및 공급연료가 이송되는 이송유로;
   상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 유량을 조절하는 정량밸브;
   상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 흐름을 단속하고 압력을 조절하며 역류를 방지하는 솔레노이드 밸브;
   상기 이송유로 상에 설치되어 충전 및 공급연료의 흐름을 수동으로 단속하는 수동밸브;
   상기 솔레노이드 밸브와 상기 수동밸브 사이에 설치되어 상기 이송유로의 연료를 배출하여 압력을 해소하는 배출밸브; 및
   상기 수동밸브와 상기 저장탱크 사이에 설치되어 상기 이송유로의 온도가 설정값 이상으로 상승할 경우 연료를 배출하는 온도감응형안전장치를 포함하고,
   상기 이송유로를 통해 연료 충전 라인과 연료 공급 라인을 일원화함으로써 하나의 유로를 이용하여 충전 및 방전이 가능한 것을 특징으로 하는 차량용 수소 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리.
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