KR102623310B1 - 수소 저장 시스템 - Google Patents

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KR102623310B1
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얀닉 고다드
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포르시아 쥐스뗌 데샤피망
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Abstract

수소 저장 시스템(1)은 인출 장치(6)를 포함하는 적어도 하나의 축방향 넥(5)을 갖는 실질적으로 원통형인 저장통(3); 이 저장통(3)을 둘러싸는 실질적으로 평행육면체인 구조물(2); 인출 장치(6) 주위를 파지하면서 저장통(3)을 지지하는 케이지(7)를 포함한다. 케이지(7)는, 충격 시 변형 및/또는 파열되도록 구성된 적어도 하나의 인터페이스 부품(8)에 의해 구조물(2)에 고정되어, 케이지(7)가 인출 장치(6)에 고정된 상태를 유지하도록 하고, 인출 장치(6)에 힘을 거의 전달하지 않거나 또는 힘을 전혀 전달하지 않는다.

Description

수소 저장 시스템
본 발명은 수소 저장 시스템 분야에 관한 것이다. 이러한 수소 저장 시스템은, 연료 전지를 제공하기 위해 경차 또는 대형 차량에 통합되도록 설계된다.
수소 저장 시스템을 생산하기 위해, 실린더의 축방향 단부에 배열된 1개의 또는 2개의 넥(neck)을 포함하는 실질적으로 원통형인 저장통을 사용하는 것이 알려져 있다. 상기 저장통은 유리하게는 합성물로 제조된다. 상기 적어도 하나의 넥은 통상적으로 인출 장치(drawing device)를 포함한다.
한편으로는 저장통을 보호하기 위해 그리고 다른 한편으로는 차량에 대한 수소 저장 시스템의 통합을 용이하게 하기 위해, 상기 저장통을 둘러싸고 지지하는, 실질적으로 평행육면체인 구조물이 마련된다. 상기 구조물은 유리하게는 금속 재료 또는 합성물로 제조된다.
예를 들어 차량과 관련된 사고에 따른 충격이 있는 경우, 상기 수소 저장 시스템은 보호되어야 한다. 상기 구조물은 저장통에 대한 보호를 제공한다.
상기 인출 장치는 특히 중요하다. 저장통에 상당한 힘이 가해지는 경우 인출 장치가 저장통 외부에서 뜯겨져 나가는 것을 염려하는 데는 이유가 있다. 이렇게 뜯겨져 나가 인출 장치가 떨어져 나가게 되면, 한편으로는 불리하게는 인출 장치가 발사체로 바뀌게 될 수 있고, 다른 한편으로는 내부에 수용된 수소가 갑자기 방출됨으로써 화재 또는 폭발의 위험을 야기할 수 있다.
따라서 인출 장치는 특별히 보호되어야 한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 수소 저장 시스템에, 인출 장치를 둘러싸는 케이지(cage)를 추가하는 것을 제안한다. 상기 케이지는, 충격 시에 변형 및/또는 파열되도록 구성된 적어도 하나의 인터페이스 부품(interface part)을 사용하여 상기 구조물에 고정된다. 따라서, 상기 케이지는, 인출 장치에 고정된 상태로 유지되고 인출 장치에 힘을 거의 전달하지 않거나 또는 힘을 전혀 전달하지 않는다.
단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있는 특정 특징 또는 실시예는 다음과 같다.
- 상기 수소 저장 시스템은, 인출 장치를 소비장치(user)에 연결하는 적어도 하나의 강성 파이프를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 강성 파이프는 인출 장치와 소비장치 사이에 적어도 하나의 굴곡부를 포함하고, 인출 장치에 힘을 전달하지 않으면서 변형될 수 있다.
- 상기 수소 저장 시스템은, 상기 적어도 하나의 굴곡부의 상류에서, 바람직하게는 인출 장치에 가능한 한 근접하게, 상기 케이지에 상기 적어도 하나의 파이프를 고정하기 위한 제1 수단을 더 포함한다.
- 상기 수소 저장 시스템은, 상기 적어도 하나의 굴곡부의 하류에서, 상기 구조물에 상기 적어도 하나의 파이프를 고정하기 위한 제2 수단을 더 포함한다.
- 상기 케이지는 알루미늄, 강철 또는 합성물로 제조된다.
- 상기 저장통의 직경은 200 내지 700 mm이고 상기 저장통의 길이는 500 내지 3000 mm이다.
제2 양태에 있어서, 본 발명은, 적어도 하나의 전술한 수소 저장 시스템이 장착된 차량에 관한 것이다.
본 발명은, 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 제공되는 다음 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 수소 저장 시스템의 사시도를 도시한다.
도 2는 인출 장치와 구조물 사이의 인터페이스의 세부 사항을 사시도로 도시한다.
도 3은 다른 관점에서, 도 2의 세부사항을 사시도로 도시한다.
도 4는 연약형 인터페이스 부품을 상세하게 도시한다.
도 5는 인출 파이프(drawing pipe)를 상세하게 도시한다.
도 1은 수소 저장 시스템(1)을 도시한다. 이러한 수소 저장 시스템(1)은 실질적으로 원통형인 저장통(3)을 포함한다. 이러한 저장통(3)은, 저장통(3)을 형성하는 실린더의 축방향 단부에 유리하게 배열되는 1개의 또는 2개의 넥(5)를 포함한다. 유리하게는, 저장통(3)은 예를 들어 필라멘트 권취에 의해 합성물로 제조된다. 상기 적어도 하나의 넥(5)은 통상적으로 인출 장치(6)를 포함한다. 인출 장치(6)는, 유리하게는 금속으로 제조되어 넥(5)에서 저장통(3)에 단단히 고정되는 베이스를 포함한다. 이러한 베이스에는, 수소로 저장통(3)을 충전하는 작업 및 이 수소를 사용하기 위한 인출 작업 모두를 수행하도록 저장통(3)의 내부가 외부와 연결되도록 하용하는 적어도 하나의 파이프가 형성된다. 이러한 적어도 하나의 파이프 및/또는 베이스 상에는, 또한 수소의 유입 또는 유출이 제어될 수 있도록 하는 적어도 하나의 밸브뿐만 아니라 적어도 하나의 제어부 및/또는 안전 장치, 예컨대 압력 게이지 및/또는 안전 밸브가 배열된다.
저장통(3)을 보호하기 위해, 저장통(3)을 둘러싸는 구조물(2)이 저장통에 부착된다. 따라서 이러한 구조물(2)은, 저장통(3)에 외부 인클로저(outer enclosure)를 제공함으로써 저장통(3)을 보호한다. 유리하게는 금속으로 제조되는 이러한 구조물(2)은, 차량과의 고정 수단을 제공하여 차량에 대한 수소 저장 시스템(1)의 통합을 용이하게 한다. 구조물(2)은 또한, 차량에 대한 조작, 적층 및 통합이 더 용이한, 실질적으로 평행육면체인 형상을 갖는다.
저장통(3)은 유리하게는 구조물(2)에 대해 움직이지 않도록 되어 있다. 이는 고정 수단을 사용하여 수행된다. 이러한 고정 수단은 다양할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 저장통(3)은, 구조물(2)에 고정되어 넥(5) 및/또는 인출 장치(6)를 파지함으로써 저장통(3)의 축방향 단부를 고정시키는 케이지(7)를 사용하여 구조물(2)에 고정될 수 있다. 다른 축방향 단부에서도 동일한 방식으로 수행할 수 있다. 대안적으로, 도시되지 않은 다른 실시예에 따르면, 저장통(3)은 그 축에 대해 횡방향으로 저장통(3)을 둘러싸는 스트랩을 사용하여, 구조물(2)에 대해 움직이지 않게 되어 있을 수 있다.
충격이 있는 경우, 예를 들어 수소 저장 시스템(1)을 갖춘 차량과 관련된 사고에 이은 충격이 있는 경우, 수소 저장 시스템(1)은 보호되어야 한다. 구조물(2)은 저장통(3)에 대한 보호를 제공한다.
그러나, 인출 장치(6)는 그 배치, 접촉부 및 관성으로 인해 충돌 시 잠재적으로 큰 위험을 초래할 수 있다.
해당 넥(5) 또는 인출 장치(6)에 의해 저장통(3)을 지지하는 케이지(7)를 사용하여 저장통(3)을 고정하면, 인출 장치(6)는 케이지(7) 자체에 의해 뜯겨져 나가고, 구조물(2)로부터 발생하는 힘이 인출 장치로 전달될 위험이 있다.
주로 복합재인 저장통(3)에 비해 거대한 금속 장치의 관성의 차이로 인해, 인출 장치(6)에 가해지는 과도한 차동력(differential force)은 넥(5)에 대해 인출 장치가 뽑혀 나가도록 할 위험이 있다.
인출 장치(6)가 떨어져 나간다는 점에서, 이렇게 뜯겨져 나가면, 유해하게는 인출 장치가 발사체로 바뀔 수도 있고, 이는 잠재적으로 손상을 초래할 수 있다. 이렇게 뜯겨져 나가는 것은 또한 저장통(3)에 수용된 수소가 갑자기 방출되게 함으로써 화재 또는 폭발의 위험을 초래할 수 있다.
케이지(7)는 정상 조건(normal condition)에서는 구조물(2)에 대해 인출 장치(6) 및 저장통(3)을 지지하도록 구조물(2)에 고정된다. 그러나, 심각한 충격 상황에 있어서, 케이지(7)는 구조물(2)로부터 인출 장치(6)에 거의 힘을 전달하지 않거나 전혀 힘을 전달하지 않아야 한다. 따라서, 구조물(2)과 케이지(7)의 조립체에 있어서, 상기 케이지는 충격 시 변형 및/또는 파열되도록 구성되는 적어도 하나의 인터페이스 부품(8)을 구비한다. 유리하게는, 케이지(7)와 구조물(2) 사이의 모든 접합부는, 이러한 연약형 인터페이스 부품(8)을 이용하여 맞춰진다. 또한, 유리하게는, 적은 수의 접합부, 바람직하게는 4개 또는 3개 또는 더욱 바람직하게는 2개의 접합부가 존재한다. 따라서, 임의의 힘은 변형으로 인해 흡수되거나, 및/또는 임의의 힘은 파열로 인해 더 이상 전달되지 않는다. 파열되는 경우, 케이지(7)는 인출 장치(6)에 고정된 상태로 유지된다. 이는, 구조물(2)로부터 비롯되는 인출 장치(6)로의 힘 전달을 제한하거나 제거한다. 충격의 경우, 이는 인출 장치(6)가 저장통(3)에 고정된 상태로 유지되는 데 기여한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이지(7)는 인출 장치(6) 및 이에 따른 저장통(3)을 지탱한다. 케이지(7)는 인터페이스 부품(8)을 통해 구조물(2)에 고정된다. 여기에서는, 4개의 인터페이스 부품(8)이 존재한다. 인터페이스 부품(8)은 인터페이스 부품의 강도를 제어하기 위해 작은 단면을 가지며, 또한 필요에 따라 인터페이스 부품을 약화시키기 위해 천공 및 절단되는 것을 확인할 수 있다. 인터페이스 부품(8)의 절단부 및/또는 천공부는, 그 개수 및 형상에 있어서, 필요하며 원하는 약화 정도에 의해 결정된다. 이러한 조치는, 충돌(사고에 이은 심각한 충격) 시에는 파열을 발생시키지만 더 적은 힘에 대해서는 저장통(3)을 지지하도록 결정된다. 이때 인터페이스 부품(8)에 대해 선택된 설계는, 계산 또는 충돌 테스트를 통해 검증된다.
다목적 수소 저장 시스템(1)을 생성하기 위해, 충돌력의 모든 방향의 가설이 고려된다. 따라서, 본 발명에 따른 수소 저장 시스템(1)은 유리하게는 차량에 대한 임의의 방향에 따라 통합될 수 있다.
인출 장치(6)에 대한 힘 전달에는 또 다른 하나의 원인이 있다. 실제로, 인출 장치(6)는, 기능상 필요에 따라, 수소를 저장 시스템(1) 외부의 적어도 하나의 소비장치에 연결되는데, 이러한 연결에서는, 수소를 상기 소비장치에 분배하거나 또는 저장통(3)의 충전을 가능하게 하는 적어도 하나의 파이프(9)를 사용한다. 상기 적어도 하나의 파이프(9)는 반드시 강성 파이프이어야 한다.
따라서, 충격 시 상기 적어도 하나의 파이프(9)가 인출 장치(6)에 너무 많은 힘을 가하지 않도록 하기 위해, 상기 파이프(9)는 적어도 하나의 굴곡부(12)를 포함한다.
도 2 내지 도 5에서 보다 구체적으로 볼 수 있는 이러한 굴곡부(12)는, 인출 장치(6)와 수소 저장 시스템(1) 외부의 소비장치 사이에서 상기 적어도 하나의 파이프(9) 상에 배치된다. U자형, 헤드-투-테일 U자형(S자형) 또는 파이프(9)의 변형 능력을 제공하는 임의의 다른 형태인 이러한 굴곡부(12)는, 파이프(9)가 굴곡부(12)에서 변형되도록 허용하는 동시에 파이프(9)가 인출 장치(5)에 힘을 전달하지 못하도록 한다.
도 2 및 도 5에 더 구체적으로 도시된 다른 특징에 따르면, 수소 저장 시스템(1)은, 케이지(7)에 상기 적어도 하나의 파이프(9)를 고정하기 위한 제1 고정 수단(10)을 더 포함한다. 이러한 제1 고정 수단(10)은 유리하게는 상기 적어도 하나의 굴곡부(12)의 상류에 그리고 바람직하게는 인출 장치(6)에 가능한 근접하게 배열된다.
도 3, 도 4, 및 도 5에 보다 구체적으로 도시된 다른 특징에 따르면, 수소 저장 시스템(1)은 상기 적어도 하나의 굴곡부(12)의 하류에서 상기 적어도 하나의 파이프(9)를 구조물(2)에 고정하기 위한 제2 고정 수단(11)을 더 포함한다. 여기서, 상류와 하류는, 자발적인 흐름 또는 인출(drawing)의 방향에서, 또는 저장통(3)으로부터 외부로 향하는 방향에서 이해된다.
다른 특징에 따르면, 케이지(7)는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 유리하게는, 케이지(7)는 알루미늄, 강철 또는 합성물로 제조된다.
다른 특징에 따르면, 저장통은 200 내지 700 mm의 직경 및 500 내지 3000 mm의 길이를 갖는다. 예로서, 경차용 저장 시스템은, 직경 220 mm, 길이 1900 mm, 자체 무게 29.7 kg을 갖고 700 바에서 1.67 kg의 수소를 수용할 수 있는 저장통을 포함한다. 예로서, 대형 차량용 저장 시스템은, 직경 415 mm, 길이 2035 mm, 자체 무게 59.7 kg을 갖고 350 바에서 4.7 kg의 수소를 수용할 수 있는 저장통을 포함한다.
본 발명은 또한 선행 청구항목 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 수소 저장 시스템(1)이 장착된 차량에 관한 것이다.
본 발명은, 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었다. 후자는 설명을 위한 것으로 간주되어야 하며 예시로서 제공되고, 본 발명을 이러한 설명만으로 제한하지 않는다. 다수의 변형 실시예가 가능하다.
1: 수소 저장 시스템
2: 구조물
3: 저장통
5: 넥(neck)
6: 인출 장치
7: 케이지
8: 인터페이스 부품
9: 파이프
10-11: 고정 수단
12: 굴곡부

Claims (8)

  1. 인출 장치(drawing device; 6)를 포함한 적어도 하나의 축방향 넥(neck; 5)을 포함하는 원통형 저장통(3)과, 이 원통형 저장통(3)을 둘러싸는 평행육면체 구조물(2)을 포함하는 수소 저장 시스템(1)으로서,
    인출 장치(6) 주위를 파지하면서 원통형 저장통(3)을 지지하는 케이지(7)로서, 충격이 있을 경우에 변형, 파열, 또는 변형 및 파열되도록 구성된 적어도 하나의 인터페이스 부품(8)을 사용하여 평행육면체 구조물(2)에 고정되어, 케이지(7)가 인출 장치(6)에 고정된 상태로 유지되도록 하고, 케이지(7)가 인출 장치(6)에 힘을 전달하지 않도록 하는 것인 케이지(7)
    를 더 포함하는 수소 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인출 장치(6)를 소비장치(user)에 연결하는 적어도 하나의 강성 파이프(9)
    를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 강성 파이프(9)는, 인출 장치(6)와 소비장치 사이에 적어도 하나의 굴곡부(12)를 포함하여, 인출 장치(6)에 힘을 전달하지 않고 변형될 수 있는 것인 수소 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 굴곡부(12)의 상류에서 상기 적어도 하나의 강성 파이프(9)를 상기 케이지(7)에 고정하기 위한 제1 수단(10)
    을 더 포함하는 수소 저장 시스템.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 굴곡부(12)의 하류에서, 상기 적어도 하나의 강성 파이프(9)를 상기 구조물(2)에 고정하기 위한 제2 수단(11)
    을 더 포함하는 수소 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 케이지(7)는 알루미늄, 강철 또는 합성물로 제조되는 것인 수소 저장 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 저장통(3)은 200 내지 700 mm의 직경 및 500 내지 3000 mm의 길이를 갖는 것인 수소 저장 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 수소 저장 시스템(1)이 장착된 차량.
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