KR102673895B1 - 연료전지 차량용 밸브 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 수소 충전과 수소 공급을 제어하기 위해 수소 연료전지 차량의 수소탱크에 결합되는 밸브조립체는, 상기 수소탱크 내부의 온도를 감지하는 센서부를 구비한 본체; 및 상기 본체에 결합되어 제1 상태에서 상기 수소탱크가 충전되고 제2 상태에서 상기 수소탱크 내의 수소가 상기 차량에 공급되도록 상기 본체를 제어하는 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 솔레노이드 밸브는, 보빈과 상기 보빈 외주에 형성되는 코일을 구비한 하우징; 상기 하우징의 일측에 형성되고, 상기 센서부를 통해 감지된 온도를 상기 차량의 ECU에 전달하는 연결부; 및 일측이 상기 연결부와 연결되고, 타측이 상기 센서부와 연결되는 단자를 포함하고, 상기 단자는 상기 하우징의 외부로 노출되지 않도록 상기 하우징의 내부에 형성된 중공에서 상기 센서부와 커넥터를 통해 연결된다.

Description

연료전지 차량용 밸브 조립체{Valve assembly for hydrogen fuel cell vehicle}
본 발명의 일실시예들은 연료전지 차량의 수소탱크에 결합되는 밸브 조립체에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 시스템으로써, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.
이중, 고분자 전해질형 연료전지는 내연기관을 대신하도록 개발되고 있는 수소차(수소연료전지 자동차) 분야에 적용되고 있다.
수소차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 수소차는 수소(H2)가 저장되는 수소탱크(H2 Tank), 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지 스택, 생성된 물을 배수하기 위한 각종 장치, 연료전지 스택에서 생산된 전기를 저장하는 배터리, 생산된 전기를 변환 및 제어하는 컨트롤러, 구동력을 발생시키는 모터 등을 포함한다.
한편, 수소차에 장착되는 수소탱크에 수소의 충전 또는 연료로서 공급시 이를 제어하고 탱크 내의 온도를 측정하여 특정 조건에서 수소를 배출하기 위해 밸브 조립체가 결합된다. 이러한 밸브 조립체는 구조가 복잡하고 설치가 용이하지 않아 차량의 설계자유도가 저하되고 공정이 추가되는 등 문제가 발생하고 있다.
따라서, 밸브 조립체의 구조를 간소화하고 수소탱크의 설치 공정을 효율화할 수 있는 새로운 밸브 조립체의 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허 제2021-0157156호 (2021.12.28)
본 발명의 목적은 보다 향상된 구조를 갖는 연료전지 차량용 밸브 조립체를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 수소 충전과 수소 공급을 제어하기 위해 수소 연료전지 차량의 수소탱크에 결합되는 밸브조립체는, 상기 수소탱크 내부의 온도를 감지하는 센서부를 구비한 본체; 및 상기 본체에 결합되어 제1 상태에서 상기 수소탱크가 충전되고 제2 상태에서 상기 수소탱크 내의 수소가 상기 차량에 공급되도록 상기 본체를 제어하는 솔레노이드 밸브를 포함하고, 상기 솔레노이드 밸브는, 보빈과 상기 보빈 외주에 형성되는 코일을 구비한 하우징; 상기 하우징의 일측에 형성되고, 상기 센서부를 통해 감지된 온도를 상기 차량의 ECU에 전달하는 연결부; 및 일측이 상기 연결부와 연결되고, 타측이 상기 센서부와 연결되는 단자를 포함하고, 상기 단자는 상기 하우징의 외부로 노출되지 않도록 상기 하우징의 내부에 형성된 중공에서 상기 센서부와 커넥터를 통해 연결된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 보빈 내주에 링 형상의 자성체가 형성된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 ECU에 연결되는 상기 연결부의 연결단자와 상기 중공에 위치한 상기 단자는 서로 평행하게 연장된다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 하우징의 하부에 상기 본체 중 일부가 삽입되는 고정홈이 형성되고, 상기 고정홈의 상부에 요크가 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 연료전지 차량용 밸브 조립체는 하우징의 외부로 돌출되는 부분이 없어서 솔레노이드 밸브를 배치할 수 있는 공간을 확보할 수 있고, 납땜 공정이 없어 관련된 시간과 비용을 절감할 수 있다.
또한, 연결부를 하부에 배치하고 근접하게 단자를 형성하기 때문에 짧은 단자의 길이로 인해 관련된 부품의 불량률을 감소시키고 코일에 의해 유도되는 신호 오차를 줄일 수 있다.
그리고, 요크를 하우징의 상부가 아닌 하우징의 하부에 본체에 가깝게 형성함으로써 솔레노이드 밸브의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 연료전지 차량용 밸브 조립체의 개념도.
도 2는 본 발명과 관련된 제1 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 연결부를 일 측면에서 바라본 상태를 도시한 도면.
도 4는 도 2의 제1 실시예에 개시된 솔레노이드 밸브를 개량한 제2 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브의 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 제2 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브에서 센서부와 커넥터가 결합된 상태를 도시한 도면.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시 예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시 예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 연료전지 차량용 밸브 조립체의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 연료전지 차량용 밸브 조립체(100)는 본체(110)와 본체(110)에 결합되는 솔레노이드 밸브(120, 220)를 포함한다.
연료전지 차량용 밸브 조립체(100)는 수소탱크(101)에 결합되어 수소가 충전되거나 수소가 차량에 공급되는 것을 제어하도록 형성된다.
본체(110)는 센서부(111), 과유량 방지 밸브(112), 매뉴얼 밸브(113), 블리드 툴(114), 온도감응식 안전장치(115), 배출부(116), 충전부(117) 등을 포함한다. 센서부(111)는 수소탱크(101)로의 수소 충전 또는 차량으로의 수소 공급시 수소탱크(101) 내의 온도를 측정하도록 형성된다. 과유량 방지 밸브(112)(Excess Flow Valve)는 과유량 조건이 발생했을 때 기설정된 동작 유량에 도달하면 밸브가 작동해 배출 류량을 줄여주는 장치이다. 매뉴얼 밸브(Manual Valve, 113)는 수소탱크(101)를 충전 또는 방전하는 고압수소 충방전 시스템이 열린 상태에서 고장이 났을 때 물리적으로 고압수소 충전 공급 시스템을 차단시켜주는 장치이다. 즉, 일정 조건에서 수소탱크(101)로 수소가 공급되는 것을 차단하는 장치이다. 블리드 툴(114)(Bleed Tool)은 고압수소 충방전 시스템이 닫힌 상태에서 고장이 났을 때 물리적으로 고압수소 충방전 시스템을 열어주는 장치이다. 온도 감응식 안전장치(Thermally Activated Pressure Relief Device, 115)는 화재 반응시 특정온도에서 동작하여 수소탱크(101) 내부의 수소를 배출시켜주는 장치이다. 배출부(116)는 수소탱크(101)로부터 차량으로 수소가 공급되는 부분이다. 충전부(117)는 고압수소 충방전 시스템으로부터 수소탱크(101)로 수소가 충전되는 부분이다.
솔레노이드 밸브(120, 220)는 본체(110)에 결합되어 제1 상태에서 수소탱크(101)가 충전되고, 제2 상태에서 수소탱크(101) 내의 수소차 차량에 공급되도록 본체(110)를 제어한다. 즉 솔레노이드 밸브(120, 220)는 플런저를 이용해 제1 상태에서 수소탱크(101)와 고압수소 충방전 시스템을 연결하는 충전부(117)를 열어 수소탱크(101)를 충전시키고, 제2 상태에서 수소탱크(101)와 차량을 연결하는 배출부(116)를 열어 수소를 차량에 공급한다.
도 2는 본 발명과 관련된 제1 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 연결부를 일 측면에서 바라본 상태를 도시한 도면이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명과 관련된 제1 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브(120)는 보빈(121)과 코일(122)을 구비한 하우징(124), 연결부(123) 및 단자(126)를 포함한다.
하우징(124)은 원통형상으로 이루어지며, 일측에 돌출된 연결부(123)를 구비한다. 연결부(123)는 결합되는 연결커넥터에 의해 차량의 ECU에 연결된다. 하우징(124)의 하부에 단자(126)가 하우징(124)의 하면으로부터 돌출되어 형성된다. 단자(126)는 센서부(111)와 연결되어 센서부(111)를 통해 감지된 수소탱크(101) 내부의 온도를 연결부(123)를 통해 차량의 ECU에 전달한다.
연결부(123)는 4개의 연결단자(1231, 1232)를 구비하는데, 이중 2개의 연결단자(1232)는 코일(122)과 연결되어 코일(122)의 동작을 제어하고, 나머지 2개의 연결단자(1231)는 단자(126)를 통해 센서부(111)와 연결된다. 연결단자(1231)와 단자(126)를 잇는 도전라인을 따라 스페이서(128)가 배치된다. 도전라인을 보호하기 위함이다.
하우징(124)의 상부에는 요크(125)가 코일(122)의 일부를 덮도록 배치된다.
제1 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브(120)에서 단자(126)가 하우징(124)의 하부로 돌출되는 구조로 인해, 단자(126)가 배치될 수 있는 공간이 요구되고, 센서부(111)와 단자(126)를 납땜을 통해 연결하는 방식으로서 조립공정이 별도로 추가되는 문제가 있다. 또한 도전라인을 보호하기 위해 스페이서가 요구되고, 스페이서로 인해 하우징을 소형화하기 어려운 문제가 있다.
도 4는 도 2의 제1 실시예에 개시된 솔레노이드 밸브를 개량한 제2 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브의 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 제2 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브에서 센서부(111)와 커넥터가 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따르는 솔레노이드 밸브(220)는 보빈(221)과 코일(222)을 구비한 하우징(224), 연결부(123) 및 단자(226)를 포함한다. 제1 실시예와 달리 보빈(221) 내주에 링 형상의 자성체(229)가 형성될 수 있다. 자성체(229)로 인해 코일(222)에 의해 유도되는 전자기력이 증대될 수 있다.
하우징(224)은 원통형상으로 이루어지며, 일측에 돌출된 연결부(123)를 구비한다. 연결부(123)는 결합되는 연결커넥터에 의해 차량의 ECU(Electronic Control Unit)에 연결된다. 여기서 연결부(123)는 제1 실시예와 달리 하우징(224)의 하부에 형성된다.
단자(226)는 연결부(123)에 근접하게 형성되는데, 특히 단자(226)가 외부에 노출되지 않도록 하우징(224)의 내부에 마련된 중공(233)에 형성된다. 단자(226)는 센서부(211)와 연결되어 센서부(211)를 통해 감지된 수소탱크(101) 내부의 온도를 연결부(123)를 통해 차량의 ECU에 전달한다. 센서부(211)로부터 연장된 커넥터(241)가 중공(233)에 삽입되어 커넥터(241)와 단자(226)가 서로 연결되고 센서부(211)로부터 감지된 신호가 연결부(123)를 통해 ECU에 전달된다. 제1 실시예에 비해 단자(226)의 길이를 줄여 관련된 불량률과 코일(222)에 의해 발생하는 신호 오차를 줄일 수 있다. 커넥터(241)는 중공(233)을 통해 하우징(224)에 착탈가능하게 결합된다. 이로 인해, 밸브 조립체를 용이하게 교체할 수 있다.
연결부(123)는 4개의 연결단자를 구비하는데, 이중 2개의 연결단자는 코일(222)과 연결되어 코일(222)의 동작을 제어하고, 나머지 2개의 연결단자는 단자(226)를 통해 센서부(211)와 연결된다. 여기서 ECU에 연결되는 연결단자들(1231)과 중공에 위치한 단자(226)들은 서로 평행하게 연장된다.
하우징(224)의 하부에는 본체(110) 중 일부가 삽입되도록 고정홈(234)이 형성된다. 고정홈(234)의 상부에는 요크(225)가 형성된다. 이와 같이, 요크(225)와 본체(110) 사이의 간격을 제1 실시예에 비해 좁게 형성하여 솔레노이드 밸브(220)의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제1 실시예의 도전라인의 길이를 줄일 수 있다.
이와 같이, 제2 실시예는 제1 실시예와 달리, 하우징(224)의 하단에서 하우징(224)의 외부로 돌출되는 부분이 없어서 솔레노이드 밸브(220)를 배치할 수 있는 충분한 공간을 확보할 수 있고, 납땜 공정이 없어 관련된 시간과 비용을 절감할 수 있다. 또한, 연결부(123)를 하부에 배치하고 연결부(123)에 근접하게 근접하게 단자(226)를 형성하기 때문에 짧은 단자(226)의 길이로 인해 관련된 부품의 불량률을 감소시키고 코일(222)에 의해 유도되는 신호 오차를 줄일 수 있다. 그리고, 요크(225)를 본체(110)에 가깝게 형성함으로써 솔레노이드 밸브(220)의 작동성과 응답성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 설명된 연료전지 차량용 밸브 조립체는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (4)

  1. 수소 충전과 수소 공급을 제어하기 위해 수소 연료전지 차량의 수소탱크에 결합되는 밸브조립체에 있어서,
    상기 밸브조립체는,
    상기 수소탱크 내부의 온도를 감지하는 센서부를 구비한 본체; 및
    상기 본체에 결합되어 제1 상태에서 상기 수소탱크가 충전되고 제2 상태에서 상기 수소탱크 내의 수소가 상기 차량에 공급되도록 상기 본체를 제어하는 솔레노이드 밸브를 포함하고,
    상기 솔레노이드 밸브는,
    보빈과 상기 보빈 외주에 형성되는 코일을 구비한 하우징;
    상기 하우징의 일측에 형성되고, 상기 센서부를 통해 감지된 온도를 상기 차량의 ECU에 전달하는 연결부; 및
    일측이 상기 연결부와 연결되고, 타측이 상기 센서부와 연결되는 단자를 포함하고,
    상기 단자는 상기 하우징의 외부로 노출되지 않도록 상기 하우징의 내부에 형성된 중공에서 상기 센서부와 커넥터를 통해 연결되고,
    상기 하우징의 하부에 상기 본체 중 일부가 삽입되는 고정홈이 형성되고,
    상기 고정홈의 상부에 요크가 형성되고,
    상기 중공은 상기 고정홈과 연통되고,
    상기 단자는 상기 중공을 통해 상기 고정홈을 향해 노출되고,
    상기 커넥터는 상기 고정홈을 지나 상기 중공에 삽입되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 밸브 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보빈 내주에 링 형상의 자성체가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 밸브 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 ECU에 연결되는 상기 연결부의 연결단자와 상기 중공에 위치한 상기 단자는 서로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량용 밸브 조립체.



  4. 삭제
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