KR20130023621A - 에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장장치 - Google Patents

에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치의 가스 벤트(vent)에 구비되며, 상기 가스 벤트 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로를 갖는 밸브 몸체; 그리고 상기 통로 내에 상호 척력이 작용하도록 구비되어, 상기 척력에 의해 상기 가스 벤트를 외부와 차단시키고 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 상기 척력보다 클 경우 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출하는 복수의 자석;을 포함하는 에너지 저장장치용 에어밸브를 개시한다.
본 발명에 따르면, 간단한 구조로 에어밸브의 구성이 가능하여 에어밸브의 부피를 최소화하면서 에너지 저장장치로부터 발생되는 가스를 원활하게 배출할 수 있고 에어밸브의 기계적인 구성을 최소화하여 반영구적으로 사용이 가능하다.

Description

에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장장치{AN AIR VALVE FOR ENERGY STORAGE DEVICE AND ENERGY STORAGE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 간단한 구조로 부피를 최소화하면서 에너지 저장장치로부터 발생되는 가스를 원활하게 배출할 수 있고 기계적인 구성을 최소화하면서 반영구적으로 사용 가능한 에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
최근 들어 전기전자통신 분야의 기술발전에 힘입어 각종 모바일 전자제품들이 출시되고 있으며, 이차전지 등의 에너지 저장장치의 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 저장장치는 충방전을 통하여 장기적인 사용이 가능한 이차전지이다. 상기 이차전지는 비교적 장시간동안 일정한 전압으로 출력이 유지되며 소형화 및 경량화가 가능하여 소형 모바일 기기들의 전원저장장치로 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 저장장치로써 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 저장장치들은 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 저장장치의 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 에어밸브의 경우 에너지 저장장치 내부에서 가스가 발생하여 압력이 높아지면 얇은 금속박막이 파열되면서 가스가 배출되는 방식인데, 이러한 방식을 적용할 경우, 상기 금속박막이 파열될 때마다 금속박막을 교체해서 사용해야 하기 때문에 유지비용의 상승 및 유지보수의 번거로움이 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 에너지 저장장치의 내압을 일정한 범위로 유지시키면서 반영구적인 사용이 가능한 에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 구조로 에어밸브의 부피를 최소화하면서 에너지 저장장치로부터 발생되는 가스를 원활하게 배출할 수 있는 에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은: 에너지 저장장치의 가스 벤트(vent)에 구비되며, 상기 가스 벤트 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로를 갖는 밸브 몸체; 그리고 상기 통로 내에 상호 척력이 작용하도록 구비되어, 상기 척력에 의해 상기 가스 벤트를 외부와 차단시키고 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 상기 척력보다 클 경우 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출하는 복수의 자석;을 포함하는 에너지 저장장치용 에어밸브를 제공한다.
상기 밸브 몸체는; 상기 통로의 일측에 형성되는 유입구와, 상기 통로의 타측에 형성되는 배출구를 포함할 수 있으며: 상기 복수의 자석은; 상기 통로의 타측에 구비되고 상기 배출구와 연통되는 연결유로를 갖는 고정 자석과, 상기 통로의 일측에 구비되어 상기 고정 자석 사이에 작용하는 척력에 의해 상기 유입구를 차단하는 이동 자석을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이동 자석의 테두리에는 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출할 경우 상기 유입구를 상기 연결유로와 연통시키기 위한 적어도 하나의 연통홈이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 복수의 자석은 영구자석을 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 다른 형태로서, 본 발명은: 복수의 전지(electric cell)가 수용되며, 일측에 가스 벤트를 갖는 본체; 및 상기 가스 벤트에 구비되며 상기 가스 벤트 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로를 갖는 밸브 몸체와, 상기 통로 내에 상호 척력이 작용하도록 구비되어 상기 척력에 의해 상기 가스벤트를 외부와 차단시키고 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 상기 척력보다 클 경우 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출하는 복수의 자석을 포함하는 에어밸브;를 포함하는 에너지 저장장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 저장장치 및 이를 포함하는 에너지 저장장치에 의하면, 간단한 구조로 에어밸브의 부피를 최소화하면서 에너지 저장장치의 내부에서 발생하는 가스로 인한 내압 상승을 적절하게 해소할 수 있기 때문에 에너지 저장장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 반영구적으로 에어밸브의 사용이 가능하여 유지비용의 절감 및 유지보수성을 향상할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치용 에어밸브를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 에어밸브의 일실시예를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에서 가스 벤트 내의 가스 압력이 일정 압력보다 높을 경우 이동 자석이 상부로 이동하여 유입구와 배출구를 연통시켜 가스를 외부로 배출하는 것을 나타낸 단면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치용 에어밸브 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 에어밸브의 일실시예를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2에서 가스 벤트 내의 가스 압력이 일정 압력보다 높을 경우 이동 자석이 상부로 이동하여 유입구와 배출구를 연통시켜 가스를 외부로 배출하는 것을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 에어밸브의 일실시예는, 이차전지 또는 슈퍼커패시터 등과 같은 에너지 저장장치의 가스 벤트에 구비되어, 상기 에너지 저장장치 내부에서 발생된 가스의 압력이 일정 압력 이상될 때 가스를 외부로 배출하는 역할을 수행한다.
보다 상세하게, 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 에어밸브의 일실시예는, 크게 밸브 몸체(110), 그리고 복수의 자석(120)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 밸브 몸체(110)는 상기 에너지 저장장치의 가스 벤트에 하부가 삽입 고정되며, 상기 가스 벤트 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로(113)를 가질 수 있다.
이때, 상기 통로(113)의 일측 즉, 상기 밸브 몸체(110)의 하단에는 유입구(111)가 형성되고, 상기 통로(113)의 타측 즉, 상기 밸브 몸체(110)의 상단에는 배출구(112)가 형성될 수 있다.
상기 복수의 자석(120)은 상기 밸브 몸체(110)의 통로(113) 내에 상호 척력이 작용하도록 구비되어, 상기 척력에 의해 상기 가스 벤트를 외부와 차단시키고 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 상기 척력보다 클 경우 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 외부로 배출시키는 역할을 한다.
여기서, 상기 복수의 자석(120)은, 상기 통로(113)의 타측 즉, 상기 배출구(112) 쪽에 구비되는 고정 자석(122)과, 상기 통로(113)의 일측 즉, 상기 유입구(111) 쪽에 구비되는 이동 자석(121)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 고정 자석(122)의 중앙에는 상기 배출구(112)와 연통하는 연결유로(122a)가 형성될 수 있으며, 상기 이동 자석(121)의 테두리에는 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출할 경우 상기 유입구(111)를 상기 연결유로(122a)와 연통시키기 위한 적어도 하나의 연통홈(121a)이 형성될 수 있다.
즉, 상기 이동 자석(121)은 평상시 상기 고정 자석(122)과 척력에 의해 상기 통로(113) 내에서 상기 유입구(111)를 차단하는 상태를 유지하며, 이와 같은 상태에서 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 일정 압력(설정 배출 압력) 이상으로 상승하여 가스 압력이 척력보다 크게 되면, 도 3에서와 같이 상기 가스 압력에 의해 상기 이동 자석(121)은 상기 고정 자석(122) 측으로 이동하여 상기 유입구(111)를 개방한다.
그러면, 상기 가스 벤트 내의 가스는 상기 유입구(111)를 통해 상기 이동 자석(121)의 연통홈(121a)을 통해 상기 통로(113) 및 상기 고정 자석(122)의 연결유로(122a)를 거쳐 상기 배출구(112)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.
이후, 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 일정 압력(설정 복귀 압력) 이하로 하강하여 가스 압력이 척력보다 작게 되면, 도 2에서와 같이 상기 이동 자석(121)은 상기 고정 자석(122)과의 척력에 의해 상기 고정 자석(122)으로부터 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 유입구(111)를 폐쇄 즉, 차단한다.
한편, 상기 복수의 자석(120) 즉, 상기 고정 자석(122) 및 상기 이동 자석(121)은 영구자석으로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 자세하게 도시하진 않았지만 전자석 등이 적용될 수도 있다.
본 실시예에 따른 에너지 저장 장치용 에어밸브는, 상기 고정 자석(122)과 상기 이동 자석(121) 사이에 발생하는 척력을 이용함으로써, 자석의 인력을 이용하는 경우와 비교하여 상기 밸브 몸체(110)의 통로(113) 내에서 상기 이동 자석(121)의 중심 얼라인을 정합하기가 용이하며, 동일한 자기력이라 하더라도 고압에 적용 가능한 이점이 있다.
즉, 인력과 동일한 자기력의 척력을 적용하는 경우, 인력 대비 4~6배 정도의 고압에서 사용 가능하며, 일 예로 인력을 이용하는 경우 0.5kgf/㎠의 가스 압력에서 사용 가능한 반면 동일한 크기의 척력을 에어벨브에 적용하는 경우 2~3kgf/㎠의 가스 압력에 사용 가능하였다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110: 밸브 몸체 111: 유입구
112: 배출구 113: 통로
120: 복수의 자석 121: 이동 자석
121a: 연통홈 122: 고정 자석
122a: 연결유로

Claims (5)

  1. 에너지 저장장치의 가스 벤트(vent)에 구비되며, 상기 가스 벤트 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로를 갖는 밸브 몸체; 그리고
    상기 통로 내에 상호 척력이 작용하도록 구비되어, 상기 척력에 의해 상기 가스 벤트를 외부와 차단시키고 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 상기 척력보다 클 경우 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출하는 복수의 자석;
    을 포함하는 에너지 저장장치용 에어밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 몸체는; 상기 통로의 일측에 형성되는 유입구와, 상기 통로의 타측에 형성되는 배출구를 포함하며: 상기 복수의 자석은; 상기 통로의 타측에 구비되고 상기 배출구와 연통되는 연결유로를 갖는 고정 자석과, 상기 통로의 일측에 구비되어 상기 고정 자석 사이에 작용하는 척력에 의해 상기 유입구를 차단하는 이동 자석을 포함하는 에너지 저장장치용 에어밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동 자석의 테두리에는 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출할 경우 상기 유입구를 상기 연결유로와 연통시키기 위한 적어도 하나의 연통홈이 형성되는 에너지 저장장치용 에어밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 자석은 영구자석을 포함하는 에너지 저장장치용 에어밸브.
  5. 복수의 전지(electric cell)가 수용되며, 일측에 가스 벤트를 갖는 본체; 및
    상기 가스 벤트에 구비되며 상기 가스 벤트 내의 가스를 외부로 배출하기 위한 통로를 갖는 밸브 몸체와, 상기 통로 내에 상호 척력이 작용하도록 구비되어 상기 척력에 의해 상기 가스벤트를 외부와 차단시키고 상기 가스 벤트 내의 가스 압력이 상기 척력보다 클 경우 상기 가스 벤트를 외부와 연통시켜 가스를 배출하는 복수의 자석을 포함하는 에어밸브;
    를 포함하는 에너지 저장장치.
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