KR20210082500A - 기상 매체를 위한 밸브 장치 및 압축 유체의 저장을 위한 탱크 장치 - Google Patents

기상 매체를 위한 밸브 장치 및 압축 유체의 저장을 위한 탱크 장치 Download PDF

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막스 자이터
프리드리히 뮐레더
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 종축(18)에 대해 이동 가능한 폐쇄 부재(14)가 내부에 배열되는 밸브 하우징(6)을 구비한, 기상 매체, 특히 수소를 위한 밸브 장치(100)에 관한 것이다. 폐쇄 부재(14)는 통과 개구(22)의 개폐를 위해 밀봉 시트(16)와 상호 작용하고, 밸브 하우징(6) 내에는 하나 이상의 스프링 부재(8)가 배열되며, 하나 이상의 스프링 부재(8)는 폐쇄 부재(14) 및 밸브 하우징(6)에 지지된다. 또한, 하나 이상의 스프링 부재(8)는 바이메탈로 제조된다.

Description

기상 매체를 위한 밸브 장치 및 압축 유체의 저장을 위한 탱크 장치
본 발명은, 예를 들어 연료 전지 구동부를 구비한 차량에 사용하기 위한, 특히 수소를 저장하기 위한 연료 전지 탱크를 위한 탱크 장치와, 기상 매체(gaseous medium)를 위한 밸브 장치에 관한 것이다.
미공개 출원 DE 10 2018 209 057 A1호는 연료 전지 탱크의 온도 압력 경감을 위한 탱크 장치를 설명하고, 탱크 장치는, 예를 들어 연료 전지 시스템의 전체 시스템의 적절하고 안전한 기능을 보장하는, 예를 들어 퓨즈 밸브와 같은 복수의 밸브를 구비한 탱크 용기를 포함한다.
이러한 탱크 장치를 위한 안전 장치는 표준화되어 있다. 이 경우, 각각의 탱크 장치가 이러한 퓨즈 밸브를 포함해야 한다. 이와 같이, 퓨즈 밸브는 예를 들어 화재 시에 또는 사전 결정된 임계값을 초과하는 온도 상승 시에, 저장 유닛 또는 심지어 전체 가스 저장 시스템의 폭발을 예방하기 위해 예를 들어 수소가 저장 유닛 밖으로 안내될 수 있도록 보장할 수 있다.
온도가 사전 결정된 임계값을 넘어서면, 일반적으로는 퓨즈 밸브의 장치, 예를 들어 온도 감응식 압력 경감 장치[thermally-activated pressure relief device (TPRD)]가 용융되고, 퓨즈 밸브의 비가역적 개방을 야기한다. 그러나, 저장 유닛은 새로운 퓨즈 밸브가 사용될 때에야 비로소 재충전될 수 있다.
이에 반해, 청구범위 제1항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 밸브 장치는, 밸브 장치의 온도 감응식 스위칭에도 불구하고 동일한 밸브 장치에 의해 신뢰 가능한 재폐쇄가 가능하다는 장점을 갖는다.
이를 위해, 기상 매체, 특히 수소를 위한 밸브 장치는, 종축에 대해 이동 가능한 폐쇄 부재가 내부에 배열되는 밸브 하우징을 포함한다. 폐쇄 부재는 통과 개구의 개폐를 위해 밀봉 시트와 상호 작용하고, 밸브 하우징 내에는 하나 이상의 스프링 부재가 배열된다. 하나 이상의 스프링 부재는 폐쇄 부재 및 밸브 하우징에 지지된다. 또한, 하나 이상의 스프링 부재는 바이메탈로 제조된다.
바이메탈은 전형적으로, 재료 결합식으로 또는 형태 결합식으로 서로 연결된 2개의 상이한 금속들의 층들로 제조되는 것을 특징으로 한다. 금속들의 상이한 열팽창 계수를 통하여, 온도 변화 시에 바이메탈이 변형된다. 이와 같이, 스프링 부재에서의 온도 변화에 의해 밸브 장치는 제어 가능하다.
바람직한 제1 개선예에서, 바이메탈에서의 온도 변화에 의해 통과 개구는 개폐 가능하다. 이와 같이, 밸브 장치는 추가 사용을 위해 교체되는 일 없이 가역적으로 개방될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서 바람직하게, 폐쇄 부재는 원뿔형 영역을 포함하고, 원뿔형 영역은 밀봉 시트와 상호 작용한다.
바람직한 개선예에서, 폐쇄 부재는 원뿔형으로 확대되는 영역을 포함하고, 원뿔형으로 확대되는 영역은 밀봉 시트와 상호 작용한다.
밀봉 시트의 구성은 폐쇄 부재에서의 신뢰 가능한 밀봉이 달성되도록 선택된다.
상술한 밸브 장치는 바람직하게는 탱크를 구비한, 압축 유체, 특히 수소를 저장하기 위한 탱크 장치에 적합하다. 바람직하게, 탱크는 목 영역을 구비한 탱크 하우징을 포함하고, 이러한 목 영역에는 밸브 장치가 배열되며, 밸브 하우징은 탱크 하우징에 적어도 부분적으로 통합된다. 바람직하게, 밀봉 시트는 탱크 하우징의 원뿔형으로 확대되는 영역에 형성된다.
상술한 탱크 장치는 바람직하게는 연료 전지의 작동을 위한 수소를 저장하기 위한 연료 전지 장치에 적합하다.
도면에는 기상 매체, 특히 수소를 위한 본 발명에 따른 밸브 장치 및 압축 유체의 저장을 위한 본 발명에 따른 탱크 장치의 실시예들이 도시되어 있다.
도 1은 탱크 장치 내의 본 발명에 따른 밸브 장치의 제1 실시예를 도시한 종단면도이고,
도 2는 탱크 장치 내의 본 발명에 따른 밸브 장치의 제2 실시예를 도시한 종단면도이다.
도 1에는 기상 매체를 위한 본 발명에 따른 밸브 장치(100)의 제1 실시예가 종단면도로 도시되어 있다. 밸브 장치(100)는 압축 유체, 특히 수소를 저장하기 위한 본 발명에 따른 탱크 장치(1) 내에 배열된다.
밸브 장치(100)는 종축(18)을 갖는 밸브 하우징(6)을 포함한다. 밸브 하우징(6) 내에는 통과 개구(22) 및 배출 개구(40)가 형성되고, 이러한 개구들은 계단형으로 형성된 내부 공간(42)으로 개방되어 있다.
내부 공간(42)에는 종축(18)에 대해 이동 가능한 폐쇄 부재(14)가 배열되고, 이러한 폐쇄 부재는 통과 개구(22)의 개폐를 위해 원뿔형으로 형성된 밀봉 시트(16)와 상호 작용한다. 폐쇄 부재(14)는 원통형 영역(140) 및 원뿔형 영역(141)을 포함하고, 원뿔형 영역(141)은 밀봉 시트(16)와 상호 작용한다. 원통형 영역(140)과 원뿔형 영역(141) 사이에서 폐쇄 부재(14)는 계단형 영역(142)을 포함한다.
폐쇄 부재(14)의 계단형 영역(142)과 밸브 하우징(6) 사이에 지지되는, 내부 공간(42)의 스프링 부재(8)에 의해 폐쇄 부재(14)에는 힘이 인가된다. 폐쇄 위치에서, 폐쇄 부재(14)는 밀봉 시트(16) 상에 놓인다. 여기서 스프링 부재(8)는 바이메탈로 제조된다.
밸브 장치(100)는 탱크(2)를 구비한 탱크 장치(1)의 일부이다. 탱크(2)는 탱크 내부 공간(4)이 형성된 탱크 하우징(3)을 포함한다. 탱크 하우징(3)은 밸브 장치(100)가 배열되는 목 영역(28)을 포함한다. 이 경우, 이는 탱크 하우징(3)에 통합됨과 동시에, 탱크 내부 공간(4)을 외부에 대해 폐쇄한다. 밀봉 시트(16)는 탱크 하우징(3)의 원뿔형으로 확대되는 영역(37)에 형성된다.
여기서 밸브 장치(100)는 퓨즈 밸브로서 또는 온도 감응식 압력 경감 장치[thermally-activated pressure relief device (TPRD)]로서 형성된다. 즉, 예를 들어 110℃ 미만의 온도에서 밸브 장치(100)는 폐쇄 상태로 유지되므로, 고압 하에 탱크(2) 내에 존재하는 기상 매체는 탱크(2) 내에 봉입되어 있다. 온도가 예를 들어 110℃를 초과하면, 바이메탈로 형성된 스프링 부재(8) 내에 온도 변화가 발생하는데, 이는 바이메탈 내의 두 금속들의 상이한 열팽창 계수로 인하여 바이메탈의 만곡과 이에 따라 스프링 부재(8)의 만곡을 야기한다. 이는 폐쇄 부재(14)에서의 힘 변화를 야기하므로, 폐쇄 부재가 밀봉 시트(16)로부터 들어 올려지고 통과 개구(22)가 개방된다. 기상 매체는 이제 탱크(2)로부터 통과 개구(22)를 통해 배출 개구(40)의 방향으로 흘러나온다. 폐쇄 부재(14)는 여기서 밸브 장치(100)의 내부 공간(42)을 향해 개방된다.
이에 따라, 바이메탈로서 형성된 스프링 부재(8)에서의 온도 변화에 따라, 폐쇄 부재(14)의 양정은 바이메탈의 만곡을 통해 제어될 수 있다. 이와 같이, 스프링 부재(8)는, 예를 들어 70℃ 내지 180℃의 온도에서 예를 들어 5℃ 단계들로 전환 가능한 온도 감응식 바이메탈 스위치로서 형성된다. 바이메탈을 위한 금속의 선택에 따라, 원하는 기능이 보장될 수 있다.
온도가 다시 110℃ 미만으로 떨어지면, 바이메탈로서 형성된 스프링 부재(8)의 만곡은 폐쇄 부재(14)에서의 힘의 변화를 다시 야기하므로, 폐쇄 부재는 다시 밀봉 시트(16)의 방향으로 이동하고 밀봉 시트(16) 상에 놓인다. 통과 개구(22)는 다시 폐쇄되고, 기상 매체가 더 이상 탱크(2)로부터 흘러나오지 않는다.
이러한 밸브 장치(100)는 온도 변화에 따라 탱크(2)의 개폐를 가능하게 한다.
도 2에는 기상 매체를 위한 본 발명에 따른 밸브 장치(100)의 제2 실시예가 종단면도로 도시되어 있다. 동일한 기능을 갖는 구성 요소들이 동일한 참조 번호들로 표시되어 있다.
제2 실시예는 기능 및 구조 측면에서 대체로 제1 실시예에 상응한다. 여기서 폐쇄 부재(14)의 구성 및 이동은 다르게 형성된다.
여기서 폐쇄 부재(14)는 계단형 영역(142)에 이어지는 원통형 영역(140)을 포함한다. 계단형 영역(142)에는 다시 원통형 영역(300)이 이어지고, 이러한 원통형 영역에는 원뿔형으로 확대되는 영역(302)이 이어진다. 원뿔형으로 확대되는 영역(302)은 여기서 밀봉 시트(16)와 상호 작용한다.
제1 실시예와는 대조적으로, 여기서 폐쇄 부재(14)는 탱크 내부 공간(4)을 향해 개방된다.

Claims (8)

  1. 종축(18)에 대해 이동 가능한 폐쇄 부재(14)가 내부에 배열되는 밸브 하우징(6)을 구비한, 기상 매체, 특히 수소를 위한 밸브 장치(100)로서, 폐쇄 부재(14)는 통과 개구(22)의 개폐를 위해 밀봉 시트(16)와 상호 작용하고, 밸브 하우징(6) 내에는 하나 이상의 스프링 부재(8)가 배열되며, 하나 이상의 스프링 부재(8)는 폐쇄 부재(14) 및 밸브 하우징(6)에 지지되는, 밸브 장치에 있어서,
    하나 이상의 스프링 부재(8)는 바이메탈로 제조되는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 바이메탈에서의 온도 변화에 의해 통과 개구(22)는 개폐 가능한 것을 특징으로 하는, 밸브 장치(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄 부재(14)는 원뿔형 영역(141)을 포함하고, 원뿔형 영역(141)은 밀봉 시트(16)와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐쇄 부재(14)는 원뿔형으로 확대되는 영역(302)을 포함하고, 원뿔형으로 확대되는 영역(302)은 밀봉 시트(16)와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는, 밸브 장치(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 밸브 장치(100) 및 탱크(2)를 구비한, 압축 유체, 특히 수소를 저장하기 위한 탱크 장치(1).
  6. 제5항에 있어서, 탱크(2)는 목 영역(28)을 구비한 탱크 하우징(3)을 포함하고, 목 영역(28)에는 밸브 장치(100)가 배열되며, 밸브 하우징(6)은 탱크 하우징(3)에 적어도 부분적으로 통합되는 것을 특징으로 하는, 탱크 장치(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 밀봉 시트(16)는 탱크 하우징(3)의 원뿔형으로 확대되는 영역(37)에 형성되는 것을 특징으로 하는, 탱크 장치(1).
  8. 연료 전지의 작동을 위한 수소를 저장하기 위한, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 탱크 장치(1)를 구비한 연료 전지 장치.
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