KR20220102655A - 차량용 가압 유체 저장 및 분배 조립체 - Google Patents

차량용 가압 유체 저장 및 분배 조립체 Download PDF

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KR20220102655A
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KR
South Korea
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fluid
storage
duct
dispensing assembly
reservoir
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Application number
KR1020227021802A
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English (en)
Inventor
비외른 크리엘
미하엘 그라스
Original Assignee
플라스틱 옴니엄 뉴 에너지스 프랑스
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Publication date
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  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 차량용 가압 유체 저장 및 분배 조립체 (1) 에 관한 것으로서:
- 복수의 가압 유체 저장기들 (3) 로서, 각각의 저장기 (3) 는 상기 저장기 (3) 로부터 유체를 분배하고 상기 저장기 (3) 를 충전하도록 구성된 적어도 하나의 유체 통로 덕트가 제공된 제 1 단부 피스 (13) 를 포함하는, 상기 복수의 가압 유체 저장기들 (3),
- 유체를 공급 및/또는 분배하기 위한 개구 (19) 및 복수의 오리피스들을 포함하는 사용 수집기 덕트 (5) 로서, 각각의 오리피스는 저장기 (3) 에 그의 유체 통로 덕트를 통해 유체 연결되도록 구성되는, 상기 사용 수집기 덕트 (5), 및
- 상기 사용 수집기 덕트 (5) 의 일 단부에 배열되고, 상기 개구 (19) 를 통해 유체 통로를 선택적으로 폐쇄 또는 개방하는, 전기 작동식 밸브 (7)
를 포함한다.
본 발명은 또한 이러한 저장 및 분배 조립체 (1) 를 포함하는 차량에 관한 것이다.

Description

차량용 가압 유체 저장 및 분배 조립체
본 발명은 자동차, 트럭, 버스, 기차 또는 심지어 보트와 같은 차량의 분야에 관한 것이다. 본 발명은 보다 특히 차량용 가압 유체 저장 및 분배 조립체에 관한 것이다.
당업계에 이미 알려진 것은, 단부 피스 및 이 단부 피스 상에 배열된 기능성 부재를 포함하는 가압 유체 저장 저장기이고, 상기 기능성 부재는, 예를 들어 저장기로부터 전기 모터와 같은 차량의 추진 수단에 에너지를 공급하도록 구성된 연료 전지와 같은 차량에 탑재된 에너지 변환 수단으로 유체를 분배하기 위해, 전기 작동식 밸브와 같은 기능성 요소를 지지한다. 이러한 저장기는 통상적으로 라이너라고 하는 내부 엔벌로프로 구성되며, 이는 저장기에 함유된 유체에 대한 밀봉 기능을 갖는다. 라이너는 단부 피스에 의해 덮힌 개구를 갖는다. 라이너 및 단부 피스는, 일반적으로 유리 또는 탄소 섬유로 충전된, 열경화성 중합체, 예를 들어 에폭시 수지에 기초한 복합 재료의 스트립들을 롤링 업함으로써 생성되는 강화 구조물에 의해 둘러싸인다. 그러나, 때때로 여러 개의 가압 유체 저장 저장기를 갖는 것이 필요하다. 실제로, 때때로 차량에 탑재된 저장 용량을 증가시키는 것이 바람직한 반면, 이용가능한 공간은 단일의 고용량 저장 저장기와의 통합과 호환되지 않는다. 그런 다음 차량 탑재시 저장 용량을 증가시키기 위해 이러한 이용가능한 공간 내에 여러 개의 감소된 용량 저장기들을 배열하는 것이 필요하다. 이러한 경우에, 기능성 부재들로부터 초래된 크기는 이용가능한 공간의 최적화를 허용하지 않으며, 따라서 생성된 저장 및 분배 조립체의 중량은 각각의 저장기의 기능성 부재가 상당한 중량을 나타내기 때문에 중요하다.
본 발명의 목적은, 특히 공간 크기가 최적화되고 중량이 감소되는 저장 및 분배 조립체를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명의 과제는 차량, 바람직하게는 자동차용 가압 유체 저장 및 분배 조립체로서,
- 복수의 가압 유체 저장기들로서, 각각의 저장기는 저장기로부터 유체를 분배하고 저장기를 충전하도록 구성된 적어도 하나의 유체 통로 덕트가 제공된 제 1 단부 피스를 포함하는, 상기 복수의 가압 유체 저장기들,
- 유체를 공급 및/또는 분배하기 위한 개구 및 복수의 오리피스들을 포함하는 사용 수집기 덕트로서, 각각의 오리피스는 저장기에 그의 유체 통로 덕트를 통해 유체 연결되도록 구성되는, 상기 사용 수집기 덕트, 및
- 상기 사용 수집기 덕트의 일 단부에 배열되고, 유체를 공급 및/또는 분배하기 위한 개구를 통해 유체 통로를 선택적으로 폐쇄 또는 개방하는, 전기 작동식 밸브
를 포함한다.
따라서, 최적화된 공간 풋프린트 및 감소된 중량을 갖는 저장 및 분배 조립체가 제공된다. 실제로, 복수의 저장기들로 인해, 저장 및 분배 조립체에 이용가능한 공간은, 저장 및 분배 조립체의 중량이 너무 크지 않으면서 최대로 충전될 수 있는데, 이는 조립체가 단일의 전기 작동식 밸브를 포함하기 때문이다. 따라서, 전기 작동식 밸브가 특히 용적이 큰 요소이기 때문에, 중량 및 크기에 있어서 상당한 이득을 발생시키는, 각각의 저장기에 전기 작동식 밸브를 제공할 필요가 없다.
저장 및 분배 조립체의 다른 선택적인 특징들에 따르면, 이하를 단독으로 또는 조합하여 취할 수 있다:
- 각 저장기의 제 1 단부 피스는 제 1 단부 피스 내에 직접 배열되는 적어도 하나의 기능성 요소를 더 포함한다. 이는 단부 피스 상에 추가적인 기능성 부재를 갖는 것을 방지하며, 이러한 추가적인 부재는 추가적인 용적 및 중량을 생성할 것이다.
- 기능성 요소(들)는 압력 해제 밸브, 바람직하게는 열적 트리거링을 가진 압력 해제 밸브, 유동 제한기를 형성하는 밸브, 역류방지 밸브, 수동 차단 밸브, 주입기, 필터, 온도 센서 및 압력 센서 중에서 선택된다. 바람직하게는, 각각의 저장기의 제 1 단부 피스는 모든 이들 기능성 요소들을 포함한다.
유동 제한기는, 하류측 유체의 압력이 상류측 유체의 압력보다 미리 결정된 값만큼 낮을 때, 자동으로 폐쇄하거나 또는 유동 제한기가 배열되는 통로 덕트의 상류측으로부터의 출력 유동을 제한하는 순수한 기계식 밸브로서 이해되어야 한다. 여기서, 상류측은 저장기로 유도되는 통로 덕트이고, 하류측은 사용 수집기 덕트로 유도되는 유체 통로 덕트이다.
- 각각의 저장기의 제 1 단부 피스는 통로 덕트를 폐쇄하기 위한 수단을 포함하고, 이는 오직 기계식이며 제 1 단부 피스에 직접 정렬된다. 따라서, 각각의 저장기는, 예를 들어 고장 또는 수리의 경우에, 특히 저장기의 기밀성을 시험할 필요가 있을 때, 다른 것들과 별개로 폐쇄될 수 있다. 또한, 저장 및 분배 조립체는 이에 따라서 저장기가 불량인 경우에도 계속 사용될 수 있다. 그 후, 폐쇄 수단을 통해 이 저장기의 통로 덕트를 폐쇄하는 것으로 충분하다.
- 저장기들은 종방향으로 연장하고 서로 평행하게 배열되어 사용 수집기 덕트가 실질적으로 하나의 평면에서 연장된다. 따라서, 크기는 특히 이용가능한 공간이 실질적으로 각형일 때 최적화된다.
- 저장기들은 또한 사용 수집기 덕트가 실질적으로 직선이도록 정렬된다. 따라서, 크기는 특히 이용가능한 공간이 비교적 평평할 때 더욱 최적화된다.
- 각각의 저장기의 제 1 단부 피스는 유체를 대기로 배출하도록 구성된 제 1 유체 배출 덕트를 구비하고, 저장 및 분배 조립체는 유체를 대기로 배출하기 위한 제 1 개구 및 제 1 복수의 오리피스들을 포함하는 제 1 배출 수집기 덕트를 더 포함하고, 각각의 오리피스는 제 1 유체 배출 덕트를 통해 제 1 단부 피스와 유체 연통하도록 구성된다. 따라서, 저장 및 분배 조립체에 대해서 대기로의 단일 유출구가 필요하며, 이는 차량의 일반적인 설계를 단순화한다.
- 정상 작동시, 제 1 배출 덕트는 제 1 압력 해제 밸브에 의해 폐쇄된다. 따라서, 예를 들어 화재로 인해, 저장기 내부에 유체의 과압이 발생하지 않는 한, 저장기의 전체 내용물이 대기로 신속하게 배출되지 않는다.
- 제 1 압력 해제 밸브는 제 1 배출 덕트에 적어도 부분적으로 배열된다. 따라서, 대기로 유체를 신속하게 배출하는 경우에, 배출 경로는 가능한 짧다.
- 제 1 압력 해제 밸브는 제 1 배출 수집기 덕트에 적어도 부분적으로 배열된다. 따라서, 제 1 안전 밸브의 개수는 저장기들의 개수보다 적을 수 있다.
- 각각의 저장기는 유체를 대기로 배출하도록 구성된 제 2 유체 배출 덕트를 구비한 제 2 단부 피스를 포함하고, 저장 및 분배 조립체는 유체를 대기로 배출하기 위한 제 2 개구 및 제 2 복수의 오리피스들을 포함하는 제 2 배출 수집기 덕트를 더 포함하고, 각각의 오리피스는 제 2 유체 배출 덕트를 통해 제 2 단부 피스와 유체 연통하도록 구성된다. 따라서, 저장 및 분배 조립체에 대해서 대기로의 단일 유출구가 필요하며, 이는 차량의 일반적인 설계를 단순화한다.
- 제 2 배출 덕트는, 정상 작동시, 제 2 압력 해제 밸브에 의해 폐쇄된다. 따라서, 예를 들어 화재로 인해, 저장기 내부에 유체의 과압이 발생하지 않는 한, 저장기의 전체 내용물이 대기로 신속하게 배출되지 않는다.
- 제 2 압력 해제 밸브는 제 2 배출 덕트에 적어도 부분적으로 배열된다. 따라서, 대기로 유체를 신속하게 배출하는 경우에, 배출 경로는 가능한 짧다.
- 제 2 압력 해제 밸브는 제 2 배출 수집기 덕트에 적어도 부분적으로 배열된다. 따라서, 제 2 안전 밸브의 개수는 저장기들의 개수보다 적을 수 있다.
- 각각의 저장기의 제 1 단부 피스 및 각각의 저장기의 제 2 단부 피스는 유체를 대기로 배출하도록 구성된 유체 배출 덕트를 구비하고, 저장 및 분배 조립체는 유체를 대기로 배출하기 위한 개구 및 복수의 오리피스들을 포함하는 배출 수집기 덕트를 더 포함하고, 각각의 오리피스는 유체 배출 덕트를 통해 제 1 단부 피스 또는 제 2 단부 피스와 유체 연통하도록 구성된다. 따라서, 저장 및 분배 조립체에 대해서 대기로의 단일 유출구가 필요하며, 이는 차량의 일반적인 설계를 단순화한다.
- 저장기들은 이 저장기들을 함께 고정하는 것이 주요 기능인 지지 구조물에 부착된다. 따라서, 저장기들은 지지 구조물에 의해 함께 고정된다.
유리하게는, 지지 구조물은 종방향 금속 부품, 예를 들어 압출 다이 또는 주조 몰드로부터 스테인리스 강으로 제조된 종방향 부품을 포함한다.
- 사용 수집기 덕트는 지지 구조물의 일부에 정렬된다. 따라서, 지지 구조물의 다른 기능은 유체를 공급 및/또는 분배하는 것이다.
- 제 2 배출 수집기 덕트는 지지 구조물의 일부에 정렬된다. 따라서, 지지 구조물의 다른 기능은 과압의 경우에 유체를 대기로 배출하는 것이다.
- 지지 구조물은 저장 및 분배 조립체를 차량에 고정하도록 구성된 고정 수단을 포함한다. 따라서, 저장 및 분배 조립체의 차량에 대한 부착이 단순화된다.
- 저장기는 사용 수집기 덕트 및 제 2 배출 수집기 덕트에 의해서만 지지된다. 따라서, 각각의 저장기를 차량에 고정할 필요가 없기 때문에, 저장 및 분배 조립체의 고정이 단순화된다.
- 사용 수집기 덕트 및 제 2 배출 수집기 덕트는 적어도 하나의 타이 로드, 바람직하게는 금속에 의해 상호 연결된다. 따라서, 저장 및 분배 조립체는 강화된다.
- 저장기는 제 1 단부 피스에 의해 사용 수집기 덕트에 그리고 제 2 단부 피스에 의해 제 2 배출 수집기 덕트에 나사결합된다. 따라서, 저장기들은 사용 수집기 덕트 및 제 2 배출 수집기 덕트에 간단한 방식으로 고정된다.
- 저장기는 스냅 체결에 의해, 바람직하게는 급속 커넥터에 의해, 예를 들어 베이오넷-유형 커넥터에 의해, 제 1 단부 피스에 의해 사용 수집기 덕트에 그리고 제 2 단부 피스에 의해 제 2 배출 수집기 덕트에 고정된다. 따라서, 저장기들은 사용 수집기 덕트 및 제 2 배출 수집기 덕트에 간단한 방식으로 고정된다.
- 저장기들은 제 1 단부 피스에 의해 사용 수집기 덕트에 그리고 제 2 단부 피스에 의해 제 2 배출 수집기 덕트에 클램핑 수단을 통해 고정된다. 클램핑 수단은, 예를 들어 제 1 단부 피스 및 제 2 단부 피스 각각 상에 또는 사용 수집기 덕트 상에 배열된 링, 및 사용 수집기 덕트 및 제 1 단부 피스 및 제 2 단부 피스 각각 중 다른 요소 상에 배치된 루프를 포함하고, 루프와 링 사이의 연결은 제 1 단부 피스 및 제 2 단부 피스 각각과 사용 수집기 덕트 사이의 클램핑을 수행한다. 따라서, 저장기들은 사용 수집기 덕트 및 제 2 배출 수집기 덕트에 간단한 방식으로 고정된다.
- 저장기들은 동일하다. 따라서, 저장 및 분배 조립체를 위한 주어진 이용가능한 공간에 대해 저장기들의 개수만이 가변적인 모듈식 설계가 가능하다.
- 저장기들은 350 bar 초과, 바람직하게는 700 bar 초과의 허용가능한 저장 압력을 갖는다. 따라서, 저장기들의 높은 허용가능한 압력으로 인해 저장기들내에 많은 양의 유체를 저장할 수 있다.
- 유체는 가압 유체 저장기들내서 오직 가스 상태이며, 바람직하게는 수소이다. 따라서, 오직 가스 상태의 유체를 가짐으로써, 유체가 저장기들에서 적어도 부분적으로 액체 상태에 있을 때, 차량에 의해 받게 되는 가속도로 인한 슬로싱 현상을 방지한다.
- 저장 및 분배 조립체는 여러 개의 저장 및 분배 서브조립체들을 조립함으로써 형성된다. 따라서, 저장 및 분배 조립체는 모듈식이다.
- 저장 및 분배 조립체에는 충격 보호부가 장착된다. 따라서, 저장 및 분배 조립체는 충격의 경우에 변형 및 파손에 대하여 보호된다.
본 발명은 또한 차량, 바람직하게는 자동차에 관한 것으로,
- 전술한 유형의 저장 및 분배 조립체,
- 사용 수집기 덕트의 개구에 유체 연결되어 유체를 공급받을 수 있는 차량의 추진 수단에 에너지를 공급하도록 구성된 에너지 변환 수단,
- 사용 수집기 덕트의 개구에 유체 연결되는 유체 충전 수단, 및
- 전기 작동식 밸브를 제어하는 수단으로서, 전기 작동식 밸브를 구동하여 디폴트로 사용 수집기 덕트의 개구를 폐쇄하고 충전 단계 및/또는 차량 작동 단계 동안 사용 수집기 덕트를 개방하는, 상기 전기 작동식 밸브를 제어하는 수단
을 포함한다.
"작동 단계" 는 특히 에너지 변환 수단이 작동 중인, 예를 들어 차량을 시동할 때의 단계로 이해되어야 한다.
위에서, "디폴트로" 라는 표현은 특히 전기 작동식 밸브가 전기 전력이 공급되지 않을 때 사용 수집기 덕트의 개구를 폐쇄하는 것을 의미하며, 이는 예를 들어 차량이 주행하지 않을 때의 경우이다.
본 발명에 따른 차량의 다른 선택적인 특징에 따르면, 저장 및 분배 조립체는 저장 및 분배 조립체 및 배터리 팩 중 하나를 선택적으로 제거가능하게 수용하도록 구성된 차량의 하우징 내에 수용된다. 따라서, 차량은 차량에 대한 어떠한 변경을 요구하지 않고 가스 수소 또는 배터리들에 의해 원하는 대로 전력이 공급될 수 있다.
본 발명은 단지 예로써 그리고 첨부된 도면을 참조하여 다음의 명세서를 판독하면 보다 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 저장 및 분배 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 2 는 저장 및 분배 조립체, 즉 제 1 단부 피스의 제 1 변형예를 갖는 저장기의 상세의 개략적인 단면도이다.
도 3 은 저장 및 분배 조립체, 즉 제 1 단부 피스의 제 2 변형예를 갖는 저장기의 상세의 개략적인 단면도이다.
도 4 는 저장 및 분배 조립체, 즉 제 2 단부 피스를 가진 저장기의 상세의 개략적인 단면도이다.
도 5 는 도 1 에 도시된 저장 및 분배 조립체의 상세의 개략적인 사시도이다.
도 6 은 도 1 에 도시된 저장 및 분배 조립체의 상세의 개략적인 사시도이다.
도 7 은 여러 개의 저장 및 분배 서브조립체들을 포함하는 저장 및 분배 조립체의 개략도이다.
도 8 은 충격 보호부가 장착된 저장 및 분배 조립체의 개략도이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 가압 유체를 위한 저장 및 분배 조립체 (1) 를 도시한다. 유체는 예를 들어 가스 수소이다.
저장 및 분배 조립체 (1) 는 지지 구조물 (2) 에 의해 함께 고정된 복수의 가압 유체 저장기들 (3), 사용 수집기 덕트 (5) 및 전기 작동식 밸브 (7) 를 포함한다. 도 1 에 도시된 예에서, 저장기들 (3) 은 동일하고, 사용 수집기 덕트 (5) 는 지지 구조물 (2) 의 일부에 배열된다.
도면들에 도시된 바와 같이, 각각의 저장기 (3) 는 실질적으로 원통형이고, 라이너 (9) 라고 하는 내부 엔벌로프로 구성된다. 라이너 (9) 는, 예를 들어 중합체 재료로 제조되고, 넥 형태의 적어도 하나의 개구를 포함한다. 도 1 에 도시된 예에서, 라이너 (9) 는 그 단부 중 하나의 단부에서 넥 (11) 형태의 제 1 개구를 포함하고, 넥 (11) 은 제 1 단부 피스 (13) 에 의해 덮힌다.
라이너 (9) 는 또한 그 단부 중 다른 단부에서 넥 (12) 형태의 제 2 개구를 포함하고, 넥 (12) 은 제 2 단부 피스 (15) 에 의해 덮힌다. 제 1 단부 피스 (13) 및 제 2 단부 피스 (15) 는 예를 들어 금속, 바람직하게는 알루미늄이다. 라이너 (9), 제 1 단부 피스 (13) 및 제 2 단부 피스 (15) 는, 예를 들어 유리 또는 탄소 섬유로 충전된 중합체에 기초한 복합 재료의 스트립들을 권취함으로써 생성되는 강화 구조물 (16) 에 의해 둘러싸인다.
도 1 에 도시된 예에서, 저장기들 (3) 은 종방향으로 연장되고, 서로 평행하게 배열되며 또한 정렬된다. 저장기들 (3) 은 350 bar 초과, 바람직하게는 700 bar 초과의 허용가능한 저장 압력을 갖는다.
도 2 에 도시된 제 1 변형예에서, 제 1 단부 피스 (13) 는 저장기 (3) 외부로 유체를 분배하고 그리고/또는 저장기 (3) 의 충전을 위해 구성된 유체 통로 덕트 (17) 를 포함한다. 따라서, 통로 덕트 (17) 는 사용 수집기 덕트 (5) 에 유체 연결된다.
사용 수집기 덕트 (5) 는 복수의 오리피스들을 포함하고, 각각의 오리피스는 저장기 (3) 에 그의 유체 통로 덕트 (17) 를 통해 유체 연결되도록 구성된다. 사용 수집기 덕트 (5) 는 사용 수집기 덕트 (5) 의 일 단부에 배열되는, 유체를 공급 및/또는 분배하기 위한 개구 (19) 를 더 포함한다.
사용 수집기 덕트는, 또한 사용 수집기 덕트 (5) 의 일 단부에 배열되고 개구 (19) 를 통한 유체의 통과를 선택적으로 차단 또는 해제하는 전기 작동식 밸브 (7) 를 지지한다.
제 1 단부 피스 (13) 는 제 1 단부 피스 (13) 에 직접 배열된 기능성 요소들을 더 포함한다.
따라서, 통로 덕트 (17) 는 필터 (21) 및 "N.O." 상태로 도 2 및 도 3 에서 도시된 바와 같이, 정상적으로 개방되어 있는 수동 차단 밸브 (23) 를 포함한다.
통로 덕트 (17) 는 저장기 (3) 를 유체로 충전하도록 구성된 제 1 분기부 (25), 및 저장기 (3) 외부로 유체를 분배하도록 구성된 제 2 분기부 (27) 를 더 포함한다.
제 1 분기부 (25) 는 역류방지 밸브 (29) 및 주입기 (31) 를 포함한다. 역류방지 밸브 (29) 는 수동 차단 밸브 (23) 로부터 저장기의 방향으로 유체의 통과를 허용하고, 다른 방향으로 유체의 통과를 차단한다. 따라서, 제 1 분기부 (25) 는 저장기 (3) 의 충전을 허용한다.
제 2 분기부 (27) 는 필터 (33), 유동 제한기 (35) 를 형성하는 밸브 및 역류방지 밸브 (37) 를 포함한다. 유동 제한기 (35) 를 형성하는 밸브는 단지 기계식이고 통로 덕트 (17) 의 자동 폐쇄 수단을 구성한다. 역류방지 밸브 (37) 는 저장기로부터 수동 차단 밸브 (23) 를 향하는 유체의 통과를 허용하고, 다른 방향으로의 유체의 통과를 차단한다. 따라서, 제 2 분기부 (27) 는 저장기 (3) 외부로 유체의 분배를 허용한다.
제 1 단부 피스 (13) 는 또한 센서 (39) 를 포함한다. 센서 (39) 는 예를 들어 온도 센서 및/또는 압력 센서이다.
제 1 단부 피스 (13) 는 대기로 유체를 배출하도록 구성된 제 1 유체 배출 덕트 (41) 를 더 포함한다. 제 1 배출 덕트 (41) 는 저장 및 분배 조립체 (1) 의 제 1 배출 수집기 덕트 (43) 에 유체 연결된다. 따라서, 제 1 배출 수집기 덕트 (43) 는 대기로 유체를 배출하기 위한 제 1 개구 (45) 및 복수의 오리피스들을 포함하고, 각각의 오리피스는 제 1 유체 배출 덕트 (41) 를 통해 제 1 단부 피스 (13) 와 유체 연결되도록 구성된다. 정상 작동시, 제 1 배출 덕트 (41) 는 제 1 압력 해제 밸브 (47) 에 의해 폐쇄되고, 바람직하게는 퓨즈 요소 (47f) 를 통해 열적으로 트리거된다. 예를 들어, 화재로 인해 온도가 상승하는 경우에, 저장기 (3) 내의 압력이 상승한다. 저장기 (3) 의 폭발을 방지하기 위해, 제 1 해제 밸브 (47) 는 제 1 배출 덕트 (41) 를 개방하고 저장기 (3) 에 함유된 유체의 방출을 허용한다. 이러한 방출은, 예를 들어 제 1 배출 덕트 (41) 의 단면의 감소를 통해 또는 제 1 배출 덕트 (41) 에 배치된 구멍으로 관통된 플러그를 통해 미리 결정된 비율로 수행된다. TPRD (Thermal and Pressure Relief Device) 라고도 하는 압력 해제 밸브는 저장기의 전체 내용물을 신속하게 방출하도록 설계된다. 그러한 디바이스는, 장비와 직원에게 치명적인 결과를 초래할 수 있는, 저장기의 약화와 파열을 방지하기 위해 예를 들어 화재로 인한 고온의 경우에 작동한다. TPRD 디바이스의 개방과 관련된 가스 수소의 배출 유량은 70 g/s 이며, 이는 약 10 분 내에 350 bar 에서 200 리터의 수소 저장기를 비울 수 있게 한다. 화재가 발생하는 경우에, 온도가 특정 임계값을 초과하는 저장기만 관련 TPRD 디바이스를 개방함으로써 비워진다. 주변 저장기들은 TPRD 디바이스가 개방되지 않는 한 압력하에 남아 있다.
도 3 에 도시된 제 2 변형예에서, 제 1 단부 피스 (13) 는 도 2 에 도시된 제 1 변형예의 제 1 단부 피스 (13) 와 유사하지만, 저장기 (3) 로부터 유체의 비움을 허용하도록 구성된, 통로 덕트 (17) 의 제 3 분기부 (28) 형태의 분기부 덕트를 추가로 포함한다. 따라서, 제 3 분기부 (28) 는 필터 (21) 와 수동 차단 밸브 (23) 사이에 위치한 지점으로부터 저장기 (3) 의 내측과 제 1 해제 밸브 (47) 사이에 위치한 제 1 배출 덕트 (41) 의 지점까지 통로 덕트 (17) 를 연결한다. 제 3 분기부 (28) 는, "N.C." 상태로 도 3 에 도시된 바와 같이, 정상적으로 폐쇄되어 있는 수동 차단 밸브 (48) 를 포함한다. 따라서, 필요하다면, 예를 들어 저장기 (3) 가 분해된 후에, 수동 차단 밸브 (48) 는 저장기 (3) 가 비워지도록 개방될 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 제 2 단부 피스 (15) 는 대기로 유체를 배출하도록 구성된 제 2 유체 배출 덕트 (49) 를 포함한다. 따라서, 제 2 배출 덕트 (49) 는 저장 및 분배 조립체 (1) 의 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 에 유체 연결된다. 도시된 예에서, 특히 도 6 에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 수집기 덕트 (51) 는 지지 구조물 (2) 의 일부에 배열된다. 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 는 대기로 유체를 배출하기 위한 제 2 개구 (53) 및 복수의 오리피스들을 포함하고, 각각의 오리피스는 제 2 유체 배출 덕트 (49) 를 통해 제 2 단부 피스 (15) 와 유체 연결되도록 구성된다. 제 2 배출 덕트 (49) 는, 정상 작동시, 제 2 압력 해제 밸브 (55) 에 의해 폐쇄되고, 바람직하게는 퓨즈 요소 (55f) 를 통해 열적으로 트리거된다. 예를 들어, 화재로 인해 온도가 상승하는 경우에, 저장기 (3) 내의 압력이 상승한다. 저장기 (3) 의 폭발을 방지하기 위해, 제 2 해제 밸브 (55) 는 제 2 배출 덕트 (49) 를 개방하고 저장기 (3) 에 함유된 유체가 해제되도록 한다. 이러한 해제는, 예를 들어 제 2 배출 덕트 (49) 의 단면의 감소를 통해 또는 제 2 배출 덕트 (49) 에 배치된 구멍으로 관통된 플러그를 통해 미리 결정된 비율로 수행된다.
도 1 에 도시된 예에서, 저장기들 (3) 은 사용 수집기 덕트 (5) 에 의해 그리고 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 에 의해서만 지지된다. 사용 수집기 덕트 (5) 및 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 는 평행하게 배열되고, 저장 및 분배 조립체 (1) 를 강화하기 위해 금속 로드 형태의 타이 로드 (52) 에 의해 연결된다.
저장기들 (3) 은, 예를 들어 클램핑에 의해, 제 1 단부 피스 (13) 에 의해 사용 수집기 덕트 (5) 에 그리고 제 2 단부 피스 (15) 에 의해 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 에 나사결합, 스냅 결합 또는 고정된다. 바람직하게는, 제 1 단부 피스 (13) 및 제 2 단부 피스 (15) 의 나사산들은 역전되어, 종축을 중심으로 하는 저장기 (3) 의 회전에 의해, 이 저장기가 사용 수집기 덕트 (5) 내로 그리고 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 내로 나사결합된다. 사용 수집기 덕트 (5), 제 1 배출 수집기 덕트 (43) 및 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 는 예를 들어 금속, 바람직하게는 알루미늄으로 제조된다.
도 5 및 도 6 은 도 1 에 도시된 저장 및 분배 조립체의 상세를 도시한다.
도 7 은 여러 개의 저장 및 분배 서브조립체들 (56) 을 조립함으로써 형성된 저장 및 분배 조립체 (1) 를 도시하며, 각각의 서브조립체 (56) 는 복수의 저장기들 (3) 의 일부를 포함한다. 예를 들어, 9 개의 저장기들 (3) 을 포함하는 저장 및 분배 조립체의 경우에, 이들은 각각 3 개의 저장기들 (3) 을 포함하는 3 개의 서브-조립체들 (56) 로 분할될 수 있다. 다른 예 (도시되지 않음) 에서, 저장 및 분배 조립체는 12 개의 저장기들 (3) 을 포함하고, 이들은 각각 4 개의 저장기들 (3) 을 포함하는 3 개의 서브-조립체들 (56) 로 분할된다. 이러한 배열체는, 저장 및 분배 조립체가 모듈식으로 제조될 수 있게 하며, 즉 하나의 자동차로부터 다른 자동차로 상이한 저장 요구에 적응할 수 있게 한다.
서브-조립체들 (56) 은 기계식 체결구들 (57) 에 의해 함께 기계식으로 연결된다.
유리하게는, 서브-조립체 (56) 마다 제 1 해제 밸브 (47) 가 존재하며, 제 1 해제 밸브 (47) 는 서브-조립체 (56) 의 제 1 배출 수집기 덕트 (43) 에 배열된다. 따라서, 제 1 해제 밸브 (47) 의 개수가 최소화되어, 저장 및 분배 조립체 (1) 의 비용 및 질량을 감소시킬 수 있다.
유리하게는, 저장기 (3) 보다는 서브-조립체 (56) 마다 1 개 또는 2 개의 퓨즈 요소들 (47f) 가 배열되며, 이는 퓨즈 요소들의 개수가 최소화될 수 있게 하여 저장 및 분배 조립체 (1) 의 비용 및 질량이 감소될 수 있게 한다.
전술한 바와 같은 저장 및 분배 조립체 (1) 는, 예를 들어 차량 (도시되지 않음), 바람직하게는 자동차에 배치되고, 그리하여 차량은 저장 및 분배 조립체 (1), 및
- 사용 수집기 덕트 (5) 의 개구에 유체 연결되어 유체를 공급받을 수 있는, 차량의 추진 수단에 에너지를 공급하도록 구성된 에너지 변환 수단,
- 사용 수집기 덕트 (5) 의 개구에 유체 연결되는 유체 충전 수단, 및
- 전기 작동식 밸브 (7) 를 제어하는 수단으로서, 전기 작동식 밸브 (7) 를 구동하여 디폴트로 사용 수집기 덕트 (5) 의 개구를 폐쇄하고 충전 단계 및/또는 차량 작동 단계 동안 사용 수집기 덕트 (5) 를 개방하는, 상기 전기 작동식 밸브를 제어하는 수단
을 포함한다.
차량 (도시하지 않음) 의 특정 실시형태에서, 저장 및 분배 조립체 (1) 는 저장 및 분배 조립체 (1) 및 배터리 팩 중 하나를 선택적으로 제거가능하게 수용하도록 구성된 차량의 하우징 내에 수용된다. 이는 차량을 변경할 필요 없이 차량이 수소 가스 및 배터리 둘 다를 모두 저장할 수 있게 한다. 이러한 배열체로 인해, 동일한 차량이 가스 수소 또는 배터리들에 의해 원하는 대로 전력을 공급받을 수 있다.
"배터리 팩" 은 안전 구성요소, 전기 상호연결부, 열적 관리 및 배터리 관리 시스템 (BMS) 뿐만 아니라 여러 개의 셀들로 차례로 구성된 여러 개의 배터리 모듈들로 구성된 세트로 이해되어야 하며, 조립체는 강성 케이스에 함유된다.
도 8 은 충격 보호부가 장착된 저장 및 분배 조립체 (1) 를 도시한다. 실제로, 충격의 경우에, 예를 들어 저장 및 분배 조립체 (1) 가 장착된 차량의 사고 중에, 저장 및 분배 조립체 (1) 의 큰 질량으로 인해, 사용 수집기 덕트 (5), 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 및 제 1 단부 피스 (13) 및 제 2 단부 피스 (15) 의 기능성 요소들로의 내부 기계식 연결부는 변형 또는 파손의 위험이 있다. 이를 피하기 위해, 충격의 영향을 감소시키고 흡수하는 수단, 예를 들어, 충격 보호부 (58) 로 사용 수집기 덕트 (5) 및 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 를 보호하는 것이 제공된다. 충격 보호부 (58) 는, 예를 들어 저장 및 분배 조립체 (1) 의 4 개의 코너들에 배열된 4 개의 고무 블록; 수집기 덕트 (5, 51) 의 각각의 단부에 있는 블록이다.
본 발명이 여기에 기재된 실시형태들에 한정되는 것은 아니며, 다른 실시형태가 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 특히, 제 1 배출 덕트 (41) 를 제 1 단부 피스 (13) 를 관통하는 구멍의 형태로 만들어, 제조 종료시에 저장기 내부의 세척이 용이하도록 하고, 이어서 제 1 배출 덕트 (41) 내에, 유체를 위한 통로 구멍이 천공된 플러그 및 제 1 해제 밸브 (47) 를 배열하는 것이 가능하다. 특히, 제 2 배출 덕트 (49) 를 제 2 단부 피스 (15) 를 관통하는 구멍 형태로 만들어, 제조 종료 시에 각 저장소의 내부를 용이하게 세정할 수 있게 하고, 저장기에 대한 허용가능한 저장 압력보다 큰 시험 압력까지, 바람직하게는 허용가능한 저장 압력의 1.5 배의 시험 압력까지 유체로 저장기를 충전함으로써 각각의 저장기의 압력 저항 시험을 신속하고 용이하게 수행하도록 한 후, 제 2 배출 덕트 (49) 내에, 유체를 위한 통로 구멍으로 천공된 플러그 및 제 2 해제 밸브 (55) 를 배치할 수 있게 한다. 본 발명은 수소 가스에 제한되지 않는다. 실제로, 본 발명은 또한 예를 들어 천연 가스와 같은 압력 하에서 저장된 다른 가스에도 적용된다.
1 : 저장 및 분배 조립체
2 : 지지 구조물
3 : 저장기
5 : 사용 수집기 덕트
7 : 전기 작동식 밸브
9 : 라이너
11, 12 : 넥
13 : 제 1 단부 피스
15 : 제 2 단부 피스
16 : 강화 구조물
17 : 통로 덕트
19 : 개구
21 : 필터
23 : 수동 차단 밸브
25 : 제 1 분기부
27 : 제 2 분기부
28 : 제 3 분기부
29 : 역류방지 밸브
31 : 주입기
33 : 필터
35 : 유동 제한 밸브
37 : 역류방지 밸브
39 : 센서
41 : 제 1 배출 덕트
43 : 제 1 배출 수집기 덕트
45 : 제 1 배출 개구
47 : 제 1 해제 밸브
47f : 퓨즈 요소
48 : 수동 차단 밸브
49 : 제 2 배출 덕트
51 : 제 2 배출 수집기 덕트
52 : 타이 로드
53 : 제 2 배출 개구
55 : 제 2 해제 밸브
55f : 퓨즈 요소
56 : 저장 및 분배 서브조립체
57 : 기계식 체결구
58 : 충격 보호부

Claims (16)

  1. 차량용 가압 유체 저장 및 분배 조립체 (1) 로서,
    - 복수의 가압 유체 저장기들 (3) 로서, 각각의 저장기 (3) 는 상기 저장기 (3) 로부터 유체를 분배하고 상기 저장기 (3) 를 충전하도록 구성된 적어도 하나의 유체 통로 덕트 (17) 가 제공된 제 1 단부 피스 (13) 를 포함하는, 상기 복수의 가압 유체 저장기들 (3),
    - 유체를 공급 및/또는 분배하기 위한 개구 (19) 및 복수의 오리피스들을 포함하는 사용 수집기 덕트 (5) 로서, 각각의 오리피스는 저장기 (3) 에 그의 유체 통로 덕트 (17) 를 통해 유체 연결되도록 구성되는, 상기 사용 수집기 덕트 (5), 및
    - 상기 사용 수집기 덕트 (5) 의 일 단부에 배열되고, 상기 개구 (19) 를 통해 유체 통로를 선택적으로 폐쇄 또는 개방하는, 전기 작동식 밸브 (7)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 저장기 (3) 의 제 1 단부 피스 (13) 는 상기 제 1 단부 피스 (13) 에 직접 배열되는 적어도 하나의 기능성 요소를 더 포함하는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기능성 요소(들)는,
    - 바람직하게는 열적 방출을 가진, 압력 해제 밸브 (47),
    - 유동 제한 밸브 (35),
    - 역류방지 밸브 (29, 37),
    - 수동 차단 밸브 (23, 48),
    - 주입기 (31),
    - 필터 (21, 33),
    - 온도 센서 (39),
    - 압력 센서 (39)
    로부터 선택되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 저장기 (3) 의 제 1 단부 피스 (13) 는 상기 통로 덕트 (17) 를 폐쇄하기 위한 수단 (23, 35, 48) 을 포함하고, 상기 수단은 오직 기계식이고 상기 제 1 단부 피스 (13) 에 직접 배열되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장기들 (3) 은 종방향으로 연장되고 서로 평행하게 배열되어, 상기 사용 수집기 덕트 (5) 가 실질적으로 하나의 평면에서 연장되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 저장기들 (3) 은 상기 사용 수집기 덕트 (5) 가 실질적으로 직선이도록 추가로 정렬되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 저장기의 제 1 단부 피스 (13) 에는 대기로 유체를 배출하도록 구성된 제 1 유체 배출 덕트 (41) 가 제공되고,
    상기 저장 및 분배 조립체 (1) 는,
    - 대기로 유체를 배출하기 위한 제 1 개구 (45) 및 제 1 복수의 오리피스들을 포함하는 제 1 배출 수집기 덕트 (43) 로서, 각각의 오리피스는 그의 제 1 유체 배출 덕트 (41) 를 통해 제 1 단부 피스 (13) 와 유체 연결되도록 구성되는, 상기 제 1 배출 수집기 덕트 (43) 를 더 포함하는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 저장기 (3) 는 대기로 유체를 배출하도록 구성된 제 2 유체 배출 덕트 (49) 가 제공되는 제 2 단부 피스 (15) 를 포함하고,
    상기 저장 및 분배 조립체 (1) 는,
    - 대기로 유체를 배출하기 위한 제 2 개구 (53) 및 제 2 복수의 오리피스들을 포함하는 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 로서, 각각의 오리피스는 그의 제 2 유체 배출 덕트 (49) 를 통해 제 2 단부 피스 (15) 와 유체 연결되도록 구성되는, 상기 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 를 더 포함하는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 배출 덕트 (49) 는 정상 작동 시에 과압에 대하여 제 2 압력 해제 밸브 (55) 에 의해 폐쇄되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장기들 (3) 은 상기 저장기들 (3) 을 함께 고정하는 것이 주요 기능인 지지 구조물 (2) 에 부착되고,
    상기 사용 수집기 덕트 (5) 는 상기 지지 구조물 (2) 의 일부에 배열되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장기들 (3) 은 상기 사용 수집기 덕트 (5) 및 상기 제 2 배출 수집기 덕트 (51) 에 의해서만 지지되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 가압 유체 저장기들 (3) 내에서 오직 가스 상태이고, 바람직하게는 수소인, 저장 및 분배 조립체 (1).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장 및 분배 조립체 (1) 는 여러 개의 저장 및 분배 서브조립체들 (56) 을 조립함으로써 형성되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장 및 분배 조립체 (1) 에는 충격 보호부 (58) 가 장착되는, 저장 및 분배 조립체 (1).
  15. 차량, 바람직하게는 자동차로서,
    - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 저장 및 분배 조립체 (1),
    - 사용 수집기 덕트 (5) 의 개구 (19) 에 유체 연결되어 유체를 공급받을 수 있는, 상기 차량의 추진 수단에 에너지를 공급하도록 구성된 에너지 변환 수단,
    - 상기 사용 수집기 덕트 (5) 의 개구 (19) 에 유체 연결되는 유체 충전 수단, 및
    - 상기 전기 작동식 밸브 (7) 를 제어하는 수단으로서, 상기 전기 작동식 밸브 (7) 를 구동하여 디폴트로 상기 사용 수집기 덕트 (5) 의 개구를 폐쇄하고 충전 단계 및/또는 차량 시동 단계 동안 상기 사용 수집기 덕트 (5) 를 개방하는, 상기 전기 작동식 밸브를 제어하는 수단
    을 포함하는, 차량.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저장 및 분배 조립체 (1) 는 상기 저장 및 분배 조립체 (1) 및 배터리 팩 중 하나를 선택적으로 제거가능하게 수용하도록 구성된 상기 차량의 하우징 내에 수용되는, 차량.
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