KR20230037028A - 열 압력 완화 장치(tprd), 가스 압력 축적기, tprd를 포함하는 가스 압력 축적기 시스템, 및 열 과도 압력 보호를 위한 방법 - Google Patents

열 압력 완화 장치(tprd), 가스 압력 축적기, tprd를 포함하는 가스 압력 축적기 시스템, 및 열 과도 압력 보호를 위한 방법 Download PDF

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얀 안드레아스
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아르고 게엠베하
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Abstract

본 발명은 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템을 위한 열 압력 완화 장치(100)에 관한 것으로, 이는 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템에 유체적으로 연결될 수 있고 적어도 하나의 유체 경로를 포함하는 밸브 유닛(110)을 포함하고, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템은 그 유체 경로에 의해 배출될 수 있고, 특히 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템)에 압력하에 저장된 가스가 주변 환경으로 배출될 수 있고, 밸브 유닛(110)은, 가스가 유체 경로(101)를 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 유체 경로(101)를 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 이동되고 그리고/또는 움직여질 수 있는 잠금 요소(111)를 포함하며, 열 압력 완화 장치는 제 1 트리거 수단(120)을 더 포함하고, 이 제 1 트리거 수단은, 열 영향으로 인해, 특히 미리 결정된 온도에 도달하면, 잠금 요소(111)를 개방 위치로 이동시키고 그리고/또는 움직이며 그리고/또는 잠금 요소(111)가 개방 위치로 이동하고 그리고/또는 움직일 수 있게 하도록 구성되어 있고, 제 1 트리거 수단(120)은, 열 압력 완화 장치(100)의 설치 위치(St1)가 아닌, 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)의 적어도 하나의 추가 위치(St2)에서 열 영향을 검출할 수 있도록 구성되고, 그리고/또는 특히 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템의 적어도 2개의 공간적으로 분리된 위치 및/또는 영역에서 열 영향을 검출할 수 있도록 더 구성되어 있다.

Description

열 압력 완화 장치(TPRD), 가스 압력 축적기, TPRD를 포함하는 가스 압력 축적기 시스템, 및 열 과도 압력 보호를 위한 방법
본 발명은 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템을 위한 열 압력 완화 장치(TPRD), 동일한 유형의 열 압력 완화 장치가 제공되어 있는 가스 압력 탱크 및 가스 압력 탱크 시스템에 관한 것으로, 그 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템은 바람직하게는 연료 전지 시스템 또는 연료 전지의 용례에 연료, 특히 기체 수소를 공급하는 연료 공급 시스템에 사용된다. 본 발명은 또한 특히 동일한 유형의 가스 압력 탱크의 열 과잉 압력 보호를 위한 방법에 관한 것이다.
압력 완화 밸브는 일반적으로 과잉 압력 이벤트 동안에 가압 용기 또는 시스템을 보호하도록 구성된 안전 장치이다. 이는 열 압력 완화 장치(TPRD) 또는 열 압력 완화 밸브에도 적용되며, 열 압력 완화 장치는, 단순한 압력 완화 장치와는 달리, 가압 용기 또는 가압 시스템을 과잉 압력에 대해 보호하기 위해, 미리 결정된 또는 미리 설정된 한계 온도에 도달하면 활성화된다.
과잉 압력 이벤트는 일반적으로 용기 또는 시스템 내의 압력이 특정된 설계 압력 또는 최대 허용 작업 압력(MAWP) 이상으로 증가되게 하는 조건을 말한다. 열 압력 완화 밸브의 경우에, 과잉 압력 이벤트는, 용기 또는 시스템이 설치되어 있는 차량에 화재가 일어난 경우와 같은, 용기 또는 시스템의 주변 환경에서의 온도 증가로 인한 것이다.
압력 완화 밸브의 주 목적은, 과잉 압력하에 있는 용기 또는 시스템으로부터 액체 또는 가스를 배출시켜 생명과 재산을 보호하는 것이다.
오늘날, 압력, 온도 및 유동과 같은 유체 시스템의 변수를 제어하기 위한 많은 전자, 공압 및 유압 시스템이 있다. 이들 시스템 각각은 그의 작동을 위해 전기 또는 압축 공기와 같은 임의의 종류의 에너지원을 필요로 한다. 열 압력 완화 장치 또는 열 압력 완화 밸브는 언제 든지, 특히 정전시에, 예컨대 시스템 제어기가 기능하지 않는 경우에 기능해야 한다. 따라서, 압력 완화 밸브, 특히 열 압력 완화 장치를 위한 가장 안전한 에너지원은 프로세스 유체이다. 다시 말해, 용기 또는 시스템에 저장되어 있는 유체는 가스 또는 액체일 수 있다.
주변 온도로 인해 시스템 또는 용기의 압력이 위험한 수준으로 상승하는 상태가 발생하거나, 전술한 바와 같이 차량 화재의 경우와 같이 주변 온도로 인해 용기 또는 시스템의 무결성이 훼손되는 경우에, 열 압력 완화 장치는 참혹한 고장을 방지하기 위해 유일하게 남아 있는 장치일 수 있다. 열 압력 완화 장치의 신뢰성은 장치의 복잡도와 직결되기 때문에, 열 압력 완화 장치의 구성은 가능한 한 간단한 것이 중요하다.
다양한 유형의 열 완화 장치가 알려져 있다. 예를 들어, 용기의 출구 통로를 막고 밀봉하는 용융 가능한 플러그를 포함하는 피팅이 사용된다. 이제 용기 주변 온도가 용융 가능한 플러그의 항복점에 도달하면 플러그가 용융되고 압력이 그 용융된 플러그를 통로를 통해 밖으로 밀어 용기의 압력이 빠져나가도록 한다.
예를 들어, DE 603 09 339 T2에는, 미리 결정된 온도 또는 미리 결정된 압력이 초과되면 용기 내의 가압 유체에 대한 압력 완화를 제공하는 완화 밸브가 제안되어 있다. 설명된 열 및 압력 완화 조합 밸브는 제 1 하우징의 제 1 단부에 있는 개구 및 제 1 하우징의 제 2 단부로부터 그 개구를 통해 연장되는 관을 갖는 제 1 하우징과, 제 1 하우징의 개구에 부분적으로 수용되는 제 2 하우징(제 1 및 제 2 하우징은 관에 인접한 챔버를 형성함), 챔버로부터 연장되고 밸브의 외부로의 출구를 제공하는 출구 관, 챔버 내부에 있고 관에 인접하며 그 관의 폭 보다 큰 베어링 부재, 챔버 내부에서 예인장되고 베어링 부재와 정렬되는 스프링, 및 제 2 하우징과 스프링 사이에서 챔버 내부에 위치되는 열 요소를 포함하고, 열 요소는 스프링과 정렬되며 미리 결정된 온도에서 용융되며, 열 요소는 밸브가 작동하지 않을 때에는 그 밸브 외부로의 출구를 막지 않으며, 밸브가 작동되지 않을 때 스프링은 열 요소에 대해 예인장되고 베어링 부재에 함을 가하며, 그래서 그 베어링 부재는 관에 대해 예인장되며 챔버와 관 사이에 시일을 형성한다.
또한, DE 38 12 552 C1에는 수공압 압력 탱크를 위한 용융 안전 장치가 기재되어 있는데, 이는 시스템으로부터의 가스 배출을 위해 비워질 수 있는 출구 채널을 포함하고, 이 출구 채널은, 미리 결정된 온도에서 용융되어 출구 채널을 비우는 재료로 만들어진 차단 요소에 의해 타이트하게 폐쇄될 수 있고, 차단 요소와는 별도로, 출구 채널을 비우고 타이트하게 폐쇄하기 위한 밸브가 제공되며, 이 밸브는 차단 위치로 예인장되어 출구를 폐쇄하고, 파워 구동기에 의해 움직일 수 있는 액츄에이터의 작동 운동에 의해 개방 위치로 전환되어 출구 채널을 비우고, 차단 요소는, 액츄에이터의 운동 경로에서 돌출하고 그의 작동 운동을 방지하는 차단 부재로 구성된다.
또한, US 3,618,627에는, 압력 시스템과 주변 환경 사이에 배치되는 밸브를 포함하는 자동 압력 해제 밸브가 기재되어 있고, 그 밸브는 적어도 부분적으로 중공인 스템, 및 가용성 요소를 가지며, 그 가용성 요소는 용융 온도에 도달하면 압력 시스템을 해제할 수 있고, 용융 요소는 중공 밸브 스템에 배치되고, 용융 요소는 중공에서 슬라이딩하고 시스템을 미리 결정된 압력에서 완화하기 위해 그 시스템 내의 압력에 반응하도록 구성되며, 스프링이 중공에 배치되고 용융 요소의 슬라이딩을 억제하기 위해 그 용융 요소를 밀게 된다.
항공과 같은 특정 용례의 경우에, 열 압력 완화 장치(TPRD)를 능동적으로 활성화시키기 위한 결정은 상위 실체에서 내려져야 할 수 있다. 그러나, 이는 위에서 설명한 장치로는 불가능하며 건설적인 변경을 필요로 한다.
더욱이, 열 압력 완화 장치를 작동시키기 위해 용융 요소를 사용하는 설명된 장치의 경우, 사용되는 용융 요소는 수백 bar의 압력 범위에 대해서는 적합하지 않아 시간이 지남에 따라, 특히 변하는 응력으로 인해 흐르기 시작하며, 이 때문에, 열 압력 완화 장치의 기능적 능력이 보장될 수 없다.
더욱이, 차량 또는 운송 수단, 특히 기체 연료를 에너지 저장원으로서 사용하는 승용차의 개발에서, 하나의 압력 용기를 갖는 이전에 확립된 설계에서 여러 개의 압력 용기로, 특히 고압 용기로 향하는 최근 경향이 있으며, 여러 개의 압력 용기는 충분한 연료 또는 연료 가스, 특히 수소를 저장할 수 있도록 복수의 개별적인 압력 용기를 포함하며, 이는 차량의 만족스러운 범위를 보장하기 위해 필요하다.
그러나, 이러한 고압 용기 집중 또는 고압 용기 유닛은 가능한 화재의 위험이 증가되는 복수의 가능한 인터페이스 또는 취약 지점을 갖는다. 따라서, 고압 용기 유닛의 단일 고압 용기가 화재 또는 열원에 노출되는 상황이 발생할 수 있는 반면, 나머지 그룹, 특히 고압 용기 유닛에 제공된 열 압력 완화 장치는 영향을 받거나 손상되지 않는 상황이 발생할 수 있다. 이는 고압 용기 유닛의 무결성을 손상시킬 수 있는 임계 또는 불안정한 상태(열 압력 완화 장치는 이를 검출할 수 없음)에 해당 고압 용기가 도달하는 효과를 가질 수 있다. 기체 연료 또는 연료 가스, 특히 기체 수소의 수송에 사용되고 이러한 목적을 위한 복수의 고압 용기를 포함하는 탱크 팜 또는 탱커에서도 동일한 문제가 발생할 수 있다.
전술한 종래 기술을 배경으로 하여, 본 발명의 목적은, 첫째, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 대한 가능한 국부적 또는 지점형 열 영향의 검출의 신뢰성을 개선할 수 있고, 둘째, 특히 기체 수소를 저장할 때 높아진 요건 프로파일을 고려하여, 사용되는 열 압력 완화 장치의 피로 강도를 증가시킬 수 있고 동시에 열 압력 완화 장치의 간단한 구조를 실현할 수 이는, 열 압력 완화 장치 및 열 과잉 압력 보호를 위한 방법을 제공하는 것이다.
위에서 언급한 목적은 청구항 1에 따른 열 압력 완화 장치, 청구항 23에 따른 가스 압력 탱크, 청구항 25에 따른 가스 압력 탱크 시스템, 및 청구항 26에 따른 열 과잉 압력 보호를 위한 방법으로 달성된다.
본 발명의 바람직한 추가 개량은 종속 청구항에 명시되어 있으며, 열 압력 완화 장치에 관한 청구항의 주제는 가스 압력 탱크, 가스 압력 탱크 시스템 및 열 과잉 압력 보호를 위한 방법과 관련하여 사용될 수 있고, 반대의 경우도 마찬가지다.
본 발명의 기본적인 아이디어 중의 하나는, 열 압력 완화 장치가 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템에 장착되거나 설치되는 위치에서 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템에 대한 열 영향을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량에 있는 적어도 하나의 추가 위치에서 열 영향을 검출할 수 있으며 그리고/또는 특히 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 2개의 공간적으로 분리된 지점 또는 위치 또는 영역에서 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템에 대한 열 영향을 검출할 수 있는 열 압력 완화 장치 및 열 과잉 압력 보호를 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 한 양태에 따르면, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템을 위한 열 압력 완화 장치는, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템에 유체적으로 연결될 수 있고 적어도 하나의 유체 경로를 포함하는 밸브 유닛을 포함하고, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템은 그 유체 경로에 의해 배출될 수 있고, 특히 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템에 (높은) 압력하에 저장된 가스가 주변 환경, 특히 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템의 주변 환경으로 배출될 수 있고, 밸브 유닛은, 가스가 유체 경로를 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 유체 경로를 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 이동되고 그리고/또는 움직여질 수 있는 잠금 요소를 포함하며, 열 압력 완화 장치는 제 1 트리거 수단을 더 포함하고, 제 1 트리거 수단은, 열 영향으로 인해, 특히 미리 결정된 온도에 도달하면, 잠금 요소를 개방 위치로 이동시키고 그리고/또는 움직이며 그리고/또는 상기 잠금 요소가 개방 위치로 이동시키고 그리고/또는 움직일 수 있게 하도록 구성되어 있고, 제 1 트리거 수단은, 열 압력 완화 장치의 설치 위치가 아닌, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 하나의 추가 위치에서 열 영향을 검출할 수 있도록 구성되고, 그리고/또는 특히 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 2개의 공간적으로 분리된 위치에서 열 영향을 검출할 수 있도록 더 구성되어 있다.
다시 말해, 열 압력 완화 장치는 단일 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 그룹(가스 압력 탱크 시스템)에 대한 열의 영향을 검출할 수 있는 2개의 검출 영역을 포함한다. 공지된 장치와 비교할 때, 이는 열 영향은 열 압력 완화 장치의 설치 위치에서 검출될 수 있을 뿐만 아니라 이는 적어도 하나의 추가 지점 또는 위치 또는 영역에서도 가능하다는 이점을 갖는다.
이렇게 해서, 열 압력 완화 장치 및 열 과잉 압력 보호를 위한 방법이 제공될 수 있으며, 이는, 첫째, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 대한 가능한 국부적 또는 지점형 열 영향, 예컨대 차량에서의 지점형 화재의 검출의 신뢰성을 개선할 수 있고, 둘째, 사용되는 열 압력 완화 장치, 특히 트리거 수단의 피로 강도가 특히 기체 수소를 저장할 때 높아진 요건 프로파일을 고려하여 증가될 수 있다. 더욱이, 제안된 장치 및 이를 기반으로 한 방법은, 구매 비용 및 운용 비용의 절감에 긍정적으로 기여하는 간단한 구조를 실현한다. 이는 특히 복수의 개별적인 열 압력 완화 장치를 사용할 필요가 없기 때문에 가능하다.
본 발명과 관련하여, "공간적으로 분리된 위치 및/또는 영역"은, 검출 위치 또는 검출 영역에 의한 의미 있는 또는 안전한 검출이 보장될 수 없도록 2개의 검출 위치 또는 검출 영역이 서로 멀리 이격되어 배치되는 것으로 이해된다. 다시 말해, 2개의 검출 위치 또는 검출 영역은, 이들 두 영역 사이의 열전도가 충분하지 않도록 서로 멀리 이격되어 있고, 그래서 충분히 짧은 시간 내에서의 열 영향의 안전한 검출이 보장될 수 없다.
따라서, 검출 위치 또는 검출 영역의 각각의 간격은 각각의 설치 상황에 달려 있다. 많은 선택적인 또는 지점형 위험 지점이 있을 수 있으면, 많은 검출 위치 또는 검출 영역을 특히 서로 가까이 제공하는 것이 합당하다.
개별적인 검출 위치 또는 검출 영역 사이의 공간적 거리는 설치 상황이나 위험 지점의 수에 따라 100mm과 1000mm 사이에서 변할 수 있다.
더욱이, 본 발명과 관련하여, "열 영향"이라는 용어는, 가스 압력 탱크의 케이스 또는 적층형 중공체 또는 가스 압력 탱크 시스템의 부품 또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 부품이 적어도 선택적으로 가열되고 이로 인해 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템의 무결성이 손상될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 적어도 선택적 가열은 화재, 예를 들어 차량 화재 또는 케이블 화재에 의해 야기될 수 있다. 차량의 주요 위험 지점은 예를 들어 브레이크, 엔진, 배터리 등이다.
열 압력 완화 장치, 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 기체 수소를 공급하도록 구성되어 있는 가스 압력 탱크, 특히 수소 탱크(수소 가스 탱크)에 부착되기 위한 온-탱크 밸브의 형태로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 열 압력 완화 장치는 가스 압력 탱크, 특히 그 가스 압력 탱크의 연결 요소 안으로 나사 결합될 수 있도록 구성되어 있는 연결 요소를 더 포함하는 것이 유리하다.
더욱이, 본 발명에 따른 열 압력 완화 장치는 기체 연료 또는 연료 가스, 특히 기체 수소의 수송에 사용되는 차량, 가스 저장소, 수송 차량 또는 탱커의 가스 압력 탱크 시스템, 교환 가능한 용기 배터리 등에 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명과 관련하여, "차량" 또는 "운송 수단" 또는 이하에서 사용되는 다른 유사한 용어는, 일반적으로 스포츠 유틸리티 차량(SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용 차량을 포함하는 승용차와 같은 자동차, 다양한 보트 및 선박을 포함하는 수상 차량, 항공기, 공중 드론, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그-인 하이브리드 전기 차량, 수소 차량 및 기타 대체 차량(예컨대, 석유 이외의 자원에서 얻은 연료)을 포함한다. 여기서 언급한 바와 같이, 하이브리드 차량은 2개 이상의 에너지 공급원을 갖는 차량(예컨대, 휘발유로 구동되고 동시에 전기로 구동되는 차량)이다.
더욱이, 본 발명과 관련하여, "연료"라는 용어는 에너지 저장부로서 역할하는 매체 또는 유체를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 한편으로, 연료는 예를 들어 내연 기관 또는 가스 터빈과 같은 열 기관에서의 연소에 의해 화학적 에너지가 기계적 에너지로 변환되는 연료일 수 있고, 다른 한편으로는, 예를 들어, 연료 전지(갈바니 전지)에서 연속적으로 화학 반응을 수행하여 전기 에너지를 생성하거나 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수소일 수 있다. 그러나, 수소를 특수한 연료 기계에서 연소시킬 수 있고, 이 때문에 수소가 또한 연료로 사용될 수 있다. 연료는 기체 또는 액체일 수 있다. 그 간에, 수소가 두 가지 형태, 즉 기체 및 액체 형태로 저장되는(소위 초임계 저장) 압력 탱크도 개발되었다.
더욱이, 잠금 요소는, 유체 경로(유동 채널)에 대해 횡으로, 특히 그 유체 경로에 수직하게 밸브 유닛에 이동 가능하게 장착 또는 수용되는 세트 피스톤으로서 구성되는 것이 바람직하다.
이렇게 해서, 충전 상태에서 300 bar 내지 1000 bar일 수 있는, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 저장된 연료의 압력이 세트 피스톤의 작용 방향으로 작용하는 것을 피할 수 있고, 그리하여, 잠금 요소의 필요한 클램핑력이 상당히 감소될 수 있고 결과적으로 잠금 요소 및 그에 따른 열 압력 완화 장치의 응력이 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 열 압력 완화 장치의 긴 내구성이 보장될 수 있다.
추가 실시 형태에 따르면, 세트 피스톤은 기다란 원통형 피스톤 본체를 가지며, 그 피스톤 본체의 외주에는 3개의 밀봉 부재가 피스톤 본체의 길이 방향으로 서로 이격되어 제공되어 있고, 그리하여, 설치 상태에서, 기밀한 방식으로 서로 분리되어 있는 2개의 챔버가 밸브 유닛에 형성된다.
더욱이, 세트 피스톤의 폐쇄 위치에서 제 1 챔버는 유체 경로에 유체적으로 연결되고 그 유체 경로를 폐쇄하며, 이 때문에, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 저장되어 있는 가스가 주변 환경으로 빠져 나갈 수 없다.
다른 한편으로, 세트 피스톤의 개방 위치에서는 제 2 챔버가 유체 경로에 유체적으로 연결되고 유체 관을 통해 그 유체 경로를 완화 포트에 연결하고, 그리하여, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 저장되어 있는 가스가 주변 환경으로 빠져 나갈 수 있다.
더욱이, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 밖으로 흐르는 가스의 충분한 유량/유동을 보장하기 위해, 제 2 챔버의 크기는 피스톤 본체의 외주에서 방사상으로 둘러싸는 홈에 의해 증가된다.
이와 관련하여, 잠금 요소는, 특히 유체 경로 내부에서 유체 경로의 방향으로 그리고/또는 가스의 유출 방향으로 이동할 수 있도록 밸브 유닛에 장착 또는 수용되는 잠금 피스톤으로서 구성된다.
본 발명의 추가 실시 형태에 따르면, 폐쇄 위치에서 잠금 피스톤은, 특히 유동 방향으로 잠금 피스톤 뒤에서 측방에 배치된 유체 관을 폐쇄하고 개방 위치에서는 그 유체 관을 해제하며, 그리하여 유체 경로가 유체 관에 유체적으로 연결되고 그래서 완화 포트에 유체적으로 연결될 수 있거나 연결되어 있고, 그리하여, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 저장되어 있는 가스가 주변 환경으로 빠져 나갈 수 있다
더욱이, 열 압력 완화 장치는, 밸브 유닛에 (직접) 통합되고 제 1 트리거 수단에 병렬 또는 직렬로, 특히 병렬 또는 직렬로 유체적으로 연결되는 제 2 트리거 수단을 포함한다.
더욱이, 제 1 트리거 수단 및/또는 제 2 트리거 수단은, 미리 결정된 온도(트리거 온도)에 도달하면 파열되거나 깨지도록 구성된 유리 앰플의 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
더욱이, 제 1 트리거 수단은 미리 결정된 압력(충분히 높은 압력)하에 있는 시험 트랙의 형태로 구성되며, 그래서, 미리 결정된 압력이 가해지면, 시험 트랙의 압력이 특히 적어도 하나의 추가 위치에서의 열 영향으로 인해 특히 미리 결정된 트리거 압력 아래로 떨어질 때까지(미리 결정된 온도에 도달하면) 잠금 요소는 폐쇄 위치로 유지되며, 그리하여 잠금 요소가 해제된다.
본 발명과 관련하여, 용어 "해제"는, 잠금 요소가 특히 개방 위치로 이동할 수 있는 것을 방지하는 기구, 바람직하게는 기계적 기구가 제공되는 것으로 이해되어야 한다. 이는 유리 앰플의 형상에 의해 가장 간단한 방식으로 실현될 수 있는데, 유리 앰플은 미리 결정된 온도에 도달하면 파열로 인해, 바람직하게는 스프링에 의해 예인장된 잠금 요소가 가스를 위한 유체 경로를 비우기 위해 이동할 수 있는 공간을 비우게 된다.
시험 트랙은, 충분히 높은 압력하에 있는 액체 및/또는 가스, 특히 물로 채워지는 호스, 특히 고무 호스, 및/또는 관, 특히 강관의 형태로 구성되며, 그래서 호스 및/또는 관의 압력이 특히 검출 요소에 대한 열 영향으로 인해 떨어질 때까지 잠금 요소는 폐쇄 위치에 유지된다. 예컨대, 시험 트랙에서 우세한 압력은 5 bar 내지 20 bar, 바람직하게는 8 내지 12 bar일 수 있다.
시험 트랙은 검출 요소, 특히 개방 요소를 포함하고, 이 요소는, 미리 결정된 온도에 도달하면 적어도 부분적으로 용융되는 호스 자체, 미리 결정된 온도에 도달하면 용융되는 호스의 선택적인 취약 지점, 상기 호스 및/또는 관 안으로 삽입되고 미리 결정된 온도에 도달하면 용융되는 밀봉 플러그, 및/또는 미리 결정된 온도에 도달하면 파열되거나 깨지며 호스 또는 관에 개구를 여는 유리 앰플로 구성되고, 그리하여, 압력 하에서 시험 트랙에 수용되는 액체 및/또는 가스가 빠져 나갈 수 있고 따라서 시험 트랙의 압력이 떨어지게 된다.
밀봉 플러그는 낮은 용융점을 갖는 플라스틱 재료, 비스무트나 주석 화합물 등과 같은 공융 재료로 만들어질 수 있고, 그래서 밀봉 플러그는 미리 결정된 온도에 도달하면 용융되고 호스나 관에 있는 개구를 열거나 그에 접근할 수 있다.
가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치된 차량에 있는 검출 요소(들)는 특히 취약한 위치에 설치되고 바람직하게는 위치되며, 그래서 화재와 같은 열 영향이 빠르게 또한 신뢰적으로 검출될 수 있다.
이와 관련하여, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템의 말단 지점에 검출 요소(들)(위치 또는 영역)를 제공하는 것이 특히 유리할 수 있다. 예를 들어, 가스 압력 탱크 시스템에, 벌집형 또는 고리형 방식으로 프레임에 수용되는 10개의 가스 압력 탱크가 있는 경우, 가장 안쪽에 있는 가스 압력 탱크가 열 영향을 받을 가능성은 극히 낮고, 따라서, 프레임의 외부 지점에만 검출 요소를 제공하는 것으로 충분할 수 있다.
다른 한편으로, 초기 단계에서 열 영향을 검출하기 위해, 실제 가스 압력 탱크 시스템의 외부, 특히 브레이크, 엔진, 배터리 등과 같은 위험 지점 근처에서 차량에 검출 요소(위치 또는 영역)를 제공하는 것이 유리할 수 있습니다.
대안적으로, 제 1 트리거 수단은 매체, 특히 액체 및/또는 가스로 채워지는 시험 트랙의 형태로 구성되고, 미리 결정된 온도에 도달하면 매체의 압력은, 열 영향으로 인해, 잠금 요소를 개방 위치로 (능동적으로) 이동시키고 그리고/또는 움직이기에 충분한 값에 도달한다. 압력 증가는 바람직하게는 적어도 부분적으로 일어나는 상전이로 인해 일어날 수 있다.
시험 트랙은, 바람직하게는 낮은 비등점을 가지며 미리 결정된 온도에 도달하면 끓기 시작하는 액체로 채워지는 호스, 특히 고무 호스 및/또는 관, 특히 강관의 형태로 구성되며, 그래서, 호스 또는 관의 압력이 미리 결정된 압력 보다 높게 상승하여, 잠금 요소가 특히 비가역적으로 개방 위치로 이동되고 그리고/또는 움직여질 수 있는 것이 또한 유리하다.
추가로, 호스 및/또는 관에 수용된 액체는 물, 에탄올, 메탄올, 에탄올 혼합물, 메탄올 혼합물 등인 것이 바람직하다.
더욱이, 잠금 요소는, 제 1 트리거 수단 및/또는 제 2 트리거 수단에 열 영향을 가할 수 있는 특히 가열 와이어 및/또는 마이크로파 전달기에 의해 전기적 및/또는 전자적으로 추가로 작동될 수 있는 것이 유리하다. 대안적으로, 잠금 요소는 또한 예컨대 솔레노이드 밸브 또는 피에조 요소를 통해 직접 작동될 수 있다.
본 발명에 따른 추가 실시 형태에 따르면, 열 압력 완화 장치는 외부 사용자, 예컨대, 차량의 이부 제어기/주 제어기 및 특히 제 1 트리거 수단 및/또는 제 2 트리거 수단 및/또는 가열 와이어 및/또는 마이크로파 전달기를 작동시키기 위해 소방대, 경찰 또는 다른 비상 응답자에 의해 작동될 수 있는 비상 제어 시스템으로부터 제어 명령을 받도록 구성된 통신 장치, 특히 적외선, 라디오, 블루투스 또는 WLAN(무선 근거리 통신망)을 사용하는 무선 통신 장치를 포함한다.
더욱이, 열 압력 완화 장치는, 열 압력 완화 장치, 특히 밸브 유닛, 더 바람직하게는 이 밸브 유닛에 연결된 적어도 하나의 가스 압력 탱크의 공간내 절대적 기하학적 배향을 검출하도록 구성되어 있는 배향 검출 장치를 더 포함하고 이 배향 검출 장치는 가속도계, 자이로스코프 및 지구 자기장 센서로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 센서를 포함하는 것이 유리하다.
이와 관련하여, 열 압력 완화 장치, 특히 그에 통합된 제어 장치는, 배향 검출 장치에 의해 결정된 열 압력 완화 장치, 특히 밸브 유닛의 배향에 근거하여 완화 포트를 선택하도록 구성되는 것이 바람직하고, 그 완화 포트에 의해, 연결된 가스 압력 탱크 및/또는 연결된 가스 압력 탱크 시스템이 미리 결정된 특히 안전한 공간 방향으로 배출될 수 있다.
이러한 목적으로, 열 압력 완화 장치, 특히 밸브 유닛은 복수의 완화 포트를 포함할 수 있고, 각 완화 포트는 제공된 밸브, 특히 솔레노이드 밸브에 의해 개폐될 수 있다. 각각의 완화 포트에는 완화 관이 유리한 방식으로 제공될 수 있는데, 이 완화 관은 차량 사고의 경우에 연료를 원하는 또는 유리한 공간 방향으로 배출하기 위해 상이한 공간 방향으로 배향된다.
완화 관은 바람직하게는, 배출되는 연료가 차량, 특히 연료 공급 시스템의 안전 관련 부품을 손상시키지 않고 또한 차량에 대한 접근을 방해하지 않도록 배치된다. 경험에 의하면, 예를 들어 사고의 경우에 옆으로 놓여 있을 수 있는 차량의 위치에 따라, 연료를 위쪽으로, 즉 다시 말해 수직 방향으로 배출하는 완화 관이 선택되며 그래서 특히 구조대를 위해 차량에의 측면 접근이 보장되는 것으로 나타났다.
본 발명은 더욱이 가스 압력 탱크에 관한 것으로, 이는 전술한 바와 같은 열 압력 완화 장치가 편입될 수 있는 연결 요소를 갖는다. 선택적으로, 열 압력 완화 장치, 특히 밸브 유닛 및/또는 가스 압력 탱크에는, 열 압력 완화 장치를 가스 압력 탱크의 연결 요소 내에 기밀한 방식으로 위치시키기 위해 시일이 제공된다.
동일한 유형의 가스 압력 탱크가 일반적으로 다층 라미네이트, 특히 다층 플라스틱 라미네이트로 형성되는 중공체로 구성된다. 플라스틱으로 만들어진 라미네이트에는 바람직하게는 그의 안정성을 증가시키기 위해 강화 섬유 재료, 예를 들어 탄소 섬유 또는 유리 섬유가 제공될 수 있다. 연결 요소는 이 라미네이트 안으로 도입되고, 일반적으로 내부 나사산이 제공되며, 열 압력 완화 장치의 연결 요소에 제공되어 있는 상대 나사산이, 열 압력 완화 장치를 가스 압력 탱크에, 바람직하게는 그 안에 부착하기 위해 그 내부 나사산 안으로 나사 결합될 수 있다.
호스 및/또는 호스 및/또는 관에 연결되는 액체 포켓이 중공체 안으로 편입되는 것이 유리하다.
본 발명은 또한 연료, 특히 기체 수소를 저장하고 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 기체 수소를 공급하도록 구성되어 있는 가스 압력 탱크 시스템에 관한 것으로, 이는 적어도 하나의 가스 압력 탱크, 바람직하게는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크, 및 열 압력 완화 장치, 바람직하게는 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 열 압력 완화 장치를 포함한다
본 발명은 또한 열 압력 완화 장치, 특히 본 발명에 따른 열 압력 완화 장치에 의한 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템에 대한 열 과잉 압력 보호를 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 유체 경로를 여는 단계를 포함하고, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템은 열 영향, 특히 외부 열 영향으로 인해 미리 결정된 온도에 도달하면 상기 유체 경로에 의해 배출될 수 있고, 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 하나의 추가 위치에서 유체 경로를 열기 위해 열 영향이 검출될 수 있고, 그 추가 위치는 열 압력 완화 장치의 설치 위치가 아니며, 그리고/또는 특히 가스 압력 탱크 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 2개의 공간적으로 분리된 위치에서 유체 경로를 열기 위해 열 영향이 검출될 수 있다.
여기서, 비작동 및/또는 트리거되지 않은 상태에서 유체 경로는 잠금 요소에 의해 폐쇄되며, 이 잠금 요소는, 가스가 유체 경로를 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치로부터 가스가 유체 경로를 통해 흐를 수 있는 개방 위치로 능동적 또는 피동적으로 이동되고 그리고/또는 움직여질 수 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 열 영향으로 인해, 특히 미리 결정된 온도에 도달하면, 제 1 트리거 수단이 잠금 요소를 개방 위치로 이동시키고 그리고/또는 움직이며 그리고/또는 잠금 요소가 개방 위치로 이동하고 그리고/또는 움직일 수 있게 하는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 방법의 추가 실시 형태에 따르면, 제 1 트리거 수단은 시험 트랙의 형태로 구성되며, 비작동 또는 트리거되지 않은 상태에서 상기 시험 트랙은 미리 결정된 압력하에 있고 이 압력을 잠금 요소에 가하며, 그래서 시험 트랙의 압력이 열 영향, 특히 외부 열 영향 하에서 특히 미리 결정된 트리거 압력 아래로 떨어질 때까지 잠금 요소는 폐쇄 위치에 유지되며, 그리하여 제 1 트리거 수단은 잠금 요소를 해제하고 이 잠금 요소는 예인장된 스프링에 의해 개방 위치로 이동되고 그리고/또는 움직여지는데, 특히 밀리게 된다.
열 압력 완화 장치는 가스 압력 탱크 또는 여러 개의 가스 압력 탱크를 포함하는 가스 압력 탱크 시스템에 통합될 수 있다. 더욱이, 열 압력 완화 장치는 열 과잉 압력 보호를 위한 방법에 사용될 수 있다. 따라서, 열 과잉 압력 보호에 대한 위의 설명과 관련하여 개시된 추가 특징들은 가스 압력 탱크, 가스 압력 탱크 시스템 및 열 과잉 압력 보호를 위한 방법에도 적용될 수 있다. 이는 반대로 가스 압력 탱크, 가스 압력 탱크 시스템 및 열 과잉 압력 보호를 위한 방법에 대해서도 마찬가지다.
장치, 사용 및/또는 방법의 추가 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하는 실시 형태에 대한 이하의 설명으로부터 명백하다.
도 1은 종래 기술에 따른 열 및 압력 완화 조합 밸브를 옆에서 본 개략적인 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 고압 용기 유닛의 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템의 실시 형태를 간략화한 것이다.
도 4는 도 3의 열 압력 완화 장치의 확대 단면을 나타낸다.
도 5는 폐쇄 위치에 있는 도 4의 열 압력 완화 장치의 잠금 요소를 나타낸다.
도 6은 개방 위치에 있는 도 4의 열 압력 완화 장치의 잠금 요소를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템, 특히 본 발명에 따른 열 압력 완화 장치의 추가 실시예를 간략화한 것이다.
서로 다른 도에 지정되어 있는 동일한 참조 번호는 동일하거나 대응하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 따른 본 열 및 압력 완화 조합 밸브(4)를 옆에서 본 개략적인 단면도를 나타낸다. 나타나 있는 밸브(4)는 제 1 하우징(10) 및 제 2 하우징(12)을 포함한다. 제 1 하우징(10)은 제 1 단부(15), 제 1 단부 반대편의 제 2 단부(24), 및 제 1 하우징(10)의 제 2 단부(24)로부터 제 1 단부(15)까지 연장되어 있는 관(22)을 갖는다. 관(22)은 분배기(3) 안으로 이어지고 그 분배기와 유체적으로 연통하도록 위치된다.
제 1 및 제 2 하우징(10, 12)은 챔버(20)를 형성한다. 제 2 하우징(12)은 바람직하게는 개구(34)를 가지며, 그래서, 제 2 하우징(12)이 제 1 하우징(10)에 수용될 때, 제 1 및 제 2 하우징의 개구(14, 34)는 관(22)에 인접하는 챔버(20)를 함께 형성하게 된다.
챔버(20) 내부에는 베어링 부재(30), 스프링(32) 및 열 요소(34)가 배치된다. 베어링 부재(30)는 관(22)에 인접하게 배치된다. 베어링 부재(30)의 일부분(36)은 관(22)에 인접하여 배치되는 밀봉 재료로 만들어진다. 베어링 부재(30)의 나머지 부분은, 스프링(22)에 의해 힘이 가해지는 베어링 표면으로서 작용한다.
베어링 부재(30)는 관(22)에 대한 시일로서 작용하지만 챔버(22)에서는 시일로서 작용하지 않도록 형성된다는 것을 유의해야 한다. 정상적인 조건 하에서, 밸브(4)가 비작동 상태에 있을 때, 스프링(32)은 압축 하에서 베어링 부재(30)에 지지된다. 따라서, 정상적인 조건하에서, 스프링(32)은 관(22)에 대해 베어링 부재(30)를 예인장시킨다. 따라서 베어링 부재는 관(22)과 챔버(20) 사이에서 시일로서 작용한다.
이제 밸브의 작동 모드를 설명한다. 이미 설명된 바와 같이, 밸브(4)는 기체 또는 액체 유체를 포함하는 용기(2)에 장착된 분배기(3)의 개구(6)에 통합된다. 정상적인 조건하에서 스프링(32)은 압축하에 있고 베어링 부재(30)에 대해 힘을 가하여 관(22)과 챔버(20) 사이에 시일을 형성한다. 따라서, 정상적인 조건하에서, 스프링(32)은 베어링 부재(30)를 관(22)에 대해 예인장시킨다. 열 요소(34)는 스프링(32)과 정렬되어 배치된다.
열 요소(34)는, 미리 결정된 온도가 용기(2)에서 도달되면 그 열 요소가 용융되거나 그의 고체 상태 특성을 잃게 하는 용융점을 갖는다. 이 일이 일어나면, 열 요소가 용융되고 스프링(32)이 이전에 열 요소(34)에 의해 점유된 영역 안으로 압축 해제되게 한다. 스프링(32)이 이완되면, 베어링 부재(30)는 더이상 관(22)에 대해 예인장되지 않는다. 따라서, 과도한 열 압력이 관(22)으로부터 챔버(20) 안으로 전달되고 출구 관(42)을 통해 빠져 나갈 수 있다. 따라서 밸브(4)는 열 완화를 제공하고 용기 및/또는 유체에 대한 손상을 방지한다.
도 2는 종래 기술에 따른 고압 용기 유닛(10)의 사시도를 나타낸다. 나타나 있는 고압 용기 유닛(10)은 박스형 하우징(22), 및 이 하우징(22) 내부에 일 열로 배치되는 복수의 원통형 용기(18)를 가지며, 각 용기(18)는 축방향으로 한 측에 있는 단부에서 개구(30B)를 가지며, 고압 용기 유닛은 또한 복수의 용기(18)를 서로 결합하기 위해 개구(30B)를 연결하는 결합 요소(20)를 포함하고, 이 결합 요소는 복수의 용기(18)의 내부를 서로 연통하도록 연결하는 유동 통로를 포함한다. 설명되는 고압 용기 유닛(10)은, 결합 요소(20)로부터 하우징(22)에 형성된 관통 구멍(46A)을 통해 하우징(22)의 외부로 이어지는 유출 관(32)을 더 포함하며, 유동 통로를 개폐할 수 있는 밸브(34)가 그 유출 관(32)에 연결되어 있다.
종래 기술에 따른 나타나 있는 고압 용기 유닛(10)에서, 열 압력 완화 장치는 비용상의 이유로 밸브(34)에만 통합된다. 따라서, 여기서는 하우징(22) 외부에서만 그리고 고압 용기 유닛(10)의 한 위치에서만 열 영향을 검출하는 것이 가능한데, 이는 만족스럽지 않다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템(400)의 제 1 실시 형태를 간략화된 방식으로 나타내며, 이 시스템은, 예로서, 2개의 가스 압력 탱크(300), 각각 가스 압력 탱크(300) 안으로 나사 결합되는 2개의 온-탱크 밸브(200), 및 나타나 있는 실시 형태에서 가스 취급 유닛에 통합된 열 압력 완화 장치(100)로 이루어진다. 따라서, 열 압력 완화 장치(100)의 밸브 유닛(110)은 가스 압력 탱크 시스템(400)의 열 압력 모니터링에 필요한 부품 뿐만 아니라, 안전 밸브, 압력 제어 밸브, 필터, 역지 밸브 등의 추가적인 부품을 포함한다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 밸브 유닛(110)에 나타나 있는 열 압력 완화 장치(100)는, 2개의 가스 압력 탱크(고압 용기)(300), 특히 그의 내용물인 연료에 유체적으로 연결되거나 그와 연통하는 유체 경로(101)를 포함한다. 유체 경로(101)에는, 이 유체 경로를 개폐할 수 있는 잠금 요소(111)가 제공된다. 기본 위치에 해당하는 폐쇄 위치에서는, 가스, 특히 연료가 유체 경로를 통해 흐를 수 없으며, 그래서 가스 압력 탱크(300)는 작동 상태에 있다. 그러나, 열 압력 완화 장치의 제 1 트리거 수단(120)이 이제 예컨대 위치(St2)에서 화재 형태의 열 영향이 일어난 것을 검출하면, 트리거 수단(120)은 잠금 요소(111)가 개방 위치로 이동할 수 있게 하고, 이에 따라 유체 경로(101)가 제 2 유체 경로(102)(유체 관)에 연결되어, 가스(연료)가 제어된 방식으로 밸브 유닛의 완화 포트(A3)를 통해 가스 압력 탱크(300)로부터 열 압력 완화 장치의 주변 환경으로 유출되거나 배출될 수 있다.
나타나 있는 실시 형태에서, 잠금 요소(111)는 세트 피스톤(111a)으로서 구성되며, 그의 기능은 도 4를 참조하여 나중에 더 상세히 설명될 것이다. 제 1 트리거 수단(120)은 여기서 분배기를 포함하는 시험 트랙으로 구성되고, 복수의 호스 및/또는 관이 시험 트랙을 실현하기 위해 그 분배기에 연결될 수 있다. 여기에 나타나 있는 바와 같이, 2개의 호스가 분배기에 연결되어 있으며, 각 호스는 위치 또는 영역(St2 및 St3)에서 가능한 열 영향을 검출할 수 있도록 가스 압력 탱크 중의 하나에 배치된다. 더욱이, 관이 분배기에 연결되며, 이 관은 예를 들어 차량의 엔진실 또는 차량의 브레이크 근처에 제공될 수 있는 위치 또는 영역(St4)에 이어져 있다.
나타나 있는 실시 형태에서, 시험 트랙은 액체, 바람직하게는 물로 채워지고 가압된다. 시험 트랙에서 우세한 압력은 세트 피스톤(111a)에 전달되어, 그리하여 그 세트 피스톤은 스프링의 힘에 대항하여 폐쇄 위치로 밀리게 되며, 이 상태에서, 시험 트랙은 기밀하게 또는 수밀하게 폐쇄된다.
이제 예컨대 위치(St2 ∼ St4) 중의 하나에서 열 영향이 발생하면, 관 또는 시험 트랙의 호스 중의 하나에 있는 플라스틱제 밀봉 플러그가 용융되고, 가압된 물이 빠져 나갈 수 있고, 그리하여, 시험 트랙 또는 제 1 트리거 수단 내의 압력이 떨어져 스프링이 세트 피스톤(111a)을 개방 위치로 이동시키거나 밀게 되며, 그리하여 가스가 완화 포트(A3)를 통해 빠져 나갈 수 있다.
도 4는 도 3의 열 압력 완화 장치(100)의 확대 단면을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 세트 피스톤(111a)은 유체 경로(101)에 대해 횡으로 밸브 유닛(110)에 이동 가능하게 장착되는데, 특히 유체 경로(101)에 대해 횡방향으로(수직하게) 이동 가능하게 장착된다. 세트 피스톤(111a)은 기다란 원통형 피스톤 본체를 가지며, 이 본체의 외주에서 3개의 밀봉 부재(113)가 홈에 제공되어 있다. 3개의 밀봉 부재(113)는 피스톤 본체의 길이방향으로, 즉 유체 경로(101)에 수직하게 서로 이격되어 배치되며, 그래서, 기밀한 방식으로 서로 분리되어 있는 2개의 챔버(K1, K2)가, 세트 피스톤(111a)이 이동 가능하게 수용되는 안내 구멍에 형성되어 있다.
도 5는 폐쇄 위치에 있는 도 4의 열 압력 완화 장치(100)의 잠금 요소(111a)를 나타낸다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 시험 트랙(제 1 트리거 수단)(120)에서 우세한 압력(P1)이 세트 피스톤(111a)의 좌측에 가해지고 스프링(114)에 대항하여 그 세트 피스톤을 우측으로 밀게 되며, 이에 따라 그 스프링이 예인장된다. 이 위치에서, 유체 경로(101)는 제 2 유체 경로(102)에 연결되지 않은 제 1 챔버(101) 안으로 개방되며, 이 때문에, 열 압력 완화 장치는 폐쇄 상태, 즉 비작동 상태에 있다.
도 6은 개방 위치에 있는, 즉 작동 상태에 있는 도 4의 열 압력 완화 장치(100)의 잠금 요소 또는 세트 피스톤(111a)을 나타낸다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 시험 트랙의 압력은 압력(P1)보다 낮은 압력(D2)으로 떨어졌고, 이에 따라, 예인장된 스프링(114)은 세트 피스톤(111a)을 좌측으로 개방 위치로 이동시킬 수 있다. 이 개방 위치에서, 유체 경로(101)는 제 2 유체 경로(102)에 연결된 제 2 챔버(K2) 안으로 개방되어, 가스가 가스 압력 탱크로부터 완화 포트(A3)를 통해 바깥쪽으로 주변 환경으로 빠져나갈 수 있다. 도 6에서 더 알 수 있는 바와 같이, 유출 가스의 충분히 높은 유량을 확보하기 위해 챔버(K2)의 위치 즉, 2개의 우측 밀봉 부재(113) 사이에 홈이 형성되거나 세트 피스톤(111a)의 직경이 감소되어 있다.
도 7은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템, 특히 본 발명에 따른 대안적인 열 압력 완화 장치의 추가 실시 형태를 간략화된 방식으로 나타낸다. 도 7에 나타나 있는 가스 압력 탱크 시스템은, 그의 기본 구조에 있어서, 도 3에서 이미 설명한 시스템에 대응한다. 여기에 나타나 있는 실시 형태에서, 잠금 요소(111)만이 세트 피스톤(111a)으로서 구성되지 않고, 잠금 피스톤(111b)으로서 구성된다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 잠금 피스톤(111b)은 유체 경로(101)의 방향 또는 유체 경로(101)를 통해 유출되는 가스의 방향으로 밸브 유닛(110)에 이동 가능하게 수용된다. 유체 경로(101)와 대향하는 측에서, 잠금 피스톤(111b)은 원추형 밸브 본체 영역을 가지며, 이 원추형 밸브 본체 영역은 폐쇄 상태에서 밸브 시트와 접촉하게 되며, 그리하여 열 압력 완화 장치(100)는 폐쇄 상태에 있다. 밸브 시트로부터 멀어지는 쪽을 향하는 잠금 피스톤(111b)의 측에는, 밸브 시트 영역 보다 상당히 큰, 예를 들어 그의 50 내지 100배인 피스톤 영역이 형성된다. 이렇게 해서, 시험 트랙에서 우세한 10 내지 20 bar의 압력이 유체 경로(101)에 가해지는 최대 1000 bar의 실린더 압력에 대항하여 밸브를 폐쇄하기에 충분하다.
이제 열 영향으로 인해 시험 트랙의 압력이 떨어지면, 전술한 실시 형태에서와 같이, 피스톤 영역에 작용하는 압력이 떨어지고 잠금 피스톤(111b)은, 가스 압력 탱크에서 우세하고 유체 경로(101)에 가해지는 압력에 의해 위쪽으로 이동되고 밸브를 개방하게 되며, 그리하여, 가스가 제 2 유체 경로(102)를 통해 완화 포트(A3)로 흐를 수 있다. 가스 압력 탱크(300)에서의 상대적으로 낮은 압력에서도 밸브의 개방을 보장하기 위해, 시험 트랙의 압력이 열 영향으로 인해 떨어지면 잠금 피스톤(111b)을 밸브 시트로부터 멀어지게 미는 스프링이 제공될 수 있다.
서로 다른 실시 형태에서 각각 설명된 개별 특징이 구조적으로 호환된다면 단일 실시 형태로도 구현될 수도 있음이 당업자에게 명백하다. 마찬가지로, 단일 실시 형태와 관련하여 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 여러 실시 형태로도 제공될 수 있다.
100 열 압력 완화 장치
101 유체 경로
102 유체 관(제 2 유체 경로)
110 밸브 유닛
111 잠금 요소
111a 세트 피스톤
111b 잠금 피스톤
112 연결 요소
113 밀봉 부재(들)
120 제 1 트리거 수단
121 검출 요소(개방 요소)
130 제 2 트리거 수단
140 통신 장치
150 배향 검출 장치
A3 완화 포트
K1 제 1 챔버
K2 제 2 챔버
St1 설치 위치
St2 (제 1) 추가 위치
St3 (제 2) 추가 위치
200 온-탱크 밸브
201 온도 및/또는 압력 검출 유닛
204 안전 밸브
205 과잉 유동 밸브
206 필터
207 연료 보급 채널
211 연결 요소
300 가스 압력 탱크
301 연결 요소
302 온도 센서
400 가스 압력 탱크 시스템

Claims (29)

  1. 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)을 위한 열 압력 완화 장치(100)로서,
    가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)에 유체적으로 연결될 수 있고 적어도 하나의 유체 경로(101)를 포함하는 밸브 유닛(110)을 포함하고,
    상기 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)은 상기 유체 경로에 의해 배출될 수 있고, 특히 상기 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)에 압력하에 저장된 가스가 주변 환경으로 배출될 수 있고,
    상기 밸브 유닛(110)은, 가스가 상기 유체 경로(101)를 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 유체 경로(101)를 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 이동되고 그리고/또는 움직여질 수 있는 잠금 요소(111)를 포함하며,
    상기 열 압력 완화 장치는 제 1 트리거 수단(120)을 더 포함하고, 이 제 1 트리거 수단은, 열 영향으로 인해, 특히 미리 결정된 온도에 도달하면, 상기 잠금 요소(111)를 상기 개방 위치로 이동시키고 그리고/또는 움직이며 그리고/또는 상기 잠금 요소(111)가 상기 개방 위치로 이동하고 그리고/또는 움직일 수 있게 하도록 구성되어 있고,
    상기 제 1 트리거 수단(120)은,
    상기 열 압력 완화 장치(100)의 설치 위치(St1)가 아닌, 상기 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)의 적어도 하나의 추가 위치(St2)에서 열 영향을 검출할 수 있도록 구성되고, 그리고/또는
    특히 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400) 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 2개의 공간적으로 분리된 위치(St1, St2, St3) 및/또는 영역에서 열 영향을 검출할 수 있도록 더 구성되어 있는, 열 압력 완화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 압력 완화 장치(100)는, 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 기체 수소를 공급하도록 구성되어 있는 가스 압력 탱크(300), 특히 수소 탱크(300)에 부착되기 위한 온-탱크 밸브(200)의 형태로 구성되어 있는, 열 압력 완화 장치(100).
  3. 제 2 항에 있어서,
    가스 압력 탱크(300), 특히 그 가스 압력 탱크(300)의 연결 요소(301) 안으로 나사 결합될 수 있도록 구성되어 있는 연결 요소(111, 211)를 더 포함하는 열 압력 완화 장치(100).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잠금 요소(111)는, 상기 유체 경로(101)에 대해 횡으로, 특히 그 유체 경로(101)에 수직하게 상기 밸브 유닛(110)에 이동 가능하게 장착(또는 수용)되는 세트 피스톤(111a)으로서 구성되는, 열 압력 완화 장치(100).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세트 피스톤(111a)은 기다란 원통형 피스톤 본체를 가지며, 그 피스톤 본체의 외주에는 3개의 밀봉 부재(113)가 피스톤 본체의 길이 방향으로 서로 이격되어 제공되어 있고, 그리하여, 설치 상태에서, 기밀한 방식으로 서로 분리되어 있는 2개의 챔버(K1, K2)가 상기 밸브 유닛(110)에 형성되는, 열 압력 완화 장치(100).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세트 피스톤(111a)의 폐쇄 위치에서 상기 제 1 챔버(K1)는 상기 유체 경로(101)에 유체적으로 연결되고 그 유체 경로를 폐쇄하며, 세트 피스톤(111a)의 개방 위치에서는 상기 제 2 챔버(K2)가 유체 경로(101)에 유체적으로 연결되고 유체 관(102)을 통해 그 유체 경로를 완화 포트(A3)에 연결하는, 열 압력 완화 장치(100).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 챔버(K1)의 크기는 상기 피스톤 본체의 외주에서 방사상으로 둘러싸는 홈에 의해 증가되는, 열 압력 완화 장치(100).
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잠금 요소(111)는, 특히 상기 유체 경로 내부에서 유체 경로(101)의 방향으로 그리고/또는 가스의 유출 방향으로 이동할 수 있도록 밸브 유닛(110)에 장착되는 잠금 피스톤(111b)으로서 구성되어 있는, 열 압력 완화 장치(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    폐쇄 위치에서 상기 잠금 피스톤(111b)은 측방에 배치된 유체 관(102)을 폐쇄하고 개방 위치에서는 그 유체 관을 해제하며, 그리하여 상기 유체 경로(101)가 유체 관(102)에 유체적으로 연결되어 완화 포트(A3)에 유체적으로 연결되는, 열 압력 완화 장치(100).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛(110)에 통합되고 상기 제 1 트리거 수단(120)에 병렬 또는 직렬로 연결되는 제 2 트리거 수단(130)을 더 포함하는 열 압력 완화 장치(100).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 트리거 수단(120) 및/또는 제 2 트리거 수단은, 미리 결정된 온도에 도달하면 파열되거나 깨지도록 구성된 유리 앰플의 형태로 구성되어 있는, 열 압력 완화 장치(100).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 트리거 수단(120)은 미리 결정된 압력하에 있는 시험 트랙의 형태로 구성되며, 그래서, 상기 미리 결정된 압력이 가해지면, 상기 시험 트랙의 압력이 특히 적어도 하나의 추가 위치(St2)에서의 열 영향으로 인해 특히 미리 결정된 트리거 압력 아래로 떨어질 때까지 상기 잠금 요소(111)는 폐쇄 위치로 유지되는, 열 압력 완화 장치(100).
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 시험 트랙은, 충분히 높은 압력하에 있는 액체 및/또는 가스, 특히 물로 채워지는 호스, 특히 고무 호스, 및/또는 관, 특히 강관의 형태로 구성되며, 그래서 상기 호스 및/또는 관의 압력이 특히 검출 요소(121)에서의 열 영향으로 인해 떨어질 때까지 상기 잠금 요소(111)는 폐쇄 위치에 유지되는, 열 압력 완화 장치(100).
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 시험 트랙은 검출 요소(121), 특히 개방 요소를 포함하고, 이 요소는, 미리 결정된 온도에 도달하면 적어도 부분적으로 용융되는 호스 자체, 미리 결정된 온도에 도달하면 용융되는 호스의 선택적인 취약 지점, 상기 호스 및/또는 관 안으로 삽입되고 미리 결정된 온도에 도달하면 용융되는 밀봉 플러그, 및/또는 미리 결정된 온도에 도달하면 파열되거나 깨지며 호스 또는 관에 개구를 여는 유리 앰플로 구성되는, 열 압력 완화 장치(100).
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400) 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치된 차량에 있는 검출 요소(121)는 특히 취약한 위치에 설치되거나 위치되는, 열 압력 완화 장치(100).
  16. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 트리거 수단(120)은 매체, 특히 액체 및/또는 가스로 채워지는 시험 트랙의 형태로 구성되고, 미리 결정된 온도에 도달하면 상기 매체의 압력은, 열 영향으로 인해, 상기 잠금 요소(111)를 개방 위치로 이동시키고 그리고/또는 움직이기에 충분한 값에 도달하는, 열 압력 완화 장치(100).
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 시험 트랙은, 바람직하게는 낮은 비등점을 가지며 상기 미리 결정된 온도에 도달하면 끓기 시작하는 액체로 채워지는 호스, 특히 고무 호스 및/또는 관, 특히 강관의 형태로 구성되며, 그래서, 상기 호스 또는 관의 압력이 미리 결정된 압력 보다 높게 상승하여, 상기 잠금 요소가 특히 비가역적으로 상기 개방 위치로 이동되고 그리고/또는 움직여질 수 있는, 열 압력 완화 장치(100).
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 호스 및/또는 관에 수용된 액체는 물, 에탄올, 메탄올, 에탄올 혼합물, 메탄올 혼합물 등인, 열 압력 완화 장치(100).
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잠금 요소(111)는, 상기 제 1 트리거 수단(120) 및/또는 제 2 트리거 수단(130)에 열 영향을 가할 수 있는 특히 가열 와이어 및/또는 마이크로파 전달기에 의해 전기적 및/또는 전자적으로 추가로 작동될 수 있는, 열 압력 완화 장치(100).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 사용자, 예컨대, 차량의 이부 제어기/주 제어기 및 특히 제 1 트리거 수단(120) 및/또는 제 2 트리거 수단(130)을 작동시키기 위해 소방대, 경찰 또는 다른 비상 응답자에 의해 작동될 수 있는 비상 제어 시스템으로부터 제어 명령을 받도록 구성된 통신 장치(140), 특히 적외선, 라디오, 블루투스 또는 WLAN(무선 근거리 통신망)을 사용하는 무선 통신 장치를 더 포함하는, 열 압력 완화 장치(100).
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛(110), 특히 이 밸브 유닛(110)에 연결된 적어도 하나의 가스 압력 탱크(300)의 공간내 절대적 기하학적 배향을 검출하도록 구성되어 있는 배향 검출 장치(150)를 더 포함하고, 이 배향 검출 장치(150)는 가속도계, 자이로스코프 및 지구 자기장 센서로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 센서를 포함하는 열 압력 완화 장치(100).
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 열 압력 완화 장치(100), 특히 그에 통합된 제어 장치는, 상기 배향 검출 장치(150)에 의해 결정된 밸브 유닛(110)의 배향에 근거하여 완화 포트(A3)를 선택하도록 구성되어 있고, 그 완화 포트에 의해, 연결된 가스 압력 탱크(300) 및/또는 연결된 가스 압력 탱크 시스템(400)이 미리 결정된 특히 안전한 공간 방향으로 배출될 수 있는, 열 압력 완화 장치(100).
  23. 가스 압력 탱크(300)로서, 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 열 압력 완화 장치(100)가 편입되는 연결 요소(301)를 포함하는 가스 압력 탱크.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 가스 압력 탱크는, 상기 연결 요소(301)가 편입되는, 다층 라미네이트로 형성된 중공체이고, 상기 호스 및/또는 호스 및/또는 관에 연결되는 액체 포켓이 바람직하게 상기 중공체 안으로 편입되는, 가스 압력 탱크(300).
  25. 연료, 특히 기체 수소를 저장하고 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 기체 수소를 공급하도록 구성되어 있는 가스 압력 탱크 시스템(400)으로서,
    적어도 하나의 가스 압력 탱크(300), 바람직하게는 제 23 항 또는 제 24 항에 따른 가스 압력 탱크, 및
    열 압력 완화 장치(100), 바람직하게는 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 열 압력 완화 장치(100)를 포함하는, 가스 압력 탱크 시스템.
  26. 열 압력 완화 장치, 특히 제 1 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 열 압력 완화 장치(100)에 의한 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)에 대한 열 과잉 압력 보호를 위한 방법으로서,
    유체 경로(101)를 여는 단계를 포함하고,
    상기 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)은 열 영향, 특히 외부 열 영향으로 인해 미리 결정된 온도에 도달하면 상기 유체 경로에 의해 배출될 수 있고,
    가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400) 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 하나의 추가 위치(St2)에서 상기 유체 경로(101)를 열기 위해 열 영향이 검출될 수 있고, 상기 추가 위치는 상기 열 압력 완화장치(100)의 설치 위치(St1)가 아니며, 그리고/또는
    특히 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템 및/또는 열 압력 완화 장치가 설치되는 차량의 적어도 2개의 공간적으로 분리된 위치에서 상기 유체 경로(101)를 열기 위해 열 영향이 검출될 수 있는, 열 과잉 압력 보호를 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    비작동 및/또는 트리거되지 않은 상태에서 상기 유체 경로(101)는 잠금 요소(111)에 의해 폐쇄되며, 이 잠금 요소는, 가스가 유체 경로(101)를 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치로부터 가스가 유체 경로(101)를 통해 흐를 수 있는 개방 위치로 능동적 또는 피동적으로 이동되고 그리고/또는 움직여질 수 있는, 열 과잉 압력 보호를 위한 방법.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 열 영향으로 인해, 특히 상기 미리 결정된 온도에 도달하면, 제 1 트리거 수단(120)이 상기 잠금 요소(111)를 개방 위치로 이동시키고 그리고/또는 움직이며 그리고/또는 잠금 요소(111)가 개방 위치로 이동하고 그리고/또는 움직일 수 있게 하는, 열 과잉 압력 보호를 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 트리거 수단(120)은 시험 트랙의 형태로 구성되며, 비작동 또는 트리거되지 않은 상태에서 상기 시험 트랙은 미리 결정된 압력하에 있고 이 압력을 잠금 요소(111)에 가하며, 그래서 시험 트랙의 압력이 열 영향, 특히 외부 열 영향 하에서 특히 미리 결정된 트리거 압력 아래로 떨어질 때까지 상기 잠금 요소는 폐쇄 위치에 유지되며, 그리하여 상기 제 1 트리거 수단(120)은 잠금 요소(111)를 해제하고 이 잠금 요소는 개방 위치로 이동되고 그리고/또는 움직여지는, 열 과잉 압력 보호를 위한 방법.
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