KR20230038472A - 특히 연료 전지 시스템을 위한 밸브 장치, 탱크내 밸브와 가스 압력 축적기 시스템, 및 누출 검출 방법 - Google Patents

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KR20230038472A
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gas pressure
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얀 안드레아스
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아르고 게엠베하
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

본 발명은 바람직하게는 연료 공급 시스템에 연료를 공급하도록 되어 있는 연료 공급 시스템을 위한 밸브 유닛(100)에 관한 것으로, 이는 적어도 하나의 온도 검출기(101), 적어도 하나의 압력 검출기(102), 및 라인 섹션(103)에 통합되는 안전 밸브(104)를 포함하고, 안전 밸브(104)는 가스가 상기 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절될 수 있고, 온도 검출기(101)와 압력 검출기(102)는, 가스가 압력을 가하도록 그 가스가 폐쇄된 안전 밸브(104)에 존재하는 상태에서 라인 섹션(103)을 통해 흐르는 가스의 온도와 압력을 검출할 수 있도록 배치된다. 본 발명은, 또한, 밸브 유닛(100)과 관련하여 설명된 모든 특징을 가질 수 있고 가스 압력 탱크(300)에 직접 장착될 수 있다는 점에서만 밸브 유닛(100)과 다른 온-탱크 밸브(200)에 관한 것이다. 본 발명은, 또한, 적어도 하나의 가스 압력 탱크(300)와 밸브 유니트(100)를 포함하는 연료를 저장용 가스 압력 탱크 시스템에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 욘료 공급 시스템에서 가능한 누출을 검출하기 위한 방법 및 밸브 어셈블리(500)에 관한 것이다.

Description

특히 연료 전지 시스템을 위한 밸브 장치, 탱크내 밸브와 가스 압력 축적기시스템, 및 누출 검출 방법
본 발명은 밸브 유닛, 온-탱크 밸브 및 동일한 유형의 밸브 유닛 및/또는 동일한 유형의 온-탱크 밸브를 갖는 가스 압력 탱크 시스템에 관한 것으로, 밸브 유닛, 온-탱크 밸브 및 가스 압력 탱크 시스템은 바람직하게는 예를 들어 연료 전지 시스템 또는 연료 전지의 용례에 연료, 특히 수소를 공급하는 연료 공급 시스템에 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 특히 가스 압력 탱크 시스템에서 누출을 검출하기 위한 방법 및 밸브 어셈블리에 관한 것이다.
환경 친화적인 구동 기술을 개발하고 제공하라는 자동차 산업 및 정치계에 대한 대중의 압력이 증가함에 따라, 화석 연료의 단계적 폐지, 기후 변화 및 이와 관련하여 더 청정한 기술을 지원하려는 산업계의 더 큰 의지가 많이 논의됨에 따라, 최근에 대체 구동 개념의 분야에서 연구가 점점 더 많이 수행되었다. 이는 한편으로 수소, 에탄올 또는 천연 가스와 같은 대체 연료 및 다른 한편으로는 하이브리드 및 전기 엔진과 같은 대체 구동기를 포함한다.
특히 연료 전지 기술 또는 수소 구동 기술 분야에서 주요 발전이 이루어졌다. 따라서, 초기에 존재했던 많은 아동기 질병을 제거할 수 있었고, 비용을 유발하는 요인을 제거하거나 최소한 줄일 수 있었다. 계속해서 높은 비용을 유발하는 부품은 지금까지 촉매로 사용된 백금이다. 그러나, 여기에서도, 연구원과 엔지니어는 매우 얇은 백금 층으로 성공을 거두었으며, 동시에 코발트는 이미 백금 대체물로 성공적으로 실험되고 있다. 또한, 연료 전지 시스템의 크기를 실질적으로 줄이는 것이 가능해졌다. 예를 들어, NECAR 5 연료 전지 시스템은 여전히 바닥 전체를 채우고 있지만, 오늘날 필요한 기술은 본넷 아래 공간에만 집중되고 있다.
언급된 예는, 대체 구동 기술로서의 연료 전지 시스템이 최근 몇 년 동안 양산 단계에 도달했음을 보여준다. 이에 따라 필요한 연료 또는 연료 가스를 위한 안전한 탱크 시스템에 대한 수요가 증가하고 있다. 한편으로, 연료 전지에 수소를 직접 공급할 수 있고, 대안적으로, 개질기를 통해 수소를 간접적으로 연료 전지에 공급하는 것도 가능하다. 이를 위해, 개질기는 수소가 풍부한 화합물인 저장된 천연 가스로부터 수소를 얻어, 전기화학적 반응에 의해 열과 전력을 생성하는 연료 전지에 공급한다.
차량 또는 운송 수단, 특히 승용차에 충분한 연료 또는 연료 가스를 저장할 수 있도록 하기 위해(이는 차량의 만족스러운 범위를 보장하기 위해 필요함), 최근 추세는, 압력 용기를 갖는 지금까지 확립된 설계로부터 복수의 개별 용기를 포함하는 고압 용기 유닛 쪽으로 변하였다.
따라서, DE 10 2018 116 090 A1은 박스형 케이스(22), 이 케이스(22) 내부에 일 열로 배치되는 복수의 원통형 용기(18)(각 용기는 축방향으로 용기(18)의 한 측에 있는 단부에서 개구(30B)를 포함함), 및 복수의 용기(18)를 서로 결합시키기 위하여 개구(30B)를 연결하는 결합 부재(20)를 갖는 고압 용기(10)를 설명하고, 그 결합 부재는 복수의 용기(18)의 내부를 연통하도록 서로 연결하는 유동 통로를 포함한다. 설명된 고압 용기 유닛(10)은 결합 부재(20)로부터 케이스(22)에 형성된 관통 구멍(46A)을 통해 케이스(22)의 외부로 이어지는 인출 관(32)을 더 가지며, 그 유동 통로를 개폐할 수 있는 밸브(34)가 인출 라인(32)에 연결되어 있다.
이러한 고압 용기 유닛은, 그의 컴팩트성, 특히 그의 작은 전체 높이 때문에, 객실의 바닥을 형성하는 바닥 패널(16)(도 1 참조)의 차량 밑면에 쉽게 배치될 수 있다는 이점이 있다. 따라서, 한편으로 배터리에 의해 에너지(전력)를 공급 받거나 동일한 차량 개념에 기초하여 연료 전지 시스템에 의해 에너지(전력)가 제공되는 전기 차량을 구성하는 것이 가능하다.
따라서, 배터리 구동식 전기 차량의 경우에, 수소 구동식 전기 자동차의 경우에 고압 용기 유닛(10)이 수용되는 객실 아래의 영역에 배터리를 설치할 수 있다.
위에서 언급한 이점 및 연료 전지 시스템의 지속적인 추가 개발로 인해, 이러한 시스템은 다른 분야에서도 사용되었거나 그렇게 하려고 한다. 따라서, DE 10 2007 001 912 A1은 예를 들어 항공기에서 사용하기 위한 연료 전지 시스템을 위한 연료 공급 시스템을 설명한다. 설명된 연료 공급 시스템(110)은 연료 탱크(112), 연료 탱크(112)를 연료 전지(118)의 입구(116)에 연결하는 공급 라인(114), 공급 라인(114)에 배치된 탱크 격리 밸브(128), 항공기의 비가압 영역 및/또는 외부 대기에 연료 전지(118)의 출구(120)를 연결하는 제거 라인(146), 및 연료 전지(118)의 전압을 검출하기 위한 센서(144)를 갖는다.
이러한 연료 공급 시스템은 항공기에 필요한 전기 에너지를 생성하기 위해 항공기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 현재 온보드 전력 공급을 위해 사용되고 주 엔진 또는 보조 터빈에 의해 구동되는 발전기를 연료 전지 시스템으로 대체하는 것을 생각할 수 있다. 그리하여 엔진의 전체 효율을 더욱 높일 수 있다. 또한, 이러한 연료 전지 시스템은 항공기의 비상 전력 공급을 위해서도 사용될 수 있으며 지금까지 비상 전력 유닛으로서 사용된 램 공기 터빈(RAT)을 대체할 수 있다.
연료 공급 시스템은 회전자의 전기 구동기에 대한 공급을 하기 위해 예를 들어 운송 드론 또는 승객 드론과 같은 공중 드론에 대한 공급을 하기 위해 또한 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 현재 범위와 비행 시간 및 그러한 드론의 운반 가능한 하중을 제한하는 무거운 배터리를 생략할 수 있다.
그러나, 연료 공급 시스템에 대한 위에서 설명한 모든 적용 분야는 한 가지 공통적인 문제가 있는데, 즉, 연료 공급 시스템은 특히 항공기, 공중 드론 또는 자동차와 같은 승객 운송 분야에서 높은 안전 기준 및 가용성 면에서의 높은 요구 사항을 만족해야 한다. 가스 압력 탱크의 무결성은 특히 예를 들어 항공기의 화재와 같은 비상 사태시에, 차량의 사고 또는 차량의 화재시에 항상 보장되어야 하고, 그리고 연료 또는 연료 가스의 제어되지 않은 누출을 방지해야 한다.
본 발명의 기본 목적은, 원리적으로, 한편으로 전술한 높은 안전 기준 및 가용성 면에서의 높은 요구 사항을 만족시킬 수 있고 동시에 구비된 각각의 부품, 특히 연료 공급 시스템의 단순화가 달성되고 따라서 제조 비용 및 유지 보수 비용(유지 보수 면에서의 지출)이 감소될 수 있는 밸브 유닛, 온-탱크 밸브 및 가스 압력 탱크 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 기본이 되는 다른 목적은, 특히 시스템(연결되거나 포함된 부품)에서 누출 또는 가스 누출을 간단하고 신뢰할 수 있는 방식으로 검출할 수 있는 밸브 유닛, 온-탱크 밸브 및 가스 압력 탱크 시스템을 제공하는 것이다. 따라서, 또한 본 발명의 목적은, 가능한 누출을 검출하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은, 컴팩트한 설계로 안전 밸브가 제공될 수 있는 밸브 어셈블리를 더 제공하며, 여기서, 작동 펄스가 중단되거나 누출이 있는 경우에도, 안전 밸브 또는 주 밸브는 작동된 후, 특히 수동으로 작동된 후에 개방 위치에 유지된다.
언급된 목적은 청구항 1에 따른 밸브 유닛, 청구항 2에 따른 온-탱크 밸브, 청구항 25에 따른 가스 압력 탱크, 청구항 27에 따른 가스 압력 탱크 시스템 및 청구항 29에 따른 연료 공급 시스템에 의해 달성된다. 본 목적은 청구항 30에 따른 가능한 누출을 검출하기 위한 방법 및 청구항 34에 따른 밸브 어셈블리에 의해 추가로 달성된다.
본 발명의 바람직한 추가 개량은 종속 청구항에 나타나 있으며, 여기서 밸브 유닛 또는 온-탱크 밸브에 관한 청구항의 주제는 가스 압력 탱크, 가스 압력 탱크 시스템의 범위 내에서, 가능한 누출을 검출하기 위한 방법 및 밸브 어셈블리에서 사용될 수 있고, 그 반대도 가능하다.
본 발명의 기본 아이디어 중 하나는 적어도 하나의 온도 검출기, 적어도 하나의 압력 검출기 및 라인 섹션에 통합된 안전 밸브를 제공하는 것이며, 여기서 안전 밸브는 가스가 라인 섹션을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 라인 섹션을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절될 수 있고, 온도 검출기와 압력 검출기는, 가스가 압력을 가하도록 그 가스가 폐쇄된 안전 밸브에 존재하는 상태에서, 다시 말해, 안전 밸브가 폐쇄된 상태에서 라인 섹션을 통해 흐르는 가스의 온도와 압력을 검출할 수 있도록 배치되며, 밸브 유닛은 검출된 온도 및 압력 값에 기초하여 라인 섹션의 기밀성 시험을 수행하도록 더 되어 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 바람직하게는 연료 공급 시스템(바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료를 공급하도록 되어 있음) 또는 소화(fire extinguishing) 시스템에 사용가능한 밸브 유닛, 특히 가스 취급 유닛은, 적어도 하나의 온도 검출기, 적어도 하나의 압력 검출기, 및 라인 섹션에 통합되고, 가스가 라인 섹션을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 라인 섹션을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절될 수 있는 안전 밸브를 포함하고, 온도 검출기와 압력 검출기는, 가스가 압력을 가하도록 그 가스가 폐쇄된 안전 밸브에 존재하는 상태에서 라인 섹션을 통해 흐르는 가스의 온도와 압력을 검출할 수 있도록 배치된다.
다시 말해, 온도 검출기와 압력 검출기는, 유동 방향으로, 특히 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템으로부터의 가스의 유출 방향으로 안전 밸브의 앞에서, 즉 상류에서 가스의 온도와 압력을 검출할 수 있도록 배치되거나 위치된다.
본 발명의 밸브 유닛은 예를 들어 다이빙의 호흡 장치, 항공 응용, 드론, 일반적으로 에너지 공급 등과 같은 고압 용례에서 사용될 수 있다.
밸브 유닛은 특히 안전 밸브의 폐쇄 상태에서, 검출된 온도 및 압력 값에 기초하여 라인 섹션, 특히 그 라인 섹션에 연결된 가스 압력 탱크 시스템의 기밀성 시험을 수행하도록 되어 있다.
밸브 유닛은 소화제로 질소(N2)를 사용하는 소화 시스템의 주 공급 라인을 개폐할 수 있는 것이 더 바람직하다.
이러한 밸브 유닛, 특히 가스 취급 유닛은 차량의 전기 모터용 전력 생성기로서 역할을 하는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하기 위해 차량, 특히 전기 차량의 연료 공급 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, "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, 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.
또한, "연료"라는 용어는 본 발명의 범위 내에서 에너지 저장부로서 역할하는 매체 또는 유체를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 한편으로, 연료는 예를 들어 연소 엔진 또는 가스 터빈과 같은 내연 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 엔진에서 연소시킬 수 있고, 그리하여 수소는 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.
밸브 유닛은 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있는 가스 압력 탱크, 특히 수소 탱크에 부착하기 위한 온-탱크 밸브의 형태로 구성되는 것이 더 유리할 수 있다.
온-탱크 밸브는 밸브 유닛과 관련하여 설명된 모든 특징을 가질 수 있으며, 가스 압력 탱크에 직접 장착할 수 있다는 점에서만 다르다.
이렇게 해서, 한편으로, 불필요한 배관 작업을 생략할 수 있으며, 다른 한편으로는, 예를 들어 보호 밸브와 같은, 밸브 장치에 제공된 부품이 가스 압력 탱크, 특히 그의 출구 개구에 가능한 가깝게 위치될 수 있다. 그 결과, 예를 들어 연료 공급 시스템에 누출이 있는 경우, 보호 밸브에 의해 연료의 추가 유출이 방지될 수 있다. 밸브 장치를 "온-탱크 밸브"(OTV) 형태로 가스 압력 탱크에 직접 부착함으로써, 손실되는 연료, 특히 수소의 양이 최소로 유지될 수 있다.
온-탱크 밸브는, 예를 들어 연료 공급 시스템의 다음 배관이 손상되는, 특히 가스 압력 탱크로부터 분리되거나 파손되는 사고의 경우에, 적어도 온-탱크 밸브에 제공된 부품은 가스 압력 탱크에 계속 존재하게 되며, 그리하여 밸브 유닛의 적어도 원하는 비상 기능이 유지될 수 있다는 추가 이점을 갖는다.
밸브 유닛, 특히 온-탱크 밸브는 가스 압력 탱크, 특히 가스 압력 탱크의 연결 요소/출구 개구 안으로 나사 결합될 수 있도록 되어 있는 연결 요소를 갖는 것이 더 유리하다.
그리하여, 밸브 유닛은 표준화된 가스 압력 탱크에 간단하고 안전한 방식으로 부착될 수 있으며 또한 유지 보수 작업 또는 시험을 위해 가스 압력 탱크로부터 신속하게 분리될 수 있다.
본 발명의 밸브 유닛의 한 실시예에 따르면, 라인 섹션은, 이 라인 섹션이 가스 압력 탱크에 부착된 상태에서 가스 압력 탱크 안으로 돌출되고 가스 압력 탱크와 대향하는 측에서 개방 단부를 갖도록 제공된다.
적어도 부분적으로 라인 섹션으로부터 별도로 연장되고 가스 압력 탱크 안으로 돌출하도록 구성되는 센서 관이 제공되는 것이 더 바람직하고, 이 센서 관의 단부에는 바람직하게는 온도 검출기 및/또는 압력 검출기가 제공된다.
온도 검출기 및 압력 검출기는 한편으로 각각 열전대(thermocouple) 또는 스트레인 게이지(DMS)로 구성될 수 있으며, 다른 한편으로는, 완전한 센서, 특히, 이미 처리된 센서 신호를 출력하는 스마트 센서로 구성될 수 있다. 즉, 스마트 센서는 제어기 없이 직접 제어 및/또는 조절 신호를 출력할 수 있다. 다시 말해, 분산 제어 및/또는 조절을 수행한다.
과잉 유동 밸브 및/또는 스로틀 밸브가 유동 방향(S1)으로, 특히, 가스 압력 탱크로부터 소비처를 향하는 방향의 가스 또는 연료의 유출 방향으로 안전 밸브(바람직하게는 펄스 제어식 밸브, 특히 솔레노이드 밸브) 앞에 제공되는 것이 더 유리하다.
본 발명의 범위 내에서, "펄스 제어식 밸브"는, 밸브가 외부 펄스 또는 외부 힘의 인가에 의해 작동되는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 펄스는 예를 들어 솔레노이드 밸브에 의해 자력의 형태로 밸브에 도입될 수 있다. 그러나 공압식으로, 유압적으로 또는 광학 신호로 밸브를 작동 또는 제어하는 것도 가능하다. 유동 방향(S1)으로 안전 밸브 앞 및/또는 뒤에 필터가 배치되는 것이 유리하다.
따라서 밸브 유닛에 제공된 부품, 특히 밸브는 가스 또는 연료에 존재하는 오염 물질로부터 보호될 수 있으며 그래서 개별 부품의 수명이 증가될 수 있고 밸브 유닛의 유지 보수 지출이 감소될 수 있다.
유리하게, 압력 조절 밸브가 유동 방향(S1)으로 안전 밸브 뒤에 제공될 수 있는데, 즉 안전 밸브의 하류에 제공될 수 있고, 가스 압력 탱크 압력(P1)을 가스 또는 연료가 제공될 소비처의 작동 압력(P2)으로 감소 및/또는 조절하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, "가스 압력 탱크 압력(P1)"은, 예를 들어 연료로 적어도 부분적으로 채워진 폐쇄된 가스 압력 탱크에 존재하는 압력인 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 안전 밸브에 존재하고 가스 압력 탱크 시스템을 형성하기 위해 결합된 복수의 압력 탱크에 의해 공급되는 압력일 수도 있다.
종래의 가스 압력 탱크에서, 저장된 연료, 특히 저장된 수소의 압력은 최대 900bar일 수 있다. 따라서, 보호 밸브는 최대 900 bar, 바람직하게는 최대 700 또는 875 bar의 압력을 견뎌야 하며, 특히 최대 900 bar, 바람직하게는 700 또는 875 bar의 압력에 대해 닫히고 열릴 수 있어야 한다.
더욱이, 본 발명의 범위 내에서, 용어 "작동 압력(P2)"은, 밸브 유닛에 의해 밸브 유닛의 하류에 있는 소비처 또는 복수의 소비처에 제공되는 압력인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 작동 압력(P2)은, 밸브 유닛 또는 연료 공급 시스템에 의해 연료를 공급받는 소비처에 의해 결정된다. 예를 들어 소비처가 연료 전지인 경우 작동 압력(P2)은 10 bar 일 수 있다.
밸브 유닛은 압력 조절 밸브에 의해 조절되는 작동 압력(P2)을 미리 설정된 한계 값으로 제한하도록 되어 있는 제 1 과잉 압력 장치, 특히 과잉 압력 밸브를 갖는 것이 더 유리하다. 예컨대 연료 전지 시스템의 경우, 작동 압력은 20 bar로 제한될 수 있고, 그리하여, 밸브 유닛의 압력 조절 밸브에 이상/결함이 발생한 경우, 하류 소비처, 특히 연료 전지가 너무 높은 가스 압력에 의해 손상되지 않는 것이 보장된다.
밸브 유닛에 연결된 가스 압력 탱크를 과잉 압력으로부터 보호하도록 되어 있는 제 2 과잉 압력 장치, 특히 파열 디스크가 제공되는 것이 더 바람직하다.
제 2 과잉 압력 장치는, 보호 밸브가 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 연결되는 라인 섹션이 아닌, 별도의 배관을 통해 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크들에 연결되는 것이 유리하다.
이러한 목적으로, 별도의 배관이 제공되면, 그 배관은 가스 압력 탱크(들)에 존재하는 가스 압력 탱크 압력(P1)을 압력 검출기에 가하기 위해 또한 사용될 수 있다.
이러한 방식으로, 예를 들어, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 대한 연료 보급 또는 충전시에 허용할 수 없을 정도로 높은 압력을 도입하는 연료 보급 시스템의 오작동의 경우, 개별 가스 압력 탱크가 손상되지 않는, 즉 허용 가능한 최대 압력 이상으로 충전되지 않는 것이 보장될 수 있다. 잘못된 연료 보급 중에 가스 압력 탱크의 압력이 미리 결정된 최대 압력에 도달하면, 과잉 압력 장치가 배출 포트에 대한 유체 연결을 열고 가스 또는 연료를 주변 환경으로 방출한다. 이는 예를 들어 파열 디스크의 파열로 일어날 수 있으며, 이에 따라 과잉 압력 장치가 개방 상태로 유지되는 것이 추가로 보장된다.
밸브 유닛은, 미리 결정된 온도 한계 값에서, 밸브 유닛에 연결된 가스 압력 탱크에 압력 하에서 저장된 연료를 배출 포트를 통해 주변 공기에 방출하도록 되어 있는 열 압력 완화 장치를 갖는다.
열 압력 완화 장치는, 미리 결정된 온도 한계 값이 도달되면 압력 완화 장치의 밸브를 개방하는, 특히 비가역적으로 개방하는 작동 부재를 가지며, 이 작동 부재는, 미리 결정된 온도 한계 값이 도달되면 파열되어 밸브의 작동을 가능하게 하는 유리체, 또는 바람직하게는 가스 압력 탱크에 통합되고 또한, 미리 결정된 온도 한계 값이 도달되면, 자체의 부피 팽창을 통해, 압력 완화 장치의 밸브를 작동시키거나 개방하는 기구, 특히 피스톤 시스템을 트리거하는 액체로 형성된다.
대안적으로 또는 추가로, 압력 완화 장치(109)가 외부 펄스, 특히 외부 제어 명령에 의해 개방되도록 지시를 받고 그리고/또는 작동되는 가능성이 제공될 수 있으며, 여기서 외부 펄스는 외부 제어기에 의해 보내질 수 있다.
본 발명의 추가 실시 형태에 따르면, 온도 검출기 및 압력 검출기, 특히 온도 검출기 및/또는 압력 검출기의 측정점은 라인 섹션을 통해 흐르는 가스의 유동 방향(S1)으로 안전 밸브의 상류에 배치되고, 바람직하게는 적어도 측정점은 가스 압력 탱크 내부에 배치된다.
이러한 방식으로, 안전 밸브에 의해, 예를 들어 가스 압력 탱크에 저장된 연료를 그 가스 압력 탱크에 국한시키거나 연료가 가스 압력 탱크 밖으로 흐르는 것을 방지하고 그래서 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에서 정적 상태를 생성할 수 있다.
이로써, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템에 저장된 연료의 가스 상태를 특정 시간 기간 동안 모니터링하여 가스 상태의 안정성을 결정할 수 있다. 예컨대 주변 온도, 태양 노출 등과 같은 외부 영향을 고려하여, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템의 가스 상태가 특정 시간 기간에 걸쳐 일정하면, 시스템은 온전한 상태로 있다고, 즉 누출이나 가스 누출이 없다고 가정할 수 있다.
밸브 유닛은 제어 장치를 가지며, 이 제어 장치는, 신호, 특히 가스 압력 탱크에 제공되는 온도 검출기 및/또는 압력 검출기 및/또는 외부 센서 및/또는 온도 센서의 측정 신호를 받고 그들 신호를 처리하며 또한 대응하는 제어 신호를 특히 안전 밸브 및/또는 압력 조절 밸브 및/또는 열 압력 완화 장치에 출력하도록 되어 있는 것이 더 유리하다.
제어 장치를 밸브 유닛에 직접 통합함으로써, 한편으로, 연료 전지 시스템 또는 차량의 제어기와 같은 외부 제어기의 개입 없이 독립적으로 자체 제어하거나 조절하는 자율 시스템을 생성할 수 있다. 이로써, 밸브 유닛의 개별 부품을 외부 제어기에 연결하는 값비싼 케이블 하네스를 생략할 수 있다는 이점이 얻어진다. 이와는 대조적으로, 원하는 경우, 신호를 위해 제어 장치를 외부 제어기에 연결하기만 하면 된다.
이러한 방식으로, 예를 들어 차량 제어기는 제어 장치에 시작 신호를 보낼 수 있으며, 그 제어 장치는 하류의 연료 전지 시스템의 작동을 시작하기 위해 필요한 모든 단계를 개시하고 제어한다.
제어 장치는, 라인 섹션, 특히 이 라인 섹션에 연결된 가스 압력 탱크 시스템의 기밀성 시험을 수행하기 위해, 안전 밸브를 폐쇄 상태로 되게 하고 그런 다음에, 미리 결정된 시간 기간 동안, 온도 검출기 및 압력 검출기에 의해 안전 밸브에 존재하는 가스 또는 연료의 복수의 온도 및 압력 값을 결정하고, 또한 결정된 온도 및 압력 값에 기초하여 기밀성 시험을 수행하도록 되어 있는 것이 더 유리하다.
온도 및 압력 값은 연결된 가스 압력 탱크 내에서 그리고/또는 바람직하게는 연결된 가스 압력 탱크 시스템 내의 복수의 측정점에서 결정되는 것이 더 유리하다.
기밀성 시험을 위해, 안정성의 특성 값 및/또는 추세를 결정하기 위해 복수의 검출된 온도 및 압력 값이 서로 비교된다. 안정성의 특성 값 및/또는 추세가 미리 결정된 범위 내에 있으면, 라인 섹션, 특히 이 라인 섹션에 연결된 가스 압력 탱크 시스템은 기밀하다. 즉, 누출이 없는 것이다.
본 발명의 범위 내에서, "추세"라는 용어는, 적어도 특정 시간 기간 동안 지속되는 검출된 온도 및/또는 검출된 압력의 변화를 정의한다. 한편, 안정성의 특성 값은 미리 결정된 시간 기간에 걸쳐 검출된 온도 및/또는 검출된 압력의 안정성 또는 일관성에 대한 정보를 제공한다.
밸브 유닛은 통신 장치를 갖는 것이 더 바람직하고, 이 통신 장치는 유리하게는 적외선, 무선 통신, 블루투스 또는 WLAN(무선 근거리 통신망)을 사용하는 무선 통신 장치일 수 있고, 밸브 유닛에 의해 검출된 데이터 또는 정보, 예컨대, 개별 밸브, 특히 안전 밸브 및/또는 압력 조절 밸브의 압력(P1, P2), 온도, 개폐 사이클 및/또는 개폐 위치를 외부 클라이언트에 보내고/전달하도록 되어 있다.
통신 장치, 특히 무선 통신 장치의 통합은, 예를 들어 연료 보급 시스템에 의한 가스 압력 탱크 시스템의 연료 보급 작업 중에, 가스 압력 탱크 시스템 또는 연료 공급 시스템의 무결성을 조회하기 위해, 연료 보급 작업 시작 전에 연료 보급 시스템이 밸브 유닛과 통신하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 연료 보급 시스템이 연료 보급될 가스 압력 탱크 시스템에 결함 및/또는 누출이 있음을 확인하면, 그 연료 보급 시스템은 연료 보급의 시작을 거부하거나, 연료 보급이 이미 시작된 경우에는 연료 보급 작업을 종료할 수 있다.
통신 장치는 외부 클라이언트, 예컨대, 차량의 외부 제어기/주 제어기, 소방대, 경찰 또는 다른 보조 인력에 의해 작동될 수 있는 비상 제어 시스템으로부터 바람직하게는 제어 장치를 위한 제어 명령을 받을 수 있도록 되어 있는 것이 더 유리하다.
따라서, 예를 들어 차량의 사고 또는 화재시에 운전자는 차량을 떠나기 전에 연료 공급 시스템, 특히 가스 압력 탱크 시스템을 안전한 상태로 두고 또한 필요한 경우 배출 포트(A3)를 통해 개별 가스 압력 탱크를 비우는 것이 가능하게 되며, 비우기 작업은 열 압력 완화 장치에 의해 제어된 방식으로 수행된다. 이를 위해, 열 압력 완화 장치는 펄스 제어식 밸브를 가질 수 있고, 이 펄스 제어식 밸브에 의해 압력 완화 장치는 예컨대 무선 통신을 통해 원격으로 제어, 특히 개방될 수 있다.
"제어된 방식으로"라는 표현은, 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크들의 비우기가 미리 결정된 유량으로 일어나는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 그 미리 결정된 유량은, 한편으로, 비우기가 너무 빨리 일어나지 않도록(그래서 가스 압력 탱크의 과냉각(가스 압력 탱크에 손상을 일으킬 수 있음)이 방지됨), 하지만 다른 한편으로는, 비우기가 충분히 빠르게 일어나도록(그래서 예컨대, 화재 발생시에 비우기가 일반적으로 3 내지 5 분의 시간 기간 내에 일어남) 선택되며, 따라서, 가스 압력 탱크가 비워질 때까지 가스 압력 탱크의 무결성이 보장될 수 있다. 가스 압력 탱크를 비우기 위한 시간은 상당한 정도로 가스 압력 탱크의 크기에 달려 있다.
제어 장치는 연료 보급 시스템과 정보를 교환하기 위해 통신 장치에 의해 그 연료 보급 시스템과 통신하도록 되어 있고, 그 정보는 가스 압력 탱크, 밸브 유닛 및/또는 연료 공급 시스템의 가스 압력 탱크 압력(P1), 가스 압력 탱크 온도(T1), 충전 속도(l /min) 및 기밀성(누출 없음)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것이 더 유리하다.
이렇게 해서, 이미 설명한 바와 같이, 손상된 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크 시스템의 연료 보급이 수행되지 않는 것이 보장될 수 있다.
밸브 유닛은, 이 밸브 유닛을 통해 흐르는 연료가 압력 조절 밸브에 의해 작동 압력(P2)으로 감소된 후에, 그 연료를 미리 결정된 작동 온도(TA)로 컨디셔닝하도록, 특히 냉각 및/또는 가열하도록 되어 있는 온도 제어 장치를 갖는 것이 더 유리하다.
작동 온도(TA)는 마찬가지로 예를 들어 가스 또는 연료가 공급되는 소비처, 예컨대 연료 전지에 의해 정의된다. 작동 온도(TA) 및 작동 압력(P2)은 그 소비처의 부하 상태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 하류 연료 전지 시스템의 냉간 시동의 경우, 연료 전지 시스템, 특히 연료 전지를 보다 신속하게 작동 온도로 있게 하기 위해 시동은 증가된 작동 온도로 이루어질 수 있다.
이를 위해, 온도 제어 장치는 가열 및/또는 냉각 레지스터를 가질 수 있고, 가열 레지스터는 예컨대 연료 전지 시스템의 폐열에 의해 공급을 받는다. 냉간 시동을 위해, 온도 제어 장치에는 가열 코일 형태의 전기 히터가 추가로 구비될 수 있다.
밸브 유닛은 밸브 유닛의 적어도 하나의 부품의 기밀성을 시험하거나 모니터링하도록 되어 있는 누출 검출 유닛(탐지기 시스템)을 추가로 구비하는 것이 더 바람직하고, 그 부품은 안전 밸브, 과잉 유동 밸브, 필터, 압력 조절 밸브, 제 1 과잉 압력 장치, 제 2 과잉 압력 장치, 열 압력 완화 장치, 온도 제어 장치, 온도 검출기 및/또는 압력 검출기로 이루어진 그룹에서 선택된다.
그리하여, 기밀성(가스 기밀성), 즉 누출의 부재를 연속적으로 시험하고 기록할 수 있으며, 또한 누출이 있는 경우에는 그에 따라 밸브 유닛 또는 연료 공급 시스템의 특정 부품을 폐쇄하거나 비워 진행할 수 있다.
누출 검출 유닛은, 매우 소량의 가스를 검출할 수 있는 누출 센서(탐지기) 또는 가스 센서가 배치되는 소위 수집 챔버가 밸브 유닛에 제공되도록 구성될 수 있다. 예를 들어 안전 밸브 및/또는 압력 조절 밸브와 같이 밸브 유닛에 제공된 개별 부품은 수집 챔버 안으로 채널링되는데, 이는 각각의 부품이 유체 전달 채널에 의해 수집 챔버에 연결되는 것을 의미하며, 그리하여, 각각의 부품의 누출시에, 빠져 나가는 가스가 수집 챔버 안으로 유입하거나 안내될 수 있고 거기서 가스 센서에 의해 검출된다. 이렇게 해서, 복수의 인터페이스 또는 부품들이 그의 기밀성에 대해 확인되거나 모니터링될 수 있다.
밸브 유닛은 밸브 유닛, 특히 이 밸브 유닛에 연결된 적어도 하나의 가스 압력 탱크의 공간내(3차원 공간내) 절대적 기하학적 배향을 검출하도록 되어 있는 배향 검출 유닛을 가지며, 배향 검출 유닛은 가속도계, 자이로스코프 및 지자기 센서로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 센서를 갖는 것이 더 유리하다.
제어 장치는, 배향 검출 유닛에 의해 결정된 밸브 유닛의 배향에 기초하여 배출 포트를 선택하도록 되어 있고, 그 배출 포트에 의해 가스 압력 탱크가 미리 결정된 안전한 공간 방향으로 비워질 수 있는 것이 바람직하다.
이를 위해, 밸브 유닛은, 제공되는 밸브, 특히 솔레노이드 밸브에 의해 각각 개방되거나 폐쇄될 수 있는 복수의 배출 포트를 가질 수 있다. 배출 관이 유리하게 각 배출 포트에 제공될 수 있고, 배출 포트는 차량의 사고시에 연료를 원하는 또는 유리한 공간 방향으로 배출하기 위해 상이한 공간 방향으로 배향된다.
배출 관은 바람직하게는, 방출되는 연료가 안전과 관련된 차량의 부품, 특히 연료 공급 시스템을 손상시키지 않고 또한 차량에 대한 접근을 방해하지 않도록 배치된다. 경험에 의하면, 예를 들어 사고 발생 시에 옆으로 눕혀 있을 수 있는 차량의 위치에 따라, 연료를 위쪽으로, 즉 다시 말해 수직 방향으로 방출하는 배출 관이 선택되며 그래서 특히 구조대를 위해 측면에서 차량에 접근할 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 밸브 유닛은 전기적 및/또는 전자적 인터페이스를 가지며, 이 인터페이스에 의해 밸브 유닛은 외부 부품/장치에 전기적으로 그리고/또는 전자적으로 연결될 수 있고, 외부 부품/장치는 예를 들어, 배터리와 같은 에너지 공급원, 차량의 제어기/주 제어기, 연료 전지의 제어기 등으로 이루어진 그룹에서 선택된다.
이렇게 해서, 예를 들어, 위에서 이미 설명한 바와 같이, 외부 차량 제어기는, 케이블을 통해 각각의 센서에 직접 연결되지 않고도, 밸브 유닛에 의해 검출된 압력 및/또는 온도와 같은 파라미터에 접근할 수 있으며, 이로써 케이블에 대한 지출이 급격히 줄어든다.
밸브 유닛은 외부 부품/장치를 밸브 유닛에 전기적으로 그리고/또는 전자적으로 연결하도록 되어 있는 연결 영역을 갖는 것이 더 유리하며, 외부 부품/장치는 예를 들어, 가스 압력 탱크, 온-탱크 밸브 등에 제공된 온도 센서와 같은 외부 센서로 이루어진 그룹에서 선택된다. 전기적 및/또는 전자적 인터페이스는 예를 들어 CAN 버스의 형태로 구현될 수 있다.
이 연결 영역은, 필요에 따라 복수의 연결 단자를 갖는다는 점에서, 앞에서 언급한 전기적 및/또는 전자적 인터페이스와 다르며, 바람직하게는 연료 공급 시스템 또는 가스 압력 탱크 시스템에 속하는 개별적인 외부 부품은 그 연결 단자에 의해 밸브 유닛에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 밸브 유닛에 전송되는 센서 신호는 전기적 및/또는 전자적 인터페이스에 의해 다발로 하나 이상의 외부 제어기에 전달될 수 있다.
밸브 유닛의 제어 유닛은 그 밸브 유닛에 연결된 적어도 하나의 가스 압력 탱크의 연료 보급 사이클을 검출 및/또는 기록하도록 되어 있고 그리고/또는 제어 유닛은, 특히 누출 검출 유닛에 의해 누출이 검출되면, 밸브 유닛에 연결된 적어도 하나의 압력 탱크의 연료 보급을 종료하거나 심지어 시작하지 않도록 되어 있는 것이 더 유리하다.
밸브 유닛은 전력 생성 장치를 가지며, 이 전력 생성 장치는, 유동 에너지, 특히 밸브 유닛 안으로 유입되는 연료의 유동 에너지를 기계적 에너지, 특히 회전적인 에너지(회전 에너지)로 변환시키도록 되어 있는 변환기, 및 기계적 에너지를 전기 에너지, 특히 전력으로 변환시키도록 되어 있는 발전기를 갖는 것이 더 유리하다.
이미 전술한 바와 같이, 연료, 특히 수소는 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크들에 매우 높은 압력하에서 저장되는데, 그 압력은 최대 1000bar까지 될 수 있다. 대응적으로 많은 양의 포텐셜 에너지(내부 에너지; 단위 부피당 운동 에너지)가 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크들에 저장되며, 개별 가스 압력 탱크에서 연료를 제거할 때, 그 에너지는 운동 에너지 또는 유동 에너지로 변환된다. 하류 소비처의 작동 중에 연료가 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크들로부터 유출될 때 생성되는 이 운동 에너지 또는 유동 에너지는 전력 생성 장치에 의해 전기 에너지, 특히 전력으로 변환될 수 있다. 이렇게 해서 생성된 전력은 예를 들어 배터리에 공급되어 그 배터리에 일시적으로 저장될 수 있다. 필요에 따라, 그렇게 얻어진 전력은 예를 들어 하류 소비처의 작동을 위해 연료, 특히 수소를 컨디셔닝하는 데에 사용될 수 있다.
변환기는 터빈의 형태로 구성되는 것이 더 유리하며, 여기서 터빈은 바람직하게는 허브에 있는 복수의 블레이드, 하나 이상의 풍력 휠 등을 가질 수 있고, 변환기는 흐르는 연료의 유동 에너지 또는 내부 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 구동축을 회전시키고, 발전기는 바람직하게는 변환기의 구동축에 의해 구동되어 전력을 생성하게 된다.
전력 생성 장치는 밸브 유닛, 특히 밸브 유닛의 밸브 블럭에 직접 통합될 수 있거나, 밸브 유닛의 상류에 배치될 수 있는데, 즉, 별도의 어셈블리로서 구성될 수 있다.
전력 생성 장치를 밸브 유닛의 압력 조절 밸브 앞에, 특히 밸브 유닛의 입구에 직접 배치하는 것이 더 유리하다.
변환기, 특히 터빈은 가스 압력 용기에 존재하는 압력에 따라 내부 에너지의 강하 또는 델타 P(변환기 앞의 연료 압력 - 변환기 뒤의 연료 압력)을 제어하거나 조절하는 것이 더 바람직하다. 다시 말해, 가스 압력 탱크에 고압이 존재할 경우 변환기는 높은 델타 P(내부 에너지)를 감소시킬 수 있고, 가스 압력 용기내의 연료 압력이 하류 소비처의 작동 압력에 접근하면, 델타 P는 충분한 작동 압력을 보장할 수 있도록 감소되어야 한다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 밸브 유닛 또는 전술한 온-탱크 밸브가 도입될 수 있는 연결 요소를 갖는 가스 압력 탱크에 관한 것이다. 밸브 유닛 및/또는 가스 압력 탱크에는, 밸브 유닛을 가스 압력 탱크의 연결 요소 내부에 기밀한 방식으로 위치시키기 위해 시일이 선택적으로 제공된다.
동일한 유형의 가스 압력 탱크가 일반적으로 다층 라미네이트, 특히 다층 플라스틱 라미네이트로 형성되는 중공체로 구성된다. 플라스틱 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, 밸브 유닛의 연결 요소에 제공되어 있는 상대 나사산이, 밸브 유닛, 특히 온-탱크 밸브를 가스 압력 탱크에, 바람직하게는 가스 압력 탱크 안에 부착하기 위해 그 내부 나사산 안으로 나사 결합될 수 있다.
예를 들어 온도 또는 전압 센서(스트레인 게이지(DMS))와 같은 적어도 하나의 센서가 가스 압력 탱크의 라미네이트 안에 매립되는 것이 유리하다. 이렇게 해서, 가스 압력 탱크의 무결성에 대한 추가 정보를 수집하여 밸브 유닛에 전달할 수 있다.
본 발명은 또한 연료, 특히 수소를 저장하기 위한 가스 압력 탱크 시스템에 관한 것으로, 이는 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있고, 적어도 하나의 가스 압력 탱크, 바람직하게는, 일체형 연결 요소, 및 밸브 유닛, 바람직하게는 전술한 밸브 유닛, 및/또는 적어도 하나의 온-탱크 밸브를 갖는 전술한 가스 압력 탱크를 가지며, 온-탱크 밸브는 바람직하게는 전술한 온-탱크 밸브이다.
이렇게 해서, 복수의 개별 가스 압력 탱크는 어셈블리를 형성하기 위해 결합될 수 있고, 이에 의해 개별 가스 압력 탱크는 더 작게, 특히 직경이 더 작게 만들어질 수 있고, 따라서 가스 압력 탱크 시스템, 특히 가스 압력 탱크 어셈블리는 차량에 더 쉽게 수용될 수 있다. 그러나, 단지 하나의 가스 압력 탱크로 가스 압력 탱크 시스템을 구성하는 것도 가능하다. 가스 압력 탱크 또는 가스 압력 탱크들의 수와 크기는 요구 사항 및 가스 압력 탱크 시스템이 구현될 각 차량의 가용 공간에 따라 선택될 수 있다.
가스 압력 탱크 시스템은 각각에 온-탱크 밸브가 제공되는 적어도 2개의 가스 압력 탱크를 가지며, 이 가스 압력 탱크는 가스를 전달하도록 밸브 유닛에 의해 함께 연결되어 있으며, 그래서 2개의 가스 압력 탱크에 고압 하에서 저장되어 있는 연료가 연료 공급 시스템에 공급될 수 있는 것이 더 유리하다.
2개의 온-탱크 밸브에는, 가스 압력 탱크 시스템 또는 연료 공급 시스템의 누출시에 각 가스 압력 탱크를 차단하는 것과 같은 비상 기능을 보장하는 역할을 주로 하는 최소 수의 부품/기능이 제공될 수 있다. 이는 특히 과잉 유동 밸브의 제공을 포함할 수 있고, 그리하여, 사고 발생시, 하류 연료 공급 시스템이 더 이상 온전하지 않더라도, 특히 누출이 있더라도, 연료는 제어된 방식으로 방출될 수 있는 것이 보장될 수 있다.
한편, 이러한 가스 압력 탱크 시스템은, 제어, 인터페이스, 압력 조절, 압력 제한 등과 같은 추가 기능이 모든 가스 압력 탱크에 대한 밸브 유닛에 함께 제공될 수 있다는 이점을 가지며, 그리하여, 부품의 수를 줄일 수 있고, 케이블에 대한 지출을 줄일 수 있으며, 그래서 제조 비용과 유지 보수 비용도 줄일 수 있다.
본 발명은 또한 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있는 연료 공급 시스템에 관한 것이며, 연료 공급 시스템은 전술한 밸브 유닛 및 선택적으로 전술한 가스 압력 탱크 시스템을 갖는다.
본 발명은 또한 연료, 특히 수소를 저장하고 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있는 연료 공급 시스템, 특히 가스 압력 탱크 시스템에서 가능한 누출, 특히 가스 누출을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은,
- 라인 섹션에 통합되어 있는 안전 밸브를 폐쇄하는 단계 - 안전 밸브는 가스가 상기 라인 섹션을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 라인 섹션을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절될 수 있음 -;
- 가스가 압력을 가하도록 그 가스가 폐쇄된 안전 밸브에 존재하는 상태에서 라인 섹션을 통해 흐르는 가스의 온도(T1)와 압력(P1)을 검출하는 단계; 및
- 검출된 온도 및 압력 값에 기초하여 라인 섹션, 특히 그 라인 섹션에 연결된 가스 압력 탱크 시스템의 기밀성 시험을 수행하는 단계를 포함한다.
복수의 온도 및 압력 값이 미리 결정된 시간 기간 내에 결정되며, 온도 및 압력 값은 바람직하게는 연결된 압력 탱크 내에서 그리고/또는 연결된 가스 압력 탱크 시스템 내의 복수의 측정점에서 결정되는 것이 유리하다.
복수의 측정점은 복수의 압력 탱크 내부에 그리고/또는 가스 압력 탱크 시스템의 라인 이음부 및/또는 밸브에 제공되도록 선택될 수 있다.
안정성의 특성 값 및/또는 추세를 결정하기 위해 복수의 검출된 온도 및 압력 값이 서로 비교되고, 안정성의 특성 값 및/또는 추세가 미리 결정된 범위 내에 있으면, 라인 섹션, 특히 이 라인 섹션에 연결된 가스 압력 탱크 시스템이 기밀한 것이 더 유리하다. 다시 말해, 누출이 없는 것이다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 안정성의 특성 값 및/또는 추세에 대한 미리 결정된 범위(허용 공차 범위)는 외부 온도, 시작 온도, 시작 압력, 연료 보급 또는 비우기 작업이 일어나고 있는지의 여부, 태양 노출, 가스 압력 탱크 크기, 연료 보급 또는 비우기 속도 등으로 이루어진 그룹의 영향 파라미터에 기초하여 결정된다.
본 발명은 또한 바람직하게는 소화제로 질소(N2)를 사용하는 소화 시스템을 위해 바람직하게 사용되는, 밸브 유닛, 특히 전술한 밸브 유닛의 밸브 어셈블리에 관한 것으로, 이 밸브 어셈블리는 주 공급 라인, 주 공급 라인에 통합되어 있고, 가스가 주 공급 라인을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 주 공급 라인을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절 가능한 주 밸브, 및 주 공급 라인을 통해 흐르는 가스의 압력을 감소 및/또는 조절하도록 되어 있는 압력 조절 밸브를 포함하고, 주 밸브는 펄스 제어 작동 밸브에 의해 특히 간접적으로 개방 위치로 있게 되거나 전환될 수 있고, 밸브 어셈블리는, 펄스 제어 작동 밸브에 의한 작동이 해제 및/또는 중단되더라도 주 밸브가 개방 위치에 유지되도록 구성되어 있다.
본 발명의 의미 내에서, "해제되는"이라는 용어는, 작동 밸브가 예를 들어 전압 강하에 의해 능동적 또는 비능동적으로 해제됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 본 발명의 의미 내에서 "중단된"이라는 용어는, 주 밸브를 개방, 특히 영구적으로 개방하기 위해 사용되는 압축 공기 또는 제어 공기의 압력이 예를 들어 누출로 인해 감소하는 것을 의미한다.
본 발명의 추가 실시 형태에 따르면, 주 밸브는 펄스 제어 작동 밸브의 작동, 특히 작동 밸브의 수동 작동에 의해 개방 위치로 될 수 있고, 작동 밸브는 바람직하게는 펄스 제어식 솔레노이드 밸브이다.
주 밸브는 피스톤 시스템을 통해 간접적으로 작동 밸브에 의해 작동될 수 있고, 피스톤 시스템은 바람직하게 램 및 압력 부재를 갖는 제어 피스톤을 갖는 것이 더 유리하다.
작동 밸브의 작동시에 제어 피스톤은 특히 작동 밸브에 의한 공급 라인의 개방으로 압력측에서 압력을 받는 것이 더 바람직하다.
주 밸브는, 바람직하게는 원추형인 밸브 시트에 대한 피스톤 시스템의 압력 부재에 의한 힘을 받는 폐쇄 부재를 가지며, 그리하여 주 밸브는 비작동 상태에서 폐쇄되고, 압력 부재는 바람직하게는 스프링에 의해 밸브 시트를 향하는 방향으로 밀리는 것이 더 유리하다.
작동 밸브는 공압식으로, 전기적으로(예컨대, 약 24V의 전환 펄스로) 또는 외부 제어에 의해 작동될 수 있는 것이 더 유리하다.
본 발명의 추가 실시 형태에 따르면, 밸브 어셈블리는 역지 밸브를 가지며, 이 역지 밸브는 피스톤 시스템에 대한 공급을 위한 공급 라인에서 유동 방향으로 작동 밸브 앞에 배치되며 제어 피스톤에 존재하는 압축 공기/제어 공기가 빠져 나가는 것을 방지한다.
제어 피스톤의 피스톤 영역의 크기는, 제어 피스톤의 압력측에 대한 압력이 작동 밸브의 누출 또는 고장의 결과로 미리 결정된 최소 압력으로 떨어지더라도 주 밸브가 개방 위치에 유지되도록 선택되는 것이 더 바람직하다. 다시 말해, 플런저를 통해 압력 부재에 작용하는 발생된 피스톤력은 미리 결정된 최소 압력에서도 반대되는 스프링력/폐쇄력 보다 크다.
밸브 어셈블리는 해제 밸브를 가지며, 이 해제 밸브는 바람직하게는 니들 밸브, 볼 밸브 또는 서서히 열리는 밸브이고, 작동시에, 특히 수동 작동시에, 제어 피스톤의 압력측에 존재하는 압력을 (다시) 감소시키도록 되어 있고, 그리하여 주 밸브)가 폐쇄 상태로 복귀할 수 있는 것이 마찬가지로 유리하다.
장치, 용도 및/또는 방법의 추가적인 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하는 실시 형태에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 고압 용기 유닛의 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 연료 공급 시스템의 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브 유닛의 실시 형태를 단순화된 형태로 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 밸브 유닛의 실시 형태의 배관 및 기구 흐름도를 나타낸다.
도 5 는 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템의 실시 형태를 단순화된 형태로 나타낸다,
도 6은 본 발명에 따른 밸브 유닛의 추가 실시 형태를 나타내며, 나타나 있는 밸브 유닛은 도 3 내지 5에 나타나 있는 밸브 유닛의 추가 개량이다
도 7은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템의 실시 형태의 개략적인 형태의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템의 추가 실시 형태의 개략적인 형태의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 밸브 유닛의 다른 실시 형태의 단면도이다.
다른 도면에 주어진 동일한 참조 번호는 동일하거나 상호 대응하거나 기능적으로 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 따른 고압 용기 유닛(10)의 사시도이다. 나타나 있는 고압 용기 유닛(10)은 박스형 케이스(22), 및 이 케이스(22) 내부에 일 열로 배치되는 복수의 원통형 용기(18)를 가지며, 각 용기(18)는 축방향으로 한 측에 있는 단부에서 개구(30B)를 포함하고, 고압 용기 유닛은 또한 복수의 용기(18)를 서로 결합하기 위해 개구(30B)를 연결하는 결합 부재(20)를 포함하고, 이 결합 부재는 복수의 용기(18)의 내부를 연통하도록 서로에 연결하는 유동 통로를 포함한다. 설명되는 고압 용기 유닛(10)은, 결합 부재(20)로부터 케이스(22)에 형성된 관통 구멍(46A)을 통해 케이스(22)의 외부로 이어지는 인출 관(32)을 더 가지며, 유동 통로를 개폐할 수 있는 밸브(34)가 그 인출 관(32)에 연결되어 있다.
설명하는 바와 같이, 나타나 있는 고압 용기 유닛(10)은 용기(18) 및/또는 결합 부재(20)의 누출/결함시에 각각의 용기(18)(가스 압력 탱크)를 개별적으로가 아니라 밸브(34)를 통해 함께 폐쇄할 수 있으며, 그에 따라 전체 고압 용기 유닛(10)은 실패한다.
도 2는 예를 들어 항공기에서 사용될 수 있는 종래 기술에 따른 연료 공급 시스템(110)의 다이어그램을 추가로 나타낸다. 설명되는 연료 공급 시스템(110)은 연료 탱크(112), 연료 탱크(112)를 연료 전지(118)의 입구(116)에 연결하는 공급 라인(114), 공급 라인(114)에 배치된 탱크 격리 밸브(128), 항공기의 비가압 영역 및/또는 외부 대기에 연료 전지(118)의 출구(120)를 연결하는 제거 라인(146), 및 연료 전지(118)의 전압을 검출하기 위한 센서(144)를 갖는다.
여기서 격리하기 위해 탱크 격리 밸브(128)에 의해 단일 연료 탱크(112)를 차단하는 것이 가능하지만, 탱크 격리 밸브(128)는 연료 탱크(112)에 직접 설치되지 않고, 그리하여, 연료 탱크(112)와 탱크 격리 밸브(128) 사이의 누출시에, 탱크 격리 밸브(128)를 닫아 가스 누출을 차단할 가능성이 없다. 탱크 격리 밸브(128)가 닫힌 후에는, 연료 탱크(112) 및 연결 배관의 무결성에 관한 정보를 줄 수 없다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브 유닛(100)의 일 실시 형태를 단순화된 형태로 추가로 도시하며, 도시된 실시 형태에서, 그 밸브 유닛은 온-탱크 밸브(OTV)(200), OTV-R, 즉 압력 조절 밸브(107)를 갖는 온-탱크 밸브로서 구현된다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 온-탱크 밸브(200)는 온도 검출기(101) 및 압력 검출기(102)를 갖는다. 온도 검출기(101)는 온-탱크 밸브(200)의 연결 요소(111) 안에/에 직접 체결되며, 그 연결 요소에 의해 온-탱크 밸브는 가스 압력 탱크(300) 안으로 나사 결합된다. 온도 검출기(101)는, 가스 압력 탱크(300) 내로 돌출하는 연결 요소(111)의 단부에 제공된다. 따라서, 온도 검출기(101)는 가스 압력 탱크(300)에 저장된 연료와 직접 접촉하게 된다.
한편, 압력 검출기(102)는, 기밀 방식으로 온-탱크 밸브(200)에 연결되는, 특히 나사 결합되는 외부 부품에 수용된다. 압력 검출기(102)는, 연결 요소(111)를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 독립적인 유체 라인을 통해 그 저장된 연료(연료 가스 또는 수소)와 접촉한다. 따라서, 압력 검출기(102)는 가스 압력 탱크(300) 내에 우세한 압력(가스 압력 탱크 압력(P1))을 직접 검출하거나 측정할 수 있다.
도시된 온-탱크 밸브(200)는 라인 섹션(103)에 통합된 안전 밸브(104)를 추가로 가지며, 바람직하게는 펄스 제어되는 그 안전 밸브(104)는, 가스가 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절될 수 있다. 나타나 있는 실시 형태에서, 라인 섹션(103)은 가스 압력 탱크(300)에 내에 고압(최대 900 bar) 하에서 저장되는 연료를 공급 포트(A2)를 통해 하류의 소비처(나타나 않지 않음)에 제공하는 역할을 한다,
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 온도 검출기(101)와 압력 검출기(102)는, 가스가 압력을 가하도록 폐쇄된 안전 밸브(104)에 존재하는 상태에서 라인 섹션(103)을 통해 흐르는 가스의 온도와 압력을 검출할 수 있도록 배치된다. 다시 말해, 센서로 구성되는 두 검출기는 안전 밸브(104)에 의해 가스 압력 탱크 내의 연료의 온도와 압력을 직접 검출할 수 있다.
안전 밸브(104)가 열리면, 약 350 bar, 700 bar, 875 bar 또는 900 bar의 고압 하에서 가스 압력 탱크에 저장된 연료가 라인 섹션(103)을 통해 공급 포트(A2)를 향하는 방향으로 흐르게 되고, 그리하여, 저장된 연료가 하류 소비처에 제공된다. 저장된 연료는, 안전 밸브(104)에 도달하기 전에, 그 저장된 연료에 존재하는 오염 물질을 제거하기 위해 먼저 필터(106)를 통해 흐른다. 그런 다음 연료는 과잉 유동 밸브(105)를 통해 흐르고, 그리하여, 가스 압력 탱크(300) 밖으로 유출되는 연료의 최대 유량이 제한되는데, 특히 최대 유량이 연결된 소비처에서 요구되는 최대 유량 보다 약간 높도록 결정되도록 제한된다.
이러한 방식으로, 한편으로, 하류 소비처 또는 하류 소비처에 공급하기 위한 충분히 큰 연료 유동이 보장되고, 다른 한편으로는, 유동은 가능한 한 제한되어, 바람직하지 않게 많은 양의 연료가 결함시에 유출되지 않는다.
유동 방향(S1)으로 안전 밸브(104) 뒤에는, 라인 섹션(103)에 압력 조절 밸브(107)가 제공되어 있는데, 이 밸브는 가스 압력 탱크(300)에 의해 도입된 가스 압력(가스 압력 탱크 압력(P1))을 하류 소비처의 작동 부하에 미리 설정되거나 적응된 작동 압력(P2)으로 감소시키고 그리고/또는 조절한다.
안전 밸브(104)와 압력 조절 밸브(107) 사이에는, 압력 조절 밸브(107)로부터 안전 밸브(104)를 향하는 방향으로의 복귀 유동이 방지되도록 역지 밸브가 배치된다.
또한, 도시된 실시 형태에서, 추가의, 바람직하게는 자기적인 안전 밸브가 압력 조절 밸브(107) 뒤에 배치되며, 이 안전 밸브에 의해, 이미 감소된 연료를 밸브 유닛(100), 특히 온-탱크 밸브(200)에서 작동 압력(P2)으로 차단하거나 국한시키고 그 뒤에 배치되는 소비처, 예컨대 연료 전지 시스템을 빈 상태로 작동시키는 것이 가능하다. 다시 말해, 연료 전지 시스템에서 연료를 제거하여 존재하는 압력을 낮추는 것이다. 또한, 추가 안전 밸브가 예를 들어 50 bar와 같은 미리 결정된 압력, 즉 한편으로는 가스 압력 탱크(300)에서 우세한 350 bar, 700 bar, 875 bar 또는 900 bar의 최대 압력보다 낮고 또한 다른 한편으로는 하류 소비처에서 요구되는 작동 압력(P2) 보다 높은 압력까지만 열릴 수 있도록 구성되는 것이 유리하다.
도시된 온-탱크 밸브(200)는 과잉 압력 밸브 형태의 제 1 과잉 압력 장치(110)를 더 가지며, 나타나 있는 실시 형태에서 그 과잉 압력 장치는 19 bar의 압력으로 설정되며, 따라서 하류 소비처에 존재하는 작동 압력(P2)은 19 bar로 제한된다. 압력 조절 밸브(107)에 결함이 있고 예를 들어 연료의 압력이 50 bar로만 감소하면, 과잉 압력 밸브(110)가 개방되어, 과잉 연료를 배출 포트(A3)를 통해 주변 환경으로 배출한다.
도 3에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 도시된 온-탱크 밸브(200)는, 파열디스크로 구성되고 온-탱크 밸브(200)에 연결된 가스 압력 탱크(300)를 과잉 압력으로부터 보호하도록 되어 있는 제 2 과잉 압력 장치(108)를 더 갖는다.
온-탱크 밸브(200)는, 미리 결정된 온도 한계 값에서 열리도록 되어 있는 열 압력 완화 장치(109)를 추가로 갖는데, 즉 가스 압력 탱크(300)에 저장된 연료를 배출 포트(A3)를 통해 주변 환경으로 방출하기 위해, 디폴트로 폐쇄되는 압력 완화 장치(109)의 밸브가 열린다. 압력 완화 장치(109)는, 가스 압력 탱크(300)를 손상으로부터 보호하기 위해, 연료가 너무 빨리 빠져나갈 수 없도록 구성되지만, 그럼에도 불구하고, 일반적으로 3분 내지 5분 이내에 충분히 빠른 속도로 연료가 빠져나갈 수 있도록 구성되며, 그래서 가스 압력 탱크가 완전히 비워질 때까지 그 가스 압력 탱크(300)의 무결성이 보장될 수 있다.
압력 완화 장치(109)는, 도시된 실시 형태에 나타나 있는 바와 겉이, 유체를 전달하도록 배출 포트(A3)를 가스 압력 탱크(300)의 내부(저장 챔버)에 연결하는 유체 라인에서 제 2 과잉 압력 장치(108)(파열 디스크) 및 압력 검출기(102)에 병렬로 배치될 수 있다. 압력 완화 장치(109)는 유리체의 파열에 의해 비가역적으로 작동, 즉 개방될 수 있으며, 여기서 유리체의 파열은, 미리 결정된 온도에서 그리고 선택적으로 그 미리 결정된 온도가 특정 시간 기간 동안 존재한 후에만 파열이 일어나도록 설정된다. 압력 완화 장치가 한 번 작동 또는 트리거된 후에 바람직하지 않은 폐쇄가 배제될 수 있도록 하기 위해 압력 완화 장치의 작동 또는 트리거링이 비가역적으로 일어나는 것이 안전상의 이유로 유리하다. 그러나, 압력 완화 장치의 작동은 외부 펄스 또는 활성화에 의해 일어날 수도 있다.
도 3에 더 나타나 있는 바와 같이, 도시된 온-탱크 밸브는, 검출기(101, 102)에 의해 검출된 값을 평가하고 선택적으로 기록하고 또한 가스 압력 탱크(300)와 온-탱크 밸브(200)의 무결성의 상태를 검출된 값에 기초하여 결정하는 역할을 할 수 있는 제어 장치(120)를 갖는다. 이 제어 장치(120)는 검출된 값에 기초하여 특히 하류 소비처의 연료 공급 작동을 제어하도록, 특히, 압력 조절 밸브(107)를 대응적으로 개방 또는 폐쇄하도록 되어 있다. 다른 압력을 이룰 수 있기 위해, 압력 조절 밸브는 부분적으로 개방 또는 폐쇄될 수 있고, 그래서 0% 내지 100%의 개방도가 마찬가지로 가능하다.
도 3에 도시된 온-탱크 밸브(200)는 예를 들어 블루투스 및 WLAN 안테나를 갖는 통신 장치를 추가로 갖고, 이 통신 장치를 통해 온-탱크 밸브(200)는 외부 클라이언트와 무선으로 통신할 수 있다. 나타나 있는 온-탱크 밸브는 위에서 이미 상세히 설명한 바와 같은 누출 검출 유닛을 더 갖는다.
마지막으로, 나타나 있는 온-탱크 밸브(200)는 연료 보급 포트(충전 포트)(A1)를 가지며, 이 포트에 의해 가스 압력 탱크가 가스, 특히 연료로 충전될 수 있다. 이러한 목적으로, 도시된 온-탱크 밸브(200)는 별도의 연료 보급 채널을 가지며, 도입되는 연료는 그 채널에서 유동 방향(S2)으로 가스 압력 탱크(300) 안으로 안내된다. 도입될 연료에 존재하는 오염 물질이 가스 압력 탱크(300)에 들어가고 그 안에 축적되는 것을 방지하기 위해 필터가 연료 보급 채널에 제공된다. 유동 방향(S2)으로 필터 뒤에는, 역지 밸브 또는 서로 앞뒤로 연결되는 복수의 역지 밸브가 더 배치되며, 이 역지 밸브는 도입되는 연료가 필터로 역류하는 것을 방지한다. 가스 압력 탱크(300)와 대향하는 연료 보급 채널의 단부에 추가 역지 밸브가 더 제공되는데, 이 역지 밸브는 도입된 연료가 연료 보급 포트(A1)를 통해 빠져나가는 것을 방지한다.
도 4는 본 발명에 따른 밸브 유닛(100)의 일 실시 형태의 배관 및 기구 흐름도를 나타내며, 도시된 밸브 유닛(100)은, 그의 기본적인 구성 면에서, 도 3에 도시된 온-탱크 밸브(200)에 대응한다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 나타나 있는 밸브 유닛(100), 특히 가스 취급 유닛은 6개의 인터페이스를 가지며, 밸브 유닛(100)은 그 인터페이스로 외부 부품에 연결될 수 있고, 특히 유체를 전달하도록 연결될 수 있다. 인터페이스(1)는 예를 들어 단일 가스 압력 탱크(300) 또는 가스 압력 탱크 시스템(400)을 밸브 유닛(100)에 연결하는 역할을 한다. 따라서, 인터페이스(1)는 공급 라인(보조 공급 라인)을 가지며, 이 공급 라인을 통해 가스 압력 탱크(300)가 연료로 충전될 수 있고, 인터페이스는 또한 주 공급 라인을 가지며, 이 주 공급 라인을 통해, 가스 압력 탱크(300)에 고압 하에서 저장된 연료가 소비처에 공급될 수 있으며, 또한 인터페이스는 2개의 측정 및 진단 경로를 갖는다. 제 1 측정 및 진단 경로는 가스 압력 탱크(300)의 내부(연료 충전)를 밸브 유닛에 제공되는 온도 요소(온도 검출기(101))에 연결하고 이 온도 요소에 의해 가스 압력 탱크(300) 내의 연료 온도가 검출될 수 있다. 제 2 측정 및 진단 경로는 병렬로 배치되는 3개의 경로/라인 사이에서 분할되며, 3개의 경로 중 하나에는, 교환/장착 가능한 압력 센서 요소(압력 검출기(102))가 연결되는 인터페이스(5)가 형성되어 있다. 인터페이스(5)에 연결된 압력 센서 요소는 제 2 측정 및 진단 경로를 통해 가스 압력 탱크(300) 내부의 압력을 검출한다. 제 2 경로에는 파열 디스크(과잉 압력 장치(108))가 배치되며, 이 파열 디스크는 연결된 가스 압력 탱크(300)를 과잉 압력으로부터 보호한다. 다시 말해, 연료 보급 시스템의 결함으로 인해, 예를 들어, 가스 압력 탱크의 충전 동안에 가스 압력 탱크(300) 내부의 압력이 미리 결정된 한계 값, 예를 들어 900 bar에 도달하면, 파열 디스크가 파손되고 그리하여 인터페이스(4)(배출 포트(A3))에 대한 접근이 열리게 되며, 연료가 그 인터페이스를 통해 주변 공기로 배출될 수 있다.
제 3 경로에는 열 압력 완화 장치(TPRD)가 제공되며, 예를 들어, 사고로 인해 화재가 발생하는 경우, 미리 결정된 한계 값/최대 온도가 도달되면, 그 열 압력 완화 장치는 마찬가지로 인터페이스(4)(배출 포트(A3))에 대한 접근을 열게 되며, 그리하여, 가스 압력 탱크(300)에 저장된 연료가 제어된 방식으로 주변 환경으로 배출/방출될 수 있다. 주변 환경으로의 채널링된 방출이 일어날 수 있다. 이것은, 유출되는 연료가 부품 및/또는 사람이 위험에 처하지 않는 방향으로 방출되도록 방출 방향이 선택됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
도 4에서 더 알 수 있는 바와 같이, 가스 압력 탱크(300) 내부에는, 필터(F2), 역지 밸브(CV2) 및 과잉 유동 밸브(EFV)가 배치되며, 이들의 기능은 도 3과 관련하여 이미 설명되었다.
예를 들어, 연료 전지 시스템과 같은 하류 소비처가 연결될 수 있는 인터페이스(3)로의 유동 방향으로 주 공급 라인에는, 안전 밸브(SV1), 역지 밸브(CV3), 압력 조절 밸브(PR) 및 추가 안전 밸브(SV2)가 연결될 수 있고, 2개의 안전 밸브는 솔레노이드 밸브로 구성된다.
유동 방향으로 제 2 안전 밸브(SV2) 뒤에는 과잉 압력 장치(PRV)가 더 연결되며, 하류 소비처가 손상되지 않도록 선택된 미리 설정된 최대 압력이 도달되면, 그 과잉 압력 장치는 트리거되고 작동 상태에서 인터페이스(4)(배출 포트(A3))에 대한 접근을 열고, 그리하여 과잉 연료가 외부로 방출될 수 있다.
나타나 있는 밸브 유닛(100)은 추가적으로 인터페이스(2)를 가지며, 연료 보급 시스템이 가스 압력 탱크(300)를 충전하기 위해 그 인터페이스를 통해 밸브 유닛(100)에 연결될 수 있다. 가스 압력 탱크(300)에 제공되는 필터(F1), 역지 밸브(CV1) 및 역지 밸브(CV2)가 인터페이스(2)로부터 인터페이스(1)(이에 가스 압력 탱크(300)가 연결됨)로 가는 유동 방향으로 배치된다. 공급 라인(보조 공급 라인)은 특히 역지 밸브(CV3)와 압력 조절 밸브(PR) 사이에서 역지 밸브(CV4)를 통해 주 공급 라인에 유리하게 연결된다.
인터페이스(6)는 신호 연결부를 도시하고, 안전 밸브(SV1, SV2), 압력 조절 밸브(PR) 및 센서 요소(PT, TE)가 그 신호 연결부에 의해 제어 유닛에 연결될 수 있고, 이 제어 유닛은 또한 밸브 유닛(100)에 통합될 수 있다.
도 5는, 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템(400)의 일 실시 형태를 단순화된 형태로 나타내며, 이 시스템은 예로서 2개의 가스 압력 탱크(300), 2개의 온-탱크 밸브(200)(각각은 가스 압력 탱크(300) 안으로 나사 결합됨), 및 가스 취급 유닛으로 구성되는 밸브 유닛(100)으로 이루어진다. 가스 취급 유닛은 도 3에 나타나 있는 온-탱크 밸브(200)와 관련하여 설명된 모든 부품 또는 관련 기능을 포함한다.
한편, 도시된 2개의 온-탱크 밸브(200)는 최소한으로 필요한 안전 기능으로 제한된다. 예를 들어, 2개의 온-탱크 밸브(200)는 각각 안전 밸브(204)를 가지며, 특히 사고 발생시에 개별 가스 압력 탱크(300)로부터 바람직하지 않은 연료 유출이 그 안전 밸브에 의해 방지될 수 있다. 따라서, 보호 밸브(204)는, 가스 취급 유닛(100)의 보호 밸브(104) 처럼, 자기(self) 폐쇄 밸브이다. 온-탱크 밸브(200)는, 각각 연료의 유출을 미리 결정된 최대 값으로 제한하도록 되어 있는 과잉 유동 밸브(206)를 더 포함한다. 온-탱크 밸브(200)는 역지 밸브가 제공되는 연료 보급 채널(207)을 더 갖는다. 필터(205)가 안전 밸브(204) 앞에, 특히 과잉 유동 밸브(206) 앞에 추가로 배치된다. 마지막으로, 2개의 온-탱크 밸브(200)는 또한 온도 및/또는 압력 검출 유닛(201)을 갖는다.
유출 방향(S1)으로 온-탱크 밸브(200)의 하류에 배치되는 가스 취급 유닛(100)은 마찬가지로 과잉 유동 밸브(106)를 가지며, 이 밸브는 복수의 연결된 가스 압력 탱크(여기서는 2개)에 의해 축적된 연료의 유동을 제한하는 역할을 한다. 가스 취급 유닛(100)은 연결 영역(150)을 더 가지며, 이 연결 영역에 의해 2개의 온-탱크 밸브(200)가 가스 취급 유닛(100), 특히 그의 제어 유닛(120)에 전기적으로 그리고 전자적으로 연결된다. 이러한 방식으로, 제어 유닛(120)은 온도 및/또는 압력 검출 유닛(201)에 의해 결정된 값 또는 데이터에 접근할 수 있고, 필요하다면 그에 따라 안전 밸브(204)를 작동시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 밸브 유닛(100)의 추가 실시 형태의 배관 및 기구 흐름도를 나타내며, 나타나 있는 밸브 유닛은 도 3 내지 5에 나타나 있는 밸브 유닛의 추가 개량이다. 도 6에 나타나 있는 밸브 유닛은 마찬가지로 인터페이스(1∼4)를 가지며, 인터페이스(5)(압력 검출기(102)) 및 인터페이스(6)(신호 연결부)만 없다. 이는 제어 장치(120)와 압력 검출기(102)가 밸브 유닛(100)에 직접 통합되기 때문이다.
도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 밸브 유닛(1)의 도시된 실시 형태에서, 인터페이스(1)로부터 인터페이스(3)(이에 마찬가지로 소비처가 연결될 수 있음)로의 유동 방향으로, 주 공급 라인에, 과잉 유동 밸브(EFV1.1), 제 1 수동 밸브(안전 밸브)(MV1.1), 필터(F1.1), 솔레노이드 밸브(XV 1.1), 압력 조절 밸브(PRV1.1), 제 2 필터(F1.2) 및 제 2 수동 밸브(MV1.4)가 있다. 여기서도, 도 4에서와 같이, 압력 조절 밸브(PRV1.1) 뒤에 과잉 압력 장치(PSV1)가 제공되며, 이 장치는 인터페이스(4)를 통해 과잉 유체를 외부로 방출할 수 있다.
도 4에서 설명된 밸브 유닛에 대한 주요 차이점은, 한편으로 압력 조절 밸브 (PRV1.1) 앞에 압력 센서(PT1.1) 및 온도 센서(TT1.1)가 제공될 뿐만 아니라 압력 센서(PT1 .2) 및 온도 센서(TT1.2)가 유동 방향으로 압력 조절 밸브(PRV1.1) 뒤에 제공된다는 것이다. 이러한 구성은, 특히, 밸브 유닛(100)이 온도 제어 장치(170)를 가질 때 유리하다. 이 경우, 압력 조절 밸브(PRV1.1)에 의해 감압이 수행된 후의 연료의 상태(온도 및 압력)는 제 2 센서 쌍(PT1.2, TT1.2)에 의해 검출될 수 있고, 이에 따라 온도 제어 장치(170)가 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 다음 소비처를 위해 연료를 최적으로 조절하는 것이 가능하다. 또한, 추가로 결정된 상태 정보는 기밀 시험을 수행하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 기밀 시험, 특히 가스 압력 탱크(300) 및/또는 가스 압력 탱크 시스템(400)의 기밀 시험은 특히 하류 소비처, 특히 연료 전지의 작동 중에, 즉 가스 압력 탱크(300)에 저장된 연료가 연속적으로 유출하고 있을 때 더 신뢰적으로 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템(400)의 일 실시 형태의 개략적인 사시도이다. 도시된 가스 압력 탱크 시스템(400)은 나란히 배치되는 4개의 가스 압력 탱크(300)로 이루어지며, 각 가스 압력 탱크에는 온-탱크 밸브(200)(OTV)가 제공되고, 이 밸브는 유체 라인을 통해 서로에 연결된다.
도 7에서 알 수 있듯이, 가스 압력 탱크(300)의 전방측에 부착되는 4개의 온-탱크 밸브(200)(OTV)는 각각 열 압력 완화 장치(TPRD), 온도 및 압력 검출기(TT, PT) 및 솔레노이드 밸브(SV)를 갖는다. 4개의 온-탱크 밸브(200)는, 가스 압력 탱크(300)의 압력을 작동 압력으로 감소시키는 공통 압력 조절 밸브에 라인을 통해 추가로 연결된다. 마찬가지로 압력 검출기(PT)를 갖는 압력 조절 밸브(PR) 뒤에서, 채널링된 연료가 라인을 통해 수동 밸브(안전 밸브와 결합됨)에 안내된다. 4개의 가스 압력 탱크는 공급 라인에 더 채널링되어 있고, 4개의 가스 압력 탱크(300)는 그 공급 라인을 통해 연료 보급을 받거나 충전될 수 있다. 4개의 열 압력 완화 장치(TPRD)의 배출구가 비상 시에 유출되는 연료가 공통 라인을 통해 채널링된 그리고 지향적인 방식으로, 특히 필요한 방향으로 유출할 수 있게 하도록 마찬가지로 채널링된다.
도 8은 본 발명에 따른 가스 압력 탱크 시스템(400)의 추가 실시 형태의 개략적인 사시도이다. 도시된 가스 압력 탱크 시스템(400)은 원리적으로 도 7에 도시된 가스 압력 탱크 시스템(400)과 동일한 부품을 갖는다. 그러나, 도 8에 도시된 가스 압력 탱크(400)는, 안전 면에서 관련 있고 또한 도 7의 가스 압력 탱크 시스템(400)에서 개별적으로 구성된 복수의 부품들이 하나의 유닛, 즉 가스 취급 유닛(100)에 통합되어 있다는 점에서 다르다. 도시된 실시 형태에서, 압력 조절 밸브(PR), 수동 밸브 및 안전 밸브는 가스 취급 유닛에 통합되어 있다. 또한, 도 7에서 각 온-탱크 밸브(200)(OTV)에 제공된 솔레노이드 밸브(SV)는 가스 취급 유닛(100)에 단일 솔레노이드 밸브(SV)로서 실현된다. 이러한 방식으로, 한편으로 개별 부품들을 밸브 블럭에 컴팩트한 방식으로 통합하는 것이 가능하고 다른 한편으로는 케이블 연결 및 배관 면에서 지출을 줄여 유지 보수 면에서 비용과 지출을 줄일 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 밸브 유닛(100)의 추가 실시 형태의 단면도이다. 도 9는 원리적으로 예를 들어 바람직하게는 소화제(extinguishing agent)로 질소를 사용하는 소화 시스템에 사용되는 밸브 유닛에 바람직하게 사용되는 주 밸브의 구체적인 구현예를 도시하기 위한 것이다.
도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 밸브 유닛의 밸브 어셈블리(500)는 주 공급 라인(501), 및 주 공급 라인에 통합된 주 밸브(502)를 가지며, 주 밸브는 가스가 주 공급 라인(501)을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 주 공급 라인(501)을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절 가능하며, 밸브 어셈블리는 또한, 주 공급 라인을 통해 흐르는 가스의 압력을 감소시키고 그리고/또는 조절하도록 되어 있는 압력 조절 밸브(503)를 갖는다. 주 밸브(502)는 피스톤 시스템(505)을 통해, 솔레노이드 밸브로 구성되는 펄스 제어식 작동 밸브(504)에 의해 간접적으로 작동될 수 있으며, 피스톤 시스템(505)은 플런저 및 압력 부재(507)를 갖는 제어 피스톤(506)을 갖는다.
작동 밸브(504)가 작동되면, 이 작동 밸브는 공급 라인(508)을 열고, 제어 피스톤(506), 특히 제어 피스톤의 압력측은 그 공급 라인을 통해 압축 공기 또는 제어 공기를 공급받거나 받게 된다. 역지 밸브(510)가 압축 공기 또는 제어 공기의 유동 방향으로 작동 밸브(504) 앞에 배치되며, 작동 밸브가 짧은 시간 기간 동안만 작동되거나 결함의 결과로 트리거되는 경우에도 그 압축 공기 또는 제어 공기는 제어 피스톤의 압력측에 존재하는 압력이 떨어지는 것을 방지한다.
도 9에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 주 밸브(502)의 폐쇄 위치에서 제어 피스톤(506)의 압력 부재(507)는 스프링(512)의 힘에 의해 제어 피스톤(506)을 향하는 방향으로, 특히 밸브 시트를 향하는 방향으로 가압되며, 그리하여 주 밸브(502)의 폐쇄 부재(509)가 압력 부재(507)에 의해 밸브 시트 내로 가압되고 주 밸브(502)가 폐쇄 상태로 움직이게 된다.
작동 밸브(504)가 이제 작동되고 압축 공기 또는 제어 공기가 제어 피스톤(506)의 압력측에 존재하면. 제어 피스톤은 주 밸브(502)를 향하는 방향으로, 특히 주 밸브(502)의 폐쇄 부재(509)를 향하는 방향으로 밀리며, 제어 피스톤(506)에 의해 발생되는 피스톤력이 스프링(512)의 스프링력보다 크기 때문에, 제어 피스톤(506)의 플런저가 가압 부재(507)를 스프링(512)에 대항하여 밀고, 그리하여 폐쇄 부재(509)가 가스(유용한 가스)에 의해 가해지는 압력에 의해 밸브 시트로부터 해방되고 밀려나게 된다. 주 밸브(502)는 개방 위치에 있다.
밸브 어셈블리(500), 특히 제어 피스톤(506)의 피스톤 영역의 크기는, 제어 피스톤의 압력측에 대한 압력이 미리 결정된 최소 압력으로 떨어지더라도(이는 예컨대 작동 밸브의 누출 및 고장으로 인해 일어날 수 있음) 주 밸브(502)가 개방 위치에 유지되도록 선택된다. 다시 말해, 발생되어 플런저를 통해 압력 부재에 작용하는 피스톤력은 미리 결정된 최소 압력에서도 반대되는 스프링력/폐쇄력보다 크다.
주 밸브(502)를 의도적으로 해제하려는 경우에는, 해제 밸브(511)를 수동으로 작동시켜야 한다. 해제 밸브(511)가 작동되면, 제어 피스톤의 압력측에 존재하는 압력이 감소되고, 이에 따라 주 밸브(502)가 폐쇄 상태로 복귀된다.
서로 다른 실시 형태에서 각각 설명된 개별 특징이 구조적으로 호환된다면 단일 실시 형태로도 구현될 수도 있음이 당업자에게 명백하다. 마찬가지로, 단일 실시 형태의 범위 내에서 설명된 상이한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 복수의 실시 형태로도 제공될 수 있다.
100 밸브 유닛
101 온도 검출기
102 압력 검출기
103 라인 섹션
104 안전 밸브
105 과잉 유동 밸브
106 필터
107 압력 조절 밸브
108 제 2 과잉 압력 장치
109 열 압력 완화 장치
110 제 1 과잉 압력 장치/과잉 압력 밸브
111 연결 요소
120 제어 장치
130 통신 장치
140 전기 및/또는 전자 인터페이스
150 연결 영역
160 누출 검출 유닛(탐지기)
170: 배향 검출 유닛
180 온도 제어 장치
200 온-탱크 밸브
201 온도 및/또는 압력 검출기
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
500 밸브 어셈블리
501 주 공급 라인
502 주 밸브
503 압력 조절 밸브
504 작동 밸브
505 피스톤 시스템
506 제어 피스톤
507 압력 부재
508 공급 라인
509 폐쇄 부재
510 역지 밸브
511 해제 밸브
512 스프링

Claims (42)

  1. 바람직하게는 연료 공급 시스템 또는 소화(fire extinguishing) 시스템에 사용가능한 밸브 유닛(100), 특히 가스 취급 유닛으로서,
    적어도 하나의 온도 검출기(101),
    적어도 하나의 압력 검출기(102), 및
    라인 섹션(103)에 통합되고, 가스가 상기 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절될 수 있는 안전 밸브(104)를 포함하고,
    상기 온도 검출기(101)와 압력 검출기(102)는, 가스가 압력을 가하도록 그 가스가 폐쇄된 안전 밸브(104)에 존재하는 상태에서 라인 섹션(103)을 통해 흐르는 상기 가스의 온도와 압력을 검출할 수 있도록 배치되며,
    상기 밸브 유닛(100)은, 특히 상기 안전 밸브(104)의 폐쇄 상태에서, 검출된 온도 및 압력 값에 기초하여 상기 라인 섹션(103), 특히 그 라인 섹션(103)에 연결된 가스 압력 탱크 시스템(400)의 기밀성 시험을 수행하도록 더 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛(100)은, 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있는 가스 압력 탱크(300), 특히 가스 압력 탱크(300)에 부착하기 위한 온-탱크 밸브(200)의 형태로 구성되어 있는, 밸브 유닛(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 되어 있는 연결 요소(111, 211)를 더 갖는 밸브 유닛(100).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    과잉 유동 밸브(105) 및/또는 스로틀 밸브가 유동 방향(S1)으로, 특히, 상기 가스 압력 탱크(300)로부터 소비처를 향하는 방향의 가스 또는 연료의 유출 방향으로 상기 안전 밸브(104) 앞에 제공되어 있는, 밸브 유닛(100).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 상기 유동 방향(S1)으로 상기 안전 밸브(104) 뒤에 배치되는 압력 조절 밸브(107)를 더 가지며, 이 압력 조절 밸브는 가스 압력 탱크 압력(P1)을 연료가 공급될 소비처의 작동 압력(P2)으로 감소 및/또는 조절하도록 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력 조절 밸브(107)에 의해 조절되는 작동 압력(P2)을 미리 설정된 한계 값으로 제한하도록 되어 있는 제 1 과잉 압력 장치(110), 특히 과잉 압력 밸브를 더 갖는 밸브 유닛(100).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛(100)에 연결된 가스 압력 탱크(300)를 과잉 압력으로부터 보호하도록 되어 있는 제 2 과잉 압력 장치(108), 특히 파열 디스크를 더 갖는 밸브 유닛(100).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리 결정된 온도 한계 값에서, 밸브 유닛(100)에 연결된 가스 압력 탱크(300)에 압력 하에서 저장되는 연료를 배출 포트(A3)를 통해 주변 공기에 방출하도록 되어 있는 열 압력 완화 장치(109)를 더 갖는 밸브 유닛(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 완화 장치(109)는, 미리 결정된 온도 한계 값이 도달되면 상기 압력 완화 장치의 밸브를 개방하는, 특히 비가역적으로 개방하는 작동 부재를 가지며, 이 작동 부재는, 상기 미리 결정된 온도 한계 값이 도달되면 파열되어 밸브의 작동을 가능하게 하는 유리체, 또는 바람직하게는 상기 가스 압력 탱크에 통합되고 또한, 상기 미리 결정된 온도 한계 값이 도달되면, 자체의 부피 팽창을 통해, 압력 완화 장치의 밸브를 개방하는 기구, 특히 피스톤 시스템을 트리거하는 액체로 형성되는, 밸브 유닛(100).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛은 제어 장치(120)를 더 가지며, 이 제어 장치는, 신호, 특히 가스 압력 탱크에 제공되는 온도 검출기(101) 및/또는 압력 검출기(102) 및/또는 외부 센서 및/또는 온도 센서(302)의 측정 신호를 받고 그들 신호를 처리하며 또한 대응하는 제어 신호를 특히 안전 밸브(104) 및/또는 압력 조절 밸브(107) 및/또는 열 압력 완화 장치(109)에 출력하도록 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 장치(120)는, 라인 섹션(103), 특히 이 라인 섹션(103)에 연결된 가스 압력 탱크 시스템(400)의 기밀성 시험을 수행하기 위해, 안전 밸브(104)를 폐쇄 상태로 되게 하고 그런 다음에, 미리 결정된 시간 기간 동안, 온도 검출기(101) 및 압력 검출기(102)에 의해 안전 밸브(104)에 존재하는 가스 또는 연료의 복수의 온도 및 압력 값을 결정하고, 또한 결정된 온도 및 압력 값에 기초하여 상기 기밀성 시험을 수행하도록 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기밀성 시험을 위해, 안정성의 특성 값 및/또는 추세를 결정하기 위해 복수의 검출된 온도 및 압력 값이 서로 비교되고, 상기 안정성의 특성 값 및/또는 추세가 미리 결정된 범위 내에 있으면, 라인 섹션(103), 특히 이 라인 섹션(103)에 연결된 가스 압력 탱크 시스템(400)은 기밀한, 밸브 유닛(100).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 안정성의 특성 값 및/또는 추세에 대한 미리 결정된 범위는 외부 온도, 시작 온도, 시작 압력, 연료 보급 또는 비우기 작업이 일어나고 있는지의 여부, 태양 노출, 가스 압력 탱크 크기, 연료 보급 또는 비우기 속도 등으로 이루어진 그룹의 영향 파라미터에 기초하여 결정되는, 밸브 유닛(100).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛은 통신 장치(130), 특히 적외선, 무선 통신, 블루투스 또는 WLAN(무선 근거리 통신망)을 사용하는 무선 통신 장치를 더 포함하고, 이 통신 장치는 밸브 유닛(100)에 의해 검출된 데이터, 예컨대, 개별 밸브, 특히 안전 밸브(104) 및/또는 압력 조절 밸브(107)의 압력, 온도, 개폐 사이클 및/또는 개폐 위치를 외부 클라이언트에 보내고/전달하도록 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 통신 장치(130)는 외부 클라이언트, 예컨대, 차량의 외부 제어기/주 제어기, 소방대, 경찰 또는 다른 보조 인력에 의해 작동될 수 있는 비상 제어 시스템(350)으로부터 바람직하게는 제어 장치(120)를 위한 제어 명령을 받을 수 있도록 더 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  16. 제 14 항 또는 제 15 항 및 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 장치(120)는 연료 보급 시스템과 정보를 교환하기 위해 통신 장치(130)에 의해 그 연료 보급 시스템과 통신하도록 되어 있고, 상기 정보는 가스 압력 탱크(300), 밸브 유닛(100) 및/또는 연료 공급 시스템의 가스 압력 탱크 압력(P1), 가스 압력 탱크 온도(T1), 충전 속도(l /min) 및 기밀성으로 이루어진 그룹에서 선택되는, 밸브 유닛(100).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛(100)을 통해 흐르는 연료가 상기 압력 조절 밸브(107)에 의해 작동 압력(P2)으로 감소된 후에, 상기 연료를 미리 결정된 작동 온도(TA)로 컨디셔닝하도록, 특히 냉각 및/또는 가열하도록 되어 있는 온도 제어 장치(170)를 더 포함하는 밸브 유닛(100).
  18. 제 17 항 및 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(120)은, 하류 소비처, 바람직하게는 하류 연료 전지의 부하에 따라 상기 온도 제어 장치(170)를 제어 및/또는 조절하기 위해, 특히 상기 통신 장치(130)에 의해 외부 제어기, 특히 차량의 제어기/주 제어기 또는 연료 전지 시스템의 제어기로부터 제어 명령을 받도록 더 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛(100)의 적어도 하나의 부품의 기밀성을 시험하도록 되어 있는 누출 검출 유닛(160)을 더 포함하고, 상기 부품은 안전 밸브(104), 과잉 유동 밸브(105), 필터(106), 압력 조절 밸브(107), 제 1 과잉 압력 장치(110), 제 2 과잉 압력 장치(108), 열 압력 완화 장치(109), 온도 제어 장치(170), 온도 검출기(101) 및/또는 압력 검출기(102)에서 선택되는, 밸브 유닛(100).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛(100), 특히 이 밸브 유닛(100)에 연결된 적어도 하나의 가스 압력 탱크(300)의 공간내 절대적 기하학적 배향을 검출하도록 되어 있는 배향 검출 유닛(180)을 더 포함하고, 배향 검출 유닛(180)은 가속도계, 자이로스코프 및 지자기 센서로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 센서를 갖는, 밸브 유닛(100).
  21. 제 20 항 및 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 장치(120)는, 상기 배향 검출 유닛(180)에 의해 결정된 밸브 유닛(100)의 배향에 기초하여 배출 포트(A3)를 선택하도록 더 되어 있고, 그 배출 포트에 의해 가스 압력 탱크(300)가 미리 결정된 특히 안전한 공간 방향으로 비워질 수 있는, 밸브 유닛(100).
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항 및 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(120)은 밸브 유닛(100)에 연결된 적어도 하나의 가스 압력 탱크(300)의 연료 보급 사이클을 검출 및/또는 기록하도록 더 되어 있고, 그리고/또는 상기 제어 유닛(120)은, 특히 상기 누출 검출 유닛(160)에 의해 누출이 검출되면 상기 밸브 유닛(100)에 연결된 적어도 하나의 압력 탱크(300)의 연료 보급을 방지하거나 종료하도록 더 되어 있는, 밸브 유닛(100).
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 유닛은 전력 생성 장치를 더 포함하고, 이 전력 생성 장치는,
    유동 에너지, 특히 밸브 유닛(100) 안으로 유입되는 연료의 유동 에너지를 기계적 에너지, 특히 회전 에너지로 변환시키도록 되어 있는 변환기, 및
    상기 기계적 에너지를 전기 에너지, 특히 전력으로 변환시키도록 되어 있는 발전기를 포함하는, 밸브 유닛(100).
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 변환기는 터빈, 하나 이상의 풍력 휠 등의 형태로 구성되고, 상기 변환기는 유동 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 구동축을 회전시키며, 상기 발전기는 바람직하게는 변환기의 구동축에 의해 구동되어 전력을 생성하는, 밸브 유닛(100).
  25. 가스 압력 탱크(300)로서, 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 유닛(100) 또는 제 2 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 온-탱크 밸브(200)가 도입되는 연결 요소(301)를 갖는 가스 압력 탱크(300).
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 가스 압력 탱크(300)는 상기 연결 요소(301)가 도입되는 다층 라미네이트로 형성된 중공체인, 가스 압력 탱크(300).
  27. 연료, 특히 수소를 저장하고 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있는 가스 압력 탱크 시스템(400)으로서,
    적어도 하나의 가스 압력 탱크(300), 바람직하게는 제 25 항 및 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 가스 압력 탱크, 및
    밸브 유닛(100), 바람직하게는 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 유닛(100), 및/또는
    온-탱크 밸브(200), 바람직하게는 제 1 항 내지 제 24 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 따른 온-탱크 밸브(200)를 포함하는 가스 압력 탱크 시스템(400).
  28. 제 25 항에 있어서,
    각각에 온-탱크 밸브(200)가 제공되는 적어도 2개의 가스 압력 탱크(300)를 가지며, 이 가스 압력 탱크는 가스를 전달하도록 밸브 유닛(100)에 의해 함께 연결되어 있으며, 그래서 2개의 가스 압력 탱크(300)에 고압 하에서 저장되어 있는 연료가 연료 공급 시스템에 공급될 수 있는, 가스 압력 탱크 시스템.
  29. 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있는 연료 공급 시스템으로서, 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 밸브 유닛(100)을 포함하는 연료 공급 시스템.
  30. 연료, 특히 수소를 저장하고 바람직하게는 연료 전지 시스템에 연료, 특히 수소를 공급하도록 되어 있는 연료 공급 시스템, 특히 가스 압력 탱크 시스템에서 가능한 누출, 특히 가스 누출을 검출하기 위한 방법으로서,
    라인 섹션(103)에 통합되어 있는 안전 밸브(104)를 폐쇄하는 단계 - 상기 안전 밸브(104)는 가스가 상기 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 라인 섹션(103)을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절될 수 있음 -;
    가스가 압력을 가하도록 그 가스가 폐쇄된 안전 밸브(104)에 존재하는 상태에서 상기 라인 섹션(103)을 통해 흐르는 가스의 온도(T1)와 압력(P1)을 검출하는 단계; 및
    검출된 온도 및 압력 값에 기초하여 상기 라인 섹션(103), 특히 그 라인 섹션(103)에 연결된 가스 압력 탱크 시스템(400)의 기밀성 시험을 수행하는 단계를 포함하는, 연료 공급 시스템에서 누출을 검출하기 위한 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    복수의 온도 및 압력 값이 미리 결정된 시간 기간 내에 결정되며, 상기 온도 및 압력 값은 바람직하게는 연결된 압력 탱크(300) 내에서 그리고/또는 연결된 가스 압력 탱크 시스템(400) 내의 복수의 측정점에서 결정되는, 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    안정성의 특성 값 및/또는 추세를 결정하기 위해 복수의 검출된 온도 및 압력 값이 서로 비교되고, 상기 안정성의 특성 값 및/또는 추세가 미리 결정된 범위 내에 있으면, 라인 섹션(103), 특히 이 라인 섹션(103)에 연결된 가스 압력 탱크 시스템(400)이 기밀한, 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 안정성의 특성 값 및/또는 추세에 대한 미리 결정된 범위는 외부 온도, 시작 온도, 시작 압력, 연료 보급 또는 비우기 작업이 일어나고 있는지의 여부, 태양 노출, 가스 압력 탱크 크기, 연료 보급 또는 비우기 속도 등으로 이루어진 그룹의 영향 파라미터에 기초하여 결정되는, 방법.
  34. 바람직하게는 소화제로 질소(N2)를 사용하는 소화 시스템을 위해 바람직하게 사용되는, 밸브 유닛, 특히 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 밸브 유닛(100)의 밸브 어셈블리(500)로서,
    주 공급 라인(501),
    상기 주 공급 라인(501)에 통합되어 있고, 가스가 주 공급 라인(501)을 통해 흐를 수 있는 개방 위치와 가스가 주 공급 라인(501)을 통해 흐를 수 없는 폐쇄 위치 사이에서 조절 가능한 주 밸브(502), 및
    상기 주 공급 라인(501)을 통해 흐르는 가스의 압력을 감소 및/또는 조절하도록 되어 있는 압력 조절 밸브(503)를 포함하고,
    상기 주 밸브(502)는 펄스 제어 작동 밸브(504)에 의해 특히 간접적으로 개방 위치로 있게 되거나 전환될 수 있고, 밸브 어셈블리(500)는, 펄스 제어 작동 밸브(504)에 의한 작동이 해제 및/또는 중단되더라도 상기 주 밸브(502)가 개방 위치에 유지되도록 구성되어 있는, 밸브 어셈블리(500).
  35. 제 34 항에 있어서,
    주 밸브(502)는 펄스 제어 작동 밸브(503)의 작동, 특히 작동 밸브(503)의 수동 작동에 의해 개방 위치로 될 수 있고, 작동 밸브(503)는 바람직하게는 펄스 제어식 솔레노이드 밸브인, 밸브 어셈블리(500).
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 주 밸브(502)는 피스톤 시스템(505)을 통해 간접적으로 작동 밸브(503)에 의해 작동될 수 있고, 피스톤 시스템(505)은, 플런저 및 압력 부재(507)를 갖는 제어 피스톤(506)을 갖는, 밸브 어셈블리(500).
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 작동 밸브(503)의 작동시에 상기 제어 피스톤(506)은 특히 작동 밸브(503)에 의한 공급 라인(508)의 개방으로 압력측에서 압력을 받는, 밸브 어셈블리(500).
  38. 제 34 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주 밸브(502)는, 바람직하게는 원추형인 밸브 시트에 대한 피스톤 시스템(505)의 압력 부재(507)에 의한 힘을 받는 폐쇄 부재(509)를 가지며, 그리하여 주 밸브(502)는 비작동 상태에서 폐쇄되고, 압력 부재(507)는 바람직하게는 스프링에 의해 상기 밸브 시트를 향하는 방향으로 밀리는, 밸브 어셈블리(500).
  39. 제 34 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 밸브(504)는 공압식으로, 전기적으로(약 24V의 전환 펄스) 또는 외부 제어에 의해 작동될 수 있는, 밸브 어셈블리(500).
  40. 제 34 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항 및 제 36 항에 있어서,
    상기 밸브 어셈블리는 역지 밸브(510)를 더 가지며, 이 역지 밸브는 피스톤 시스템(505)에 대한 공급을 위한 공급 라인(508)에서 유동 방향으로 상기 작동 밸브(504) 앞에 배치되며 제어 피스톤(506)에 존재하는 압축 공기/제어 공기가 빠져 나가는 것을 방지하는, 밸브 어셈블리(500).
  41. 제 34 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항 및 제 38 항에 있어서,
    상기 제어 피스톤(506)의 피스톤 영역의 크기는, 제어 피스톤(506)의 압력측에 대한 압력이 작동 밸브(504)의 누출 또는 고장의 결과로 미리 결정된 최소 압력으로 떨어지더라도 주 밸브(502)가 개방 위치에 유지되도록 선택되는, 밸브 어셈블리(500).
  42. 제 34 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    해제 밸브(511)를 더 가지며, 이 해제 밸브는 바람직하게는 니들 밸브, 볼 밸브 또는 서서히 열리는 밸브이고, 작동시에, 특히 수동 작동시에, 제어 피스톤의 압력측에 존재하는 압력을 감소시키도록 되어 있고, 그리하여 상기 주 밸브(502)가 폐쇄 상태로 복귀하는, 밸브 어셈블리(500).
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