KR20240041052A - 고압수소 밸브의 유로 구조 - Google Patents

고압수소 밸브의 유로 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고압수소 밸브의 초기 조립 및 정비 후 고압수소 밸브와 레귤레이터 및 수소공급 시스템에 이르는 유로의 내부에 잔류되는 수소의 부족에 따른 초기 시동 시 시동지연 현상을 배제할 수 있게 하는 고압수소 밸브의 유로 구조를 개시한다.
전술한 고압수소 밸브의 유로 구조는 수소의 충전과 방전을 조절하는 솔레노이드 밸브, 상기 고압수소 충방전시스템의 고장시 수소의 공급을 차단하는 매뉴얼 밸브, 및 상기 고압수소 충방전시스템의 고장시 수소의 배출을 허용하는 블리드 밸브를 포함하되, 상기 매뉴얼 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 솔레노이드 밸브와 교통 가능하게 설치되고, 상기 블리드 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 매뉴얼 밸브와 교통 가능하게 설치되도록 구성된다.

Description

고압수소 밸브의 유로 구조{Fluid passage structure of high pressure hydrogen valve}
본 발명은 고압수소 충방전시스템에 적용되는 고압수소 밸브의 유로 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압수소 밸브의 초기 조립 및 정비 후 수소 저장시스템과 공급시스템 사이에 이르는 배관에 잔류 수소의 부족에 따른 초기 시동 성능의 지연 문제를 해소하기 위한 고압수소 밸브의 유로 구조에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)은 연료전지 스택에서 이루어지는 산소와 수소의 화학적인 반응을 매개로 생산되는 전기에너지를 동력원으로 사용하여 동작하도록 구성된다.
이를 위해, 종래 연료전지 차량에서는 고압수소 충방전시스템이 구비되는 데, 이러한 고압수소 충방전시스템은 고압의 수소가스를 저장하는 수소탱크, 수소탱크와 교통 가능한 매니폴드, 매니폴드를 통해 수소탱크의 내부로 수소가스를 충전하기 위한 리셉터클, 매니폴드를 통해 제공되는 수소를 적정의 압력으로 조압하는 레귤레이터, 및 레귤레이터를 통해 제공되는 적정 압력의 수소를 연료전지 스택에 공급하는 수소공급시스템을 포함하여 구성된다.
그런데, 종래 고압수소 충방전시스템에서는 고압수소 밸브의 초기 조립 및 정비 후, 고압수소 밸브와 레귤레이터 및 수소공급시스템에 이르는 유로의 내부에 잔류된 수소가 없기 때문에 초기 시동시, 이들 유로에 이르는 배관의 내부에 수소가 공급되어 충전되는 시간 동안에 걸쳐 시동이 지연되는 문제가 발생한다.
이와 같은 초기 시동시 시동이 지연되는 문제는 대형 차량과 같이, 고압수소 밸브와 레귤레이터 및 수소공급시스템 사이의 배관이 가지는 면적이 상대적으로 큰 경우 시동 지연의 시간이 훨씬 더 길게 소요되므로, 이에 대한 개선의 요구가 크게 대두되고 있는 실정이다.
공개특허 제10-2021-0048301호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고압수소 밸브의 초기 조립 및 정비 후 고압수소 밸브와 레귤레이터 및 수소공급 시스템에 이르는 유로의 내부에 잔류되는 수소의 부족에 따른 초기 시동 시 시동지연 현상을 배제할 수 있게 하는 고압수소 밸브의 유로 구조를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예는 수소탱크에 수소를 충전하고 충전된 수소를 공급시스템에 제공하기 위한 고압수소 충방전시스템에 적용되는 고압수소 밸브로서, 수소의 충전과 방전을 조절하는 솔레노이드 밸브, 상기 고압수소 충방전시스템의 고장시 수소의 공급을 차단하는 매뉴얼 밸브, 및 상기 고압수소 충방전시스템의 고장시 수소의 배출을 허용하는 블리드 밸브를 포함하되, 상기 매뉴얼 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 솔레노이드 밸브와 교통 가능하게 설치되고, 상기 블리드 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 매뉴얼 밸브와 교통 가능하게 설치되어, 초기 조립 및 정비 후 개방되어 수소 저장시스템과 공급시스템 사이에 이르는 배관의 내부에 수소를 제공하여 초기 시동 성능을 향상시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 매뉴얼 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 솔레노이드 밸브와 교통을 위한 제1분지통로를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 블리드 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 매뉴얼 밸브와의 교통을 위한 제2분지통로를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 매뉴얼 밸브는 상시개방형 밸브로 구성되고, 상기 블리드 밸브는 상시폐쇄형 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 매뉴얼 밸브와 상기 블리드 밸브는 수동조작의 개폐식 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 특정 온도에서 상기 수소탱크에 저장된 수소를 외부로 배출하는 온도감응식 안전해제장치를 더 포함하되, 상기 온도감응식 안전해제장치는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 블리드 밸브와 제3분지통로를 매개로 교통 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 온도감응식 안전해제장치는 배기유로와 교통 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예는 고압수소 충방전시스템에 적용되는 것으로, 고압수소 밸브의 초기 조립 및 정비 후 수소탱크와 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 매뉴얼 밸브와 교통 가능하게 설치되는 블리드 밸브를 개방함으로써, 고압수소 밸브와 레귤레이터 및 수소공급 시스템에 이르는 유로의 내부에 잔류되는 수소의 부족에 따라 기인하는 초기 시동 시 시동지연 현상을 원천적으로 배제할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 고압수소 충방전시스템에 대한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 고압수소 충방전시스템에 적용되는 고압수소 밸브의 유로 구조를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 고압수소 충방전시스템에 적용되는 고압수소 밸브의 유로 구조와 함께 솔레노이드 밸브와 매뉴얼 밸브와 블리드 밸브 및 온도감응식 안전해제장치에 대한 배치관계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조로 하면, 본 발명의 실시예가 적용되는 고압수소 충방전시스템은 고압의 수소가스를 저장하는 수소탱크(10), 상기 수소탱크(10)와 교통 가능한 매니폴드(20), 상기 매니폴드(20)를 통해 상기 수소탱크(10)의 내부로 수소가스를 충전하기 위한 리셉터클(30), 상기 매니폴드(20)를 통해 제공되는 수소를 적정의 압력으로 조압하는 레귤레이터(40), 및 상기 레귤레이터(40)를 통해 제공되는 적정 압력의 수소를 연료전지 스택에 공급하는 수소공급시스템(50)을 포함하여 구성된다.
이 경우, 상기 수소탱크(10)에는 수소를 충전하고 충전된 수소를 수소공급시스템(50)에 제공하기 위한 고압수소 밸브(100)가 구비된다.
즉, 상기 고압수소 밸브(100)는 상기 리셉터클(30)과 상기 매니폴드(20)를 경유하여 외부로부터 제공되는 고압의 수소가스를 상기 수소탱크(10)의 내부에 충전 가능하게 하고, 상기 수소탱크(10)의 내부에 충전된 수소를 상기 매니폴드(20)와 상기 레귤레이터(40)를 경유하여 상기 수소공급시스템(50)에 제공함으로써 연료전지 스택에서 이루어지는 전기에너지의 생산을 가능하게 하는 역할을 수행한다.
도 2를 참조로 하면, 본 발명의 실시예로서 고압수소 충방전시스템에 적용되는 고압수소 밸브(100)는 외부로부터 제공되는 제어신호에 따라 수소의 충전과 방전을 적절하게 조절하는 솔레노이드 밸브(110), 상기 고압수소 충방전시스템이 열린 채로 고장이 났을 때 고압수소 충방전시스템에 의한 수소의 공급을 차단하는 매뉴얼 밸브(120), 상기 고압수소 충방전시스템이 닫힌 채로 고장이 났을 때 고압수소 충방전시스템을 열어주는 블리드 밸브(130), 및 특정 온도에서 상기 수소탱크(10)에 저장된 수소를 외부로 배출하는 온도감응식 안전해제장치(Thermally Activated Pressure Relief Device: TPRD, 140)를 포함하여 구성된다.
이 경우, 상기 솔레노이드 밸브(110)는 상기 수소탱크(10)와의 사이에 필터(111)와 체크 밸브(112)를 매개로 교통 가능하게 설치된다.
또한, 상기 고압수소 밸브(100)는 상기 솔레노이드 밸브(110)와 상기 매뉴얼 밸브(120) 사이에 설치되는 과유량방지 밸브(Excess Flow Valve: EFV, 150)를 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 과유량방지 밸브(150)는 상기 솔레노이드 밸브(110)와 상기 매뉴얼 밸브(120) 사이에서 과유량 조건이 발생할 경우, 동작유량에 도달하면 배출 유량을 상기 수소탱크(10)로 리턴하여 줄여주는 동작을 수행한다.
또한, 상기 솔레노이드 밸브(110)와 상기 과유량방지 밸브(150) 사이에는 과유량 조건에서 배출되는 수소를 상기 수소탱크(10)로 리턴하기 위한 바이패스 유로(113)와 체크 밸브(114)가 각각 설치된다.
특히, 상기 매뉴얼 밸브(120)는 상기 수소탱크(10)와 상기 고압수소 밸브(100)의 입/출구(100a) 사이의 연통지점에서 상기 솔레노이드 밸브(110)와 교통 가능하게 설치된다. 이 경우, 상기 매뉴얼 밸브(120)와 상기 고압수소 밸브(100)의 입/출구(100a) 사이에는 필터(115)가 설치되고, 상기 매뉴얼 밸브(120)와 상기 수소탱크(10) 사이에는 체크 밸브(116)가 설치된다.
또한, 상기 블리드 밸브(130)는 상기 수소탱크(10)와 상기 고압수소 밸브(100)의 입/출구(100a) 사이의 연통지점에서 상기 매뉴얼 밸브(120)와 교통 가능하게 설치된다. 이 경우, 상기 블리드 밸브(130)는 고압수소 충방전시스템의 초기 조립 및 정비 후 개방되어 수소 저장시스템과 수소공급시스템(50) 사이에 이르는 배관의 내부에 수소를 제공함으로써 초기 시동 성능을 향상시키는 역할을 수행하게 된다.
또한, 상기 온도감응식 안전해제장치(140)는 상기 수소탱크(10) 내부의 온도가 일정 온도에 도달하면 반응하여 저장된 수소를 외부로 배출하여 안전을 도모하게 된다. 또한, 온도센서(160)는 상기 수소탱크(10)의 내부에 구비되어 저장된 수소의 온도정보를 모니터링하는 역할을 수행하게 된다.
도 3을 참조로 하면, 본 발명의 실시예로서 고압수소 충방전시스템에 적용되는 고압수소 밸브(100)에 있어, 상기 솔레노이드 밸브(110)와 상기 매뉴얼 밸브(120), 상기 블리드 밸브(130), 상기 온도감응식 안전해제장치(140), 및 상기 과유량방지 밸브(150)에 대한 배치관계는 다음과 같이 구성된다. 아울러, 도 3에서 표시하는 솔레노이드 밸브(110)와 매뉴얼 밸브(120), 블리드 밸브(130), 및 온도감응식 안전해제장치(140)에 대한 지시선은 솔레노이드 밸브(110)의 내부에 위치하는 각 밸브의 장착 위치를 의미하는 것임을 밝혀둔다.
상기 솔레노이드 밸브(110)는 상기 매뉴얼 밸브(120)를 경유하여 상기 고압수소 밸브(100)의 입/출구(100a)와 교통 가능하게 구비된다. 도 3 기준으로, 상기 솔레노이드 밸브(110)의 하단부는 상기 수소탱크(10)와 교통 가능한 부위에 해당한다.
상기 매뉴얼 밸브(120)는 상기 수소탱크(10)와 상기 고압수소 밸브(100)의 입/출구(100a) 사이의 연통지점에서 상기 솔레노이드 밸브(110)와의 교통을 위한 제1분지통로(210)를 구비한다. 도 3 기준으로, 상기 매뉴얼 밸브(120)의 상단부는 상기 수소탱크(10)와 교통 가능한 부위에 해당한다.
상기 블리드 밸브(130)는 상기 수소탱크(10)와 상기 고압수소 밸브(100)의 입/출구(100a) 사이의 연통지점에서 상기 매뉴얼 밸브(120)와의 교통을 위한 제2분지통로(220)를 구비한다. 도 3 기준으로, 상기 블리드 밸브(130)의 상단부는 상기 수소탱크(10)와 교통 가능한 부위에 해당한다.
이 경우, 상기 매뉴얼 밸브(120)는 상시개방형 밸브로 구성되고, 상기 블리드 밸브(130)는 상시폐쇄형 밸브로 구성된다.
또한, 상기 매뉴얼 밸브(120)와 상기 블리드 밸브(130)는 작업자에 의한 수동조작을 통해 개폐가 조절되는 수동조작의 개폐식 밸브로 구성된다. 즉, 상기 매뉴얼 밸브(120)는 상시개방형 수동차단 밸브로 구성되고, 상기 블리드 밸브(130)는 상시폐쇄형 수동해제 밸브로 구성될 수 있다.
상기 온도감응식 안전해제장치(140)는 상기 수소탱크(10)와 상기 입/출구(100a) 사이의 연통지점에서 상기 블리드 밸브(130)와 제3분지통로(230)를 매개로 교통 가능하게 설치된다. 도 3 기준으로, 상기 온도감응식 안전해제장치(140)의 상단부는 상기 수소탱크(10)와 교통 가능한 부위에 해당한다.
또한, 상기 온도감응식 안전해제장치(140)는 배기유로(240)와 교통 가능하게 설치되도록 구성된다.
따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 고압수소 밸브의 유로 구조는 고압수소 밸브(100)의 초기 조립 및 정비 후 수소탱크(10)와 고압수소 밸브(100)의 입/출구(100a) 사이의 연통지점에서 매뉴얼 밸브(120)와 교통 가능하게 설치되는 블리드 밸브(130)를 개방함으로써, 고압수소 밸브(100)와 레귤레이터(40) 및 수소공급시스템(50)에 이르는 유로의 내부에 잔류되는 수소의 부족에 따라 기인하는 종래 초기 시동 시 시동지연 현상을 원천적으로 배제할 수 있는 효과를 제공하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10-수소탱크 20-매니폴드
30-리셉터클 40-레귤레이터
50-수소공급시스템
100-고압수소 밸브 100a-입/출구
110-솔레노이드 밸브 120-매뉴얼 밸브
130-블리드 밸브 140-온도감응식 안전해제장치
150-과유량방지 밸브 160-온도센서
210-제1분지통로 220-제2분지통로
230-제3분지통로 240-배기유로

Claims (7)

  1. 수소탱크에 수소를 충전하고 충전된 수소를 공급시스템에 제공하기 위한 고압수소 충방전시스템에 적용되는 고압수소 밸브로서,
    수소의 충전과 방전을 조절하는 솔레노이드 밸브;
    상기 고압수소 충방전시스템의 고장시 수소의 공급을 차단하는 매뉴얼 밸브; 및
    상기 고압수소 충방전시스템의 고장시 수소의 배출을 허용하는 블리드 밸브를 포함하되,
    상기 매뉴얼 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 솔레노이드 밸브와 교통 가능하게 설치되고,
    상기 블리드 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 매뉴얼 밸브와 교통 가능하게 설치되도록 구성되는 고압수소 밸브의 유로 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 매뉴얼 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 솔레노이드 밸브와 교통을 위한 제1분지통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압수소 밸브의 유로 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 블리드 밸브는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 매뉴얼 밸브와의 교통을 위한 제2분지통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압수소 밸브의 유로 구조.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매뉴얼 밸브는 상시개방형 밸브로 구성되고, 상기 블리드 밸브는 상시폐쇄형 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 고압수소 밸브의 유로 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 매뉴얼 밸브와 상기 블리드 밸브는 수동조작의 개폐식 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 고압수소 밸브의 유로 구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    특정 온도에서 상기 수소탱크에 저장된 수소를 외부로 배출하는 온도감응식 안전해제장치를 더 포함하되, 상기 온도감응식 안전해제장치는 상기 수소탱크와 상기 고압수소 밸브의 입/출구 사이의 연통지점에서 상기 블리드 밸브와 제3분지통로를 매개로 교통 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 고압수소 밸브의 유로 구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 온도감응식 안전해제장치는 배기유로와 교통 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 고압수소 밸브의 유로 구조.
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KR20180066305A (ko) * 2016-12-07 2018-06-19 영도산업 주식회사 수소연료 저장용기용 밸브
KR20210048301A (ko) 2019-10-23 2021-05-03 현대자동차주식회사 수소 충전 시스템
KR20210104973A (ko) * 2020-02-18 2021-08-26 주식회사 유니크 연료전지차량의 충전 및 방전 제어용 밸브 어셈블리

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