KR102582397B1 - 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소 연료전지 등에 사용되는 수소를 저장용기(10)로 이송하여 저장하거나 저장용기(10)에서 외부 수소라인의 사용부로 공급할 때 수소의 흐름을 제어하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리에 관한 것으로, 수소 저장용기(10)에 장착되는 밸브 바디(100); 제1 유로(310) 상에 저장용기(10) 방향으로 순차적으로 설치된 제1 수동밸브(110), 솔레노이드 밸브(130) 및 과류 차단밸브(140); 제2 유로(330) 상에 설치된 압력해제밸브(170); 상기 저장용기(10) 내의 온도를 측정하는 온도센서(190); 및 온도감응형 안전밸브(160);를 포함하고, 상기 제2 유로(330)는 상기 제1 유로(320)에 연결되어 있어, 차량 사고 또는 화재 등의 비상 상황으로 인해 밸브 어셈블리 주변 환경의 온도가 설정값 이상으로 상승할 경우, 신속하게 온도감응형 안전밸브(160)를 작동하여 수소 저장용기(10) 내의 수소를 배출하여 큰 사고를 예방할 수 있고, 압력 해제 시, 수동으로 압력해제밸브(170)를 개방하여 수소 저장용기(10) 내부의 수소를 제1 포트(101)를 통해 신속하고 안전하게 회수할 수 있다.

Description

수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리{One Way Valve Assembly for Hydrogen Storage Tank}
본 발명은 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소 연료전지 등에 사용되는 고압의 수소가스를 저장용기로 이송하여 저장하거나 저장용기에 저장된 수소를 외부의 사용부로 공급할 때 수소의 흐름을 제어하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리에 관한 것이다.
최근 들어 환경오염 문제 등을 해결하기 위하여 내연기관차량을 대체할 수 있는 연료전지 차량에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
그 중에서 수소와 산소의 반응으로 생성된 전기에너지에 의해 모터가 구동하여 주행하는 수소 연료전지 차량에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
수소 연료전지 차량에서 연료인 수소는 약 700 bar의 고압으로 저장용기에 저장되고, 약 16 bar의 압력으로 감압하여 연료전지 모듈로 공급된다.
상기 수소 저장용기에는 수소 저장용기로 수소를 저장할 때와 연료전지 모듈로 공급할 때 이송되는 수소의 흐름을 제어하는 밸브 어셈블리가 설치되어 있다.
수소 연료전지 차량을 효율적으로 안전하게 운행하기 위해서는 상기 수소 저장용기에 설치된 밸브 어셈블리에서의 정밀하고 안전한 제어가 필수적이다.
따라서, 밸브 어셈블리에 관한 연구도 많이 진행되어 왔는데, 그 중의 한 예로 공개특허공보 제10-2018-0066305호에 나타난 수소 저장용기용 밸브(이하, ‘종래기술’이라 함)가 있다.
종래기술의 밸브는, 수소 저장용기에 장착되는 밸브 바디(10)와, 상기 밸브 바디(10)에 장착되어 수동으로 수소가스가 통과하는 유로를 개폐하는 제1 수동밸브(12)와, 상기 밸브 바디(10)에 장착되어 전기적인 신호에 따라 유로를 자동으로 개폐하는 솔레노이드 밸브(14)와, 수소 저장용기 내부의 수소가스가 비정상적으로 과다하게 유출되는 것을 방지하는 과류차단밸브(40)와, 차량 사고 등으로 화재 발생시 온도에 의해 수소 저장용기 내의 압력이 상승하면 수소가스를 외부로 방출해주는 압력해제장치(42)와, 상기 밸브 바디(10)에 장착되어 수소가스가 출입하는 아웃렛 파이프(16)와, 상기 수소 저장용기에 삽입되어 배치되고 밸브 바디(10)에 장착되어 수소 저장용기 내부로 수소가스를 충전할 때 수소가스가 통과하는 충전 파이프(18)와, 상기 수소 저장용기에 삽입되어 배치되고 밸브 바디(10)에 장착되어 수소 저장용기에 저장된 수소가스를 사용할 때 수소가스가 통과하는 사용 파이프(20)를 포함하고 있다.
상기 종래기술의 밸브는 상기 솔레노이드 밸브(14)가 수소가스 충전 시 수소가스가 통과하지 않도록 하여 수소가스 충전압에 의한 솔레노이드 밸브(14)가 손상되는 것을 방지하는 효과는 있으나, 실제 충전압에 의한 솔레노이드 밸브(14)의 손상은 크지 않고, 사용 파이프(20)를 통해 외부로 이송되는 수소가스가 과다하게 배출될 때 솔레노이드 밸브(14)가 손상될 수 있는 문제가 있는데 종래기술에서는 이에 대해서는 고려하고 있지 않다.
또한, 종래기술의 압력해제장치(42)는 수소 저장용기 내부의 압력이 과다할 때 수소가스를 배출할 수는 있지만, 밸브의 구조상 수소가스를 배출하여 압력을 해제하는데 오랜 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 압력해제장치(42)가 수소가스를 외부로 배출하도록 구성되어 있어 점검 등을 위해 수소 저장용기 내부의 압력을 해제할 때 수소를 회수하기 어려울 뿐 아니라, 저장용기 내의 수소가스 양에 따라 외부 공기와의 접촉으로 인한 폭발 또는 화재 위험성도 높은 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2018-0066305호(2018 06. 19. 공개)
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 사고 등으로 수소 저장용기 내부의 온도가 상승하고 내부 압력이 높아질 경우 신속하게 외부로 수소를 방출하여 수소 저장용기 내부의 압력이 안전한 압력이 되도록 하고, 이상 여부를 점검하기 위해 수소 용기 내부의 압력을 해제할 때에는 신속하고 안전하게 저장용기 내부의 수소를 배출하고 배출한 수소는 회수할 수 있도록 구성된 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리는, 수소 저장용기(10)에 장착되며, 수소가 이송되는 제1 내지 제5 포트(101, 102, 104, 105, 106)를 밸브 바디(100); 상기 제1 포트(101)와 상기 제2 포트(102) 사이에 연결되어, 상기 제1 포트(101)를 통해 유입되는 수소를 상기 저장용기(10)의 내부로 이송하는 제1 유로(310); 상기 제3 포트(104)와 상기 제1 유로(310) 사이에 연결되어, 상기 제1 포트(101)를 통해 저장용기(10) 내부의 수소를 외부로 배출하는 제2 유로(330); 상기 제4 포트(105)와 상기 제2 유로(330) 사이에 연결되어, 상기 제4 포트(105)를 통해 저장용기(10) 내부의 수소를 외부로 배출하는 제3 유로(340); 상기 제1 유로(310) 상에 상기 저장용기(10) 방향으로 순차적으로 설치된 솔레노이드 밸브(130) 및 과류차단밸브(140); 상기 제2 유로(330) 상에 설치된 압력해제밸브(170); 상기 제5 포트(106)에 연결되어 상기 수소 저장용기(10) 내의 온도를 측정하는 온도센서(190); 및 상기 제3 유로(340) 상에 설치되어 주변 환경의 온도가 설정값 이상으로 상승할 경우 수소 저장용기(10) 내의 수소를 배출하도록 설치된 온도감응형 안전밸브(160);를 포함하고, 상기 과류차단밸브(140)는 상기 저장용기(10) 방향으로 이송되는 수소의 과류는 차단하지 않고 상기 저장용기(10)로부터 유출되는 수소의 과류를 차단할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리.
또한, 상기 압력해제밸브(170)는 수동으로 작동할 수 있는 밸브로 구성되어 있고, 상기 제2 유로(330)는 신속하게 압력을 해제할 수 있도록 그 단면적이 상기 제1 유로(310)의 단면적의 0.7배 이상으로 형성되어 있다.
또한, 상기 제2 포트(102)를 통해 수소가 이송될 때에는 상기 제1 수동밸브(110)는 개방되어 있고, 상기 압력해제밸브(170)는 폐쇄되어 있다.
또한, 상기 제2 유로(330)는 상기 제1 포트(101)와 상기 제1 수동밸브(110) 사이에서 상기 제1 유로(320)와 연결되어 있고, 상기 제 3포트(104)를 통해 저장용기(10) 내의 수소를 배출할 때에는 상기 압력해제밸브(170)는 개방하고, 상기 제1 수동밸브(110)는 폐쇄하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 제3 유로(340)는 상기 제3 포트(104)와 상기 압력해제밸브(170) 사이에서 상기 제2 유로(330)와 연결되어 있다.
또한, 상기 제1 유로(310)의 상기 제1 포트(101)와 상기 제1 수동밸브(110) 사이에 제1 필터(181)가 추가로 구비되어 있고, 상기 제1 유로(310)의 상기 과류차단밸브(140)와 상기 수소 저장용기(10) 사이에 제2 필터(182)가 추가로 구비되어 있다.
또한, 상기 제5 포트(106)는 상기 솔레노이드 밸브(130)의 커넥터(200)와 연결되는 통로(390)가 형성되어 있고, 상기 온도센서(190)의 케이블(191)은 상기 통로(390)를 통해 상기 솔레노이드 밸브(130)의 커넥터(200)에 연결되도록 구성되어 있다.
본 발명의 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리는, 저장용기(10)와 솔레노이드 밸브(130) 사이에 과류차단밸브(140)를 설치하여, 저장용기(10) 내부의 수소가 과다하게 배출되는 것을 방지함으로서, 솔레노이드 밸브(130)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 밸브를 거치지 않고 수소 저장용기(10)에서 제3 포트(105)를 통해 바로 외부로 배출될 수 있도록 구성된 온도감응형 안전밸브(160)가 설치되어 있어, 차량 사고 또는 화재 등과 같은 비상 상황이 발생하여 밸브 어셈블리 주변 환경의 온도가 설정값 이상으로 상승하더라도 상기 온도감응형 안전밸브(160)의 작동을 통해 신속하게 수소 저장용기(10) 내부의 압력을 낮추어 비정상적인 상황에 효과적으로 대처할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 압력해제밸브(170)는 제2 유로(330) 상에 구비되어 있고, 상기 제2 유로(330)는 상기 제1 유로(310)와 연결되어 있어, 신속하게 저장용기(10) 내부의 압력을 해제할 수 있고, 배출되는 수소가스를 안전하게 회수할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 압력해제밸브(170)는 수동 밸브로 형성하고 밸브를 개방할 경우 배출되는 수소가 상기 제2 유로(330)를 통과하도록 구성함으로써, 제2 유로(330)의 단면적을 크게 구성하여, 예를 들면, 제1 유로(310) 단면적의 70% 이상 또는 동일하게 하여, 보다 신속하게 수소 저장용기(10) 내부의 압력을 해제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 제2 유로(330)는 상기 제1 유로(310)에 연결될 때, 제1 포트(101)와 제1 수동밸브(110) 사이에 연결되도록 구성되어 있어, 압력 해제를 위해 제1 수동밸브(110)는 폐쇄하고, 상기 압력해제밸브(170)는 개방하는 단순한 작업을 통해, 상기 수소 저장용기(10)로부터 이송되는 수소가스가 보다 신속하게 제1 포트(101)를 통해 배출 및 회수할 수 있도록 구성되어 있는 장점이 있다.
도 1. 종래기술의 수소 저장용기용 밸브의 충전 작동도.
도 2. 본 발명의 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리의 수소 저장 작동도.
도 3. 본 발명의 밸브 어셈블리의 수소 사용 작동도.
도 4. 본 발명의 밸브 어셈블리의 온도감응형 안전밸브 작동도.
도 5. 본 발명의 밸브 어셈블리의 압력해제 작동도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 수소 저장용기용 밸브 어셈블리의 수소 저장 작동도이다.
본 발명의 수소 저장용기용 밸브 어셈블리는, 수소 저장용기(10)에 장착되며, 제1 내지 제5 포트(101, 102, 104, 105, 106)가 형성되어 있는 밸브 바디(100), 제1 내지 제3 유로(310, 330, 340), 제1 수동밸브(110), 제1, 2 체크밸브(120, 150), 솔레노이드 밸브(130), 과류차단밸브(140), 온도감응형 안전밸브(160), 압력해제밸브(170), 및 온도센서(190)를 포함한다.
밸브 바디(10)의 제1 포트(101)는 외부 수소라인과 연결되어 수소가스가 출입하는 포트이다.
여기서, 외부 수소라인은 상기 수소 저장용기(10)로 수소를 공급하는 라인과 상기 수소 저장용기(10)에 저장된 수소를 사용하는 사용부 라인을 포함하는 구성이다.
상기 밸브 바디(10)의 제2, 3 및 5 포트(102, 104, 106)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 수소 저장용기(10)와 연결되는 포트이다.
상기 제2 포트(102)는 유입되는 수소를 상기 저장용기(10)의 내부에 저장할 수 있도록 이송하고, 상기 저장용기(10) 내부에 저장된 수소를 사용부에 공급하기 위해 이송하는 포트로서, 상기 제1 포트(101)와 제2 포트(102)는 상기 제1 유로(310)를 매개로 연결되어 있다.
이러한 구성을 통해 외부 수소라인으로부터 상기 제1 포트(101)를 통해 유입된 수소는 상기 제1 유로(310)를 거쳐 상기 제2 포트(102)를 통해 상기 수소 저장용기(10)의 내부로 이송되어 저장될 뿐 아니라, 반대로 저장용기(10) 내부의 수소는 제2 포트(102)를 통해 상기 제1 유로(310)를 거쳐 상기 제1 포트(101)를 통해 외부 수소라인의 사용부로 공급될 수도 있다.
상기 제1 유로(310) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이 수소 저장용기(10) 방향으로 순차적으로 설치된 제1 수동밸브(110)와 솔레노이드 밸브(130) 및 과류차단밸브(140)가 설치되어 있다.
상기 제1 수동밸브(110)는 상기 제2 포트(102)를 통해 수소를 저장용기(10)에 저장하거나 상기 저장용기(10)로부터 수소를 상기 외부 수소라인의 사용부에 공급하기 위해 이송할 때 개방되어 있다.
즉, 상기 제1 수동밸브(110)는 수소가 저장용기(10)로 이송되어 저장될 때와 저장용기(10) 내부의 수소를 외부 수소라인의 사용부로 공급할 때 개방된 상태를 유지하며 사용자가 별도의 작동 또는 제어를 할 필요가 없도록 구성되어 있다.
상기 제1 유로(310)는 수소 저장용기(10)로 빠른 시간 내에 수소를 저장할 수 있도록 설계에 맞게 그 단면적의 크기를 크게 형성할 수 있다.
본 발명의 후술하는 다른 유로들은 상기 제1 유로(310)와 동일하거나 작게 형성할 수 있다.
상기 솔레노이드 밸브(130)는 상기 제2 유로(320) 상에 설치되어 상기 저장용기(10)로부터 배출되는 수소의 유량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 솔레노이드 밸브(130)의 케이블은 커넥터(200)와 연결되어 있고, 그 신호는 제어부(미도시)와 송수신할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 과류차단밸브(140)는 수소가 저장용기(10)로 유입될 때에는 수소의 흐름을 방해하지 않고 상기 수소 저장용기(10)로부터 제1 유로(310)로 배출되는 수소가 비정상적으로 과다하게 유출될 때에는 이를 차단하여 상기 저장용기(10)로부터 수소가 과다하게 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
과다한 수소 유출은 상기 솔레노이드 밸브(130)에서 제어하고자 하는 유량보다 많이 유출되는 경우 또는 상기 솔레노이드 밸브(130)에 손상을 줄 수 있는 압력을 발생하는 경우를 나타낸다.
이러한 구성을 통해 외부 수소라인으로부터 상기 제1 포트(101)를 통해 유입된 수소는 상기 제1 유로(310)의 솔레노이드 밸브(130) 및 과류차단밸브(140)를 거쳐 상기 제2 포트(102)를 통해 상기 수소 저장용기(10)의 내부로 이송되어 저장된다.
반대로, 상기 저장용기(10)의 내의 수소를 상기 제1 유로(310)를 통해 배출할 때에는, 과류차단밸브(140) 및 솔레노이드 밸브(130)를 순차적으로 거쳐 제1 포트(101)를 통해 외부 수소 라인의 사용부로 공급된다.
이 때, 과다한 수소 유출이 발생한다면 상기 과류차단밸브(140)에서 수소 이송을 차단하게 된다. 따라서, 상기 과류차단밸브(140)를 통해 상기 솔레노이드 밸브(130)로 이송되는 수소는 과다한 유출이 발생하지 않는 상태이므로, 솔레노이드 밸브(130)의 손상을 방지하면서 수소를 제1 포트(101)로 안전하고 원활하게 이송할 수 있다.
상기 제1 유로(320)에는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 포트(101)와 상기 제1 수동밸브(110) 사이에 제1 필터(181)가 추가로 설치되어 있을 수 있다.
상기 제1 필터(181)는 수소를 저장용기(10)에 저장하는 과정 또는/및 저장용기(10)의 수소를 사용부에 공급하는 과정에서 수소에 포함된 수분 등의 이물질을 제거하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 제1 유로(320)에는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 저장용기(10)와 상기 과류차단밸브(140) 사이에 제2 필터(182)가 추가로 설치되어 있을 수 있다.
상기 제2 필터(182)도 상기 제1 유로(310) 상에서 상기 수소 저장용기(10)로 유입되거나 상기 수소 저장용기(10)로부터 배출되는 수소에 포함된 수분 등의 이물질을 제거하는 역할을 한다.
상기 제3 포트(104)는 저장용기(10) 내의 수소를 비상 상황에서 긴급하게 배출하거나 시스템 점검 등을 위해 저장용기(10) 내의 수소를 배출하는 포트로서, 상기 제3 포트(104)는 상기 제1 유로(310)와 제2 유로(320)를 매개로 연결되어 있다.
상기 제2 유로(320) 상에는 상기 안전해제밸브(170)가 설치되어 있다.
도 1에 도시된 종래기술은 압력해제장치(42)에 형성된 좁은 통로를 통해 수소를 외부로 방출하도록 구성되어 있어, 구조적으로 신속하게 압력을 해제할 수 없는 문제점이 있다.
반면, 본 발명의 상기 압력해제밸브(170)는 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 수동으로 작동하는 밸브로 구성되어 있고, 상기 압력해제밸브(170)가 설치된 상기 제2 유로(330)가 상기 제1 유로(310)와 연결되도록 구성되어 있다.
이처럼 상기 압력해제밸브(170)를 수동 밸브로 형성하고 제1 유로(310)와 연결되도록 구성함으로서, 상기 압력해제밸브(170)를 개방할 경우 저장용기(10) 내부의 수소는 상기 제2 유로(330)를 통해 제1 유로(310)로 이송되어 상기 제1 포트(101)로 배출되므로, 큰 유로를 통해 보다 신속하게 수소를 배출하여 저장용기(10)의 압력을 신속하게 해제할 수 있다.
특히, 제2 유로(330)의 단면적을 크게 할 경우, 예를 들면, 제1 유로(310) 단면적의 70% 이상 또는 제1 유로(310)의 단면적과 동일하게 구성할 경우, 보다 더 신속하게 수소 저장용기(10) 내부의 압력을 해제할 수 있다.
상기 제5 포트(106)에는 상기 수소 저장용기(10) 내의 온도를 측정하는 온도센서(190)가 설치되어 있다.
상기 온도센서(190)는 수소 저장용기(10) 내부의 온도를 감지하여 그 신호를 제어부(미도시)로 인가한다.
상기 제5 포트(106)에는 상기 솔레노이드 밸브(130)의 커넥터(200)와 연결되는 통로(390)가 형성되어 있고, 상기 온도센서(190)의 케이블(191)은 상기 통로(390)를 통해 상기 솔레노이드 밸브(130)의 커넥터(200)에 연결되도록 구성할 수 있다.
이처럼, 온도센서(190)와 솔레노이드 밸브(130)의 케이블을 하나의 커넥터(200)에 연결함으로서 밸브 어셈블리의 구조를 보다 더 단순화 할 수 있다.
상기 온도 센서(190)는 고압으로 수소를 충전할 때 발생하는 열을 모니터링 할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 통상적인 수소 가스 충전 과정을 살펴보면, 충전 시 -40℃정도의 온도로 예냉된 수소 가스를 압력차에 의해 차량의 수소 저장용기(10)로 공급하고 동압(同壓)이 형성된 이후에는 압축기(미도시)를 이용해서 고압으로 압축하며 저장하는 구조로 되어 있다. 이처럼 수소 가스가 압축될 때 약 +85℃ 정도의 열이 발생하는데 상기 온도센서(190)를 통해 수소 가스 충전 시 발생하는 열을 모니터링 할 수 있다.
저장용기(10)의 내부 온도 상승은, 저장용기(10)의 내부 압력을 상승시켜 위험한 상황을 초래할 수 있으므로, 상기 온도 센서(190)로 모니터링하면서 충전 시 상기 저장용기(10)의 온도(압력과 비례)가 설정값 이상으로 상승하게 되면 해당 데이터를 통신으로 수신한 충전설비(Dispenser)에서 충전을 차단한다.
상기 제4 포트(105)는 이와 같은 비상 상황에서 수소 저장용기(10) 내부의 수소를 외부로 배출하는 포트로서, 상기 제4 포트(105)는 상기 제2 유로(330)와 제3 유로(340)를 매개로 연결되어 있다.
상기 제3 유로(340) 상에는 상기 온도감응형 안전밸브(160)가 설치되어 있다. 상기 온도감응형 안전밸브(160)는 주변 환경의 온도가 설정값 이상으로 상승할 경우 작동하여 저장용기(10) 내의 수소를 신속하게 배출하도록 설치되어 있는 것이 바람직하다.
즉, 상기 온도감응형 안전밸브(160)는 폐쇄된 상태로 구성되어 있다가, 차량 사고 또는 화재 등과 같은 비상 상황에 의해 상기 수소 저장용기(10) 및 밸브 어셈블리 주변 환경의 온도가 설정 온도, 예를 들면, 110℃를 초과하는 상황이 발생하면, 압력을 지지하고 있던 부품이 열에 의해 용융되거나 파괴되면서 개방 상태가 되어 상기 저장용기(10)의 압력을 해압할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 제3 유로(340)는 상기 제2 유로(330)의 안전해제밸브(170)와 제3 포트(104) 사이에 연결되도록 구성하여, 상기 안전해제밸브(170)의 개방하는 별도의 작업 없이 상기 온도감응형 안전밸브(160)의 작동만으로 저장용기(10) 내의 수소가 배출될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 구성되는 본 발명의 수소 저장용기용 밸브 어셈블리의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 수소 저장용기(100)에 수소를 저장할 때에는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 포트(101)로 유입된 수소는 제1 유로(310)를 따라 이송된다. 상기 제1 수동밸브(110)는 개방된 상태이므로 개방한 상기 솔레노이드 밸브(130)와 과류차단밸브(140)를 통해 상기 수소 저장용기(10) 내로 이송되어 저장된다.
이 때, 과류차단밸브(140)는 수소가 저장용기(10)로 이송되는 방향에 대해서는 작용을 하지 않고, 제1 유로(310)는 그 단면적이 크게 형성되어 빠른 시간 내에 신속하게 수소를 상기 저장용기(10)에 저장할 수 있다.
다음으로, 수소 저장용기(10)에 저장된 수소를 사용부로 공급할 때에는 도 3에 도시된 바와 같이, 수소 저장용기(10)에 저장된 수소가 제2 포트(102)를 통해 배출된다.
이 때, 제3 포트(104)를 통해서는 상기 안전해제밸브(170)가 폐쇄되어 있어 수소가 배출될 수 없으며, 상기 제2 포트(102)를 통해서는 상기 과류차단밸브(180)와 개방한 상기 솔레노이드 밸브(130)를 순차적으로 거쳐 쉽게 저장용기(10) 내부의 수소를 배출할 수 있다.
상기 저장용기(10) 내의 수소는 제2 포트(102)를 통해서 상기 과류차단밸브(180)에서 과다하지 않은 양의 수소가 이송되며 상기 솔레노이드 밸브(130)로 유입되고, 제1 수동밸브(110) 및 제1 포트(101)를 순차적으로 통과하여 사용부로 공급된다.
다음으로, 온도감응형 안전밸브(160)가 작동할 때에는 도 4에 도시된 바와 같이, 저장용기(10) 내부의 수소는 다른 밸브를 거치지 않고 제3 포트(104)와 제3 유로(340)를 거쳐 온도감응형 안전밸브(160)를 통해 신속하게 외부로 배출된다.
온도감응형 안전밸브(160)는 사고 또는 화재 등의 비상 상황의 의해 밸브 어셈블리 주변 환경의 온도가 설정된 온도 이상이 되는 경우 자동으로 작동하고, 다른 밸브 등을 거치지 않고 길이가 짧은 제3 유로(340)를 통해 신속하게 수소를 배출하므로, 비상 상황에서도 신속하게 수소 저장용기(10) 내부의 압력을 낮추어 비상 상황을 효과적으로 안전하게 대처할 수 있다.
이 때, 과류차단밸브(180)로 유입되는 수소가 과다하면 과류차단밸브(180)에서 차단을 하고, 그렇지 않은 경우에는 상기 솔레노이드 밸브(130)를 통해서 동시에 배출할 수 있도록 제어할 수도 있다.
다음으로 상기 수소 저장용기(10)의 압력을 해제할 때에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1 수동밸브(110)를 폐쇄하고 상기 압력해제밸브(170)를 개방하여, 수소 저장용기(10) 내의 수소가 다른 밸브를 거치지 않고 제2 유로(330)를 통해 제1 포트(101)를 통해 신속하게 배출할 수 있다.
또한, 상기 제1 포트(101)를 통해 수소 저장용기(10) 내부의 수소가 배출되므로, 배출되는 수소를 외부 수소라인에서 쉽게 회수할 수 있으므로, 수소 연료의 낭비를 막을 수 있을 뿐 아니라, 가연성 수소의 폭발이나 화재 등을 예방하고 안전하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 수소 저장용기 100: 밸브 바디
101: 제1 포트 102: 제2 포트 104: 제3 포트
105: 제4 포트 106: 제5 포트 110: 제1 수동밸브
130: 솔레노이드 밸브 140: 과류차단밸브
160: 온도감응형 안전밸브 170: 압력해제밸브
181, 182: 제1, 2 필터 190: 온도센서
191: 케이블 200: 커넥터
310: 제1 유로 330: 제2 유로
340: 제3 유로 390: 통로

Claims (7)

  1. 수소 저장용기(10)에 장착되며, 수소가 이송되는 제1 내지 제5 포트(101, 102, 104, 105, 106)가 형성되어 있는 밸브 바디(100);
    상기 제1 포트(101)와 상기 제2 포트(102) 사이에 연결되어, 상기 제1 포트(101)를 통해 유입되는 수소를 상기 수소 저장용기(10)의 내부로 이송하는 제1 유로(310);
    상기 제3 포트(104)와 상기 제1 유로(310) 사이에 연결되어, 상기 제1 포트(101)를 통해 상기 수소 저장용기(10) 내부의 수소를 외부로 배출하는 제2 유로(330);
    상기 제4 포트(105)와 상기 제2 유로(330) 사이에 연결되어, 상기 제4 포트(105)를 통해 상기 수소 저장용기(10) 내부의 수소를 외부로 배출하는 제3 유로(340);
    상기 제1 유로(310) 상에 상기 수소 저장용기(10) 방향으로 순차적으로 설치된 제1 수동밸브(110), 솔레노이드 밸브(130) 및 과류차단밸브(140);
    상기 제2 유로(330) 상에 설치된 압력해제밸브(170);
    상기 제5 포트(106)에 연결되어 상기 수소 저장용기(10) 내의 온도를 측정하는 온도센서(190); 및
    상기 제3 유로(340) 상에 설치되어 주변 환경의 온도가 설정값 이상으로 상승할 경우 수소 저장용기(10) 내의 수소를 배출하도록 설치된 온도감응형 안전밸브(160);를 포함하고
    상기 과류차단밸브(140)는 상기 수소 저장용기(10) 방향으로 이송되는 수소의 과류는 차단하지 않고, 상기 수소 저장용기(10)로부터 유출되는 수소의 과류를 차단할 수 있도록 구성되어 있되,
    상기 압력해제밸브(170)는 수동으로 작동할 수 있는 밸브로 구성되어 있고,
    상기 제2 유로(330)는 신속하게 압력을 해제할 수 있도록 그 단면적이 상기 제1 유로(310)의 단면적의 0.7배 이상으로 형성되어 있으며,
    상기 제2 유로(330)는 상기 제1 포트(101)와 상기 제1 수동밸브(110) 사이에서 상기 제1 유로(310)와 연결되어 있고,
    상기 제 3포트(104)를 통해 상기 수소 저장용기(10) 내의 수소를 배출할 때에는 상기 압력해제밸브(170)는 개방하고, 상기 제1 수동밸브(110)는 폐쇄하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 포트(102)를 통해 수소가 이송될 때에는 상기 제1 수동밸브(110)는 개방되어 있고, 상기 압력해제밸브(170)는 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 유로(340)는 상기 제3 포트(104)와 상기 압력해제밸브(170) 사이에서 상기 제2 유로(330)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유로(310)의 상기 제1 포트(101)와 상기 제1 수동밸브(110) 사이에 제1 필터(181)가 추가로 구비되어 있고,
    상기 제1 유로(310)의 상기 과류차단밸브(140)와 상기 수소 저장용기(10) 사이에 제2 필터(182)가 추가로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제5 포트(106)는 상기 솔레노이드 밸브(130)의 커넥터(200)와 연결되는 통로(390)가 형성되어 있고,
    상기 온도센서(190)의 케이블(191)은 상기 통로(390)를 통해 상기 솔레노이드 밸브(130)의 커넥터(200)에 연결되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 저장용기용 원웨이 밸브 어셈블리.
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