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KR102429166B1 - 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템 - Google Patents

인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템 Download PDF

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KR102429166B1
KR102429166B1 KR1020160171373A KR20160171373A KR102429166B1 KR 102429166 B1 KR102429166 B1 KR 102429166B1 KR 1020160171373 A KR1020160171373 A KR 1020160171373A KR 20160171373 A KR20160171373 A KR 20160171373A KR 102429166 B1 KR102429166 B1 KR 102429166B1
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KR
South Korea
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straight pipe
pressure
pressure sensor
regulator
flow path
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김창호
최장호
김형기
심지현
Original Assignee
현대자동차주식회사
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Priority to EP17192334.5A priority patent/EP3336409B1/en
Priority to JP2017181234A priority patent/JP6650427B2/ja
Priority to CN201710876242.0A priority patent/CN108224084B/zh
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Abstract

본 발명은 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 고압용기의 내부와 직접 연통되는 레귤레이터; 상기 레귤레이터 내부에 형성되는 직관유로; 일부가 상기 직관유로 내부로 인입 가능하며, 상기 레귤레이터와 체결 및 분리가 가능한 고압센서; 및 상기 고압용기와 상기 고압센서 사이의 상기 직관유로 상에 배치되는 차단밸브;를 포함하고, 상기 고압센서가 상기 직관유로로부터 분리됨에 따라, 상기 직관유로가 상기 차단밸브에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템에 관한 발명이다.

Description

인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템 {The system for measuring high pressure of In-tank regulator}
본 발명은 연료전지가 탑재될 수 있는 차량에서 고압의 탱크를 포함하는 연료 또는 수소 공급계에 있어 탱크의 압력을 측정할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인-탱크 레귤레이터를 채택하고 인-탱크 레귤레이터와 고압 탱크가 연결된 직관유로에 탈/부착이 가능한 고압센서와 직관유로 상에 차단 밸브를 구비하여, 상기 고압센서의 탈/부착에 따라, 차단밸브에 의한 직관유로의 개/폐 여부가 동기화 될 수 있도록 한 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료 전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급 시스템, 연료 전지 스택에 전기 화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기 공급 시스템, 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.
상기 연료 공급 시스템, 즉 수소 공급계에 구비되는 수소 탱크에는 700bar 정도의 고압 압축 수소가 저장되어 있으며, 이 저장된 압축 수소는 수소 탱크 입구부에 장착된 고압 조절기의 온/오프(on/off)에 따라 고압 라인으로 방출된 후, 시동 밸브와 수소 공급 밸브를 거치면서 감압되어 연료전지 스택으로 공급된다.
즉, 종래 기술에서는 700bar 정도의 고압의 수소 탱크의 수소가 고압 레귤레이터에서 20bar 이하로 1차 감압되며 수소 공급 밸브 또는 인젝터를 거쳐 4bar 이하로 감압된 수소가 연료 전지 스택으로 공급하게 된다. 연료 전지 시스템에서 수소 공급 밸브를 이용하여 2차 감압이 이루어지는 경우, 시동 밸브를 통해 수소 기밀성을 확보하며 동시에 수소 공급 밸브를 통해 수소 유량에 대한 정밀 제어가 이루어지고 있다. 또한, 고압 솔레노이드 밸브와 감압 레귤레이터를 일체화하여 시스템을 구성하는 인-탱크 레귤레이터를 이용하여 수소 공급계를 구성할 수 있으며, 인-탱크 레귤레이터의 경우 고압의 수소 탱크에서 감압된 압력으로 수소를 공급한다는 점에서 안정성이 매우 높다.
대한민국 공개 특허 10-2016-0087087 (2016.07.21)
상기의 인-탱크 레귤레이터에 의한 압력 측정 시스템의 경우, 고압용기의 압력을 측정하기 위하여 고압용기로부터 직접 연장되는 유로를 필수적으로 포함하여야 하며, 따라서 이상 상황에 있어서 대처가 어렵다는 단점이 있다. 특히, 고압용기로부터 직접 연장되는 유로에 리크가 발생하거나 상기 유로에 부착된 고압센서에서 리크 또는 고압센서의 불량이 발생하는 경우, 고압센서 탈거를 위해 고압탱크 내부의 수소를 모두 외부로 배기해야만 하는 불편함과 단점이 있었다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일 실시예로서, 고압용기의 내부와 직접 연통되는 레귤레이터; 상기 레귤레이터 내부에 형성되는 직관유로; 일부가 상기 직관유로 내부로 인입 가능하며, 상기 레귤레이터와 체결 및 분리가 가능한 고압센서; 및 상기 고압용기와 상기 고압센서 사이의 상기 직관유로 상에 배치되는 차단밸브;를 포함하고, 상기 고압센서가 상기 직관유로로부터 분리됨에 따라, 상기 직관유로가 상기 차단밸브에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 차단밸브는 상기 고압센서 측의 일단에 형성되는 테이퍼부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 테이퍼부는 상기 고압센서 측으로 갈수록 상기 테이퍼부의 폭이 감소하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 고압센서는 상기 고압센서와 상기 레귤레이터가 체결되는 체결부; 및 상기 직관유로의 압력을 측정하도록 구성된 센서부;를 더 포함하고, 상기 체결부는 나사 체결에 의해 상기 레귤레이터와 상기 고압센서를 체결시키는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 직관유로는 상기 직관유로의 일지점에 형성되는 돌출부;를 더 포함하고, 상기 돌출부는 상기 차단밸브와 상기 고압센서 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 고압센서가 상기 직관유로로 인입될 때, 상기 센서부가 상기 테이퍼부를 상기 직관유로 내측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 고압센서가 상기 레귤레이터로부터 분리되면, 상기 직관유로 내부의 고압에 의해 상기 테이퍼부가 상기 돌출부를 상기 직관유로의 외측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다
또한, 상기 센서부가 상기 돌출부에 의해 형성되는 동공에 인입하여 상기 테이퍼부를 상기 직관유로 내측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
또한, 상기 차단밸브는 외력이 작용하지 않는 경우, (NC, Normally closed) 닫힘 상태를 유지하는 밸브인 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 고압센서를 탈착시키면서 고압에 의해 차단밸브가 직관유로를 차단하게 되므로 고압센서의 탈착을 위해 고압용기 내부의 가스를 외부로 배기시키지 않아도 된다는 효과를 가진다. 즉, 고압센서의 교체를 위한 정비 공정이 단순화되어 소요 시간을 단축할 수 있다.
또한, 종래에는 고압용기로부터 가스가 모두 배기되는 동안 외부리크 또는 부품의 문제가 지속적으로 발생할 수 밖에 없었으나, 본 발명에서는 고압센서를 탈착함과 동시에 차단밸브가 고압라인을 폐쇄시키므로 이상, 문제 상황에서의 대처에 소요되는 시간을 현저히 단축할 수 있다.
또한, 가솔린 차량의 경우, 부품 교체를 위해 가솔린을 모두 외부로 빼낸 후, 재사용이 가능한 것에 비해, 가스를 연료로써 사용하는 본 발명에서는 연료를 외부로 배기하는 경우 대기 중으로 방출시킬 수 밖에 없으므로 종래 기술에 비해 본 발명에서는 연료를 배기하지 않아도 된다는 점에서, 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있다.
또한, 고압센서 재체결 후, 종래에는 리크의 확인을 위하여 고압용기의 압력을 다시 약 700bar 수준의 고압으로 올려서 확인해야만 했으나, 본 발명에서는 고압용기의 압력을 배기하지 않은 상태가 유지되므로 단 시간 내에 용이하게 리크 발생 여부를 확인할 수 있다.
또한, 고압용기 내부에 위치한 인-탱크 레귤레이터에 의해 수소가 감압되어 연료 전지 시스템의 수소 공급계로 전달되므로 수소 공급계의 내구성이나 기밀성이 증가되며, 충전배관을 제외하고는 고압라인이 형성되지 않으므로 수소 공급계의 안전성 및 안정성이 증대될 수 있다.
도 1은 종래 인-탱크 레귤레이터가 장착된 연료 전지 시스템의 수소 공급계 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인-탱크 레귤레이터가 장착된 연료 전지 시스템의 수소 공급계 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 종래 인-탱크 레귤레이터가 장착된 연료 전지 시스템에서 고압센서의 분리 및 재장착하기 위한 흐름를 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템에서 고압센서를 분리 및 재장착하기 위한 흐름를 나타낸 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
차량에 탑재되는 연료 전지 시스템은 크게 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 스택, 연료 전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료 공급 장치, 연료 전지 스택에 전기화학 반응에 필요한 산화제인 공기 중 산소를 공급하는 공기 공급 장치, 연료 전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료 전지 스택의 운전 온도를 제어하는 냉각 시스템 등으로 구성된다.
도 1은 연료 전지 시스템에서 연료를 고압용기로부터 스택으로 전달하는 수소 공급계의 일반적인 구성을 도시한 도면으로서, 도 1에 따르면, 연료를 저장하는 고압용기, 감압 레귤레이터, 솔레노이드 밸브 등이 도시되어 있다.
연료전지 시스템에서, 고압용기 내부에 수소를 저장하는 방법은 고압 압축(350bar, 700bar 압축)방식을 채택할 수 있다. 고압용기의 외부에 별도로 구비될수 있는 외장형 레귤레이터를 사용하는 경우, 각각의 솔레노이드 밸브에 고압 라인이 형성될 수 밖에 없다. 이러한 고압 라인에는 연료 전지 시스템이 탑재된 차량의 주행 중, 즉 수소가 공급되는 중에는 350bar 또는 700bar의 압력이 상시 인가될 수 있다. 이처럼 고압이 상시 걸리게 되는 부분, 지점에서는 피팅, 밸브, 튜브의 내구가 문제가 되어 수소 공급계 전체의 안정성에 영향을 미치게 될 수 있다. 상기한 문제점을 감안하여, 외장형 레귤레이터 대신에 인-탱크 레귤레이터를 적용하면, 고압 라인의 삭제가 가능할 수 있다. 나아가, 고압 라인이 삭제됨에 따라 시스템 운용시 안전성을 제공할 수 있고, 연료 전지 시스템 전체를 간소화하고 원가를 절감하는 효과 등의 이점을 기대할 수 있다.
다만, 인-탱크 레귤레이터를 포함하여 수소 공급계를 구성하는 경우에는, 고압용기의 압력을 측정하기 위해 고압용기와 직접 연결되는 별도의 직관유로를 필수적으로 포함해야 하며, 상기 직관유로 상에 압력을 측정하기 위한 고압센서를 구비할 수 있다. 종래에는 고압센서를 직관유로로부터 분리하는 경우, 고압이 걸리는 직관유로가 외부로 노출되는 문제가 발생하므로 고압용기 내부의 가스를 모두 배기한 후 고압센서를 분리해야만 했었다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 인-탱크 레귤레이터 내부의 직관유로 상에 구비될 수 있는 차단밸브를 포함한다. 또한, 고압센서가 레귤레이터, 상세하게는 레귤레이터 내부의 직관유로로부터 분리될 때 차단밸브가 직관유로를 폐쇄하여 직관유로 내부의 고압이 외부로 노출되는 것을 방지하는 것에 관한 발명이다. 또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 고압용기에서 수소가 충전/방출되는 노즐부를 포함하는 밸브 측이 아닌, 엔드 플러그에 의해 밀폐되는 밸브의 반대측에 직관유로, 차단밸브 및 고압센서를 형성할 수 있다. 이 경우에도 고압용기 내부의 압력과 동일한 압력이 엔드 플러그 측에 형성되는 직관유로에 형성되며, 고압센서의 탈/부착에 따라 차단밸브의 개폐 여부가 결정될 수 있다는 것은 인-탱크 레귤레이터에 직관유로가 형성된 경우와 동일할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템의 구성과 작동 원리에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 나아가, 이하에서 설명하는 본 발명은 인-탱크 레귤레이터를 사용한 고압용기에 관한 것인 바, 인-탱크 레귤레이터(100)와 레귤레이터(100)의 표현을 혼용하였으나, 양자는 동일한 구성을 의미할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도면으로써 본 발명을 포함하는 연료 전지 시스템의 수소 공급계의 구성을 도시한 도면이다. 도 2에서 고압센서(200)와 고압용기 사이에 차단밸브(300)가 구비될 수 있음을 도시하고 있다. 또한, 도 2에 도시된 고압용기, 솔레노이드 밸브, 필터 및 매뉴얼 밸브 등의 구성은 종래 일반적인 연료 전지 시스템의 수소 공급계에서 일반적으로 채택, 사용될 수 있는 구성으로서, 통상의 기술 범위 내에서 선택할 수 있으므로 이하에서는 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템의 구조를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템에서는 인-탱크 레귤레이터(100)가 제시될 수 있다. 인-탱크 레귤레이터(100)는 고압용기의 내부와 직접 연결 또는 연통되어 있으며 따라서 인-탱크 레귤레이터(100)는 고압용기 내부의 고압 상태를 공유할 수 있다.
인-탱크 레귤레이터(100)는 그 내부에 직관유로(110)를 포함할 수 있다. 인-탱크 레귤레이터(100)는 직관유로(110)를 통하여 고압용기의 내부와 직접 연결 또는 연통될 수 있다. 즉, 본 발명의 직관유로(110)는 고압용기의 내부로부터 연장되는 유로라고 간주할 수 있다. 따라서, 직관유로(110)의 압력이 고압용기 내부의 압력과 항상 동일하게 유지될 수 있다. 그러므로 직관유로(110)에서 측정하는 압력이 고압용기 내부의 압력이라고 판단할 수 있다.
직관유로(110)는 그 단면의 형상에 구애받지 않으며, 바람직하게는 원통형으로 형성될 수 있다. 또한 직관유로(110)의 폭은 해당 직관유로(110)를 통해 기체 또는 유체가 연통할 수 있을 수 있다면 무방하며, 직관유로(110)의 폭은 특정 지점 또는 특정 위치에 따라 다르게 형성될 수 있다.
상기한 직관유로(110)의 일 지점에 지관유로의 돌출부(120)가 형성될 수 있다. 상기 돌출부(120)는 차단밸브(300)와 고압센서(200)가 직관유로(110) 내부에서 만나는 지점에 형성될 수 있다. 돌출부(120)의 형상에는 제한이 없으며, 다만 차단밸브(300)의 일단과 맞닿아 직관유로(110)를 폐쇄할 수 있는 형상이면 무방하며, 바람직하게는 직관유로(110)의 내부 단면으로부터 일정크기만큼 튀어나와 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 인-탱크 레귤레이터(100)의 끝단에서 직관유로(110)의 직경이 커질 수 있다. 직경이 커진 직관유로(110)로 고압센서(200)가 삽입, 연결 또는 체결될 수 있다. 본 발명에서는 고압센서(200)가 직관유로(110)로 삽입, 연결 또는 체결되는 방법에 구애받지 않으며, 다만 고압센서(200)와 직관유로(110) 사이에서 기밀을 유지할 수 있는 방법이라면 족하다. 바람직하게는 고압센서(200)가 직관유로(110)로 삽입되는 지점에 나사홈이 파여있고, 직관유로(110)에서 고압센서(200)가 삽입되는 지점에 고압센서(200)의 나사홈에 대응되는 별도의 나사골이 형성될 수 있다. 따라서, 고압센서(200)와 직관유로(110), 즉 레귤레이터(100)는 나사 체결 방식에 의해 체결될 수 있다. 나아가, 고압센서(200)와 직관유로(110)가 맞닿는 지점에는 고압센서(200)와 직관유로(110) 사이의 기밀을 더 잘 유지하기 위한 실링 부재를 구비할 수 있다. 바람직하게는 오링(O-ring)을 사용할 수 있다. 즉, 도 3을 참고하면, 돌출부(120)를 지난 직관유로(110)는 그 직경이 단계적으로 커지는 구조로 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용되는 차단밸브(300)는 NC 밸브(Normally closed) 밸브를 사용할 수 있다. 차단밸브(300)는 일측에는 레귤레이터(100), 상세하게는 레귤레이터 내부의 직관유로(110)와 체결되기 위한 구성을 포함할 수 있다. 차단밸브(300)와 레귤레이터(100), 상세하게는 레귤레이터 내부의 직관 유로의 체결 방법에는 한정이 없으며, 바람직하게는 나사 체결 방식에 의해 체결될 수 있다. 또한, 나사 체결된 지점에는 차단밸브(300)와 직관유로(110) 사이의 실링을 잡아주고, 진동을 방지할 수 있는 실링 부재를 포함할 수 있다. 바람직하게는 오링(O-ring)을 차단밸브(300)와 직관유로(110) 사이에 구비할 수 있다.
차단밸브(300)는 직관유로(110)의 돌출부(120)에 배치되는 측에 테이퍼부(310)를 포함할 수 있다. 테이퍼부(310)의 가장 작은 폭은 돌출부(120)에 의해 형성되는 동공의 폭보다 작을 수 있고, 테이퍼 부의 가장 큰 폭은 돌출부(120)에 의해 형성되는 동공의 폭보다는 크고, 직관유로(110)의 폭 보다는 작게 형성될 수 있다. 따라서, 테이퍼부(310)는 원칙적으로 직관유로(110) 상에서 자유로이 이동할 수 있다. 다만, 돌출부(120)에 테이퍼부(310)가 삽입되는 경우, 테이퍼부(310)는 돌출부(120)의 폭과 테이퍼부(310)의 폭이 동일한 테이퍼부(310)의 일 지점까지 돌출부(120)를 관통하여 삽입될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 테이퍼부(310)의 뾰족한 일부분이 돌출부(120)에 의해 형성된 동공으로 삽입될 수 있는 형태를 가질 수 있다.
나아가, 차단밸브(300)의 테이퍼부(310)가 직관유로(110)의 돌출부(120)에 최대로 삽입된 경우, 즉 테이퍼부(310)의 경사면과 돌출부(120)가 맞닿아 양 구성 사이에 틈이 메워진 경우, 고압용기로부터 연장되는 직관유로(110)는 폐쇄될 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용될 수 있는 고압센서(200)는 센서부(220)와 체결부(210)를 포함할 수 있다. 고압센서(200)의 센서부(220)는 고압센서(200)의 일단에 형성될 수 있으며 센서부(220)의 폭은 직관유로(110)의 돌출부(120)에 의해 형성되는 동공보다 작게 형성될 수 있다. 따라서, 고압센서(200)를 레귤레이터(100), 상세하게는 레귤레이터 내부의 직관유로(110)로 장착 또는 삽입하는 경우, 센서부(220)가 직관유로(110)의 돌출부(120)에 의해 형성되는 동공 내부로 삽입될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 고압센서(200)는 상이한 길이의 직경을 가지는 원통형 실린더가 여러개 붙은 형태로 구비될 수 있다. 더욱 바람직하게는 가장 좁은 폭을 가지는 원통형 센서부(220)와 센서부(220)를 지나 센서부(220)보다는 큰 폭을 가지는 원통형 삽입부, 삽입부를 지나 삽입부보다는 큰 폭을 가지며 나사 체결을 위한 나사홈이 파여져있는 원통형의 체결부(210) 및 외부로 노출되며 가장 큰 폭을 가지는 원통형의 조작부를 포함하여 구비될 수 있다. 나아가, 고압센서(200)와 레귤레이터(100), 상세하게는 레귤레이터의 직관유로(110) 사이에서 실링을 잡아주고 진동을 방지하기 위한 실링 부재가 구비될 수 있다. 바람직하게는 고압센서(200)의 삽입부와 레귤레이터 내부의 직관유로(110) 사이에 오링(O-ring)이 삽입될 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 5에 따른, 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템의 구동 순서와 원리에 대하여 설명한다. 도 4는 종래 인-탱크 레귤레이터가 장착된 고압용기에서 직관유로(110)의 리크, 고압센서(200)의 오류 및/또는 실링 부재가 파손된 경우에 대처 로직에 관한 도면이다. 도 4에 따르면, 종래 인-탱크 레귤레이터와 고압센서(200)가 장착된 직관유로(110)에서는 고압센서(200)를 인-탱크 레귤레이터(100)로부터 탈거 또는 분리하는 경우, 직관유로(110) 내부의 고압이 그대로 외부로 노출될 수 있었다. 이 경우, 수소 폭발등의 위험한 상황을 초래할 수 있는바, 고압센서(200)의 탈거 또는 분리 이전에 고압용기 내부 및 직관유로(110)의 고압의 외부로의 완전 배기가 필수적으로 선행되어야 했다.
다만, 도 3을 다시 참고하면, 도 3에서는 고압센서(200)가 인-탱크 레귤레이터(100), 상세하게는 레귤레이터 내부의 직관유로(110)와 체결될 수 있다. 이 때에는 고압센서(200)의 센서부(220)가 직관유로(110)의 돌출부(120)에 의해 형성된 동공을 관통하여 차단밸브(300)의 테이퍼부(310)에 닿아 있을 수 있다. 또한, 고압센서(200)의 센서부(220)가 직관유로(110) 내부에서 차단밸브(300)의 테이퍼부(310)의 첨단을 고압용기 방향으로 가압할 수 있다. 차단밸브(300)는 테이퍼부(310)가 가압됨에 따라 개방상태로 전환될 수 있다.
따라서, 고압센서(200)의 센서부(220)가 직관유로(110)와 직접 접속, 연결되며, 고압센서(200)의 센서부(220)가 직관유로(110)의 내부 압력 및 고압용기의 내부 압력에 그대로 노출될 수 있다. 그러므로, 고압센서(200)가 인-탱크 레귤레이터(100), 상세하게는 레귤레이터의 직관유로(110)에 체결된 상태에서는 고압센서(200)의 센서부(220)가 고압용기 내부의 압력을 정확하게 검출해 낼 수 있다.
즉, 고압센서(200)가 나사 체결을 통해 직관유로(110)와 완전히 밀착, 결합 또는 체결된 상태에서는 고압센서(200)의 센서부(220)가 직관유로(110)의 돌출부(120)에 의해 형성되는 동공에 삽입될 수 있으며, 고압센서(200)의 센서부(220)가 차단밸브(300)의 테이퍼부(310)를 직관유로(110) 상에서 고압용기 방향으로 가압하여 고압센서(200)의 센서부(220)가 고압용기 내부의 압력과 동일한 압력에 노출될 수 있다.
도 5는 본 발명에서 고압센서(200)가 인-탱크 레귤레이터(100)로부터 분리되는 실시예에 따른 도면으로서, 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템에서 고압센서(200)를 분리 및 탈거 후 재장착 및 재체결하는 일련의 과정에 대한 흐름을 설명하고 있다. 도 5에 따르면, 직관유로(110)의 리크, 고압센서(200)의 오류 및/또는 실링 부재가 파손되는 경우, 이상 상황이 발생한 부재의 교체, 수리를 위하여 고압센서(200)를 인-탱크 레귤레이터(100), 상세하게는 레귤레이터의 직관유로(110)로부터 분리할 수 있다.
고압센서(200)가 레귤레이터의 직관유로(110)로부터 분리되면 차단밸브(300)는 NC(Normally closed) 상태로 자연히 복귀하게 되며, 직관유로(110)를 폐쇄할 수 있다. 또한, 차단밸브(300)의 폐쇄와 더불어 직관유로(110) 내측에 형성된 고압용기의 고압이 차단밸브(300)를 직관유로(110)의 돌출부(120)에 대하여 가압하는 힘에 의해서도 차단밸브(300)와 직관유로(110)의 돌출부(120) 사이에서의 기밀이 더 잘 유지될 수 있다. 고압센서(200)가 인-탱크 레귤레이터(100)로부터 분리된 이후에는 고압센서(200) 또는 고압센서(200)와 인-탱크 레귤레이터(100) 사이에 구비되어 있던 실링부재를 교체할 수 있다.
나아가, 고압센서(200)를 레귤레이터 내부의 직관유로(110)로 다시 장착, 체결 시키는 경우, 종래에는 고압용기에 일정 압력 이상이 형성되도록 수소를 재주입했어야 하지만, 본 발명에서는 고압용기 내부의 수소는 발명의 실시 전 과정에 걸쳐서 고압 상태를 유지하고 있으므로, 수소를 재충전하는데 필요하였던 추가적인 시간 및 수소량 등을 절감할 수 있다.
이상에 상세히 설명한 것과 같은 본 발명에 따르면, 고압센서(200)를 탈착시키면서 고압에 의해 차단밸브(300)가 직관유로(110)를 차단하게 되므로 고압센서(200)의 탈착을 위해 고압용기 내부의 가스를 외부로 배기시키지 않아도 된다는 효과를 가진다. 즉, 고압센서(200)의 교체를 위한 정비 공정이 단순화되어 소요 시간을 단축할 수 있다.
또한, 종래에는 고압용기로부터 가스가 모두 배기되는 동안 외부리크 또는 부품의 문제가 지속적으로 발생할 수 밖에 없었으나, 본 발명에서는 고압센서(200)를 탈착함과 동시에 차단밸브(300)가 고압라인을 폐쇄시키므로 이상, 문제 상황에서의 대처에 소요되는 시간을 현저히 단축할 수 있다.
또한, 가솔린 차량의 경우, 부품 교체를 위해 가솔린을 모두 외부로 빼낸 후, 재사용이 가능한 것에 비해, 가스를 연료로써 사용하는 본 발명에서는 연료를 외부로 배기하는 경우 대기 중으로 방출시킬 수 밖에 없으므로 종래 기술에 비해 본 발명에서는 연료를 배기하지 않아도 된다는 점에서, 불필요한 연료의 소모를 방지할 수 있다.
또한, 고압센서(200) 재체결 후, 종래에는 리크의 확인을 위하여 고압용기의 압력을 다시 약 700bar 수준의 고압으로 올려서 확인해야만 했으나, 본 발명에서는 고압용기의 압력을 배기하지 않은 상태가 유지되므로 단 시간 내에 용이하게 리크 발생 여부를 확인할 수 있다.
또한, 고압용기 내부에 위치한 인-탱크 레귤레이터(100)에 의해 수소가 감압되어 연료 전지 시스템의 수소 공급계로 전달되므로 수소 공급계의 내구성이나 기밀성이 증가되며, 충전배관을 제외하고는 고압라인이 형성되지 않으므로 수소 공급계의 안전성 및 안정성이 증대될 수 있다.
본 발명의 핵심 사상은 인-탱크 레귤레이터를 채용함으로써, 고압용기와 직접 연통되는 직관유로에 고압센서의 장착이 필수적인 점을 고려하여, 고압용기와 고압센서 사이의 직관유로 일지점에 차단밸브를 설치하고, 고압센서의 탈/부착 여부와 차단밸브의 개/폐 여부가 동기화되도록 하며, 상세하게는 고압센서가 체결되는 경우, 차단밸브를 가압하여 개방하도록 하고, 고압센서가 분리 되는 경우, 차단밸브가 폐쇄되는 상태를 유지하도록 하여, 직관유로 내부의 고압이 외부로 노출되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명, 기술하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
나아가, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고 있다. 그리고 상기에서 사용된 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니며 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 인-탱크 레귤레이터
110 : 직관유로
120 : 직관유로의 돌출부
200 : 고압센서
210 : 고압센서의 체결부
220 : 고압센서의 센서부
300 : 차단밸브
310 : 차단밸브의 테이퍼부

Claims (10)

  1. 고압용기의 내부와 직접 연통되는 직관유로;
    일부가 상기 직관유로 내부로 인입 가능하며, 상기 직관유로와 체결 및 분리가 가능한 고압센서; 및
    상기 고압용기와 상기 고압센서 사이의 상기 직관유로 상에 배치되는 차단밸브;
    를 포함하고,
    상기 고압센서가 상기 직관유로로부터 분리됨에 따라, 상기 직관유로가 상기 차단밸브에 의해 밀폐되며,
    상기 차단밸브는 상기 고압센서 측의 일단에 형성되는 테이퍼부를 더 포함하고,
    상기 고압센서는 상기 직관유로의 압력을 측정하도록 구성된 센서부를 더 포함하며,
    상기 직관유로는 상기 직관유로의 일지점에 형성되는 돌출부를 더 포함하고,
    상기 센서부가 상기 돌출부에 의해 형성되는 동공에 인입하여 상기 테이퍼부를 상기 직관유로 내측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고압용기는
    인-탱크 레귤레이터;
    를 더 포함하고, 상기 직관유로는 인-탱크 레귤레이터의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼부는 상기 고압센서 측으로 갈수록 상기 테이퍼부의 폭이 감소하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고압센서는 상기 고압센서와 상기 레귤레이터가 체결되는 체결부;
    를 더 포함하고,
    상기 체결부는 나사 체결에 의해 상기 레귤레이터와 상기 고압센서를 체결시키는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 차단밸브와 상기 고압센서 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 고압센서가 상기 직관유로로 인입될 때, 상기 센서부가 상기 테이퍼부를 상기 직관유로 내측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 고압센서가 상기 레귤레이터로부터 분리되면, 상기 직관유로 내부의 고압에 의해 상기 테이퍼부가 상기 돌출부를 상기 직관유로의 외측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 차단밸브는 외력이 작용하지 않는 경우, (NC, Normally closed) 닫힘 상태를 유지하는 밸브인 것을 특징으로 하는 인-탱크 레귤레이터 압력 측정 시스템.




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