KR100747265B1 - 연료전지차량의 냉시동 밸브구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지차량의 냉시동 밸브구조에 관한 것으로, 기온의 강하로 인한 냉각수의 결빙을 방지하고자 냉각루트상의 냉각수를 드레인시킬 때에 냉각수가 드레인밸브에 잔류되지 않게 하여 드레인밸브의 결빙을 원천적으로 방지해서 드레인밸브의 원활한 동작을 확실하게 보장할 수 있고, 결빙을 해소하기 위한 별도의 히팅수단이나 불필요하여 중량과 원가 절감 및 에너지의 소비를 방지할 수 있으며, 기온의 강하시에도 해빙할 필요가 없으므로 연료전지차량의 냉시동성을 향상시킬 수 있도록 하기 위해, 타원 형상의 밸브시트를 형성하고 있는 유입파이프와 이 유입파이프와 평행하게 배치되는 유출파이프를 서로 연통되게 접속하는 밸브바디가 상기 유입파이프에 대해 소정 각도로 경사지게 형성되고, 상기 밸브바디의 내부에는 상기 밸브시트를 개폐하는 포펫밸브가 동일한 각도로 경사져서 상하로 이동가능하게 설치된 구조로 되어 있다.

Description

연료전지차량의 냉시동 밸브구조{Cooling starting valve structure in fuel battery vehicle}

도 1은 종래 기술에 따른 연료전지차량의 냉각시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 연료전지차량의 냉시동 밸브의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11-유입파이프 12-유출파이프

13-냉시동 밸브 13a-밸브바디

13b-포펫밸브 13c-실리콘 커버

13d-밸브축

본 발명은 연료전지차량의 냉시동 밸브에 관한 것으로, 특히 배수성이 양호하여 별도의 소요 동력 없이도 구동이 가능하고, 결빙 해제시간이 걸리지 않으므로 연료전지차량을 즉시 시동할 수 있으며, 영하의 기온에서도 차량의 시동 안정성을 보장할 수 있도록 한 연료전지차량의 냉시동 밸브구조에 관한 것이다.

종래 연료전지차량의 냉각시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 라디에이터(1) 와 열교환기(2)를 순환하는 냉각수를 구비한 제1냉각루트와, 연료전지스택(3)에서 펌프(4)와 리저버탱크(5) 및 상기 열교환기를 거쳐서 순환하는 냉각수를 구비한 제2냉각루트를 갖추고 있다.

이에 따라, 연료전지스택의 냉각수는 상기 제1냉각루트의 냉각수와 상기 열교환기에서 열교환을 통해 냉각되어 연료전지스택을 냉각하게 된다.

그리고, 상기 연료전지스택과 제2냉각루트는 별도의 급 해빙 어셈블리(6;Rapid Thaw Assembly)와 드레인통로를 통해 연결되고, 상기 드레인통로에는 각각 솔레노이드밸브 형식의 드레인밸브(7)가 설치되어 있어서, 외부 기온이 영하로 떨어질 때에 상기 드레인밸브를 개방하여 상기 제2냉각루트와 연료전지스택에 있는 냉각수를 드레인시켜 냉각수의 결빙을 방지하게 된다.

한편, 차량이 재시동시에는 상기 드레인밸브가 닫히면서 상기 펌프를 통해 급 해빙 어셈블리내에 저장된 냉각수를 펌핑하여 제2냉각루트에 냉각수를 채워 넣고 있는 데, 이 때에 상기 드레인밸브가 제대로 닫혀 있어야 상기 펌프를 통해 냉각수를 펌핑하여 제2냉각루트에 냉각수를 채워 넣을 수 있게 된다.

상기 드레인밸브에는 물의 표면장력 때문에 밸브 표면에 얼어붙는 물로 인해 차량의 재시동시 밸브가 동작하지 못하게 되는 문제점을 방지하고자 별도의 히팅수단이 구비되는 데, 통상적으로는 열선이 감겨지는 형태로 설치되고 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 연료전지차량의 냉각시스템이 있어서, 드레인밸브에서 냉각수의 결빙을 해빙시키기 위해 별도의 히팅수단을 사용함에 따라 해빙시간과 해빙 동력이 소모되는 등의 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, 기온의 강하로 인한 냉각수의 결빙을 방지하고자 냉각루트상의 냉각수를 드레인시킬 때에 냉각수가 드레인밸브에 잔류되지 않게 하여 드레인밸브의 결빙을 원천적으로 방지해서 드레인밸브의 원활한 동작을 확실하게 보장할 수 있고, 결빙을 해소하기 위한 별도의 히팅수단이나 불필요하여 중량과 원가 절감 및 에너지의 소비를 방지할 수 있으며, 기온의 강하시에도 해빙할 필요가 없으므로 연료전지차량의 냉시동성을 향상시킬 수 있도록 한 연료전지차량의 냉시동 밸브구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 타원 형상의 밸브시트를 형성하고 있는 유입파이프와 이 유입파이프와 평행하게 배치되는 유출파이프를 서로 연통되게 접속하는 밸브바디가 상기 유입파이프에 대해 소정 각도로 경사지게 형성되고, 상기 밸브바디의 내부에는 상기 밸브시트를 개폐하는 포펫밸브가 동일한 각도로 경사져서 상하로 이동가능하게 설치된 구조로 되어 있다.

바람직하기로는, 상기 포펫밸브는 상기 밸브바디에서 밸브바디의 내주면과 상기 밸브시트에 대해서 원주방향과 상하 방향으로 이격되게 설치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 포펫밸브에는 실리콘 재질의 커버가 씌워진 것을 특징으로 한다.

상기 유입파이프의 내주면에는 물방울의 접촉각이 140° 이상 되게 하는 코 팅층이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 밸브바디와 밸브시트는 상기 유입파이프에 대해 35° 내지 55° 사이의 경사각도를 가지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따른 연료전지차량의 냉시동 밸브의 단면이 도시되어 있는 바, 즉 연료전지스택에서 열교환기를 거쳐서 순환하여 상기 연료전지스택을 냉각하는 냉각수의 제2냉각루트와 연결된 유입파이프(11)와 급 해빙 어셈블리와 연결된 유출파이프(12)가 평행한 방향으로 배치되고, 상기 2개의 파이프는 냉시동 밸브(13)의 밸브바디(13a)를 통해 서로 연통되게 연결되어 있다.

상기 2개의 파이프가 서로 평행한 방향으로 배치되어 있기 때문에 상기 유입파이프를 개폐하기 위해서는 상기 유입파이프의 출구가 타원 형상으로 절개되어 타원 형상의 밸브시트(11a)를 형성하면서 이 밸브시트가 상기 밸브바디(13a)에 연통되게 접속되고, 상기 밸브시트(11a)에 밀착되거나 이격되어 상기 유입파이프를 개폐하는 포펫밸브(13b)는 상기 밸브바디내에 소정 각도로 경사지게 설치되어 있다.

즉, 기온의 강하로 인해 제2냉각루트상의 냉각수를 급 해빙 어셈블리로 드레인시킬 때에 상기 포펫밸브는 개방되어 유입파이프를 통해 제2냉각루트내의 냉각수가 급 해빙 어셈블리로 드레인될 수 있게 하고, 차량의 재시동시에는 상기 포펫밸브가 상기 유입파이프의 밸브시트에 밀착되어서 유입파이프를 막아줌으로써, 펌프로 급 해빙 어셈블리에 저장된 냉각수를 제2냉각루트에 채워 넣을 때에 상기 유출파이프를 통해 냉각수가 제2냉각루트로 유입되는 것을 방지하게 된다.

상기 포펫밸브는 상기 밸브바디내에서 경사지게 설치되는 각도는 상기 유입파이프에 형성된 타원형상의 밸브시트의 경사각도와 동일한 각도를 이루고 있다. 상기 포펫밸브의 외주면에는 포펫밸브가 밸브시트에 밀착될 때에 그 기밀성을 향상시키기 위해 실리콘 재질의 커버(13c)가 씌워져 있다.

또한, 상기 포펫밸브(13b)는 상기 밸브바디의 내주면에 대해 원주 방향과 상하 방향으로 각각 이격되게 설치되어 있어서, 밸브바디내에 냉각수가 잔류하여 결빙되어도 상기 포펫밸브가 냉각수의 결빙으로 인해 밸브바디에 일체로 고착될 염려가 없게 된다.

상기 포펫밸브를 상하로 이동시키기 위해 포펫밸브에는 밸브축(13d)이 일체로 형성되고, 상기 밸브축의 외주면에는 도시되지 않은 코일과 같은 자력발생수단과 스프링과 같은 리턴수단이 구비되어 있어서, 예컨대 코일에 전류가 적절한 제어수단으로부터 제어전류가 인가되면 상기 코일이 자력을 발생시켜 상기 밸브축과 포펫밸브를 상방향으로 당겨줌으로써 상기 포펫밸브가 상기 유입파이프를 개방시키는 반면에 제어전류를 차단하게 되면, 상기 밸브축과 포펫밸브가 리턴스프링에 의해 원래의 위치로 복귀되어 상기 유입파이프를 막아주게 된다.

상기 밸브축의 경사각도와 상기 밸브시트의 경사각도는 상기 유입파이프에 대해 35°~ 55° 사이가 바람직하다.

또한, 상기 유입파이프의 내주면에는 코팅층(11b)이 형성되어 있어서 냉각수가 유입파이프의 내주면에 물방울 형태로 잔류해서 결빙되는 것을 방지하게 되는 데, 냉각수 물방울의 접촉각은 140° 이상 되도록 코팅층을 형성하여 냉각수가 완 전히 배수되게 한다.

상기 유입파이프에 형성되는 밸브시트의 두께는 0.6mm 이하로 제작하여야 물방울이 결빙되는 것을 최소화시킬 수 있게 되고, 상기 포펫밸브는 밸브바디와 상기 밸브시트에 대해 최소 4mm 이상으로 이격되어야 포펫밸브가 물방울의 결빙에 의해 일체로 고착되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전비차량의 냉시동 밸브구조에 의하면, 기온의 강하로 연료전지스택과 그 냉각수 순환경로내에 있는 냉각수를 드레인시킬 때에 상기 유입파이프를 개방시켜 급 해빙 어셈블리로 냉각수가 드레인되게 하는 바, 이 때에 냉각수가 급 해빙 어셈블리로 드레인된 후에 유입파이프에 존재할 수 있는 냉각수의 물방울은 상기 코팅층에 의해 완전 배수되게 되어, 물방울 결빙을 효과적으로 방지할 수 있게 되고, 또한 밸브바디에 잔류되는 물방울로 인해 포펫밸브가 밸브바디와 일체로 고착될 염려가 없게 되어, 포펫밸브의 결빙을 해소하기 위한 별도의 히팅수단이 블필요해져 중량과 원가 절감 및 에너지 낭비를 방지할 수 있고, 해빙시간도 걸리지 않으므로 차량을 즉시 시동할 수 있는 냉시동성능이 향상되게 되는 등의 효과가 있게 된다.

Claims (7)

1. 타원 형상의 밸브시트를 형성하고 있는 유입파이프와 이 유입파이프와 평행하게 배치되는 유출파이프를 서로 연통되게 접속하는 밸브바디가 상기 유입파이프에 대해 소정 각도로 경사지게 형성되고, 상기 밸브바디의 내부에는 상기 밸브시트를 개폐하는 포펫밸브가 동일한 각도로 경사져서 상하로 이동가능하게 설치된 연료전지차량의 냉시동 밸브구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 포펫밸브는 상기 밸브바디에서 밸브바디의 내주면과 상기 밸브시트에 대해서 원주방향과 상하 방향으로 이격되게 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 냉시동 밸브구조.
3. 제 2항에 있어서, 상기 포펫밸브에는 실리콘 재질의 커버가 씌워진 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 냉시동 밸브구조.
4. 제 1항에 있어서, 상기 유입파이프의 내주면에는 물방울의 접촉각이 140° 이상 되게 하는 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 냉시동 밸브구조.
5. 제 1항에 있어서, 상기 밸브바디와 밸브시트는 상기 유입파이프에 대해 35° 내지 55° 사이의 경사각도를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 냉시동 밸브구조.
6. 제 1항에 있어서, 상기 포펫밸브에는 밸브축이 일체로 형성되고, 상기 밸브축에는 상기 포펫밸브를 상하로 경사지게 이동시키기 자력발생수단과 리턴수단이 각각 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 냉시동 밸브구조.
7. 제 1항에 있어서, 상기 유입파이프는 연료전지스택과 그 냉각수 순환경로와 연통되게 접속되고, 상기 유출파이프는 급 해빙 어셈블리와 연통되게 접속된 것을 특징으로 하는 연료전지차량의 냉시동 밸브구조.

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