KR101000419B1 - 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 차량용 물저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 물저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전 중인 연료전지 스택의 냉각을 위해 냉각수를 저장 및 공급하는 동시에 스택에서 생성된 생성수가 모이도록 된 연료전지 차량용 냉각수 담수장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연료전지 시스템의 운전 중 유입된 스택 생성수로 인해 시동 오프 후 내부의 물이 오버플로우(overflow)되는 현상을 방지하기 위해, 리저버 하우징에 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 장착하고, 이를 이용해 연료전지 시스템의 운전 중 유입되는 스택 생성수에 대해서는 차량 주행 중 상기 드레인 밸브를 통해 실시간 자동 배출될 수 있도록 한 연료전지 차량용 냉각수 담수장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 담수장치에서는 운전 중 유입되는 스택 생성수의 양만큼 차량 주행시 주행풍에 의해 물을 자동 배출하므로 종래와 같은 오버플로우 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

연료전지, 냉각수, 담수장치, 리저버, 생성수, 오버플로우, 드레인 밸브, 주행풍, 물저장장치

Description

주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 차량용 물저장장치{Water reservior for vehicle hanving drin valve using drive wind force}

본 발명은 차량용 물저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전 중인 연료전지 스택의 냉각을 위해 냉각수를 저장 및 공급하는 동시에 스택에서 생성된 생성수가 모이도록 된 연료전지 차량용 냉각수 담수장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템이다.

상기 연료전지 시스템은 크게 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물관리 시스템으로 구성된다.

이와 같은 구성으로 연료전지 시스템에서는 연료인 수소와 공기 중의 산소에 의한 전기화학반응에 의해 전기를 발생시키고, 반응부산물로 열과 물을 배출하게 된다.

상기 연료전지 시스템은 특히 반응부산물로 열을 발생시키므로 스택의 온도 상승을 방지하기 위해 스택을 냉각시키는 장치가 필수적이다.

첨부한 도 1은 연료전지 차량용 냉각 시스템의 개략적인 구성도로서, 2루프(loops) 시스템을 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 제1냉각루프(10)와 제2냉각루프(14)가 구성되며, 스택(11)의 냉각을 위해 중간 열교환기(12)를 사용하는데, 제1냉각루프(10)에서는 냉각수가 스택(11), 중간 열교환기(12), 순환펌프(13)의 경로로 순환되며, 제2냉각루프(14)에서는 냉각수가 순환펌프(15), 중간 열교환기(12), 라디에이터(16)의 경로로 순환된다.

보다 상세하게는, 순환펌프(13)에 의해 제1냉각루프(10)를 순환하는 냉각수가 스택(11)의 냉각수 통로를 통과하면서 스택으로부터 열을 빼앗게 되며, 이후 제1냉각루프의 냉각수가 중간 열교환기(12)에서 제2냉각루프(14)를 순환하는 냉각수에게 열을 전달하게 된다.

중간 열교환기(12)에서 제1냉각루프(10)의 냉각수로부터 열을 전달받은 제2냉각루프(14)의 냉각수는 라디에이터(16)를 통과하면서 방열하여 냉각되며, 결국 스택(11)의 반응열이 제1냉각루프(10)의 냉각수, 중간 열교환기(12), 제2냉각루프(14)의 냉각수, 라디에이터(16)의 경로로 최종 방출되게 된다.

여기서, 스택(11)을 1차적으로 냉각하는 제1냉각루프(11)의 경우에 시스템을 오프(off)시키면 루프 내의 냉각수들이 중력의 영향을 받아 모두 시스템 아래, 즉 차량의 가장 아래쪽에 장착된 냉각수 담수장치(물탱크)(20)로 흘러 내려오며, 시스템의 온(on) 시에는 흡입펌프(17)에 의해 시스템 내부가 진공 조건이 되면 압력차에 의해 담수장치(20)의 물이 시스템 내부로 올라가게 된다.

이러한 역할을 하는 냉각수 담수장치는 체결부 시일링(sealing) 및 시스템 진공시의 원활한 냉각수 공급능력을 최우선적으로 만족해야 한다.

첨부한 도 2는 종래의 연료전지 차량용 담수장치를 도시한 사시도로서, 담수장치(20)는 냉각수(생성수 포함)가 저장되는 일종의 물탱크이기 때문에 물이 저장될 수 있는 일정한 저장공간을 가지는데, 그 구성은 일정한 내부공간을 갖는 리저버 하우징(21), 리저버 하우징(21)의 상부를 덮는 커버(22), 상기 커버(22)의 상부에 설치되는 다수의 포트(23~26)들을 포함한다.

여기서, 상기 포트로는 흡입펌프(17)에 연결되는 흡입포트(23)를 포함하며, 흡입펌프(17)의 구동시에 상기 흡입포트(23)를 통해 리저버 하우징(21)의 내부공간에서 냉각수가 흡입되어 냉각수 라인으로 공급된다. 상기 흡입포트(23)를 통해 흡입된 냉각수는 도 1의 냉각 시스템에서 제1냉각루프(10)의 냉각수 라인으로 공급되어 순환된다.

상기 흡입포트(23)는 리저버 하우징(21)의 저면까지 연결되어 있기 때문에 리저버 하우징 하단의 물을 빨아들일 수 있으며, 이에 차량이 경사로에서 기울어져 있어도 물 공급이 가능하게 된다.

또한 담수장치(20)에 설치되는 그 밖의 포트로는 시동 오프시에 냉각수 라인 에 있던 냉각수가 회수되어 내려오는 냉각수 회수포트(24), 그리고 스택으로 최종 연결되어 스택에서 생성된 생성수가 유입되는 생성수 유입포트(25), 리저버 하우징의 내부공간에 과도하게 물이 유입되는 경우 물을 배출시키기 위한 오버플로우 포트(26) 등이 설치된다.

앞서 언급한 바와 같이 상기와 같은 연료전지 차량용 담수장치는 차량의 가장 아래쪽에 장착되어, 연료전지 시스템의 오프시에는 냉각수 라인의 물이 중력에 의해 모이게 되고, 연료전지 시스템의 온 시에는 흡입펌프의 구동에 의해 내부의 냉각수가 냉각 시스템의 냉각수 라인으로 공급될 수 있게 된다.

한편, 연료전지 차량용 냉각수 담수장치와 관련한 선행 특허(특허출원 제2007-130091호 등)에서는 원가 절감 및 경량화, 매미 고리 사용을 통한 조립성 및 체결성(기밀성) 향상, 기본 성능을 향상(연료전지 시스템의 시동시에 냉각수 토출 성능 향상을 통한 시동 시간 단축 및 경사 시동 성능 향상 등)시키는데 성공하였다.

그러나, 종래의 담수장치에서는 연료전지 시스템의 시동 오프시에 다량의 생성수가 오버플로우되는 문제가 있다. 즉, 차량의 운행 중에 생성된 생성수가 담수장치(물탱크)에 실시간으로 모이게 되고, 시동을 끄면 냉각수 라인에 있던 냉각수들도 담수장치로 내려오게 되므로, 운행을 마치고 주차된 자리에 항상 물이 흥건하게 고이는 문제점이 있다.

보다 상세히 설명하면, 차량의 운행 중에는 스택에서 생성된 생성수가 실시간으로 차량 최하단부에 장착된 담수장치로 모이게 된다. 또한 시동을 끄면 냉각 수 라인을 따라 순환되었던 냉각수 또한 담수장치로 모이게 된다.

이에 담수장치에 남아 있던 물, 운행 중에 추가로 생성된 스택 생성수, 그리고 냉각수 라인에 있던 물이 모두 담수장치로 모이게 되며, 결국 담수장치의 물 저장용량을 초과하는 만큼의 물이 항상 주차장 바닥으로 넘쳐 흐르게 되는 것이다.

일 예를 들면, 연료전지 차량의 담수장치에 16L 정도의 물이 있는 상태에서 시동시에 13L 정도의 물이 냉각수 라인으로 빨려 올라간다면 담수장치에는 약 3L 정도의 물이 남아 있게 된다.

여기에 운전 중 생성수(αL)가 실시간으로 내려와서 담수장치에 모이게 되면 운전중 담수량은 (3+α)L가 되며, 차량 운행을 마치고 시동을 끄게 되면 냉각수 라인에 있던 12L의 냉각수가 담수장치로 다시 내려오게 된다. 최종적으로는 (16+α)L가 되고, 담수장치의 용량 초과분인 αL만큼의 물이 오버플로우 포트를 통해 차고 바닥에 버려지게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 연료전지 시스템의 운전 중 유입된 스택 생성수로 인해 시동 오프 후 내부의 물이 오버플로우되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지 차량용 냉각수 담수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 차량 주행 중 실시간으로 불필요한 물을 자동 배출할 수 있는 연료전지 차량용 냉각수 담수장치를 제공하며, 또한 본 발명은 상기와 같은 연료전지 차량용 냉각수 담수장치에 한정하지 않고 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 자동 물 배출이 필요한 차량의 물저장장치에 적용하여, 상기 물저장장치로부터 불필요한 물이 주행 조건에서 자동으로 실시간 배출될 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,

리저버 하우징 내에 물이 저장되고 필요시 물 배출이 가능한 차량용 물저장장치에 있어서,

상기 리저버 하우징에 차량 주행 중 물이 배출되도록 주행풍에 의해 개방되는 드레인 밸브가 설치되고, 상기 드레인 밸브는,

상기 리저버 하우징에 설치되어 리저버 하우징 내측으로 유입구를 가지면서 리저버 하우징 외측으로 배출구를 가지는 밸브하우징과;

상기 밸브하우징 전면에서 주행풍에 의해 가압되어 이동하는 바람맞이판과, 상기 바람맞이판과 일체 이동하여 밸브하우징의 유입구를 개폐하는 차단판을 가지는 가동밸브로드와;

상기 밸브하우징과 가동밸브로드 사이에 설치되어 가동밸브로드를 탄력작동시키는 탄성부재;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에서, 상기 물저장장치는, 리저버 하우징에 냉각수를 저장하여 스택 냉각을 위한 냉각수 라인에 공급하고 스택 운전 중 생성되는 생성수가 리저버 하우징에 모아지는 연료전지 차량용 냉각수 담수장치인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 리저버 하우징 저면 바닥으로부터 상기 드레인 밸브가 설치되는 높이는, 리저버 하우징의 물 저장용량에서 냉각수 라인의 냉각수 용량을 제외한 나머지 기준용량의 물 높이로 설정되어, 스택 운전 중 냉각수 라인으로 흡입된 냉각수 용량을 제외한, 스택에서 유입되는 생성수의 양만큼 상기 드레인 밸브를 통해 실시간 물 배출이 이루어지도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가동밸브로드는, 로드부분의 전단부에 바람맞이판이, 로드부분의 후단부에 차단판이 형성된 구조로 되어 있고, 상기 로드부분이 밸브하우징에 넣어져 그 후단 끝벽의 관통홀을 관통한 상태에서 상기 차단판이 리저버 하우징 내측의 상기 유입구를 개폐하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 유입구는 밸브하우징의 후단 끝벽에 관통 형성되어 상기 차단판이 밸브하우징의 후단 끝벽에 밀착될 때 닫히도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 밸브하우징의 후단 끝벽에서 상기 유입구 외곽쪽으로 차단판과의 사이에 실링을 위한 O-링이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 탄성부재는 밸브하우징 내부에서 상기 바람맞이판의 후면과 밸브하우징의 후단 끝벽 사이에 설치되는 코일스프링인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 물저장장치에 의하면, 주행풍에 의해 드레인 밸브가 자동으로 열리면서 물이 배출되므로 고가의 전자식 밸브를 설치할 필요가 없고, 차량의 주행 조건에서 별도 제어기나 전원 공급 없이 불필요한 물을 자동으로 물저장장치에서 배출할 수 있게 된다. 본 발명에서 상대적으로 저가인 기계식 드레인 밸브를 사용하므로 원가 절감 및 경량화를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 드레인 밸브를 연료전지 차량용 냉각수 담수장치에 장착하게 되면 연료전지 시스템의 운전 중 유입되는 스택 생성수를 차량 주행 중 상기 드레인 밸브를 통해 자동으로 실시간 배출할 수 있는 바, 종래와 같은 오버플로우 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 차량용 물저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전 중인 연료전지 스택의 냉각을 위해 냉각수를 저장 및 공급하는 동시에 스택에서 생성된 생성수가 모이도록 된 연료전지 차량용 냉각수 담수장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 연료전지 시스템의 운전 중 유입된 스택 생성수로 인해 시동 오프 후 내부의 물이 오버플로우되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 연료전지 차량용 냉각수 담수장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것으로, 상기한 목적을 달성하기 위해 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 장착한 차량용 냉각수 담수장치가 개시된다.

상기 드레인 밸브는 주행풍에 의해 자동으로 개방되어 담수장치의 리저버 하우징에 모인 불필요한 물이 차량 주행 중 실시간으로 자동 배출될 수 있도록 한다.

또한 본 발명은 상기와 같은 연료전지 차량용 냉각수 담수장치에 한정하지 않고 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 자동 물 배출이 필요한 차량의 물저장장치에 적용하여, 불필요한 물이 차량 주행 조건에서 자동 배출될 수 있는 물저장장치를 제공하고자 한 것이다.

이하, 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 물저장장치로서 연료전지 차량의 냉각수 담수장치의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 냉각수 담수장치를 도시한 것으로서, 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브(30)가 담수장치(20)의 리저버 하우징(21)에 장착된 상태를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 담수장치(20)에서는 리저버 하우징(21)에 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브(30)를 장착하여, 차량이 주행하게 되면 상기 드레인 밸브(30)가 열리면서 연료전지 시스템 운전 중 유입되는 스택 생성수가 실시간으로 자동 배출될 수 있도록 한다.

이때, 드레인 밸브로서 전자식 밸브(차량 시동시 열림:생성수 배출, 시동을 끄면 닫힘:담수 기능)를 장착하여 연료전지 시스템 운전 중 생성된 스택 생성수를 배출하는 대신, 상대적으로 저가인 기계식 밸브(주행풍에 의해 동작)를 적용하여 원가 절감/경량화 효과를 극대화하게 된다. 이러한 기계식 밸브는 별도 전원이나 제어기 없이 자동 개폐하는 장점이 있는 바, 시스템을 단순화할 수 있게 된다.

본 발명에서 상기 드레인 밸브(30)는 차량이 주행할 때 발생하는 공기 흐름, 즉 차체 전방에서 후방으로 이동하는 주행풍에 의해 개방동작되기 때문에, 차체에서도 주행풍을 직접 받을 수 있는 위치에 설치되어야 하며, 연료전지 차량에서 냉각수 담수장치는 차체 전단부의 하단에 위치되므로 드레인 밸브가 담수장치(20)의 리저버 하우징(21) 전면 일측에 설치되면 직접적으로 주행풍을 받을 수 있게 된다.

상기 드레인 밸브의 구성에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.

첨부한 도 4는 조립사시도이고, 도 5는 분해사시도이며, 도 6a 및 도 6b는 작동상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명에서 드레인 밸브(30)는 주행풍이 가압할 경우 열리는 밸브로서, 물(냉각수)이 통과하는 내부유로를 가지면서 리저버 하우징(21)의 드레인 포트(21a)에 고정되는 밸브하우징(31), 바람맞이판(37a)과 로드부분(37b), 차단판(37c)이 일 체화된 구조로 구성되어 전후진 동작하면서 상기 밸브하우징 내부유로를 개페하는 가동밸브로드(37), 상기 가동밸브로드(37)의 탄력작동을 위한 탄성부재(38)를 주된 구성으로 한다.

상기 밸브하우징(31)은 후단이 막혀 있는 소정 단면적 및 길이의 관 형상으로 제작되어 그 내부공간이 내부유로를 형성하는 구조로 되어 있으며, 내부하우징(31a)과 외부하우징(31b)이 겹쳐진 이중 관 구조로 제작될 수 있다. 상기 내부하우징(31a)과 외부하우징(31b) 사이에는 실링을 위한 O-링(32)이 개재된다.

상기 밸브하우징(31)은 드레인 포트(21a)를 통해 담수장치(20)의 리저버 하우징에 관통 삽입되어 고정되는데, 일부는 리저버 하우징(21) 내측에, 나머지 일부는 리저버 하우징 외측에 위치되며, 내부하우징(31a) 및 외부하우징(31b)에서 내측 부분과 외측 부분의 경계부분에는 반경방향으로 돌출된 장착단(31a-1,31b-1)이 각각 형성된 구조로 되어 있다. 이에 상기 장착단(31a-1,31b-1)이 리저버 하우징(21)의 드레인 포트(21a)에 고정(용접 또는 압입 방식 등)됨으로써 밸브(30) 전체가 리저버 하우징(21)에 결합되게 된다.

그리고, 상기 밸브하우징(31)에서 리저버 하우징(21) 내측으로 위치되는 후단 끝벽에는 유입구(33)가 형성되고, 리저버 하우징(21) 외측으로 위치되는 전단부에는 배출구(34)가 형성된다.

상기 유입구(33)는 밸브하우징(31)의 후단 끝벽에 가동밸브로드(37)의 로드부분(37b)이 관통하는 관통홀(35) 주변으로 복수개가 설치될 수 있는데, 이때 복수개가 원주방향으로 일정간격을 두고 설치될 수 있다.

상기 유입구(33)는 가동밸브로드(37)가 전진한 상태에서 차단판(37c)에 의해 닫혀지도록 되어 있으며, 차단판(37c)이 밸브하우징(31)의 후단 끝벽에 밀착되어 유입구(33)를 닫은 상태일 때 완벽한 밀폐가 이루어지도록 밸브하우징의 후단 끝벽 바깥면에는 유입구 외곽쪽으로 O-링(36)을 설치한다. 상기 O-링(36)은 차단판(37c)과 밸브하우징(31)의 후단 끝벽 사이로 물이 새어 유입구로 빠져 나가는 것을 막아주게 된다.

또한 상기 배출구(34)는 밸브하우징(31)의 전단부 측면벽에 원주방향을 따라 복수개가 설치될 수 있으며, 이때 복수개가 일정간격을 두고 설치될 수 있다.

결국, 가동밸브로드(37)의 차단판(37c)에 의해 밸브하우징(31)의 유입구(33)가 열린 상태에서 각 유입구를 통해 유입된 리저버 하우징(21) 내의 물이 밸브하우징의 내부유로, 즉 밸브하우징의 내부공간을 통해 리저버 하우징 외측으로 이동한 뒤 배출구(34)를 통해 최종 배출되게 된다.

한편, 상기 가동밸브로드(37)는 길게 형성된 로드부분(37b)의 전단부에 바람맞이판(37a)이, 후단부에 차단판(37c)이 형성된 구조로 되어 있으며, 밸브하우징(31)의 내부에 설치된 탄성부재(38)에 의해 탄성 지지되어 밸브하우징 내측에서 전후로 탄력 이동되도록 되어 있다.

상기 탄성부재(38)는 바람맞이판(37a)의 후면과 밸브하우징(31)의 후단 끝벽 사이에 장착된 코일스프링으로 실시 가능한데, 이 코일스프링은 밸브하우징의 내부공간에서 압축/복원 동작하면서 가동밸브로드(37)를 탄력적으로 전후방 이동시키게 된다.

상기와 같이 이루어진 드레인 밸브(30)는 리저버 하우징(21)에서 주행풍에 바람맞이판(37a)이 가압될 수 있는 위치, 예를 들어 리저버 하우징의 전면에 설치되며, 이때 바람맞이판(37a)이 전방에 위치하여 그 전면에 가해지는 주행풍의 압력에 의해 눌러질 경우 가동밸브로드(37) 전체가 후방으로 이동하여 차단판(37c)이 밸브하우징(31)의 유입구(33)를 열어주게 된다.

이러한 밸브의 동작상태를 도 6a와 도 6b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6a는 차량이 정지한 상태를 나타내며, 바람맞이판(37a)에 주행풍이 작용하지 않는 상태이다.

이때 가동밸브로드(37)가 전방으로 이동한 상태에서 탄성부재, 즉 코일스프링(38)의 힘에 의해 위치를 유지하며, 이 상태에서 차단판(37c)이 밸브하우징(31)의 유입구(33)를 막고 있게 된다. 이와 같이 유입구(33)가 차단된 상태에서는 리저버 하우징(21) 내부에 채워진 물이 배출될 수 없다.

반면, 도 6b는 차량이 주행하는 상태를 나타내며, 전면에 주행풍이 작용하여 바람맞이판(37a)이 후방으로 가압되는 상태이다. 이와 같이 연료전지 시스템이 운전되는 동안 차량이 주행할 경우 드레인 밸브(30)는 열리게 되며, 차량 주행 중 드레인 밸브가 열린 상태에서 연료전지 스택에서 생성되는 스택 생성수가 담수장치의 리저버 하우징(21)에 모아진 뒤 즉시 배출되게 된다.

이때는 주행풍에 의해 바람맞이판(37a)이 후방으로 가압되므로, 바람맞이판에 의해 탄성부재, 즉 코일스프링(38)이 압축되면서 가동밸브로드(37) 전체가 후방으로 이동한 상태가 된다.

이와 같이 가동밸브로드(37)가 주행풍에 의해 후방으로 이동한 상태에서 차단판(37c)에 의해 닫혀있던 유입구(33)가 열리게 되고, 밸브하우징(31) 전단의 배출구(34)는 상시 열려 있는 상태이므로, 상기 유입구(33)로 들어온 물이 드레인 밸브(30)의 내부유로, 즉 밸브하우징(31)의 내부공간을 통과한 뒤 리저버 하우징(21)의 외측에서 상기 배출구(34)를 통해 배출될 수 있게 된다.

상기와 같이 드레인 밸브(30)를 통해 리저버 하우징(21) 내 물이 배출되는 상황에서 차량이 다시 정지하게 되면 주행풍에 의한 압력이 제거되면서 가동밸브로드(37)는 코일스프링(38)의 복원력에 의해 다시 전방으로 이동된다. 이때, 차단판(37c)에 의해 밸브하우징의 유입구(33)가 다시 차단되므로 리저버 하우징 내 물은 밸브를 통해 배출되지 않게 된다.

이와 같이 하여, 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브에 대해 상세히 설명하였는 바, 첨부한 도 7은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 담수장치에서 시동 전과 운행 중 상태를 도시한 개략도이다.

리저버 하우징의 전면에서 드레인 밸브가 설치되는 높이(h2)는 리저버 하우징의 전체 물 저장용량과 냉각 시스템의 냉각수 라인에 공급되는 냉각수 용량을 고려하여 설정하여야 한다.

보다 상세히 설명하면, 연료전지 시동 후에는 담수장치의 리저버 하우징에 채워진 냉각수가 흡입펌프의 구동에 의해 냉각수 라인으로 빨려 올라가게 된다. 이 상태에서 차량 주행 중에는 드레인 밸브가 주행풍에 의해 개방된 상태가 된다.

초기 시동시에 냉각수 라인의 용량에 해당하는 일정량(예, 13L)의 냉각수가 냉각수 라인으로 공급되고 나면 담수장치의 리저버 하우징에는 일부의 물만이 남아 있게 되는데, 생성수의 유입이 없다는 가정 하에 냉각수가 냉각수 라인으로 공급되고 난 후 남아 있게 되는 일정량의 물(예, 3L)은 드레인 밸브가 개방되더라도 배출되지 않도록 하는 것이 바람직하며, 이후 남아 있어야 하는 일정량의 물 외에 연료전지 운전 중 생성되어 담수장치로 추가 유입되는 스택 생성수(예, αL, αL는 운전 중 드레인 밸브를 통해 배출되는 물의 양이 됨)에 대해서는 실시간으로 외부 배출되도록 해야 한다.

이를 위해, 드레인 밸브의 높이(h2)는 냉각수 라인으로 냉각수가 공급되고 남아 있어야 하는 물의 일정량(3L)을 고려하여 리저버 하우징의 저면 바닥으로부터 소정 높이에 설치되어야 한다.

이와 같이 담수장치(리저버 하우징)의 적정 물 저장용량(16L)에서 냉각수 라인의 냉각수 용량(13L)을 제외한 나머지 용량(3L)의 물이 드레인 밸브가 열린 상태에서도 담수장치의 리저버 하우징에 남아 있을 수 있도록 드레인 밸브의 높이를 고려하는 경우, 차량 주행 중에 생성되어 유입되는 스택 생성수가 실시간으로 차량 밖으로 배출될 수 있으며, 이로 인해 담수장치에는 항상 정해진 기준량(3L)의 물만 존재하게 된다.

따라서, 시동을 오프시킨 뒤에 냉각수 라인의 냉각수가 담수장치의 리저버 하우징으로 내려오더라도 오버플로우되는 문제점이 해결되게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명의 담수장치에서는 운전 중 유입되는 스택 생성수의 양만큼 드레인 포트를 통해 실시간으로 물을 배출하므로 종래와 같은 시동 오프 후 의 오버플로우 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

도 1은 연료전지 차량용 냉각 시스템의 개략적인 구성도,

도 2는 종래의 연료전지 차량용 담수장치를 도시한 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 담수장치의 리저버 하우징에 드레인 밸브가 설치된 상태의 단면도,

도 4는 본 발명에서 드레인 밸브의 조립사시도,

도 5는 본 발명에서 드레인 밸브의 분해사시도,

도 6a 및 도 6b는 본 발명에서 드레인 밸브의 작동상태를 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 연료전지 차량용 담수장치에서 시동 전과 운행 중 상태를 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 담수장치 21 : 리저버 하우징

22 : 커버 23 : 흡입포트

24 : 냉각수 회수포트 25 : 생성수 유입포트

26 : 오버플로우 포트 27 : 드레인 포트

28 : 드레인 밸브 30 : 드레인 밸브

31 : 밸브하우징 33 : 유입구

34 : 배출구 35 : 관통공

36 : O-링 37 : 가동밸브로드

38 : 탄성부재(코일스프링)

Claims (7)

1. 리저버 하우징(21) 내에 물이 저장되고 필요시 물 배출이 가능한 차량용 물저장장치에 있어서,

   상기 리저버 하우징(21)에 차량 주행 중 물이 배출되도록 주행풍에 의해 개방되는 드레인 밸브(30)가 설치되고, 상기 드레인 밸브(30)는,

   상기 리저버 하우징(21)에 설치되어 리저버 하우징 내측으로 유입구(33)를 가지면서 리저버 하우징 외측으로 배출구(34)를 가지는 밸브하우징(31)과;

   상기 밸브하우징(31) 전면에서 주행풍에 의해 가압되어 이동하는 바람맞이판(37a)과, 상기 바람맞이판과 일체 이동하여 밸브하우징의 유입구(33)를 개폐하는 차단판(37c)을 가지는 가동밸브로드(37)와;

   상기 밸브하우징(31)과 가동밸브로드(37) 사이에 설치되어 가동밸브로드를 탄력작동시키는 탄성부재(38);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 차량용 물저장장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 물저장장치는, 리저버 하우징(21)에 냉각수를 저장하여 스택 냉각을 위한 냉각수 라인에 공급하고 스택 운전 중 생성되는 생성수가 리저버 하우징에 모아 지는 연료전지 차량용 냉각수 담수장치인 것을 특징으로 하는 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 차량용 물저장장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 리저버 하우징(21) 저면 바닥으로부터 상기 드레인 밸브(30)가 설치되는 높이(h2)는, 리저버 하우징의 물 저장용량에서 냉각수 라인의 냉각수 용량을 제외한 나머지 기준량의 물 높이로 설정되어, 스택 운전 중 냉각수 라인으로 흡입된 냉각수 용량을 제외한, 스택에서 유입되는 생성수의 양만큼 상기 드레인 밸브를 통해 실시간 물 배출이 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 차량용 물저장장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 가동밸브로드(37)는, 로드부분(37b)의 전단부에 바람맞이판(37a)이, 로드부분의 후단부에 차단판(37c)이 형성된 구조로 되어 있고, 상기 로드부분(37b)이 밸브하우징(31)에 넣어져 그 후단 끝벽의 관통홀(35)을 관통한 상태에서 상기 차단판(37c)이 리저버 하우징(21) 내측의 상기 유입구(33)를 개폐하도록 된 것을 특징으로 하는 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 차량용 물저장장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 유입구(33)는 밸브하우징(31)의 후단 끝벽에 관통 형성되어 상기 차단판(37c)이 밸브하우징의 후단 끝벽에 밀착될 때 닫히도록 된 것을 특징으로 하는 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 차량용 물저장장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 밸브하우징(31)의 후단 끝벽에서 상기 유입구(33) 외곽쪽으로 차단판(37c)과의 사이에 실링을 위한 O-링(36)이 설치되는 것을 특징으로 하는 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 물저장장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 탄성부재(38)는 밸브하우징(31) 내부에서 상기 바람맞이판(37a)의 후면과 밸브하우징의 후단 끝벽 사이에 설치되는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 주행풍에 의해 동작하는 드레인 밸브를 구비한 물저장장치.

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