KR101417221B1 - Cooling System Stability Ensuring Apparatus of Fuel Cell Stack - Google Patents

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Abstract

본 발명의 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치에는 유량제어밸브(4)가 구비되고, 상기 유량제어밸브(4)에는 냉각수의 통로를 선택적으로 열어주도록 유량밸브(40)를 회전시키는 기어트레인(30)의 회전각도에 비례하여 장력(탄성력)을 축적하는 스프링(60)을 갖춤으로써, 유량제어밸브(4)의 전원공급차단이나 제어를 위한 컨트롤러의 에러상태시 스프링(60)의 축적된 장력(탄성력)으로 초기상태로 복귀되는 페일-세이프(Fail-Safety)가 구현되고, 이를 통해 어떠한 이상상황에서도 연료전지스택(1)의 안정화가 크게 높아지는 특징을 갖는다.The fuel cell stack cooling system stability securing apparatus of the present invention is provided with a flow control valve 4 and a gear train 30 for rotating the flow valve 40 to selectively open the passage of cooling water is provided in the flow control valve 4 The accumulated tension (spring force) of the spring 60 in the error state of the controller for shutting off or controlling the power supply of the flow control valve 4 can be improved by providing the spring 60 for accumulating the tension (elastic force) (Fail-Safety) in which the fuel cell stack 1 is restored to its initial state by the elastic force of the fuel cell stack 1 is realized. Thus, the stability of the fuel cell stack 1 is remarkably increased even under any abnormal conditions.

Description

연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치{Cooling System Stability Ensuring Apparatus of Fuel Cell Stack} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fuel cell stack cooling system,

본 발명은 연료전지스택의 냉각계에 관한 것으로, 특히 전원의 유무나 컨트롤러의 작동여부에 상관없이 페일-세이프(Fail-Safety)기능을 구현해줌으로써 페일-세이프에 대한 신뢰성이 확보되는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling system of a fuel cell stack, and more particularly to a cooling system of a fuel cell stack cooling system which realizes a fail-safe function regardless of the presence of a power source or a controller, The present invention relates to a system stability assurance apparatus.

일반적으로 연료전지차량은 연료전지스택내 수소 반응을 위해 공기가 반드시 공급되어야 하고, 또한 수소 반응시 필요한 공기량이 조절되어야 만 한다. In general, the fuel cell vehicle must be supplied with air for the hydrogen reaction in the fuel cell stack, and the amount of air required for the hydrogen reaction must be adjusted.

이에 더해, 연료전지차량에는 연료전지스택의 효율저하를 방지하도록 발열로 인한 온도를 적절하게 유지하기 위한 냉각계통도 구비된다.In addition, the fuel cell vehicle is provided with a cooling system for appropriately maintaining the temperature due to the heat generation so as to prevent the fuel cell stack from lowering in efficiency.

상기와 같은 냉각계통은 연료전지스택에서 생성되는 열과 열교환을 이루는 냉각수 순환용 냉각수 루프(Loop)와 함께 3방향 밸브(3 Way Valve)가 구비되고, 3방향 밸브는 컨트롤러(통상,ECU)의 제어로 전체 시스템의 온도를 설정된 온도 범위로 맞춰주는 작용을 한다.The cooling system includes a three-way valve together with a cooling water loop for cooling water circulating the heat generated in the fuel cell stack, and the three-way valve is controlled by a controller To adjust the temperature of the whole system to the set temperature range.

일례로, ECU가 전체 시스템의 온도를 약 60도로 설정한 상태에서 이보다 온도가 내려가거나 또는 올라갈 때, ECU 제어를 받는 3방향 밸브는 라디에이터에서 나온 저온 냉각수와 바이패스되는 고온 냉각수를 섞어 제공해줌으로써 설정된 온도인 60도로 전체 시스템이 유지될 수 있도록 작용하게 된다.For example, when the temperature of the entire system is set to about 60 degrees and the temperature of the ECU is lowered or climbed, the three-way valve under the control of the ECU is set by providing a mixture of the low temperature coolant from the radiator and the high temperature coolant It will work to keep the entire system at 60 degrees of temperature.

도 8은 통상적으로 연료전지스택에 구비된 냉각계의 구성을 나타낸다.8 shows a configuration of a cooling system typically provided in a fuel cell stack.

도시된 바와 같이, 냉각계는 순환하는 냉각수 흐름통로인 냉각수 루프로 연료전지스택(100)을 감싸고, 상기 냉각수 루프에는 냉각수 펌핑용 펌프(200)와, 고온 냉각수를 외부와 열교환시켜주는 라디에이터(300)와, 라디에이터(300)에서 나온 저온 냉각수를 펌프(200)에서 바이패스되는 고온 냉각수와 섞어 적정 온도의 냉각수를 연료전지스택(100)으로 보내주는 유량제어밸브(400)로 구성된다.As shown in the figure, the cooling system includes a cooling water loop, which is a circulating cooling water flow path, and surrounds the fuel cell stack 100. The cooling water loop includes a pump 200 for pumping cooling water, a radiator 300 for heat- And a flow control valve 400 that mixes the low temperature cooling water from the radiator 300 with the high temperature cooling water bypassed by the pump 200 and sends the cooling water of the proper temperature to the fuel cell stack 100.

상기 유량제어밸브(400)는 3방향 밸브(3 Way Valve)로서, 연료전지스택(100)과 펌프(200) 및 라디에이터(300)를 함께 묶어주게 된다.The flow control valve 400 is a three-way valve, which bundles the fuel cell stack 100, the pump 200, and the radiator 300 together.

통상, 유량제어밸브(400)는 전체 시스템(특히, 연료전지스택(100))의 온도를 설정된 목표온도로 관리하는 컨트롤러(통상,ECU)의 제어를 받아 구동되고, 구동시 라디에이터(300)에서 나온 저온 냉각수를 펌프(200)에서 바이패스되는 고온 냉각수와 섞어 적정 온도의 냉각수를 연료전지스택(100)으로 보내주는 작용을 한다.The flow control valve 400 is driven under the control of a controller (typically, an ECU) that manages the temperature of the entire system (in particular, the fuel cell stack 100) at a set target temperature, Temperature cooling water is supplied to the fuel cell stack 100 by mixing the high-temperature cooling water bypassed by the pump 200 and the cooling water of the appropriate temperature.

이를 위해, 상기 유량제어밸브(400)에는 전자제어타입의 액추에이터가 구비된다.To this end, the flow control valve 400 is provided with an actuator of an electronic control type.

상기 액추에이터는 제어신호에 따라 정회전 또는 역회전하여 동력을 제공하는 스텝모터(500)와, 스텝모터(500)의 구동기어((501)를 통해 감속 및 토크 변환이 수행되는 기어트레인(600)과, 기어트레인(600)을 통해 회전됨으로써 연료전지스택(100)과 펌프(200) 및 라디에이터(300)로 연결되는 통로를 차단하거나 또는 열어주는 유량밸브(700)로 구성된다.The actuator includes a step motor 500 for providing power by forward or reverse rotation in accordance with a control signal, a gear train 600 for performing deceleration and torque conversion through the drive gear 501 of the step motor 500, And a flow valve 700 which is rotated through the gear train 600 to shut off or open a passage connected to the fuel cell stack 100 and the pump 200 and the radiator 300.

이러한 구성에서 기어트레인(600)은 밸브(700)의 움직임을 직접 조작하는 매개체로서, 이를 위해 상기 기어트레인(600)은 스텝모터(500)의 구동기어((501)와 맞물리고 유량밸브(700)의 밸브축(701)에 결합된 다수의 중간기어(601,602,603)들로 구성된다.In this configuration, the gear train 600 directly mediates the movement of the valve 700. To this end, the gear train 600 is engaged with the driving gear 501 of the step motor 500 and the flow valve 700 And a plurality of intermediate gears 601, 602, and 603 coupled to the valve shaft 701 of the engine.

상기와 같이 구성됨으로써, 제어신호에 따라 구동된 스텝모터(500)의 회전력은 구동기어((501)와 맞물리고 유량밸브(700)의 밸브축(701)에 결합된 다수의 중간기어(601,602,603)들을 거쳐 회전수와 출력토크가 조절된 후, 조절된 기어트레인(600)의 출력토크로 돌아가는 밸브축(701)에 의해 유량밸브(700)가 움직여 연료전지스택(100)과 펌프(200) 및 라디에이터(300)로 연결되는 통로들중 하나를 열어 냉각수를 흘려주게 된다.The rotational force of the step motor 500 driven in accordance with the control signal is transmitted to the plurality of intermediate gears 601, 602, 603 engaged with the drive gear 501 and coupled to the valve shaft 701 of the flow valve 700, The flow rate valve 700 is moved by the valve shaft 701 returning to the output torque of the adjusted gear train 600 after the number of rotations and the output torque of the fuel cell stack 100, One of the passages connected to the radiator 300 is opened to flow the cooling water.

이와 같은 유량밸브(700)의 움직임으로 라디에이터(300)에서 나온 저온 냉각수와 펌프(200)에서 바이패스되는 고온 냉각수가 함께 섞어 적정 온도의 냉각수를 만들어져 연료전지스택(100)으로 보내짐으로써 전체 시스템의 온도는 설정된 온도로 항상 유지될 수 있다.
The low temperature cooling water discharged from the radiator 300 and the high temperature cooling water bypassed by the pump 200 are mixed with each other by the movement of the flow valve 700 and the cooling water having the proper temperature is formed and sent to the fuel cell stack 100, Can always be maintained at the set temperature.

국내특허공개 10-2009-0044263(2009.05.07)은 냉각수 예열 연료 전지 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이며, 이는 도 2 참조.Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0044263 (May 05, 2009) relates to a cooling water preheating fuel cell device and a control method thereof, which is shown in FIG.

하지만, 상기와 같이 연료전지스택(100)의 온도제어에 액추에이터 타입 유량제어밸브(400)가 적용됨으로써, 냉각계통의 정상적인 작동여부는 유량제어밸브(400)의 정상적인 작동 여부 특히 액추에이터의 정상작동에 전적으로 의존될 수밖에 없고, 이는 유량제어밸브(400)의 액추에이터 고장(Fail 또는 Error)시 연료전지스택(100)의 온도제어불가와 같은 치명적인 상황에 부딪힐 수밖에 없게 된다.However, since the actuator type flow control valve 400 is applied to the temperature control of the fuel cell stack 100 as described above, whether or not the cooling system is normally operated is determined by whether the flow control valve 400 is normally operated, It is bound to be totally dependent on the fatal condition such as the temperature control failure of the fuel cell stack 100 at the time of actuator failure (Fail or Error) of the flow control valve 400.

실제적으로, 유량제어밸브(400)의 액추에이터 고장(Fail 또는 Error)은 밸브자체의 이상은 물론 원인을 예측할 수 없는 차량의 이상 작동으로 인해 발생될 수 있고, 이로 인해 야기되는 전체 시스템 특히 연료전지스택(100)의 설정된 온도에 대한 제어불가는 스택 과열로 인한 스택 효율의 저하는 물론 심각한 차량손상을 초래하는 원인이 될 수밖에 없다.Actually, the actuator failure (Fail or Error) of the flow control valve 400 can be caused by an abnormal operation of the vehicle which can not predict the cause as well as the abnormality of the valve itself, and the entire system caused thereby, The inability to control the set temperature of the battery 100 is a cause of serious vehicle damage as well as reduction of stack efficiency due to stack overheating.

그러므로, 유량제어밸브(400)는 액추에이터 고장(Fail 또는 Error)에 대한 페일-세이프(Fail-Safety)를 적용함으로써, 전체 시스템의 온도 특히 연료전지스택(100)의 온도가 설정된 온도로 최대한 유지시켜 주게 된다.Therefore, the flow control valve 400 applies fail-safety to the actuator failure (Fail or Error) to maintain the temperature of the entire system, particularly the temperature of the fuel cell stack 100, .

하지만, 상기 페일-세이프(Fail - Safety) 방식은 유량제어밸브(400)의 자체적인 작동이 아니라 컨트롤러의 제어 알고리즘으로 액추에이터를 작동함으로써, 만약 유량제어밸브(400)로 공급되는 전원이 차단되었거나 또는 컨트롤러가 자체적으로 고장(Fail 또는 Error)난 경우에는 그 기능이 전혀 구현될 수 없게 된다.However, the fail-safe method is not a self-operation of the flow control valve 400, but operates the actuator by a control algorithm of the controller, so that if the power supplied to the flow control valve 400 is shut off If the controller itself fails (Fail or Error), the function can not be implemented at all.

이에 따라, 유량제어밸브(400)의 자체적인 작동을 이용할 경우 페일-세이프(Fail - Safety)가 구현되더라도 상기와 같은 방식에 따른 한계성을 해소할 수 있지만, 이는 모터의 자체 코깅 토크로 의해 기구적인 기능 구현이 불가능한 스텝모터(500)가 적용된 액추에이터 타입 유량제어밸브(400)에서는 근본적으로 불가능 할 수밖에 없다.
Accordingly, even when the flow control valve 400 is operated by itself, even if fail-safe is implemented, the limit according to the above-described method can be solved. However, due to the self cogging torque of the motor, The actuator type flow control valve 400 to which the step motor 500 capable of implementing the function can not be implemented can not be fundamentally impossible.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 코깅토크로 인한 기구적 한계를 갖는 스텝모터 대신 DC모터를 적용하고, DC모터와 기어트레인사이에 전원공급이나 컨트롤러의 제어 없이 축적된 탄성력으로 강제적인 페일-세이프(Fail-Safety)를 구현하는 유량제어밸브를 이용함으로써, 전원공급이 반드시 필요하고 컨트롤러의 정상 작동도 반드시 필요로 하던 제약 없이 페일-세이프를 구현하여 연료전지스택의 안정화를 크게 높인 연료전지스택 냉각계를 제공하는데 목적이 있다. In view of the above, it is an object of the present invention, which has been invented in view of the above, to apply a DC motor in place of a step motor having a mechanical limit due to cogging torque, to provide a power supply between a DC motor and a gear train, By using a flow control valve that implements fail-safety, fail-safe can be realized without any constraint that power supply is indispensable and normal operation of the controller is absolutely necessary, thereby greatly enhancing stabilization of the fuel cell stack The object of the present invention is to provide a fuel cell stack cooling system.

또한, 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 유량제어밸브에 축적된 탄성력으로 강제적인 페일-세이프(Fail-Safety)를 구현할 수 있는 DC모터가 적용되고, 기어트레인을 사이에 두고 DC모터와 냉각수 방향 전환 밸브가 서로 평행하게 배열됨으로써 전체 크기를 축소한 유량제어밸브로 더욱 콤팩트하게 구성될 수 있는 연료전지스택 냉각계를 제공하는데 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a DC motor capable of realizing a forced fail-safety by an elastic force accumulated in a flow control valve, And a cooling water direction switching valve are arranged in parallel with each other to reduce the total size of the flow control valve.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치는 연료전지스택을 감싸고 냉각수가 순환되는 냉각수 루프에 설치되고, 상기 연료전지스택과 냉각수 펌핑용 펌프 및 고온 냉각수를 외부와 열교환시켜주는 라디에이터로 이어지는 상기 냉각수의 통로를 회전각의 크기에 따라 각각 열어주도록 회전되며, 상기 회전의 진행에 비례하여 축적된 탄성력이 전원공급차단이나 제어를 위한 컨트롤러의 에러상태에서 초기상태로 복귀시켜주는 페일-세이프(Fail-Safety)의 동력으로 사용되는 유량제어밸브;In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a fuel cell stack cooling system stability assurance device comprising: a cooling water loop enclosing a fuel cell stack, the cooling water loop being circulated therein; And the elasticity accumulated in proportion to the progress of the rotation is returned from the error state of the controller for power supply cutoff or control to the initial state A flow control valve used as a fail-safe power source;

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.And a control unit.

상기 유량제어밸브는 상기 연료전지스택과 냉각수 펌핑용 펌프 및 고온 냉각수를 외부와 열교환시켜주는 라디에이터로 이어지는 상기 냉각수의 통로에 연결되는 밸브프레임과, Wherein the flow control valve includes a valve frame connected to the passage of the cooling water leading to the fuel cell stack, a pump for pumping the cooling water, and a radiator for heat-exchanging the high-

상기 컨트롤러로 구동제어됨과 더불어 상기 탄성력이 상기 페일-세이프(Fail-Safety)의 동력으로 사용되는 액추에이터로 구성된다.And the actuator is driven and controlled by the controller, and the elastic force is used as power for fail-safe.

상기 액추에이터는 상기 컨트롤러의 제어로 정회전이나 역회전하는 모터와, 상기 모터의 회전력을 감속하고 출력토크를 변환하는 기어트레인과, 상기 기어트레인을 통해 회전되어 상기 냉각수의 통로를 열어주는 유로밸브와, 상기 유로밸브에 결합되고 기어트레인부위를 감싸는 스토퍼와, 상기 모터의 고장(Fail)을 포함한 상황에서 상기 페일-세이프(Fail-Safety)의 동력으로 사용되는 탄성력을 축적하는 리커버로 구성된다.The actuator includes a motor for forward rotation or reverse rotation under the control of the controller, a gear train for reducing the rotational force of the motor and for converting an output torque, a flow valve rotated through the gear train to open the passage for the cooling water, A stopper coupled to the flow path valve and surrounding the gear train portion, and a recoil accumulating elastic force used as power for the fail-safety in a situation including a failure of the motor.

상기 모터는 DC 모터이다.The motor is a DC motor.

상기 기어트레인은 상기 모터를 통해 회전되는 입력기어와, 회전축을 매개로 자유회전되어 상기 입력기어의 회전수를 저감하고 토크를 증대하는 인터기어와, 상기 인터기어를 통해 회전수 저감과 토크증대가 발생하는 출력기어로 구성된다.The gear train includes an input gear rotated through the motor, an inter gear rotated freely through a rotation shaft to reduce the number of revolutions of the input gear and to increase torque, and a reduction gear And an output gear to be generated.

상기 유로밸브는 상기 모터를 수용하는 모터수용부가 형성된 밸브하우징과, 상기 밸브하우징을 관통해 상기 기어트레인으로부터 회전력을 전달받아 회전되어 상기 냉각수 통로를 개폐하는 밸브바디로 구성된다.The valve body includes a valve housing having a motor housing portion for housing the motor, and a valve body that rotates through the valve housing and receives rotation force from the gear train to open and close the cooling water passage.

상기 유로밸브는 상기 모터와 상기 밸브바디가 서로 평행하게 배열되고, 상기 기어트레인이 상기 모터와 상기 밸브바디사이로 배열되며, 상기 기어트레인은 상기 모터를 통해 회전되는 입력기어에 맞물린 인터기어를 통해 회전되는 출력기어가 상기 밸브바디의 밸브축에 고정되어진다. Wherein the motor and the valve body are arranged in parallel with each other, the gear train is arranged between the motor and the valve body, and the gear train is rotated through an inter gear engaged with an input gear rotated through the motor, Is fixed to the valve shaft of the valve body.

상기 리커버는 원형으로 감긴 코일몸체의 위쪽과 아래쪽에서 1가닥 권선으로 빠져나와 각각 연장된 한쌍의 하단연장부와 상단연장부로 이루어진 스프링과; The recuperator comprising: a spring formed of a pair of lower and upper extension portions extending from the upper and lower sides of the circularly wound coil body through a single-stranded winding;

상기 유로밸브의 상기 냉각수 통로 개폐용 밸브바디와 상기 모터를 수용하는 밸브하우징에 형성되어, 상기 하단연장부를 고정하는 하단구속부와;A lower end restricting portion formed in the valve housing for accommodating the motor and the valve body for opening and closing the cooling water passage of the flow path valve and fixing the lower extension portion;

상기 기어트레인의 상기 모터를 통해 회전되는 입력기어에 맞물린 인터기어를 통해 회전되는 출력기어에 형성되어, 상기 상단연장부를 고정하는 상단구속부;An upper restraining part formed on an output gear rotated through an inter gear engaged with an input gear rotated through the motor of the gear train to fix the upper extension part;

로 이루어진다..

상기 스프링은 조립된 초기 상태에서 탄성력을 축적하지 않는다.The spring does not accumulate elastic forces in the assembled initial state.

상기 하단구속부는 상기 밸브하우징의 표면으로 돌출되고 중앙으로 개구된 슬릿(Slit)을 갖춘 구조이다. The lower end restricting portion has a slit protruding from the surface of the valve housing and opening at the center.

상기 상단구속부는 상기 출력기어의 기어치를 형성하지 않은 축보스의 영역으로 파여진 구조이고, 상기 상단구속부는 그 축중심에 대해 둔각으로 형성된 상기 기어치가 형성되지 않은 축보스에서 상기 기어치에 대해 오프셋각도를 갖는 위치로 형성된다.
Wherein the upper end restricting portion is a structure in which the upper end restraining portion is wedged into an area of an axial boss in which the gear teeth of the output gear are not formed and the upper end restricting portion is offset from the gear teeth in an axial boss formed at an obtuse angle with respect to the axial center, Angled position.

이러한 본 발명은 냉각수의 흐름방향 전환을 위한 유량제어밸브에 DC모터를 적용하고, DC모터와 기어트레인사이에 탄성력을 축적하여 전원공급이나 컨트롤러의 제어 없이도 안정적으로 페일-세이프(Fail-Safety)를 구현함으로써, 어떠한 이상상황에서도 연료전지스택의 안정화를 크게 높일 수 있는 효과가 있다.In the present invention, a DC motor is applied to a flow control valve for switching the flow direction of cooling water, and an elastic force is accumulated between the DC motor and the gear train, so that fail-safety can be stably performed without power supply or controller control. The stabilization of the fuel cell stack can be greatly enhanced even under any abnormal conditions.

또한, 본 발명은 코깅토크로 인한 기구적 한계를 갖고 고 비용의 스텝모터 대신 기구적인 페일-세이프(Fail-Safety)구현이 가능한 DC모터를 적용함으로써, 유량제어밸브의 원가도 절감할 수 있는 효과도 있다.Further, the present invention can reduce the cost of the flow control valve by adopting a DC motor capable of implementing a mechanical fail-safety instead of a high-cost step motor having a mechanical limit due to cogging torque. There is also.

또한, 본 발명은 기어트레인을 사이에 두고 DC모터와 냉각수 방향 전환 밸브가 서로 평행하게 배열되어 유량제어밸브의 부피 및 중량을 약 15% 감소시켜줌으로써, 연료전지스택 냉각계를 더욱 콤팩트하게 구성할 수 있는 효과도 있다.
Further, according to the present invention, the DC motor and the coolant direction switching valve are arranged parallel to each other with the gear train interposed therebetween to reduce the volume and weight of the flow control valve by about 15%, thereby making the fuel cell stack cooling system more compact There is also an effect.

도 1은 본 발명에 따른 냉각계 안정성 확보장치를 갖춘 연료전지스택의 구성도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 유량제어밸브의 페일-세이프(Faul-Safety)구현을 위한 리커버의 구성 및 조립도이고, 도 5는 본 발명에 따른 냉각계 안정성 확보장치인 유량제어밸브의 크기 대비도이며, 도 6은 본 발명에 따른 냉각계 안정성 확보장치인 유량제어밸브의 페일-세이프(Fail-Safety)작용도이고, 도 7은 본 발명에 따른 유량제어밸브의 강제적인 페일-세이프(Fail-Safety)로 인한 연료전지스택의 온도선도이며, 도 8은 종래에 따른 연료전지스택의 냉각계 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell stack equipped with a cooling system stability securing apparatus according to the present invention, and FIGS. 2 to 4 show a configuration of a recoil for a fail-safe implementation of a flow control valve according to the present invention. And FIG. 5 is a view for explaining the size of a flow control valve, which is a cooling system stability securing apparatus according to the present invention. FIG. 6 is a view showing a failure- 7 is a temperature diagram of the fuel cell stack due to the forced fail-safe of the flow control valve according to the present invention, and Fig. 8 is a graph showing the relationship between the cooling system configuration .

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 1은 본 실시예에 따른 냉각계 안정성 확보장치를 갖춘 연료전지스택의 구성을 나타낸다.Fig. 1 shows the configuration of a fuel cell stack equipped with a cooling system stability assurance device according to the present embodiment.

도 1(가)와 같이, 냉각계는 순환하는 냉각수 흐름통로인 냉각수 루프로 연료전지스택(1)을 감싸고, 상기 냉각수 루프에는 냉각수 펌핑용 펌프(2)와, 고온 냉각수를 외부와 열교환시켜주는 라디에이터(3)와, 라디에이터(3)에서 나온 저온 냉각수에 펌프(2)에서 바이패스 된 고온 냉각수를 함께 섞어줌으로써 연료전지스택(1)로 들어가는 냉각수 온도를 변화시켜주는 유량제어밸브(4)로 구성된다.As shown in Fig. 1 (a), the cooling system surrounds the fuel cell stack 1 with a cooling water loop which is a circulating cooling water flow passage, and the cooling water loop is provided with a pump 2 for pumping cooling water, A radiator 3 and a flow control valve 4 for changing the temperature of the cooling water entering the fuel cell stack 1 by mixing the high temperature cooling water bypassed by the pump 2 with the low temperature cooling water from the radiator 3 .

즉, 유량제어밸브(4)는 라디에이터(3)에서 나온 저온 냉각수를 펌프(2)에서 바이패스 되는 고온 냉각수와 섞어 적정 온도의 냉각수로 만들어 주는 작용을 한다.That is, the flow control valve 4 functions to mix the low-temperature cooling water from the radiator 3 with the high-temperature cooling water bypassed by the pump 2 to make the cooling water of the proper temperature.

이를 위해, 상기 유량제어밸브(4)는 연료전지스택(1)과 펌프(2) 및 라디에이터(3)에 각각 연결되는 밸브프레임(5)을 갖춘 3방향 밸브(3 Way Valve)타입이 적용된다.For this purpose, the flow control valve 4 is of a 3-way valve type having a valve frame 5 connected to the fuel cell stack 1, the pump 2 and the radiator 3 .

이때, 상기 유량제어밸브(4)의 3방향 밸브 개도각은 설정된 온도(약 60도)에 필요하게 되는 펌프(2)에서 바이패스되는 고온 냉각수 유량과 라디에이터(3)에서 나온 저온 냉각수 유량에 따라 변화된다.At this time, the three-way valve opening angle of the flow control valve 4 depends on the flow rate of the high-temperature cooling water bypassed by the pump 2 and the flow rate of the low-temperature cooling water discharged from the radiator 3 which are necessary for the set temperature (about 60 degrees) Change.

이를 위해, 상기 유량제어밸브(4)에는 전자제어타입의 액추에이터가 구비된다.To this end, the flow control valve 4 is provided with an actuator of an electronic control type.

도 1(나)는 유량제어밸브(4)의 전자제어타입 액추에이터를 나타낸다.1 (B) shows an electronically controlled type actuator of the flow control valve 4. As shown in Fig.

도시된 바와 같이, 액추에이터(10)는 컨트롤러의 제어로 정회전이나 역회전하는 모터(20)와, 모터(20)의 회전력을 감속하고 출력토크를 변환하는 기어트레인(30)과, 기어트레인(30)을 통해 회전되어 2방향에서 저온냉각수와 고온 냉각수를 유입하고 1방향으로 냉각수를 내보내는 유로밸브(40)와, 유로밸브(40)에 결합되고 기어트레인(30)부위를 감싸는 스토퍼(50)와, 모터(20)의 고장(Fail)을 포함한 상황에서 유량제어밸브(4)의 페일-세이프(Fail-Safety)가 구현되는 리커버로 구성된다.As shown in the figure, the actuator 10 includes a motor 20 for forward rotation or reverse rotation under the control of the controller, a gear train 30 for reducing the rotational force of the motor 20 and converting the output torque, A stopper 50 which is coupled to the flow valve 40 and surrounds the gear train 30, a flow path 40 which is rotated through the flow path 30 and flows the coolant in two directions and discharges the coolant in one direction, And fail-safe of the flow control valve 4 in a situation including a failure of the motor 20 is realized.

상기 모터(20)는 DC 모터 타입을 적용한다.The motor 20 applies a DC motor type.

상기 기어트레인(30)은 모터(20)를 통해 회전되는 입력기어(31)와, 회전축(34)을 매개로 자유회전되어 입력기어(31)의 회전수를 저감하고 토크를 증대하는 인터기어(32)와, 인터기어(32)를 통해 회전수 저감과 토크증대가 발생하는 출력기어(33)로 구성된다.The gear train 30 includes an input gear 31 rotated through a motor 20 and an inter gear 34 rotated freely through a rotary shaft 34 to reduce the number of revolutions of the input gear 31 and increase torque 32 and an output gear 33 for reducing the rotational speed and increasing the torque through the inter gear 32.

상기 입력기어(31)는 모터(20)의 회전축에 직접 고정되고, 상기 인터기어(32)는 유로밸브(40)의 바디하우징에 형성된 회전축(34)을 매개로 자유회전되며, 상기 출력기어(33)는 유로밸브(40)의 밸브축에 직접 고정된다.The input gear 31 is directly fixed to the rotary shaft of the motor 20 and the inter gear 32 is freely rotated via a rotary shaft 34 formed in the body housing of the flow path valve 40, 33 are directly fixed to the valve shaft of the flow path valve 40.

상기 출력기어(33)는 축보스(33b)의 중심에 대해 180도 이상의 둔각으로 기어치(33a)가 형성되며, 상기 기어치(33a)는 인터기어(32)의 회전축(34)이 결합되는 축보스부위에서 인터기어(32)에 비해 상대적으로 작은 직경을 갖는 연결기어와 맞물려 연결기어의 회전수를 저감하고 토크를 증대하게 된다.The output gear 33 is formed with a gear tooth 33a at an obtuse angle of 180 degrees or more with respect to the center of the shaft boss 33b and the gear tooth 33a is engaged with the rotation shaft 34 of the inter gear 32 The coupling gear is engaged with the coupling gear having a relatively smaller diameter than the inter gear 32 at the axial boss portion, thereby reducing the number of rotations of the coupling gear and increasing the torque.

상기 연결기어는 회전력 전달을 위한 통상적인 구성이므로 별도로 도시하지 않고, 상기 기어치(33a)가 형성되는 둔각범위는 유로밸브(40)가 개폐하는 3방향의 형성위치에 따라 설정된다.Since the connecting gear is a typical structure for transmitting the rotational force, the oblique angle range in which the gear teeth 33a are formed is set according to the forming positions of the three directions in which the flow valve 40 opens and closes.

본 실시예에서 상기 입력기어(31)와 상기 인터기어(32) 및 상기 출력기어(33)의 각 기어비는 유량제어밸브(4)의 사양에 따라 설계된다.In this embodiment, the respective gear ratios of the input gear 31, the inter gear 32 and the output gear 33 are designed in accordance with the specifications of the flow control valve 4.

상기 유로밸브(40)는 한쪽 측면부위로 모터(20)를 수용하는 모터수용부(41a)를 형성한 밸브하우징(41)과, 밸브축(43)을 갖추고 모터수용부(41a)에 대해 평행하게 배열되어 기어트레인(30)을 통해 회전되는 밸브바디(42)로 구성된다.The flow path valve 40 includes a valve housing 41 having a motor receiving portion 41a for receiving the motor 20 at one side portion thereof and a valve housing 41 having a valve shaft 43 and being parallel to the motor receiving portion 41a And a valve body 42 which is arranged to be rotated through the gear train 30.

상기 밸브바디(42)는 연료전지스택(1)으로 연결되는 통로와 펌프(2)로 연결되는 통로 및 라디에이터(3)로 연결되는 통로를 개폐하며, 이러한 회전각도는 기어트레인(30)을 이루고 밸브바디(42)의 밸브축(43)에 고정된 출력기어(33)의 회전각도에 따라 구현된다.The valve body 42 opens and closes a passage connected to the fuel cell stack 1, a passage connected to the pump 2 and a passage connected to the radiator 3, and the rotational angle forms the gear train 30 Is realized in accordance with the rotation angle of the output gear (33) fixed to the valve shaft (43) of the valve body (42).

도 2는 본 실시예에 따른 유량제어밸브(4)를 구성하고 페일-세이프(Fail-Safety)를 구현하는 리커버의 관련구성을 나타낸다.Fig. 2 shows a related configuration of the reservoir that constitutes the flow control valve 4 according to the present embodiment and implements fail-safety.

도시된 바와 같이, 리커버는 원형으로 감긴 코일몸체와, 코일몸체의 위쪽과 아래쪽에서 1가닥 권선으로 빠져나와 각각 연장된 한쌍의 하단연장부(60a)와 상단연장부(60b)로 이루어진 스프링(60)으로서, 원형으로 적층된 권선구조를 통해 탄성력을 발생하는 토셔널 코일스프링 타입이다.As shown in the figure, the recuperator includes a coil body that is wound in a circular shape, a spring 60 (see FIG. 1) composed of a pair of lower extension portions 60a and an upper extension portion 60b each extending from the upper and lower portions of the coil body by one- ), And is a type of a local coil spring that generates an elastic force through a circularly wound winding structure.

상기 스프링(60)은 유로밸브(40)의 밸브축(43)에 코일몸체가 끼워져 결합됨으로써 기어트레인(30)을 이루는 출력기어(33)의 아래쪽에 위치되고, 유로밸브(40)와 기어트레인(30)을 이용해 스프링포지셔너가 구비됨으로써 유로밸브(40)의 회전에 따라 축적된 탄성력으로 유량제어밸브(4)의 고장시 강제적인 페일-세이프(Fail-Safety)를 구현하게 된다.The spring 60 is positioned below the output gear 33 constituting the gear train 30 by the coil body being fitted to the valve shaft 43 of the flow path valve 40, The spring positioner is provided by using the spring 30 to provide a forced fail-safe when the flow control valve 4 fails due to the elastic force accumulated in accordance with the rotation of the flow path valve 40.

상기 스프링포지셔너중 하나는 유로밸브(40)의 밸브바디(42)를 감싼 밸브하우징(41)에 형성되어 스프링(60)의 하단연장부(60a)를 고정하고, 반면 또 다른 하나는 유로밸브(40)의 밸브축(43)에 결합된 기어트레인(30)의 출력기어(33)에 형성되어 스프링(60)의 상단연장부(60b)를 고정하여 준다.One of the spring positioners is formed in a valve housing 41 surrounding the valve body 42 of the flow path valve 40 to fix the lower extension 60a of the spring 60 while the other one is a flow path valve 40 is formed on the output gear 33 of the gear train 30 coupled to the valve shaft 43 of the spring 60 to fix the upper extension 60b of the spring 60. [

상기 하단연장부(60a)와 상기 밸브하우징(41)의 고정구조는 다양하게 구현되며, 본 실시예에서는 밸브하우징(41)의 표면으로 돌출되고 중앙으로 개구된 슬릿(Slit)이 형성된 하단구속부(61)를 이용함으로써, 도 4(가)와 같이 하단연장부(60a)가 밸브하우징(41)의 표면에 끼워져 고정될 수 있게 된다.In this embodiment, the lower end extension 60a and the valve housing 41 are fixed to each other. In this embodiment, the bottom end of the valve housing 41 is formed with a slit, The lower extension 60a can be fitted and fixed to the surface of the valve housing 41 as shown in Fig. 4 (A).

상기 하단구속부(61)는 밸브하우징(41)의 사출 성형시 함께 형성될 수 있다.The lower end restricting portion 61 may be formed together with the valve housing 41 during injection molding.

또한, 상기 상단연장부(60b)와 상기 출력기어(33)의 고정구조는 다양하게 구현된다.The fixing structure of the upper extension portion 60b and the output gear 33 may be variously implemented.

하지만, 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 출력기어(33)의 기어치(33a)를 형성하지 않은 축보스(33b)의 영역으로 파여진 상단구속부(62)를 이용하려 형성된다.However, in the present embodiment, as shown in Fig. 3, the upper gear 62 is formed to be the region of the shaft boss 33b in which the gear teeth 33a of the output gear 33 are not formed .

상기 상단구속부(62)는 출력기어(33)의 기어치(33a)의 둔각(w)을 벗어난 영역에서 오프셋각도(y)를 갖는 위치로 형성되고, 상기 상단구속부(62)의 오프셋각도(y)는 페일-세이프를 구현하기 위한 스프링(60)의 탄성율에 따라 적절히 설정된다.The upper end restricting portion 62 is formed at a position having an offset angle y in an area out of the obtuse angle w of the gear teeth 33a of the output gear 33, (y) is appropriately set according to the modulus of elasticity of the spring 60 for implementing the fail-safe.

상기와 같은 스프링(60)의 상단연장부(60b)에 대한 고정상태는 출력기어(33)의 중심에 대해 오프셋각도(y)를 갖고 끼워져 고정된 상태를 나타내는 도 4(나)를 통해 예시되어 있다.The fixed state of the spring 60 with respect to the upper end extended portion 60b is illustrated in FIG. 4 (B) showing a state where the fixed state is fixed with the offset angle y with respect to the center of the output gear 33 have.

그리고, 도 4(다)는 기어트레인(30)부위를 가려는 스토퍼(50)의 조립상태를 나타내는데, 도시된 바와 같이 스토퍼(50)에는 그 저면부위로 스톱돌기(52)가 더 형성됨으로써 페일-세이프에 따른 스프링(60)의 초기 상태 원점 위치를 잡아주게 된다.4 (c) shows the assembled state of the stopper 50 for covering the portion of the gear train 30. As shown in the figure, the stopper 50 is further formed at the bottom portion of the stopper 50, The position of the home position of the spring 60 in accordance with the safety is maintained.

한편, 도 5는 본 실시예에 따른 유량제어밸브(4)의 전체 크기를 나타낸 것으로, 도면부호 400의 유량제어밸브는 스텝모터(500)와 유량밸브(700)가 서로 수직하게 배열되고 그들 사이로 기어트레인(600)이 구비된 액추에이터를 갖춘 전술한 도 8의 유량제어밸브(400)인 반면, 도면부호 4의 유량제어밸브는 DC 모터(20)와 유량밸브(40)가 서로 평행하게 배열되고 그들 사이로 기어트레인(30)이 구비된 액추에이터를 갖춘 본 실시예의 유량제어밸브(4)를 나타낸다.5 shows the overall size of the flow control valve 4 according to the present embodiment. In the flow control valve 400, the step motor 500 and the flow rate valve 700 are arranged perpendicular to each other, 8 with the gear train 600, whereas the flow control valve 4 has the DC motor 20 and the flow valve 40 arranged in parallel with each other And a flow control valve 4 of the present embodiment having an actuator provided with a gear train 30 therebetween.

도시된 바와 같이, 상기 유량제어밸브(400)의 밸브프레임(401)이 갖는 전체 높이(a)를 기준으로 할 때, 본 실시예에 따른 유량제어밸브(4)의 밸브프레임(5)이 갖는 전체 높이(A)가 상대적으로 크게 축소된 높이임을 알 수 있다.As shown in the figure, the valve frame 5 of the flow control valve 4 according to the present embodiment has a total height (a) of the valve frame 401 of the flow control valve 400, It can be seen that the total height A is a height at which the relative height is greatly reduced.

이로부터, 본 실시예에 따른 유량제어밸브(4)는 기존의 유량제어밸브(400)대비 부피 및 중량을 약 15% 감소됨이 증명되고 있다.Accordingly, it has been proved that the flow control valve 4 according to the present embodiment is reduced in volume and weight by about 15% compared to the conventional flow control valve 400.

한편, 도 6은 본 실시예에 따른 유량제어밸브(4)의 정상작동상태와 페일-세이프(Fail-Safety)작동상태를 나타낸다.6 shows a normal operating state and a fail-safe operating state of the flow control valve 4 according to the present embodiment.

도 6(가)는 유량제어밸브(4)의 초기 상태로서, 이는 DC 모터(20)의 회전이 없어 기어트레인(30)과 유로밸브(40)사이에 위치된 스프링(60)의 탄성력도 초기 값을 유지하고 있는 상태로서, 이러한 상태에서는 유로밸브(40)의 개폐각은 회전중심선(o-o)에 대해 0도를 유지하게 된다.6A is an initial state of the flow control valve 4. This is because the spring force of the spring 60 positioned between the gear train 30 and the flow path valve 40 because there is no rotation of the DC motor 20, In this state, the open / close angle of the flow path valve 40 is maintained at 0 degree with respect to the rotation center line oo.

반면, 도 6(나)는 유량제어밸브(4)의 최대 작동 상태로서, 이는 컨트롤러의 제어신호에 따라 DC 모터(20)가 회전되고, 이를 통해 기어트레인(30)이 유량밸브(40)를 회전시킴으로써 라디에이터(3)에서 들어오는 저온냉각수의 통로와 펌프(2)에서 바이패스되는 고온냉각수의 통로를 열어준 상태를 나타낸다.6 (B) shows a maximum operating state of the flow control valve 4, in which the DC motor 20 is rotated in accordance with the control signal of the controller, whereby the gear train 30 is connected to the flow valve 40 Cooling water flowing in the radiator 3 and the passage of the high-temperature cooling water bypassed in the pump 2 are opened.

이 경우는 유로밸브(40)의 개폐각이 회전중심선(o-o)에 대해 90도이고 동시에 스프링(60)의 탄성력은 최대값으로 축적된 상태이다.In this case, the open / close angle of the flow path valve 40 is 90 degrees with respect to the rotational center line o-o, and the elastic force of the spring 60 is accumulated at the maximum value.

상기와 같은 스프링(60)의 탄성력 형성은 기어트레인(30)의 출력기어(33)가 회전(90도)되면, 스프링(60)의 하단연장부(60a)는 유로밸브(40)의 밸브하우징(41)에 고정된 반면 상단연장부(60b)는 출력기어(33)와 함께 회전됨으로써 코일몸체가 비틀려짐에 기인된다.When the output gear 33 of the gear train 30 is rotated (90 degrees), the lower end extended portion 60a of the spring 60 is engaged with the valve housing 40 of the flow path valve 40, While the upper extension portion 60b is rotated together with the output gear 33, resulting in the coil body being twisted.

한편, 도 6(다)는 DC 모터(20)의 고장(Fail 또는 Error)이나 전원차단 또는 컨트롤러의 제어로직 에러(Error)로 인해 유량제어밸브(4)가 페일-세이프 작동된 결과를 나타낸다.6 (C) shows a result of fail-safe operation of the flow control valve 4 due to a failure (Fail or Error) of the DC motor 20, a power-off, or a control logic error of the controller.

도시된 페일-세이프 작동결과는 도 6(나)와 같이 유량제어밸브(4)의 작동으로 스프링(60)은 최대 탄성력을 갖는 상태이고, 이러한 상태에서 기어트레인(30)이 DC 모터(20)로부터 토크를 받지 못하지만 출력기어(33)에는 스프링(60)의 탄성력이 가해짐에 기인된다.As shown in FIG. 6 (B), the illustrated fail-safe operation result shows that the spring 60 is in a state of maximum elasticity due to the operation of the flow control valve 4, But the elastic force of the spring 60 is exerted on the output gear 33. As a result,

즉, 유량제어밸브(4)가 페일-세이프 상태로 전환되면, 유량밸브(40)에는 DC 모터(20)와 기어트레인(30)으로부터 어떠한 힘도 가해지지 않고 대신 스프링(60)의 탄성력 만이 출력기어(33)쪽에 가해지게 되고, 이로 인해 출력기어(33)는 스프링(60)의 축적된 탄성력이 모두 풀릴 때 까지 역회전되어진다.That is, when the flow control valve 4 is switched to the fail-safe state, no force is applied to the flow valve 40 from the DC motor 20 and the gear train 30. Instead, only the elastic force of the spring 60 is output The output gear 33 is rotated counterclockwise until the accumulated elastic force of the spring 60 is released.

상기 출력기어(33)의 역회전은 이에 고정된 밸브축(43)을 동일한 방향으로 회전시켜 주고, 밸브바디(42)는 밸브축(43)을 통해 역회전되어진다.The reverse rotation of the output gear 33 rotates the fixed valve shaft 43 in the same direction and the valve body 42 is reversely rotated through the valve shaft 43.

상기와 같이 밸브바디(42)가 역회전됨으로써, 유량제어밸브(4)는 도 6(가)와 같이 스프링(60)의 탄성력은 초기 값으로 돌아가고 동시에 유로밸브(40)의 개폐각은 회전중심선(o-o)에 대해 0도가 유지되는 상태로 전환될 수 있다.6 (a), the spring force of the spring 60 returns to the initial value, and at the same time, the opening / closing angle of the flow path valve 40 becomes equal to the rotational center line of the valve body 42, 0 < / RTI >

이러한 과정에서 스토퍼(50)의 저면부위로 형성된 스톱돌기(52)가 출력기어(33)의 역회전 진행을 막아(Ka)줌으로써 페일-세이프에 따른 스프링(60)의 초기 상태 원점 위치가 자연적으로 잡아질 수 있게 된다.In this process, the stop protrusion 52 formed on the bottom surface of the stopper 50 prevents the output gear 33 from rotating in the reverse direction (Ka), so that the initial state origin position of the spring 60 according to the fail- So that it can be caught.

한편, 도 7은 스프링(60)을 통한 강제적인 페일-세이프(Fail-Safety)구현에 따른 연료전지스택의 온도선도를 나타낸다.FIG. 7, on the other hand, shows a temperature diagram of the fuel cell stack according to a forced fail-safe implementation through the springs 60. FIG.

도 7(가)의 온도선도는 페일-세이프가 구현되지 못한 상태에서 연료전지스택(1)의 온도상승(Kb)이고, 도 7(나)의 온도선도는 페일-세이프가 구현된 상태에서 연료전지스택(1)의 온도상승(Kc)으로서, 비교된 바와 같이 온도선도(Kc)가 온도선도(Kb)에 비해 상대적으로 낮아진 온도임을 알 수 있다.7 (A) is a temperature rise (Kb) of the fuel cell stack 1 in a state in which fail-safe is not implemented, and the temperature diagram of FIG. 7 (B) It can be seen that as the temperature rise Kc of the battery stack 1, the temperature curve Kc is relatively lower than the temperature curve Kb as compared with the temperature curve Kb.

상기와 같이 본 실시예에 따른 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치에는 유량제어밸브(4)가 구비되고, 상기 유량제어밸브(4)에는 냉각수의 통로를 선택적으로 열어주도록 유량밸브(40)를 회전시키는 기어트레인(30)의 회전각도에 비례하여 탄성력을 축적하는 스프링(60)을 갖춤으로써, 유량제어밸브(4)의 전원공급차단이나 제어를 위한 컨트롤러의 에러 상태시 스프링(60)의 축적된 탄성력으로 초기상태로 복귀되는 페일-세이프(Fail-Safety)가 구현되고, 이를 통해 어떠한 이상상황에서도 연료전지스택(1)의 안정화가 크게 높아질 수 있게 된다.
As described above, the apparatus for securing stability of the cooling system of the fuel cell stack according to the present embodiment is provided with the flow control valve 4, and the flow control valve 4 is rotated The spring 60 that accumulates the elastic force in proportion to the rotation angle of the gear train 30 is provided so that the spring 60 is maintained in the error state of the controller for shutting off or controlling the power supply to the flow control valve 4. [ Fail-safety in which the fuel cell stack 1 returns to the initial state by the elastic force is realized, so that the stabilization of the fuel cell stack 1 can be greatly increased even under any abnormal conditions.

1 : 연료전지스택 2 : 펌프
3 : 라디에이터 4 : 유량제어밸브
5 : 밸브프레임 10 : 액추에이터
20 : 모터 30 : 기어트레인
31 : 입력기어 32 : 인터기어
33 : 출력기어 33a : 기어치
33b : 축보스 34 : 회전축
40 : 유로밸브
41 : 밸브하우징 42 : 밸브바디
43 : 밸브축 50 : 스토퍼
51 : 연장커버 52 : 스톱돌기
60 : 스프링
60a : 하단연장부 60b : 상단연장부
61 : 하단구속부 62 : 상단구속부1: Fuel cell stack 2: Pump
3: Radiator 4: Flow control valve
5: valve frame 10: actuator
20: motor 30: gear train
31: input gear 32: inter gear
33: Output gear 33a: Gear tooth
33b: Axial boss 34:
40: flow valve
41: valve housing 42: valve body
43: valve shaft 50: stopper
51: extension cover 52: stop projection
60: spring
60a: lower extension part 60b: upper extension part
61: lower restraint part 62: upper restraint part

Claims (12)

연료전지스택을 감싸고 냉각수가 순환되는 냉각수 루프에 설치되고, 상기 연료전지스택과 냉각수 펌핑용 펌프 및 고온 냉각수를 외부와 열교환시켜주는 라디에이터로 이어지는 상기 냉각수의 통로를 회전각의 크기에 따라 각각 열어주도록 회전되며, 상기 회전의 진행에 비례하여 축적된 탄성력이 전원공급차단이나 제어를 위한 컨트롤러의 에러상태에서 초기상태로 복귀시켜주는 페일-세이프(Fail-Safety)의 동력으로 사용되는 유량제어밸브;를 포함해 구성되고,
상기 유량제어밸브는 상기 탄성력을 축적하는 리커버와, 상기 컨트롤러로 구동 제어됨과 더불어 고장(Fail)시 상기 리커버가 축적한 탄성력이 상기 페일-세이프(Fail-Safety)의 동력으로 사용되는 모터를 갖춘 액추에이터로 이루어지고;
상기 리커버는 원형으로 이루어진 스프링과, 상기 스프링의 한쪽을 고정하는 하단구속부와, 상기 스프링의 다른 한쪽을 고정하는 상단구속부로 이루어지며;
상기 상단구속부는 상기 모터에 연결되어 회전력을 감속하고 출력토크를 변환하는 기어트레인의 출력기어의 기어치를 형성하지 않은 축보스의 영역으로 파여진 구조인 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The fuel cell stack, the pump for pumping the cooling water, and the radiator for heat-exchanging the high-temperature cooling water with the outside, in accordance with the rotation angle of the fuel cell stack, And a flow control valve used as a fail-safe power for returning the elastic force accumulated in proportion to the progress of the rotation to the initial state from the error state of the controller for power supply cutoff or control ≪ / RTI >
Wherein the flow control valve comprises a recuperator for accumulating the elastic force and an actuator having a motor that is driven and controlled by the controller and an elastic force accumulated by the recoil when the failure occurs in a fail state is used as power for the fail- ≪ / RTI >
Wherein the recovers comprise a circular spring, a lower end restricting portion for fixing one of the springs, and an upper restricting portion for fixing the other end of the spring;
Wherein the upper limit restricting portion is a structure that is connected to the motor and is formed into a region of an axial boss in which a gear value of an output gear of a gear train for reducing a rotational force and converting an output torque is not formed. .
청구항 1에 있어서, 상기 유량제어밸브에는 상기 연료전지스택과 냉각수 펌핑용 펌프 및 고온 냉각수를 외부와 열교환시켜주는 라디에이터로 이어지는 상기 냉각수의 통로에 연결되는 밸브프레임이 더 포함된 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The fuel cell system according to claim 1, wherein the flow control valve further includes a valve frame connected to the passage of the cooling water, the fuel cell stack being connected to the fuel cell stack, the pump for pumping the cooling water, and the radiator for heat- Stack cooling system stability assurance device.
청구항 1에 있어서, 상기 액추에이터에는 상기 기어트레인을 통해 회전되어 상기 냉각수의 통로를 열어주는 유로밸브와, 상기 유로밸브에 결합되고 기어트레인부위를 감싸는 스토퍼가 포함되고, 상기 기어트레인의 출력기어는 인터기어의 회전수를 저감하고 토크를 증대하도록 회전축을 매개로 자유회전되는 상기 인터기어의 기어잇수와 다른 기어잇수를 가지며, 상기 인터기어의 기어잇수는 상기 모터를 통해 회전되는 입력기어에 맞물려 상기 입력기어의 회전수를 저감하고 토크를 증대하도록 상기 입력기어의 기어잇수와 다른 기어잇수인 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The engine of claim 1, wherein the actuator includes: a flow path valve that is rotated through the gear train to open a passage of the cooling water; and a stopper that is coupled to the flow path valve and surrounds a gear train portion, The number of gear teeth of the inter gear is different from the number of teeth of the inter gear, which is freely rotated via a rotary shaft so as to reduce the number of revolutions of the gear and increase the torque. The number of gear teeth of the inter gear is engaged with the input gear rotated through the motor, Wherein the number of gear teeth of the input gear is different from the number of teeth of the input gear so as to reduce the number of rotations of the gear and increase the torque.
청구항 1에 있어서, 상기 모터는 DC 모터인 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The fuel cell stack cooling system stability assurance apparatus according to claim 1, wherein the motor is a DC motor.
삭제delete 청구항 3에 있어서, 상기 유로밸브는 상기 모터를 수용하는 모터수용부가 형성된 밸브하우징과, 상기 밸브하우징을 관통해 상기 기어트레인으로부터 회전력을 전달받아 회전되어 상기 냉각수 통로를 개폐하는 밸브바디로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The valve system according to claim 3, wherein the flow path valve comprises a valve housing having a motor housing portion for housing the motor, and a valve body that rotates through the valve housing and receives rotation force from the valve housing to open and close the cooling water passage A fuel cell stack cooling system stability assurance device.
청구항 6에 있어서, 상기 유로밸브는 상기 모터와 상기 밸브바디가 서로 평행하게 배열되고, 상기 기어트레인이 상기 모터와 상기 밸브바디사이로 배열되며, 상기 밸브바디의 밸브축에 고정되어진 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The motorcycle according to claim 6, wherein the flow path valve is arranged such that the motor and the valve body are arranged in parallel with each other, and the gear train is arranged between the motor and the valve body and fixed to the valve shaft of the valve body. Battery stack cooling system stability assurance device.
청구항 1에 있어서, 상기 스프링은 원형으로 감긴 코일몸체의 위쪽과 아래쪽에서 1가닥 권선으로 빠져나와 각각 연장된 한쌍의 하단연장부와 상단연장부로 이루어지고;
상기 하단구속부는 상기 기어트레인을 통해 회전되어 상기 냉각수의 통로를 열어주는 유로밸브의 상기 냉각수 통로 개폐용 밸브바디와 상기 모터를 수용하는 밸브하우징에 형성되어, 상기 스프링의 한쪽 고정부인 상기 하단연장부를 고정하며;
상기 상단구속부는 상기 스프링의 다른 한쪽 고정부인 상기 상단연장부를 고정하는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
[2] The apparatus of claim 1, wherein the spring comprises a pair of lower extension portions and an upper extension portion, each of which extends outwardly and downwardly from a circular wound coil body through a single-stranded winding,
Wherein the lower end restricting portion is formed in the valve housing for opening and closing the cooling water passage of the flow path valve that is rotated through the gear train to open the passage of the cooling water and the valve housing accommodating the motor, Fixed;
Wherein the upper end restricting portion fixes the upper extension portion, which is the other fixed portion of the spring.
청구항 8에 있어서, 상기 스프링은 조립된 초기 상태에서 탄성력을 축적하지 않는 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The fuel cell stack cooling system stability assurance apparatus according to claim 8, wherein the spring does not accumulate an elastic force in an assembled initial state.
청구항 8에 있어서, 상기 하단구속부는 상기 밸브하우징의 표면으로 돌출되고 중앙으로 개구된 슬릿(Slit)을 갖춘 구조인 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치.
The fuel cell stack cooling system stability assurance apparatus according to claim 8, wherein the lower end restricting portion has a slit protruding from the surface of the valve housing and opening at the center.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 상단구속부는 그 축중심에 대해 둔각으로 형성된 상기 기어치가 형성되지 않은 축보스에서 상기 기어치에 대해 오프셋각도를 갖는 위치로 형성되어진 것을 특징으로 하는 연료전지스택 냉각계 안정성 확보장치. 2. The fuel cell stack cooling system according to claim 1, wherein the upper end restricting portion is formed at a position having an offset angle with respect to the gear teeth in an axial boss in which the gear teeth are not formed at an obtuse angle with respect to the axial center thereof Device.
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