KR102278311B1 - 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치 - Google Patents

탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브는, 유체가 유입되는 유입구, 상기 유체가 유동하는 유체 유로 및 상기 유체를 배출하는 배출구를 포함하는 하우징과, 상기 하우징 상에 배치되며 상기 유체 유로는 개폐하는 파일롯과 플런저와, 상기 파일롯과 상기 플런저가 내측에 배치되는 코어 샤프트와, 상기 파일롯 하측과 상기 플런저의 하측에 결합되는 파일롯 캡 및 상기 파일롯 캡과 상기 코어 샤프트 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 플런저는 그 외경 하측에 플런저 단차를 구비하며, 상기 파일롯 캡은 그 둘레에 캡 홈을 포함할 수 있다. 상기 탄성 부재를 지지하는 탄성 조절부가 상기 플런저 단차 또는 상기 캡 홈에 선택적으로 배치될 수 있다.

Description

탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치{A fuel cell solenoid valve having an elastic controlling part, and a fuel supply device including the same}
실시예는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료공급 장치에 관한 것이다. 구체적으로 실시예는 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치에 관한 것이다.
환경 오염에 대한 지구 온난화로 세계적으로 환경 보호에 대한 관심이 많아지고 있다. 이 중에서 환경 오염 원인 중 하나인 대기 오염은 다양한 요인으로 발생하며 화석 연료의 연소 과정에 형성되는 배기가스가 한 요인으로 지목되고 있다.
배기가스는 자동차, 난방 장치, 발전 설비 등 화석 연료를 주 연료로 사용하는 기기에서 주로 배출된다. 특히, 대부분의 자동차는 가솔린, 디젤 등의 화석 연료를 통해 생성된 동력을 이용하여 동작한다. 그러나, 상술한 화석 연료가 연소하는 과정에 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 미세먼지 등의 배기가스를 형성하는 문제가 있다.
이때, 질소산화물은 오존(O3)을 형성하는 전구체 역할을 하며 산성비의 원인이 될 수 있어 환경에 치명적일 수 있다. 또한, 질소산화물은 각종 피부 질환과 호흡기 질환을 유발할 수 있어 사람과 각종 동식물에도 치명적일 수 있다. 또한, 일산화탄소는 인화성이 강하며, 인체 내에서 헤모글로빈과 결합하여 체내 산소공급을 방해할 수 있어 치명적일 수 있다. 또한, 미세먼지는 탄소, 유기 탄화수소, 질산염, 유해금속 성분 등을 포함하며 크기가 매우 작아 체내에 유입될 수 있고, 이로 인해 호흡기 질환을 유발할 수 있다.
이러한 문제로, 건강과 환경 보호 차원에서 새로운 친환경 자동차에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히, 최근에는 상술한 배기가스를 배출하지 않는 수소 연료전지 자동차(hydrogen fuel cell car)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
수소 연료전지 자동차는 물의 전기분해 역반응을 이용한 자동차로, 수소와 산소의 전기화학 반응으로 생성된 전기를 동력원으로 사용하는 자동차이다. 일반적으로 수소 연료전지 자동차는 전기화학 반응으로 전기를 형성하는 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 수소를 공급하는 수소 공급부, 상기 연료전지 스택에 산소를 공급하는 공기 공급부, 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 생성된 물을 배출하는 배출부를 포함한다. 또한, 상기 배출부는 연료전지 스택 내부 연료극의 수소 농도를 관리하기 위한 퍼지 밸브, 연료전지 스택의 연료극으로부터 배출된 물을 포집하고 저장하는 워터 트랩, 워터 트랩에 모인 물을 감지하고 배출하기 위한 수위감지 센서와 드레인 밸브 등을 포함한다.
이러한, 수소 공급부는 수소 탱크로부터 수소를 공급받거나 차단하는 수소 차단 밸브를 포함할 수 있고, 상기 수소 차단 밸브와 연료전지 스택 사이에 배치되어 공급되는 수소량을 제어하는 수소 공급 밸브를 포함할 수 있다. 상기 수소 차단 밸브 및 상기 수소 공급 밸브는 인가되는 전원에 의해 밸브를 개폐하거나, 개방 정도를 조절하여 유동하는 유체의 유동량을 제어하는 솔레노이드(solenoid) 구동부를 포함할 수 있다.
일례로 수소 차단 밸브에 전원이 인가될 경우, 인가되는 전원에 따라 플런저와 파일럿이 상승하여 수소 차단 밸브가 개방되어 유입되는 유체가 수소 공급 밸브로 배출될 수 있다.
한편, 내부 기술에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브에서는 탄성부재가 장착되는 위치가 고정됨에 따라 스프링의 압축하중의 증대 또는 감소가 필요 시 대응하지 못하는 문제가 있다. 특히 스프링의 압축하중이 필요이상으로 커지는 경우 솔레노이드 밸브에서는 전력소모가 증대되는 문제가 있다. 전력소모에 있어서 솔레노이드 밸브가 2W이상 전력을 지속적으로 소모하는 경우 기술적 문제가 발생하며, 전력소모를 최소화하는 것이 필요한 실정이다.
또한 연료 공급장치는 소정의 홀더에 연료전지용 솔레노이드 밸브가 조립된 구조이며, 연료전지용 솔레노이드 밸브의 이상 발생시 홀더에서 연료전지용 솔레노이드 밸브를 교체하게 된다.
그런데 종래 기술에 의하면, 연료전지용 솔레노이드 밸브를 홀더에 조립하는 과정에서 소정의 요크에 삽입된 플런저가 이탈되는 문제가 발생하고 있다.
한편 내부 기술에 의하면 플런저 이탈방지 구조를 형성하거나 추가 배치하는 경우 파일롯이나 플런저로 유입되는 유체의 유동을 방해하는 기술적 모순이 발생하고 있다.
특히 내부 기술에 따른 플런저 이탈방지 구조는 제작 공정의 어려움 및 유체와 마찰에 의한 소음이 발생할 뿐만 아니라 플런저 이탈방지 구조가 유체 유동을 방해함에 따라 유체 유입구 내에서 유체의 회전운동에 의하여 주류와 반대방향으로 소용돌이치는 흐름인 와류(vortex)가 발생하여 유량성능이 급격히 저하되는 기술적 문제가 발생하고 있다.
또한 플런저 이탈방지 구조가 유체 유동을 방해함에 따라 유체압력이 최소 압력차 이하로 떨어지면 밸브가 닫히는 문제가 발생할 수 있다. 즉 플런저 이탈방지 구조에 의해 유체 유동 방해로 공급압력이 낮아져 불필요한 차단을 야기하거나 제대로 작동하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 내부 기술에 의하면, 연료전지용 솔레노이드 밸브는 소정의 스프링과 같은 탄성부재의 탄성력을 이용하여 플런저나 파일롯을 복귀시키고 있다. 그런데 전원이 인가되어 플런저와 파일롯이 상측방향으로 이동하여 유체가 공급되는 경우에 탄성부재는 상당한 압력을 받게 되고, 상측 또는 하측 방향 압력뿐만 아니라 측면방향으로 상당한 압력을 받게 된다.
그런데 내부기술에서는 탄성부재가 단지 코어 샤프트 내측에 배치됨에 따라 측면방향으로의 지지가 제대로 이루어 지지 않게 됨에 따라 탄성부재의 측면 가이드 구조의 부재로 안정적인 차단 동작이 되지 못하는 문제가 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 연료전지용 솔레노이드 밸브에서는 탄성부재가 장착되는 위치가 고정됨에 따라 스프링의 압축하중이 필요이상으로 커지는 경우 솔레노이드 밸브에의 전력소모가 증대되는 문제를 해결할 수 있는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치를 제공하고자 함이다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 탄성부재의 측면 가이드 구조의 부재로 인해 안정적인 차단 동작이 되지 못하는 문제를 해결할 수 있는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치를 제공하고자 함이다.
실시예의 기술적 과제는 본 항목에 기재된 것에 한정되지 않으며 발명의 설명을 통해 파악될 수 있는 것을 포함한다.
실시예에 따른 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브는, 유체가 유입되는 유입구, 상기 유체가 유동하는 유체 유로 및 상기 유체를 배출하는 배출구를 포함하는 하우징과, 상기 하우징 상에 배치되며 상기 유체 유로는 개폐하는 파일롯과 플런저와, 상기 파일롯과 상기 플런저가 내측에 배치되는 코어 샤프트와, 상기 파일롯 하측과 상기 플런저의 하측에 결합되는 파일롯 캡 및 상기 파일롯 캡과 상기 코어 샤프트 사이에 배치되는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
상기 플런저는 그 외경 하측에 플런저 단차를 구비하며, 상기 파일롯 캡은 그 둘레에 캡 홈을 포함할 수 있다. 상기 탄성 부재를 지지하는 탄성 조절부가 상기 플런저 단차 또는 상기 캡 홈에 선택적으로 배치될 수 있다.
상기 코어 사프트와 결합하며 상기 플런저와 상기 파일롯 캡을 감싸는 플런저 가이드;를 더 포함하는, 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브.
또한 실시예에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브는, 유체가 유입되는 유입구, 상기 유체가 유동하는 유체 유로 및 상기 유체를 배출하는 배출구를 포함하는 하우징과, 상기 하우징 상에 배치되며 상기 유체 유로는 개폐하는 파일롯과 플런저와, 상기 파일롯과 상기 플런저가 내측에 배치되는 코어 샤프트와, 상기 파일롯 하측과 상기 플런저의 하측에 결합되는 파일롯 캡 및 상기 코어 사프트와 결합하며 상기 플런저와 상기 파일롯 캡을 감싸는 플런저 가이드를 포함할 수 있다.
상기 코어 샤프트는 코어 바디 및 상기 코어 바디에서 측면으로 연장되는 코어 확장부를 포함할 수 있다.
상기 플런저 가이드는 상기 코어 확장부에 결합될 수 있다.
상기 플런저 가이드에 구비되는 플런저 돌기는 상기 코어 샤프트의 상기 코어 확장부 하단에 구비되는 코어 리세스에 결합될 수 있다.
상기 플런저 가이드는, 중공형의 가이드 바디와, 상기 가이드 바디 상측 둘레에 배치되는 상측 걸림부와, 상기 가이드 바디의 하측 내측으로 라운드 경사진 복수의 내측 돌출부, 및 상기 복수의 내측 돌출부 사이에 배치되는 유체 유동 관통부를 포함할 수 있다.
상기 플런저 가이드의 유체 유동 관통부는 상기 하우징의 유체 유입구와 축방향으로 적어도 일부 일치할 수 있다.
실시예는 상기 파일롯 캡과 상기 플런저 가이드 사이에 배치되는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재의 외측면은 상기 플런저 가이드 내측에 배치될 수 있다.
상기 플런저는 그 외경 하측에 플런저 단차를 구비하며, 상기 파일롯 캡은 그 둘레에 캡 홈을 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재를 지지하는 탄성 조절부를 더 포함하되, 상기 탄성 조절부는 상기 플런저 단차 또는 상기 캡 홈에 선택적으로 배치될 수 있다.
상기 플런저는 그 내부에 배치되는 플런저 댐퍼를 포함할 수 있다.
상기 플런저 댐퍼는 그 상측이 위로 볼록한 곡면형 댐퍼를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 연료 공급장치는, 상기 어느 하나의 연료전지용 솔레노이드 밸브를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치에 의하면, 연료전지용 솔레노이드 밸브에서는 탄성부재가 장착되는 위치가 고정됨에 따라 스프링의 압축하중이 필요이상으로 커지는 경우 솔레노이드 밸브에의 전력소모가 증대되는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면, 탄성 조절부(1355)가 플런저 단차(또는 플런저 홈), 또는 캡 홈에 선택적으로 배치됨에 따라 탄성 부재(1360)의 압축하중을 제어할 수 있으므로 솔레노이드 밸브에의 전력소모를 절감할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치에 의하면, 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 상기 플런저(1330)를 견고하게 가이드 및 지지하는 플런저 가이드(1390)를 포함할 수 있다. 또한 상기 플런저 가이드(1390)는 파일롯 캡(1350) 및 탄성 부재(1360)도 견고하게 가이드 또는 지지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 플런저 가이드(1390)의 유체 유동 관통부(1390F)는 상기 하우징(1100)의 유입구(1101)와 대응되는 위치에 위치됨으로써 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에서 가이드 스토퍼 기능하는 플런저 가이드(1390)의 플런저 돌기(1390P)가 코어 확장부(1322)의 코어 리세스(1320R)에 결합됨으로써 플런저 가이드(1390)의 유체 유동 관통부(1390F)가 하우징의 유체 유입구(1101)와 축방향으로 적어도 일부 일치하도록 제어할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
다음으로 실시예에 의하면, 탄성부재의 측면 가이드 구조의 부재인한 안정적인 차단 동작에 문제를 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 상기 플런저 가이드(1390)가 플런저(1330) 뿐만 아니라 탄성 부재(1360)도 견고하게 가이드 또는 측면 지지함에 따라 솔레노이드 밸브로서의 안정적인 성능 구현이 가능한 기술적 효과가 있다. 또한 실시예는 플런저 가이드(1390)를 구비함으로써 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 복합적 특별한 기술적 효과가 있다.
다음으로 실시예에 따른 곡면형 댐퍼를 구비한 플런저 댐퍼는 소음 감소를 위한 댐퍼 면적을 확보하면서도 플런저 면적(자기력발생 면적)을 확보할 수 있어 솔레노이드 흡입력 증대 가능한 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 따른 곡면형 댐퍼를 구비한 플런저 댐퍼는 단순히 상측방향으로 확장된 형태가 아닌 곡면 형태를 구비함으로써 댐퍼 높이를 늘리더라도 댐퍼의 수평 방향 변형이 가능하여 플런저의 이동 거리 확보가 가능한 특별한 기술적 효과가 있다. 이에 따라 곡면형 댐퍼에 의해 수평 방향 변형이 가능하여 변형시간이 접촉시간에 반영되어 접촉시간이 늘어남에 따라 동일한 충격량 대비 작동 소음이 감소함과 아울러 플런저의 이동거리를 확보함과 동시에 자기력 발생 면적인 플런저 면적을 확보할 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
실시예의 기술적 효과는 본 항목에 기재된 것에 한정되지 않으며 발명의 설명을 통해 파악될 수 있는 것을 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 사시도.
도 2a는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 플런저, 파일롯 캡 및 탄성 조절부의 분리 사시도.
도 2b는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 탄성 조절부가 파일롯 캡의 캡 홈 배치된 단면도.
도 2c는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 탄성 조절부가 플런저 홈에 배치된 단면도.
도 3a와 도 3b는 도 1에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 부분 단면도.
도 4a는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 부분 사시도.
도 4b는 도 4a에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 분리 사시도.
도 5는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)에서 플런저 가이드(1390)의 사시도.
도 6은 도 3b에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 제1 영역(C1)의 확대도.
도 7은 도 3a에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 제2 영역(C2)의 부분 확대도.
도 8은 도 4a에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 부분 분리 사시도.
도 9는 도 8에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)에서 탄성 부재(1360), 탄성 조절부(1355)와 플런저 가이드(1390)가 생략된 사시도.
도 10a는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 파일롯 캡(1350)의 캡 홈(1350H)에 배치된 사시도.
도 10b는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 플런저 단차(1330S)에 배치된 사시도.
도 11a는 도 10a와 같이 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 파일롯 캡(1350)의 캡 홈(1350H)에 배치된 단면도(C1).
도 11b는 도 10b와 같이 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 플런저 단차(1330S)에 배치된 단면도(C12).
도 12는 실시예에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브(2000)가 적용된 차량(3000)의 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예의 기술적 과제를 해결할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 사시도이다.
우선 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 수소 탱크(미도시)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료전지용 솔레노이드 밸브(2000)는 수소 탱크 및 연료전지의 스택(미도시) 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 수소 탱크와 수소 공급밸브(미도시) 사이에 배치되는 수소 차단밸브일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 하우징(1100) 및 커버 부재(1400)를 포함할 수 있다. 상기 하우징(1100)는 홀더로 칭해질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하우징(1100)는 수소 탱크 및 상기 연료전지 스택 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(1100)는 수소 탱크 및 수소 공급밸브 사이에 배치될 수 있다.
상기 하우징(1100)는 소정의 강도를 가지며 신뢰성이 우수한 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 하우징(1100)는 금속 또는 열가소성 수지 재질을 포함하는 수지 재질일 수 있다.
예를 들어, 상기 하우징(1100)는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지, 폴리올레핀(Polyolefine) 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate) 수지, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) 수지, TPU(Thermoplastic Urethane) 수지, 폴리아미드(Polyamide) 수지, PPA(Polyphthalamide) 수지, PPS(Polyphenylene sulfide) 수지, PEEK(Polyether ether ketone) 수지 및 LCP(Liquid Crystral Polymer) 수지 중 적어도 하나의 수지 재질을 포함할 수 있다.
상기 하우징(1100)이 수지 재질을 포함함에 따라 향상된 성형성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(1100)는 이중 사출, 인서트 사출 등의 다양한 사출 공정으로 형성할 수 있어 다양한 크기, 형태로 제공되어 향상된 설계 자유도를 가질 수 있다.
다음으로 상기 커버 부재(1400)는 상기 하우징(1100) 상에 배치될 수 있다. 상기 커버 부재(1400)는 오픈된 하부 영역을 포함하고, 내부에 수용 공간을 포함할 수 있다. 이후 기술되는 솔레노이드 구동부(1300)(도 3a 참조)는 커버 부재(1400)의 하부 영역을 통해 삽입되어 수용 공간 내에 배치될 수 있다.
상기 커버 부재(1400)는 소정의 강도를 가지며 외부 환경에 대한 신뢰성이 우수한 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 커버 부재(1400)는 금속, 세라믹 및 수지 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 커버 부재(1400)가 수지 재질을 포함할 경우 열가소성 수지를 포함할 수 있으며, 앞서 상기 하우징(1100)의 수지 재질 중 어느 하나를 채용할 수 있다.
상기 커버 부재(1400)는 상기 하우징(1100)과 결합할 수 있다. 상기 커버 부재(1400)는 솔레노이드 구동부(1300)를 설정된 위치에 고정함과 동시에 상기 솔레노이드 구동부(1300)가 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
이하 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 제1 실시예 따른 솔레노이드 밸브(2001)에 대해 상술하기로 한다.
한편, 도 3a 내지 도 11b는 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 제2 실시예 따른 솔레노이드 밸브(2000)이다.
제1 실시예 따른 솔레노이드 밸브(2001)는 기술적 특징은 이후 기술되는 제2 실시예 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 기술적 특징을 채용할 수 있으며, 제1 실시예 따른 솔레노이드 밸브(2001)의 기술적 특징으로 중심으로 기술하기로 한다.
'제1 실시예 따른 솔레노이드 밸브(2001)'는 '실시예 따른 솔레노이드 밸브(2001)'로 칭하며, '제2 실시예 따른 솔레노이드 밸브(2000)'는 '실시예 따른 솔레노이드 밸브(2000)'로 칭하기로 한다.
(제1 실시예)
도 2a는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 제2 플런저(1332), 파일롯 캡(1350) 및 탄성 조절부(1355)의 분리 사시도이다.
도 2b는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 탄성 조절부(1355)가 파일롯 캡(1350)의 캡 홈(1350H) 배치된 단면도이다.
반면, 도 2c는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 탄성 조절부(1355)가 플런저 홈(1332H)에 배치된 단면도이다.
도 2b를 참조하면, 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)는 하우징(1100), 코어 샤프트, 제2 플런저(1332), 파일롯(1370), 파일롯 캡(1350), 탄성 부재(1360), 탄성 조절부(1355)를 포함할 수 있다. 상기 코어 샤프트는 코어 바디와 제2 코어 확장부(1322B)를 포함할 수 있다.
도 2b에 도시된 각 구성의 기술적 특징은 이후 도 3a 내지 도 3b를 기초로 설명되는 제2 실시예의 기술적 특징을 채용할 수 있다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 연료전지용 솔레노이드 밸브에서는 탄성부재가 장착되는 위치가 고정됨에 따라 스프링의 압축하중이 필요이상으로 커지는 경우 솔레노이드 밸브에의 전력소모가 증대되는 문제를 해결할 수 있는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치를 제공하고자 함이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 도 2a를 참조하면 실시예의 플런저(1330)는 외경 하측에 플런저 단차(1332S)와 플런저 홈(1332H)을 구비할 수 있으며, 상기 파일롯 캡(1350)은 둘레에 캡 홈(1350H)을 포함할 수 있다.
상기 탄성 조절부(1355)는 상기 플런저 홈(1332H) 또는 상기 캡 홈(1350H)에 선택적으로 배치될 수 있다.
도 2b는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 탄성 조절부(1355)가 파일롯 캡(1350)의 캡 홈(1350H)에 배치된 단면도이며, 도 2c는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2001)에서 탄성 조절부(1355)가 플런저 홈(1332H)에 배치된 단면도이다.
실시예에 의하면, 상기 탄성 조절부(1355)가 상기 캡 홈(1350H) 또는 상기 플런저 홈(1332H)에 선택적으로 배치됨에 따라 탄성 부재(1360)의 압축하중을 제어할 수 있으므로 솔레노이드 밸브에의 전력소모를 절감할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 내부 기술에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브에서는 탄성부재가 장착되는 위치가 고정됨에 따라 스프링의 압축하중의 증대 또는 감소가 필요 시 대응하지 못하는 문제가 있다. 그런데 스프링의 압축하중이 필요이상으로 커지는 경우 솔레노이드 밸브에서는 전력소모가 증대되는 문제가 있다. 예를 들어, 전력소모에 있어서 솔레노이드 밸브가 2W이상 전력을 지속적으로 소모하는 경우 기술적 문제가 발생하며, 전력소모를 최소화하는 것이 필요하다.
실시예에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브에 의하면, 탄성 부재(1360)의 압축하중의 증대 또는 감소가 필요 시 대응하지 못하는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 도 2a와 같이 실시예의 제2 플런저(1332)는 외경 하측에 플런저 단차(1332S)와 플런저 홈(1332H)를 구비할 수 있으며, 상기 파일롯 캡(1350)은 둘레에 캡 홈(1350H)을 포함할 수 있다.
이를 통해 상기 탄성 부재(1360)의 위치 고정 및 가이드 기능을 하는 탄성 조절부(1355)는 상기 플런저 홈(1332H) 또는 상기 캡 홈(1350H)에 선택적으로 배치됨에 따라 제2 플런저(1332)와 파일롯 캡(1350)까지의 영역에서의 조립 위치를 선정하여 탄성 부재(1360)의 압축하중을 조정할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 오리피스 홀 차단을 위해 누름 힘을 증대시킬 경우, 도 2b와 같이 상기 탄성 조절부(1355)가 상기 캡 홈(1350H)에 배치됨에 따라 탄성 부재(1360)의 압축하중 증대시킬 수 있다.
또한 솔레노이드 파워가 부족할 경우, 도 2c와 같이 상기 탄성 조절부(1355)가 상기 플런저 홈(1332H)에 배치됨에 따라 탄성 부재(1360)의 압축하중을 축소시켜 오리피스 홀 오픈에 유리하게 대응할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
(제2 실시예)
다음으로 도 3a와 도 3b는 도 1에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 부분 단면도이다. 구체적으로 도 3a는 도 1에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 A1-A1' 선을 따른 부분 단면도이며, 도 3b은 도 3a에 도시된 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 상세도이다.
우선 도 3a를 참조하면, 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 하우징(1100), 상기 하우징(1100) 상에 배치되는 커버 부재(1400), 상기 하우징(1100)과 상기 커버 부재(1400) 사이에 배치되는 코어 샤프트(1320), 플런저(1330), 파일롯(1370), 탄성 부재(1360) 및 솔레노이드 구동부(1300)를 포함할 수 있다. 상기 솔레노이드 구동부(1300)는 코일부(1310)와, 요크(1305)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(1100)는 유체의 유입구(1101) 및 배출구(1102)를 포함할 수 있다. 또한 상기 유입구(1101)와 상기 배출구(1102) 사이의 파일롯(1370) 하단에 유체가 이동하는 유체 유로(1103)가 배치될 수 있다. 또한 실시예의 파일롯(1370)은 그 내부에 관통 유로를 포함할 수 있다.
상기 유입구(1101)는 유체가 유입되는 입구로 수소 탱크와 연결될 수 있다. 또한, 상기 연료전지용 솔레노이드 밸브(2000)가 수소 탱크와 수소 공급밸브 사이에 배치될 경우, 상기 유입구(1101)는 수소 탱크와 연결될 수 있고, 상기 배출구(1102)는 수소 공급밸브의 유입구와 연결될 수 있다.
상기 유입구(1101)를 통해 유입된 유체는 상기 연료전지용 솔레노이드 밸브(2000)를 유동한 후 유체 유로(1103)를 거쳐 배출구(1102)를 통해 배출될 수 있다.
상기 유입구(1101) 및 상기 배출구(1102)는 서로 이격되며 상기 하우징(1100)의 외측면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 유입구(1101) 및 상기 배출구(1102)는 하우징(1100)의 서로 다른 외측면 상에 배치될 수 있다. 상기 하우징(1100)은 유체 유입구(1101), 배출구(1102) 또는 코어 샤프트(1320) 하측에 오링(1321)을 구비할 수 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 내부 기술에 의하면 플런저 이탈방지 구조를 형성하거나 추가 배치하는 경우 유입되는 유체의 유동이 방해됨에 따라 와류(vortex)로 인한 유량성능이 급격히 저하됨에 따라 공급압력이 낮아져 불필요한 밸브 차단을 야기하거나 밸브가 정상 작동하지 못하는 문제가 발생하고 있다.
이러한 기술적 문제를 해결하기 위한 실시예의 기술적 특징은 이후 도 4a 내지 도 6을 참조하여 후에 상술하기로 한다.
다음으로 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 단자(1301)로부터 인가된 전원에 의해 플런저(1330)와 파일롯(1370)의 위치를 제어할 수 있고, 유체 유로(1103)를 선택적으로 개폐할 수 있다.
실시예에서 상기 코일부(1310)는 보빈(1311) 및 코일(1312)을 포함할 수 있다.
상기 보빈(1311)은 내부에 수직 방향으로 연장하는 중공을 포함할 수 있다. 상기 보빈(1311)의 중공은 상기 보빈(1311)의 상면과 하면을 관통하는 관통홀일 수 있다. 상기 보빈(1311)의 중공 내에는 코어 샤프트(1320), 플런저(1330) 등이 배치될 수 있다.
상기 코일(1312)은 상기 보빈(1311) 상에 배치될 수 있다. 상기 코일(1312)은 상기 보빈(1311)의 외측 둘레 배치될 수 있다. 상기 코일(1312)은 상기 보빈(1311)의 외측에 권선되어 배치될 수 있다. 상기 코일(1312)은 인가되는 전원에 따라 자기장을 형성할 수 있다.
상기 코어 샤프트(1320)는 상기 코일부(1310) 내에 배치될 수 있다. 상기 코어 샤프트(1320)는 상기 보빈(1311) 내에 배치될 수 있다. 상기 코어 샤프트(1320)는 일부가 상기 보빈(1311)의 중공 내에 삽입되어 배치될 수 있다. 상기 코어 샤프트(1320)는 자성체를 포함하며 상기 코일부(1310)에 의해 형성된 자기장에 자화될 수 있다.
다음으로 상기 플런저(1330)는 상기 코어 샤프트(1320)의 중공 내에 배치되어 수직 방향으로 상하 이동 가능할 수 있다. 상기 플런저(1330)는 상기 코어 샤프트(1320)의 자력에 의해 상하 방향으로 이동 가능할 수 있고, 상기 플런저(1330) 하측에 결합된 파일롯(1370)이 상하 이동하면서 유체 유로(1103)를 선택적으로 개폐할 수 있다.
다음으로 상기 파일롯(1370)은 탄성력이 있는 재질로 형성되며 유체 유로(1103)를 개폐할 수 있는 개폐 부재(1372)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 개폐 부재(1372)는 폴리염화비닐, 실리콘, 폴리우레탄, EPDM(Ethylene Propylene), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), FPM(Fluorinated Rubber), 실리콘 등과 같은 수지 재질, 탄성이 있는 고무 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 개폐 부재(1372)는 상기 파일롯(1370)의 하면 중심 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 솔레노이드 구동부(1300)가 동작하지 않을 경우(전원이 Off 상태), 상기 코어 샤프트(1320)와 상기 플런저(1330) 사이에는 인력이 발생하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 개폐 부재(1372)는 탄성 부재(1360)의 탄성력에 의해 유체 유로(1103)의 상부 끝단과 접하며 탄성 변형할 수 있고, 솔레노이드 밸브(2000)는 폐쇄될 수 있다.
또한, 상기 솔레노이드 구동부(1300)가 동작하여 상기 코어 샤프트(1320)가 자화될 경우(전원이 On 상태), 상기 플런저(1330)는 상부 방향으로 이동하여 개폐 부재(1372)는 유체 유로(1103)의 상부 끝단과 이격될 수 있다. 이에 따라, 상기 솔레노이드 밸브(2000)는 개방되어 유체가 유체 유로(1103)를 거쳐서 배출구(1102)를 통해 배출될 수 있다.
도 3a의 'C2 영역'에 대해서는 이후 도 7를 기초로 후에 상술하기로 한다.
다음으로 도 3b는 도 3a에 도시된 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 상세도이다.
도 3b를 참조하면, 실시예는 플런저(1330)를 감싸는 가이드 부재(1340)를 포함할 수 있다. 상기 가이드 부재(1340)는 비자성체로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 가이드 부재(1340)는 중공을 포함할 수 있다. 상기 가이드 부재(1340)의 중공은 상기 가이드 부재(1340)의 중심 영역에 형성될 수 있고, 상기 중공은 상기 플런저(1330)의 삽입을 위한 홀일 수 있다. 상기 가이드 부재(1340)는 상기 플런저(1330)의 이동을 가이드 할 수 있다.
또한 특히 실시예는 파일롯 캡(1350), 탄성 가변 지지부(1355), 플런저 가이드(1390) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한 실시예의 코어 샤프트(1320)는 코어 바디(1321), 코어 확장부(1322)를 포함할 수 있다.
상기 탄성 부재(1360)는 탄성 가변 지지부(1355) 상에 배치될 수 있다.
상기 탄성 부재(1360)의 상단은 상기 코어 확장부(1322)의 내측 상면(1322T)과 접할 수 있고, 상기 탄성 부재(1360)의 하단은 상기 탄성 가변 지지부(1355)의 상면과 접할 수 있고, 상기 탄성 부재(1360)의 측면 외측은 상기 플런저 가이드(1390) 내측에 배치될 수 있다.
상기 탄성 부재(1360)는 상기 플런저(1330)의 하부 둘레를 감싸며 배치되고 상부 또는 하부 방향으로 탄성 변형 가능하게 제공될 수 있다. 일례로, 상기 탄성 부재(1360)는 코일 스프링 등을 포함할 수 있다. 인가되는 구동력에 의해 상기 플런저(1330)가 상부로 이동할 경우, 상기 탄성 부재(1360)는 상부 방향으로 탄성 변형하여 유체 유로(1103)를 개방할 수 있다. 또한, 구동력이 인가되지 않을 경우, 상기 플런저(1330)와 결합한 파일롯(1370)를 하부 방향으로 밀어내 유체 유로(1103)를 폐쇄할 수 있다.
도 3b의 'C1 영역'에 대해서는 이후 도 6을 기초로 후에 상술하기로 한다.
다음으로 도 4a는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 부분 사시도이다.
예를 들어, 도 4a는 도 3b에 도시된 솔레노이드 밸브(2000) 구성 중 커버(1400), 솔레노이드 구동부(1300) 및 하우징(1100)이 생략된 사시도일 수 있다.
또한 도 4b는 도 4a에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 분리 사시도이며, 도 5는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)에서 플런저 가이드(1390)의 사시도이다.
도 4a를 참조하면, 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 코어 샤프트(1320), 탄성부재(1360), 탄성 가변 지지부(1355), 파일롯(1370), 파일롯 캡(1350), 개폐 부재(1372) 및 플런저 가이드(1390)를 포함할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 실시예의 코어 샤프트(1320)는 코어 바디(1321) 및 상기 코어 바디(1321) 하측에서 측면으로 연장배치된 코어 확장부(1322)를 포함할 수 있다.
상기 코어 샤프트(1320)는 코어 확장부(1322) 하단에 코어 리세스(1320R)를 포함할 수 있다.
또한 실시예의 플런저 가이드(1390)는 플런저 돌기(1390P)를 구비할 수 있다. 상기 플런저 돌기(1390P)는 코어 리세스(1320R)에 결합될 수 있다.
다음으로 도 5는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)에서 플런저 가이드(1390)의 사시도이다.
실시예에 따른 플런저 가이드(1390)는 중공형의 가이드 바디(1391)와, 상측 걸림부(1393), 내측으로 라운드 경사진 복수의 내측 돌출부(1392)와, 복수의 내측 돌출부(1392) 사이에 배치되는 유체 유동 관통부(1390F)와, 가이드 리세스(1390R)를 포함할 수 있다.
상기 플런저 가이드(1390)의 상측 걸림부(1393)는 상기 코어 확장부(1322)의 내측 홈에 견고히 결합될 수 있다.
상기 플런저 가이드(1390)의 내측 돌출부(1392)는 상기 파일롯 캡(1350), 탄성 부재(1360) 및 플런저(1330)를 견고하게 가이드 및 지지할 수 있다.
상기 플런저 가이드(1390)의 유체 유동 관통부(1390F)는 하우징(1100)의 유입구(1101)와 대응되는 위치에 위치됨으로써 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
실시예에서 플런저 가이드(1390)의 플런저 돌기(1390P)가 코어 확장부(1322)의 코어 리세스(1320R)에 결합됨으로써 플런저 가이드(1390)의 유체 유동 관통부(1390F)가 하우징의 유체 유입구(1101)와 축방향으로 일치하도록 제어할 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음으로, 도 6은 도 3b에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 제1 영역(C1)의 확대도이다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치를 제공하고자 함이다.
예를 들어, 내부 기술에 의하면, 플런저 이탈방지 구조를 형성하거나 추가 배치하는 경우 파일롯이나 플런저로 유입되는 유체의 유동을 방해하는 기술적 문제가 발생하고 있다.
특히 내부 기술에 따른 플런저 이탈방지 구조는 제작 공정의 어려움 및 유체와 마찰에 의한 소음이 발생할 뿐만 아니라 플런저 이탈방지 구조가 유체 유동을 방해함에 따라 유체 유입구 내에서 유체의 회전운동에 의하여 주류와 반대방향으로 소용돌이치는 흐름인 와류(vortex)로 인한 유량성능이 급격히 저하의 기술적 문제가 발생하고 있다.
또한 플런저 이탈방지 구조가 유체 유동을 방해함에 따라 압력이 최소 압력차 이하로 떨어지면 밸브가 닫히는 문제가 발생한다. 즉 플런저 이탈방지 구조에 의해 유체 유동 방해로 공급압력이 낮아져 불필요한 차단을 야기하거나 안정적인 작동이 되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
실시예에 의하면 상기 플런저(1330)를 견고하게 가이드 및 지지하는 플런저 가이드(1390)를 포함할 수 있다. 또한 상기 플런저 가이드(1390)는 파일롯 캡(1350) 및 탄성 부재(1360)도 견고하게 가이드 또는 지지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 의하면 플런저 가이드(1390)의 유체 유동 관통부(1390F)는 상기 하우징(1100)의 유입구(1101)와 대응되는 위치에 위치됨으로써 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에서 가이드 스토퍼 기능하는 플런저 가이드(1390)의 플런저 돌기(1390P)가 코어 확장부(1322)의 코어 리세스(1320R)에 결합됨으로써 플런저 가이드(1390)의 유체 유동 관통부(1390F)가 하우징의 유체 유입구(1101)와 축방향으로 적어도 일부 일치하도록 제어할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
이를 통해 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한 실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 탄성부재의 측면 가이드 구조의 부재인한 안정적인 차단 동작이 되지 못하는 현상을 방지할 수 있는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치를 제공하고자 함이다.
예를 들어 내부 기술에 의하면, 연료전지용 솔레노이드 밸브는 소정의 스프링과 같은 탄성부재의 탄성력을 이용하여 플런저나 파일롯을 복귀시키고 있는데, 전원이 인가되어 플런저와 파일롯이 상측방향으로 이동하여 유체가 공급되는 경우에 탄성부재는 상당한 압력을 받게 되며, 상하측방향 압력뿐만 아니라 측면방향으로 상당한 압력을 받게 된다.
그런데 내부기술에서는 탄성부재가 단지 코어 샤프트 내측에 배치됨에 따라 측면방향으로의 지지가 제대로 이루어 지지 않게 됨에 따라 탄성부재의 측면 가이드 구조가 없어서 안정적인 동작이 되지 못하는 문제가 있다.
실시예에 의하면 상기 플런저 가이드(1390)가 플런저(1330) 뿐만 아니라 탄성 부재(1360)도 견고하게 가이드 또는 측면 지지함에 따라 솔레노이드 밸브로서의 안정적인 성능 구현이 가능한 기술적 효과가 있다. 또한 실시예는 플런저 가이드(1390)를 구비함으로써 유입되는 유체의 유동을 방해하지 않으면서 플런저 이탈을 방지할 수 있는 복합적 특별한 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 7은 도 3a에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 제2 영역(C2)의 부분 확대도이다.
내부기술에 의하면, 솔레노이드 작동시 플런저와 코어 사프트 접촉에 따른 작동 소음이 발생하며, 소음 감소를 위해 플런저 내부에 댐퍼를 장착하였다. 그런데, 댐퍼 장착 면적을 커질수록 소음 저감에는 유리 하나 플런저 면적(자기력발생 면적) 이 감소하여 솔레노이드 흡입력이 감소하는 기술적 문제가 있다.
한편 내부기술에 의하면 플런저 면적을 유지하면서 댐퍼 면적 확보를 위해 댐퍼를 플런저 상측 방향으로 확장시키는 시도가 없었으며, 댐퍼를 플런저 상측으로 확장시키는 경우 댐퍼와 코어 사이의 거리가 가까워져 플런저 이동 거리 확보가 어려운 기술적 문제가 있다.
실시예에 따른 플런저 댐퍼(1335)는 플런저(1330) 내부에 인서트 사출될 수 있으며 플런저(1330) 상측에 배치되는 상부 댐퍼 구조(1335a), 플런저(1330) 하측에 배치되는 하부 댐퍼 구조(1335c) 및 상기 상부 댐퍼 구조(1335a)와 상기 하부 댐퍼 구조(1335c) 사이에 배치되는 중간 댐퍼 구조(1335b)를 포함할 수 있다.
실시예는 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 상부 댐퍼 구조(1335a) 상측이 위로 볼록한 곡면형 댐퍼(1335R)를 구비할 수 있다. 상기 곡면형 댐퍼(1335R)는 반달 구조일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
실시예에 따른 곡면형 댐퍼(1335R)를 구비한 플런저 댐퍼(1335)는 소음 감소를 위한 댐퍼 면적을 확보하면서도 플런저 면적(자기력발생 면적)을 확보할 수 있어 솔레노이드 흡입력 증대가 가능한 특별한 기술적 효과가 있다.
또한 실시예에 따른 곡면형 댐퍼(1335R)를 구비한 플런저 댐퍼(1335)는 단순히 상측방향으로 확장된 형태가 아닌 곡면 형태를 구비함으로써 댐퍼 높이를 늘리더라도 댐퍼의 수평 방향 변형이 가능하여 플런저(1330)의 이동 거리 확보가 가능한 특별한 기술적 효과가 있다. 이에 따라 곡면형 댐퍼(1335R)에 의해 수평 방향 변형이 가능하여 변형시간이 접촉시간에 반영되어 접촉시간이 늘어남에 따라 동일한 충격량 대비 작동 소음이 감소함과 아울러 플런저의 이동거리를 확보함과 동시에 자기력 발생 면적인 플런저 면적을 확보할 수 있는 복합적 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 8은 도 4a에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)의 부분 분리 사시도(도 4b와 동일)이며, 도 9는 도 8에 도시된 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)에서 탄성 부재(1360), 탄성 조절부(1355)와 플런저 가이드(1390)가 생략된 사시도이다.
실시예의 기술적 과제 중의 하나는, 연료전지용 솔레노이드 밸브에서는 탄성부재가 장착되는 위치가 고정됨에 따라 스프링의 압축하중이 필요이상으로 커지는 경우 솔레노이드 밸브에의 전력소모가 증대되는 문제를 해결할 수 있는 연료전지용 솔레노이드 밸브 및 이를 포함하는 연료 공급장치를 제공하고자 함이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위해, 도 9를 참조하면 실시예의 플런저(1330)는 외경 하측에 플런저 단차(1330S)를 구비할 수 있으며, 상기 파일롯 캡(1350)은 둘레에 캡 홈(1350H)을 포함할 수 있다.
상기 탄성 조절부(1355)는 상기 플런저 단차(1330S) 또는 상기 캡 홈(1350H)에 선택적으로 배치될 수 있다.
도 10a는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 파일롯 캡(1350)의 캡 홈(1350H)에 배치된 사시도이며, 도 10b는 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 플런저 단차(1330S)에 배치된 사시도이다.
도 11a는 도 10a와 같이 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 파일롯 캡(1350)의 캡 홈(1350H)에 배치된 단면도(C1)이며, 도 11b는 도 10b와 같이 실시예에 따른 솔레노이드 밸브에서 탄성 조절부(1355)가 플런저 단차(1330S)에 배치된 단면도(C12)이다.
실시예에 의하면, 상기 탄성 조절부(1355)가 상기 플런저 단차(1330S) 또는 상기 캡 홈(1350H)에 선택적으로 배치됨에 따라 탄성 부재(1360)의 압축하중을 제어할 수 있으므로 솔레노이드 밸브에의 전력소모를 절감할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 내부 기술에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브에서는 탄성부재가 장착되는 위치가 고정됨에 따라 스프링의 압축하중의 증대 또는 감소가 필요 시 대응하지 못하는 문제가 있다. 그런데 스프링의 압축하중이 필요이상으로 커지는 경우 솔레노이드 밸브에서는 전력소모가 증대되는 문제가 있다. 예를 들어, 전력소모에 있어서 솔레노이드 밸브가 2W이상 전력을 지속적으로 소모하는 경우 기술적 문제가 발생하며, 전력소모를 최소화하는 것이 필요하다.
실시예에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브에 의하면, 탄성 부재(1360)의 압축하중의 증대 또는 감소가 필요 시 대응하지 못하는 문제를 해결할 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 실시예에 의하면 도 9와 같이 실시예의 플런저(1330)는 외경 하측에 플런저 단차(1330S)를 구비할 수 있으며, 상기 파일롯 캡(1350)은 둘레에 캡 홈(1350H)을 포함할 수 있다. 이를 통해 상기 탄성 조절부(1355)는 상기 플런저 단차(1330S) 또는 상기 캡 홈(1350H)에 선택적으로 배치됨에 따라 플런저(1330)와 파일롯 캡(1350)까지의 영역에서의 조립 위치를 선정하여 탄성 부재(1360)의 압축하중을 조정할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 오리피스 홀 차단을 위해 누름 힘을 증대시킬 경우, 도 10a 및 도 11a와 같이 상기 탄성 조절부(1355)가 상기 캡 홈(1350H)에 배치됨에 따라 탄성 부재(1360)의 압축하중 증대시킬 수 있다.
또한 솔레노이드 파워가 부족할 경우, 도 10b 및 도 11b와 같이 상기 탄성 조절부(1355)가 상기 플런저 단차(1330S)에 배치됨에 따라 탄성 부재(1360)의 압축하중을 축소시켜 오리피스 홀 오픈에 유리하게 대응할 수 있는 특별한 기술적 효과가 있다.
다음으로 도 12는 실시예에 따른 연료전지용 솔레노이드 밸브(2000)가 장착된 차량(3000)의 사시도이다.
도 12를 참조하면, 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(2000)는 수소 공급부를 포함하는 수소 공급 장치에 적용될 수 있고, 상기 수소 공급 장치는 차량(3000)에 장착될 수 있다. 상기 수소 공급 장치는 상술한 수소 탱크, 상기 연료전지용 솔레노이드 밸브(2000), 상기 수소 탱크와 상기 솔레노이드 밸브(2000)의 유입구(1101)를 연결하는 제1 배관(미도시), 상기 솔레노이드 밸브(2000)의 배출구(1102)와 상기 연료전지 스택을 연결하는 제2 배관(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 수소 탱크로부터 수소는 상기 제1 배관을 통해 상기 연료전지용 솔레노이드 밸브(2000)에 제공될 수 있고, 상기 수소는 상기 솔레노이드 밸브(2000)를 유동한 이후 상기 제2 배관을 통해 소정의 공급 밸브를 거쳐서 상기 연료전지 스택에 제공될 수 있다. 상기 수소 공급 장치는 도 12와 같이 연료전지를 동력원으로 하는 차량(3000) 뿐만 아니라 연료전지를 기반으로 하는 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 유체가 유입되는 유입구, 상기 유체가 유동하는 유체 유로 및 상기 유체를 배출하는 배출구를 포함하는 하우징;
    상기 하우징 상에 배치되며 상기 유체 유로를 개폐하는 파일롯과 플런저;
    상기 파일롯과 상기 플런저가 내측에 배치되는 코어 샤프트;
    상기 파일롯 하측과 상기 플런저의 하측에 결합되는 파일롯 캡; 및
    상기 파일롯 캡과 상기 코어 샤프트 사이에 배치되는 탄성 부재;를 포함하며,
    상기 플런저는 그 외경 하측에 플런저 단차를 구비하며,
    상기 파일롯 캡은 그 둘레에 캡 홈을 포함하며,
    상기 탄성 부재를 지지하는 탄성 조절부가 상기 플런저 단차 또는 상기 캡 홈에 선택적으로 배치되는, 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 코어 샤프트와 결합하며 상기 플런저와 상기 파일롯 캡을 감싸는 플런저 가이드;를 더 포함하는, 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 코어 샤프트는 코어 바디 및 상기 코어 바디에서 측면으로 연장되는 코어 확장부를 포함하고,
    상기 플런저 가이드는 상기 코어 확장부에 결합되며,
    상기 플런저 가이드에 구비되는 플런저 돌기는 상기 코어 샤프트의 상기 코어 확장부 하단에 구비되는 코어 리세스에 결합되는, 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플런저 가이드는
    중공형의 가이드 바디와, 상기 가이드 바디 상측 둘레에 배치되는 상측 걸림부와, 상기 가이드 바디의 하측 내측으로 라운드 경사진 복수의 내측 돌출부, 및 상기 복수의 내측 돌출부 사이에 배치되는 유체 유동 관통부를 포함하는, 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플런저 가이드의 유체 유동 관통부는 상기 하우징의 유체 유입구와 축방향으로 적어도 일부 일치하는, 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플런저는 그 내부에 배치되는 플런저 댐퍼를 포함하며,
    상기 플런저 댐퍼는 그 상측이 위로 볼록한 곡면형 댐퍼를 포함하는, 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 탄성 조절부를 구비한 연료전지용 솔레노이드 밸브를 포함하는 연료 공급장치.
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