KR102474379B1

KR102474379B1 - 밸브 장치

Info

Publication number: KR102474379B1
Application number: KR1020180044821A
Authority: KR
Inventors: 박정희; 이병승; 하경구; 김현유
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2022-12-05
Also published as: US20190326617A1; KR20190121475A; US10873095B2; CN110388504A; CN110388504B

Abstract

밸브 장치가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 밸브 장치는, ⅰ)공기 유동 유로와 연결되는 밸브 통로를 형성하고 있는 밸브 하우징과, ⅱ)밸브 하우징에 구동부를 통하여 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 밸브 디스크와, ⅲ)밸브 디스크에 설치되며, 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재를 포함할 수 있다.

Description

밸브 장치 {VALVE DEVICE}

본 발명의 예시적인 실시 예는 밸브 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 시스템의 배기 계통에 구성되는 운전 압력 조절용 밸브 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지 시스템은 연료전지에 의한 수소와 산소(공기 중의 산소)의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되며, 전기 모터와 같은 전기 동력 구동원을 구동시키는데 사용하고 있다.

연료전지 시스템은 공기극과 연료극으로 이루어진 단위 연료전지들의 전기 발생 집합체인 스택과, 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급계와, 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급계와, 스택의 운전온도 및 냉각 제어를 위한 물관리 장치를 구비하고 있다.

이와 같은 연료전지 시스템에서 공기 공급 계는 외부공기를 흡입 및 압축하여 압축공기를 연료전지의 공기극으로 공급하기 위한 공기 압축기와, 공기 압축기로부터 공급되는 공기를 적정 습도를 유지할 수 있게 가습하는 가습기를 구비하고 있다.

여기서, 가습기는 연료전지들의 공기극으로부터 배출되는 배출공기 중의 수분을 이용하여 공기 압축기로부터 공급되는 공급공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지들의 공기극으로 공급한다.

한편, 연료전지 시스템에는 공기 공급 계의 가습기로부터 배출되는 공기(또는 배출가스라고도 함)를 대기 중으로 방출하기 위한 배기 계통을 구비하고 있다. 이러한 배기 계통에는 연료전지 시스템의 운전 시, 공기 배출 유로의 공기 유동 단면적을 가변하며, 연료전지 스택의 압력을 조절하는 압력조절 장치를 구비하고 있다.

종래 기술에 따른 압력조절 장치는 배기 계통의 배기 유로에 장착되는 버터 플라이 타입의 밸브를 예로 들 수 있다. 이러한 밸브 장치는 밸브 디스크를 회전시키며 그 밸브 디스크와 보어 사이의 면적(클리어런스)을 가변하는 방식으로 연료전지 스택의 압력을 조절한다.

그런데, 이와 같은 종래 기술의 밸브 장치는 밸브 디스크와 보어 사이의 클리어런스로 공기가 배출됨에 따라, 클리어런스 측에서 공기의 난류가 발생하고, 클리어런스를 통한 공기의 유속이 높아짐으로 인해 기류 소음이 증가할 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예들은 압력 조절 시, 유동 공기의 난류 및 특정 구간에서 빨라지는 유속에 의해 발생되는 기류 소음을 저감할 수 있도록 한 밸브 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 밸브 장치는, ⅰ)공기 유동 유로와 연결되는 밸브 통로를 형성하고 있는 밸브 하우징과, ⅱ)상기 밸브 하우징에 구동부를 통하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 밸브 디스크와, ⅲ)상기 밸브 디스크에 설치되며, 상기 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 밸브 하우징의 상기 밸브 통로는 연료전지 시스템의 가습기에서 배출되는 배출공기를 대기 중으로 방출하기 위한 배기 계통의 공기 유동 유로와 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치는, 상기 밸브 디스크에 의해 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하며, 연료전지 스택의 압력을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 밸브 디스크는 상기 구동부와 연결된 밸브 샤프트를 중심으로 젖혀지며 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 플랩 디스크 타입으로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 상기 밸브 통로의 개방 단에 대응하는 상기 밸브 디스크의 한쪽 면에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 설정된 기공률을 가진 메쉬 폼을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 밸브 디스크는 상기 밸브 통로에 대해 서로 다른 면적의 오픈 영역을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 면적이 작은 오픈 영역에서 면적이 큰 오픈 영역으로 갈수록 기공률이 서로 상이한 것으로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성부재는 상기 면적이 작은 오픈 영역에서 상기 면적이 큰 오픈 영역으로 갈수록 기공률이 점차 작아지는 것으로 구비될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치는, ⅰ)공기 유동 유로와 연결되는 밸브 통로를 형성하고 있는 밸브 하우징과, ⅱ)상기 밸브 하우징에 구동부를 통하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 밸브 디스크와, ⅲ)상기 밸브 디스크에 설치되며, 상기 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재와, ⅳ)상기 밸브 통로에 설치되며, 상기 다공성 부재를 지지하는 메쉬 플레이트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 상기 밸브 디스크와 상기 메쉬 플레이트 사이에서 상기 밸브 디스크의 회전에 의해 압축 및 복원 변형 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 상기 메쉬 플레이트에 지지된 상태로, 상기 밸브 디스크에 의해 압축되며 그 압축 정도에 따라 기공률이 가변될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치는, ⅰ)공기 유동 유로와 연결되는 밸브 통로를 형성하고 있는 밸브 하우징과, ⅱ)상기 밸브 하우징에 구동부를 통하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 밸브 디스크와, ⅲ)상기 밸브 통로에 설치되며, 상기 다공성 부재를 지지하는 메쉬 플레이트와, ⅳ)상기 밸브 디스크에 대응하여 상기 메쉬 플레이트의 일측에 설치되며, 상기 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 상기 밸브 디스크 및 메쉬 플레이트 사이에서 상기 밸브 디스크의 회전에 의해 압축 및 복원 변형 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 상기 밸브 디스크에 지지된 상태로, 상기 밸브 디스크에 의해 압축되며 그 압축 정도에 따라 기공률이 가변될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치에 있어서, 상기 다공성 부재는 메쉬 폼을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 예는 다공성 부재에 의하여 공기의 난류 발생을 저감시킬 수 있고, 특정 영역에서 공기의 유속이 빨라지는 것을 방지할 수 있으므로, 기류 소음을 저감시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치가 적용되는 연료전지 시스템의 일 예를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밸브 장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밸브 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밸브 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 적용되는 다공성 부재의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...부", " "...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치가 적용되는 연료전지 시스템의 일 예를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치(100)는 연료전지 시스템(1)에 적용될 수 있다.

상기 연료전지 시스템(1)은 수소와 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 생산하는 일종의 발전 시스템이다. 이러한 연료전지 시스템은 예를 들어 상기한 전기 에너지로서 전기 모터를 구동시키는 연료전지 차량에 구성될 수 있다.

상기 연료전지 시스템(1)은 연료극, 공기극 및 냉각채널을 포함하는 연료전지 스택(2)(이하에서는 편의 상 "스택"이라고 한다)과, 연료전지 스택(2)으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급 계통(3)을 기본적으로 포함하고 있다.

예를 들면, 상기 공기 공급 계통(3)은 외부공기의 이물질을 걸러주는 필터(4)와, 외부공기의 흡입 소음을 억제하는 소음기(5)와, 외부공기를 흡입 및 압축하는 공기 압축기(6)와, 공기 압축기(6)에서 토출되는 공기를 냉각하는 에어쿨러(7)와, 에어쿨러(7)로부터의 공기를 적정 습도를 가지도록 가습하여 연료전지 스택(2)의 공기극으로 공급하는 가습기(8)를 포함하고 있다.

이와 같은 공기 공급 계통(3)에서의 필터(4), 소음기(5), 공기 압축기(6), 그리고 에어쿨러(7)는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 상기 가습기(8)는 연료전지 스택(2)의 공기극에서 배출되는 수분을 포함한 배출공기와 공기 압축기(6)로부터 공급되는 공급공기의 수분 교환으로 가습이 이루어지며, 그 가습된 가습공기를 연료전지 스택(2)의 공기극으로 공급할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예가 적용되는 상기 연료전지 시스템(1)은 공기 공급 계통(3)의 가습기(8)로부터 배출되는 공기를 대기 중으로 방출하기 위한 배기 계통(9)을 더 포함하고 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치(100)는 연료전지 시스템(1)의 배기 계통(9)에서 가습기(8)의 배출공기를 유동시키며, 대기 중으로 방출하는 공기 유동 유로(9a)에 장착될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치(100)는 연료전지 시스템(1)의 운전 시, 공기 유동 유로(9a)의 공기 유동 단면적을 가변하며, 연료전지 스택(2)의 압력을 조절하는 압력조절 장치이다.

그러나, 본 발명의 보호범위가 상기와 같이 연료전지 시스템에 채용되는 압력조절 장치로서의 밸브 장치에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 공기 유동 유로의 단면적을 가변하며 압력을 조절하는 다양한 종류 및 용도의 밸브 장치라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치(100)는 공기 유동 유로(9a)의 유동 단면적을 가변하며 압력을 조절할 때, 유동 공기의 난류 및 특정 구간에서 빨라지는 유속에 의해 발생되는 기류 소음을 저감할 수 있는 구조로 이루어진다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치를 도시한 단면 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 밸브 장치(100)는 기본적으로, 밸브 하우징(10), 밸브 디스크(30) 및 다공성 부재(50)를 포함하며, 이들을 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 밸브 하우징(10)은 위에서 언급한 바 있는 배기 계통(9: 도 1 참조)에서의 공기 유동 유로(9a)에 장착된다. 상기 밸브 하우징(10)은 공기 유동 유로(9a)와 연결되는 밸브 통로(11)를 형성하고 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 밸브 디스크(30)는 밸브 통로(11)의 공기 유동 단면적으로 가변하기 위한 것으로서, 구동부(31)를 통하여 밸브 하우징(10)에 회전 가능하게 설치된다.

여기서, 상기 밸브 구동부(31)는 모터(33)와 밸브 샤프트(35)를 포함하고 있다. 상기 모터(33)는 밸브 하우징(10)에 고정되게 설치된다. 상기 밸브 샤프트(35)는 기어부(도면에 도시되지 않음)를 통하여 모터(33)의 구동 축과 연결된다. 상기 기어부는 밸브 하우징(10)에 설치되는데, 예를 들면 모터(33)의 회전 속도를 설정된 속도로 감속하는 유성기어 세트를 포함할 수 있다.

이하에서는 도면에서와 같이, 상기 밸브 디스크(30)가 구동부(31)에 의해 상하 방향으로 작동하는 것을 예로 들어 설명하는데, 상측을 향하는 부분을 상부, 상단, 상단부, 상단면 및 상면으로 정의할 수 있고, 하측을 향하는 부분을 하부, 하단, 하단부, 하단면 및 하면으로 정의할 수 있다.

상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 밸브 하우징(10)의 기준 위치 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 기준 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.

상기 밸브 디스크(30)는 밸브 샤프트(35)의 회전에 의해 밸브 하우징(10)의 밸브 통로(11)를 개폐하는 것으로 사각 형태의 디스크로 구비된다. 예를 들면, 상기 밸브 디스크(30)는 밸브 샤프트(35)를 중심으로 상하 방향을 따라 젖혀지며 밸브 통로(11)의 공기 유동 단면적을 가변하는 플랩(flap) 디스크 타입으로 구비된다. 상기 밸브 디스크(30)는 볼트를 통해 밸브 샤프트(35)에 결합될 수 있다.

이와 같은 밸브 디스크(30)는 모터(33)의 구동에 의한 밸브 샤프트(35)의 회전으로 밸브 통로(11)의 공기 유동 단면적을 가변하면서 연료전지 스택(2: 도 1 참조)의 압력을 조절할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 다공성 부재(50)는 밸브 디스크(30)에 설치되며, 그 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역에 위치하도록 구비된다.

상기 다공성 부재(50)는 다수의 기공들에 의한 설정된 기공률을 가진 메탈 소재의 다공성 매질로 이루어진 메쉬 폼(51)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 메쉬 폼(51)은 수분에 의해 부식되지 않는 다양한 메탈 소재의 다공성 매질로 이루어질 수 있다.

상기 다공성 부재(50)의 기공률(기공들 크기의 정도)은 연료전지 스택(2: 도 1 참조)에서 요구되는 차압 성능을 고려하여 선정되기 때문에, 본 발명의 실시 예에서 어느 특정한 값으로 한정하지 않는다.

이러한 다공성 부재(50)는 밸브 통로(11)의 개방 단에 대응하는 밸브 디스크(30)의 한쪽 면(도면에서의 하면)에 설치되며, 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역에 위치한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치(100)의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에서는 연료전지 시스템(1)의 운전 시, 모터(33)의 구동으로 밸브 샤프트(35)를 설정 각도로 회전시키며, 그 밸브 샤프트(35)에 결합된 밸브 디스크(30)를 통하여 밸브 통로(11)의 공기 유동 단면적을 가변한다.

이 때, 본 발명의 실시 예에서는 모터(33)의 구동을 제어하여 밸브 샤프트(35)의 회전 각도를 조정하며, 밸브 디스크(30)의 회전 각도를 조절함으로써, 밸브 통로(11)를 일부 개방하며 그 밸브 통로(11)의 공기 유동 단면적을 가변할 수 있다.

그러면, 본 발명의 실시 예에서는 공기 공급 계통(3)의 가습기(8)로부터 배출되는 공기가 배기 계통(9)의 공기 유동 유로(9a)를 따라 유동하는 과정에, 그 공기 유동 유로(9a)와 연결된 밸브 통로(11)의 공기 유동 단면적을 가변함으로써, 연료전지 스택(2)의 압력을 조절할 수 있다.

상기한 과정에 본 발명의 실시 예에서, 다공성 부재(50)는 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역에 위치하고 있다. 즉, 상기 다공성 부재(50)는 밸브 디스크(30)에 의해 일부 개방된 오픈 영역에 위치하고 있다.

이에 따라 상기 공기 유동 유로(9a)를 따라 유동하는 공기는 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11)의 오픈 영역을 통과한다. 이 과정에 공기는 다공성 부재(50)를 통과하게 되고, 그 다공성 부재(50)의 기공들에 의해 균일하게 분배된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 공기가 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역을 통과할 때, 상기 다공성 부재(50)에 의하여 공기의 난류 발생을 저감시킬 수 있고, 특정 영역에서 공기의 유속이 빨라지는 것을 방지할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 밸브 디스크(30)를 통하여 밸브 통로(11)의 공기 유동 단면적을 가변하며 압력을 조절할 때, 유동 공기의 난류 및 특정 구간에서 빨라지는 유속에 의해 발생되는 기류 소음을 다공성 부재(50)를 통하여 저감시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밸브 장치를 도시한 단면 구성도이다. 도면에서 전기 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 전기 실시 예와 동일한 참조 부호를 부여한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밸브 장치(200)는 전기 실시 예의 구조를 기본으로 하면서, 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역에서 그 밸브 디스크(30)의 회전에 의해 압축 및 복원 변형 가능한 다공성 부재(150)를 포함할 수 있다.

즉, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 밸브 장치(200)는 다공성 부재(150)의 압축 정도에 따라 그 다공성 부재(150)의 기공률을 가변하며 압력을 조절할 수 있는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 밸브 통로(11)를 형성하는 밸브 하우징(10), 및 구동부(31)에 의해 회전하는 밸브 디스크(30)의 구성은 전기 실시 예에서와 같으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 다공성 부재(150)는 전기 실시 예에서와 같이 밸브 하우징(10)의 밸브 통로(11)에 대응하는 밸브 디스크(30)의 한쪽 면(도면에서의 하면)에 설치되며, 그 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역에 위치한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 밸브 통로(11)에 설치되며, 다공성 부재(150)를 지지하는 메쉬 플레이트(170)를 더 포함하고 있다. 상기 메쉬 플레이트(170)는 다수 개의 메쉬 홀(171)들을 형성하고 있는 플레이트로서, 밸브 통로(11)를 막는 형태로 결합될 수 있다.

이러한 메쉬 플레이트(170)는 공기 유동 유로(9a)를 통하여 밸브 통로(11)로 유입되는 공기를 균일하게 분산시키는 기능과 함께, 다공성 부재(150)를 지지하는 기능을 하게 된다.

상기에서 다공성 부재(150)는 기공을 지닌 다공성 매질로 이루어지며, 밸브 디스크(30)와 메쉬 플레이트(170) 사이에서 그 밸브 디스크(30)의 회전에 의해 압축 및 복원 변형 가능하게 구비된다.

여기서, 상기 다공성 부재(150)는 메탈 소재의 다공성 매질로 이루어진 메쉬 폼(151)을 포함하며, 메쉬 플레이트(170)에 지지된 상태로, 밸브 디스크(30)의 회전에 의해 압축되며 그 압축 정도에 따라 기공률이 가변될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밸브 장치(200)의 작용을 앞서 개시한 도면 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밸브 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 발명의 실시 예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어 구동부(31)를 통해 밸브 샤프트(35)를 설정 각도로 회전시켜 밸브 디스크(30)를 밸브 통로(11)의 개방 단을 기준으로, 대략 45도로 회전시키며, 밸브 통로(11)를 일부 개방한다.

이 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 구동부(31)를 통해 밸브 샤프트(35)를 설정 각도로 회전시켜 밸브 디스크(30)를 밸브 통로(11)의 개방 단을 기준으로, 대략 15도로 회전시키며, 밸브 통로(11)를 일부 개방한다.

그러면, 다공성 부재(150)는 밸브 디스크(30)와 메쉬 플레이트(170) 사이에서 그 밸브 디스크(30)의 회전에 의해 메쉬 플레이트(170)에 지지되면서 압축 변형하게 된다.

이에, 본 발명의 실시 예에서는 밸브 디스크(30)의 회전 각도에 따라 다공성 부재(150)의 압축량을 조절하며, 다공성 부재(150)의 기공률을 변화시킴으로써, 연료전지 스택(2: 도 1 참조)의 압력을 조절할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에서는 상기 밸브 디스크(30)의 회전 각도가 커지게 되면, 다공성 부재(150)의 압축량이 작아지거나 복원 변형되며 기공률이 증가하게 되므로, 차압을 감소시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는 상기 밸브 디스크(30)의 회전 각도가 작아지게 되면, 다공성 부재(150)의 압축량이 증가하며 기공률이 작아지게 되므로, 차압을 증가시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 공기 유동 유로(9a)를 따라 유동하는 공기가 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11)의 오픈 영역에 위치하고 있는 상기한 다공성 부재(150)를 통과하게 되면서 그 다공성 부재(50)의 기공들에 의해 균일하게 분배된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 공기가 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역을 통과할 때, 상기한 다공성 부재(150)에 의하여 공기의 난류 발생을 저감시킬 수 있고, 특정 영역에서 공기의 유속이 빨라지는 것을 방지할 수 있다.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 압력 조절 시, 유동 공기의 난류 및 특정 구간에서 빨라지는 유속에 의해 발생되는 기류 소음을 다공성 부재(150)를 통하여 저감시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밸브 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도면에서 전기 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 전기 실시 예와 동일한 참조 부호를 부여한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밸브 장치(300)는 전기 다른 실시 예의 구조를 기본으로 하면서, 메쉬 플레이트(170)에 설치되는 다공성 부재(250)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 다공성 부재(250)는 밸브 디스크(30)의 한쪽 면(도면에서의 하면)에 대응하여 메쉬 플레이트(170)의 한쪽 면(도면에서의 상면) 일측에 설치된다.

상기 다공성 부재(250)는 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역에 위치하는 바, 밸브 디스크(30) 및 메쉬 플레이트(170) 사이에서 그 밸브 디스크(30)의 회전에 의해 압축 및 복원 변형 가능하게 구비된다.

이러한 다공성 부재(250)는 메탈 소재의 다공성 매질로 이루어진 메쉬 폼(251)을 포함하며, 밸브 디스크(30)에 지지된 상태로, 그 밸브 디스크(30)에 의해 압축되며 그 압축 정도에 따라 기공률이 가변될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 밸브 장치(300)의 나머지 구성 및 작용 효과는 전기 다른 실시 예에서와 같으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 7은 본 발명의 실시 예들에 적용되는 다공성 부재의 변형 예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 적용되는 다공성 부재(350)는 변형 예로서, 단일 체에서 기공률이 상이한 것으로 구비될 수 있다.

여기서, 밸브 디스크(30)는 플랩 디스크 타입으로 구비됨에 따라, 밸브 통로(11)와의 사이에 서로 다른 면적의 오픈 영역을 형성한다. 이에 상기 다공성 부재(350)는 면적이 작은 오픈 영역(a1)에서 면적이 큰 오픈 영역(a2)으로 갈수록 기공률이 상이한 것으로 구비될 수 있다.

예를 들어, 상기 다공성 부재(350)는 면적이 작은 오픈 영역(a1)에서 면적이 큰 오픈 영역(a2)으로 갈수록 기공률이 점차 작아지는 것으로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 기공율의 차이는 기공 크기의 차이로 정의할 수 있다. 즉, 상기 다공성부재(350)는 면적이 작은 오픈 영역(a1)에서 면적이 큰 오픈 영역(a2)으로 갈수록 기공들의 크기가 점차 작아지는 것으로 구비될 수 있다.

따라서, 본 변형 예에서는 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이에서 서로 다른 면적의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재(350)의 기공률을 상기와 같이 상이하게 구성함에 따라, 그 다공성 부재(350)를 통과하는 공기가 균일하게 분배될 수 있다.

이로써, 본 변형 예에서는 공기가 밸브 디스크(30)와 밸브 통로(11) 사이의 오픈 영역을 통과할 때, 상기 다공성 부재(350)에 의하여 공기의 난류 발생을 저감시킬 수 있고, 특정 영역에서 공기의 유속이 빨라지는 것을 방지할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예들에 따른 밸브 장치에서는 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 전 오픈 영역에 다공성 부재가 위치하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 밸브 디스크의 회전 각도가 작은 구간(예를 들면, 10도 미만)에서만 다공성 부재가 위치할 수도 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 연료전지 시스템 2: 연료전지 스택
3: 공기 공급 계통 4: 필터
5: 소음기 6: 공기 압축기
7: 에어쿨러 8: 가습기
9: 배기 계통 9a: 공기 유동 유로
10: 밸브 하우징 11: 밸브 통로
30: 밸브 디스크 31: 구동부
33: 모터 35: 밸브 샤프트
50, 150, 250, 350: 다공성 부재 51, 151, 251, 351: 메쉬 폼
170: 메쉬 플레이트

Claims

공기 유동 유로와 연결되는 밸브 통로를 형성하고 있는 밸브 하우징;
상기 밸브 하우징에 구동부를 통하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 밸브 디스크; 및
상기 밸브 디스크에 설치되며, 상기 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재;를 포함하고,
상기 밸브 디스크는 상기 밸브 통로에 대해 서로 다른 면적의 오픈 영역을 형성하며, 상기 다공성 부재는 면적이 작은 오픈 영역에서 면적이 큰 오픈 영역으로 갈수록 기공률이 서로 상이한 것인 밸브 장치.
제1 항에 있어서,
상기 밸브 하우징의 상기 밸브 통로는,
연료전지 시스템의 가습기에서 배출되는 배출공기를 대기 중으로 방출하기 위한 배기 계통의 공기 유동 유로와 연결되는 밸브 장치.
제2 항에 있어서,
상기 밸브 장치는,
상기 밸브 디스크에 의해 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하며, 연료전지 스택의 압력을 조절하는 밸브 장치.
제1 항에 있어서,
상기 밸브 디스크는,
상기 구동부와 연결된 밸브 샤프트를 중심으로 젖혀지며 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 플랩 디스크 타입으로 구비되는 밸브 장치.
제1 항에 있어서,
상기 다공성 부재는,
상기 밸브 통로의 개방 단에 대응하는 상기 밸브 디스크의 한쪽 면에 설치되는 밸브 장치.
제1 항에 있어서,
상기 다공성 부재는 설정된 기공률을 가진 메쉬 폼을 포함하는 밸브 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 다공성부재는,
상기 면적이 작은 오픈 영역에서 상기 면적이 큰 오픈 영역으로 갈수록 기공률이 점차 작아지는 것인 밸브 장치.
공기 유동 유로와 연결되는 밸브 통로를 형성하고 있는 밸브 하우징;
상기 밸브 하우징에 구동부를 통하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 밸브 디스크;
상기 밸브 디스크에 설치되며, 상기 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재; 및
상기 밸브 통로에 설치되며, 상기 다공성 부재를 지지하는 메쉬 플레이트;
를 포함하고,
상기 다공성 부재는 상기 밸브 디스크와 상기 메쉬 플레이트 사이에서 상기 밸브 디스크의 회전에 의해 압축 및 복원 변형 가능하게 구비되는 밸브 장치.
제9 항에 있어서,
상기 다공성 부재는,
상기 메쉬 플레이트에 지지된 상태로, 상기 밸브 디스크에 의해 압축되며 그 압축 정도에 따라 기공률이 가변되는 밸브 장치.
공기 유동 유로와 연결되는 밸브 통로를 형성하고 있는 밸브 하우징;
상기 밸브 하우징에 구동부를 통하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 밸브 통로의 공기 유동 단면적을 가변하는 밸브 디스크;
상기 밸브 통로에 설치되는 메쉬 플레이트; 및
상기 밸브 디스크에 대응하여 상기 메쉬 플레이트의 일측에 설치되며, 상기 밸브 디스크와 밸브 통로 사이의 오픈 영역에 위치하는 다공성 부재; 및
를 포함하며,
상기 다공성 부재는 상기 밸브 디스크 및 메쉬 플레이트 사이에서 상기 밸브 디스크의 회전에 의해 압축 및 복원 변형 가능하게 구비되는 밸브 장치.
제11 항에 있어서,
상기 다공성 부재는,
상기 밸브 디스크에 지지된 상태로, 상기 밸브 디스크에 의해 압축되며 그 압축 정도에 따라 기공률이 가변되는 밸브 장치.
제9 항 또는 제 11항에 있어서,
상기 다공성 부재는 메쉬 폼을 포함하는 밸브 장치.