KR102544833B1 - 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브에 관한 것으로, 서로 인접한 공기공급유로와 공기배출유로가 형성된 하우징과, 하우징의 내부에서 회전 상태에 따라 공기 공급 모드에서 바이패스 모드로 유로를 전환하는 밸브본체를 포함한다.
밸브수와 밸브 구동장치의 수가 감소되고, 관로의 구조가 단순해짐으로써 밸브 설치 부분의 크기와 중량이 감소되고, 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브{Air cut-off valve of hydrogen fuel cell vehicle}

본 발명은 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 스택의 공기 출입을 제어하는 공기차단밸브에 관한 것이다.

수소 연료전지 자동차는 차량에 탑재된 연료전지 스택에 수소를 공급하여 전력을 생산하고, 그 전력으로 모터를 구동하여 주행하는 자동차이다. 상기 연료전지 스택은 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하고, 그 과정에서 물(수증기)과 열이 발생된다.

도 1과 같이, 스택(1)에는 공기공급관로(2)와 공기배출관로(3)가 연결된다. 공기공급관로(2)에는 압축기(미도시)가 설치되어 외기를 스택으로 원활히 공급할 수 있다. 또한 공급 공기는 가습기(미도시)를 거치면서 가습되어 스택(1) 내부의 전해질막이 충분히 젖은 상태를 유지할 수 있게 되며, 이에 연료극에서 공기극으로의 수소 이온 이동이 활발하게 이루어짐으로써 스택(1)의 전기화학반응이 촉진된다.

스택(1)에서 반응에 사용되지 않은 공기는 공기배출관로(3)를 통해 대기중으로 배출된다.

한편, 상기 공기공급관로(2)와 공기배출관로(3)에는 각각 공기차단밸브(5,6)(ACV : Air Cut-off Valve)가 설치된다. 공기차단밸브(5,6)는 스택 운전 정지시 공기공급관로(2)와 공기배출관로(3)를 통해 외부 공기가 스택의 내부로 확산되어 불필요한 반응이 발생함으로써 스택의 내구성이 저하되는 것을 방지한다.

또한 공기공급관로(2)와 공기배출관로(3)를 서로 연결하는 바이패스관로(4)가 마련되고, 바이패스관로(4)에 바이패스밸브(7)가 설치되어, 상기 공기차단밸브(5,6)들이 모두 차단된 상태에서 공급 공기가 바이패스될 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이, 종래에는 공기공급관로(2)와 공기배출관로(3)에 공기차단밸브(5,6)가 각각 설치될 뿐만 아니라, 바이패스관로(4)도 별개로 설치되고, 그 바이패스관로(4)에도 바이패스밸브(7)가 설치된다. 이와 같이 스택의 공기 제어를 위한 관로의 구성이 복잡하고 밸브의 수가 증가되어, 스택의 공기 제어 관련 부분의 크기가 커지고, 구성이 복잡하며, 제조 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

일본공개특허 JP2018-041652A(2018.03.15.)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 하나의 밸브로 공기 차단 및 바이패스 기능이 모두 가능함으로써 스택의 공기 제어 관련 부분의 크기가 감소되고, 구성이 단순해지며, 제조 비용이 감소될 수 있도록 된 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전방 단부와 후방 단부에 각각 좌, 우 공기출입구들이 형성된 하우징과; 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 그 회전 상태에 따라 상기 공기출입구들의 연결 상태를 전환하여 공기공급유로와 공기배출유로를 형성하거나 또는 바이패스유로를 형성하는 밸브본체;를 포함한다.

상기 전방과 후방의 좌, 우 공기출입구들 사이에 좌, 우 공기출입구를 구분하는 전, 후 분할벽체가 각각 형성된다.

상기 밸브본체는 원판 형상의 상부판과 하부판 및 이들 상부판과 하부판의 사이를 수직으로 연결하는 평판 형상의 밸브플레이트를 포함하고, 상기 밸브플레이트는 상부판과 하부판의 직경 방향으로 설치된다.

상기 밸브본체의 밸브플레이트가 하우징의 전, 후 분할벽체를 연결하는 상태로 회전되면, 좌측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기공급유로와, 우측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기배출유로가 형성된다.

상기 밸브본체의 밸브플레이트가 하우징의 양측벽을 연결하는 상태로 회전되면 전방의 좌, 우 공기출입구들을 연결하는 바이패스유로가 형성된다.

상기 하우징의 상판과 하판에 상기 밸브본체의 상부판과 하부판이 삽입되어 회전되는 원형 홈 형상의 안착부가 각각 형성된다.

상기 밸브본체의 상부판과 하부판 중앙에 각각 센터돌기가 형성되고, 각각의 센터돌기는 상기 하우징의 상판과 하판에 형성된 센터홀에 삽입된다.

상기 밸브본체의 밸브플레이트 양측 단부에 씰링이 구비된다.

상기 밸브본체의 상부판과 하부판의 원주 둘레에 씰링이 구비된다.

상기 씰링들은 인서트 사출 형성되어, 하우징에 일체로 부착된 상태로 형성되고, 서로 간에도 일체로 연결된 상태로 형성된다.

상기 밸브본체에 밸브플레이트를 기준으로 상부판과 하부판의 양측 단부를 상하 방향으로 연결하는 지지기둥이 형성될 수 있다.

상기 지지기둥의 외측면에 밸브본체의 회전 상태에 따라 하우징의 전, 후 분할벽체 및 양측벽에 접촉되는 씰링이 구비된다.

또한, 상기 밸브본체는 밸브플레이트와, 밸브플레이트의 길이 방향 중심에 설치된 샤프트와, 밸브플레이트의 둘레를 감싸는 밸브러버를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 밸브플레이트는 샤프트를 금형에 인서트하고 수지를 사출하여 샤프트가 밸브플레이트의 길이 방향 중심부를 관통하는 구조로 형성된다.

상기 밸브러버는 밸브플레이트와 샤프트 조립체를 금형에 인서트하고 연성재질의 고무를 사출하여 형성된다.

상기 밸브본체의 밸브러버가 하우징의 전, 후 분할벽체를 연결하는 상태로 회전되면, 좌측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기공급유로와, 우측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기배출유로가 형성된다.

상기 밸브본체의 밸브러버가 하우징의 양측벽을 연결하는 상태로 회전되면 전방의 좌, 우 공기출입구들을 연결하는 바이패스유로가 형성된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 밸브의 수 및 밸브 구동을 위한 모터의 수가 감소되고, 바이패스관로를 별도로 설치할 필요가 없게 된다.

따라서 스택의 공기 제어 관련 부분의 구성이 간단해지고, 크기와 중량이 감소되며, 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브 및 바이패스밸브 설치 상태도.
도 2는 본 발명에 따른 공기차단밸브의 저면 사시도.
도 3은 상기 공기차단밸브를 정면 상부에서 도시한 사시도.
도 4는 상기 공기차단밸브의 일 구성인 하우징의 사시도.
도 5는 상기 공기차단밸브의 다른 일 구성인 밸브본체의 사시도(제1실시예).
도 6은 도 3의 I-I선 단면도로서, 밸브본체 설치 구조의 단면도.
도 7은 상기 밸브본체의 정면도.
도 8은 상기 밸브본체의 측면도.
도 9와 도 10은 본 발명에 따른 공기차단밸브의 작동 상태도로서, 도 9는 개방 상태도, 도 10은 차단 상태도.
도 11은 밸브본체의 다른 실시예(제2실시예)를 도시한 사시도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브는 전방 단부와 후방 단부에 공기출입구(11a,11b,12a,12b)들이 형성된 하우징(10)과, 하우징(10)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 공기공급유로와 공기배출유로 또는 바이패스유로를 형성하는 밸브본체(20)를 포함한다.

도 2 내지 도 4와 같이, 상기 하우징(10)은 전면과 후방의 하면이 개구되어 있다. 전면의 개구부와 후방 하면의 개구부가 하우징(10)의 전후 방향 전체에 걸쳐 연통되어 있으며, 전, 후의 개구부에는 각각 폭 방향 중간 부분에 분할벽체(13a,13b)가 형성됨으로써 좌측 공기출입구(11a,11b)와 우측 공기출입구(12a,12b)가 형성된다.

상기 하우징(10)은 연료전지 스택의 공기 공급관로 및 공기 배출관로 상에 설치된다. 즉, 공기는 하우징(10) 전면 좌측의 공기출입구(11a)로 유입되고 후방 좌측의 공기출입구(11b)로 배출되어 그에 연결된 스택의 공기 유입구로 공급되고, 또한 스택의 공기 배출구에서 배출된 공기는 하우징(10) 후방 우측의 공기출입구(12b)로 유입되고 전방 우측의 공기출입구(12a)로 배출된다.

도면에는 상기 하우징(10)의 후단이 둥근 곡면으로 형성되어 후단의 공기출입구(12a,12b)가 하방을 향하여 형성된 실시예가 도시되었으나, 이는 하우징(10)의 설치 위치에 따라 자유로이 설계 변경될 수 있는 것이다. 예를 들어 하우징(10)이 단순 직육면체 형상인 경우에는 전면의 공기출입구(11a,11b)와 후면의 공기출입구(12a,12b)가 동일 선상에서 서로 마주보는 관계로 형성될 수 있다.

도 4, 도 6과 같이, 하우징(10)의 상판과 하판에는 밸브본체(20)의 상부판(21)과 하부판(22)이 삽입 수용되고, 그 내부에서 회전이 가능하도록 원형 홈 형상의 안착부(14a,14b)가 형성된다.

또한 하우징(10)의 상판과 하판에는 상하 방향 동일선상에 원형의 센터홀(15a,15b)이 관통 형성된다. 센터홀(15a,15b)은 상기 안착부(14a,14b)의 중심과 일치한다.

도 5 내지 도 8에는 밸브본체(20)의 제1실시예가 도시되어 있다. 상기 밸브본체(20)는 원판 형상의 상부판(21)과 하부판(22) 및 상부판(21)과 하부판(22)의 사이를 수직으로 연결하는 밸브플레이트(23)를 포함한다.

상부판(21)과 하부판(22)은 상기 안착부(14a,14b)보다 조금 작은 크기(이하에서 설명할 씰링(30)이 설치되는 간격 정도)의 직경을 가지는 원판으로서 각각 상기 안착부(14a,14b)에 삽입되어 안착부(14a,14b)의 내부에서 회전될 수 있다.

상부판(21)의 상면 중심과 하부판(22)의 하면 중심에는 각각 원형의 센터보스(21a,22a)가 형성된다. 이들 센터보스(21a,22a)는 도 6과 같이 하우징(10)의 센터홀(15a,15b)에 삽입되어 밸브본체(20)의 회전 중심이 되며, 이에 밸브본체(20)가 원활히 회전 작동될 수 있다.

상기 센터보스(21a,22a)들은 밸브본체(20)의 회전축 역할을 함과 더불어 센터홀(15a,15b)을 통해 하우징(10)의 외측으로 돌출되어 있기 때문에 둘 중 하나를 구동축으로 이용할 수 있다.

즉, 상, 하 어느 한 쪽의 센터보스에 복수의 기어를 매개로 모터를 연결함으로써 모터의 회전력을 기어열을 통해 밸브본체(20)에 전달하여 밸브본체(20)를 회전 작동시킬 수 있다.

이때 모터의 출력축에는 피니언기어가 설치되고, 밸브본체(20)의 센터보스에는 섹터기어가 설치되며, 상기 피니언기어와 섹터기어는 직접 연결(치합)되거나 또는 필요에 따라 다른 중간기어들을 더 사용하여 연결될 수 있다.

상기 모터는 연료전지 스택의 운전을 제어하는 전자제어유니트에 의해 작동이 제어된다. 따라서 상기 밸브본체(20)는 상기 전자제어유니트에 의해 연료전지 스택의 운전 상태에 따라 회전 조작되어 하우징(10) 내부의 유로를 공기 출입 모드 또는 바이패스 모드로 상호 전환할 수 있다.

상기 밸브플레이트(23)는 직사각형의 평판재로서 상부판(21)과 하부판(22)의 직경과 동일한 길이를 갖는다. 밸브플레이트(23)는 상부판(21)과 하부판(22)의 중심을 가로지르는 직경 길이 전체에 걸쳐 설치되며, 밸브플레이트(23)의 양단부는 상부판(21)과 하부판(22)의 둘레 외측으로 돌출되지 않는다.

상기 밸브본체(20)에는 씰링(30)이 구비된다. 씰링(30)은 인서트 사출에 의해 밸브본체(20)에 일체로 설치된다.

씰링(30)은 상부판(21)과 하부판(22)의 원주 둘레에 형성된 링부(31,32)와, 상기 밸브플레이트(23)의 양단부에 형성된 제1수직부(33)를 포함한다. 링부(31,32)와 제1수직부(33)는 일체로 연결되어 있어 이들의 사이로 공기 누출이 발생하지 않는다.

또한 상기 밸브본체(20)에는 강성 보강을 위한 지지기둥(24)이 형성된다. 지지기둥(24)은 상부판(21)과 하부판(22)에서 밸브플레이트(23)에 대해 직교하는 방향의 양 단부에 형성된다. 양측의 지지기둥(24)은 밸브플레이트(23)를 기준으로 상부판(21)과 하부판(22)의 양단부를 상하 방향으로 연결하는 상태로 형성되어 상부판(21)과 하부판(22)의 양단부가 상하 방향으로 탄성 변형되는 것을 억제한다. 즉, 지지기둥(24)은 밸브플레이트(23)와 더불어 상부판(21)과 하부판(22)을 연결하여 도 7과 같이 격자구조를 이룸으로써 밸브본체(20)의 강성을 보강한다. 따라서 밸브본체(20)가 사용 조건에서 열변형, 흡습변형 등 형상 변형에 대한 강건성을 확보할 수 있다.

또한 상기 지지기둥(24)의 외측면은 상부판(21)과 하부판(22)의 둘레면과 반경 방향으로 동일한 위치에 형성되어 상부판(21)과 하부판(22)의 외측으로 돌출되지 않으며, 씰링(30)의 일부로서 밸브플레이트(23)에 제1수직부(33)가 형성된 것과 같이 제2수직부(34)가 형성된다. 지지기둥(24)에 형성된 제2수직부(34) 역시 상기 링부(31,32)에 일체로 형성된다.

도 6과 같이 씰링(30)은 T형 단면을 가진다. 씰링(30)의 단면 형상은 링부(31,32)와 제1수직부(33) 및 제2수직부(34) 모두에서 동일하다.

씰링(30)의 단면은 밸브본체(20)에 부착된 부착부(30a)와, 부착부(30a)의 중앙에서 직각 방향으로 돌출 형성된 씰링부(30b)를 포함한다. 부착부(30a)는 인서트 사출 성형시 밸브본체(20)에 밀착 경화되어 씰링(30)의 설치 상태를 유지하는 부분이고, 씰링부(30b)는 하우징(10)과 밸브본체(20) 조립 상태에서 하우징(10)의 내측면에 접촉되어 하우징(10)과 밸브본체(20) 사이의 틈새를 차단하는 부분이다.

밸브본체(20)가 하우징(10)에 조립된 상태에서 상기 링부(31,32)의 씰링부(30b)는, 도 6과 같이, 하우징(10) 안착부(14a,14b)의 내주면에 접촉되고, 제1수직부(33)와 제2수직부(34)의 씰링부(30b)는 하우징(10) 양측판의 내측면 및 상기 분할벽체(13a,13b)의 단부 면에 접촉된다.

이제 본 발명의 작용 효과를 설명한다.

상기와 같은 구성의 공기차단밸브는 차량 연료전지 스택의 공기 공급 및 배출 관로 상에 설치되고, 위에서 설명한 바와 같이 전자 제어되는 모터로 구동된다.

스택에 공기를 공급할 때, 도 9와 같이, 밸브본체(10)는 밸브플레이트(23)가 하우징(10)의 양측 벽과 평행한 상태가 되도록 회전된다. 밸브플레이트(23)의 양단부는 각각 하우징(10)의 전방 분할벽체(13a)와 후방 분할벽체(13b)와 마주하게 된다. 이때 하우징(10)의 전면에서 바라본 밸브본체(10)는 도 7과 같은 상태로서 하우징(10)의 전후 방향으로 공기 흐름을 차단할 구조물이 존재하지 않게 된다.

따라서 하우징(10)의 전후 방향으로 서로 독립된 2개의 유로가 형성됨으로써 일측 유로(공기출입구 11a와 11b를 연결하는 유로)를 통해 공기가 스택(100)으로 공급되고, 타측 유로(공기출입구 12a와 12b) 연결하는 유로)를 통해 공기가 스택(100) 외부로 배출될 수 있다. 따라서 스택(100)은 공기 중의 산소를 발전에 이용할 수 있으며, 사용 후 공기를 외부로 배출할 수 있다.

이때 밸브플레이트(23) 양단부의 씰링(30) 즉, 제1수직부(33)가 밸브플레이트(23)와 분할벽체(13a,13b) 사이의 틈새를 차단함으로써 공기공급유로와 공기배출유로 사이의 공기 유동이 확실하게 방지된다.

또한 밸브본체(20)의 상부판(21)과 하부판(22) 원주 둘레에 구비된 씰링(30) 즉, 링부(31,32)들이 각각 대응하는 안착부(14a,14b)의 원주면에 접촉되어 상부판(21) 및 하부판(22)과 안착부(14a,14b) 사이의 틈새를 차단함으로써 하우징(10)을 통과하는 공기 즉, 공기차단밸브를 통과하는 공기가 하우징(10)의 상판과 밸브본체(20)의 상부판(21) 사이 및 하우징(10)의 하판과 밸브본체(20)의 하부판(22) 사이를 경유하여 밸브본체(20)의 센터보스(21a,22a)와 하우징(10)의 센터홀(15a,15b) 사이의 틈새를 통해 공기차단밸브의 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.

또한 양측 지지기둥(24)의 씰링(30) 즉, 제2수직부(34)는 지지기둥(24)과 하우징(10)의 양측벽 사이의 틈새를 막아, 해당 틈새로 공기가 통과하면서 발생하는 소음을 방지할 수 있다.

한편 스택의 공기 공급을 차단할 때는, 밸브본체(20)가 도 10과 같이 밸브플레이트(23)의 양단부가 하우징(10)의 양측벽에 맞닿는 위치로 회동된다.

따라서 상기 밸브플레이트(23)에 의해 공기공급유로와 공기배출유로가 차단되어 공기 유동이 정지됨으로써 압축기로부터 공급되는 공기가 스택(100)으로 공급되지 못할 뿐만 아니라 밸브플레이트(23) 뒤쪽의 유로에 잔여하고 있는 공기도 스택(100)으로 유입되지 못하는 공기 차단(Air Cut-off) 상태가 구현된다.

또한 이때 밸브플레이트(23)의 전방에서 하우징(10) 좌측의 공기공급유로와 우측의 공기배출유로가 서로 연결됨으로써 압축기 쪽에서 공급되는 공기가 스택(100)쪽으로 이동하지 못하고 바로 공기배출유로를 통해 배출된다. 즉, 바이패스유로가 형성되어 공급 공기의 바이패스가 이루어진다.

이때 밸브플레이트(23) 양단의 씰링(30) 즉, 제1수직부(33)가 밸브플레이트(23)와 하우징(10)의 양측벽 사이의 틈새를 차단하기 때문에 공기가 밸브플레이트(23)의 후방으로 이동하지 못하므로 스택(100)으로의 공기 공급을 확실하게 차단할 수 있다.

상부판(21)과 하부판(22) 둘레의 씰링(30) 즉, 링부(31,32)에 의해서 밸브본체(20) 내부의 공기가 안착부(14a,14b)쪽으로 누출되지 않기 때문에 밸브플레이트(23) 전방의 공기가 상부판(21)과 안착부(14a) 사이의 틈새 및 하부판(22)과 안착부(14b) 사이의 틈새를 통해 밸브플레이트(23) 후방으로 이동할 수 없으므로 스택(100)쪽으로의 공기 차단이 보다 확실하게 이루어질 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 공기차단밸브만으로 스택으로의 공기 공급과 차단 및 바이패스가 모두 가능하다.

따라서 종래의 공기차단밸브 2개, 바이패스밸브 1개를 본 발명에 따른 공기차단밸브 1개로 대체하는 것이 가능하다.

또한 그에 따라서 각 밸브마다 구비되던 구동용 모터의 수도 3개에서 1개로 감소된다.

또한 밸브본체(20)의 회전 작동에 의하여 공기차단밸브 내부에 바이패스유로가 형성됨으로써 별도의 배이패스관로를 설치할 필요가 없게 된다.

상기와 같은 이유들에 의해 연료전지 스택의 공기 제어를 위한 밸브 설치 부분의 구성이 단순해짐으로써 그 크기(차지하는 공간)와 중량이 감소되며, 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 11은 밸브본체의 다른 실시예(제2실시예)를 도시한 사시도이다. 이 실시예에 따른 밸브본체(40)는 도 5(제1실시예)에 도시된 밸브본체(20)의 구조를 단순화한 것으로, 직사각형 평판인 밸브플레이트(41)와, 밸브플레이트(41)의 길이 방향 중심에 설치되는 샤프트(42)와, 밸브플레이트(41)의 둘레 부분을 감싸는 구조로 설치되는 밸브러버(43)를 포함한다.

상기 밸브플레이트(41)는 수지를 사출하여 제작된다. 밸브플레이트(41)는 상기 샤프트(42)가 금형에 인서트된 상태에서 사출 성형됨으로써 샤프트(42)와 일체화된다.

샤프트(42)는 직선 원기둥 형상의 통상적인 원형 샤프트이고 산화 방지를 위해 스테인레스스틸(SUS304)로 제작된다. 샤프트(42)는 밸브플레이트(41)의 길이 방향 중간 부분을 직선으로 관통하는 상태로 설치되며, 몸체의 외측부분이 밸브플레이트(41)를 이루는 재질로 덮여진다. 단, 샤프트(42)의 양단부는 밸브플레이트(41)의 외측으로 돌출되어 하우징(10)의 상판과 하판에 형성되는 센터홀(15a,15b)에 삽입 설치될 수 있다.

하우징(10)의 외측으로 돌출된 샤프트(41)의 일단부에는 복수의 기어를 매개로 모터가 연결됨으로써 밸브본체(40)가 모터에 의해 회전 구동될 수 있다.

상기 밸브러버(43)는 밸브플레이트(41)와 샤프트(42) 조립체가 금형에 인서트된 후 사출 성형된다. 밸브러버(43)의 재료로는 연성 재질의 고무를 사용할 수 있다. 또한 밸브러버(43)의 재료가 되는 고무는 이온용출성 규제를 만족해야만 한다. 이는 부품 재료에서 용출된 이온이 스택 내부로 유입될 경우 스택의 내구성이 저하되기 때문이다.

밸브러버(43)는 밸브플레이트(41) 4변의 둘레 부분 전체를 감싸는 형태로 밸브플레이트(41)에 일체화되며, 결과적으로 밸브플레이트(41)보다 확장된 면적을 갖는 직사각형 판재를 형성한다.

상기 밸브본체(40)는 하우징(10)의 내부에 조립된 상태에서 샤프트(42)를 중심으로 회전 작동된다. 조립 상태에서 밸브러버(43)의 상단부(43a)와 하단부(43b)는 하우징(10)의 상판과 하판에 밀착되어 씰링 작용을 하고, 전단부(43c)와 후단부(43d)는 하우징(10)의 전방 분할벽체(13a)와 후방 분할벽체(13b)에 맞닿아 씰링 작용을 한다.

그 작동은 제1실시예에 따른 밸브본체(20)와 동일하므로 별도의 도면을 도시하지 않고 도 9와 도 10을 참조하여 간략히 설명한다. 이 실시예에 따른 밸브본체(40)는 제2실시예에 따른 밸브본체(20)의 밸브플레이트(23)와 동일하게 작동된다.

밸브본체(40)가 도 9의 밸브플레이트(23)와 같이 회전되면, 밸브본체(40)가 하우징(10)의 양측 유로를 서로 차단함으로써 연료전지 스택의 공기유입구와 공기배출구에 연결되는 공기공급유로와 공기배출유로가 형성된다. 따라서 연료전지 스택으로의 공기 공급과 스택으로부터의 공기 배출이 원활하게 이루어진다.

또한 밸브본체(40)가 도 10의 밸브플레이트(23)와 같이 회전되면, 하우징 양측의 공기공급유로와 공기배출유로가 서로 연결되어 바이패스유로가 형성된다. 따라서 하우징 외측에서 유입된 공기는 연료전지 스택쪽으로 공급되지 못하고 바이패스유로를 통해 즉시 우회하여 하우징의 외측으로 배출된다.

이와 같이 제2실시예에 따른 밸브본체(40)는 그 구조가 단순하여 제조가 용이하고 비용이 절감되는 장점이 있다. 반면 제1실시예의 밸브본체(20)는 제2실시예의 밸브본체(40)에 비해 상대적으로 구조가 복잡하지만 원형의 상부판(21)과 하부판(22)에 의해 회전 작동이 가이드되어 보다 안정적으로 작동될 수 있고, 상부판(21)과 하부판(22)에 구비된 씰링(30)에 의해 센터홀(15a,15b)을 통한 하우징(10) 외부로의 공기 누설을 보다 확실하게 방지할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 하우징 11a,11b : 공기공급유로측 공기 출입구
12a,12b : 공기배출유로측 공기 출입구
13a,13b : 분할벽체 14a,14b : 안착부
15a,15b : 센터홀 20, 40 : 밸브본체
21 : 상부판 22 : 하부판
21a,22a : 센터보스 23 : 밸브플레이트
24 : 지지기둥 30 : 씰링
31,32 : 링부 33 : 제1수직부
34 : 제2수직부 100 : 스택

Claims (17)

1. 전방 단부와 후방 단부에 각각 좌, 우 공기출입구들이 형성된 하우징과;
   상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 그 회전 상태에 따라 상기 공기출입구들의 연결 상태를 전환하여 공기공급유로와 공기배출유로를 형성하거나 또는 바이패스유로를 형성하는 밸브본체;를 포함하고,
   상기 하우징은, 상판과 하판에 상하 방향 동일선상에 원형의 센터홀이 관통 형성되고,
   상기 전방과 후방의 좌, 우 공기출입구들 사이에 좌, 우 공기출입구를 구분하는 전, 후 분할벽체가 각각 형성되고,
   상기 밸브본체는 원판 형상의 상부판과 하부판 및 이들 상부판과 하부판의 사이를 수직으로 연결하는 평판 형상의 밸브플레이트를 포함하고, 상기 밸브플레이트는 상부판과 하부판의 직경 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브본체의 밸브플레이트가 하우징의 전, 후 분할벽체를 연결하는 상태로 회전되면, 좌측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기공급유로와, 우측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기배출유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브본체의 밸브플레이트가 하우징의 양측벽을 연결하는 상태로 회전되면 전방의 좌, 우 공기출입구들을 연결하는 바이패스유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징의 상판과 하판에 상기 밸브본체의 상부판과 하부판이 삽입되어 회전되는 원형 홈 형상의 안착부가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브본체의 상부판과 하부판 중앙에 각각 센터돌기가 형성되고, 각각의 센터돌기는 상기 하우징의 상판과 하판에 형성된 상기 센터홀에 삽입된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브본체의 밸브플레이트 양측 단부에 씰링이 구비된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 밸브본체의 상부판과 하부판의 원주 둘레에 씰링이 구비된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 씰링들은 인서트 사출 형성되어, 하우징에 일체로 부착된 상태로 형성되고, 서로 간에도 일체로 연결된 상태로 형성된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브본체에 밸브플레이트를 기준으로 상부판과 하부판의 양측 단부를 상하 방향으로 연결하는 지지기둥이 형성된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 지지기둥의 외측면에 밸브본체의 회전 상태에 따라 하우징의 전, 후 분할벽체 및 양측벽에 접촉되는 씰링이 구비된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브본체는 밸브플레이트와, 밸브플레이트의 길이 방향 중심에 설치된 샤프트와, 밸브플레이트의 둘레를 감싸는 밸브러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 밸브플레이트는 샤프트를 금형에 인서트하고 수지를 사출하여 샤프트가 밸브플레이트의 길이 방향 중심부를 관통하는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 밸브러버는 밸브플레이트와 샤프트 조립체를 금형에 인서트하고 연성재질의 고무를 사출하여 형성된 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 밸브본체의 밸브러버가 하우징의 전, 후 분할벽체를 연결하는 상태로 회전되면, 좌측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기공급유로와, 우측의 전, 후 공기출입구들을 연결하는 공기배출유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 밸브본체의 밸브러버가 하우징의 양측벽을 연결하는 상태로 회전되면 전방의 좌, 우 공기출입구들을 연결하는 바이패스유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 연료전지 자동차의 공기차단밸브.
    

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