KR20120019764A - Air shut off valve for fuel cell system - Google Patents

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KR20120019764A
KR20120019764A KR1020100083188A KR20100083188A KR20120019764A KR 20120019764 A KR20120019764 A KR 20120019764A KR 1020100083188 A KR1020100083188 A KR 1020100083188A KR 20100083188 A KR20100083188 A KR 20100083188A KR 20120019764 A KR20120019764 A KR 20120019764A
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KR1020100083188A
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박정희
권혁률
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현대자동차주식회사
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Abstract

PURPOSE: An air shutoff valve for a fuel cell system is provided to easily and quickly open the flow path of a valve body even in case of icing between a valve plate and the valve body. CONSTITUTION: An air shutoff valve for a fuel cell system comprises a valve body(10) and a valve plate(20) which is installed inside the valve body. A barrier, which contacts the valve plate to block a flow path in closing of the valve, is installed on the bottom of the flow path of the valve body so that the valve plate can be instantly rotated without thawing in case of cold starting. The barrier is made of metal, rubber, or silicon.

Description

연료전지 시스템용 공기차단밸브{Air shut off valve for fuel cell system}Air shut off valve for fuel cell system

본 발명은 연료전지 시스템용 공기차단밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉시동 시 즉각적인 차량의 시동을 가능하도록 하기 위한 공기차단밸브에 관한 것이다.
The present invention relates to an air shutoff valve for a fuel cell system, and more particularly, to an air shutoff valve for enabling immediate starting of a vehicle during cold start.

수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학반응으로부터 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치와, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치와, 연료전지 스택의 전기화학반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템과, 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기를 포함하여 구성된다.A fuel cell system applied to a hydrogen fuel cell vehicle includes a fuel cell stack that generates electric energy from an electrochemical reaction of a reactant gas, a hydrogen supply device that supplies hydrogen as a fuel to the fuel cell stack, and an electrochemistry to the fuel cell stack. An air supply device for supplying air containing oxygen, which is an oxidant required for the reaction, and the heat of the electrochemical reaction by-product of the fuel cell stack are released to the outside to optimally control the operating temperature of the fuel cell stack and perform water management functions. And a fuel cell system controller that controls the overall operation of the fuel cell system.

여기서, 수소공급장치는 수소탱크, 고압/저압 레귤레이터, 수소밸브, 수소 재순환 장치 등을 포함하고, 공기공급장치는 공기블로워, 공기밸브, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리 시스템은 냉각수 펌프, 라디에이터 등을 포함한다.Here, the hydrogen supply device includes a hydrogen tank, a high pressure / low pressure regulator, a hydrogen valve, a hydrogen recirculation device, and the air supply device includes an air blower, an air valve, a humidifier, and the like, and a heat and water management system includes a coolant pump, Radiators and the like.

수소공급장치에서는 수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소가 고압/저압 레귤레이터를 차례로 거친 뒤 낮은 압력으로 연료전지 스택에 공급되며, 수소 재순환 장치에서는 재순환 라인의 블로워가 스택의 애노드에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 애노드로 재순환시켜 수소의 재사용을 도모한다. In the hydrogen supply device, the high pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank passes through the high pressure / low pressure regulator in turn, and then is supplied to the fuel cell stack at low pressure.In the hydrogen recycle device, the blower of the recycle line is used at the anode of the stack. Recycle back to the anode to promote hydrogen reuse.

공기공급장치에서는 공기블로워에 의해 공급되는 건조한 공기가 가습기를 통과하는 동안 스택의 캐소드 출구에서 배출된 배출가스(습윤공기)와 수분 교환하여 가습된 뒤 연료전지 스택의 캐소드 입구로 공급된다.In the air supply apparatus, the dry air supplied by the air blower is humidified by exchanging moisture with the exhaust gas (wet air) discharged from the cathode outlet of the stack while passing through the humidifier, and then supplied to the cathode inlet of the fuel cell stack.

한편, 연료전지 자동차에서 해결해야 할 여러 과제 중 가장 시급하고 어려운 문제가 냉시동성 확보이다. 연료전지 시스템이 빙점 이하의 온도에 노출된 채로 장기간 보관되면, 스택 내부를 포함하여 밸브류 등 시스템 각 구성부에 존재하는 물이 얼어붙게 되면서 시동이 어렵게 된다.On the other hand, the most urgent and difficult problem among the challenges to be solved in fuel cell vehicles is securing cold startability. If the fuel cell system is stored for a long period of time exposed to a temperature below freezing point, it is difficult to start the water existing in each component of the system, such as valves, including the stack freezes.

연료전지 차량의 운행을 마친 후 스택을 보관하는 방법에 따라 스택의 내구성이 결정되기도 하는데, 운행 종료 후 스택의 캐소드 쪽으로 공기가 들어가면 스택의 내구성이 떨어지게 되고(스택 열화 속도 빨라짐), 이를 방지하기 위해 캐소드 입구 및 출구 쪽 두 군데에 공기차단밸브를 설치하고 있다. The durability of the stack is determined by how the stack is stored after driving the fuel cell vehicle.If air enters the cathode of the stack after the operation ends, the stack becomes less durable (stack deterioration speed is increased). Air shutoff valves are installed at the cathode inlet and outlet.

그러나, 겨울에는 결빙으로 인한 공기차단밸브의 작동에 문제가 발생할 수 밖에 없으며, 그 이유는 연료전지의 가장 취약점인 물에 있다. 즉, 차량 주행을 마치고 키-오프(key-off)하면, 공기차단밸브(플랩 밸브 타입)가 닫히고, 이에 캐소드 쪽으로 공기가 들어오지 않음과 동시에 스택에서 발생한 물이 공기차단밸브 때문에 밖으로 배출되지 못하여 공기차단밸브 주위에 고이게 된다. However, in winter, the operation of the air shutoff valve due to freezing is bound to occur, and the reason is in water, the most vulnerable of the fuel cell. That is, when the vehicle is finished driving and key-off, the air shutoff valve (flap valve type) is closed, and thus air does not enter the cathode and water generated in the stack cannot be discharged out due to the air shutoff valve. It will accumulate around the shutoff valve.

이 물이 영하의 온도에서는 얼게 되어, 차량 시동을 걸게 되면 얼음으로 인해 공기차단밸브가 개방되어야 함에도 작동하지 않는 경우가 발생하게 된다. The water freezes at sub-zero temperatures, and when the vehicle is started, ice does not work even though the air shutoff valve must be opened.

도 1과 도 2는 종래의 연료전지 시스템용 공기차단밸브가 가지는 문제점을 설명하는 도면으로서, 스택의 캐소드 입, 출구 쪽에 도시된 바와 같은 플랩(flap) 밸브 타입의 공기차단밸브가 설치되며, 이는 시동 오프시 닫혀져 외부 공기가 스택의 캐소드에 유입되지 않도록 차단하게 된다.1 and 2 illustrate a problem of a conventional air shutoff valve for a fuel cell system, and a flap valve type air shutoff valve as shown at a cathode inlet and an outlet side of a stack is installed. It is closed at start-up to block outside air from entering the cathode of the stack.

그러나, 시동을 오프한 상태에서도 스택 내에 생성된 물은 사라지지 않고 배관 등에 존재하게 되는데, 공기차단밸브를 닫게 되면, 도 1에 나타낸 바와 같이 밸브 플레이트(110)의 아래 면에 물이 고이게 되고, 빙점 이하의 온도에서는 이 물이 얼게 된다. However, the water generated in the stack does not disappear even in the state of starting off, it is present in the pipe, etc., when the air shutoff valve is closed, as shown in Figure 1 water is accumulated in the lower surface of the valve plate 110, At temperatures below freezing this water freezes.

도 2를 참조하면, 공기차단밸브에서 밸브 바디(101)와 밸브 플레이트(110)의 경계부에 존재하는 얼음으로 인해 밸브가 열리지 않고 있음을 보여주고 있는데, 경계면에서 결빙면적이 넓을 경우 밸브를 동작시키는 힘이 아주 커야 하며, 그 힘이 모자라게 되면 밸브가 열리지 않게 된다.Referring to FIG. 2, it is shown that the valve is not opened due to the ice present at the boundary between the valve body 101 and the valve plate 110 in the air shutoff valve. When the freezing area is wide at the interface, the valve is operated. The force must be very large and the valve will not open if the force is insufficient.

특히, 밸브 플레이트(110)의 움직임 궤적 상에서 경계부 밸브 바디(101)의 유로면에 밸브가 열리는 힘의 방향에 대하여 횡방향이 아닌 종방향으로 길게 결빙부(도 2의 얼음)가 존재하게 되면, 밸브 개방을 위한 요구 토크가 커지게 된다.In particular, when the freezing portion (ice of FIG. 2) is present in the longitudinal direction of the valve plate 110 in the longitudinal direction instead of the transverse direction with respect to the direction of the force of the valve opening on the flow path surface of the boundary valve body 101, The required torque for opening the valve becomes large.

이렇게 밸브가 얼어붙어 있는 상태에서는 시동시 밸브가 열리지 않게 되고, 해빙을 위해 시동 전 장시간 동안 프리히팅을 해주어야 한다. When the valve is frozen in this way, the valve will not open when starting, and preheating should be performed for a long time before starting to thaw.

따라서, 공기차단밸브를 포함하여 연료전지 시스템의 밸브류에는 바디부에 고열량, 고출력의 히터가 장착되고, 영하의 온도로 방치된 상태에서 시동 전 히터로 장시간 프리히팅(preheating)하여 밸브를 해빙시키고 있다. Therefore, the valves of the fuel cell system, including the air shutoff valve, are equipped with a high calorific value and a high output heater in the body portion, and thaw the valve by preheating the heater for a long time before starting in the state left at a sub-zero temperature. have.

그러나, 공기차단밸브와 같이 플랩 밸브 타입으로 설치되는 연료전지 시스템의 밸브를 히터를 이용하여 해빙하는 경우, 추가적인 전력을 소비하게 되므로 시동 전원(battery)의 방전이 발생할 수 있고, 고가의 히터를 사용해야 하므로 시스템 원가가 상승하는 단점이 있으며, 시스템의 사이즈 증대를 초래하게 된다.However, when thawing the valve of a fuel cell system installed as a flap valve type by using a heater, such as an air shutoff valve, additional power is consumed, so that discharge of the starting power may occur, and an expensive heater should be used. Therefore, there is a disadvantage in that the system cost increases, resulting in an increase in the size of the system.

또한 밸브의 해빙에 소요되는 시간은 전체 냉시동 시간의 일부를 차지하므로, 밸브의 해빙에 시간을 소요함에 의해 냉시동 시간의 지연을 유발하게 된다.
In addition, since the time required for the thawing of the valve occupies a part of the overall cold start time, the time required for the thawing of the valve causes a delay of the cold start time.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 밸브 바디의 유로면 바닥측에 배리어를 설치하여 결빙이 발생한 상태에서도 쉽고 신속하게 밸브 바디의 유로를 오픈할 수 있는 연료전지 시스템용 공기차단밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, by installing a barrier on the bottom side of the flow path surface of the valve body air blocking for the fuel cell system that can easily and quickly open the flow path of the valve body even in the frozen state. The purpose is to provide a valve.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 밸브 바디와 이 밸브 바디의 내측에 회동 가능하게 설치되는 밸브 플레이트를 포함하며, 밸브 닫힘시 상기 밸브 플레이트와 접하여 유로를 차단하게 되는 배리어를 상기 밸브 바디의 유로면 바닥측에 설치하여, 냉시동 시 해빙 과정 없이 즉각적인 밸브 플레이트의 회전이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 공기차단밸브를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a valve body and a valve plate that is rotatably installed inside the valve body, the valve is in contact with the valve plate when the valve is closed to close the flow path of the valve body It is installed on the bottom side of the flow path, and provides an air shutoff valve for a fuel cell system, characterized in that it is possible to immediately rotate the valve plate without thawing during cold start.

바람직하게, 상기 배리어는 금속, 고무, 실리콘 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
Preferably, the barrier is made of any one material selected from metal, rubber, silicon.

본 발명의 연료전지 시스템용 공기차단밸브에 의하면 밸브 플레이트와 밸브 바디 사이에 결빙이 발생한 상태에서도 밸브 플레이트가 즉각적으로 개방되어 유로를 오픈할 수 있으므로 냉시동 빙점 이하의 조건에서 밸브 구동의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.According to the air shutoff valve for a fuel cell system of the present invention, the valve plate can be opened immediately and the flow path can be opened even when freezing occurs between the valve plate and the valve body. It has the advantage of being.

따라서, 냉시동시 밸브의 프리히팅 및 해빙 과정 없이도 배관의 유로를 개방할 수 있고, 이에 고출력 및 고가의 히터 삭제가 가능하므로 밸브기구 및 연료전지 시스템의 사이즈 축소와 원가 절감이 가능해진다.Accordingly, the pipe flow path can be opened without cold pre-heating and thawing of the valve, and high power and expensive heaters can be removed, thereby reducing the size and cost of the valve mechanism and the fuel cell system.

또한 시동시 해빙을 위한 추가적인 전력 소모가 없어지고, 히팅 시간 삭제를 통한 냉시동 시간의 단축이 가능해지는 장점이 있다.
In addition, there is an advantage that the additional power consumption for thawing at start-up is eliminated, and the cold start time can be shortened by eliminating the heating time.

도 1과 도 2는 종래의 연료전지 시스템용 공기차단밸브가 가지는 문제점을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템용 공기차단밸브를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템용 공기차단밸브를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기차단밸브의 동작상태를 나타내는 단면도이다.1 and 2 are diagrams illustrating a problem of a conventional air shutoff valve for a fuel cell system.
3 is a diagram illustrating an air shutoff valve for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing an air shutoff valve for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing an operating state of the air shutoff valve according to the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 설명에 있어서 공지된 기술과 동일한 부분에 대하여 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the description, overlapping descriptions of the same parts as the known art may be omitted.

본 발명은 차량에 탑재되는 연료전지 시스템에서 연료전지 스택의 캐소드 입구 및 출구 쪽에 구비되는 플랩 밸브 형태의 공기차단밸브에 관한 것으로, 냉시동시 밸브 주위가 결빙되어 차량의 시동시간이 지연되는 문제점을 해소하고자 저온 상태에서도 즉각적인 차량의 시동이 가능하도록 구성된다.The present invention relates to an air shutoff valve of a flap valve type provided at the cathode inlet and the outlet of a fuel cell stack in a fuel cell system mounted on a vehicle, and solves the problem that the start time of the vehicle is delayed due to freezing around the valve during cold start. It is configured to enable immediate starting of the vehicle even at low temperatures.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

보통 결빙시 공기차단밸브의 개방 여부는 결빙면적 및 개방시 결빙으로 인해 증가된 토크의 크기에 달려 있으며, 이는 밸브 바디와 밸브 플레이트의 경계부에 존재하는 얼음의 면적, 밸브 바디의 내측면에서 밸브 플레이트의 움직임 궤적 상에 존재하는 얼음의 존재 형태에 관계된다.Normally, the opening of the air shutoff valve during freezing depends on the freezing area and the magnitude of the increased torque due to freezing upon opening, which is the area of ice at the boundary between the valve body and the valve plate, the valve plate at the inner side of the valve body. It is related to the presence form of ice present on the motion trajectory of the.

예컨대, 도 2에 나타낸 바와 같이 밸브 바디(101)의 내측면에서 밸브 플레이트(110)가 열리는 힘의 방향에 대해 종방향으로 길게 얼음이 존재하게 되면 밸브의 개방시 요구 토크가 커지므로 밸브가 열리지 않게 된다.For example, as shown in FIG. 2, if ice exists in the longitudinal direction in the longitudinal direction with respect to the opening force of the valve plate 110 on the inner side of the valve body 101, the required torque is increased when the valve is opened, and thus the valve does not open. Will not.

이러한 점을 고려하여, 본 발명의 연료전지 시스템용 공기차단밸브는 밸브 바디(10)와, 이 밸브 바디(10)의 내측에 회동 가능하게 설치되는 밸브 플레이트(20) 및 상기 밸브 바디(10)의 유로면(밸브 바디의 내벽면) 바닥측에 설치되는 배리어(11)로 구성된다.In consideration of this point, the air shutoff valve for a fuel cell system of the present invention includes a valve body 10, a valve plate 20 rotatably installed inside the valve body 10, and the valve body 10. It consists of the barrier 11 provided in the bottom side of the flow path surface (inner wall surface of a valve body).

상기 밸브 바디(10)는 중공형으로 형성되고, 상기 밸브 플레이트(20)는 밸브 바디(10)의 유로를 관통하여 설치되는 회전축(21)에 의해 회전 및 유로를 개폐 가능하게 구성된다.The valve body 10 is formed in a hollow shape, and the valve plate 20 is configured to be rotatable and open and close by a rotation shaft 21 installed through the flow path of the valve body 10.

상기 배리어(11)는 연료전지 스택에서 배출된 물이 일부 고여서 빙결되는 물고임 위치, 즉 밸브 바디(10)의 유로면 바닥에 형성되며, 밸브 닫힘시 상기 밸브 플레이트(20)의 가장자리와 접하여 밸브 바디(10)의 유로를 차단하게 된다.The barrier 11 is formed at the bottom of the water trap position where the water discharged from the fuel cell stack is frozen and frozen, that is, at the bottom of the flow path surface of the valve body 10. The flow path of the valve body 10 is blocked.

본 발명은 밸브 바디(10)의 유로면에 상기와 같은 배리어(11)를 설치함으로써 밸브 플레이트(20)의 하단부 끝단이 유로면 바닥측에서 일정 높이로 이격되게 형성됨에도 불구하고 차량 키 오프(key off)시 밸브 플레이트(20)가 스택의 캐소드 입구와 출구 측을 폐쇄할 수 있도록 하고, 아울러 유로면 바닥에 고이게 되는 물이 빙점 이하의 온도에 의해 빙결되더라도 배리어 주변에서 얼게 되므로 밸브 플레이트(20)의 회동을 간섭하지 않게 한다.According to the present invention, by installing the barrier 11 as described above on the flow path surface of the valve body 10, the end of the lower end of the valve plate 20 is formed to be spaced apart by a predetermined height from the bottom of the flow path surface. The valve plate 20 allows the valve plate 20 to close the cathode inlet and outlet sides of the stack when off, and also freezes around the barrier even if water that collects on the bottom of the flow path freezes by a temperature below the freezing point. Do not interfere with the meeting.

예컨대, 상기 배리어(11)는 밸브 바디(10)의 유로면 바닥에서 유로 중심을 향해 종방향으로 돌출 형성되고 유로면의 바닥측에서 내주면을 따라 일정 길이로 연장되어 노말 클로즈(normal close)시 밸브 플레이트(20)와 더불어 유로를 차단하게 되며, 빙점 이하의 온도에 의해 배리어(11) 아래쪽에 고인 물이 결빙될 시에는 유로면의 바닥에서 존재하게 되는 얼음이 배리어(11)의 측면부에 형성되므로 밸브 플레이트(20)는 냉시동 시 추가적인 해빙 과정 없이도 유로의 개방이 가능하게 되는 것이다.For example, the barrier 11 protrudes in the longitudinal direction from the bottom of the flow path surface of the valve body 10 toward the center of the flow path and extends in a predetermined length from the bottom side of the flow path along the inner circumferential surface to allow the valve to close normally. The flow path is blocked together with the plate 20. When water accumulated at the bottom of the barrier 11 is frozen due to a temperature below the freezing point, ice existing at the bottom of the flow path surface is formed at the side surface of the barrier 11. The valve plate 20 is capable of opening the flow path without additional thawing during cold start.

따라서, 본 발명의 공기차단밸브는 결빙 발생시에도 밸브 바디(10) 내측면의 얼음에 의한 간섭 없이 밸브 플레이트(20)가 회전하여 열리면서 공기가 공급(혹은 배출)되도록 하고, 이로써 연료전지 스택의 운전이 가능하도록 한다.Therefore, the air shutoff valve of the present invention allows air to be supplied (or discharged) while the valve plate 20 is rotated and opened without interference by ice on the inner surface of the valve body 10 even when freezing occurs, thereby operating the fuel cell stack. Make this possible.

도 4에서는 본 발명의 실시예들을 배리어의 측면 경사도를 달리하여 도시였으나, 본 발명에 따른 공기차단밸브의 배리어(11)가 측면 경사도 등에 의해 그 형상이 한정되는 것은 아니다.In FIG. 4, the embodiments of the present invention are illustrated by changing the side slope of the barrier, but the shape of the barrier 11 of the air shutoff valve according to the present invention is not limited by the side slope.

다만, 밸브 바디(10)의 내측에 물이 고이게 되는 구조에 따라 도 4와 같은 반달 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.However, it is preferable to be formed in a half moon shape as shown in FIG. 4 according to a structure in which water accumulates inside the valve body 10.

그리고, 상기 배리어(11)는 차량 키 오프시 닫힘 상태인 밸브 플레이트(20)와 더불어 공기의 출입을 차단하고 배리어(11) 아래쪽으로 고인 물에 의한 부식을 방지할 수 있는 재질로 이루어진 것이 바람직하며, 예컨대 금속(코팅처리된 금속), 고무, 실리콘 재질로 형성될 수 있다.In addition, the barrier 11 is preferably made of a material capable of blocking the entry of air together with the valve plate 20 in the closed state when the vehicle key is turned off and preventing corrosion caused by water accumulated below the barrier 11. For example, it may be formed of a metal (coated metal), rubber, silicone material.

도 5는 밸브 바디의 유로 바닥면에 결빙에 의한 얼음이 존재하는 상태를 보여주는 도면으로서, 밸브 바디(10)의 유로면에 종방향으로 길게 얼음이 존재하더라도 물고임시 일정 높이의 배리어(11) 아래쪽으로 물이 고이게 되므로 얼음은 배리어(11)의 측면에 형성되고, 결국 상기 밸브 플레이트(20)는 결빙시 얼음에 의한 간섭 없이 회전하여 유로를 개방할 수 있게 된다.FIG. 5 is a view showing a state in which ice is formed by freezing on the bottom surface of the flow path of the valve body. Even though the ice exists in the flow path surface of the valve body 10 in a longitudinal direction, the bottom of the barrier 11 at a predetermined height is held. As water is accumulated, ice is formed on the side of the barrier 11, and thus the valve plate 20 can rotate to open the flow path without interference by ice during freezing.

따라서, 상기 밸브 플레이트(20)는 밸브 오픈을 위한 밸브 구동모터의 토크 증대없이 비교적 작은 토크로 열릴 수 있게 된다.Thus, the valve plate 20 can be opened with a relatively small torque without increasing the torque of the valve drive motor for opening the valve.

아울어 시동 후에는 연료전지 스택에서 열이 발생하게 되므로 고온의 공기가 스택 출구 쪽으로 나오게 되고, 스택 입구로 공급되는 공기 역시 가습기에서 수분과 함께 열을 공급받으므로 어느 정도 승온이 이루어지는 바, 스택 입구 및 출구 쪽 얼음의 해빙이 이루어진다.In addition, since the heat is generated from the fuel cell stack after starting, the hot air comes out of the stack outlet, and the air supplied to the stack inlet is also heated with moisture from the humidifier. And thawing of the ice on the exit side.

상기와 같이, 본 발명의 공기차단밸브는 밸브 바디(10)의 유로면에 배리어(11)를 설치하여 밸브 플레이트(20) 아래쪽에서 물고임이 발생하도록 함으로써 고인 물이 얼더라도 밸브 구동시 이를 녹이기 위한 추가적인 작동 없이 즉각 밸브 플레이트(20)를 회전시켜 유로를 개방할 수 있다.As described above, in the air shutoff valve of the present invention, the barrier 11 is installed on the flow path surface of the valve body 10 so that water trap occurs at the bottom of the valve plate 20 so as to dissolve it even when the water is frozen. It is possible to immediately open the flow path by rotating the valve plate 20 without further operation.

따라서, 본 발명에 의하면 빙결된 얼음을 녹이기 위한 추가적인 전력 소모가 없어지고 해빙 시간의 삭제에 의해 차량 시동시간이 단축된다.Therefore, according to the present invention, the additional power consumption for melting the frozen ice is eliminated, and the vehicle starting time is shortened by eliminating the thawing time.

또한, 밸브 결빙시에도 밸브 바디의 유로를 개방하므로 프리히팅을 위한 고가의 히터장치가 필요 없게 되고, 이에 연료전지 시스템의 사이즈 축소 및 원가 절감이 가능하게 된다.In addition, since the flow path of the valve body is opened even when the valve is frozen, an expensive heater device for preheating is unnecessary, thereby reducing the size and cost of the fuel cell system.

이러한 본 발명의 공기차단밸브는 스택의 캐소드 입, 출구단에 설치되는 공기차단밸브 외에 연료전지 시스템에서 플랩 밸브 형태로 구비되는 모든 밸브기구에 적용 가능하다. The air shutoff valve of the present invention is applicable to any valve mechanism provided in the form of a flap valve in a fuel cell system in addition to the air shutoff valve installed at the cathode inlet and outlet of the stack.

이상에서는 본 발명을 바람직한 일실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
While the invention has been shown and described with respect to preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and various modifications may be made by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all forms of embodiments.

10 : 밸브 바디
11 : 배리어
20 : 밸브 플레이트10: valve body
11: barrier
20: valve plate

Claims (2)

밸브 바디와 이 밸브 바디의 내측에 회동 가능하게 설치되는 밸브 플레이트를 포함하며, 밸브 닫힘시 상기 밸브 플레이트와 접하여 유로를 차단하게 되는 배리어를 상기 밸브 바디의 유로면 바닥측에 설치하여, 냉시동 시 해빙 과정 없이 즉각적인 밸브 플레이트의 회전이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 공기차단밸브.
A valve body and a valve plate which is rotatably installed inside the valve body, and a barrier that blocks the flow path in contact with the valve plate when the valve is closed at the bottom side of the flow path surface of the valve body, during cold start An air shutoff valve for a fuel cell system, characterized in that the valve plate can be immediately rotated without thawing.
청구항 1에 있어서,
상기 배리어는 금속, 고무, 실리콘 중 선택된 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 공기차단밸브.The method according to claim 1,
The barrier is an air shutoff valve for a fuel cell system, characterized in that made of any one material selected from metal, rubber, silicon.
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