KR20140073986A

KR20140073986A - 연료전지스택의 공기차단밸브

Info

Publication number: KR20140073986A
Application number: KR1020120142075A
Authority: KR
Inventors: 이창하
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-17
Also published as: KR101490912B1

Abstract

연료전지스택 공기차단밸브가 개시된다. 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지스택의 일측에 설치되는 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징에 회전축을 통하여 설치되어 상기 밸브 하우징을 개폐하는 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트를 회전 제어하는 제어모터를 포함하는 연료전지스택의 공기차단밸브에 있어서,
상기 밸브 플레이트의 회전축과 상기 제어모터 사이에 설치되어 상기 밸브 플레이트에 연결되어 결빙에 의해 밸브 플레이트와 함께 고정된 충격 캠을 상기 제어모터의 회전력을 이용하여 회전하는 타격블록이 타격하여 상기 밸브 플레이트에 충격력을 전달하는 임팩트 유닛을 포함한다.

Description

연료전지스택의 공기차단밸브{AIR SHUT OFF VALVE OF FUEL CELL STACK}

본 발명은 연료전지스택의 공기차단밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스택의 내구성능을 확보하기 위해 주차 중, 스택의 입,출구의 공기유로를 차단하는 연료전지스택의 공기차단밸브에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 차량은 운행 종료 후, 스택의 캐소드 입,출구를 통해 공기가 유입되면 내구성이 떨어지게 되는데, 이를 방지 하고자 스택의 캐소드 입,출구에 공기유로를 차단시키는 공기차단밸브를 설치하고 있다.

이러한 공기차단밸브는 동절기 작동 시, 스택 배출수가 밸브 플레이트와 하우징 사이에서 결빙되어 밸브 플레이트 동작이 원활하게 이루어지지 않게 되는 현상을 내재하고 있다.

최근에는 이러한 현상을 해결하고자 결빙 시, 얼음을 해동시키도록 공기 차단밸브의 하측에 히터를 장착시켜 사용하거나, 공기 차단밸브를 작동시키는 모터의 토크 사양을 증대시켜 결빙 부위를 깨는 방법을 사용하고 있다.

그런데 상기 히터를 이용한 방법은 200W급의 히터가 필요하게 되어 불가피한 전력 소모와 결빙 정도에 따라 해동되는 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.

또한, 상기 모터의 토크를 증대시키는 경우에는 모터의 사이즈가 필요 이상으로 커지게 되고, 얼음이 깨지기 전까지 모터에 과도한 전류가 흐르게 되어 전력 소모가 크다는 단점이 있다.

본 발명의 실시 예는 공기차단밸브의 일측에 모터의 회전력을 이용하여 충격력을 발생하는 임펙트 유닛을 설치하여 밸브 플레이트와 밸브 하우징 사이의 결빙부를 충격력으로 부셔서 작동 가능하도록 하는 연료전지스택의 공기차단밸브를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 연료전지스택의 일측에 설치되는 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징에 회전축을 통하여 설치되어 상기 밸브 하우징을 개폐하는 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트를 회전 제어하는 제어모터를 포함하는 연료전지스택의 공기차단밸브에 있어서, 상기 밸브 플레이트의 회전축과 상기 제어모터 사이에 설치되어 상기 밸브 플레이트에 연결되어 결빙에 의해 밸브 플레이트와 함께 고정된 충격 캠을 상기 제어모터의 회전력을 이용하여 회전하는 타격블록이 타격하여 상기 밸브 플레이트에 충격력을 전달하는 임팩트 유닛을 포함하는 연료전지스택 공기차단밸브를 제공하고자 한다.

또한, 상기 임팩트 유닛은 일측이 개방된 원통형으로 형성되어 내주면을 따라 돌출된 다수개의 충격 캠을 형성하며, 외면 회전중심에 상기 밸브 플레이트의 회전축이 일체로 연결되는 임팩트 하우징; 상기 임팩트 하우징의 내주에 대응하여 배치되며, 양 단부에는 상기 충격 캠에 대응하는 타격블록이 스프링에 의해 탄성 지지되는 임팩트 회전체; 및 상기 임팩트 회전체의 회전중심에 연결축을 통하여 연결되어 상기 임팩트 하우징의 개방부에 대응하는 회전커버; 상기 회전커버의 외측 회전중심에 일체로 설치되어 상기 제어모터의 회전축에 설치되는 구동기어와 치합되어 회전력을 상기 회전커버에 전달하는 피동기어; 로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 충격 캠은 상기 타격블록에 대응하는 일면이 경사진 캠면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 임팩트 회전체는 상기 연결축에 회전중심이 연결되고, 양 단부에는 각각 스프링 홈이 형성되는 회전 프레임; 상기 스프링 홈에 삽입되는 타격블록; 상기 스프링 홈에 삽입되어 상기 타격블록에 탄성력을 제공하는 스프링; 으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 타격블록은 상기 충격 캠에 대응하는 일면이 경사진 캠면으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 임팩트 유닛은 상기 밸브 하우징 일측에 형성된 케이스의 내부에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 공기차단밸브의 일측에 모터의 회전력을 이용하여 충격력을 발생하는 임펙트 유닛을 설치하여 밸브 플레이트와 밸브 하우징 사이의 결빙부를 충격력으로 부셔서 짧은 시간 안에 밸브 플레이트의 원활한 작동을 할 수 있다.

또한, 종래의 결빙부를 해동시키던 히터를 삭제하여 부품 수를 줄여주고 이로 인한 부가적인 전력손실도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택에 적용되는 공기차단밸브의 투영 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 공기차단밸브에 적용되는 임팩트 유닛의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 공기차단밸브에 적용되는 임팩트 유닛의 내부 구성도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 공기차단밸브 에 적용되는 임팩트 유닛의 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 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.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택에 적용되는 공기차단밸브의 투영 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 공기차단밸브에 적용되는 임팩트 유닛의 분해 사시도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 공기차단밸브(100)는 연료전지스택(미도시)의 일측에 설치되는 밸브 하우징(10)과, 상기 밸브 하우징(10)에 회전축(20)을 통하여 설치되어 밸브 하우징(10)을 개폐하는 밸브 플레이트(21)로 구성된다.

또한, 상기 밸브 플레이트(21)의 회전을 제어하는 제어모터(30)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 밸브 플레이트(21)의 회전축(20)과 상기 제어모터(30) 사이에는 상기 제어모터(30)의 회전력을 이용하여 결빙에 의해 고정된 밸브 플레이트(21)에 충격력을 전달하는 임팩트 유닛(40)이 설치된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 공기차단밸브에 적용되는 임팩트 유닛의 내부 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 임팩트 유닛(40)은 임팩트 하우징(50)과, 양 단부에 타격블록(61)이 구성되는 임팩트 회전체(60)와, 연결축(71)을 통하여 상기 임팩트 회전체(60)와 연결되는 회전커버(70), 및 피동기어(80)로 구성된다.

상기 임팩트 하우징(50)은 일측이 개방된 원통형으로 형성되어 내주면을 따라 돌출된 다수개의 충격 캠(51)을 형성하며, 외면 회전중심에 상기 밸브 플레이트(21)의 회전축(20)이 일체로 연결된다.

여기서, 상기 충격 캠(51)은 상기 타격블록(61)에 대응하는 일면이 경사진 캠면(53)으로 형성된다.

상기 임팩트 회전체(60)는 상기 임팩트 하우징(50)의 내주에 대응하여 배치된다. 이러한 임팩트 회전체(6)는 회전 프레임(67), 타격블록(61), 및 스프링(63)으로 구성된다.

상기 회전 프레임(67)은 중심에 중심홀(62)이 형성되어 상기 연결축(71)에 연결되고, 양 단부에는 각각 스프링 홈(65)이 형성된다.

상기 타격블록(61)은 상기 스프링 홈(65)에 삽입되고, 상기 충격 캠(51)의 캠면(53)과 대응하는 캠면(69)이 단부에 형성된다.

또한, 상기 스프링(63)은 스프링 홈(65)에 삽입되어 상기 타격블록(61)에 탄성력을 제공한다.

그리고 상기 회전커버(70)는 상기 임팩트 회전체(60)의 회전중심에 상기 연결축(71)을 통하여 연결되며, 상기 임팩트 하우징(50)의 개방부에 대응한다.

상기 피동기어(80)는 상기 회전커버(70)의 외측 회전중심에 일체로 설치되어 상기 제어모터(30)의 회전축(31)에 설치되는 구동기어(81)와 치합되며, 제어모터(30)의 회전력을 상기 회전커버(70)에 전달한다.

한편, 이러한 제어모터(30)와 임팩트 유닛(40)은 상기 밸브 하우징(10)의 일측에 형성된 케이스(11)의 내부에 설치된다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 연료전지스택의 공기차단밸브의 작동을 설명한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 공기차단밸브에 적용되는 임팩트 유닛의 작동 상태도이다.

먼저, 연료전지스택의 공기차단밸브(100)는 평상 시, 제어모터(30)의 제어에 따라 상기 임팩트 유닛(40)과 상기 밸브 플레이트(21)가 함께 회전하면서 상기 밸브 하우징(10)을 개폐 제어한다.

즉, 제어모터(30)가 일방향으로 회전력을 제공하면, 회전커버(70)를 통하여 임팩트 회전체(60)에 회전력이 전달되고, 회전하는 임팩트 회전체(60)는 타격블록(61)과 충격 캠(51)의 각 캠면(53,69)을 통하여 임팩트 하우징(50)에 회전력을 전달한다.

이와 같이, 임팩트 하우징(50)의 회전은 회전축(20)을 통하여 밸브 플레이트(21)를 회전시켜 상기 밸브 하우징(10)을 개폐하게 된다.

한편, 상기 밸브 플레이트(21)가 밸브 하우징(10)에 결빙되어 회전방향으로 고정된 경우에는 상기 임팩트 유닛(40)이 제어모터(30)의 회전력을 이용하여 상기 밸브 플레이트(21)에 충격력을 전달하여 결빙부의 얼음이 부셔지도록 작동한다.

즉, 상기 회전커버(70)를 통하여 제어모터(30)의 회전력이 전달되는 임팩트 회전체(60)는 회전하면서 타격블록(61)이 결빙된 밸브 플레이트(21)와 함께 회전방향으로 고정된 임팩트 하우징(50) 내의 충격 캠(51)을 타격하여 밸브 플레이트(21)에 충격력을 전달한다.

도 4를 참조하면, 밸브 플레이트(21)의 결빙에 의해 함께 회전방향으로 고정된 임팩트 하우징(50)의 각 충격 캠(51)에 대하여 임팩트 회전체(60)가 제어모터(30)의 회전력에 의해 회전하면서, 도 5에서와 같이, 각 타격블록(61)이 스프링(63)을 압축시켜 초기 접촉된 충격 캠(51)의 캠면(53)을 타고 넘으면서 다음 충격 캠(51)의 캠면(53)에 대하여 고속으로 회전하게 되고, 결국에는 도 6에서 도시한 바와 같이, 각 타격블록(61)이 다음 충격 캠(51)의 캠면(53)을 타격하여 충격력을 발생시키게 된다.

즉, 화살표방향(90)으로 회전하는 타격블록(61)의 캠면(69)은 회전방향을 따라 형성된 다음 충격 캠(51)의 캠면(53)을 가격하여 충격력을 발생시키고, 이러한 충격력은 임팩트 하우징(50)과 회전축(20)으로 연결된 상기 밸브 플레이트(21)에 전달된다.

이러한 충격력은 결빙부위가 해체되어 밸브 플레이트(21)가 회전 가능할 때까지 계속해서 타격블록(61)이 다음 충격 캠(51)을 순차적으로 가격하여 충격력을 발생시킨다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 공기차단밸브 10: 밸브 하우징
11: 케이스 20: 회전축
21: 밸브 플레이트 30: 제어모터
31: 회전축 40: 임팩트 유닛
50: 임팩트 하우징 51: 충격 캠
53: 캠면 60: 임팩트 회전체
61: 타격블록 62: 중심홀
63: 스프링 65: 스프링 홈
67: 회전 프레임 69: 캠면
70: 회전커버 71: 연결축
80: 피동기어 81: 구동기어
90: 화살표방향

Claims

연료전지스택의 일측에 설치되는 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징에 회전축을 통하여 설치되어 상기 밸브 하우징을 개폐하는 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트를 회전 제어하는 제어모터를 포함하는 연료전지스택의 공기차단밸브에 있어서,
상기 밸브 플레이트의 회전축과 상기 제어모터 사이에 설치되어 상기 밸브 플레이트에 연결되어 결빙에 의해 밸브 플레이트와 함께 고정된 충격 캠을 상기 제어모터의 회전력을 이용하여 회전하는 타격블록이 타격하여 상기 밸브 플레이트에 충격력을 전달하는 임팩트 유닛을 포함하는 연료전지스택 공기차단밸브.
제1항에 있어서,
상기 임팩트 유닛은
일측이 개방된 원통형으로 형성되어 내주면을 따라 돌출된 다수개의 충격 캠을 형성하며, 외면 회전중심에 상기 밸브 플레이트의 회전축이 일체로 연결되는 임팩트 하우징;
상기 임팩트 하우징의 내주에 대응하여 배치되며, 양 단부에는 상기 충격 캠에 대응하는 타격블록이 스프링에 의해 탄성 지지되는 임팩트 회전체;
상기 임팩트 회전체의 회전중심에 연결축을 통하여 연결되어 상기 임팩트 하우징의 개방부에 대응하는 회전커버; 및
상기 회전커버의 외측 회전중심에 일체로 설치되어 상기 제어모터의 회전축에 설치되는 구동기어와 치합되어 회전력을 상기 회전커버에 전달하는 피동기어;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 공기차단밸브.
제2항에 있어서,
상기 충격 캠은
상기 타격블록에 대응하는 일면이 경사진 캠면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 공기차단밸브.
제2항에 있어서,
상기 임팩트 회전체는
상기 연결축에 회전중심이 연결되고, 양 단부에는 각각 스프링 홈이 형성되는 회전 프레임;
상기 스프링 홈에 삽입되는 타격블록;
상기 스프링 홈에 삽입되어 상기 타격블록에 탄성력을 제공하는 스프링;
으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 공기차단밸브.
제1항 내지 제4항 중, 어느 한 항에 있어서,
상기 타격블록은
상기 충격 캠에 대응하는 일면이 경사진 캠면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 공기차단밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 임팩트 유닛은
상기 밸브 하우징 일측에 형성된 케이스의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지스택의 공기차단밸브.