KR20180037389A - 공기 차단 밸브 - Google Patents

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Abstract

공기 차단 밸브가 개시된다. 개시된 공기 차단 밸브는, 가습기에서 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 공급라인에 설치되는 것으로서, ⅰ)밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트와, ⅱ)밸브 회전축에 설치되며, 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재를 포함할 수 있다.

Description

공기 차단 밸브 {AIR CUT VALVE}
본 발명의 실시 예는 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가습기에서 가습된 가습공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 공급라인을 개폐하는 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브에 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 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킨다.
연료전지 시스템은 공기극과 연료극으로 이루어진 단위 연료전지들의 전기 발생 집합체인 스택과, 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급장치를 구비하고 있다.
한편, 고분자 연료전지의 경우 막-전극 어셈블리(MEA)의 이온 교환막이 원활한 역할을 하기 위해서는 적당한 수분이 필요하며, 이를 위해 연료전지 시스템의 공기 공급장치는 연료전지로 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기를 구비하고 있다.
가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 공기 중의 수분을 이용하여 공기 공급장치의 공기 압축기를 통해 공급되는 건조한 공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지의 공기극으로 공급한다.
연료전지 차량의 경우에서는 패키지 면에서 제한이 있기 때문에 상대적으로 부피가 작은 막 가습 방식을 적용하고 있다. 이러한 막 가습 방식의 가습기는 패키지 측면에서뿐만 아니라, 특별한 동력을 필요로 하지 않는 이점을 가지고 있다.
막 가습 방식의 가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 배출가스와, 공기 압축기를 통해 공급되는 건조 공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식을 통해 막 가습이 이루어진다.
한편, 스택에서 생성된 물은 그 스택에서의 공기 유로(스택 매니폴드, 셀 입출구, 셀의 각 채널 등) 일부 또는 전체를 막아 반응기체의 공급을 방해하여 스택의 성능을 저하시키거나 스택의 내구성에 문제를 일으킬 수 있다.
이에 연료전지 시스템의 레이아웃 상 가습기는 통상적으로 스택의 하단에 위치하고 있다. 이 경우 스택에서 응축된 물은 대부분 중력에 의해 그 스택과 인접해 있는 가습기 쪽으로 흘러갈 수 있다.
또한, 가습기에서 가습된 공기가 스택으로 공급될 때, 외기와의 온도차에 의해 수증기가 응축되고 그 응축수는 공기의 유속이 낮을 경우, 중력에 의해 가습기로 유입되며, 셧-다운 후에 수증기가 응축되고 그 응축수는 스택이나 배관으로부터 가습기로 유입될 수 있다.
그러나, 연료전지 차량의 아이들 상태에서 급 출력 시 또는 고출력 시, 가습기에서 스택으로 공급되는 공기의 유속이 빨라지기 때문에, 가습기에 고여있는 응축수는 스택으로 유입되며 그 스택 내의 유로를 막음으로 인해 스택에서의 셀 빠짐 현상을 발생시킬 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 실시 예들은 가습기에서 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키며 연료전지 스택의 운전 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 공기 차단 밸브를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 공기 차단 밸브는, 가습기에서 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 공급라인에 설치되는 것으로서, ⅰ)밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트와, ⅱ)상기 밸브 회전축에 설치되며, 상기 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 상기 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브는, 상기 공기 공급라인의 유로와 연결되는 상기 밸브 통로를 가진 밸브 바디를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 밸브 플레이트는 상기 밸브 바디에 상기 밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 밸브 플레이트는 원판 타입으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 응축수 분산부재는 다수 개의 메쉬 홀들이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 플레이트는 상기 밸브 회전축에 밸브 플레이트와 수직 교차하는 각도로서 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 플레이트는 상기 밸브 플레이트를 기준으로, 상기 밸브 회전축에 80도 이상 90도 미만의 각도로서 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 홀들은 상기 밸브 통로의 내측 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 홀들은 상기 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 플레이트는 상기 밸브 회전축을 중심에 두고 이의 양측에 반원을 형성하며, 상기 밸브 회전축에 연결되는 메쉬 바디부와, 상기 메쉬 홀들을 형성하며, 상기 메쉬 바디부에 연결되는 와이어 메쉬부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 가습기에서 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 응축수 분산부재의 메쉬 플레이트를 통해 분산시킴으로써, 응축수에 의한 연료전지 스택의 셀 빠짐을 최소화하며, 연료전지 스택의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.
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 적용되는 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 5 및 도 6은 는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브에 적용되는 메쉬 플레이트를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
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", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에 적용되는 연료전지용 가습기(1)는 수소로서의 연료와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킬 수 있다.
상기 연료전지용 가습기(1)는 연료전지 스택(3)으로부터 배출되는 배출공기와 공기 압축기(5)로부터 공급되는 공급공기의 막 가습이 이루어지고 그 가습된 공기를 연료전지 스택(3)으로 공급한다. 이와 같은 연료전지용 가습기(1)는 기본적으로, 막 모듈부(2), 제1 캡부(4) 및 제2 캡부(6)를 포함하고 있다.
상기 막 모듈부(2)는 당 업계에서 "쉘-인(shell-in)이라고도 하며, 여러 다발의 중공사막인 가습막(도면에 도시되지 않음)이 내부에 밀집된 것으로, 하우징의 내부에 가습막이 내장되어 있다.
여기서, 상기 막 모듈부(2)에는 연료전지 스택(3)에서 배출되는 배출공기를 하우징의 내부로 주입하기 위한 배출공기 유입구(2a)와, 수분이 제거된 배출공기를 배기 계통으로 배출하기 위한 배출공기 배출구(2b)를 형성하고 있다.
상기 제1 캡부(4)는 당 업계에서 "캡-인(cap-in)" 이라고도 하며, 공기 압축기(5)를 통해 공급되는 공급공기를 막 모듈부(2)의 내부로 주입하기 위한 것이다. 상기 제1 캡부(4)는 막 모듈부(2)의 일측 단부에 결합되며, 공급공기를 막 모듈부(2)로 공급하기 위한 공급공기 주입구(4a)를 형성하고 있다.
그리고, 상기 제2 캡부(6)는 당 업계에서 "캡-아웃(cap-out)" 이라고도 하며, 막 모듈부(2)로부터 유입되는 공기(가습공기)를 연료전지 스택(3)으로 배출하기 위한 것이다. 상기 제2 캡부(6)는 막 모듈부(2)의 다른 일측 단부에 결합되며, 가습공기를 연료전지 스택(3)으로 배출하기 위한 가습공기 배출구(6a)(이하에서는 편의 상 "공기 배출구" 라고 한다)를 형성하고 있다.
이 경우, 상기 제2 캡부(6)의 공기 배출구(6a)는 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)과 연결된다. 그리고 상기 공기 공급라인(7)에는 그 공기 공급라인(7)의 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 공기 차단 밸브(100)가 설치된다.
한편, 상기와 같이 구성되는 연료전지용 가습기(1)는 제2 캡부(6)의 내부로 응축수가 유입되는데, 그 제2 캡부(6)에 고여있는 응축수는 공기 공급라인(7)을 통해 가습공기와 함께 연료전지 스택(3)으로 유입된다.
예를 들면, 차량의 아이들 상태(저 유량 시)에서 급 출력 시(급 가속 시) 또는 고 출력 시, 막 모듈부(2)로부터 가습공기가 제2 캡부(6)로 다량 토출되고, 제2 캡부(6)의 내부에 고여있는 응축수는 공기 배출구(6a)로 배출되며 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 공급됨에 따라, 그 연료전지 스택(3)에서는 응축수 유입으로 인한 셀 빠짐이 발생할 수 있다. 이러한 셀 빠짐 현상은 연료전지 스택(3)의 운전 안정성을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브(100)는 제2 캡부(6)에서 연료전지 스택(3)으로 유입되는 응축수를 분산시키며, 연료전지 스택(3)의 운전 안정성을 도모할 수 있는 구조로 이루어진다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1과 함께 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브(100)는 기본적으로, 밸브 바디(10), 밸브 플레이트(30) 및 응축수 분산부재(50)를 포함하고 있다.
상기 밸브 바디(10)는 제2 캡부(6)의 공기 배출구(6a)와 연료전지 스택(3)을 연결하는 공기 공급라인(7)에 설치된다. 상기 밸브 바디(10)는 공기 공급라인(7)의 유로와 연결되는 밸브 통로(11)를 형성하고 있다.
상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 바디(10)의 밸브 통로(11)를 선택적으로 개폐하는 것으로서, 플랩 타입의 플레이트로 구비된다. 상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 회전축(31)을 통하여 밸브 바디(10)에 회전 가능하게 설치된다.
예를 들면, 상기 밸브 플레이트(30)는 원판 타입으로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 회전축(31)에 연결되게 설치되는 바, 밸브 회전축(31)을 중심에 두고 이의 양측에 반원형의 판이 연결된 구조로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 회전축(31)과 연결된 구동부(40)에 의해 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동부(40)는 밸브 회전축(31)과 연결되는 서보모터를 포함한다. 상기 서보모터는 제어기로부터 전기적인 제어신호를 인가받아 구동하는 것으로, 90도의 회전 각도로서 밸브 회전축(31)을 회전시킬 수 있다. 이러한 밸브 플레이트(30)와 구동부(40)의 연결 구조 및 그 구동부(40)의 작동 구조는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구조의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 응축수 분산부재(50)는 밸브 플레이트(30)의 밸브 통로(11) 오픈 시, 그 밸브 통로(11)를 통해 연료전지 스택(3)으로 유입되는 응축수를 분산시키기 위한 것이다.
상기 응축수 분산부재(50)는 밸브 회전축(31)에 설치되며 다수 개의 메쉬 홀들(51)이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트(53)를 포함한다. 여기서, 상기 메쉬 플레이트(53)는 밸브 회전축(31)에 밸브 플레이트(30)와 수직 교차하는 각도로서 설치될 수 있다.
예를 들면, 상기한 메쉬 플레이트(53)는 밸브 회전축(31)에 연결되게 설치되는 바, 밸브 회전축(31)을 중심에 두고 이의 양측에 반원을 형성하는 메쉬 바디부(55)와, 다수 개의 메쉬 홀들(51)을 형성하며 메쉬 바디부(55)에 연결되는 와이어 메쉬부(57)를 포함한다. 여기서, 상기 와이어 메쉬부(57)는 와이어를 메쉬 바디부(55)에 연결한 상태로 엮어 다수의 메쉬 홀들(51)을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에서, 상기 메쉬 플레이트(53)는 메쉬 홀들(51)의 크기가 서로 상이한 구조로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 상기 메쉬 홀들(51)은 도 5에서와 같이, 밸브 통로(11: 이하 도 3 및 도 4 참조)의 내측 중심부(공기의 유동 중심부)에서 가장자리 쪽으로 갈수록 크기가 점차 작아지는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 메쉬 홀들(51)의 크기를 상기와 같이 상이하게 구성하는 이유는 공기 공급라인(7: 이하 도 1 참조)의 유로를 따라 유동하는 공기의 유속이 밸브 통로(11)의 내측 중심부 보다 가장자리 쪽에서 상대적으로 느리기 때문이다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 공기가 통과하는 메쉬 홀들(51)의 크기를 밸브 통로(11)의 내부 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 점차 작아지게 형성함에 따라, 그 메쉬 홀들(51)을 통과하는 응축수를 효과적으로 분산시킬 수 있다.
또한, 상기 메쉬 홀들(51)은 도 6에서와 같이, 밸브 통로(11)를 유동하는 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 메쉬 홀들(51)의 크기를 상기와 같이 상이하게 구성하는 이유는 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 메쉬 홀들(51)을 통해 그 메쉬 홀들(51)을 통과하는 공기의 유속을 더욱 증대시킴으로써 메쉬 홀들(51)을 통과하는 응축수를 더욱 효과적으로 분산시키기 위함이다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브(100)의 작동을 앞서 개시한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 실시 예에서는 밸브 바디(10)의 밸브 통로(11)를 밸브 플레이트(30)를 통해 차단한 상태에서, 구동부(40)에 전기적인 제어신호를 인가하면, 그 구동부(40)에 의해 밸브 플레이트(30)를 90도로 회전시키며 밸브 통로(11)를 개방한다.
여기서, 상기와 같이 밸브 플레이트(30)를 통해 밸브 통로(11)를 차단한 상태에서, 밸브 플레이트(30)는 수직 방향으로 세워지며 밸브 통로(11)를 폐쇄하고, 메쉬 플레이트(53)는 밸브 플레이트(30)에 수직 교차하는 방향으로 위치하고 있다.
그리고, 상기와 같이 밸브 플레이트(30)를 회전시키며 밸브 통로(11)를 개방한 상태에서, 메쉬 플레이트(53)는 수직 방향으로 세워지며 밸브 통로(11)를 막고, 밸브 플레이트(30)는 메쉬 플레이트(53)에 수직 교차하는 방향으로 위치하며 밸브 통로(11)를 개방하고 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 차량의 아이들 상태(저 유량 시)에서 급 출력 시(급 가속 시) 또는 고 출력 시, 가습기(1)의 막 모듈부(2)로부터 가습공기를 제2 캡부(6)로 다량 토출하고, 제2 캡부(6)의 공기 배출구(6a)를 통해 가습공기를 배출하며, 그 가습공기를 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 공급한다.
상기한 과정에 제2 캡부(6)의 내부에 고여있는 응축수 또한 가습공기와 함께 공기 공급라인(7)을 따라 연료전지 스택(3)으로 공급되는데, 메쉬 플레이트(53)가 밸브 통로(11)를 막고 있기 때문에, 본 발명의 실시 예에서 응축수는 메쉬 플레이트(53)의 메쉬 홀들(51)을 통과하며 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 유입된다.
하지만, 본 발명의 실시 예에서는 응축수가 메쉬 플레이트(53)의 메쉬 홀들(51)을 통과하며 그 홀들(51)에 의해 분산된 상태로 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 유입될 수 있다.
여기서, 상기 메쉬 플레이트(53)는 메쉬 홀들(51)의 크기가 밸브 통로(11)의 내부 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 점차 작아지거나 밸브 통로(11)를 유동하는 공기의 유동 방향을 따라 점차 작아지는 형상으로 구비되기 때문에, 그 메쉬 홀들(51)을 통과하는 응축수를 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 가습기(1)의 제2 캡부(6)에서 연료전지 스택(3)으로 유입되는 응축수를 응축수 분산부재(50)의 메쉬 플레이트(53)를 통해 분산시킴으로써, 그 응축수에 의한 연료전지 스택(3)의 셀 빠짐을 최소화하며, 연료전지 스택(3)의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 차단 밸브(200)에 의하면, 전기 실시 예의 구조를 기본으로 하면서, 밸브 플레이트(30)에 대해 수직 교차하지 않고 밸브 회전축(31)에 비스듬한 방향으로 설치되는 메쉬 플레이트(153)를 구성할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 실시 예에서 상기 메쉬 플레이트(153)는 밸브 플레이트(30)를 기준으로, 밸브 회전축(31)에 80도 이상 90도 미만의 각도로서 설치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 메쉬 플레이트(153)를 밸브 플레이트(30)에 대해 수직한 방향에서 비스듬히 설치함에 따라, 밸브 플레이트(30)에 의한 밸브 통로(11)의 오픈 시, 그 밸브 통로(11)의 내측 벽과 메쉬 플레이트(153) 사이에 소정의 갭(G)을 형성하게 된다.
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 가습기(1: 이하 도 1 참조)에서 연료전지 스택(3: 도 1 참조)으로 유입되는 응축수를 메쉬 플레이트(153)의 메쉬 홀들(151)을 통해 분산시킴과 동시에, 밸브 통로(11)의 내측 벽과 메쉬 플레이트(153) 사이의 갭(G)을 통해 응축수를 유동시키며 그 응축수를 도면에 도시되지 않은 공기 공급라인(7: 도 1 참조)의 바이패스 유로를 통해 가습기(1: 도 1 참조)로 바이패스시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 차단 밸브(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시 예와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
1... 연료전지용 가습기 2... 막 모듈부
2a... 배출공기 유입구 2b... 배출공기 배출구
3... 연료전지 스택 4... 제1 캡부
4a... 공급공기 주입구 5... 공기 압축기
6... 제2 캡부 6a... 가습공기 배출구
7... 공기 공급라인 10... 밸브 바디
11... 밸브 통로 30... 밸브 플레이트
31... 밸브 회전축 40... 구동부
50... 응축수 분산부재 51, 151... 메쉬 홀
53, 153... 메쉬 플레이트 55... 메쉬 바디부
57... 와이어 메쉬부 100, 200... 공기 차단 밸브
G... 갭

Claims (9)

  1. 가습기에서 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 공급라인에 설치되는 공기 차단 밸브에 있어서,
    밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트; 및
    상기 밸브 회전축에 설치되며, 상기 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 상기 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공기 공급라인의 유로와 연결되는 상기 밸브 통로를 가진 밸브 바디를 포함하며,
    상기 밸브 플레이트는 상기 밸브 바디에 상기 밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브 플레이트는 원판 타입으로 구비되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 응축수 분산부재는,
    다수 개의 메쉬 홀들이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 메쉬 플레이트는,
    상기 밸브 회전축에 밸브 플레이트와 수직 교차하는 각도로서 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 메쉬 플레이트는,
    상기 밸브 플레이트를 기준으로, 상기 밸브 회전축에 80도 이상 90도 미만의 각도로서 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 메쉬 홀들은,
    상기 밸브 통로의 내측 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 메쉬 홀들은,
    상기 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 메쉬 플레이트는,
    상기 밸브 회전축을 중심에 두고 이의 양측에 반원을 형성하며, 상기 밸브 회전축에 연결되는 메쉬 바디부와,
    상기 메쉬 홀들을 형성하며, 상기 메쉬 바디부에 연결되는 와이어 메쉬부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0335453U (ko) * 1989-08-18 1991-04-08
KR200257281Y1 (ko) * 2001-09-26 2001-12-29 주식회사 한창테크 버터플라이 밸브의 캐비테이션 방지장치
KR20120019764A (ko) * 2010-08-26 2012-03-07 현대자동차주식회사 연료전지 시스템용 공기차단밸브
US20120264028A1 (en) * 2011-04-18 2012-10-18 GM Global Technology Operations LLC Semi-passive backpressure control valve
JP2013083285A (ja) * 2011-10-07 2013-05-09 Kurimoto Ltd バタフライ弁

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022164141A1 (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 코오롱인더스트리 주식회사 자동 유량 조절 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기
KR20220109052A (ko) * 2021-01-28 2022-08-04 코오롱인더스트리 주식회사 자동 유량 조절 카트리지 및 이를 포함하는 연료전지 막가습기

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