KR20200045635A - 수소전지차량의 공기차단밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소전지차량의 공기차단밸브에 관한 것으로, 외부의 공기가 출입되도록 공기 입구와 공기 출구가 형성된 밸브하우징, 상기 밸브하우징에 결합되고 수소전지차량의 스택으로 공기를 출입시키도록 제1스택 유로와 제2스택 유로가 형성된 서브하우징, 상기 밸브하우징에 삽입되고 구동부와 결합되어 상기 구동부로부터 인가되는 동력에 의하여 회전하는 밸브샤프트, 상기 밸브샤프트와 결합되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 상기 제1스택 유로를 개폐시키는 제1밸브디스크, 상기 밸브샤프트와 결합되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 상기 제1밸브디스크와 함께 회전하여 상기 제2스택 유로를 개폐시키는 제2밸브디스크, 및 상기 밸브샤프트의 비틀림 발생 시 상기 제1밸브디스크와 상기 제2밸브디스크가 상기 제1스택 유로와 상기 제2스택 유로를 모두 기밀시키도록 상기 제1밸브디스크와 상기 제2밸브디스크 사이의 위상차를 보상하는 보상부를 포함하여, 밸브샤프트의 회전에 의하여 두 개의 밸브디스크 사이에 발생되는 위상차를 보상하여 두 개의 스택 유로를 모두 기밀시키는 효과가 있다.

Description

수소전지차량의 공기차단밸브{AIR CUT-OFF VALVE OF FUEL CELL VEHICLE}
본 발명은 수소전지차량의 공기차단밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소전지차량에서 연료전지의 스택에 공기의 유입을 차단하여 내구성능을 강화시키는 수소전지차량의 공기차단밸브에 관한 것이다.
연료전지 차량은 연료전지 스택에서 발생되는 전력으로 모터를 구동하여 주행하는 차량이다. 상기 스택은 수소와 공기중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하고, 그 과정에서 물(수증기)과 열이 발생된다.
스택에는 공기공급관로와 공기배출관로가 연결된다. 공기공급관로에는 압축기가 설치되어 외기를 스택으로 원활히 공급할 수 있다. 공급 공기는 가습기를 거치면서 가습되어 스택 내부의 전해질막이 충분히 젖은 상태를 유지할 수 있도록 함으로써 연료극에서 공기극으로의 수소 이온 이동이 활발하게 이루어져 스택의 전기화학반응이 촉진된다.
스택에서 반응에 사용되지 않은 공기는 공기배출관로를 통해 대기중으로 배출된다. 공기배출관로도 가습기를 경유한다. 한편, 상기 공기공급관로와 공기배출관로에는 각각 공기차단밸브가 설치된다. 공기차단밸브는 스택 운전 정지시 공기공급관로와 공기배출관로를 통해 외부 공기가 스택의 내부로 확산되어 불필요한 반응이 발생함으로써 스택의 내구성이 저하되는 것을 방지한다.
상기와 같이, 종래에는 공기차단밸브가 공기공급관로와 공기배출관로에 각각 설치되고, 각 공기차단밸브는 구동장치도 각각 구비하였으므로 공기차단밸브 관련 부분의 크기가 커지고 구성이 복잡하였다. 또한 공기차단밸브가 스택에서 멀리 떨어져 있어 스택 운전정지시 공기차단밸브를 닫아도 스택과 공기차단밸브사이의 공기가 스택으로 유입되어 불필요한 반응을 일으키게 되는 문제점이 있었다.
그에 따라, 하나의 샤프트로 두 개의 밸브를 동시에 개폐시키는 공기차단밸브가 개발되었다. 이 때, 샤프트는 일측 단부가 구동부와 결합되어 동력을 전달받고, 구동부로부터 인가된 동력으로 샤프트가 회전하면서 샤프트에 결합된 두 개의 밸브디스크를 동시에 회전시킨다. 다만, 하나의 샤프트로 두 개의 밸브디스크를 동시에 회전시키는 경우에는 구동부에 가까이 결합된 밸브디스크와 구동부에서 멀리 구비된 밸브디스크 사이에 전달되는 힘의 차이가 발생하게 된다. 즉, 구동부에 가까이 결합된 밸브디스크가 구동부에서 멀리 구비된 밸브디스크보다 빠르게 회전하게 되면서 샤프트에 비틀림 힘이 누적되고 샤프트에 변형이 발생될 수 있다. 그 결과 공기차단밸브의 사용이 계속됨에 따라 두 개의 밸브디스크 사이에 위상차가 발생하게 되고, 결과적으로 양 밸브디스크의 개폐에 시간차가 발생하거나, 하나의 밸브디스크가 완전히 닫히지 않는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 밸브디스크 사이에 위상차가 발생할 경우 이를 보상하는 기술의 개발이 필요하다.
한국등록특허 제1,490,912호 (2015.02.02 등록) 연료전지스택의 공기차단밸브
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 수소전지차량의 공기차단밸브가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로 밸브디스크 사이에 위상차가 발생할 경우 이를 보상하여 스택 유로를 기밀하는 수소전지차량의 공기차단밸브를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 수소전지차량의 공기차단밸브는 외부의 공기가 출입되도록 공기 입구와 공기 출구가 형성된 밸브하우징, 상기 밸브하우징에 결합되고 수소전지차량의 스택으로 공기를 출입시키도록 제1스택 유로와 제2스택 유로가 형성된 서브하우징, 상기 밸브하우징에 삽입되고 구동부와 결합되어 상기 구동부로부터 인가되는 동력에 의하여 회전하는 밸브샤프트, 상기 밸브샤프트와 결합되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 상기 제1스택 유로를 개폐시키는 제1밸브디스크, 상기 밸브샤프트와 결합되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 상기 제1밸브디스크와 함께 회전하여 상기 제2스택 유로를 개폐시키는 제2밸브디스크, 및 상기 밸브샤프트의 비틀림 발생 시 상기 제1밸브디스크와 상기 제2밸브디스크가 상기 제1스택 유로와 상기 제2스택 유로를 모두 기밀시키도록 상기 제1밸브디스크와 상기 제2밸브디스크 사이의 위상차를 보상하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다
이때, 상기 보상부는 상기 제1밸브디스크에 결합되고 상기 제1밸브디스크가 상기 제1스택 유로를 닫을 경우 상기 제1스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 상기 제1스택 유로를 향하여 제1러버씰이 돌출 형성된 제1밸브플레이트, 및 상기 제2밸브디스크에 결합되고 상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우 상기 제2스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 상기 제2스택 유로를 향하여 제2러버씰이 돌출 형성되되 상기 제2러버씰이 상기 제1러버씰보다 두껍게 형성된 제2밸브플레이트를 포함하는 것도 가능하다.
이때, 상기 제2러버씰은 상기 밸브샤프트를 중심으로 반경방향 최외측 단부에서 상기 밸브샤프트 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 있어서, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 수소전지차량의 공기차단밸브는 상기 보상부는 상기 제1밸브디스크에 결합되고 상기 제1밸브디스크가 상기 제1스택 유로를 닫을 경우 상기 제1스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 구비된 제1밸브플레이트, 상기 제2밸브디스크에 결합되고 상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우 상기 제2스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 구비된 제2밸브플레이트, 상기 서브하우징에 형성되고 상기 제1밸브디스크가 상기 제1스택 유로를 닫을 경우 상기 제1밸브플레이트가 접촉되도록 형성된 제1안착면, 및 상기 서브하우징에 형성되고 상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우 상기 제2밸브플레이트가 접촉되도록 형성되되 상기 제2밸브디스크 방향으로 상기 제1안착면보다 높게 형성된 제2안착면을 포함하는 것도 가능하다.
이때, 상기 제2안착면은 상기 밸브샤프트를 기준으로 반경방향 최외측 단부에서 상기 밸브샤프트 측으로 갈수록 높이가 낮아지는 것도 가능하다.
한편, 상기 서브하우징에 구비되고 상기 제2밸브플레이트와 접촉하면서 상기 제2스택 유로를 기밀하도록 구비된 기밀부재를 더 포함하는 것도 가능하다
이때, 상기 기밀부재는 상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우 상기 제2밸브플레이트와 접촉하면서 압축되어 상기 제2스택 유로를 기밀하도록 탄성 소재로 형성된 것도 가능하다.
이때, 상기 기밀부재는 축 방향을 따라 볼록하게 돌출 형성된 제1볼록부, 상기 제1볼록부와 연결되고 상기 밸브디스크로부터 압력을 받을 경우 압축되도록 오목하게 형성된 오목부, 및 상기 오목부와 연결되고 축 방향을 따라 볼록하게 돌출 형성된 제2볼록부를 포함하는 것도 가능하다.
한편 상기 기밀부재는 단면에 아령 형태의 공간부가 형성된 것도 가능하다.
한편, 상기 기밀부재 및 상기 제2밸브플레이트는 전원 비인가 시 상기 제2스택 유로를 기밀하도록 자성을 갖는 소재로 형성된 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에 의하면, 밸브샤프트의 회전에 의하여 두 개의 밸브디스크 사이에 발생되는 위상차를 보상하여 두 개의 스택 유로를 모두 기밀시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 제1밸브플레이트에 대한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 제2밸브플레이트에 대한 도면,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 제1안착면에 대한 도면,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 제2안착면에 대한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 기밀부재가 구비된 상태에 대한 도면,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 기밀부재에 대한 사시도,
도 8은 도 7의 단면도,
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 기밀부재에 대한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브는, 밸브하우징(100), 서브하우징(200), 밸브 커버(300), 밸브샤프트(400), 밸브디스크(500), 보상부(600), 구동부(700) 및 기밀부재(800)를 포함한다. 이때, 상기 밸브하우징(100)과 상기 서브하우징(200) 및 상기 밸브 커버(300)가 결합하고, 내부에 상기 밸브샤프트(400), 상기 밸브디스크(500), 상기 보상부(600), 상기 구동부(700) 및 기밀부재(800)가 수용된다. 한편, 상기 밸브샤프트(400)와 상기 구동부(700)는 동력 전달이 가능하도록 결합되고, 상기 밸브샤프트(400)에 상기 밸브디스크(500)가 결합된다. 따라서, 상기 구동부(700)의 동력에 의하여 상기 밸브샤프트(400)는 회전하고, 상기 밸브샤프트(400)와 함께 상기 밸브디스크(500)가 회동한다.
상기 밸브하우징(100)은 밸브하우징 본체(110), 공기 입구(120) 및 공기 출구(130)를 포함한다. 이때, 상기 밸브하우징 본체(110)의 일측 면에는 상기 서브하우징(200)이 결합되고, 타측 면에는 상기 밸브 커버(300)가 결합된다. 또한, 상기 서브하우징(200) 및 상기 밸브 커버(300)의 결합 방향을 가로지르는 방향으로 상기 밸브샤프트(400) 및 상기 구동부(700) 삽입된다. 한편, 상기 밸브샤프트(400)가 삽입된 방향과 수직한 방향(상기 서브하우징(200) 및 상기 밸브 커버(300)의 결합 방향 제외)에는 공기 입구(120) 및 공기 출구(130)가 형성된다. 즉, 수직좌표계에서, 상기 서브하우징(200) 및 상기 밸브 커버(300)의 결합 방향을 Z축 방향이라고 한다면, 상기 밸브샤프트(400) 및 상기 구동부(700)는 X축 방향으로 삽입되고, Y축 방향으로 상기 공기 입구(120) 및 상기 공기 출구(130)가 형성된다. 한편, 상기 공기 입구(120) 및 상기 공기 출구(130)는 수소전지차량의 가습기(도면 미기재)를 통과하여 차량의 외부와 연결된다.
상기 서브하우징(200)은 서브하우징 본체(210), 돌출부(220), 제1스택 유로(230) 및 제2스택 유로(240)를 포함한다. 이때, 상기 서브하우징 본체(210)는 상기 밸브하우징 본체(110)와 결합되도록 구비되되 내부에 상기 제1스택 유로(230) 및 상기 제2스택 유로(240)가 형성된다. 또한, 상기 돌출부(220)는 상기 서브하우징 본체(210)에서 상기 밸브 커버(300) 방향으로 돌출 형성되어 상기 제1스택 유로(230) 및 상기 제2스택 유로(240)의 관(외벽)을 형성한다. 즉, 상기 제1스택 유로(230) 및 상기 제2스택 유로(240)는 상기 돌출부(220) 및 상기 서브하우징 본체(210)를 관통하는 홀 형태로 형성되고, 수소전지차량의 스택(도면 미기재)으로 연결된다.
상기 밸브 커버(300)는 커버 본체(310) 및 바이패스 유로(320)을 포함한다. 이때, 상기 커버 본체(310)는 상기 밸브하우징 본체(110)와 결합되고, 상기 커버 본체(310)의 내부에는 상기 공기 입구(120) 및 상기 공기 출구(130)를 직접 연결시키도록 상기 바이패스 유로(320)가 형성된다.
상기 밸브샤프트(400)는 상기 밸브하우징(100)에 축 회전 가능하게 삽입되고, 상기 구동부(700)와 결합되어 동력을 전달받는다. 또한, 상기 밸브샤프트(400)는 샤프트 본체(410) 및 결합부(420)를 포함한다. 이때, 상기 샤프트 본체(410)는 일측 단부가 상기 구동부(700)와 결합되어 동력을 전달받고, 상기 샤프트 본체(410)의 외주면에 상기 결합부(420)가 형성된다. 상기 결합부(420)는 상기 밸브디스크(500)가 안착되어 결합되도록 홈 형태로 형성된다. 한편, 상기 결합부(420)는 상기 샤프트 본체(410)의 외주면에 구비되므로, 상기 밸브디스크(500)는 상기 밸브샤프트(400)와 접선을 이루어 결합된다. 즉, 상기 밸브디스크(500)는 상기 샤프트 본체(410)에 편심되게 결합된다.
상기 밸브디스크(500)는 상기 밸브샤프트(400)에 결합되고, 제1밸브디스크(510) 및 제2밸브디스크(520)를 포함한다. 한편, 본 발명에서는 상기 밸브디스크(500)는 금속 소재로 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1밸브디스크(510) 및 상기 제2밸브디스크(520)는 하나의 상기 밸브샤프트(400)에 나란하게 결합되어, 상기 밸브샤프트(400)의 회전에 의하여 동시에 회전하도록 결합된다. 한편, 본 실시예에서는 상기 제1밸브디스크(510)는 상기 제2밸브디스크(520)보다 상기 구동부와 가깝게 구비된다. 즉, 상기 샤프트 본체(410)에서 상기 구동부(700)와 결합된 일측 단부로부터 상기 제1밸브디스크(510), 상기 제2밸브디스크(520) 순서로 배치된다. 한편, 본 실시예에서는 상기 샤프트 본체(410)의 상기 구동부(700)와 결합된 일측 단부에서 부터 상기 제1밸브디스크(510)의 중심선 까지의 거리와 상기 제1밸브디스크(510)에서 부터 상기 제2밸브디스크(520)의 중심선 까지의 거리가 1 : 1.2 이상, 1 : 1.3 이하의 비율로 배치되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 보상부(600)는 제1밸브플레이트(610), 제2밸브플레이트(620), 제1안착면(630) 및 제2안착면(640)을 포함한다. 이때, 상기 제1밸브플레이트(610) 및 제2밸브플레이트(620)는 상기 밸브디스크(500)와 결합하고, 상기 제1안착면(630) 및 상기 제2안착면(640)은 상기 서브하우징(200)에 형성된다. 또한 상기 기밀부재(800)는 상기 제2안착면(640)에 구비된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 제1밸브플레이트(610)는 제1러버씰(611) 및 제1플레이트 본체(612)를 포함하고, 상기 제2밸브플레이트(620)는 제2러버씰(621) 및 제2플레이트 본체(622)를 포함한다. 이때, 상기 제1플레이트 본체(612)는 상기 제1밸브디스크(510)를 감싸도록 구비되고, 상기 제2플레이트 본체(622)는 상기 제2밸브디스크(520)를 감싸도록 구비된다. 한편, 본 실시예에서 상기 제1밸브플레이트(610) 및 제2밸브플레이트(620)는 고무를 소재로 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 탄성 변형이 가능한 것을 포함한다.
상기 제1러버씰(611)은 상기 제1플레이트 본체(612)에서 상기 제1스택 유로(230) 방향으로 연장 형성되고, 상기 밸브샤프트(400)의 회전에 의하여 상기 제1안착면(630)에 접촉하면서 탄성 절곡 변형 가능하게 형성된다.
상기 제2러버씰(621)은 상기 제2플레이트 본체(622)에서 상기 제2스택 유로(240) 방향으로 연장 형성되고, 상기 밸브샤프트(400)의 회전에 의하여 상기 제2안착면(640)에 접촉하면서 탄성 절곡 변형 가능하게 형성된다. 이때, 상기 제2러버씰(621)은 상기 제1러버씰(611)보다 두껍게 형성되되, 상기 샤프트 본체(410)를 중심으로 반경방향 최외측 단부에서 상기 샤프트 본체(410) 방향으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성된다. 즉, 상기 제2러버씰(621)은 상기 제1러버씰(611)과 동일한 두께의 기본실링부(621a) 및 상기 기본실링부(621a)에서 상기 제2스택 유로(240) 방향으로 연장되되 상기 밸브샤프트(400)를 중심(원점)으로 상기 기본실링부(621a)와 각도를 이루어 원주 방향을 따라 연장 형성된 보상실링부(622a)를 포함한다.
한편, 본 실시예에서 상기 보상실링부(622a)가 상기 기본실링부(621a)에서 연장된 각도는 1.5도 이상, 2.5도 이하인 것이 바람직하다. 상기 보상실링부(622a)가 연장된 각도가 1.5도 미만이거나 2.5도 초과인 경우에는 상기 제2밸브플레이트(620)와 상기 제2안착면(640)과의 사이에 공간이 발생할 가능성이 존재한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 돌출부(220)의 상기 밸브 커버(300) 방향 단부에는 상기 보상부(600)의 상기 제1안착면(630) 및 제2안착면(640)이 형성된다. 이때, 상기 제1안착면(630) 및 제2안착면(640)은 상기 제1밸브플레이트(610)와 상기 제2밸브플레이트(620)가 안착될 수 있도록 평평한 면의 형태로 형성되되, 내부에 상기 제1스택 유로(230) 및 상기 제2스택 유로(240)가 형성된다. 즉, 상기 제1안착면(630) 및 제2안착면(640)은 'ㅁ'자와 유사하게 형성된다.
상기 구동부(700)는 상기 밸브하우징(100)에 수용되고, 상기 밸브샤프트(400)와 결합되어 동력을 전달하도록 구비된다.
상기 기밀부재(800)는 상기 제1안착면(630) 또는 상기 제2안착면(640) 상에 구비되고, 상기 제1밸브디스크(510)가 상기 제1스택 유로(230)를 닫거나 상기 제2밸브디스크(520)가 상기 제2스택 유로(240)를 닫을 경우, 상기 제1스택 유로(230) 또는 상기 제2스택 유로(240)를 기밀하도록 상기 제1안착면(630), 상기 제2안착면(640), 상기 제1밸브플레이트(610)의 상기 제1러버씰(611) 및 상기 제2밸브플레이트(620)의 상기 제2러버씰(621)의 형태에 대응하여 형성된다(도 6 참조).
이때, 본 실시예에서 상기 기밀부재(800)는 탄성 소재로 형성되거나, 자성을 갖는 소재로 형성될 수 있다.
한편, 상기 기밀부재(800)가 자성을 갖는 소재로 형성되는 경우에는 상기 기밀부재(800)와 대향하는 상기 제1밸브플레이트(610) 또는 상기 제2밸브플레이트(620)도 자성을 갖는 소재로 형성된다. 이때, 상기 제1밸브플레이트(610) 또는 상기 제2밸브플레이트(620)는 고무자석으로 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브의 효과에 대하여 설명하면, 상기 제2러버씰(621)을 상기 제1러버씰(611)보다 두껍게 형성시키고, 상기 샤프트 본체(410)를 중심으로 반경방향 최외측 단부에서 상기 샤프트 본체(410) 방향으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성하여, 상기 밸브샤프트(400)의 비틀림 발생 시 상기 제1밸브디스크(510)와 상기 제2밸브디스크(520) 사이의 위상차를 보상한다.
종래의 수소전지차량의 공기차단밸브는 하나의 샤프트로 두 개의 밸브디스크를 동시에 회전시키면서도 두 개의 동일한 밸브디스크 및 밸브플레이트를 나란하게 배치하였다. 이 경우에는 두 개의 밸브디스크 사이에 위상차가 발생할 경우 양 밸브디스크의 개폐에 시간차가 발생하거나, 하나의 밸브디스크가 완전히 닫히지 않는 현상이 발생하여 충분한 실링(밀봉)효과를 발생시키기 못하였다. 따라서, 외부 공기가 스택(도면 미기재)의 내부로 확산되는 문제가 발생하였다.
이와 대비하여 본 실시예에 의하면, 상기 밸브샤프트(400)의 비틀림이 발생하더라도 상기 제2러버씰(621)이 상기 제1밸브디스크(510)와 상기 제2밸브디스크(520) 사이의 위상차를 보상한다. 따라서, 상기 제1밸브디스크(510)와 상기 제2밸브디스크(520)가 상기 제1스택 유로(230)와 상기 제2스택 유로(240)를 모두 기밀시켜 공기의 출입을 차단할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 기밀소재(800)를 구비하여 상기 제1스택 유로(230) 및 상기 제2스택 유로(240)의 기밀성을 향상시키며, 특히 상기 기밀부재(800), 상기 제1밸브플레이트(610), 상기 제2밸브플레이트(620)가 자성을 갖는 소재로 형성된 경우에는 상기 밸브샤프트(400)의 비틀림이 발생하더라도 자기력에 의하여 상기 제1스택 유로(230) 및 상기 제2스택 유로(240)를 기밀시킬 수 있다.
도1, 도 4 및 도 5에는 본 발명의 다른 실시예(제2 실시예)에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브가 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브는, 밸브하우징(1100), 서브하우징(1200), 밸브 커버(1300), 밸브샤프트(1400), 밸브디스크(1500), 보상부(1600), 구동부(1700) 및 기밀부재(1800)를 포함하고, 상기 보상부(1600)는 상기 제1밸브플레이트(1610), 상기 제2밸브플레이트(1620), 제1안착면(1630) 및 제2안착면(1640)을 포함한다.
한편, 본 실시예의 상기 밸브하우징(1100), 상기 서브하우징(1200), 상기 밸브 커버(1300), 상기 밸브샤프트(1400), 상기 밸브디스크(1500), 상기 구동부(1700), 상기 기밀부재(1800), 상기 제1밸브플레이트(1610) 및 상기 제1안착면(1630)은 각각 본 발명의 일 실시예에서의 상기 밸브하우징(100), 상기 서브하우징(200), 상기 밸브 커버(300), 상기 밸브샤프트(400), 상기 밸브디스크(500), 상기 구동부(700), 상기 기밀부재(800), 상기 제1밸브플레이트(610) 및 상기 제1안착면(630)과 구조 및 효과가 동일하므로 자세한 설명은 생략한다(도 1 참조).
본 실시예에서 상기 제2밸브플레이트(1620)는 상기 제1밸브플레이트(1610)과 구조가 동일하다. 즉 상기 제2밸브플레이트(1620)는 제2러버씰(1621) 및 제2플레이트 본체(1622)를 포함하고, 상기 제2러버씰(1621)은 상기 제2플레이트 본체(1622)에서 상기 제2스택 유로(1240) 방향으로 연장 형성되며, 상기 밸브샤프트(1400)의 회전에 의하여 상기 제2안착면(1640)에 접촉하면서 탄성 절곡 변형 가능하게 형성된다.
상기 제2안착면(1640)은 상기 제2밸브플레이트(1620)가 안착될 수 있도록 평평한 면의 형태로 형성되되, 내부에 상기 제2스택 유로(1240)가 형성된다. 즉, 상기 제2안착면(1640)은 'ㅁ'자와 유사하게 형성된다. 한편, 본 실시예에서 상기 제2안착면(1640)은 상기 제2밸브디스크(1520) 방향으로 상기 제1안착면(1630)보다 높게 형성되고, 상기 밸브샤프트(1400)를 기준으로 반경방향 최외측 단부에서 상기 밸브샤프트(1400) 측으로 갈수록 높이가 낮아지게 형성된다.
즉, 상기 제2안착면(1640)은 상기 제1안착면(1630)과 동일한 높이의 안착부(1641) 및 상기 안착부(1641)에서 상기 밸브디스크(1500) 방향으로 연장되되 상기 밸브샤프트(400)를 중심(원점)으로 상기 안착부(1641) 평면과 각도를 이루어 상승 형성된 보상경사부(1642)를 포함한다.
한편, 본 실시예에서 상기 보상경사부(1642)가 상기 안착부(1641)에서 상승된 경사 각도는 1.5도 이상, 2.5도 이하인 것이 바람직하다. 상기 보상경사부(1642)가 연장된 각도가 1.5도 미만이거나 2.5도 초과인 경우에는 상기 제2밸브플레이트(1620)와 상기 제2안착면(1640)과의 사이에 공간이 발생할 가능성이 존재한다.
본 실시예에 의하면, 상기 밸브샤프트(1400)의 비틀림이 발생하더라도 상기 제2안착면(1640)이 상기 제1밸브디스크(1510)와 상기 제2밸브디스크(1520) 사이의 위상차를 보상한다. 따라서, 상기 제1밸브디스크(1510)와 상기 제2밸브디스크(1520)가 상기 제1스택 유로(1230)와 상기 제2스택 유로(1240)를 모두 기밀시켜 공기의 출입을 차단할 수 있다.
도 7 및 도 8에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브는, 밸브하우징(2100), 서브하우징(2200), 밸브 커버(2300), 밸브샤프트(2400), 밸브디스크(2500), 보상부(2600), 구동부(2700) 및 기밀부재(2800)를 포함한다.
한편, 본 실시예의 상기 밸브하우징(2100), 상기 서브하우징(2200), 상기 밸브 커버(2300), 상기 밸브샤프트(2400), 상기 밸브디스크(2500), 상기 구동부(1700), 상기 제1밸브플레이트(2610) 및 상기 제1안착면(2630)은 각각 본 발명의 일 실시예에서의 상기 밸브하우징(100), 상기 서브하우징(200), 상기 밸브 커버(300), 상기 밸브샤프트(400), 상기 밸브디스크(500), 상기 구동부(700), 상기 제1밸브플레이트(610) 및 상기 제1안착면(630)과 구조 및 효과가 동일하므로 자세한 설명은 생략한다(도 1 참조). 또한 상기 제2밸브플레이트(2620) 및 상기 제2안착면(2640)은 본 발명의 일 실시예에서의 상기 제2밸브플레이트(620) 및 상기 제2안착면(640) 또는 제2실시예에서의 상기 제2밸브플레이트(1620) 및 상기 제2안착면(1640) 중 하나와 구조 및 효과가 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 기밀부재(2800)는 플레이트접촉부(2810), 제1볼록부(2820), 오목부(2830), 제2볼록부(2840) 및 하우징접촉부(2850)를 포함하고, 탄성 소재로 형성된다. 이때, 상기 플레이트접촉부(2810)는 상기 제1밸브플레이트(2610) 또는 상기 제2밸브플레이트(2620)와 접촉되도록 평면 형태로 형성되고, 상기 제1볼록부(2820)는 상기 플레이트접촉부(2810)와 연결되고 축 방향을 따라 볼록하게 돌출 형성되며, 상기 오목부(2830)는 상기 제1볼록부(2820)와 연결되고 상기 밸브디스크(2500)로부터 압력을 받을 경우 압축되도록 오목하게 형성되며, 상기 제2볼록부(2840)는 상기 오목부(2830)와 연결되고 축 방향을 따라 볼록하게 돌출 형성되며, 상기 하우징접촉부(2850)는 상기 제1안착면(2630) 또는 상기 제2안착면(2640)과 접촉되도록 평면 형태로 형성된다. 즉, 상기 기밀부재(2800)는 단면의 형태가 속이 채워진 '8'자와 유사하되, 축 방향 상하측 단부가 평면 형태로 형성된다(도 8 참조).
본 실시예에 따르면, 상기 제1볼록부(2820), 상기 오목부(2830) 및 상기 제2볼록부(2840)에 의하여 상기 기밀부재(2800)의 축 방향 상하로 압축이 용이해져 상기 제1스택 유로(2230) 또는 상기 제2스택 유로(2240)의 기밀성이 향상된다.
도 9에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 수소전지차량의 공기차단밸브에서 기밀부재(3800)의 다른 실시예가 도시되어 있다.
본 실시예에서는 상기 기밀부재(3800)는 플레이트접촉부(3810), 제1볼록부(3820), 오목부(3830), 제2볼록부(3840) 및 하우징접촉부(3850)를 포함하되, 제3 실시예의 상기 기밀부재(2800)의 상기 플레이트접촉부(2810), 상기 제1볼록부(2820), 상기 오목부(2830), 상기 제2볼록부(2840) 및 상기 하우징접촉부(2850)와 동일한 외형을 갖는다.
다만, 본 실시예에서는 단면 내측에 아령 형태의 공간부(3860)가 형성되어 축 방향 상하로 압축이 더욱 용이해지며, 상기 제1스택 유로(3230) 또는 상기 제2스택 유로(3240)의 기밀성이 더욱 향상된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100, 1100, 2100 : 밸브하우징
200, 1200, 2200 : 서브하우징
300, 1300, 2300 : 밸브 커버
400, 1400, 2400 : 밸브샤프트
500, 1500, 2500 : 밸브디스크
600, 1600, 2600 : 보상부
610, 1610, 2610 : 제1밸브플레이트
611, 1611, 2611 : 제1러버씰
620, 1620, 2620 : 제2밸브플레이트
621, 1621, 2621 : 제2러버씰
630, 1630, 2630 : 제1안착면
640, 1640, 2640 : 제2안착면
700, 1700, 2700 : 구동부
800, 1800, 2800, 3800 : 기밀부재
2810, 3810 : 플레이트접촉부
2820, 3820 : 제1볼록부
2830, 3830 : 오목부
2840, 3840 : 제2볼록부
2850, 3850 : 하우징접촉부
3860 : 공간부

Claims (10)

  1. 외부의 공기가 출입되도록 공기 입구와 공기 출구가 형성된 밸브하우징;
    상기 밸브하우징에 결합되고, 수소전지차량의 스택으로 공기를 출입시키도록 제1스택 유로와 제2스택 유로가 형성된 서브하우징;
    상기 밸브하우징에 삽입되고, 구동부와 결합되어 상기 구동부로부터 인가되는 동력에 의하여 회전하는 밸브샤프트;
    상기 밸브샤프트와 결합되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 상기 제1스택 유로를 개폐시키는 제1밸브디스크;
    상기 밸브샤프트와 결합되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 상기 제1밸브디스크와 함께 회전하여 상기 제2스택 유로를 개폐시키는 제2밸브디스크; 및
    상기 밸브샤프트의 비틀림 발생 시 상기 제1밸브디스크와 상기 제2밸브디스크가 상기 제1스택 유로와 상기 제2스택 유로를 모두 기밀시키도록 상기 제1밸브디스크와 상기 제2밸브디스크 사이의 위상차를 보상하는 보상부;
    를 포함하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 제1밸브디스크에 결합되고, 상기 제1밸브디스크가 상기 제1스택 유로를 닫을 경우 상기 제1스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 상기 제1스택 유로를 향하여 제1러버씰이 돌출 형성된 제1밸브플레이트; 및
    상기 제2밸브디스크에 결합되고, 상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우 상기 제2스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 상기 제2스택 유로를 향하여 제2러버씰이 돌출 형성되되, 상기 제2러버씰이 상기 제1러버씰보다 두껍게 형성된 제2밸브플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2러버씰은,
    상기 밸브샤프트를 중심으로 반경방향 최외측 단부에서 상기 밸브샤프트 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 제1밸브디스크에 결합되고, 상기 제1밸브디스크가 상기 제1스택 유로를 닫을 경우 상기 제1스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 구비된 제1밸브플레이트;
    상기 제2밸브디스크에 결합되고, 상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우 상기 제2스택 유로의 공기 출입을 차단하도록 구비된 제2밸브플레이트;
    상기 서브하우징에 형성되고, 상기 제1밸브디스크가 상기 제1스택 유로를 닫을 경우 상기 제1밸브플레이트가 접촉되도록 형성된 제1안착면; 및
    상기 서브하우징에 형성되고, 상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우 상기 제2밸브플레이트가 접촉되도록 형성되되, 상기 제2밸브디스크 방향으로 상기 제1안착면보다 높게 형성된 제2안착면;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2안착면은,
    상기 밸브샤프트를 기준으로 반경방향 최외측 단부에서 상기 밸브샤프트 측으로 갈수록 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 서브하우징에 구비되고, 상기 제2밸브플레이트와 접촉하면서 상기 제2스택 유로를 기밀하도록 구비된 기밀부재;
    를 더 포함하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기밀부재는,
    상기 제2밸브디스크가 상기 제2스택 유로를 닫을 경우, 상기 제2밸브플레이트와 접촉하면서 압축되어 상기 제2스택 유로를 기밀하도록 탄성 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기밀부재는,
    축 방향을 따라 볼록하게 돌출 형성된 제1볼록부;
    상기 제1볼록부와 연결되고, 상기 밸브디스크로부터 압력을 받을 경우 압축되도록 오목하게 형성된 오목부; 및
    상기 오목부와 연결되고, 축 방향을 따라 볼록하게 돌출 형성된 제2볼록부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기밀부재는,
    단면에 아령 형태의 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 기밀부재 및 상기 제2밸브플레이트는 전원 비인가 시 상기 제2스택 유로를 기밀하도록 자성을 갖는 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 수소전지차량의 공기차단밸브.
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