KR20220005288A - 내부 바이패스 유로를 구비하는 공기제어밸브장치 - Google Patents

내부 바이패스 유로를 구비하는 공기제어밸브장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 공기제어밸브장치는, 연료전지로 공기를 공급하는 공기공급유로와, 연료전지로부터 공기가 회수되는 공기회수유로와, 상기 공기공급유로와 상기 공기회수유로 사이에 형성되어 상기 공기공급유로의 중단과 상기 공기회수유로의 중단을 연통시키는 바이패스유로를 구비하는 하우징; 자전 가능한 구조로 상기 하우징의 내부에 삽입되는 구동샤프트; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공기공급유로를 개폐시키는 공급유로 개폐밸브; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공기회수유로를 개폐시키는 회수유로 개폐밸브; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되며, 상기 공기공급유로 및 공기회수유로가 개방되도록 상기 구동샤프트가 회전되었을 때 상기 바이패스유로를 폐쇄시키고, 상기 공기공급유로 및 공기회수유로가 폐쇄되도록 상기 구동샤프트가 회전되었을 때 상기 바이패스유로를 개방시키는 바이패스 개폐플레이트;를 포함하여 구성된다.

Description

내부 바이패스 유로를 구비하는 공기제어밸브장치 {Air control valve device having internal bypass passage}
본 발명은 연료전지로 공기를 공급 및 회수하는 공기제어밸브장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 외부로부터 공급된 공기를 연료전지로 전달하지 아니하고 바이패스시키는 바이패스 유로가 내부에 형성되는 공기제어밸브장치에 관한 것이다.
연료전지 차량은 연료전지에서 발생되는 전력으로 모터를 구동하여 주행하는 차량이다. 상기 스택은 수소와 공기중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하고, 그 과정에서 물(수증기)과 열이 발생된다. 스택의 공기 공급유로 및 배출유로에는 스택 운전 정지시 스택으로 공기가 유입되어 불필요한 반응이 발생함으로써 스택의 내구성이 저하되는 것을 방지하기 위해 유로를 차단할 수 있는 공기차단밸브장치가 설치된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 공기차단밸브장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 공기차단밸브장치의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 종래의 공기차단밸브장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 종래의 공기차단밸브장치는, 서브하우징(10), 메인하우징(20), 구동부(30), 하우징커버(40), 구동샤프트(50), 모터(60), 밸브플레이트(71)를 포함한다.
서브하우징(10)은 모듈을 스택에 직접 장착하기 위한 부분으로서 메인하우징(20)과 함께 상호 분리된 공기공급유로와 공기회수유로를 형성한다. 서브하우징(10)의 외측 둘레에는 스택에 장착하기 위한 다수의 플랜지(10a)가 형성되며, 서브하우징(10)의 내부에는 격벽에 의해 서로 분리된 입구(11)와 출구(미도시)가 형성된다. 서브하우징(10)이 스택에 장착되었을 때 상기 입구(11)와 출구는 각각 스택 공기극의 입구 및 출구와 연결된다. 이때 상기 하우징커버(40)에는 공기공급유로와 공기회수유로를 연통시키는 바이패스유로(41)가 형성된다.
메인하우징(20)에는 공기유입관로에 연결되는 입구관(21)과 공기배출관로에 연결되는 출구관(22)이 형성된다. 입구관(21)과 출구관(22)에 연결된 메인하우징(20)의 내부 공간은 격벽에 의해 서로 분리되어 있으며, 격벽에 의해 분리된 두 개의 공간들은 메인하우징(20)의 배면(서브하우징(10)이 장착되면 면)으로 개구되는데, 그 개구부의 주변에는 서브하우징 장착부(25)가 돌출 형성된다.
상기 서브하우징 장착부(25)는 서브하우징(10)의 입구(11)와 출구가 각각 삽입될 수 있는 형상으로 형성된다. 즉, 서브하우징(10)의 입구(11)가 결합되는 장착부(25)와 출구가 결합되는 장착부(25)가 분리 형성되어 있다.
서브하우징(10)의 입구(11)와 출구는 상기 장착부(25)로 삽입되어 그 단부가 메인하우징(20)의 내부공간으로 노출된다. 상기와 같은 구성에 의해 모듈의 내부에는 입구관(21)과 입구(11)로 이어지는 공기공급유로가 형성되고, 출구와 출구관(22)으로 이어지는 공기회수유로가 형성된다.
메인하우징(20)에는 내부공간을 가로지르는 구동샤프트(50)가 설치되며, 상기 구동샤프트(50)에는 공기공급유로를 차단하는 밸브플레이트(71)와 공기회수유로를 차단하는 밸브플레이트(미도시)가 장착된다. 이때 공기공급유로를 차단하는 밸브플레이트(71)와 공기회수유로를 차단하는 밸브플레이트(미도시)는 동일하게 작동하는바, 공기공급유로를 차단하는 밸브플레이트(71)만을 대표적으로 설명한다.
상기 밸브플레이트(71)는 구동샤프트(50)를 따라 회동하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 밸브플레이트(71)가 서브하우징(10)의 입구(11)를 폐쇄시키는 경우, 상기 입구관(21)을 통해 공급된 공기는 바이패스유로(41)를 통해 출구관(22)으로 배출된다. 반대로 도 3에 도시된 바와 같이 상기 밸브플레이트(71)가 바이패스유로(41)를 폐쇄시키는 경우, 상기 입구관(21)을 통해 공급된 공기는 서브하우징(10)의 입구(11)를 통해 스택으로 전달된 후, 서브하우징(10)의 출구를 통해 회송되어 상기 출구관(22)을 통해 배출된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 공기차단밸브장치를 이용하면, 하나의 모듈로 공기의 유입 및 배출, 바이패스를 모두 제어할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 종래의 공기차단밸브장치는 입구관(21)으로 공급된 공기를 연료전지로 전달하지 아니하고 출구관(22)으로 곧바로 바이패스시키는 바이패스유로(41)가 메인하우징(20)의 외부로 돌출 형성되는바, 내부 구조가 복잡해지고 소형화에 한계가 있다는 단점이 있다.
즉, 종래의 공기차단밸브장치는 공기공급유로를 차단하는 밸브플레이트와 공기회수유로를 차단하는 밸브플레이트가 일체로 회전되므로, 공기공급유로를 폐쇄시킨 상태에서 공기회수유로의 개방률을 조절하거나, 공기공급유로를 개방시킨 상태에서 공기회수유로의 개방률을 조절할 수 없다는 단점이 있다.
또한 종래의 공기차단밸브장치는, 하나의 밸브플레이트(71)에 의해 개폐되는 서브하우징(10)의 입구(11)와 바이패스유로(41)의 입구(41a)가 이격되어 있으므로, 상기 밸브플레이트(71)가 일정수준 이상 길게 형성되어야 한다. 이와 같이 구동샤프트(50)의 중심으로부터 밸브플레이트(71) 끝단까지의 거리가 멀어지면, 밸브플레이트(71)를 회동시키는데 많은 힘이 필요할 뿐만 아니라 구동샤프트(50)가 변형될 우려가 있고, 밸브플레이트(71)의 개폐력이 낮아진다는 문제점이 있다.
KR 10-1884533 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 바이패스유로가 공기를 공급 및 회수하는 유로 상에 형성되어 내부 구조의 단순화 및 소형화가 가능해지고, 바이패스유로 개폐가 보다 효과적으로 이루어질 수 있으며, 구동샤프트와 밸브의 손상을 방지할 수 있는 공기제어밸브장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 공기제어밸브장치는, 연료전지로 공기를 공급하는 공기공급유로와, 연료전지로부터 공기가 회수되는 공기회수유로와, 상기 공기공급유로와 상기 공기회수유로 사이에 형성되어 상기 공기공급유로의 중단과 상기 공기회수유로의 중단을 연통시키는 바이패스유로를 구비하는 하우징; 자전 가능한 구조로 상기 하우징의 내부에 삽입되는 구동샤프트; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공기공급유로를 개폐시키는 공급유로 개폐밸브; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공기회수유로를 개폐시키는 회수유로 개폐밸브; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되며, 상기 공기공급유로 및 공기회수유로가 개방되도록 상기 구동샤프트가 회전되었을 때 상기 바이패스유로를 폐쇄시키고, 상기 공기공급유로 및 공기회수유로가 폐쇄되도록 상기 구동샤프트가 회전되었을 때 상기 바이패스유로를 개방시키는 바이패스 개폐플레이트;를 포함하여 구성된다.
상기 공기회수유로는 상기 공기공급유로의 상측에 위치되며, 상기 바이패스유로는 상기 공기공급유로의 중단 천장면과 상기 공기회수유로의 중단 바닥면을 연통시키도록 형성된다.
상기 바이패스 개폐플레이트는, 상기 공급유로 개폐밸브 또는 상기 회수유로 개폐밸브와 일체로 결합된다.
상기 바이패스 개폐플레이트는, 상기 공급유로 개폐밸브와 일체로 결합되어 상기 바이패스유로 중 상기 공기공급유로를 향하는 측을 개폐시키도록 구성된다.
상기 공급유로 개폐밸브는, 상기 공기공급유로의 출구와 상기 바이패스유로가 형성된 지점 사이에 장착되고, 상기 회수유로 개폐밸브는, 상기 공기회수유로의 입구와 상기 바이패스유로가 형성된 지점 사이에 장착된다.
상기 바이패스유로의 내벽을 둘러싸도록 장착되되, 길이방향 일단이 상기 공기공급유로를 향해 돌출되고, 길이방향 타단이 상기 공기회수유로를 향해 돌출되는 실링부재를 더 포함한다.
상기 실링부재는, 길이방향 일단이 상기 공기공급유로의 내벽에 밀착되도록 절곡되고, 길이방향 타단이 상기 공기회수유로의 내벽에 밀착되도록 절곡된다.
상기 구동샤프트의 길이방향 타단에 연결되어 상기 구동샤프트를 자전시키는 액추에이터를 더 포함한다.
상기 공급유로 개폐밸브와 회수유로 개폐밸브는, 공기공급유로 및 공기회수유로를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루는 볼 형상 또는 원통 형상으로 형성된다.
본 발명에 의한 내부 바이패스 유로를 구비하는 공기제어밸브장치는, 바이패스유로가 공기를 공급 및 회수하는 유로 상에 형성되어 내부 구조의 단순화 및 소형화가 가능해지고, 바이패스유로 개폐가 보다 효과적으로 이루어질 수 있으며, 구동샤프트와 밸브의 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 공기차단밸브장치의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 종래의 공기차단밸브장치의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 공기제어밸브장치의 사시도 및 단면사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 공기제어밸브장치에 포함되는 하우징의 후면사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 공기제어밸브장치에 포함되는 공급유로 개폐밸브 및 회수유로 개폐밸브의 결합구조를 도시하는 사시도이다.
도 8은 바이패스유로의 위치를 도시하는 본 발명에 의한 공기제어밸브장치의 단면사시도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 의한 공기제어밸브장치의 작동과정을 도시하는 사시도 및 수평단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공기제어밸브장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 공기제어밸브장치의 사시도 및 단면사시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 공기제어밸브장치에 포함되는 하우징의 후면사시도이며, 도 7은 본 발명에 의한 공기제어밸브장치에 포함되는 공급유로 개폐밸브 및 회수유로 개폐밸브의 결합구조를 도시하는 사시도이다.
본 발명에 의한 공기제어밸브장치는 연료전지로의 공기 공급을 제어하기 위한 장치로서, 공기공급유로(110)와 공기회수유로(120)가 내부에 형성되는 하우징(100)과, 자전 가능한 구조로 상기 하우징(100)의 내부에 삽입되는 구동샤프트(200)와, 상기 구동샤프트(200)에 고정결합되어 하우징(100) 내부의 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)를 개폐시키는 공급유로 개폐밸브(300) 및 회수유로 개폐밸브(400)와, 상기 구동샤프트(200)와 일체로 회전하도록 결합되되 상기 공기공급유로(110)의 내부에 장착되어 상기 구동샤프트(200)의 회전 각도에 따라 상기 공기공급유로(110)를 개폐시키는 공급유로 개폐밸브(300)와, 상기 구동샤프트(200)와 일체로 회전하도록 결합되되 상기 공기회수유로(120)의 내부에 장착되어 상기 구동샤프트(200)의 회전 각도에 따라 상기 공기회수유로(120)를 개폐시키는 회수유로 개폐밸브(400)를 기본 구성요소로 구비한다. 이때, 상기 구동샤프트(200)의 회전이 자동으로 이루어질 수 있도록, 상기 구동샤프트(200)의 길이방향 타단에 연결되어 상기 구동샤프트(200)를 자전시키는 액축에이터(500)가 추가될 수 있는데, 이와 같은 액축에이터(500)는 종래의 공기제어밸브장치에도 실질적으로 동일하게 적용되고 있는바, 상기 액축에이터(500)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 하우징(100)은, 연료전지로 공기를 공급하는 공기공급유로(110)와, 상기 공기공급유로(110)와 평행하도록 배열되어 연료전지로부터 공기가 회수되는 공기회수유로(120)를 내부에 구비한다. 따라서 공기공급유로(110)의 입구(112)를 통해 제공된 공기는 공기공급유로(110)의 출구(114)를 통해 연료전지로 공급되고, 연료전지에서 반응하지 아니한 공기는 공기회수유로(120)의 입구(122)로 유입된 후 공기회수유로(120)의 출구(124)를 통해 배출된다. 이때, 상기 공기공급유로(110)의 입구(112)와 상기 공기회수유로(120)의 출구(124)는 하우징(100)의 어느 한 벽면에 형성되고, 상기 공기공급유로(110)의 출구(114)와 상기 공기회수유로(120)의 입구(122)는 하우징(100)의 다른 한 벽면에 형성되는데, 이와 같은 하우징(100) 구조는 종래의 공기제어밸브장치에도 실질적으로 동일하게 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이때 상기 하우징(100) 내부에는 공기공급유로(110)를 통해 공급된 공기가 연료전지로 제공되지 아니하고 공기회수유로(120)로 전달되도록 바이패스유로(130)가 형성되는데, 상기 바이패스유로(130)는 상기 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)와 수직을 이루는 방향(본 실시예에서는 상하방향)으로 연장되어 상기 공기공급유로(110)의 중단과 상기 공기회수유로(120)의 중단을 연통시키도록 제작된다. 예를 들어 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 공기회수유로(120)가 상기 공기공급유로(110)의 상측에 위치되는 경우, 상기 바이패스유로(130)는 상기 공기공급유로(110)의 중단 천장면과 상기 공기회수유로(120)의 중단 바닥면을 연통시키도록 형성된다.
이와 같이 본 발명에 의한 공기제어밸브장치는 공기공급유로(110)와 공기회수유로(120)를 연결하는 바이패스유로(130)가 하우징(100)의 외부로 돌출되도록 형성되는 것이 아니라 공기공급유로(110)와 공기회수유로(120) 사이에 형성되는바, 바이패스유로(130)가 차지하는 공간을 최소화시켜 제품의 소형화가 가능해지고, 하우징(100)의 내부 구조가 매우 간단해진다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 의한 공기제어밸브장치는, 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)를 개폐시키는 공급유로 개폐밸브(300)나 회수유로 개폐밸브(400)가 바이패스유로(130)를 개폐시키는 것이 아니라, 상기 바이패스유로(130)를 개폐시키는 별도의 바이패스 개폐플레이트(310)를 구비한다는 점에 구성상의 특징이 있다. 상기 바이패스 개폐플레이트(310)는, 상기 구동샤프트(200)와 일체로 회전하도록 결합되며, 상기 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)가 개방되도록 상기 구동샤프트(200)가 회전되었을 때 상기 바이패스유로(130)를 폐쇄시키고, 상기 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)가 폐쇄되도록 상기 구동샤프트(200)가 회전되었을 때 상기 바이패스유로(130)를 개방시키는 역할을 한다.
이때 상기 바이패스 개폐플레이트(310)는 상기 구동샤프트(200)의 길이방향과 직각을 이루는 방향으로 연장되는 평판 형상으로 형성되는데, 상기 바이패스 개폐플레이트(310)가 독립적으로 제작되어 구동샤프트(200)에 결합되면 바이패스 개폐플레이트(310)와 구동샤프트(200)의 결합면적이 매우 좁아 상기 바이패스 개폐플레이트(310)가 구동샤프트(200)로부터 분리될 우려가 있다. 따라서 상기 바이패스 개폐플레이트(310)는, 상기 공급유로 개폐밸브(300) 또는 상기 회수유로 개폐밸브(400)와 일체로 결합될 수 있다.
예를 들어 본 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스 개폐플레이트(310)가 공급유로 개폐밸브(300)와 일체로 결합되는 경우 상기 바이패스 개폐플레이트(310)와 공급유로 개폐밸브(300)와의 접촉면적을 넓게 확보할 수 있으므로, 바이패스 개폐플레이트(310)가 구동샤프트(200)로부터 분리될 우려가 없어진다는 장점이 있다.
또한 상기 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)는, 평판 형상의 플랫밸브가 아니라 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루는 볼 형상으로 형성될 수도 있고, 상기 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루는 원통 형상(미도시)으로 형성될 수도 있다.
예를 들어 상기 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)는 본 실시예에 도시된 바와 같이, 길이방향(본 실시예에서는 상하방향)으로 절개된 볼 형상으로 형성되어, 상기 구동샤프트(200)와 길이방향이 평행하도록 결합될 수 있다. 이와 같이 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)가 절개된 볼 형상으로 형성되면, 구동샤프트(200)와 공급유로 개폐밸브(300) 끝단까지의 거리와 구동샤프트(200)와 회수유로 개폐밸브(400) 끝단까지의 거리가 도 1 내지 도 3에 도시된 종래의 공기차단밸브장치에 비해 현저히 짧아지는바, 상기 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)가 각 유로의 입출구에 밀착되는 힘이 커지게 되고, 이에 따라 공기공급유로(110) 및 공기회수유로(120)가 보다 확실하게 개폐될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 구동샤프트(200)와 공급유로 개폐밸브(300) 끝단 및 회수유로 개폐밸브(400) 끝단 간의 거리가 짧아지면 구동샤프트(200)를 회전시키는데 소요되는 동력이 절감되므로, 구동샤프트(200)를 회전시키기 위한 액축에이터(500)의 용량을 줄일 수 있다는 장점도 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 밸브가 플레이트 형상으로 형성되는 경우에는 상기 밸브가 약간이라도 휘었을 때 상기 밸브가 공기유로의 입출구를 확실하게 폐쇄시키지 못하는 문제가 발생되지만, 본 실시예와 같이 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)가 절개된 볼 형상을 이루는 경우에는 상기 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)에 외력이 인가되더라도 상기 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)가 쉽게 변형되지 아니하게 된다는 장점이 있다. 즉, 상기 공급유로 개폐밸브(300)와 회수유로 개폐밸브(400)가 절개된 볼형상으로 형성되면 공기유로의 입출구를 개폐시키는 안정성이 현저히 높아진다는 장점도 얻을 수 있다.
도 8은 바이패스유로(130)의 위치를 도시하는 본 발명에 의한 공기제어밸브장치의 단면사시도이다.
바이패스유로(130)를 개폐시키는 바이패스 개폐플레이트(310)는 바이패스유로(130)의 길이방향과 직각을 이루는 방향으로 연장되는 평판형상으로 형성되는바, 바이패스 개폐플레이트(310)가 바이패스유로(130)의 일단을 덮도록 작동되었을 때 상기 바이패스유로(130)의 일단과 바이패스 개폐플레이트(310) 사이가 완벽하게 밀폐되지 아니할 우려가 있다.
따라서 상기 바이패스유로(130)에는 별도의 실링부재(132)가 장착될 수 있다. 상기 실링부재(132)는, 상기 바이패스유로(130)의 내벽을 둘러싸도록 장착되되, 길이방향 일단(본 실시예에서는 하단)이 상기 공기공급유로(110)를 향해 돌출되고, 길이방향 타단(본 실시예에서는 상단)이 상기 공기회수유로(120)를 향해 돌출되도록 형성된다. 이와 같이 실링부재(132)의 끝단이 바이패스유로(130)의 끝단보다 돌출되도록 형성되면, 바이패스 개폐플레이트(310)가 바이패스유로(130)의 일단을 덮도록 회전되었을 때, 상기 바이패스 개폐플레이트(310)의 일면(본 실시예에서는 상면)이 실링부재(132)의 일단(본 실시예에서는 하단)에 밀착되는바, 상기 바이패스유로(130)가 확실하게 밀폐되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 실링부재(132)가 하나의 중공관 형상으로 형성되면 상기 실링부재(132)에 상하방향 외력이 인가되었을 때 바이패스유로(130)로부터 쉽게 빠질 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 상기 실링부재(132)는 본 실시예에 도시된 바와 같이, 길이방향 일단(본 실시예에서는 하단)이 상기 공기공급유로(110)의 내벽에 밀착되도록 절곡되고, 길이방향 타단(본 실시예에서는 상단)이 상기 공기회수유로(120)의 내벽에 밀착되도록 절곡됨이 바람직하다.
이와 같이 실링부재(132)의 길이방향 양단이 절곡되면, 상기 실링부재(132)에 상하방향 외력이 인가되더라도 절곡된 부위가 파손되지 아니하는 한 바이패스유로(130)에 결합된 상태를 유지할 수 있게 된다는 장점이 있다.
한편, 상기 바이패스유로(130)를 개폐시키는 바이패스 개폐플레이트(310)는 공급유로 개폐밸브(300)에 결합될 수도 있고 회수유로 개폐밸브(400)에 결합될 수도 있다. 이때 상기 바이패스 개폐플레이트(310)가 회수유로 개폐밸브(400)에 결합되면, 상기 바이패스유로(130) 중 회수공급유로를 향하는 측(본 실시예에서는 상측)을 덮어 밀폐시키므로, 공기공급유로(110)로 공급된 공기가 바이패스유로(130) 내측으로도 유입되어 상기 바이패스 개폐밸브를 밀어올림으로써 바이패스유로(130)가 개방될 우려가 있다.
따라서 상기 바이패스 개폐밸브는 본 실시예에 도시된 바와 같이 공급유로 개폐밸브(300)에 결합되어 상기 바이패스유로(130) 중 공기공급유로(110)를 향하는 측(본 실시예에서는 하측)을 덮어 밀폐시키도록 구성됨이 바람직하다. 이와 같이 바이패스 개폐밸브가 바이패스유로(130)의 하측을 덮도록 구성되면, 상기 공기공급유로(110) 내부의 압력이 증가할수록 바이패스 개폐밸브가 바이패스유로(130)의 하측에 더욱 강하게 밀착되는바, 바이패스유로(130)가 개방되는 현상이 발생하지 아니하게 된다는 장점이 있다.
물론, 바이패스 개폐밸브가 바이패스유로(130)의 하측을 덮도록 구성되었을 때 공기회수유로(120)의 내부 압력이 증가하면 상기 바이패스 개폐밸브가 하측으로 밀려 바이패스유로(130)가 개방될 우려가 있을 수 있지만, 일반적으로 연료전지로부터 공기가 회수되는 공기회수유로(120)의 내부압력은 연료전지로 공기를 공급하는 공기공급유로(110)의 내부압력에 비해 낮으므로 상기 언급한 바와 같이 바이패스 개폐밸브가 밀려 바이패스유로(130)가 개방되는 현상이 거의 발생하지 아니한다. 따라서 상기 바이패스 개폐밸브는 본 실시예에 도시된 바와 같이 공급유로 개폐밸브(300)에 결합되어 바이패스유로(130)의 하측을 덮도록 장착됨이 바람직하다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 의한 공기제어밸브장치의 작동과정을 도시하는 사시도 및 수평단면도이다.
도 9에 도시된 상태는 바이패스 개폐밸브가 바이패스유로(130)를 막고 있는 상태로서, 이와 같은 경우 도 10에 도시된 바와 같이 공급유로 개폐밸브(300)는 공기공급유로(110)를 개방시킨 상태가 된다. 물론, 이와 같은 경우 회수유로 개폐밸브(400) 역시 공기회수유로(120)를 개방시킨 상태를 유지한다.
이와 같은 상태에서 공기공급유로(110)로 공급된 공기는 도 10에 도시된 바와 같이 공기공급유로(110)의 입구(112) 및 출구(114)를 통해 연료전지로 공급된다. 또한 연료전지에서 사용되고 남는 공기는 공기회수유로(120)의 입구(122) 및 출구(124)를 통해 회수된다.
도 9에 도시된 상태에서 구동샤프트(200)가 회전하게 되면 도 11에 도시된 바와 같이 바이패스 개폐밸브는 바이패스유로(130)를 개방시키게 되고, 도 12에 도시된 바와 같이 공급유로 개폐밸브(300)는 공기공급유로(110)를 폐쇄시키며, 회수유로 개폐밸브(400) 역시 공기회수유로(120)를 폐쇄시키게 된다.
따라서 이와 같은 상태에서 공기공급유로(110)로 공급된 공기는 연료전지로 전달되지 못하고 바이패스유로(130)를 통해 공기회수유로(120)로 유입된 후 하우징(100) 외부로 회수된다.
이때, 상기 공급유로 개폐밸브(300) 및 회수유로 개폐밸브(400)는 바이패스유로(130)를 통해 공기회수유로(120)로 유입되는 공기의 흐름에 간섭되지 아니하도록, 각각 공기공급유로(110)의 출구측 및 공기회수유로(120)의 입구측에 장착됨이 바람직하다. 즉, 상기 공급유로 개폐밸브(300)는 상기 공기공급유로(110)의 출구(114)와 상기 바이패스유로(130)가 형성된 지점 사이에 장착되고, 상기 회수유로 개폐밸브(400)는 상기 공기회수유로(120)의 입구(122)와 상기 바이패스유로(130)가 형성된 지점 사이에 장착됨이 바람직하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 하우징 110 : 공기공급유로
120 : 공기회수유로 130 : 바이패스유로
132 : 실링부재 200 : 구동샤프트
300 : 공급유로 개폐밸브 310 : 바이패스 개폐플레이트
400 : 회수유로 개폐밸브 500 : 액추에이터

Claims (9)

  1. 연료전지로 공기를 공급하는 공기공급유로와, 연료전지로부터 공기가 회수되는 공기회수유로와, 상기 공기공급유로와 상기 공기회수유로 사이에 형성되어 상기 공기공급유로의 중단과 상기 공기회수유로의 중단을 연통시키는 바이패스유로를 구비하는 하우징;
    자전 가능한 구조로 상기 하우징의 내부에 삽입되는 구동샤프트;
    상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공기공급유로를 개폐시키는 공급유로 개폐밸브;
    상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공기회수유로를 개폐시키는 회수유로 개폐밸브;
    상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 결합되며, 상기 공기공급유로 및 공기회수유로가 개방되도록 상기 구동샤프트가 회전되었을 때 상기 바이패스유로를 폐쇄시키고, 상기 공기공급유로 및 공기회수유로가 폐쇄되도록 상기 구동샤프트가 회전되었을 때 상기 바이패스유로를 개방시키는 바이패스 개폐플레이트;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기회수유로는 상기 공기공급유로의 상측에 위치되며,
    상기 바이패스유로는 상기 공기공급유로의 중단 천장면과 상기 공기회수유로의 중단 바닥면을 연통시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이패스 개폐플레이트는, 상기 공급유로 개폐밸브 또는 상기 회수유로 개폐밸브와 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 바이패스 개폐플레이트는, 상기 공급유로 개폐밸브와 일체로 결합되어 상기 바이패스유로 중 상기 공기공급유로를 향하는 측을 개폐시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급유로 개폐밸브는, 상기 공기공급유로의 출구와 상기 바이패스유로가 형성된 지점 사이에 장착되고,
    상기 회수유로 개폐밸브는, 상기 공기회수유로의 입구와 상기 바이패스유로가 형성된 지점 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이패스유로의 내벽을 둘러싸도록 장착되되, 길이방향 일단이 상기 공기공급유로를 향해 돌출되고, 길이방향 타단이 상기 공기회수유로를 향해 돌출되는 실링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 실링부재는, 길이방향 일단이 상기 공기공급유로의 내벽에 밀착되도록 절곡되고, 길이방향 타단이 상기 공기회수유로의 내벽에 밀착되도록 절곡되는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동샤프트의 길이방향 타단에 연결되어 상기 구동샤프트를 자전시키는 액추에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급유로 개폐밸브와 회수유로 개폐밸브는, 공기공급유로 및 공기회수유로를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루는 볼 형상 또는 원통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기제어밸브장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180069454A (ko) * 2016-12-15 2018-06-25 주식회사 현대케피코 공기차단밸브 모듈과 그 제어 방법

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