KR20220053226A - 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브 - Google Patents

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KR20220053226A
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flow path
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김상우
이주용
이병승
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브에 관한 것으로, 공기유로가 형성된 밸브 하우징, 공기유로를 선택적으로 개폐하는 밸브부재, 및 밸브부재가 공기유로를 차단하는 제1위치에서 공기유로를 개방하는 제2위치로 직선 이동하도록 밸브부재를 직선 구동시키는 구동부를 포함하는 것에 의하여, 기밀 성능을 향상시키고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브{AIR CONTROL VALVE FOR FUEL CELL VEHICLE}
본 발명의 실시예는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기밀 성능을 향상시킬 수 있으며, 연료전지 스택의 열화를 억제할 수 있는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 시스템으로써, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.
이중, 고분자 전해질형 연료전지는 내연기관을 대신하도록 개발되고 있는 수소차(수소연료전지 자동차) 분야에 적용되고 있다.
수소차는 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지 스택을 포함하며, 연료전지 스택에서 생산된 전기를 통해 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다.
한편, 수소차에는 연료전지 스택으로 유입되는 공기와 연료전지 스택에서 배출되는 공기를 제어하는 에어 컨트롤 밸브(air control valve)가 마련된다.
차량의 운행시에는 에어 컨트롤 밸브의 밸브부재(밸브 디스크)가 공기유로를 개방하도록 작동되고, 차량의 미운행시에는 밸브부재가 공기유로를 차단하도록 작동된다.
한편, 차량의 장기 미사용시(예를 들어, 장기 주차시), 연료전지 스택에 공기가 유입되면 연료전지 스택의 열화 현상이 발생하여 연료전지 스택의 성능이 저하되는 문제점이 있으므로, 차량의 장기 미사용시에는 에어 컨트롤 밸브의 기밀 특성(밸브 디스크에 의한 기밀 특성)이 보장될 수 있어야 한다.
이에 따라, 최근에는 에어 컨트롤 밸브의 기능 성능을 향상시키고, 연료전지 스택의 열화 현상을 방지하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 기밀 성능을 향상시킬 수 있으며, 연료전지 스택의 열화를 억제할 수 있는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 밸브부재가 공기유로를 차단한 상태에서 기밀 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 구조를 간소화할 수 있으며 장치를 소형화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브는, 공기유로가 형성된 밸브 하우징, 공기유로를 선택적으로 개폐하는 밸브부재, 및 밸브부재가 공기유로를 차단하는 제1위치에서 공기유로를 개방하는 제2위치로 직선 이동하도록 밸브부재를 직선 구동시키는 구동부를 포함한다.
이는, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브의 기밀 성능을 향상시키고, 연료전지 스택의 열화를 억제하기 위함이다.
즉, 연료전지 차량의 장기 미사용시, 에어 컨트롤 밸브의 기밀 특성 저하로 인해 연료전지 스택에 공기가 유입되면 연료전지 스택에 열화 현상이 발생하여 연료전지 스택의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
기존에는, 에어 컨트롤 밸브에 마련된 공기유로를 개폐하는 밸브부재가 회전축을 중심으로 회전하며 공기유로를 개폐하도록 구성됨에 따라, 밸브부재가 공기유로를 차단할 시 밸브부재에 인가되는 가압력(밸브부재가 공기유로를 차단하도록 공기유로의 벽면에 접촉되는 면압)을 전체적으로 균일하게 형성하기 어려운 문제점이 있다.
특히, 밸브부재가 회전축을 중심으로 회전하는 구조의 경우, 회전축에 인접한 밸브부재의 제1부위에 인가되는 가압력보다, 회전축으로부터 멀리 떨어진 밸브부재의 제2부위(회전축으로부터 제1부위보다 멀리 떨어진 부위)에 인가되는 가압력이 보다 낮게 형성됨에 따라, 밸브부재에 의한 기밀 성능이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 밸브부재가 직선 이동하면 공기유로를 개폐하도록 하는 것에 의하여, 밸브부재가 공기유로를 차단할 시 밸브부재에 인가되는 가압력을 밸브부재 전체에 걸쳐 균일하게 형성하고 충분하게 확보할 수 있으므로, 밸브부재에 의한 기밀 성능을 향상시킬 수 있으며, 연료전지 차량의 미사용시 연료전지 스택에 공기가 유입되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기유로는, 제1유로, 및 제1유로와 구획되는 제2유로를 포함할 수 있고, 밸브부재는, 구동부에 의해 직선 이동하며 제1유로를 선택적으로 개폐하는 제1밸브디스크, 및 구동부에 의해 직선 이동하며 제2유로를 선택적으로 개폐하는 제2밸브디스크를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 밸브 하우징에는 제1유로와 제2유로를 연결하며, 제1유로에 유입된 공기를 선택적으로 제2유로로 바이패스시키는 바이패스유로가 마련될 수 있다.
구동부는 밸브부재를 제1위치에서 제2위치로 직선 이동시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 구동부는, 구동력을 제공하는 구동원, 및 밸브부재에 연결되며 구동원의 구동력을 밸브부재의 직선 운동으로 전환하는 동력전환부를 포함할 수 있다.
동력전환부는 구동원의 구동력을 밸브부재의 직선 운동으로 전환할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 동력전환부는, 구동원에 의해 회전하는 제1기어, 및 제1기어와 치합 가능하게 밸브부재에 연결되며, 제1기어의 회전에 의해 직선 이동하며 밸브부재를 이동시키는 제2기어를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브는, 구동원에 의해 회전하는 구동기어를 포함할 수 있고, 동력전환부는 구동기어에 의해 연동할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 동력전환부는 바이패스유로의 내부에 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 공기를 선택적으로 바이패스시키기 위해 이미 마련된 바이패스유로의 내부에 동력전환부를 배치하는 것에 의하여, 동력전환부를 배치하기 위한 공간을 추가적으로 마련할 필요가 없으므로, 구조를 간소화하고 장치의 소형화에 기여하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브는, 밸브 하우징에 마련되며 밸브 하우징에 대한 제2기어의 직선 이동을 지지하는 지지부재를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제2기어의 직선 이동이 지지부재에 의해 지지되도록 하는 것에 의하여, 제2기어의 직선 이동시 제2기어의 진동 및 이탈을 최소화하고, 제2기어의 직선 이동을 보다 안정적으로 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브는, 밸브 하우징에 마련되며 밸브부재가 제1위치에서 안착되는 제1안착부, 및 밸브 하우징에 마련되며 밸브부재가 제2위치에서 안착되는 제2안착부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브는, 밸브부재의 일면에 마련되며 밸브부재와 제1안착부의 사이 간극을 실링하는 제1실링부, 밸브부재의 다른 일면에 마련되며 밸브부재와 제2안착부의 사이 간극을 실링하는 제2실링부, 및 밸브부재의 측부에 마련되며 밸브부재의 이동에 대응하여 제1안착부 및 제2안착부 중 어느 하나와 밸브부재의 사이 간극을 실링하는 공용실링부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 공용실링부는 밸브부재의 둘레를 따라 전체적으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재가 제1안착부에 안착된 상태에서, 밸브부재와 제1안착부의 사이 간극이 제1실링부 및 공용실링부에 의한 이중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재에 의한 기밀 성능을 향상시키고, 밸브부재와 제1안착부의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재가 제2안착부에 안착된 상태에서, 밸브부재와 제2안착부의 사이 간극이 제2실링부 및 공용실링부에 의한 이중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재에 의한 기밀 성능을 향상시키고, 밸브부재와 제2안착부의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브는, 제1안착부에 마련되며 공용실링부와 상호 협조적으로 밸브부재와 제1안착부의 사이 간극을 실링하는 제1가이드실링부, 및 제2안착부에 마련되며 공용실링부와 상호 협조적으로 밸브부재와 제2안착부의 사이 간극을 실링하는 제2가이드실링부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공용실링부는, 밸브부재의 측부에 돌출되는 복수개의 공용실링돌기를 포함하고, 제1가이드실링부는, 밸브부재의 측부를 마주하는 제1안착부의 내면에 형성되는 복수개의 제1가이드실링돌기를 포함하며, 제2가이드실링부는, 밸브부재의 측부를 마주하는 제2안착부의 내면에 형성되는 복수개의 제2가이드실링돌기를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재가 제1안착부에 안착된 상태에서, 밸브부재와 제1안착부의 사이 간극이 제1실링부, 공용실링부 및 제1가이드실링부에 의한 삼중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재에 의한 기밀 성능을 보다 향상시키고, 밸브부재와 제1안착부의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재가 제2안착부에 안착된 상태에서, 밸브부재와 제2안착부의 사이 간극이 제2실링부, 공용실링부 및 제2가이드실링부에 의한 삼중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재에 의한 기밀 성능을 보다 향상시키고, 밸브부재와 제2안착부의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
공용실링돌기와 제1가이드실링돌기(또는 제2가이드실링돌기) 간의 배치 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 밸브부재가 제1위치로 이동한 상태에서, 공용실링돌기와 제1가이드실링돌기는 밸브부재의 이동 방향을 따라 교호적(alternation)으로 배치되도록 밀착될 수 있고, 밸브부재가 제2위치로 이동한 상태에서, 공용실링돌기와 제2가이드실링돌기는 밸브부재의 이동 방향을 따라 교호적으로 배치될 수 있다.
바람직하게, 서로 인접한 제1가이드실링돌기의 사이에는 공용실링돌기에 대응하는 제1수용부가 정의되고, 서로 인접한 제2가이드실링돌기의 사이에는 공용실링돌기에 대응하는 제2수용부가 정의되되, 제1위치에서 공용실링돌기는 제1수용부에 수용되고, 제2위치에서 공용실링돌기는 상기 제2수용부에 수용된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 공용실링돌기와 제1가이드실링돌기(또는 제2가이드실링돌기)가 교호적으로 밀착되도록 하는 것에 의하여, 공용실링부 및 제1가이드실링부(또는 제2가이드실링부)에 의한 실링 성능을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 동력전환부는, 구동원에 의해 회전하는 회전샤프트, 및 밸브부재에 연결되며 회전샤프트의 회전에 의해 왕복 직선 이동하며 밸브부재를 이동시키는 왕복이동부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브는, 밸브 하우징에 마련되며 밸브 하우징에 대한 밸브부재의 직선 이동을 가이드하는 가이드부재를 포함할 수 있다.
일 예로, 밸브부재는 가이드부재의 내부에 직선 이동 가능하게 수용되되, 가이드부재의 일단에는 제1위치에서 밸브부재의 일면이 밀착되는 제1밀착부가 마련되고, 가이드부재의 다른 일단에는 제2위치에서 밸브부재의 다른 일면이 밀착되는 제2밀착부가 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 밸브부재가 가이드부재의 내부를 따라 직선 이동하도록 하는 것에 의하여, 밸브부재의 직선 이동시 밸브부재의 진동 및 이탈을 최소화하고, 밸브부재의 직선 이동을 보다 안정적으로 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 에어 컨트롤 밸브는 구동기어의 회전 구간을 선택적으로 제한하는 스토퍼를 포함할 수 있다.
스토퍼는 구동기어의 회전 구간을 선택적으로 제한할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 스토퍼는, 밸브 하우징에 마련되는 제1스토퍼돌기; 구동기어에 마련되며, 구동기어가 제1방향을 따라 기성절된 제1회전구간만큼 회전하면, 제1스토퍼돌기에 접촉되는 제1스토퍼부; 구동기어의 원주 방향을 따라 제1스토퍼돌기와 이격되게 밸브 하우징에 마련되는 제2스토퍼돌기; 및 구동기어에 마련되며, 구동기어가 제2방향을 따라 기설정된 제2회전구간만큼 회전하면, 제2스토퍼돌기에 접촉되는 제2스토퍼부;를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 구동기어가 제1방향을 따라 기성절된 제1회전구간만큼 회전하면, 제1스토퍼부가 제1스토퍼돌기에 접촉되며, 구동기어의 회전이 구속되도록 하는 것에 의하여, 제1방향을 따른 구동기어의 과도한 회전을 억제할 수 있으므로, 밸브부재의 과도한 이동을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 구동기어가 제2방향을 따라 기성절된 제2회전구간만큼 회전하면, 제2스토퍼부가 제2스토퍼돌기에 접촉되며, 구동기어의 회전이 구속되도록 하는 것에 의하여, 제2방향을 따른 구동기어의 과도한 회전을 억제할 수 있으므로, 밸브부재의 과도한 이동을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 기밀 성능을 향상시킬 수 있으며, 연료전지 스택의 열화를 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 밸브부재가 공기유로를 차단할 시 밸브부재에 인가되는 가압력을 밸브부재 전체에 걸쳐 균일하게 형성하고 충분하게 확보할 수 있으며, 밸브부재에 의한 기밀 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 구조를 간소화할 수 있으며 장치를 소형화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브로서, 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브로서, 밸브부재의 작동구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브로서, 공용실링부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브로서, 구동부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브로서, 스토퍼를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는, 공기유로(110)가 형성된 밸브 하우징(100), 공기유로(110)를 선택적으로 개폐하는 밸브부재(200), 및 밸브부재(200)가 공기유로(110)를 차단하는 제1위치에서 공기유로(110)를 개방하는 제2위치로 직선 이동하도록 밸브부재(200)를 직선 구동시키는 구동부(300)를 포함한다.
참고로, 본 발명에 따른 에어 컨트롤 밸브(20)는 연료전지 차량의 연료전지 스택(10)으로 유입되는 공기와 연료전지 스택(10)에서 배출되는 공기를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
밸브 하우징(100)은 내부에 공기가 유동되는 공기유로(110)를 갖도록 형성되며 차량(연료전지 차량)에 장착된다.
밸브 하우징(100)의 형상 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 밸브 하우징(100)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 공기유로(110)는, 연료전지 스택(10)으로 공기를 공급하는 제1유로(112), 및 연료전지 스택(10)으로부터 공기가 배출되는 제2유로(114)를 포함한다. 일 예로, 밸브 하우징(100)의 내부에서 제1유로(112)와 제2유로(114)는 격벽(미도시)에 의해 개별적으로 분리(구획)될 수 있다.
또한, 밸브 하우징(100)에는 연료전지 스택(10)의 공기흡입구가 연결되는 제1포트(112a), 및 공기배출구가 연결되는 제2포트(114a)가 마련된다.
일 예로, 제1포트(112a)는 제1유로(112)와 연통될 수 있고, 제1포트(112a)에는 연료전지 스택(10)으로 공급되는 공기가 유동될 수 있다. 또한, 제2포트(114a)는 제2유로(114)와 연통될 수 있고, 제2포트(114a)에는 연료전지 스택(10)으로부터 배출되는 공기가 유동될 수 있다.
또한, 밸브 하우징(100)에는 제1유로(112)와 제2유로(114)를 연결하며, 제1유로(112)에 유입된 공기를 선택적으로 제2유로(114)로 바이패스시키는 바이패스유로(120)가 마련된다.
밸브부재(200)는 구동부(300)에 의해 직선 이동하며 공기유로(110)를 선택적으로 개폐하도록 마련된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 밸브부재(200)는, 제1유로(112)를 선택적으로 개폐하는 제1밸브디스크(210), 및 제1밸브디스크(210)와 이격되게 마련되며 제2유로(114)를 선택적으로 개폐하는 제2밸브디스크(220)를 포함한다.
제1밸브디스크(210) 및 제2밸브디스크(220)는 제1유로(112) 및 제2유로(114)를 개폐할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1밸브디스크(210) 및 제2밸브디스크(220)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제1밸브디스크(210)는 구동부(300)에 의해 직선 이동하며 제1유로(112)를 개폐하도록 마련된다.
예를 들어, 제1밸브디스크(210)는 제1유로(112)의 단면 형태(예를 들어, 사각형 단면 형태)에 대응하는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1밸브디스크를 제1유로의 단면 형태와 다른 형상으로 형성하는 것도 가능하며, 제1밸브디스크의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제2밸브디스크(220)는 구동부(300)에 의해 직선 이동하며 제2유로(114)를 개폐하도록 마련된다.
예를 들어, 제2밸브디스크(220)는 제2유로(114)의 단면 형태(예를 들어, 사각형 단면 형태)에 대응하는 형상을 갖도록 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2밸브디스크를 제2유로의 단면 형태와 다른 형상으로 형성하는 것도 가능하며, 제2밸브디스크의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
구동부(300)는 밸브부재(200)가 공기유로(110)를 차단하는 제1위치에서 공기유로(110)를 개방하는 제2위치로 직선 이동하도록 밸브부재(200)를 직선 구동시키도록 마련된다.
즉, 제1밸브디스크(210)는 구동부(300)에 의해 제1유로(112)를 차단하는 제1위치에서 제1유로(112)를 개방하는 제2위치로 직선 이동할 수 있고, 제2밸브디스크(220)는 구동부(300)에 의해 제2유로(114)를 차단하는 제1위치에서 제2유로(114)를 개방하는 제2위치로 이동(회전)할 수 있다.
구동부(300)는 밸브부재(200)를 제1위치에서 제2위치로 직선 이동시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 구동부(300)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 구동부(300)는, 구동력을 제공하는 구동원(310), 및 밸브부재(200)에 연결되며 구동원(310)의 구동력을 밸브부재(200)의 직선 운동으로 전환하는 동력전환부(320)를 포함할 수 있다.
구동원(310)으로서는 구동력을 제공 가능한 다양한 구동수단이 사용될 수 있으며, 구동원(310)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 구동원(310)으로서는 모터가 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구동원으로서 유압(또는 공압)실린더, 솔레노이드 등을 사용하는 것도 가능하다.
동력전환부(320)는 구동원(310)의 구동력을 밸브부재(200)의 직선 운동으로 전환하도록 마련된다.
동력전환부(320)는 구동원(310)의 구동력을 밸브부재(200)의 직선 운동으로 전환할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 동력전환부(320)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 동력전환부(320)는, 구동원(310)에 의해 회전하는 제1기어(322), 및 제1기어(322)와 치합(engage) 가능하게 밸브부재(200)에 연결되며, 제1기어(322)의 회전에 의해 직선 이동하며 밸브부재(200)를 이동시키는 제2기어(324)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1기어(322)로서는 통상의 피니언기어가 사용될 수 있고, 제2기어(324)로서는 통상의 랙기어가 사용될 수 있다.
바람직하게, 제2기어(324)는 밸브부재(200)의 후면(바이패스유로를 마주하는 면) 중앙부에 연결될 수 있다. 이와 같이, 제2기어(324)를 밸브부재(200)의 중앙부에 연결하는 것에 의하여, 밸브부재(200)에 인가되는 가압력을 보다 균일하게 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
구동원(310)에 의해 제1기어(322)가 회전함에 따라, 제1기어(322)에 치합된 제2기어(324)가 직선 이동(도 2를 기준으로 상하 방향으로 직선 이동)할 수 있으며, 제2기어(324)에 연결된 밸브부재(200)가 제2기어(324)와 함께 직선 이동함으로써 공기유로(110)를 개폐할 수 있다.
구동원(310)과 동력전환부(320)의 연결 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는, 구동원(310)에 의해 회전하는 구동기어(330)를 포함할 수 있고, 동력전환부(320)는 구동기어(330)에 의해 연동할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1기어(322)는 구동기어(330)에 치합될 수 있으며, 구동기어(330)의 회전에 의해 제1기어(322)가 회전함으로써, 제2기어(324)가 연동(직선 이동)될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1기어가 구동원에 의해 직접 회전하도록 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 동력전환부(320)는 바이패스유로(120)의 내부에 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 공기를 선택적으로 바이패스시키기 위해 이미 마련된 바이패스유로(120)의 내부에 동력전환부(320)를 배치하는 것에 의하여, 동력전환부(320)를 배치하기 위한 공간을 추가적으로 마련할 필요가 없으므로, 구조를 간소화하고 장치의 소형화에 기여하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 바이패스유로(120)의 동력전환부(320)를 마련하더라도, 바이패스유로(120)를 따른 공기의 유동은 안정적으로 보장될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는, 밸브 하우징(100)에 마련되며 밸브 하우징(100)에 대한 제2기어(324)의 직선 이동을 지지하는 지지부재(326)를 포함할 수 있다.
지지부재(326)는 밸브 하우징(100)에 대한 제2기어(324)의 직선 이동을 지지할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 지지부재(326)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2기어(324)의 일면은 지지부재(326)에 슬라이드 이동 가능하게 지지(접촉)될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제2기어(324)의 직선 이동이 지지부재(326)에 의해 지지되도록 하는 것에 의하여, 제2기어(324)의 직선 이동시 제2기어(324)의 진동 및 이탈을 최소화하고, 제2기어(324)의 직선 이동을 보다 안정적으로 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는, 밸브 하우징(100)에 마련되며 밸브부재(200)가 제1위치(차단 위치)에서 안착되는 제1안착부(130), 및 밸브 하우징(100)에 마련되며 밸브부재(200)가 제2위치(개방 위치)에서 안착되는 제2안착부(140)를 포함할 수 있다.
제1안착부(130) 및 제2안착부(140)는 밸브부재(200)가 안착 가능한 다양한 구조 형성될 수 있으며, 제1안착부(130) 및 제2안착부(140)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1안착부(130)는, 밸브부재(200)의 일면 가장자리에 대응하는 링 형태를 갖는 제1바닥부, 및 밸브부재(200)의 측면 둘레를 감싸도록 제1바닥부의 가장자리를 따라 형성되는 제1벽부를 포함할 수 있고, 밸브부재(200)는 제1위치에서 제1바닥부에 밀착됨으로써 공기유로(110)를 차단할 수 있다.
또한, 제2안착부(140)는, 밸브부재(200)의 다른 일면 가장자리에 대응하는 링 형태를 갖는 제2바닥부, 및 밸브부재(200)의 측면 둘레를 감싸도록 제2바닥부의 가장자리를 따라 형성되는 제2벽부를 포함할 수 있고, 밸브부재(200)는 제2위치에서 제2바닥부에 밀착됨으로써 공기유로(110)를 개방함과 아울러 바이패스유로(120)를 차단할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는, 밸브부재(200)의 일면에 마련되며 밸브부재(200)와 제1안착부(130)의 사이 간극을 실링하는 제1실링부(410), 밸브부재(200)의 다른 일면에 마련되며 밸브부재(200)와 제2안착부(140)의 사이 간극을 실링하는 제2실링부(420), 및 밸브부재(200)의 측부에 마련되며 밸브부재(200)의 이동에 대응하여 제1안착부(130) 및 제2안착부(140) 중 어느 하나와 밸브부재(200)의 사이 간극을 실링하는 공용실링부(430)를 포함할 수 있다.
제1실링부(410)는 밸브부재(200)의 일면과 제1안착부(130)(제1바닥부)의 사이 간극을 실링할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1실링부(410)의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1실링부(410)는 고무, 실리콘, 우레탄과 같은 탄성소재로 이루어진 사각링 형태로 형성될 수 있으며, 제1바닥부를 마주하는 밸브부재(200)의 일면에 마련될 수 있다.
이하에서는 제1실링부(410)가 사각 단면 형태를 갖도록 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1실링부가 원형, 삼각형 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
밸브부재(200)의 일면이 제1안착부(130)에 안착된 상태(밸브부재(200)가 제1위치로 이동한 상태)에서, 밸브부재(200)와 제1바닥부의 사이 간극은 제1실링부(410)에 의해 밀봉될 수 있다.
제2실링부(420)는 밸브부재(200)의 다른 일면과 제2안착부(140)(제2바닥부)의 사이 간극을 실링할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2실링부(420)의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2실링부(420)는 고무, 실리콘, 우레탄과 같은 탄성소재로 이루어진 사각링 형태로 형성될 수 있으며, 제2바닥부를 마주하는 밸브부재(200)의 다른 일면에 마련될 수 있다.
이하에서는 제2실링부(420)가 사각 단면 형태를 갖도록 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제2실링부가 원형, 삼각형 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
밸브부재(200)의 다른 일면이 제2안착부(140)에 안착된 상태(밸브부재(200)가 제2위치로 이동한 상태)에서, 밸브부재(200)와 제2바닥부의 사이 간극은 제2실링부(420)에 의해 밀봉될 수 있다.
공용실링부(430)는 밸브부재(200)의 측부에 마련되며 밸브부재(200)의 이동에 대응하여 제1안착부(130) 및 제2안착부(140) 중 어느 하나와 밸브부재(200)의 사이 간극을 실링하도록 마련된다.
여기서, 공용실링부(430)가 밸브부재(200)의 이동에 대응하여 제1안착부(130) 및 제2안착부(140) 중 어느 하나와 밸브부재(200)의 사이 간극을 실링한다 함은, 밸브부재(200)가 제1위치로 이동한 상태에서는 공용실링부(430)가 밸브부재(200)와 제1안착부(130)의 사이 간극을 실링하고, 밸브부재(200)가 제2위치로 이동한 상태에서는 공용실링부(430)가 밸브부재(200)와 제2안착부(140)의 사이 간극을 실링하는 것으로 정의된다.
바람직하게, 공용실링부(430)는 밸브부재(200)의 둘레를 따라 전체적(연속적)으로 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 공용실링부를 밸브부재의 둘레 일부에 부분적으로 형성하는 것도 가능하다.
공용실링부(430)는 밸브부재(200)의 측부와 제1안착부(130)(또는 제2안착부)의 사이 간극을 밀봉할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 공용실링부(430)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 공용실링부(430)는 밸브부재(200)의 측부를 마주하는 제1벽부 또는 제2벽부에 탄성적으로 접촉 가능한 복수개의 공용실링돌기(432)를 포함할 수 있다.
공용실링돌기(432)는 고무, 실리콘 또는 우레탄과 같이 탄성적으로 압축될 수 있는 탄성체로 형성될 수 있으며, 공용실링돌기(432)의 재질 및 물성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 복수개의 공용실링돌기(432)는 삼각형 단면 형태를 갖도록 밸브부재(200)의 측부에 돌출되게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공용실링돌기가 반원 단면 형태 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 형성하는 것도 가능하다. 다르게는, 공용실링부가 단 하나의 공용실링돌기를 포함하는 것도 가능하다.
밸브부재(200)가 제1위치로 이동한 상태에서는 공용실링돌기(432)가 제1벽부에 탄성적으로 접촉함으로써 밸브부재(200)와 제1벽부의 사이 간극을 밀봉할 수 있다. 반면, 밸브부재(200)가 제2위치로 이동한 상태에서는 공용실링돌기(432)가 제2벽부에 탄성적으로 접촉함으로써 밸브부재(200)와 제2벽부의 사이 간극을 밀봉할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재(200)가 제1안착부(130)에 안착된 상태에서, 밸브부재(200)와 제1안착부(130)의 사이 간극이 제1실링부(410) 및 공용실링부(430)에 의한 이중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재(200)에 의한 기밀 성능을 향상시키고, 밸브부재(200)와 제1안착부(130)의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재(200)가 제2안착부(140)에 안착된 상태에서, 밸브부재(200)와 제2안착부(140)의 사이 간극이 제2실링부(420) 및 공용실링부(430)에 의한 이중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재(200)에 의한 기밀 성능을 향상시키고, 밸브부재(200)와 제2안착부(140)의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는, 제1안착부(130)에 마련되며 공용실링부(430)와 상호 협조적으로 밸브부재(200)와 제1안착부(130)의 사이 간극을 실링하는 제1가이드실링부(440), 및 제2안착부(140)에 마련되며 공용실링부(430)와 상호 협조적으로 밸브부재(200)와 제2안착부(140)의 사이 간극을 실링하는 제2가이드실링부(450)를 포함할 수 있다.
제1가이드실링부(440)는 밸브부재(200)의 측부와 제1안착부(130)의 사이 간극을 밀봉할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1가이드실링부(440)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1가이드실링부(440)는 밸브부재(200)의 측부에 탄성적으로 접촉 가능한 복수개의 제1가이드실링돌기(442)를 포함할 수 있다.
제1가이드실링돌기(442)는 고무, 실리콘 또는 우레탄과 같이 탄성적으로 압축될 수 있는 탄성체로 형성될 수 있으며, 제1가이드실링돌기(442)의 재질 및 물성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 복수개의 제1가이드실링돌기(442)는 삼각형 단면 형태를 갖도록 제1벽부의 내면에 돌출되게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1가이드실링돌기가 반원 단면 형태 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 형성하는 것도 가능하다. 다르게는, 제1가이드실링부가 단 하나의 제1가이드실링돌기를 포함하는 것도 가능하다.
밸브부재(200)가 제1위치로 이동한 상태에서는 제1가이드실링돌기(442)가 밸브부재(200)의 측부에 탄성적으로 접촉함으로써, 공용실링돌기(432)가 함께 밸브부재(200)와 제1벽부의 사이 간극을 밀봉할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재(200)가 제1안착부(130)에 안착된 상태에서, 밸브부재(200)와 제1안착부(130)의 사이 간극이 제1실링부(410), 공용실링부(430) 및 제1가이드실링부(440)에 의한 삼중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재(200)에 의한 기밀 성능을 보다 향상시키고, 밸브부재(200)와 제1안착부(130)의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
제2가이드실링부(450)는 밸브부재(200)의 측부와 제2안착부(140)의 사이 간극을 밀봉할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2가이드실링부(450)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2가이드실링부(450)는 밸브부재(200)의 측부에 탄성적으로 접촉 가능한 복수개의 제2가이드실링돌기(452)를 포함할 수 있다.
제2가이드실링돌기(452)는 고무, 실리콘 또는 우레탄과 같이 탄성적으로 압축될 수 있는 탄성체로 형성될 수 있으며, 제2가이드실링돌기(452)의 재질 및 물성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 복수개의 제2가이드실링돌기(452)는 삼각형 단면 형태를 갖도록 제2벽부의 내면에 돌출되게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2가이드실링돌기가 반원 단면 형태 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 형성하는 것도 가능하다. 다르게는, 제2가이드실링부가 단 하나의 제2가이드실링돌기를 포함하는 것도 가능하다.
밸브부재(200)가 제2위치로 이동한 상태에서는 제2가이드실링돌기(452)가 밸브부재(200)의 측부에 탄성적으로 접촉함으로써, 공용실링돌기(432)가 함께 밸브부재(200)와 제2벽부의 사이 간극을 밀봉할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 밸브부재(200)가 제2안착부(140)에 안착된 상태에서, 밸브부재(200)와 제2안착부(140)의 사이 간극이 제2실링부(420), 공용실링부(430) 및 제2가이드실링부(450)에 의한 삼중 실링 방식으로 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 밸브부재(200)에 의한 기밀 성능을 보다 향상시키고, 밸브부재(200)와 제2안착부(140)의 사이 간극을 통해 공기가 누설되는 것을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
공용실링돌기(432)와 제1가이드실링돌기(442)(또는 제2가이드실링돌기) 간의 배치 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 밸브부재(200)가 제1위치로 이동한 상태에서, 공용실링돌기(432)와 제1가이드실링돌기(442)는 밸브부재(200)의 이동 방향을 따라 교호적(alternation)으로 배치되도록 밀착될 수 있고, 밸브부재(200)가 제2위치로 이동한 상태에서, 공용실링돌기(432)와 제2가이드실링돌기(452)는 밸브부재(200)의 이동 방향을 따라 교호적으로 배치될 수 있다.
바람직하게, 서로 인접한 제1가이드실링돌기(442)의 사이에는 공용실링돌기(432)에 대응하는 제1수용부(441)가 정의되고, 서로 인접한 제2가이드실링돌기(452)의 사이에는 공용실링돌기(432)에 대응하는 제2수용부(451)가 정의되되, 제1위치에서 공용실링돌기(432)는 제1수용부(441)에 수용되고, 제2위치에서 공용실링돌기(432)는 상기 제2수용부(451)에 수용된다.
공용실링돌기(432)가 제1수용부(441)(또는 제2수용부)에 수용된 상태에서 공용실링돌기(432)와 제1가이드실링돌기(442)(또는 제2가이드실링돌기)는 통상의 기어가 치합된 구조를 이룰 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 공용실링돌기(432)와 제1가이드실링돌기(442)(또는 제2가이드실링돌기)가 교호적으로 밀착되도록 하는 것에 의하여, 공용실링부(430) 및 제1가이드실링부(440)(또는 제2가이드실링부)에 의한 실링 성능을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 동력전환부(320)가 제1기어(322) 및 제2기어(324)를 포함하는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 동력전환부를 크랭크 기구(crank mechanism) 방식으로 구현하는 것도 가능하다.
즉, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 동력전환부(320')는, 구동원(310)에 의해 회전하는 회전샤프트(322'), 및 밸브부재(200)에 연결되며 회전샤프트(322')의 회전에 의해 왕복 직선 이동하며 밸브부재(200)를 이동시키는 왕복이동부재(324')를 포함할 수 있다.
예를 들어, 회전샤프트(322')로서는 통상의 크랭크축(crankshaft)이 사용될 수 있고, 왕복이동부재(324')로서는 통상의 커넥팅 로드(connecting rod)가 사용될 수 있다.
구동원(310)에 의해 회전샤프트(322')가 회전함에 따라, 회전샤프트(322')의 축선에 직교하는 방향으로 왕복이동부재(324')가 직선 이동할 수 있으며, 왕복이동부재(324')에 연결된 밸브부재(200)가 왕복이동부재(324')와 함께 직선 이동함으로써 공기유로(110)를 개폐할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는, 밸브 하우징(100)에 마련되며 밸브 하우징(100)에 대한 밸브부재(200)의 직선 이동을 가이드하는 가이드부재(500)를 포함할 수 있다.
가이드부재(500)는 밸브 하우징(100)에 대한 밸브부재(200)의 직선 이동을 가이드할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 가이드부재(500)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 밸브부재(200)는 가이드부재(500)의 내부에 직선 이동 가능하게 수용되되, 가이드부재(500)의 일단에는 제1위치에서 밸브부재(200)의 일면이 밀착되는 제1밀착부(510)가 마련되고, 가이드부재(500)의 다른 일단에는 제2위치에서 밸브부재(200)의 다른 일면이 밀착되는 제2밀착부(520)가 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 밸브부재(200)가 가이드부재(500)의 내부를 따라 직선 이동하도록 하는 것에 의하여, 밸브부재(200)의 직선 이동시 밸브부재(200)의 진동 및 이탈을 최소화하고, 밸브부재(200)의 직선 이동을 보다 안정적으로 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량용 에어 컨트롤 밸브(20)는 구동기어(330)의 회전 구간을 선택적으로 제한하는 스토퍼(340)를 포함할 수 있다.
스토퍼(340)는 구동기어(330)의 회전 구간을 선택적으로 제한할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 스토퍼(340)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 스토퍼(340)는, 밸브 하우징(100)에 마련되는 제1스토퍼돌기(342); 구동기어(330)에 마련되며, 구동기어(330)가 제1방향(예를 들어, 반시계 방향)을 따라 기성절된 제1회전구간(RS1)만큼 회전하면, 제1스토퍼돌기(342)에 접촉되는 제1스토퍼부(344); 구동기어(330)의 원주 방향을 따라 제1스토퍼돌기(342)와 이격되게 밸브 하우징(100)에 마련되는 제2스토퍼돌기(346); 및 구동기어(330)에 마련되며, 구동기어(330)가 제2방향(예를 들어, 시계 방향)을 따라 기설정된 제2회전구간(RS2)만큼 회전하면, 제2스토퍼돌기(346)에 접촉되는 제2스토퍼부(348);를 포함할 수 있다.
제1스토퍼부(344) 및 제2스토퍼부(348)는 제1스토퍼돌기(342) 및 제2스토퍼돌기(346)에 구속 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 제1스토퍼부(344) 및 제2스토퍼부(348)는 구동기어(330)의 일부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 바람직하게, 제1스토퍼부(344) 및 제2스토퍼부(348)는 구동기어(330)의 반경 방향을 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1스토퍼부 및 제2스토퍼부가 구동기어의 외주면에 돌기 형태로 돌출되도록 구성하는 것도 가능하다.
참고로, 제1회전구간(RS1) 및 제2회전구간(RS2)의 각도는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제1회전구간(RS1) 및 제2회전구간(RS2)의 각도에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 구동기어(330)가 제1방향을 따라 기성절된 제1회전구간(RS1)만큼 회전하면, 제1스토퍼부(344)가 제1스토퍼돌기(342)에 접촉되며, 구동기어(330)의 회전이 구속되도록 하는 것에 의하여, 제1방향을 따른 구동기어(330)의 과도한 회전을 억제할 수 있으므로, 밸브부재(200)의 과도한 이동을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지로, 구동기어(330)가 제2방향을 따라 기성절된 제2회전구간(RS2)만큼 회전하면, 제2스토퍼부(348)가 제2스토퍼돌기(346)에 접촉되며, 구동기어(330)의 회전이 구속되도록 하는 것에 의하여, 제2방향을 따른 구동기어(330)의 과도한 회전을 억제할 수 있으므로, 밸브부재(200)의 과도한 이동을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 연료전지 스택
20 : 에어 컨트롤 밸브
100 : 밸브 하우징
110 : 공기유로
112 : 제1유로
114 : 제2유로
120 : 바이패스유로
130 : 제1안착부
140 : 제2안착부
200 : 밸브부재
210 : 제1밸브디스크
220 : 제2밸브디스크
300 : 구동부
310 : 구동원
320,320' : 동력전환부
322 : 제1기어
324 : 제2기어
326 : 지지부재
322' : 회전샤프트
324' : 왕복이동부재
330 : 구동기어
340 : 스토퍼
342 : 제1스토퍼돌기
344 : 제1스토퍼부
346 : 제2스토퍼돌기
348 : 제2스토퍼부
410 : 제1실링부
420 : 제2실링부
430 : 공용실링부
432 : 공용실링돌기
440 : 제1가이드실링부
441 : 제1수용부
442 : 제1가이드실링돌기
450 : 제2가이드실링부
451 : 제2수용부
452 : 제2가이드실링돌기
500 : 가이드부재
510 : 제1밀착부
520 : 제2밀착부

Claims (20)

  1. 공기유로가 형성된 밸브 하우징;
    상기 공기유로를 선택적으로 개폐하는 밸브부재; 및
    상기 밸브부재가 상기 공기유로를 차단하는 제1위치에서 상기 공기유로를 개방하는 제2위치로 직선 이동하도록 상기 밸브부재를 직선 구동시키는 구동부;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기유로는,
    제1유로; 및 상기 제1유로와 구획되는 제2유로;를 포함하고,
    상기 밸브부재는,
    상기 구동부에 의해 직선 이동하며 상기 제1유로를 선택적으로 개폐하는 제1밸브디스크; 및 상기 구동부에 의해 직선 이동하며 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 제2밸브디스크;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1유로와 상기 제2유로를 연결하며, 상기 제1유로에 유입된 공기를 선택적으로 상기 제2유로로 바이패스시키는 바이패스유로를 포함하고,
    상기 밸브부재가 상기 제2위치로 이동하면, 상기 밸브부재에 의해 상기 바이패스유로가 차단되는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동부는,
    구동력을 제공하는 구동원; 및
    상기 밸브부재에 연결되며, 상기 구동원의 구동력을 상기 밸브부재의 직선 운동으로 전환하는 동력전환부;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 동력전환부는 상기 바이패스유로의 내부에 마련되는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 동력전환부는,
    상기 구동원에 의해 회전하는 제1기어; 및
    상기 제1기어와 치합 가능하게 상기 밸브부재에 연결되며, 상기 제1기어의 회전에 의해 직선 이동하며 상기 밸브부재를 이동시키는 제2기어;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밸브 하우징에 마련되며, 상기 밸브 하우징에 대한 상기 제2기어의 직선 이동을 지지하는 지지부재를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 동력전환부는,
    상기 구동원에 의해 회전하는 회전샤프트; 및
    상기 밸브부재에 연결되며, 상기 회전샤프트의 회전에 의해 왕복 직선 이동하며 상기 밸브부재를 이동시키는 왕복이동부재;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 구동원에 의해 회전하는 구동기어를 포함하고,
    상기 동력전환부는 상기 구동기어에 의해 연동하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동기어의 회전 구간을 선택적으로 제한하는 스토퍼를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스토퍼는,
    상기 밸브 하우징에 마련되는 제1스토퍼돌기;
    상기 구동기어에 마련되며, 상기 구동기어가 제1방향을 따라 기성절된 제1회전구간만큼 회전하면, 상기 제1스토퍼돌기에 접촉되는 제1스토퍼부;
    상기 구동기어의 원주 방향을 따라 상기 제1스토퍼돌기와 이격되게 상기 밸브 하우징에 마련되는 제2스토퍼돌기; 및
    상기 구동기어에 마련되며, 상기 구동기어가 제2방향을 따라 기설정된 제2회전구간만큼 회전하면, 상기 제2스토퍼돌기에 접촉되는 제2스토퍼부;
    을 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 하우징에 마련되며, 상기 밸브부재가 상기 제1위치에서 안착되는 제1안착부; 및
    상기 밸브 하우징에 마련되며, 상기 밸브부재가 상기 제2위치에서 안착되는 제2안착부;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 밸브부재의 일면에 마련되며, 상기 밸브부재와 상기 제1안착부의 사이 간극을 실링하는 제1실링부;
    상기 밸브부재의 다른 일면에 마련되며, 상기 밸브부재와 상기 제2안착부의 사이 간극을 실링하는 제2실링부; 및
    상기 밸브부재의 측부에 마련되며, 상기 밸브부재의 이동에 대응하여 상기 제1안착부 및 상기 제2안착부 중 어느 하나와 상기 밸브부재의 사이 간극을 실링하는 공용실링부;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1안착부에 마련되며, 상기 공용실링부와 상호 협조적으로 상기 밸브부재와 상기 제1안착부의 사이 간극을 실링하는 제1가이드실링부; 및
    상기 제2안착부에 마련되며, 상기 공용실링부와 상호 협조적으로 상기 밸브부재와 상기 제2안착부의 사이 간극을 실링하는 제2가이드실링부;
    를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공용실링부는, 상기 밸브부재의 측부에 돌출되는 복수개의 공용실링돌기를 포함하고,
    상기 제1가이드실링부는, 상기 밸브부재의 측부를 마주하는 상기 제1안착부의 내면에 형성되는 복수개의 제1가이드실링돌기를 포함하며,
    상기 제2가이드실링부는, 상기 밸브부재의 측부를 마주하는 상기 제2안착부의 내면에 형성되는 복수개의 제2가이드실링돌기를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1위치에서 상기 공용실링돌기와 상기 제1가이드실링돌기는 상기 밸브부재의 이동 방향을 따라 교호적(alternation)으로 배치되고,
    상기 제2위치에서 상기 공용실링돌기와 상기 제2가이드실링돌기는 상기 밸브부재의 이동 방향을 따라 교호적으로 배치되는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  17. 제16항에 있어서,
    서로 인접한 상기 제1가이드실링돌기의 사이에는 상기 공용실링돌기에 대응하는 제1수용부가 정의되고,
    서로 인접한 상기 제2가이드실링돌기의 사이에는 상기 공용실링돌기에 대응하는 제2수용부가 정의되되,
    상기 제1위치에서 상기 공용실링돌기는 상기 제1수용부에 수용되고, 상기 제2위치에서 상기 공용실링돌기는 상기 제2수용부에 수용되는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 공용실링부는 상기 밸브부재의 둘레를 따라 전체적으로 형성되는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 하우징에 마련되며, 상기 밸브 하우징에 대한 상기 밸브부재의 직선 이동을 가이드하는 가이드부재를 포함하는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 밸브부재는 상기 가이드부재의 내부에 직선 이동 가능하게 수용되되,
    상기 가이드부재의 일단에는 상기 제1위치에서 상기 밸브부재의 일면이 밀착되는 제1밀착부가 마련되고,
    상기 가이드부재의 다른 일단에는 상기 제2위치에서 상기 밸브부재의 다른 일면이 밀착되는 제2밀착부가 마련되는 연료전지 차량용 에어 컨트롤 밸브.
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