KR20220132405A - 연료전지용 통합 배출 밸브 및 이를 포함하는 배출 장치 - Google Patents

연료전지용 통합 배출 밸브 및 이를 포함하는 배출 장치 Download PDF

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KR20220132405A
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Abstract

실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브는 수소 연료전지의 스택과 연결되며 상기 스택으로부터 배출되는 유체가 유입되는 유입구 및 상기 유체를 배출하는 배출구를 포함하는 하우징, 상기 하우징 내에 배치되고, 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 배치되는 연결부, 상기 연결부 상에 배치되며 상기 연결부를 개폐하는 다이어프램, 상기 다이어프램을 제어하는 솔레노이드 구동부 및 상기 하우징 내에 배치되는 발열부를 포함하고, 상기 하우징은 수지 재질을 포함하고, 상기 연결부는 상기 유입구 및 상기 다이어프램 사이에 배치되는 제1 연결부를 포함하고, 상기 발열부는 상기 제1 연결부와 인접하게 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제1 연결부 사이에 배치되는 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 발열소자를 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 발열소자 사이에 에어 갭(air gap)이 배치될 수 있다.

Description

연료전지용 통합 배출 밸브 및 이를 포함하는 배출 장치{MULTI FUNCTIONAL EXHAUST VELVE FOR FUEL CELL, AND EXHAUST DEVICE HAVING THE SAME}
실시예는 수소 연료전지에서 형성된 물과 가스를 배출하기 위한 수소 연료전지용 통합 배출 밸브 및 이를 포함하는 배출 장치에 관한 것이다.
환경 오염에 대한 지구 온난화로 전세계가 환경 보호에 대한 관심이 많아지고 있다. 이 중에서 환경 오염 중 하나인 대기 오염은 다양한 요인으로 발생하며 화석 연료의 연소 과정에 형성되는 배기가스가 한 요인으로 지목되고 있다.
배기가스는 자동차, 난방 장치, 발전 설비 등 화석 연료를 주 연료로 사용하는 기기에서 주로 배출된다. 특히, 대부분의 자동차는 가솔린, 디젤 등의 화석 연료를 통해 생성된 동력을 이용하여 동작한다. 그러나, 상술한 화석 연료가 연소하는 과정에 질소산화물(NO-x), 일산화탄소(CO), 미세먼지 등의 배기가스를 형성하는 문제가 있다.
이때, 상기 질소산화물은 오존(O3)을 형성하는 전구체 역할을 하며 산성비의 원인이 될 수 있어 환경에 치명적일 수 있다. 또한, 질소산화물은 각종 피부 질환과 호흡기 질환을 유발할 수 있어 사람과 각종 동식물에도 치명적일 수 있다. 또한, 상기 일산화탄소는 인화성이 강하며, 인체 내에서 헤모글로빈과 결합하여 체내 산소공급을 방해할 수 있어 치명적일 수 있다. 또한, 상기 미세먼지는 탄소, 유기 탄화수소, 질산염, 유해금속 성분 등을 포함하며 크기가 매우 작아 체내에 유입될 수 있고, 이로 인해 호흡기 질환을 유발할 수 있다.
이러한 문제로, 건강과 환경 보호 차원에서 새로운 친환경 자동차에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히, 최근에는 상술한 배기가스를 배출하지 않는 수소 연료전지 자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
수소 연료전지 자동차는 물의 전기분해 역반응을 이용한 자동차로, 수소와 산소의 전기화학 반응으로 생성된 전기를 동력원으로 사용하는 자동차이다. 일반적으로 수소 연료전지 자동차는 전기화학 반응으로 전기를 형성하는 연료전지 스택, 상기 연료전지 스택에 수소를 공급하는 수소 공급부, 상기 연료전지 스택에 산소를 공급하는 공기 공급부, 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 생성된 물을 배출하는 배출부를 포함한다. 또한, 상기 배출부는 연료전지 스택 내부 연료극의 수소 농도를 관리하기 위한 퍼지 밸브, 연료전지 스택의 연료극으로부터 배출된 물을 포집하고 저장하는 워터 트랩, 워터 트랩에 모인 물을 감지하고 배출하기 위한 수위감지 센서와 드레인 밸브 등을 포함한다.
그러나, 낮은 기온에 수소 연료전지 자동차가 노출될 경우 전기화학 반응에 의해 형성된 물이 결빙하는 문제점이 있다. 예를 들어, 0℃이하의 환경에서 상기 밸브들 및 상기 워터 트랩에 수용된 물이 결빙하는 문제가 있고, 이로 인해 차량의 시동이 원활하게 걸리지 않는 문제점이 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해 결빙된 영역에 물리적 힘을 인가하거나 히터를 배치하여 해빙하는 방식이 사용되고 있다. 그러나, 제한된 구조 내에서 해빙을 위한 히터 등을 배치하기 위한 공간 확보가 어려운 문제가 있다.
또한, 상술한 히터가 추가될 경우 결빙 영역을 효과적으로 해빙하기 위해서는 상대적으로 큰 히터가 요구되어 장치의 전체 크기, 무게가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 수소 연료전지 자동차가 상술한 퍼지 밸브, 워터 트랩, 수위감지 센서 및 드레인 밸브 등을 포함함에 따라 요구되는 부품수가 많아 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 물을 포집하고 저장하는 워터 트랩이 큰 부피를 차지하여 수소 연료전지의 전체적인 무게, 크기를 감소하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 상술한 문제를 해결할 수 있는 새로운 연료전지용 통합 배출 밸브가 요구된다.
실시예는 종래의 수소 퍼지 밸브와 워터 트랩을 통합할 수 있는 연료전지용 통합 배출 밸브를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 결빙 영역을 신속하게 해빙할 수 있는 연료전지용 통합 배출 밸브를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 저온의 환경에서 결빙으로 인한 오동작, 미동작을 방지할 수 있는 연료전지용 통합 배출 밸브를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 균일한 내구성 및 신뢰성을 가지며 부피 및 무게를 감소할 수 있는 연료전지용 통합 배출 밸브를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브는 수소 연료전지의 스택과 연결되며 상기 스택으로부터 배출되는 유체가 유입되는 유입구 및 상기 유체를 배출하는 배출구를 포함하는 하우징, 상기 하우징 내에 배치되고, 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 배치되는 연결부, 상기 연결부 상에 배치되며 상기 연결부를 개폐하는 다이어프램, 상기 다이어프램을 제어하는 솔레노이드 구동부 및 상기 하우징 내에 배치되는 발열부를 포함하고, 상기 하우징은 수지 재질을 포함하고, 상기 연결부는 상기 유입구 및 상기 다이어프램 사이에 배치되는 제1 연결부를 포함하고, 상기 발열부는 상기 제1 연결부와 인접하게 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제1 연결부 사이에 배치되는 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 발열소자를 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 발열소자 사이에 에어 갭(air gap)이 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극은 상기 발열소자와 마주하는 일면으로부터 돌출된 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 복수의 돌출부는 상기 발열소자와 직접 접촉하고, 상기 에어 갭은 상기 돌출부에 의해 이격된 상기 제1 전극과 상기 발열소자 사이에 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 돌출부는 상기 발열소자의 가장자리 영역과 대응되는 영역에 배치되며, 상기 제1 전극의 일면에 대해 경사진 경사면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은 상기 발열소자 및 상기 하우징과 직접 접촉하고, 상기 발열소자와 접하는 상기 제2 전극의 접촉 면적은 상기 발열소자와 접하는 상기 제1 전극의 접촉 면적보다 클 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은 상기 발열소자와 마주하는 일면 상에 배치되는 복수의 리세스를 포함하고, 상기 복수의 리세스는 상기 제2 전극의 일면에서 상기 일면과 반대인 타면 방향으로 오목한 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 연결부는 상기 배출구 및 상기 다이어프램 사이에 배치되는 제2 연결부 및 상기 제1 및 제2 연결부 사이에 배치되는 제3 연결부를 포함하고, 상기 다이어프램은 상기 제1 연결부의 끝단을 선택적으로 개폐할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 배출 장치는 상기 통합 배출 밸브를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브는 하나의 밸브로 수소 퍼지 및 반응에 의해 형성된 물을 배출할 수 있다. 자세하게, 수소 퍼지가 요구되면 연결부 내의 수소가 퍼지될 수 있고, 상기 연결부 내에 물이 수용되면 상기 연결부를 개방하여 물을 배출할 수 있다. 이에 따라, 종래의 수소 퍼지 밸브, 워터 트랩, 수위 감지 센서 등의 구성을 생략할 수 있어 보다 작은 부피 및 경량으로 제공할 수 있고, 부품수 감소 등의 원가 절감 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 상기 연료전지용 통합 배출 밸브는 수지 재질로 제공되어 다양한 형태를 가질 수 있다. 이로 인해 발열부를 상기 연료전지용 통합 배출 밸브의 내측 다양한 영역, 예컨대 결빙 가능성이 큰 연결부와 인접하게 배치할 수 있어 설계의 자유도를 극대화할 수 있다.
또한, 상기 연료전지용 통합 배출 밸브는 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 소수성 재질을 포함하며 상기 밸브에 유입된 유체가 유동하는 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 밸브 내에서 물, 가스가 결빙되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 연료전지용 통합 배출 밸브는 하우징 내부에 배치되는 발열부를 포함할 수 있다. 상기 발열부는 상기 연결부와 인접하게 배치되어 상기 연결부에 효과적으로 열을 제공할 수 있다. 이때, 상기 발열부의 발열부재는 상기 연결부와 인접한 제2 전극과 밀착하며 이와 반대되는 제1 전극 사이에 에어갭을 형성하며 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 발열소자에서 발생한 열이 상기 제1 전극으로 이동하는 것을 최소화할 수 있고 상기 제2 전극에 보다 많은 열을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 발열부는 상기 연결부에 열을 집중적으로 제공할 수 있어 단시간내에 결빙 영역을 해빙할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 솔레노이드 구동부가 생략된 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 솔레노이드 구동부의 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브의 다양한 방향에서의 단면도이다.
도 7은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 발열부의 사시도이다.
도 8은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 발열부의 분해 사시도이다.
도 9는 실시예에 따른 발열부에서 발열부재의 사시도이다.
도 10은 도 7에 도시된 제1 전극의 A-A'단면을 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 상면도이다.
도 12는 도 7의 A-A'단면에 대한 상면도이다.
도 13은 실시예에 따른 발열부와 연결부의 관계를 도시한 연료전지용 통합 배출 밸브의 하면도이다.
도 14는 실시예에 따른 발열부와 연결부의 관계를 도시한 연료전지용 통합 배출 밸브의 일측면도이다.
도 15는 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브가 적용된 차량의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 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, C중 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 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 발명의 실시예에 대한 설명을 하기 앞서 제1 방향은 도면에 도시된 x축 방향을 의미할 수 있고, 제2 방향은 상기 제1 방향과 다른 방향일 수 있다. 일례로, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 도면에 도시된 y축 방향을 의미할 수 있다. 그리고, 제3 방향은 상기 제1 및 제2 방향과 다른 방향일 수 있다. 일례로, 상기 제3 방향은 상기 제1 및 제2 방향과 수직인 방향으로 도면에 도시된 z축 방향을 의미할 수 있다. 또한, 수평 방향은 제1 및 제2 방향(x축, y축 방향)의 평면 방향을 의미할 수 있고, 수직 방향은 제3 방향(z축 방향)을 의미할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브의 사시도이고, 도 2는 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브의 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 솔레노이드 구동부가 생략된 단면도이고, 도 4는 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 솔레노이드 구동부의 분해 사시도이다. 또한, 도 5 및 도 6은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브의 다양한 방향에서의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)는 하우징(100), 다이어프램(200), 솔레노이드 구동부(300), 커버 부재(400) 및 발열부(500)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(100)은 수소 연료전지의 스택(미도시)과 연결될 수 있다. 상기 하우징(100)은 소정의 강도를 가지며 외부 환경에 대한 신뢰성이 우수한 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 하우징(100)은 수지 재질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 하우징(100)은 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(100)은 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지, 폴리올레핀(Polyolefine) 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate) 수지, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) 수지, TPU(Thermoplastic Urethane) 수지, 폴리아미드(Polyamide) 수지, PPA(Polyphthalamide) 수지, PPS(Polyphenylene sulfide) 수지, PEEK(Polyether ether ketone) 수지 및 LCP(Liquid Crystral Polymer) 수지 중 적어도 하나의 수지 재질을 포함할 수 있다.
상기 하우징(100)이 수지 재질을 포함함에 따라 향상된 성형성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(100)은 이중 사출, 인서트 사출 등의 다양한 사출 공정으로 형성할 수 있어 향상된 설계 자유도를 가질 수 있다. 또한, 상기 하우징(100)이 향상된 성형성을 가짐에 따라 후술할 발열부(500)가 다양한 위치, 다양한 크기, 형태로 제공할 수 있다. 즉, 실시예는 상기 하우징(100)에 성형성에 의해 상기 발열부(500)를 해빙에 용이한 최적의 위치에 배치할 수 있다. 또한, 상기 하우징(100)이 수지 재질을 포함함에 따라 금속 재질의 하우징과 비교하여 원가를 절감할 수 있고 경량으로 구현할 수 있다. 이에 따라 상기 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)의 전체 무게는 효과적으로 감소할 수 있다.
상기 하우징(100)은 유입구(110) 및 배출구(120)를 포함할 수 있다. 상기 유입구(110)는 상기 수소 연료전지의 스택과 연결되는 입구일 수 있다. 상기 연료전지의 스택에서 형성된 물과 가스는 상기 유입구(110)를 통해 상기 하우징(100) 내에 유입될 수 있다. 상기 배출구(120)는 상기 유입구(110)와 연결되며 상기 유입구(110)를 통해 유입된 물 및 가스 중 적어도 하나가 배출되는 출구일 수 있다.
상기 유입구(110) 및 상기 배출구(120)는 상기 하우징(100)의 외측면 상에 배치되며 서로 이격될 수 있다. 상기 유입구(110) 및 상기 배출구(120)는 서로 다른 외측면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 상기 유입구(110)는 상기 하우징(100)의 하부 영역에 배치될 수 있고, 상기 배출구(120)는 상기 하우징(100)의 일측면 영역에 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 유입구(110) 및 상기 배출구(120)는 상기 하우징(100)의 동일한 외측면 상에 배치될 수 있으며, 이에 대해 제한하지는 않는다.
상기 다이어프램(200)은 상기 하우징(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 다이어프램(200)은 탄성력이 있는 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다이어프램(200)은 폴리염화비닐, 실리콘, 폴리우레탄, EPDM(Ethylene Propylene), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), FPM(Fluorinated Rubber), 실리콘 등과 같은 수지 재질, 탄성이 있는 고무 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 다이어프램(200)은 상기 하우징(100)의 제1 오픈 영역 상에 배치될 수 있다. 여기서 상기 제1 오픈 영역은 상기 하우징(100)의 오픈된 상부 영역일 수 있다. 상기 다이어프램(200)은 상기 제1 오픈 영역을 차폐할 수 있다. 상기 다이어프램(200)은 상기 하우징(100)의 제1 오픈 영역보다 큰 수평 방향 너비를 가질 수 있다. 또한, 상기 다이어프램(200)은 후술할 솔레노이드 구동부(300), 커버 부재(400) 등에 의해 탄성 변형할 수 있고, 상기 제1 오픈 영역 전체를 밀폐할 수 있다. 이에 따라, 상기 다이어프램(200)은 상기 하우징(100)의 제1 오픈 영역을 통해 수소 가스 등의 유체가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 다이어프램(200)은 상기 연결부(130)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 상기 다이어프램(200)은 상기 제1 연결부(131)의 끝단 상에 배치되어, 상기 제1 연결부(131)를 선택적으로 개폐할 수 있다.
상기 다이어프램(200)에 대해 보다 자세히 설명하면, 상기 다이어프램(200)은 중심부(210) 및 확장부(220)를 포함할 수 있다.
상기 중심부(210)는 상기 다이어프램(200)의 중심 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 중심부(210)는 상기 제1 연결부(131)와 수직 방향(z축 방향)으로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 중심부(210)는 상기 솔레노이드 구동부(300)에 의해 상부 또는 하부 방향(z축 방향)으로 이동할 수 있다. 이 과정에 상기 다이어프램(200)의 중심부(210)는 상기 제1 연결부(131)와 직접 접촉하거나 이격되어 상기 제1 연결부(131)의 끝단을 선택적으로 개폐할 수 있다.
상기 확장부(220)는 상기 중심부(210)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 확장부(220)는 상기 중심부(210)의 가장자리 영역과 연결되며 상기 하우징(100)의 상면 방향으로 연장할 수 있다. 이때, 상기 확장부(220)는 상기 중심부(210)로부터 연장하는 과정에 연장 방향이 변화하며 연장하는 적어도 하나의 밴딩 영역을 포함할 수 있다. 상기 확장부(220)의 가장자리 영역은 상기 하우징(100)의 상면 상에 배치되며, 후술할 솔레노이드 구동부(300)의 베이스 부재(350)의 배치에 의해 상기 하우징(100)의 제1 오픈 영역을 차폐할 수 있다.
다시 하우징(100)에 대해 설명하면, 상기 하우징(100)은 연결부(130)를 포함할 수 있다. 상기 연결부(130)는 상기 유입구(110) 및 상기 배출구(120) 사이에 배치되며, 상기 유입구(110) 및 상기 배출구(120)를 연결하는 유동 경로일 수 있다. 상기 연결부(130)는 상기 파이프(pipe) 및 수용 공간 중 적어도 하나의 형태로 제공될 수 있다.
상기 연결부(130)는 상기 하우징(100) 내에 복수 개가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 연결부(130)는 제1 연결부(131), 제2 연결부(132) 및 제3 연결부(133)를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 연결부들(131, 132, 133)은 상기 하우징(100) 내에서 파이프(pipe) 또는 수용 공간 중 선택되는 하나의 형태로 제공될 수 있다.
상기 제1 연결부(131)는 상기 유입구(110)와 연결될 수 있다. 상기 제1 연결부(131)의 일 끝단은 상기 유입구(110)와 연결될 수 있다. 상기 제1 연결부(131)는 상기 유입구(110)와 대응되는 너비 또는 직경을 가질 수 있다. 상기 제1 연결부(131)는 수평 방향 단면 형상이 원 또는 다각형인 파이프 형태로 제공될 수 있다.
상기 제1 연결부(131)는 상기 하우징(100)의 내부 중심 영역으로 연장할 수 있다. 상기 제1 연결부(131)는 상기 다이어프램(200)을 향해 연장할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 연결부(131)는 수직 방향(z축 방향)으로 연장할 수 있고, 상기 제1 연결부(131)의 일 끝단과 반대되는 타 끝단은 상기 다이어프램(200)과 오버랩되는 영역에 배치될 수 있다. 자세하게, 제1 연결부(131)의 타 끝단은 상기 다이어프램(200)의 중심부(210) 및 후술할 플런저(330)와 수직 방향(z축 방향)으로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 연결부(131)는 상기 유입구(110) 및 상기 다이어프램(200) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 연결부(131)는 상기 다이어프램(200)과 접하거나 이격할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 연결부(131)의 끝단은 상기 다이어프램(200)이 인가되는 구동력에 의해 상부 또는 하부로 이동하는 것에 따라 상기 다이어프램(200)과 접하거나 이격할 수 있다.
일례로, 인가되는 구동력에 의해 상기 다이어프램(200)이 상부로 이동하여 열린 상태일 경우, 상기 다이어프램(200)은 상기 제1 연결부(131)의 타 끝단과 이격될 수 있다. 이 경우, 상기 유입구(110) 및 배출구(120)는 서로 연통되며 상기 유입구(110)를 통해 유입된 유체는 상기 제1 연결부(131), 제3 연결부(133) 및 제2 연결부(132)를 통과하여 상기 배출구(120)로 배출될 수 있다.
또한, 상기 다이어프램(200)이 상부로 이동하지 않아 닫힌 상태일 경우, 상기 다이어프램(200)은 상기 제1 연결부(131)의 타 끝단과 접할 수 있다. 이 경우, 상기 유입구 및 상기 배출구(120)는 서로 연통되지 않으며, 상기 유입구(110)를 통해 유입된 유체는 상기 제1 연결부(131) 이외의 연결부로 유동하지 못할 수 있다.
상기 제2 연결부(132)는 상기 배출구(120)와 연결될 수 있다. 상기 제2 연결부(132)의 일 끝단은 상기 배출구(120)와 연결될 수 있다. 상기 제2 연결부(132)는 상기 배출구(120)와 대응되는 너비 또는 직경을 가질 수 있다. 상기 제1 연결부(131)는 수직 방향 단면 형상이 원 또는 다각형인 파이프 형태로 제공될 수 있다.
상기 제2 연결부(132)는 상기 하우징(100)의 내부 중심 영역으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 연결부(132)는 수평 방향(x축 방향)으로 연장할 수 있다. 상기 제2 연결부(132)는 제3 연결부(133)를 향해 연장할 수 있다. 상기 제2 연결부(132)는 상기 배출구(120) 및 상기 제3 연결부(133) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 연결부(132)는 상기 배출구(120) 및 상기 다이어프램(200) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2 연결부(132)는 제1 서브 연결부(132a) 및 제2 서브 연결부(132b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 서브 연결부(132a)는 상기 배출구(120)와 직접 연결되는 연결부일 수 있다. 또한, 상기 제2 서브 연결부(132b)는 상기 제3 연결부(133)와 상기 제1 서브 연결부(132a) 사이를 연결하는 연결부일 수 있다.
상기 제1 서브 연결부(132a) 및 상기 제2 서브 연결부(132b)는 동일한 방향으로 연장할 수 있다. 또한, 상기 제1 서브 연결부(132a) 및 상기 제2 서브 연결부(132b)는 상이한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 서브 연결부(132b)의 수직 방향(z축 방향) 단면적은 상기 제1 서브 연결부(132a)의 수직 방향 단면적과 상이할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 서브 연결부(132a) 및 상기 제2 서브 연결부(132b) 각각을 유동하는 유체의 유속, 유량은 서로 다를 수 있다.
자세하게, 실시예에 따른 제2 서브 연결부(132b)는 상기 제1 서브 연결부(132a)보다 작은 수직 방향(z축 방향) 단면적을 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 서브 연결부(132b)의 제2 방향(y축 방향) 너비는 상기 제1 서브 연결부(132a)의 제2 방향 너비보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 연결부(132)에 결빙이 발생할 경우 상기 발열부(500)에 의해 효과적으로 해빙될 수 있다.
자세하게, 상기 제2 서브 연결부(132b)는 후술할 발열부(500)의 제1 전극(510)과 수직 방향(z축 방향)으로 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 서브 연결부(132b)는 상기 제1 전극(510)의 제1-4 전극(514)과 수직 방향(z축 방향)으로 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
이때, 상기 제2 서브 연결부(132b)는 상기 제1 서브 연결부(132a) 및 상기 제1-4 전극(514)보다 작은 제2 방향 너비를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제1-4 전극(514)의 넓은 면적을 통해 상기 발열부(500)에서 발생한 열을 상기 제2 서브 연결부(132b)에 전달할 수 있다. 따라서, 상기 제2 서브 연결부(132b)에 결빙이 발생할 경우 상기 제2 서브 연결부(132b)를 효과적으로 해빙할 수 있다.
상기 제3 연결부(133)는 상기 제1 연결부(131) 및 상기 제2 연결부(132) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제3 연결부(133)는 상기 하우징(100)의 내부 공간일 수 있다. 자세하게, 상기 제3 연결부(133)는 상기 하우징(100)의 제1 오픈 영역 및 상기 다이어프램(200)과 대응되는 영역에 형성되는 공간일 수 있다.
상기 제3 연결부(133) 상에는 상기 다이어프램(200)이 배치될 수 있다. 상기 제3 연결부(133)는 상기 다이어프램(200)에 의해 상기 하우징(100)의 외측으로부터 차폐될 수 있다. 즉, 상기 다이어프램(200)은 상기 제3 연결부(133) 내에 유입된 물, 가스 등이 상기 제1 오픈 영역을 통해 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제3 연결부(133)는 상기 제1 연결부(131) 및 상기 제2 연결부(132)를 연결할 수 있다. 자세하게, 상기 제3 연결부(133)는 상기 제1 연결부(131)와 상기 제2 연결부(132)를 선택적으로 연결할 수 있다. 자세하게, 상기 제3 연결부(133)는 상기 다이어프램(200)의 개폐 여부에 따라 상기 제1 연결부(131)와 연결되거나 연결되지 않을 수 있다. 즉, 상기 다이어프램(200)은 상기 제 1 및 제3 연결부(131, 133) 사이에 배치되어 상기 제1 연결부(131)를 선택적으로 개폐할 수 있다.
상기 제3 연결부(133)는 단차진 구조를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 제3 연결부(133)는 상기 다이어프램(200)의 밴딩 영역과 대응되는 단차 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 연결부(133)는 제1 단차부(133a) 및 상기 제1 단차부(133a) 상에 배치되는 제2 단차부(133b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 단차부(133a)는 상기 제3 연결부(133)의 하부에 위치한 영역일 수 있다. 상기 제1 단차부(133a)의 하부는 상기 제1 연결부(131)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 단차부(133a)의 하부 중심에는 상기 제1 연결부(131)가 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 단차부(133a)의 일측에는 상기 제2 연결부(132)가 연결될 수 있다.
상기 제3 연결부(133)의 하면, 예컨대 상기 제1 단차부(133a)의 하면(S1)은 도 3과 같이 평평할 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 제1 단차부(133a)의 하면(S1)은 상기 제2 연결부(132)의 하면에 대해 경사질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 단차부(133a)의 하면(S1)은 상기 제2 연결부(132)를 향해 소정의 경사각으로 경사지게 제공될 수 있다. 즉, 상기 제1 단차부(133a)의 수직 방향(z축 방향) 높이는 상기 제2 연결부(132)를 향할수록 감소할 수 있다.
상기 제2 연결부(132)의 하면에 대한 상기 제1 단차부(133a)의 하면(S1)의 경사각은 약 5도 내지 약 20도일 수 있다. 상기 경사각이 약 5도 미만인 경우, 상기 제3 연결부의 하면(S1) 상에 잔존하는 물 등의 유체를 상기 제2 연결부(132)로 원활하게 배출하는 효과가 미미할할 수 있다. 또한, 상기 제1 단차부(133a)의 하면(S1) 경사각이 약 20도를 초과할 경우 유체가 상기 제3 연결부(133)의 하면(S1) 상에 고이지 않고 상기 제2 연결부(132)로 원활하게 배출될 수 있으나, 상기 하우징(100)의 신뢰성이 저하될 수 있고, 제3 연결부(133)의 유체 수용량이 감소할 수 있다. 또한, 상기 경사각에 의해 상기 제3 연결부(133) 내의 유체 유동 특성이 저하될 수 있다.
상기 제2 단차부(133b)는 상기 제1 단차부(133a)의 상부에 위치한 영역일 수 있다. 상기 제2 단차부(133b)는 상기 제1 단차부(133a)와 연결될 수 있다. 상기 제2 단차부(133b)는 상기 제1 단차부(133a)보다 큰 수평 방향 너비를 가질 수 있다.
상기 제2 단차부(133b)의 측면(S2)은 도면과 같이 평평할 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 제2 단차부(133b)의 측면은 상기 경사질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 단차부(133b)의 측면(S2)은 상기 제2 연결부(132)를 향해 소정의 경사각으로 경사지게 제공될 수 있다. 즉, 상기 제2 단차부(133b)의 수평 방향(x축, y축 방향) 너비는 상기 제2 단차부(133b)의 상부에서 상기 제2 연결부(132)가 위치한 하부로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 제2 단차부(133b)의 측면(S2) 경사각은 약 5도 내지 30도일 수 있다. 상기 경사각이 약 5도 미만인 경우, 상기 제3 연결부(133)에 잔존하는 물 등의 유체를 상기 제2 연결부(132)로 원활하게 배출하는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 측면(S2)의 경사각이 약 30도를 초과할 경우, 상기 유체를 상기 제2 연결부(132)로 효과적으로 배출할 수 있으나 상기 다이어프램(200)이 동작 시 상기 다이어프램(200)과 측면(S2) 사이에 간섭이 발생할 수 있다.
즉, 제3 연결부(133)의 하면(S1) 및 측면(S2), 자세하게 상기 제1 단차부(133a)의 하면(S1) 및 상기 제2 단차부(133b)의 측면은 상기 제3 연결부(133)에 유체가 잔존하는 것을 방지하고 사기 유체를 보다 효과적으로 배출하기 위해 상술한 각도 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)는 코팅층(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 코팅층은 소수성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅층은 상기 테플론, 아연산화물 나노와이어, 안티몬산화물, 폴리카보네이트 및 폴리프로필렌 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 코팅층은 상기 하우징(100)의 내측면, 예컨대 상기 연결부(130)의 표면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅층은 상기 제1 내지 제3 연결부(131, 132, 133) 중 적어도 하나의 연결부 상에 배치될 수 있다. 바람직하게 상기 코팅층은 상기 제1 내지 제3 연결부(131, 132, 133) 표면 전체 영역 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 코팅층은 상기 다이어프램(200)의 표면 상에 더 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅층은 상기 제3 연결부(133)와 마주하는 상기 중심부(210) 전체 표면 상에 배치되거나, 상기 연결부(130)와 마주하는 상기 다이어프램(200)의 일면 전체 상에 배치될 수 있다.
즉, 상기 코팅층은 상기 통합 배출 밸브(1000) 내에 유입된 물 및 가스 등의 유체와 접하는 표면 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 통합 배출 밸브(1000) 내부로 유입된 물 및 가스 내에 포함된 수분이 결빙되는 것을 방지할 수 있어, 상기 통합 배출 밸브(1000)의 오작동 또는 미작동을 방지할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 솔레노이드 구동부(300)는 상기 하우징(100)의 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 솔레노이드 구동부(300)는 상기 커버 부재(400) 내에 배치되며 상기 하우징(100)의 상면 상에 배치될 수 있다.
상기 솔레노이드 구동부(300)는 상기 다이어프램(200)을 상에 배치되어 상기 다이어프램(200)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 솔레노이드 구동부(300)는 인가된 전원에 의해 상기 다이어프램(200)의 위치를 제어할 수 있으며 상기 제1 연결부(131)를 선택적으로 개폐할 수 있다.
상기 솔레노이드 구동부(300)는 커버부(305), 코일부(310), 코어(320), 플런저(330), 탄성 부재(340), 베이스 부재(350), 가이드 부재(360)를 포함할 수 있다.
상기 커버부(305)는 상부 및 하부가 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 자세하게, 상기 커버부(305)는 수직 방향(z축 방향)으로 연장하는 중공을 포함하고, 상기 중공 내에는 상기 솔레노이드 구동부(300)의 일부 구성이 배치될 수 있다.
상기 커버부(305) 내에는 상기 코일부(310), 상기 코어(320), 상기 플런저(330) 등이 배치될 수 있다. 또한, 상기 커버부(305)는 내부에 배치된 구성들을 보호하기 위해 소정의 강도를 가지는 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 커버부(305)는 금속, 세라믹 및 수지 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 커버 부재(400)가 수지 재질을 포함할 경우 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 부재(400)는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지, 폴리올레핀(Polyolefine) 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate) 수지, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) 수지, TPU(Thermoplastic Urethane) 수지, 폴리아미드(Polyamide) 수지, PPA(Polyphthalamide) 수지, PPS(Polyphenylene sulfide) 수지, PEEK(Polyether ether ketone) 수지 및 LCP(Liquid Crystral Polymer) 수지 중 적어도 하나의 수지 재질을 포함할 수 있다.
상기 코일부(310)는 보빈(311) 및 코일(312)을 포함할 수 있다.
상기 보빈(311)은 내부에 수직 방향으로 연장하는 중공을 포함할 수 있다. 상기 보빈(311)의 중공은 상기 보빈(311)의 상면과 하면을 관통하는 관통홀일 수 있다. 상기 보빈(311)의 중공 내에는 후술할 코어(320) 및 플런저(330) 등이 배치될 수 있다.
상기 코일(312)은 상기 보빈(311) 상에 배치될 수 있다. 상기 코일(312)은 상기 보빈(311)의 외측 둘레에 권선되어 배치될 수 있다. 상기 코일(312)은 인가되는 전원에 따라 자기장을 형성할 수 있다.
상기 코어(320)는 상기 코일부(310) 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 코어(320)는 상기 보빈(311)의 상면 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 코어(320)는 일부가 상기 보빈(311)의 중공 내에 삽입되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 코어(320)는 단면 형상이 "T"자 형태를 가지며 상기 보빈(311)의 상면 및 상기 보빈(311)의 중공 내에 배치될 수 있다. 상기 코어(320)는 형성된 자기장에 의해 자화될 수 있다.
상기 코어(320)는 제1 홈(321)을 포함할 수 있다. 상기 제1 홈(321)은 상기 플런저(330)와 마주하는 상기 코어(320)의 하면 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 홈(321)은 상기 코어(320)의 하면에서 상기 코어(320)의 상면 방향으로 오목한 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 홈(321)은 상기 플런저(330)가 상기 코어(320) 방향으로 이동할 경우, 상기 플런저(330)의 상부 일부를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 홈(321)은 소정의 깊이를 가지며 상기 플런저(330)보다 크거나 같은 수평 방향 너비를 가질 수 있다.
상기 플런저(330)는 상기 하우징(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 플런저(330)는 상기 코어(320)의 중공 내에 배치되어 수직 방향으로 이동이 가능하게 제공될 수 있다. 상기 플런저(330)는 상기 코어(320)의 자력에 의해 이동 가능하게 제공될 수 있다.
상기 플런저(330)는 상기 다이어프램(200) 상에 배치되며 상기 다이어프램(200)과 결합할 수 있다. 예를 들어, 상기 플런저(330)의 하면에는 상기 다이어프램(200) 방향으로 돌출된 돌기(331)가 형성될 수 있고, 상기 다이어프램(200)은 상기 돌기(331)와 대응되는 삽입부를 포함할 수 있다. 즉, 상기 플런저(330) 및 상기 다이어프램(200)은 상기 돌기(335)가 상기 다이어프램(200)의 삽입부에 삽입되어 서로 결합할 수 있다.
또한, 상기 플런저(330)는 제2 홈(333)을 포함할 수 있다. 상기 제2 홈(333)은 상기 코어(320)와 마주하는 상기 플런저(330)의 상면 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 홈(333)은 상기 플런저(330)의 상면에서 상기 다이어프램(200) 방향으로 오목한 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 홈(333)은 상기 코어(320)의 제1 홈(321)과 마주하며 배치될 수 있다. 상기 제2 홈(333)의 중심은 상기 플런저(330)의 중심과 중첩될 수 있다. 상기 제2 홈(333)은 상기 코어(320)와 상기 플런저(330) 사이에 배치되는 탄성 부재(340)를 수용하기 위한 홈일 수 있다.
상기 탄성 부재(340)는 상기 코어(320) 및 상기 플런저(330) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성 부재(340)는 전체 또는 대부분이 상기 제1 홈(321) 내에 수용될 수 있다. 상기 탄성 부재(340)는 상부 및 하부로 타성 변형이 가능할 수 있다. 일례로, 상기 탄성 부재(340)는 코일 스프링 등을 포함할 수 있다. 상기 탄성 부재(340)는 상기 플런저(330)가 상기 다이어프램(200)을 밀어내거나 당겨 상기 연결부(130)를 개폐할 수 있는 탄성력을 제공할 수 있다.
상기 베이스 부재(350)는 상기 하우징(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 베이스 부재(350)는 상기 하우징(100) 및 상기 코일부(310) 사이에 배치될 수 있다. 상기 베이스 부재(350)는 상기 다이어프램(200) 및 상기 코일부(310) 사이에 배치될 수 있다.
상기 베이스 부재(350)는 중심 영역에 형성되는 관통홀(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 관통홀은 상기 베이스 부재(350)의 상면 및 하면을 관통하는 홀일 수 있다. 상기 관통홀은 상기 플런저(330)와 수직 방향(z축 방향)으로 중첩되는 영역에 형성될 수 있다. 상기 베이스 부재(350)의 관통홀을 상기 플런저(330)의 삽입을 위한 홀일 수 있다. 상기 베이스 부재(350)는 상기 커버부(305) 및 상기 커버부(305) 내에 배치된 구성들 예컨대 상기 코일부(310) 및 코어(320) 등을 지지할 수 있다.
상기 가이드 부재(360)는 상기 베이스 부재(350) 상에 배치될 수 있다. 상기 가이드 부재(360)는 수직 방향(z축 방향)으로 연장하는 연장부(미도시)를 포함하며, 상기 연장부는 상기 코일부(310) 및 상기 플런저(330) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 상기 가이드 부재(360)의 일부(연장부)는 상기 코일부(310)의 중공, 예컨대 상기 보빈(311)의 중공 내에 삽입되어 배치될 수 있다.
상기 가이드 부재(360)는 중공을 포함할 수 있다. 상기 중공은 상기 가이드 부재(360)의 연장부에 형성될 수 있다. 상기 중공은 상기 플런저(330)의 삽입을 위한 홀일 수 있다. 상기 가이드 부재(360)는 상기 플런저(330)의 이동을 가이드할 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재(360)는 지지부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지부는 상기 연장부의 하부 끝단에서 수평 방향으로 연장할 수 있다. 상기 지지부는 상기 코일부(310) 및 상기 베이스 부재(350) 사이에 배치될 수 있다. 상기 지지부는 상기 플런저(330)의 이동 시 상기 가이드 부재(360)가 설정된 위치에 배치될 수 있도록 지지할 수 있다.
상기 솔레노이드 구동부(300)는 댐퍼(370)를 더 포함할 수 있다. 상기 댐퍼(370)는 충격 및 소음을 방지 또는 저감할 수 있는 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 댐퍼(370)는 수지 또는 고무 등 탄성을 가지는 재질을 포함할 수 있다.
상기 댐퍼(370)는 상기 플런저(330)와 상기 베이스 부재(350) 사이에 배치될 수 있다. 상기 댐퍼(370)는 상기 플런저(330)의 하단 외주면 상에 배치될 수 있다. 상기 댐퍼(370)는 상기 플런저(330) 이동 시 상기 플런저(330)와 상기 베이스 부재(350) 사이에 발생하는 충격, 소음을 방지 또는 최소화할 수 있다.
예를 들어, 상기 코일부(310)에 전원이 인가되어 자기장이 형성되면 상기 코어(320)는 자화될 수 있다. 이때, 상기 플런저(330)는 상기 코어(320)와의 인력에 의해 상기 코어(320) 방향으로 이동하게 되고 이 과정에 상기 플런저(330)가 상기 베이스 부재(350)와 맞닿으며 소음이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해 상기 플런저(330) 상에는 상기 댐퍼(370)가 배치될 수 있다. 따라서, 상기 플런저(330)가 상기 코어(320)와의 인력에 의해 이동할 경우, 상기 베이스 부재(350)는 상기 댐퍼(370)와 접촉할 수 있고, 상기 베이스 부재(350)와 상기 플런저(330) 사이의 소음 및 충격을 방지 또는 최소화할 수 있다.
또한, 상기 솔레노이드 구동부(300)는 가이드 필름(380)을 더 포함할 수 있다. 상기 가이드 필름(380)은 상기 플런저(330) 및 상기 가이드 부재(360) 사이에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 가이드 필름(380)은 상기 플런저(330) 및 상기 가이드 부재(360)의 연장부 사이에 배치될 수 있다. 상기 가이드 필름(380)은 상기 플런저(330)와 상기 가이드 부재(360) 사이의 얼라인(align) 특성 및 밀착 특성을 개선할 수 있다.
상기 커버 부재(400)는 상기 하우징(100) 상에 배치될 수 있다. 상기 커버 부재(400)는 오픈된 하부 영역을 포함하고, 내부에 수용 공간을 포함할 수 있다. 상기 솔레노이드 구동부(300)는 상기 커버 부재(400)의 하부 영역을 통해 삽입되어 상기 수용 공간 내에 배치될 수 있다.
상기 커버 부재(400)는 소정의 강도를 가지며 외부 환경에 대한 신뢰성이 우수한 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 커버 부재(400)는 금속, 세라믹 및 수지 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 커버 부재(400)가 수지 재질을 포함할 경우 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 부재(400)는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene) 수지, 폴리올레핀(Polyolefine) 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate) 수지, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) 수지, TPU(Thermoplastic Urethane) 수지, 폴리아미드(Polyamide) 수지, PPA(Polyphthalamide) 수지, PPS(Polyphenylene sulfide) 수지, PEEK(Polyether ether ketone) 수지 및 LCP(Liquid Crystral Polymer) 수지 중 적어도 하나의 수지 재질을 포함할 수 있다.
상기 커버 부재(400)는 상기 하우징(100)과 결합할 수 있다. 상기 커버 부재(400)는 상기 다이어프램(200) 및 상기 솔레노이드 구동부(300)를 설정된 위치에 고정함과 동시에 상기 구성들(200, 300)이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 하우징(100)은 상면 상에 형성되는 적어도 하나의 제3 홈(h3)을 포함하고, 상기 커버 부재(400)는 상기 제3 홈(h3)과 대응되는 적어도 하나의 제4 홈(h4)을 포함할 수 있다. 상기 제3 홈(h3) 및 상기 제4 홈(h4)은 서로 중첩되는 위치에 배치되며 서로 대응되는 개수로 제공될 수 있다.
즉, 상기 제3 홈(h3) 및 상기 제4 홈(h4)은 체결 부재(미도시)의 삽입을 위한 홈일 수 있다. 일례로, 상기 제3 홈(h3) 및 상기 제4 홈(h4)은 내주면에 패턴홈이 형성된 암나사 형태로 제공될 수 있고, 상기 체결 부재는 수나사 형태로 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 하우징(100) 및 상기 커버 부재(400)는 상기 체결 부재의 나사 결합에 의해 서로 결합할 수 있다. 또한, 상기와 같이 나사 결합하는 과정에 상기 하우징(100)의 상면 상에 배치된 상기 다이어프램(200)의 끝단은 탄성 변형할 수 있다. 이에 따라, 상기 하우징(100)의 제1 오픈 영역은 효과적으로 차폐될 수 있다.
즉, 상기 커버 부재(400)는 상기 다이어프램(200) 및 상기 솔레노이드 구동부(300)가 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 다이어프램(200) 및 상기 솔레노이드 구동부(300)는 우수한 신뢰성을 가짐과 동시에 설정된 위치에 고정되어 상기 제1 연결부(131)를 정밀하게 개폐할 수 있다.
상기 발열부(500)는 상기 하우징(100) 내에 배치될 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 연결부(130)와 인접하게 배치될 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 하우징(100)과 직접 접촉할 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 연결부(130)에 열 에너지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 발열부(500)는 상기 제1 연결부(131)와 인접하게 배치되며, 상기 제1 연결부(131)에 열 에너지를 제공할 수 있다. 또한, 상기 발열부(500)의 일부는 상기 제2 연결부(132) 및/또는 상기 제3 연결부(133)와 인접하게 배치되어 상기 영역에 열 에너지를 제공할 수 있다. 상기 발열부(500)에 대한 설명은 후술할 도면을 이용하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 하우징(100) 및 상기 커버 부재(400) 사이에는 밀봉 부재(미도시)가 더 배치될 수 있다. 상기 밀봉 부재는 오링(O-ring) 형상을 가질 수 있다. 상기 밀봉 부재는 탄성이 있는 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 밀봉 부재는 NBR(Nitrile Butadiene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene), FPM(Fluorinated Rubber), 실리콘 등과 같은 수지 재질, 탄성이 있는 고무 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 밀봉 부재는 상기 하우징(100)과 상기 커버 부재(400)가 결합하는 과정에 탄성 변형할 수 있다. 이에 따라, 외부 이물질이 상기 하우징(100)과 상기 커버 부재(400) 사이의 영역을 통해 상기 통합 배출 밸브(1000) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 상기 하우징(100) 내부의 유체, 예컨대 수소 가스가 상기 사이 영역을 통해 상기 통합 배출 밸브(1000) 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 발열부의 사시도이고, 도 8은 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브에서 발열부의 분해 사시도이다. 또한, 도 9는 실시예에 따른 발열부에서 발열부재의 사시도이고, 도 10은 도 7에 도시된 제1 전극의 A-A'단면을 도시한 단면도이다. 또한, 도 11은 도 10의 상면도이고, 도 12는 도 7의 A-A'단면에 대한 상면도이다. 또한, 도 13 및 도 14는 실시예에 따른 발열부와 연결부의 관계를 도시한 연료전지용 통합 배출 밸브의 하면도 및 일측면도이다.
도 7 내지 도 14를 참조하면, 상기 하우징(100) 내에는 발열부(500)가 배치될 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 연결부(130)와 인접하게 배치될 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 하우징(100) 내에서 배치된 영역의 표면(하우징(100)의 표면)과 직접 접촉할 수 있다. 상기 발열부(500)는 접촉하는 상기 하우징(100)의 표면을 통해 상기 제1 연결부(131)에 열 에너지를 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 발열부(500)는 상기 제1 연결부(131)와 인접하게 배치될 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 제1 연결부(131)의 둘레에 배치될 수 있다, 일례로, 상기 발열부(500)는 상부 또는 하부 형상이 "ㄷ'자 형상으로 상기 제1 연결부(131)의 둘레 일부를 감싸며 배치될 수 있다.
또한, 상기 발열부(500)의 일부 영역은 상기 제2 연결부(132) 및 상기 제3 연결부(133)와도 인접하게 배치될 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 제2 연결부(132) 및 상기 제3 연결부(133)와 대응되는 영역의 표면(하우징(100)의 표면)과 직접 접촉할 수 있다. 상기 발열부(500)는 접촉하는 상기 하우징(100)의 표면을 통해 상기 제2 연결부(132) 및 상기 제3 연결부(133)에 열 에너지를 제공할 수 있다.
상기 발열부(500)는 제1 전극(510), 제2 전극(520) 및 발열소자(550)를 포함할 수 있다.
상기 발열소자(550)는 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(520) 사이에 배치되며 인가되는 전원에 의해 발열할 수 있다. 상기 발열소자(550)는 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 발열소자(550)는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자를 포함할 수 있다.
상기 발열소자(550)는 설정된 너비를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 발열소자(550)는 제1 방향 너비로 정의되는 제1 너비(d1)를 가질 수 있고, 제3 방향 너비로 정의되는 제2 너비(d2)를 가질 수 있다. 또한, 상기 발열소자(550)는 두께(제2 방향)로 정의되는 제1 두께(W1)를 가질 수 있다. 이때, 상기 제1 너비(d1)는 상기 제1 연결부(131)의 제1 방향 너비보다 클 수 있다. 또한, 상기 제2 너비(d2)는 상기 제1 연결부(131)의 제3 방향 길이보다 짧을 수 있다.
상기 발열소자(550)는 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(520) 사이에 하나 또는 복수개로 제공될 수 있다. 일례로, 상기 발열소자(550)는 수평 방향, 일례로 제2 방향(y축 방향)으로 마주하는 제1 발열소자(551) 및 제2 발열소자(552)를 포함할 수 있다.
상기 제1 발열소자(551)는 상기 제1 연결부(131)의 일측과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 발열소자(552)는 상기 제1 연결부(131)의 일측과 반대되는 타측과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 제1 발열소자(551) 및 상기 제2 발열소자(552)는 상기 제1 연결부(131)를 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.
상기 제1 발열소자(551) 및 상기 제2 발열소자(552)는 서로 대응되는 형상, 크기를 가질 수 있다. 상기 제1 발열소자(551) 및 상기 제2 발열소자(552)는 설정된 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 발열소자(551) 및 상기 제2 발열소자(552)는 인가되는 신호에 의해 동시에 발열하거나, 선택적으로 발열할 수 있다.
상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(520)은 전도성 재질을 포함하며 상기 발열소자(550)에 전원을 인가할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(520)은 열 전도성이 우수한 재질을 포함하여 상기 발열소자(550)로부터 방출된 열 에너지를 인접하거나 직접 접촉하는 구성에 제공할 수 있다. 일례로, 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(520)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 스테인리스 스틸(SUS), 인청동, Cu-Ti 합금, Cu-Be 합금, 양백, 황동 및 Cu-Ni-Si 중 적어도 하나의 금속 재질을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(510)은 상기 하우징(100)과 접할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(510)은 상기 하우징(100)의 내부 표면과 직접 접촉할 수 있다. 상기 제1 전극(510)은 상기 제1 연결부(131)와 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 제1 전극(510)은 상기 제1 연결부(131)의 둘레 일부를 감싸는 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극(510)은 제1 방향(x축 방향)으로 연장하는 제1-1 전극(511), 상기 제1-1 전극(511)과 제2 방향(y축 방향)으로 마주하는 제1-2 전극(512)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(510)은 상기 제1-1 전극(511) 및 상기 제1-2 전극(512) 사이를 연결하는 제1-3 전극(513)을 포함할 수 있다. 상기 제1-3 전극(513)은 상기 제1-1 전극(511) 및 상기 제1-2 전극(512) 각각의 일 끝단을 연결하는 전극으로 제2 방향(y축 방향)으로 연장할 수 있다.
즉, 상기 제1 전극(510)은 수평 단면 형상이 "ㄷ"자 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1-1 전극(511) 및 상기 제1-2 전극(512)의 제1 방향 너비는 상기 제1 연결부(131)의 제1 방향 너비보다 클 수 있다. 또한, 상기 제1-3 전극(513)의 제2 방향 너비는 상기 제1 연결부(131)의 제2 방향 너비보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 연결부(131)는 상기 제1-1 전극(511), 상기 제1-2 전극(512) 및 상기 제1-3 전극(513) 사이 영역에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(510)은 상기 제1-4 전극(514)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1-4 전극(514)은 상기 제1-3 전극(513)의 상단에서 상기 제1 방향(x축 방향)으로 연장할 수 있다. 상기 제1-4 전극(514)은 상기 제2 연결부(132) 및 상기 제3 연결부(133)와 대응되는 영역에 위치할 수 있다. 자세하게, 상기 제1-4 전극(514)은 상기 제2 서브 연결부(132b) 및 상기 제3 연결부(133)와 수직 방향(z축 방향)으로 중첩되는 영역에 위치할 수 있다. 이때, 상기 제1-4 전극(514)의 제2 방향(y축 방향) 너비는 상기 제2 서브 연결부(132b)의 제2 방향 너비보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 발열부(500)에서 발생한 열은 상기 제1-4 전극(514)은 넓은 면적을 통해 상기 제3 연결부(133) 및 상기 제2 서브 연결부(132b)에 제공할 수 있어, 상기 영역에 결빙이 발생할 경우 효과적으로 해빙할 수 있다.
상기 제1 전극(510)은 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 상기 복수의 돌출부(570)는 상기 제2 전극(520)과 마주하는 상기 제1 전극(510)의 일면 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 돌출부(570)는 상기 발열소자(550)와 마주하는 상기 제1-1 전극(511)의 일면, 상기 제1-2 전극(512)의 일면 상에 각각 복수개가 형성될 수 있다. 상기 돌출부(570)는 상기 제1-1 전극(511)의 일면, 상기 제1-2 전극(512)의 일면 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 즉, 복수의 돌출부(570)는 상기 발열소자(550)의 중심과 제2 방향(y축 방향)으로 오버랩되지 않는 영역에 배치될 수 있다. 일례로, 상기 제1-1 전극(511) 및 상기 제1-2 전극(512) 각각의 일면 상에는 최소 4개의 돌출부(570)가 배치될 수 있고, 상기 돌출부(570)는 상기 발열소자(550)의 가장자리 영역과 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 돌출부(570)는 상기 발열소자(550)의 모서리 영역과 대응되거나 인접하게 배치될 수 있다.
상기 돌출부(570)는 제1 방향(x축 방향) 너비로 정의하는 제3 너비(d3), 제3 방향 너비(z축 방향) 너비로 정의하는 제4 너비(d4)를 포함할 수 있다. 상기 제3 너비(d3)는 상기 제1-1 전극(511), 상기 제1-2 전극(512)의 제1 방향 너비의 약 5% 내지 약 30%일 수 있다. 또한, 상기 제4 너비(d4)는 상기 제1-1 전극(511) 및 상기 제1-2 전극(512)의 제3 방향 너비의 약 5% 내지 약 30%일 수 있다.
상기 제3 너비(d3) 및 상기 제4 너비(d4) 각각이 약 5% 미만인 경우, 상기 제1 전극(510) 및 상기 제2 전극(520) 사이에 배치되는 상기 발열소자(550)를 효과적으로 지지하기 어려울 수 있다. 또한, 상기 제3 너비(d3) 및 상기 제4 너비(d4) 각각이 약 30%를 초과할 경우, 상기 발열소자(550)와 접촉하는 상기 제1 전극(510)의 면적이 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극(510)으로 방출되는 열의 양이 증가하여 상기 제1 연결부(131)를 해빙하기에 보다 긴 시간이 요구될 수 있다.
또한, 상기 복수의 돌출부(570)는 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 복수의 돌출부(570)는 상기 제1-1 전극(511), 상기 제1-2 전극(512) 각각의 일면 상에서 제1 방향 및 제3 방향으로 이격될 수 있다. 이때, 제1 방향으로 이격된 복수의 돌출부(570) 사이의 간격(d5)은 상기 돌출부(570)의 제1 방향 너비(d3)보다 클 수 있다. 또한, 제3 방향으로 이격된 복수의 돌출부(570) 사이의 간격(d6)은 상기 돌출부(570)의 제3 방향 너비(d4)보다 클 수 있다.
상기 복수의 돌출부(570)는 상기 제1-1 전극(511) 및 상기 제1-2 전극(512) 각각의 일면 상에서 돌출된 형태를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 돌출부는 각각의 일면 상에서 상기 발열소자(550)를 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 제1-1 전극(511) 상에 형성된 복수의 돌출부(570)는 상기 제1 발열소자(551)를 향해 돌출된 형태를 가질 수 있고, 상기 제1-2 전극(512) 상에 형성된 복수의 돌출부(570)는 상기 제2 발열소자(552)를 향해 돌출된 형태를 가질 수 있다. 상기 복수의 돌출부(570)는 상기 발열소자(550)를 향해 제1 높이(h1)로 정의되는 높이(y축 방향)만큼 돌출될 수 있다.
상기 복수의 돌출부(570)는 상기 제1-1 전극(511), 상기 제1-2 전극(512) 각각의 일면에 대해 설정된 경사각(θ)을 가지는 경사면을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 돌출부(570)의 경사각(θ)은 약 25도 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 돌출부(570)의 경사각(θ)은 약 20도 이하일 수 있다. 상기 돌출부(570)의 경사각(θ)이 약 25도를 초과할 경우, 상기 돌출부(570)와 접촉하는 상기 발열소자(550) 영역에 응력이 집중될 수 있다. 이에 따라, 상기 발열소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 돌출부(570)와 상기 발열소자(550) 사이의 접촉 면적이 줄어들어 전기적 저항 특성이 증가할 수 있다. 바람직하게, 상기 돌출부(570)의 경사각(θ)은 상기 발열소자(550)의 신뢰성, 전기적 특성 등을 고려하여 약 15도 이하일 수 있다.
상기 제1 전극(510)은 상기 발열소자(550)와 접할 수 있다. 상기 제1 전극(510)은 상기 돌출부(570)를 매개로 상기 발열소자(550)와 접할 수 있다. 자세하게, 상기 제1 전극(510) 중 상기 돌출부(570)는 상기 발열소자(550)와 직접 접촉할 수 있고, 상기 돌출부(570)가 형성된 일면은 상기 발열소자(550)와 이격될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 전극(510)과 상기 발열소자(550) 사이에는 에어 갭(g1)이 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제1-1 전극(511) 상에 형성된 돌출부(570)에 의해 이격된 상기 제1-1 전극(511)의 일면과 상기 제1 발열소자(551) 사이에는 상기 에어 갭(g1)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1-2 전극(512) 상에 형성된 돌출부(570)에 의해 이격된 상기 제1-2 전극(512)의 일면과 상기 제2 발열소자(552) 사이에는 상기 에어 갭(g1)이 형성될 수 있다.
상기 에어 갭(g1)은 설정된 높이를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 에어 갭(g1)의 높이(y축 방향)는 상기 제1 높이(h1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 에어 갭(g1)의 높이는 약 0.6mm 이하일 수 있다. 자세하게, 상기 에어 갭(g1)의 높이는 약 0.1mm 내지 0.55mm일 수 있다.
상기 에어 갭(g1)의 높이가 약 0.1mm 미만인 경우, 상기 에어 갭(g1)에 의해 상기 발열소자(550)에서 방출된 열의 손실을 방지하는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 에어 갭(g1)의 높이가 약 0.6mm를 초과할 경우, 상기 발열부(500)의 전체 부피가 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 에어 갭(g1)의 높이는 상술한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 제2 전극(520)은 상기 제1 전극(510) 및 상기 제1 연결부(131) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(520)은 상기 제1 전극(510)과 이격되며 상기 제1 전극보다 상기 제1 연결부(131)와 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제2 전극(520)은 상기 하우징(100)과 접할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(520)은 상기 하우징(100)의 내부 표면과 직접 접촉할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(520)은 상기 발열소자(550)와 접할 수 있다. 상기 제2 전극(520)은 상기 제1 전극(510)보다 넓은 면적으로 상기 발열소자(550)와 접할 수 있다. 이에 따라, 상기 발열소자(550)에서 방출된 열은 상기 제1 전극(510)보다 상기 제2 전극(520)에 보다 많이 제공될 수 있다.
상기 제2 전극(520)은 상기 제1 연결부(131)와 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(520)은 상기 제1 연결부(131)의 둘레 일부를 감싸는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(520)은 제1 방향(x축 방향)으로 연장하는 제2-1 전극(521), 상기 제2-1 전극(521)과 제2 방향(y축 방향)으로 마주하는 제1-2 전극(512)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2-1 전극(521)은 상기 제1-1 전극(511)과 제2 방향으로 마주하고, 상기 제2-2 전극(522)은 상기 제1-2 전극(512)과 제2 방향으로 마주하며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(520)은 상기 제2-1 전극(521) 및 상기 제2-2 전극 사이를 연결하는 제2-3 전극(523)을 포함할 수 있다. 상기 제2-3 전극(523)은 상기 제2-1 전극(521) 및 상기 제2-2 전극(522) 각각의 일 끝단을 연결하는 전극으로 제2 방향(y축 방향)으로 연장할 수 있다. 이때, 상기 제2-3 전극(523)은 상기 제1-3 전극(513)와 제1 방향(x축 방향)으로 마주할 수 있다.
즉, 상기 제2 전극(520)은 수평 단면 형상이 "ㄷ"자 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제2-1 전극(521) 및 상기 제2-2 전극(522)의 제1 방향 너비는 상기 제1 연결부(131)의 제1 방향 너비보다 클 수 있고, 상기 제1-1 전극(511) 및 상기 제1-2 전극(512)의 제1 방향 너비보다 작을 수 있다. 또한, 상기 제2-3 전극(523)의 제2 방향 너비는 상기 제1 연결부(131)의 제2 방향 너비보다 클 수 있고, 상기 제1-3 전극(513)의 제2 방향 너비보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 연결부(131)는 상기 제2-1 전극(521), 상기 제2-2 전극(522) 및 상기 제2-3 전극(523) 사이 영역에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제2 전극(520)은 복수의 리세스(560)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 리세스(560)는 상기 발열소자(550)와 마주하는 상기 제2 전극(520)의 일면 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 복수의 리세스(560)는 상기 발열소자(550)와 마주하는 제2-1 전극(521)의 일면, 상기 제2-2 전극(522)의 일면 상에 각각 배치될 수 있다.
상기 복수의 리세스(560)는 상기 일면에서 상기 일면과 반대되는 타면 방향으로 오목한 형태로 제공될 수 있다. 자세하게, 상기 제2-1 전극(521) 상에 형성된 상기 리세스(560)는 상기 제2-1 전극(521)의 일면에서 상기 제2-2 전극(522) 방향으로 오목할 수 있다. 또한, 상기 제2-2 전극(522) 상에 형성된 상기 리세스(560)는 상기 제2-2 전극(522)의 일면에서 상기 제2-1 전극(521) 방향으로 오목할 수 있다.
상기 복수의 리세스(560)는 상기 제1 전극(510) 및 상기 발열소자(550)의 접착 특성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(510) 및 상기 발열소자(550) 사이에는 두 구성의 물리적 결합을 위한 접착제(미도시)가 배치될 수 있다. 이때, 상기 접착제는 상기 복수의 리세스(560)에 의해 접착 면적이 증가될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(510)의 표면에 복수의 리세스(560)가 형성됨에 따라, 상기 접착제의 도포양을 제어할 수 있다.
상기 복수의 리세스(560)는 상기 발열소자(550)를 부착하는 과정에 상기 발열소자(550)의 정렬 키(align key) 역할을 수행할 수 있다. 또한, 접착제 도포 시 상기 복수의 리세스(560)에 의해 접착제의 제공 위치 및 적절한 공급량을 효과적으로 제어할 수 있다. 또한, 상기 복수의 리세스(560)는 제1 전극(510)과 상기 발열소자(550) 사이에서 상기 접착제가 충분히 공급될 수 있는 공간을 제공할 수 있고, 이로 인해 상기 접착제는 증가된 접착 면적, 접착력을 가질 수 있다.
실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)는 하나의 밸브를 이용하여 수소 퍼지 및 반응에 의해 형성된 물을 배출할 수 있다. 예를 들어, 상기 통합 배출 밸브(1000)는 수소 퍼지가 요구되면 상기 연결부(130) 내의 수소가 퍼지될 수 있다. 또한, 상기 연결부(130) 내에 반응에 의해 형성된 물이 수용되면 상기 다이어프램(200)을 개방하여 물을 배출할 수 있다. 이에 따라, 상기 통합 배출 밸브(1000)는 종래의 수소 퍼지 밸브, 워터 트랩, 수위 감지 센서 등의 구성을 생략할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)는 하나의 밸브로 제공되어 보다 작은 부피 및 경량으로 제공할 수 있으며, 부품수 감소 등을 통해 원가 절감 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)는 수지 재질로 제공되어 다양한 형태를 가질 수 있고, 상기 발열부(500)를 상기 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)의 내측 다양한 영역, 예컨대 결빙 가능성이 큰 연결부(130)와 인접하게 배치할 수 있어 설계의 자유도를 극대화할 수 있다.
또한, 상기 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)에서 유체가 유동하는 영역에는 소수성 재질의 코팅층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 통합 배출 밸브(1000)에 유입된 물, 가스가 결빙되는 것을 방지할 수 있어, 상기 통합 배출 밸브(1000)가 결빙에 의해 오작동 및 미작동 하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)는 하우징(100) 내부에 배치되는 발열부(500)를 포함할 수 있다. 상기 발열부(500)는 상기 연결부(130)와 인접하게 배치되어 상기 연결부(130)에 효과적으로 열을 제공할 수 있다.
특히, 실시예에 따른 발열부(500)에서 제1-1 전극(511) 및 제1-2 전극(512)의 일면 상에 최소 4개 이상 돌출부(570)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 돌출부(570)는 상술한 제1 및 제3 방향 너비(d3, d4), 상기 돌출부(570)들 사이의 간격(d5, d5), 경사각(θ)을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 돌출부(570)는 상기 발열소자(550)에 최소 1kgf의 하중을 인가할 수 있어 상기 발열소자(550)를 효과적으로 지지할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(510)과 상기 발열소자(550) 사이에 에어 갭(g1)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 발열소자(550)에서 발생한 열이 상기 제1 전극(510) 및 상기 제1 전극(510) 방향으로 이동하는 것을 최소화할 수 있고, 보다 많은 양의 열을 상기 제2 전극(520)으로 유도할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 발열소자(550)는 상기 제1 전극(510)보다 상기 제1 연결부(131)와 인접한 상기 제2 전극(520)에 많은 양의 열 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 제1 연결부(131)에 결빙이 발생할 경우 상기 제1 연결부(131)에 열을 집중적으로 제공할 수 있어 단시간내에 결빙 영역을 해빙할 수 있으며, 잔류한 물, 가스 등의 결빙으로 인해 상기 통합 배출 밸브(1000)가 오작동 또는 미작동하는 것을 방지할 수 있다.
도 15는 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브가 적용된 차량의 사시도이다.
도 15를 참조하면, 실시예에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)는 배출 장치(미도시)에 적용될 수 있다. 상기 배출 장치는 상술한 연료전지 스택, 상기 통합 배출 밸브(1000), 상기 스택과 상기 통합 배출 밸브(1000)의 유입구(110)를 연결하는 제1 배관(미도시), 상기 통합 배출 밸브(1000)의 배출구(120)로부터 연장되는 제2 배관(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 스택으로부터 수소, 물 등의 유체는 상기 제1 배관을 통해 상기 연료전지용 통합 배출 밸브(1000)에 제공될 수 있고, 상기 유체는 상기 제2 배관을 통해 상기 배출 장치 외부로 배출될 수 있다. 상기 배출 장치는 도 15와 같이 차량(2000) 뿐만 아니라 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 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 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 수소 연료전지의 스택과 연결되며 상기 스택으로부터 배출되는 유체가 유입되는 유입구 및 상기 유체를 배출하는 배출구를 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되고, 상기 유입구 및 상기 배출구 사이에 배치되는 연결부;
    상기 연결부 상에 배치되며 상기 연결부를 개폐하는 다이어프램;
    상기 다이어프램을 제어하는 솔레노이드 구동부; 및
    상기 하우징 내에 배치되는 발열부;를 포함하고,
    상기 연결부는 상기 유입구 및 상기 다이어프램 사이에 배치되는 제1 연결부를 포함하고,
    상기 발열부는,
    상기 제1 연결부와 인접하게 배치되는 제1 전극과 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 발열소자;를 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 제2 전극에 비해 상기 제1 연결부와 더 이격되어 배치되며,
    상기 제1 전극은 상기 발열소자와 마주하는 일면으로부터 돌출된 복수의 돌출부를 포함하는, 연료전지용 통합 배출 밸브.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부는 상기 발열소자와 직접 접촉하고,
    상기 돌출부에 의해 이격된 상기 제1 전극과 상기 발열소자 사이에 에어 갭(air gap)이 배치되는, 연료전지용 통합 배출 밸브.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 돌출부는 상기 제1 전극의 일면에 대해 경사진 경사면을 포함하는 연료전지용 통합 배출 밸브.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 발열소자 및 상기 하우징과 직접 접촉하고,
    상기 발열소자와 접하는 상기 제2 전극의 접촉 면적은 상기 발열소자와 접하는 상기 제1 전극의 접촉 면적보다 큰 연료전지용 통합 배출 밸브.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 발열소자와 마주하는 일면 상에 배치되는 복수의 리세스를 포함하는,
    연료전지용 통합 배출 밸브.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 배출구 및 상기 다이어프램 사이에 배치되는 제2 연결부; 및
    상기 제1 및 제2 연결부 사이에 배치되는 제3 연결부를 포함하고,
    상기 다이어프램은 상기 제1 연결부의 끝단을 선택적으로 개폐하는 연료전지용 통합 배출 밸브.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 연료전지용 통합 배출 밸브를 포함하는 배출 장치.
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