KR20230066773A - 밸브 장치 및 이를 포함하는 수소 공급 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면 유체가 유통되는 유통공간이 형성되고, 유통공간으로 유체가 유통되는 유입로와 유출로가 형성된 코어부가 마련되며, 코어부 외측으로 고정자가 마련된 밸브바디; 밸브바디의 유통공간에 이동 가능하게 마련되고, 유통공간에 연통되는 가이드홀이 형성된 밸브부재; 및 코어부의 유통공간에는 고정자에 의해 이동되어 밸브부재에 선택적으로 접촉됨에 따라 밸브부재의 가이드홀을 개폐시켜 유체가 가이드홀을 통해 선택적으로 유통되도록 하며, 이동방향으로 코어부와 마주하는 일측단부 및 밸브부재와 마주하는 타측단부에 각각 사출성형에 의해 일체로 제조된 스토퍼부가 마련된 이동자;를 포함하는 하는 밸브 장치가 소개된다.
Description
본 발명은 밸브를 통해 유체의 유통을 선택적으로 허용하며, 밸브 작동시 충격 발생이 저감되도록 하는 밸브 장치 및 이를 포함하는 수소 공급 장치에 관한 것이다.
전기모빌리티는 모빌리티의 구동 에너지를 기존의 모빌리티와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 모빌리티이다. 전기모빌리티는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 그 개발이 다시 가속화되고 있다.
특히, 친환경적인 전기모빌리티에 전기에너지를 제공하기 위해 연료전지가 적용되며, 연료전지는 고효율의 청정 에너지원으로서 점차 그 사용 영역이 확대되어 가고 있다.
이러한 연료전지 중 고분자 전해질 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)는 다른 형태의 연료전지에 비해 비교적 낮은 온도에서 작동하고 시동시간이 짧으며 부하 변화에 대한 빠른 응답 특성을 가지고 있다.
또한, 고분자 전해질 연료전지는 효율이 높고 전류밀도 및 출력밀도가 크다. 또한, 반응가스(수소 및 공기 중 산소)의 압력 변화에 덜 민감하며 다양한 범위의 출력을 낼 수 있다. 이런 이유로 무공해 모빌리티의 동력원, 자가 발전용, 이동용 및 군사용 전원 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
고분자 전해질막 연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응하여 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 공급된 수소가 애노드의 촉매에서 수소이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 전해질막을 통해 캐소드로 넘어가게 된다. 이때, 캐소드에 공급된 공기 중 산소는 외부 도선을 통해 캐소드로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.
한편, 실제 차량이나 드론에서 필요한 전위를 얻기 위해서는 필요한 전위만큼 단위 셀을 적층하여야 하며, 이렇게 단위 셀을 적층한 것을 스택(또는 연료전지 스택)이라 한다. 1 개의 단위 셀에서 발생하는 전위는 약1.2V로서, 다수의 셀을 직렬로 적층하여 부하에 필요한 전력을 공급하고 있다. 각 단위 셀은 막전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)를 포함하며, 막전극 접합체에서 수소이온이 전달되는 고분자 전해질막을 사이에 두고 양측으로 수소가 공급되는 애노드 전극과 공기(산소)가 공급되는 캐소드 전극이 구비된다. 또한 촉매층을 포함하는 애노드 전극 및 캐소드 전극의 바깥쪽에는 가스 확산층이 배치되며, 이러한 막전극 접합체와 반응가스 및 냉각수 유로가 형성된 분리판을 순차적으로 적층한 것이 연료전지 스택이다.
이러한 연료전지의 운용에 있어서, 수소가스의 안정적인 공급은 중요한 운용요소이다. 특히, 실제 차량이나 드론에서 연료전지는 복수개가 배치될 수 있으며, 각각의 연료전지로 일정 압력이 유지되는 수소가스의 균일한 공급이 요구된다.
이에 따라, 수소가스의 공급을 조절하는 밸브장치가 구비되는데, 밸브장치의 경우 수소가스가 충진된 상태에서 작동됨에 따라 작동되는 힘에 의해 충격 소음이 발생되는 문제가 있다.
이러한 밸브장치의 작동시 발생되는 충격은 소음 발생뿐만 아니라 밸브를 포함한 각 부품의 손상을 야기하는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 밸브를 통해 유체의 유통이 선택적으로 허용되며, 밸브 작동시 충격 발생이 저감되도록 하는 밸브 장치 및 이를 포함하는 수소 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 밸브 장치는 유체가 유통되는 유통공간이 형성되고, 유통공간으로 유체가 유통되는 유입로와 유출로가 형성된 코어부가 마련되며, 코어부 외측으로 고정자가 마련된 밸브바디; 밸브바디의 유통공간에 이동 가능하게 마련되고, 유통공간에 연통되는 가이드홀이 형성된 밸브부재; 및 코어부의 유통공간에는 고정자에 의해 이동되어 밸브부재에 선택적으로 접촉됨에 따라 밸브부재의 가이드홀을 개폐시켜 유체가 가이드홀을 통해 선택적으로 유통되도록 하며, 이동방향으로 코어부와 마주하는 일측단부 및 밸브부재와 마주하는 타측단부에 각각 사출성형에 의해 일체로 제조된 스토퍼부가 마련된 이동자;를 포함한다.
스토퍼부에는 이동자를 관통하며 일측단부의 스토퍼부와 타측단부의 스토퍼부를 연결하는 연결부가 포함될 수 있다.
연결부는 스토퍼부의 사출성형시 함께 형성되어 일측단부의 스토퍼부 및 타측단부의 스토퍼부 연결하여 이동자와 일체로 성형될 수 있다.
스토퍼부의 일측단부 또는 타측단부에는 외측으로 돌출된 볼록부가 형성될 수 있다.
유통공간에는 밸브바디의 이탈을 방지하는 걸림부가 구비되고, 밸브부재에는 가이드홀의 주변을 감싸도록 형성되되 걸림부와 매칭되는 부분까지 연장되어 유체의 씰링 및 걸림부에 접촉시 충격을 흡수하는 서포트부가 형성될 수 있다.
코어부와 이동자의 일측단부 사이에는 이격공간이 형성되고, 이동자에는 길이방향으로 슬릿홀이 관통되어 이격공간과 유통공간이 연통될 수 있다.
밸브부재의 외주면에는 걸림부에 걸리도록 연장된 날개부가 형성될 수 있다.
밸브부재는 가이드홀의 출구측인 타측단부에 서포트부가 형성되고, 서포트부는 가이드홀의 주변과 날개부의 일부 또는 전체를 감싸도록 형성될 수 있다.
밸브부재의 타측단부는 외측면을 이루는 테두리부와, 테두리부의 내측에서 가이드홀의 출구를 감싸는 단턱부와, 단턱부에서 일측으로 함몰되고 테두리부와 이격된 지지부로 이루어지며, 서포트부가 테두리부의 내측에서 단턱부 및 지지부의 측방에 채워질 수 있다.
단턱부의 외측면은 지지부측으로 갈수록 폭이 점차 좁아지도록 형성될 수 있다.
타측단부에는 테두리부와 지지부 사이에서 날개부의 위치까지 연장된 인서트유로가 형성되고, 인서트유로에서 날개부를 향해 관통된 인서트홀이 형성될 수 있다.
인서트홀은 테두리부를 관통하여 인서트유로를 통과 후 지지부의 외측면에 함몰되게 연장될 수 있다.
서포트부는 테두리부 및 단턱부보다 타측으로 더 길게 형성되어 밸브부재의 타측단부에서 타측으로 돌출될 수 있다.
밸브부재는 가이드홀의 입구측인 일측단부가 일측방향으로 돌출되게 형성될 수 있다.
본 발명의 밸브 장치를 포함하는 수소 공급 장치는 수소탱크가 연결되어 수소를 공급받는 입구부와 수소가 배출되며 연료스택가 연결되는 출구부가 구비된 하우징;을 포함하며, 밸브장치는 하우징에서 입구부에 연통되게 연결되어 수소의 유통을 선택적으로 허용할 수 있다.
하우징에는 밸브장치를 통과한 수소가 유통되도록 마련된 압력조절밸브;가 더 포함되고, 수소탱크에서 입구부를 통해 유입된 수소는 밸브장치를 통과 후 압력조절밸브에 의해 압력이 조절되어 출구부로 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 밸브 장치 및 이를 포함하는 수소 공급 장치는 밸브바디 내부에 상하방향으로 이동하는 이동자가 마련되고, 이동자의 상부 및 하부에 외부와 접촉하는 스토퍼가 마련되며 스토퍼는 이동자에 인서트 사출로서 성형되어 이동자와 일제로 형성됨에 따라 이동자와 스토퍼 사이의 체결성이 향상되고 종래의 이동자와 스토퍼의 조립공정을 삭제하여 조립성의 향상시키며 또한 제조원가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 밸브를 통해 유체의 유통이 선택적으로 허용되며, 밸브 작동시 충격 발생이 저감됨으로써 충격 소음이 감소되고 충격에 의한 부품 손상이 회피될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸브 장치를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 밸브 장치에 따른 유체 유통의 차단을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 밸브 장치에 따른 유체 유통의 허용을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 밸브부재를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 공급 장치를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 수소 공급 장치에 밸브 장치l 조립을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸브 장치를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 밸브 장치에 따른 유체 유통의 차단을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 밸브 장치에 따른 유체 유통의 허용을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 밸브부재를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 공급 장치를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 수소 공급 장치에 밸브 장치l 조립을 나타낸 도면.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 장치를 나타낸 단면도. 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 밸브 장치를 나타낸 단면도. 도 3은 도 2에 도시된 밸브 장치에 따른 유체 유통의 차단을 설명하기 위한 도면. 도 4는 도 2에 도시된 밸브 장치에 따른 유체 유통의 허용을 설명하기 위한 도면. 도 5는 본 발명에 따른 밸브부재(200)를 나타낸 도면. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 공급 장치를 나타낸 도면. 도 7은 본 발명에 따른 수소 공급 장치에 밸브 장치l 조립을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 밸브 장치 및 이를 포함하는 수소 공급 장치의 바람직한 실시예에 대해 알아보도록 한다.
본 발명에 따른 밸브 장치는 유체가 유통되는 유통공간이 형성되고, 유통공간으로 유체가 유통되는 유입로와 유출로가 형성된 코어부가 마련되며, 코어부 외측으로 고정자가 마련된 밸브바디(100); 밸브바디(100)의 유통공간에 이동 가능하게 마련되고, 유통공간에 연통되는 가이드홀(210)이 형성된 밸브부재(200); 및 코어부의 유통공간에는 고정자에 의해 이동되어 밸브부재(200)에 선택적으로 접촉됨에 따라 밸브부재(200)의 가이드홀(210)을 개폐시켜 유체가 가이드홀(210)을 통해 선택적으로 유통되도록 하며, 이동방향으로 코어부와 마주하는 일측단부(114-1) 및 밸브부재(200)와 마주하는 타측단부(114-2)에 각각 사출성형에 의해 일체로 제조된 스토퍼부(114a)가 마련된 이동자(114);를 포함한다.
이와 같이, 밸브바디(100)에는 유통공간(S1)이 형성되고, 유통공간(S1)에 밸브부재(200)가 이동되면서 밸브부재(200)의 위치에 따라 유체가 선택적으로 유통된다. 즉, 밸브부재(200)에는 가이드홀(210)이 형성되고, 이동자의 위치에 따라 가이드홀(210)이 개방 또는 폐쇄됨으로써, 밸브부재(200)의 위치에 따라 유통공간(S1)으로 유통된 유체가 밸브부재(200)의 가이드홀(210)을 통해 외부로 유통되는 것이다. 여기서, 유체는 수소가 될 수 있다.
특히, 유통공간(S1)에는 밸브바디(100)의 이탈을 방지하는 걸림부(113)가 구비되고, 밸브부재(200)에는 가이드홀(210)의 주변을 감싸도록 형성되되 걸림부(113)와 매칭되는 부분까지 연장되어 유체의 씰링 및 걸림부(113)에 접촉시 충격을 흡수하는 서포트부(220)가 형성된다.
즉, 밸브바디(100)에는 유통공간(S1)으로 연장된 걸림부(113)가 형성됨으로써, 유통공간(S1)에서 이동되는 밸브부재(200)가 걸림부(113)에 접촉시 이동이 제한된다. 이에 따라, 밸브부재(200)는 유통공간(S1)에서 이동되되 걸림부(113)가 형성된 위치까지만 이동이 제한됨으로써, 유통공간(S1)에서 이탈이 방지되고, 이동거리가 규제됨에 따라 이동위치에 따른 가이드홀(210)의 개방 또는 폐쇄 동작이 정확히 수행될 수 있다.
이렇게, 이동자(114)에는 일측단부(114-1)와 타측단부(114-2)에 각각 스토퍼가 구비됨으로써, 이동자(114)가 일측으로 이동되어 코어부(110)에 접촉시 일측단부(114-1)에 구비된 스토퍼부(114a)가 코어부(110)에 접촉됨에 따라 접촉 충격이 상쇄되고, 이동자(114)가 타측으로 이동되어 밸브부재(200)에 접촉시 타측단부(114-2)에 구비된 스토퍼부(114a)가 밸브부재(200)와 접촉됨에 따라 접촉 충격이 상쇄된다. 또한, 이동자(114)의 타측단부(114-2)에 구비된 스토퍼부(114a)의 경우 밸브부재(200)의 가이드홀(210)과 매칭됨에 따라, 이동자(114)가 밸브부재(200)에 접촉시 스토퍼부(114a)에 의해 가이드홀(210)이 폐쇄되어 유체의 유통이 제한된다.
이러한 각 스토퍼부(114a)는 고무 재질로 구성될 수 있으며, 이동자(114)의 일측단부(114-1)에 구비되는 스토퍼부(114a)는 이동자(114)의 일측단부(114-1)보다 돌출되게 형성될 수 있고, 이동자(114)의 타측단부(114-2)에 구비되는 스토퍼부(114a)는 밸브부재(200)에 대해 직선상 또는 오목하게 함몰되도록 형성되어 밸브부재(200)의 접촉시 가이드홀(210)의 폐쇄에 따른 기밀성능이 확보되도록 할 수 있다.
이에 따라, 밸브부재(200)는 가이드홀(210)의 입구측인 일측단부(200-1)가 일측방향으로 돌출되게 형성되어 이동자(114)의 타측단부(114-2)에 구비된 스토퍼부(114a)에 밀착됨에 따라 스토퍼부(114a)에 의한 가이드홀(210)의 기밀 성능이 향상되도록 할 수 있다.
상기 고무재질의 스토퍼부(114a)는 제조시 이동자(114)를 스토퍼부(114a)의 사출 성형 금형 내부에 삽입하고, 스토퍼부(114a)를 사출하여 제조할 수 있다.
이러한 인서트 사출을 통해 스토퍼부(114a)를 제조함에 따라 스토퍼부(114a)와 이동자(114)를 일체로 형성할 수 있으며, 종래의 제조 과정 중 이동자(114)에 스토퍼부(114a)의 결합 공정을 삭제함으로써 제조공정의 간소화 및 원가 절감의 효과가 있다.
이러한 스토퍼부(114a)에는 이동자(114)를 관통하며 일측단부(114-1)의 스토퍼부(114a)와 타측단부(114-2)의 스토퍼부(114a)를 연결하는 연결부(114a')가 포함될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 스토퍼부(114a)에는 이동자(114)를 관통하며 일측단부(114-1)의 스토퍼 부와 타측단부(114-2)의 스토퍼부(114a)를 연결하는 연결부(114a')가 형성되어 스토퍼부(114a)와 이동사 사이의 체결력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
연결부(114a')는 스토퍼부(114a)의 사출성형시 함께 형성되어 일측단부(114-1)의 스토퍼부(114a) 및 타측단부(114-2)의 스토퍼부(114a) 연결하여 이동자(114)와 일체로 성형될 수 있다.
이동자(114)에는 연결부(114a')가 관통되는 통로가 형성될 수 있으며, 이동자(114)가 사출 성형 금형 내부에 삽입된 이후 스토퍼부(114a)가 사출 성형시 동시에 연결부(114a')가 사출 성형되어 일측단부(114-1)의 스토퍼부(114a) 및 타측단부(114-2)의 스토퍼부(114a)를 연결하여 스토퍼부(114a)를 일체로 형성하게 되고, 이동자(114)와 스토퍼부(114a)의 체결력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
스토퍼부(114a)의 일측단부(114-1) 또는 타측단부(114-2)에는 외측으로 돌출된 볼록부(114a'')가 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 스토퍼부(114a)의 일측단부(114-1) 또는 타측단부(114-2)에는 외측으로 돌출된 돌출부가 형성될 수 있다. 스토퍼부(114a)는 루버(Rubber)재질이 사출 성형에 의해 제조될 수 있으며, 사출 성형시 스토퍼부(114a)가 이동부에 결합되는 부분보다 더 크게 사출물을 사출하고, 냉각시 발생되는 수축으로 인해 돌출부가 형성될 수 있다.
이를 통해 형성된 돌출부는 이동자(114)의 상하 방향으로 이동시 일측단부(114-1) 및 타측단부(114-2)가 외측과 접촉시 충격을 완화시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 코어부(110)와 이동자(114)의 일측단부(114-1) 사이에는 이격공간(S2)이 형성되고, 이동자(114)에는 길이방향으로 슬릿홀(114b)이 관통되어 이격공간(S2)과 유통공간(S1)이 연통될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 코어부(110)와 이동자(114)의 일측단부(114-1) 사이에는 이격공간(S2)이 형성된다. 여기서, 이동자(114)가 일측으로 완전히 이동되어도, 이동자(114)의 일측단부(114-1)에 구비된 스토퍼부(114a)에 의해 코어부(110)와 이동자(114) 사이가 이격되어 이격공간(S2)이 형성된다.
또한, 이동자(114)에는 길이방향으로 슬릿홀(114b)이 관통되어 이격공간(S2)과 유통공간(S1)이 연통된다. 이로 인해, 코어부(110)의 유입로(111)에서 유입된 유체가 유통공간(S1)에서 슬릿홀(114b)을 통과하여 이격공간(S2)에 유통됨으로써, 이격공간(S2)에 유체가 채워질 수 있다.
이처럼, 코어부(110)와 이동자(114)의 일측단부(114-1) 사이의 이격공간(S2)에도 유체가 유통됨으로써, 이동자(114)의 이동이 유체 압력에 의해 서포트되어 이동자(114)의 이동시 요구되는 자기력이 감소된다. 즉, 이동자(114)가 타측으로 이동되어 밸브부재(200)에 접촉됨에 따라 가이드홀(210)을 폐쇄시, 이동자(114)의 슬릿홀(114b)을 통해 이격공간(S2)에 유체가 채워져 이동자(114)가 타측으로 이동되는 힘이 서포트된다. 반대로, 이동자(114)가 일측으로 이동되어 밸브부재(200)로부터 이탈시, 밸브부재(200)의 가이드홀(210)이 개방되어 유체가 유통됨에 따라 이격공간(S2)에 체류된 유체도 함께 밸브부재(200)의 가이드홀(210)을 통해 배출됨으로써, 이동자(114)가 일측으로 이동되는 힘이 감소된다.
한편, 밸브부재(200)에 대해서 상세히 설명하면, 밸브부재(200)의 외주면에는 걸림부(113)에 걸리도록 연장된 날개부(230)가 형성된다.
즉, 밸브부재(200)는 타측으로 이동시 날개부(230)가 밸브바디(100)의 걸림부(113)에 걸림으로써, 유통공간(S1)에서 이탈이 방지되고 걸림부(113)가 형성된 위치까지 이동이 제한된다.
여기서, 코어부(110)는 밸브부재(200)가 일측 및 타측으로만 이동되도록 밸브부재(200)를 감싸도록 형성되되 밸브부재(200)의 날개부(230)에 해당되는 부분은 빈공간으로 형성하여 밸브부재(200)가 일측 및 타측으로 이동 가능하고 걸림부(113) 또는 코어부(110)에 접촉되는 위치까지만 이동이 제한된다.
본 발명의 일실시예에서는 이동자(114)가 이동되어 밸브부재(200)에 접촉시, 밸브부재(200)가 이동자(114)에 의해 가압되어 타측으로 이동되고, 날개부(230)가 걸림부(113)에 접촉되어 지지된다. 이로 인해, 이동자(114)가 밸브부재(200)의 가이드홀(210)을 폐쇄한 상태로 유지할 수 있다.
여기서, 본 발명의 밸브부재(200)는 가이드홀(210)의 출구측인 타측단부(200-2)에 서포트부(220)가 형성되고, 서포트부(220)는 가이드홀(210)의 주변과 날개부(230)의 일부 또는 전체를 감싸도록 형성됨으로써, 서포트부(220)가 걸림부(113)에 접촉됨에 따라 접촉 충격이 저감된다.
이처럼, 서포트부(220)는 밸브부재(200)의 타측단부(200-2)에서 형성되되 가이드홀(210)의 주변에서 날개부(230)의 타측면 일부 또는 전체를 감싸도록 연장됨에 따라 밸브부재(200)가 이동되어 날개부(230)와 걸림부(113)의 접촉시 서포트부(220)가 날개부(230)와 걸림부(113) 사이에 개재되어 충격을 흡수한다. 이로 인해, 밸브부재(200)가 걸림부(113)를 향해 이동시 서포트부(220)가 걸림부(113)에 접촉됨에 따라 충격이 상쇄됨과 더불어, 가이드홀(210)의 출구측 주변을 기밀하여 유체의 누출이 방지된다.
한편, 밸브부재(200)의 타측단부(200-2)는 외측면을 이루는 테두리부(241)와, 테두리부(241)의 내측에서 가이드홀(210)의 출구를 감싸는 단턱부(242)와, 단턱부(242)에서 일측으로 함몰되고 테두리부(241)와 이격된 지지부(243)로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 밸브부재(200)의 타측단부(200-2)는 외측면을 이루는 테두리부(241)의 내측으로 가이드홀(210)의 출구를 감싸는 단턱부(242)와 단턱부(242)에서 일측으로 함몰된 지지부(243)가 형성됨으로써, 테두리부(241)와 단턱부(242) 사이 및 테두리부(241)와 지지부(243) 사이로 서포트부(220)가 채워질 수 있다. 이렇게, 서포트부(220)가 테두리부(241)의 내측에서 단턱부(242) 및 지지부(243)의 측방에 채워짐으로써, 서포트부(220)는 측방 거동이 제한되고 결합 상태가 유지될 수 있다.
여기서, 단턱부(242)의 외측면은 지지부(243)측으로 갈수록 폭이 점차 좁아지도록 형성된다.
이처럼, 단턱부(242)는 외측면이 지지부(243)측으로 갈수록 폭이 좁아짐에 따라 경사지게 형성됨으로써, 테두리부(241)와 단턱부(242) 사이에 채워지는 서포트부(220)의 이탈이 방지된다. 즉, 서포트부(220)는 단턱부(242)의 측면을 감싸도록 형성됨에 따라, 단턱부(242)의 경사진 부분에 걸려 타측으로 이탈이 방지되고, 견고한 고정 상태가 유지될 수 있다.
한편, 밸브부재200의 타측단부(200-2)에는 테두리부(241)와 지지부(243) 사이에서 날개부(230)의 위치까지 연장된 인서트유로(244)가 형성되고, 인서트유로(244)에서 날개부(230)를 향해 관통된 인서트홀(245)이 형성된다.
인서트유로(244)와 인서트홀(245)은 밸브부재(200)의 타측단부(200-2)에 서포트부(220)를 성형하기 위한 것으로, 인서트유로(244)와 인서트홀(245)를 통해 서포트부(220)를 사출 성형할 수 있다.
이러한 인서트유로(244)는 밸브부재(200)의 타측단부(200-2)에서 테두리부(241)와 단턱부(242) 및 테두리부(241)와 지지부(243) 사이를 직선상으로 관통하도록 연장되며, 날개부(230)의 위치까지 연장된다. 이에 따라, 인서트유로(244)를 통해 서포트부(220)을 충진시, 서포트부(220)가 단턱부(242) 및 지지부(243)의 측면에 채워지도록 형성될 수 있다.
또한, 인서트홀(245)은 날개부(230)의 위치에서 테두리부(241)를 관통하여 인서트유로(244)에 연통된다. 이로 인해, 밸브부재(200)에 서포트부(220)를 성형시, 인서트홀(245)을 통해 날개부(230)까지 서포트부(220)가 연장되도록 형성될 수 있다.
여기서, 인서트홀(245)은 테두리부(241)를 관통하여 인서트유로(244)를 통과 후 지지부(243)의 외측면에 함몰되게 연장될 수 있다. 즉, 인서트홀(245)은 지지부(243)의 외측면에 함몰되도록 연장됨으로써 인서트홀(245)을 통해 충진되는 서포트부(220)가 지지부(243)의 외측면에 더욱 견고히 고정될 수 있다. 또한, 서포트부(220)는 인서트홀(245)을 통해 날개부(230)에서 지지부(243)의 외측면에 함몰되는 부분까지 연장됨에 따라, 충격흡수 성능이 향상된다.
한편, 서포트부(220)는 테두리부(241) 및 단턱부(242)보다 타측으로 더 길게 형성되어 밸브부재(200)의 타측단부(200-2)에서 타측으로 돌출된다. 이렇게, 서포트부(220)는 밸브부재(200)의 타측단부(200-2)에서 타측으로 돌출되도록 형성됨에 따라, 밸브부재(200)의 주변 부품에 대해 접촉시 서포트부(220)를 통한 기밀 성능이 확보된다. 또한, 서포트부(220)는 테두리부(241) 및 단턱부(242)보다 타측으로 더 길게 형성됨에 따라 가이드홀(210)의 주변을 감싸고, 주변 부품과 접촉시 서포트부(220)의 돌출된 부분이 밀착되어 기밀성능이 향상된다.
이처럼, 인서트유로(244) 및 인서트홀(245)을 통해 서포트부(220)를 사출 성형시, 인서트유로(244)를 통해 테두리부(241)의 내측으로 단턱부(242) 및 지지부(243)의 측면에 서포트부(220)가 채워짐과 더불어, 인서트홀(245)을 통해 날개부(230)의 타측면까지 서포트부(220)가 연장됨으로써, 서포트부(220)는 밸브부재(200)에 대해 견고히 결합되고, 가이드홀(210)의 주변을 감쌈에 따른 실링 기능 및 날개부(230)를 덮음에 따른 충격흡수 기능이 구현될 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 밸브장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 이동자(114)가 타측으로 이동되면, 이동자(114)에 구비된 스토퍼부(114a)가 밸브부재(200)에 접촉되고 스토퍼부(114a)가 가이드홀(210)을 폐쇄함에 따라 유체의 유통이 차단된다. 이때, 밸브부재(200)는 이동자(114)에 의해 하방으로 이동되되 날개부(230)를 감싸는 서포트부(220)가 밸브바디(100)의 걸림부(113)에 접촉됨에 따라 충격이 상쇄되고 그에 따른 충격 소음도 감소된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 이동자(114)가 일측으로 이동되면, 이동자(114)에 구비된 스토퍼부(114a)가 밸브부재(200)에서 이격됨에 따라 가이드홀(210)이 개방되어 가이드홀(210)을 통해 유체의 유통이 허용되는 동작 관계를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 밸브장치가 포함된 수소 공급 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 수소탱크(A1)가 연결되어 수소를 공급받는 입구부(310)와 수소가 배출되며 연료스택(A2)가 연결되는 출구부(320)가 구비된 하우징(300);을 포함하며, 밸브장치는 하우징(300)에서 입구부(310)에 연통되게 연결되어 수소의 유통을 선택적으로 허용한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(300)에는 입구부(310)측에 장착부(330)가 형성되고, 밸브장치를 장착부(330)에 탈착 가능하게 설치하여 밸브장치를 하우징(300)에 구성할 수 있다. 이때, 밸브장치는 조립성을 위해 볼팅 체결이 수행될 수 있으며, 밸브장치를 하우징(300)에 대해 탈착 가능하게 구성함에 따라 밸브장치의 정비성 및 조립성이 향상된다.
또한, 하우징(300)에는 밸브장치를 통과한 수소가 유통되도록 마련된 압력조절밸브(400);가 더 포함되고, 수소탱크(A1)에서 입구부(310)를 통해 유입된 수소는 밸브장치를 통과 후 압력조절밸브(400)에 의해 압력이 조절되어 출구부(320)로 배출된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 수소 공급 장치는 입구부(310)와 출구부(320)를 가지는 하우징(300)이 구비되며, 하우징(300)에는 밸브장치와 압력조절밸브(400)가 각각 설치된다.
여기서, 하우징(300)의 입구부(310)에는 수소탱크(A1)가 연결되어 수소탱크(A1)로부터 수소를 공급받고, 출구부(320)에는 연료스택(A2)이 연결되어 연료스택(A2)에 수소를 공급한다.
특히, 하우징(300)의 입구부(310)에는 본 발명에 따른 밸브장치가 설치되어 밸브부재(200)의 이동에 따라 수소의 유통이 선택적으로 허용된다.
또한, 하우징(300)의 출구부(320)측에는 압력조절밸브(400)가 설치되고, 압력조절밸브(400)가 밸브장치를 통해 유통된 수소의 압력을 조절하여 연료스택(A2)에 공급한다. 이러한 압력조절밸브(400)는 비례제어밸브로 구성될 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 수소 공급 장치는 수소탱크(A1)에서 공급되는 수소가 밸브장치에 의해 선택적으로 유통이 허용 또는 차단되고, 밸브장치가 수소의 유통을 허용시 압력조절밸브(400)가 열림량의 제어를 통해 압력을 조절하여 수소의 압력 및 수소의 제공량을 조절함으로써, 연료스택(A2)에서 요구하는 적정 수소량을 만족할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 밸브 장치 및 이를 포함하는 수소 공급 장치는 밸브를 통해 유체의 유통을 선택적으로 허용하며, 밸브 작동시 충격 발생이 저감됨으로써, 충격 소음이 감소되고 충격에 의한 부품 손상이 회피된다.
발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:밸브바디 110:코어부
111:유입로 112:유출로
113:걸림부 114:이동자
114a:스토퍼부 114a':연결부
114a'':볼록부 114b:슬릿홀
130:고정자 200:밸브부재
210:가이드홀 220:서포트부
230:날개부 241:테두리부
242:단턱부 243:지지부
244:인서트유로 245:인서트홀
300:하우징 310:입구부
320:출구부 400:압력조절밸브
S1:유통공간 S2:이격공간
A1:수소탱크 A2:연료스택
111:유입로 112:유출로
113:걸림부 114:이동자
114a:스토퍼부 114a':연결부
114a'':볼록부 114b:슬릿홀
130:고정자 200:밸브부재
210:가이드홀 220:서포트부
230:날개부 241:테두리부
242:단턱부 243:지지부
244:인서트유로 245:인서트홀
300:하우징 310:입구부
320:출구부 400:압력조절밸브
S1:유통공간 S2:이격공간
A1:수소탱크 A2:연료스택
Claims (16)
- 유체가 유통되는 유통공간이 형성되고, 유통공간으로 유체가 유통되는 유입로와 유출로가 형성된 코어부가 마련되며, 코어부 외측으로 고정자가 마련된 밸브바디;
밸브바디의 유통공간에 이동 가능하게 마련되고, 유통공간에 연통되는 가이드홀이 형성된 밸브부재; 및
코어부의 유통공간에는 고정자에 의해 이동되어 밸브부재에 선택적으로 접촉됨에 따라 밸브부재의 가이드홀을 개폐시켜 유체가 가이드홀을 통해 선택적으로 유통되도록 하며, 이동방향으로 코어부와 마주하는 일측단부 및 밸브부재와 마주하는 타측단부에 각각 사출성형에 의해 일체로 제조된 스토퍼부가 마련된 이동자;를 포함하는 하는 밸브 장치. - 청구항 1에 있어서,
스토퍼부에는 이동자를 관통하며 일측단부의 스토퍼부와 타측단부의 스토퍼부를 연결하는 연결부가 포함되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 2에 있어서,
연결부는 스토퍼부의 사출성형시 함께 형성되어 일측단부의 스토퍼부 및 타측단부의 스토퍼부 연결하여 이동자와 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 1에 있어서,
스토퍼부의 일측단부 또는 타측단부에는 외측으로 돌출된 볼록부가 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 1에 있어서,
유통공간에는 밸브바디의 이탈을 방지하는 걸림부가 구비되고,
밸브부재에는 가이드홀의 주변을 감싸도록 형성되되 걸림부와 매칭되는 부분까지 연장되어 유체의 씰링 및 걸림부에 접촉시 충격을 흡수하는 서포트부가 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 1에 있어서,
코어부와 이동자의 일측단부 사이에는 이격공간이 형성되고, 이동자에는 길이방향으로 슬릿홀이 관통되어 이격공간과 유통공간이 연통된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 1에 있어서,
밸브부재의 외주면에는 걸림부에 걸리도록 연장된 날개부가 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 7에 있어서,
밸브부재는 가이드홀의 출구측인 타측단부에 서포트부가 형성되고, 서포트부는 가이드홀의 주변과 날개부의 일부 또는 전체를 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 8에 있어서,
밸브부재의 타측단부는 외측면을 이루는 테두리부와, 테두리부의 내측에서 가이드홀의 출구를 감싸는 단턱부와, 단턱부에서 일측으로 함몰되고 테두리부와 이격된 지지부로 이루어지며,
서포트부가 테두리부의 내측에서 단턱부 및 지지부의 측방에 채워진 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 9에 있어서,
단턱부의 외측면은 지지부측으로 갈수록 폭이 점차 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 9에 있어서,
타측단부에는 테두리부와 지지부 사이에서 날개부의 위치까지 연장된 인서트유로가 형성되고, 인서트유로에서 날개부를 향해 관통된 인서트홀이 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 11에 있어서,
인서트홀은 테두리부를 관통하여 인서트유로를 통과 후 지지부의 외측면에 함몰되게 연장된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 9에 있어서,
서포트부는 테두리부 및 단턱부보다 타측으로 더 길게 형성되어 밸브부재의 타측단부에서 타측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 1에 있어서,
밸브부재는 가이드홀의 입구측인 일측단부가 일측방향으로 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 밸브 장치. - 청구항 1항에 따른 밸브 장치를 포함하는 수소 공급 장치에 있어서,
수소탱크가 연결되어 수소를 공급받는 입구부와 수소가 배출되며 연료스택가 연결되는 출구부가 구비된 하우징;을 포함하며,
밸브장치는 하우징에서 입구부에 연통되게 연결되어 수소의 유통을 선택적으로 허용하는 것을 특징으로 하는 수소 공급 장치. - 청구항 15에 있어서,
하우징에는 밸브장치를 통과한 수소가 유통되도록 마련된 압력조절밸브;가 더 포함되고, 수소탱크에서 입구부를 통해 유입된 수소는 밸브장치를 통과 후 압력조절밸브에 의해 압력이 조절되어 출구부로 배출되는 것을 특징으로 하는 수소 공급 장치.
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-
2021
- 2021-11-08 KR KR1020210152123A patent/KR102589930B1/ko active IP Right Grant
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