KR100969091B1 - Valve for fuel cell system - Google Patents

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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템용 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온 시동시 연료전지 차량에 사용되는 밸브가 결빙되어, 차량의 시동시간이 지연되는 문제점을 해소하고자, 저온 상태에서도 즉각적인 차량의 시동을 가능하도록 한 연료전지 시스템용 밸브에 관한 것이다.The present invention relates to a valve for a fuel cell system, and more particularly, in order to solve the problem that the valve used for a fuel cell vehicle is frozen at a low temperature startup, thereby delaying the startup time of the vehicle, immediately starting the vehicle even in a low temperature state. A valve for a fuel cell system is made possible.

즉, 본 발명은 저온 시동과 함께 전원이 인가되면 전자기력에 의하여 하강 작동하는 임팩트 칼럼을 밸브내에 구성함으로써, 정상 시동시에는 영구자석의 자력에 의하여 승하강바 및 타펫과 함께 하강하여 밸브 개폐체를 열어주고, 반대로 저온 시동시에는 임팩트 칼럼만이 전자기력에 의하여 하강하면서 타펫을 타격하여 그 타격력이 결빙에 의한 고착 부분에 가해져 결빙상태가 해소됨과 함께 밸브 개폐체의 열림 동작이 이루어지도록 함으로써, 저온 상태에서도 즉각적인 기체 배출과 더불어 차량의 시동이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 연료전지 시스템용 밸브를 제공하고자 한 것이다.That is, the present invention is configured by the impact column which is lowered by electromagnetic force when the power is applied with cold start in the valve, the valve opening and closing body is lowered by the lifting bar and the tappet by the magnetic force of the permanent magnet during normal startup On the contrary, during low temperature start-up, only the impact column descends by electromagnetic force and strikes the tappet, and the striking force is applied to the fixing part due to freezing, thereby eliminating the freezing state and opening operation of the valve opening and closing body. To provide a valve for the fuel cell system to facilitate the start of the vehicle with immediate gas emissions.

연료전지, 밸브, 저온 시동, 임팩트 칼럼, 결빙, 전자기력, 영구자석 Fuel Cell, Valve, Cold Start, Impact Column, Freezing, Electromagnetic Force, Permanent Magnet

Description

연료전지 시스템용 밸브{VALVE FOR FUEL CELL SYSTEM}VALVE FOR FUEL CELL SYSTEM

본 발명은 연료전지 시스템용 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온 시동시 연료전지 차량에 사용되는 밸브가 결빙되어, 차량의 시동시간이 지연되는 문제점을 해소하고자, 저온 상태에서도 즉각적인 차량의 시동을 가능하도록 한 연료전지 시스템용 밸브에 관한 것이다.The present invention relates to a valve for a fuel cell system, and more particularly, in order to solve the problem that the valve used for a fuel cell vehicle is frozen at a low temperature startup, thereby delaying the startup time of the vehicle, immediately starting the vehicle even in a low temperature state. A valve for a fuel cell system is made possible.

연료전지 시스템은 연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전시스템으로서, 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기중의 산소를 공급하는 공기공급 시스템, 연료전지 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 냉각 시스템 등을 포함하여 구성되어 있다.A fuel cell system is a type of power generation system that converts chemical energy of a fuel directly into electrical energy. The fuel cell system is a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply system that supplies fuel (hydrogen) to a fuel cell stack, and a fuel cell stack. And an air supply system for supplying oxygen in the air, which is an oxidant required for the electrochemical reaction, and a cooling system for removing the heat of reaction of the fuel cell stack to the outside of the system and controlling the operating temperature of the fuel cell stack.

이러한 시스템 구성을 갖는 연료전지 차량은 내연기관을 사용하지 않고, 연료전지 스택에서 발생된 전기에너지로 모터를 구동시킴과 함께 모터에서 발생된 토 크에 의하여 거동하는 차량으로서, 그 시동 과정은 일반 차량과 차이가 있다.A fuel cell vehicle having such a system configuration is a vehicle that is driven by the torque generated by the motor while driving the motor with the electric energy generated from the fuel cell stack without using an internal combustion engine. There is a difference.

즉, 연료전지 차량은 시동 전에 연료전지 스택의 내부에 질소를 포함한 기체들이 함유되어 있는 바, 이 기체들을 연료전지 스택으로부터 제거한 후에 기동되어야 한다.In other words, the fuel cell vehicle contains nitrogen-containing gases inside the fuel cell stack before starting, and must be started after the gas is removed from the fuel cell stack.

다시 말해서, 연료전지 스택으로 공급되는 공기는 순도가 낮은 대기 중의 공기가 사용함에 따라, 수소 및 산소 이외에 공기에 포함된 이종 가스(예를 들어, 공기중에 포함된 질소)가 혼재되어 연료전지 시스템의 성능을 저하시키므로, 시동 전에 이종 기체를 배출 제거해야 한다.In other words, the air supplied to the fuel cell stack is mixed with heterogeneous gases (eg, nitrogen contained in the air) in addition to hydrogen and oxygen as air in the air of low purity is used. Due to the deterioration of performance, the heterogeneous gas must be vented out before starting.

이를 위해, 연료전지 스택의 기체 배출라인에는 시동시 이종기체를 배출시키기 위한 퍼지용 밸브가 장착된다.To this end, the gas discharge line of the fuel cell stack is equipped with a purge valve for discharging dissimilar gases at startup.

그러나, 종래의 연료전지 스택에 연결된 퍼지용 밸브는 저온 시동시 잔류한 물의 결빙으로 인해 그 개폐 동작이 원할하게 작동하지 않아, 시동 시간을 지연시키는 등의 문제점을 야기시키고 있다.However, the conventional purge valve connected to the fuel cell stack does not operate smoothly due to freezing of water remaining at low temperature startup, causing problems such as delaying the start time.

이러한 점을 감안하여, 종래에는 퍼지용 밸브의 구조적 개선을 통해 결빙을 억제하는 방법, 또는 밸브를 히터로 가열하는 방법 등을 적용하여 퍼지용 밸브의 기동시간을 최소화하는 방안들이 제안되고 있다.In view of this, conventionally, a method of minimizing the start time of the purge valve has been proposed by applying a method of suppressing freezing through a structural improvement of the purge valve or a method of heating the valve with a heater.

전자의 경우, 미국특허 공개번호 2007/0141419A1(2007.6.21)에 개시된 바와 같이 밸브의 플런저(plunger)를 기울여서 설치하고, 플런저 면에 수분이 맺히지 않도록 표면처리를 함으로써, 물의 결빙에 의해 플런저가 고착되는 것을 방지할 수 있는 구조적 개선안(도 9 참조)이지만, 잔류 수분의 완전한 제거가 어렵기 때문에 신호 입력시 밸브가 열리지 않는 경우가 발생하여, 결국 저온 시동(Cold start up)시 시간 지연 등의 문제점을 초래할 수 있다.In the former case, the plunger of the valve is inclined as described in US Patent Publication No. 2007 / 0141419A1 (2007.6.21), and the surface is treated to prevent moisture from forming on the plunger surface, whereby the plunger is fixed by freezing of water. It is a structural improvement (see Fig. 9), which prevents the removal of residual water, but the valve does not open at the time of signal input because it is difficult to completely remove residual moisture, which leads to a problem such as a time delay during cold start up. May result.

후자의 경우, 밸브 바디에 히터(PTC, Cartridge, Silicone rubber heater 등)를 장착하여, 밸브의 결빙시 히터 열에 의한 결빙을 해소시켜 밸브를 동작시키는 방안(도 10 참조)이지만, 히터 동작을 통해 결빙상태가 해소될 때까지 소정 시간 동안 밸브가 열리지 않게 되고, 히터 동작을 위한 전력소모가 불가피한 단점이 있다.In the latter case, a heater (PTC, Cartridge, Silicone rubber heater, etc.) is mounted on the valve body to release the frost caused by the heat of the heater when the valve is frozen (see FIG. 10). The valve does not open for a predetermined time until the state is resolved, and power consumption for the heater operation is inevitable.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구된 결과물로서, 저온 시동과 함께 전원이 인가되면 전자기력에 의하여 하강 작동하는 임팩트 칼럼을 밸브내에 구성하여, 임팩트 칼럼의 하강시 그 타격력이 결빙에 의한 고착 부분에 가해져 결빙상태가 해소되도록 함으로써, 저온 상태에서도 즉각적인 차량의 시동을 용이하게 이루어질 수 있도록 한 연료전지 시스템용 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been studied in order to solve the above problems, and when the power is applied together with the low-temperature start-up, the impact column configured to operate by the electromagnetic force is lowered in the valve, the impact force when the impact column is lowered due to freezing It is an object of the present invention to provide a valve for a fuel cell system that is applied to the fixing portion to solve the freezing state, so that the vehicle can be immediately started even in a low temperature state.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료전지 시스템의 기체 또는 수분 흐름통로 개폐용 개폐체를 가압하는 타펫과, 상기 타펫의 외주부에 배치되는 마그 네틱 코어와, 상기 마그네틱 코어에 전자기력을 제공하는 코일을 포함하는 연료전지 시스템용 밸브에 있어서, 상기 타펫의 상면에 그 하단이 결합되는 승하강 바의 상단에 고정 장착되는 영구자석과; 상기 승하강 바의 외경면을 감싸면서 승하강 가능하게 배치되어, 그 상면은 평상시 상기 영구자석에 부착되고, 하면은 영구자석으로부터 분리시 상기 타펫의 상면을 타격할 수 있도록 배치되는 임팩트 칼럼; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 밸브를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a tappet for pressing the gas or moisture flow passage opening and closing body of the fuel cell system, a magnetic core disposed on the outer peripheral portion of the tappet, and a coil for providing an electromagnetic force to the magnetic core A valve for a fuel cell system comprising: a permanent magnet fixedly mounted to an upper end of a lifting bar coupled with a lower end thereof to an upper surface of the tappet; An impact column disposed around the outer diameter surface of the elevating bar and capable of elevating, the upper surface of which is attached to the permanent magnet, and the lower surface of which is disposed to strike the upper surface of the tappet when separated from the permanent magnet; It provides a valve for a fuel cell system, characterized in that configured to include.

바람직한 일 구현예로서, 상기 임팩트 칼럼의 하단 내경부에는 상기 타펫의 상면을 타격할 수 있도록 단차진 형상의 타격면이 형성된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the lower inner diameter portion of the impact column is characterized in that the impact surface of the stepped shape is formed to strike the upper surface of the tappet.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 임팩트 칼럼의 상단부에는 상기 영구자석 및 승하강 바의 상단부가 수용되는 요홈 구조의 수용공간이 형성된 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, the upper end of the impact column is characterized in that the receiving space of the groove structure for receiving the upper end of the permanent magnet and the elevating bar is formed.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 하우징의 상면에는 상기 임팩트 칼럼의 위치에 따른 변위를 감지하는 위치 감지 센서가 장착된 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, the upper surface of the housing is characterized in that the position sensor for detecting the displacement according to the position of the impact column is mounted.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.Through the above problem solving means, the present invention can provide the following effects.

연료전지 시스템의 기체 또는 수분 배출라인에 설치되는 밸브의 구조를 결빙부위를 타격하여 해소시킬 수 있는 임팩트 칼럼을 이용한 구조로 개선하여, 저온 시동시에도 밸브가 용이하게 열리게 되어 즉각적인 시동이 이루어지는 장점을 제공 한다.The structure of the valve installed in the gas or water discharge line of the fuel cell system has been improved to the structure using the impact column that can be removed by hitting the freezing part. to provide.

즉, 저온 시동시 밸브의 결빙 부위를 임팩트 칼럼의 타격력으로 제거함으로써, 연료전지 차량의 냉시동 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있고, 결국 연료전지 차량의 시동 성능을 크게 향상시킬 수 있다.That is, by removing the icing portion of the valve at the low temperature start by the impact force of the impact column, it is possible to significantly shorten the cold start time of the fuel cell vehicle, it is possible to significantly improve the starting performance of the fuel cell vehicle.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 밸브 구조를 나타내는 단면도이다.1 to 5 are cross-sectional views illustrating a valve structure for a fuel cell system according to the present invention.

본 발명의 연료전지 시스템용 밸브(100)는 연료전지 시스템의 기체 및 수분 배출라인에 설치되는 것으로서, 시동시 열림 작동을 하여 연료전지 스택에 축적된 질소가스 또는 응축수 등을 배출(퍼지)시키는 기능을 한다.The valve 100 for the fuel cell system of the present invention is installed in the gas and water discharge lines of the fuel cell system, and has a function of discharging (purging) nitrogen gas or condensed water accumulated in the fuel cell stack by opening at startup. Do it.

상기 기체 또는 수분배출라인(10)의 내부 흐름통로(12)에는 밸브를 설치하기 위한 설치구(14)가 종방향으로 관통 형성되어 있으며, 이 설치구(14)에 흐름통로(12)를 개폐하는 개폐체(16)가 승하강 가능하게 내설된다.The internal flow passage 12 of the gas or water discharge line 10 is provided with an installation opening 14 for installing a valve in the longitudinal direction, and opens and closes the flow passage 12 in the installation opening 14. The opening and closing body 16 to be built up is able to be lowered up and down.

이때, 상기 설치구(14)의 바닥쪽에는 스프링(18)이 내재되는 바, 이 스프링(18)은 상기 개폐체(16)의 열림을 위한 하강 이동시 개폐체(16)의 저면에 의하여 가압되며 압축되고, 상기 개폐체(16)가 닫힘을 위한 승강 이동시에는 개폐체(16)를 탄성복원력으로 밀어내는 역할을 한다.At this time, a spring 18 is embedded in the bottom side of the installation port 14, the spring 18 is pressed by the bottom surface of the opening and closing body 16 during the downward movement for opening of the opening and closing body 16. It is compressed and serves to push the opening and closing body 16 with an elastic restoring force when the opening and closing body 16 moves up and down for closing.

상기 개폐체(16)의 열림을 위한 하강 이동 또는 닫힘을 위한 승강 이동이 이루어질 수 있도록 하는 실질적인 밸브 작동 구성들은 상기 설치구(14)의 외부쪽에 장착되는 하우징(20)내에 집약적으로 설치되며, 그 구성을 하나씩 살펴보면 다음과 같다.Substantial valve actuation arrangements such that the lowering movement for opening or closing of the opening and closing body 16 or the lowering movement for closing may be made intensively in a housing 20 mounted to the outside of the mounting fixture 14. The configuration is as follows.

상기 설치구(14)를 통해 노출되어 있는 개폐체(16)의 상면에는 타펫(22)이 위치되며, 이 타펫(22)은 개폐체(16)의 상면을 가압하는 역할을 하게 된다.The tappet 22 is positioned on an upper surface of the opening and closing body 16 exposed through the mounting hole 14, and the tappet 22 serves to press the upper surface of the opening and closing body 16.

이때, 상기 타펫(22)의 상면 정중앙 위치에는 수직 배열되는 승하강 바(24)의 하단이 결합되고, 이 승하강 바(24)의 상단에는 원판형의 영구자석(26)이 고정 장착된다.At this time, the lower end of the elevating bar 24 which is vertically arranged is coupled to the center of the upper surface of the tappet 22, the permanent magnet 26 of the disc shape is fixed to the upper end of the elevating bar 24.

상기 승하강 바(24)의 외경면에는 중앙에 홀(34)을 갖는 원통형 형상의 임팩트 칼럼(30)이 승하강 가능하게 배치되는 바, 이 임팩트 칼럼(30)의 홀(34) 내경면과 상기 승하강 바(24)의 외경면은 서로 슬라이딩 가능하게 밀착된 상태가 된다.A cylindrical impact column 30 having a hole 34 at its center is disposed on the outer diameter surface of the elevating bar 24 so as to be able to move up and down, and the inner diameter surface of the hole 34 of the impact column 30 is lowered. The outer diameter surfaces of the elevating bar 24 are in close contact with each other so as to be slidable.

특히, 상기 임팩트 칼럼(30)의 상면은 평상시 상기 영구자석(26)의 저면에 자기력에 의하여 부착되고, 그 하면에는 홀(34) 내경면쪽으로 단차진 형상의 타격면(32)이 형성된다.In particular, the upper surface of the impact column 30 is usually attached to the bottom of the permanent magnet 26 by a magnetic force, the lower surface is formed with a striking surface 32 of stepped toward the inner diameter surface of the hole (34).

보다 상세하게는, 상기 임팩트 칼럼(30)의 타격면(32)은 상기 타펫(22)의 상면 테두리 부위를 타격할 수 있도록 단차진 형상으로 형성된다.More specifically, the impact surface 32 of the impact column 30 is formed in a stepped shape so as to strike the upper edge portion of the tappet 22.

또한, 상기 임팩트 칼럼(30)의 상단부에는 상기 영구자석(26) 및 승하강 바(24)의 상단부가 수용되는 요홈 구조의 수용공간(36)이 형성되며, 실질적으로 이 수용공간(36)의 상면이 상기 영구자석(26)의 저면에 자기력에 의하여 부착된다.In addition, the upper end of the impact column 30 is formed with an accommodating space 36 in which the upper end of the permanent magnet 26 and the elevating bar 24 is formed, substantially of the accommodating space 36 An upper surface is attached to the bottom of the permanent magnet 26 by magnetic force.

상기 타펫(22)의 외주부에는 상기 하우징(20)에 의하여 그 외경부가 감싸여지면서 마그네틱 코어(28)가 배치되며, 이 마트네틱 코어(28)는 전원 인가시 전자기력을 발생시키면서 정상 시동시에는 상기 임팩트 칼럼(30)과 영구자석(26)과 승하강 바(24)와 타펫(22)을 동시에 밑으로 당겨주는 역할을 하거나, 또는 저온 시동시에는 임팩트 칼럼(30)만을 당겨주는 역할을 하게 된다.The magnetic core 28 is disposed on the outer circumferential portion of the tappet 22 while the outer diameter thereof is wrapped by the housing 20. The magnetic core 28 generates the electromagnetic force when the power is applied, and at the time of normal startup, the magnetic core 28 is disposed. Simultaneously pulls down the impact column 30 and the permanent magnet 26, the elevating bar 24 and the tappet 22, or serves to pull only the impact column 30 at low temperature startup. .

상기 임팩트 칼럼(30)의 외주부에는 상기 하우징(20)에 의하여 그 외경부가 감싸여지는 코일(38)이 배치되며, 이 코일(38)은 전원 인가시 상기 마그네틱 코어(28)에 전자기력을 제공하는 역할을 하게 된다.On the outer circumferential portion of the impact column 30 is disposed a coil 38 wrapped around its outer diameter by the housing 20, which provides electromagnetic force to the magnetic core 28 when power is applied. It will play a role.

한편, 상기 하우징(20)의 상면에는 상기 임팩트 칼럼(30)의 위치에 따른 변위를 감지하여, 밸브의 열림 또는 닫힘 상태를 판단할 수 있도록 한 위치 감지 센서(40)가 장착된다.On the other hand, the upper surface of the housing 20 is equipped with a position detection sensor 40 to detect the displacement according to the position of the impact column 30, to determine the open or closed state of the valve.

이하에서는, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 연료전지 시스템용 밸브에 대한 작동 상태를 설명하기로 한다.Hereinafter, the operating state of the valve for the fuel cell system of the present invention having the configuration as described above will be described.

먼저, 정상 시동전 밸브 닫힘 상태를 나타내는 도 1 및, 정상 시동시 밸브 열림 상태를 나타내는 도 2를 참조로, 정상 상태(평상시)에서의 시동시, 밸브 닫힘 및 열림 동작을 설명하면 다음과 같다.First, with reference to Fig. 1 showing the valve closing state before the normal start and Fig. 2 showing the valve opening state at the normal start, the valve closing and opening operations at the start in the normal state (normal) will be described as follows.

도 1에서 보는 바와 같이, 정상 시동전 밸브의 개폐체(16)는 스프링(18)의 탄성복원력에 의하여 위쪽으로 밀리면서 상기 기체 또는 수분배출라인(10)의 내부 흐름통로(12)를 막으며 닫힘 상태로 있고, 상기 타펫(22) 및 승하강 바(24)는 가장 위쪽에 위치된 상태로 있으며, 상기 임팩트 칼럼(30)도 영구자석(26)에 자기력에 의하여 부착되면서 가장 위쪽에 위치된 상태가 된다.As shown in FIG. 1, the opening and closing body 16 of the valve before the normal start is pushed upward by the elastic restoring force of the spring 18 to block the internal flow passage 12 of the gas or water discharge line 10. In the closed state, the tappet 22 and the elevating bar 24 are positioned at the top, and the impact column 30 is also attached to the permanent magnet 26 by magnetic force and positioned at the top. It becomes a state.

도 2에서 보는 바와 같이, 정상 시동시(결빙이 없는 경우) 연료전지 스택에 축적되어 있는 이종기체 또는 수분의 배출을 위한 퍼지 작용을 위하여 본 발명의 밸브는 열림 상태가 된다.As shown in FIG. 2, the valve of the present invention is opened for purging for dissipation of heterogeneous gas or water accumulated in the fuel cell stack during normal startup (when there is no freezing).

즉, 상기 코일(38)에 전원이 인가되면, 코일(38)은 상기 마그네틱 코어(28)에 전자기력을 제공하게 되고, 연이어 마크네틱 코어(28)의 전자기력에 의하여 "임팩트 칼럼(30) + 영구자석(26) + 승하강 바(24) + 타펫(22)" 모두가 동시에 하강 이동을 하게 되어, 상기 타펫(22)이 개폐체(16)의 상면을 가압하게 된다.That is, when power is applied to the coil 38, the coil 38 provides an electromagnetic force to the magnetic core 28, and in turn is influenced by the electromagnetic force of the magnetic core 28 to “impact column 30 + permanently. The magnet 26 + the lifting bar 24 and the tappet 22 are all moved downward at the same time, and the tappet 22 presses the upper surface of the opening and closing body 16.

따라서, 상기 타펫(22)의 가압력으로 상기 개폐체(16)가 스프링(18)을 압축시키며 하강하여 열림 상태가 되고, 결국 이종기체 또는 수분의 배출이 이루어지게 된다.Therefore, the opening and closing body 16 compresses the spring 18 by the pressing force of the tappet 22, thereby lowering the opened state, and eventually dissipates heterogeneous gas or water.

여기서, 저온 시동전 밸브 닫힘 상태를 나타내는 도 3과, 저온 시동시 임팩트 칼럼이 하강하여 타펫을 타격하는 상태를 나타내는 도 4 및, 임팩트 칼럼의 타격후 밸브 열림 상태를 나타내는 도 5를 참조로 하여, 저온 상태(밸브 결빙시)에서의 시동시, 밸브 닫힘 및 열림 동작을 설명하면 다음과 같다.Here, with reference to Fig. 3 showing the valve closed state before low temperature start, Fig. 4 showing a state in which the impact column is lowered and hit the tappet during cold start, and Fig. 5 showing a valve open state after the impact column impact, When starting in the low temperature state (when the valve freezes), the valve closing and opening operations will be described.

도 3에 도시된 바와 같이, 저온 시동 전 밸브 닫힘 상태는 정상 시동 전 밸브 닫힘 상태와 동일하게, 상기 개폐체(16)는 스프링(18)의 탄성복원력에 의하여 위쪽으로 밀리면서 상기 기체 또는 수분배출라인(10)의 내부 흐름통로(12)를 막으며 닫힘 상태로 있고, 상기 타펫(22) 및 승하강 바(24)는 가장 위쪽에 위치된 상태로 있으며, 상기 임팩트 칼럼(30)도 영구자석(26)에 자기력에 의하여 부착되면서 가장 위쪽에 위치된 상태가 된다.As shown in FIG. 3, the valve closed state before the cold start is the same as the valve closed state before the normal start, and the opening and closing body 16 is pushed upward by the elastic restoring force of the spring 18 to discharge the gas or water. Closing the inner flow passage 12 of the line 10 is in a closed state, the tappet 22 and the lifting bar 24 is located in the uppermost position, the impact column 30 is also a permanent magnet Attached to (26) by a magnetic force, the state is located at the top.

이러한 저온 시동 전 밸브 닫힘 상태에서, 저온 시동을 실시하게 되면, 상기 코일(38)에 전원이 인가되면서 상기 마그네틱 코어(28)에 전자기력이 제공되는 바, 이 마그네틱 코어(28)의 전자기력 작용에도 불구하고, "임팩트 칼럼(30) + 영구자석(26) + 승하강 바(24) + 타펫(22)" 모두가 하강 이동되지 않는다.In the valve closed state before the low temperature start, when the low temperature start is performed, the electromagnetic force is provided to the magnetic core 28 while power is applied to the coil 38, despite the electromagnetic force of the magnetic core 28. And, all of the "impact column 30 + permanent magnet 26 + lifting bar 24 + tappet 22" is not moved downward.

그 이유는 도 3에 은선 박스(BOX)로 지시된 부분, 즉 상기 개폐체(16)와 흐름통로(12)간의 계면이 잔존하는 수분 등으로 결빙된 상태이기 때문이다.This is because the portion indicated by the hidden wire box BOX in FIG. 3, that is, the interface between the opening and closing body 16 and the flow passage 12 is frozen due to moisture remaining.

또한, 상기 임팩트 칼럼(30)이 하강하지 않는 이유는 영구자석(26)의 자기력이 마그네틱 코어(28)의 전자기력보다 크기 때문이다.In addition, the impact column 30 does not fall because the magnetic force of the permanent magnet 26 is larger than the electromagnetic force of the magnetic core 28.

이러한 상태에서, 전원의 계속적인 인가로 인하여 마그네틱 코어(28)의 전자기력이 증가하게 되고, 이때의 전자기력은 영구자석(26)의 자기력보다 크게 발생되어, 결국 상기 임팩트 칼럼(30)이 영구자석(26)으로부터 분리되면서 하강하게 된다.In this state, the electromagnetic force of the magnetic core 28 is increased due to the continuous application of the power source, and the electromagnetic force at this time is greater than the magnetic force of the permanent magnet 26, so that the impact column 30 becomes a permanent magnet ( It is descended as it is separated from it.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 임팩트 칼럼(30)이 하강하게 되면, 임팩트 칼럼(30)의 타격면(32)이 상기 타펫(22)의 상면 테두리를 타격하게 되고, 이때의 타격력은 상기 개폐체(16)와 흐름통로(12)간의 계면에 결빙된 부분까지 전달되어, 결국 결빙부위의 얼음이 파쇄된다.As shown in FIG. 4, when the impact column 30 descends, the impact surface 32 of the impact column 30 strikes the upper edge of the tappet 22, and the impact force at this time is the opening and closing. It is delivered to the frozen portion at the interface between the sieve 16 and the flow passage 12, and eventually the ice at the frozen portion is crushed.

따라서, 결빙이 해소됨에 따라, 첨부한 도 5에서 보는 바와 같이 상기 마그네틱 코어(28)의 전자기력에 의하여 승하강 바(24) 및 타펫(22)이 하강하게 되고, 결국 타펫(22)의 가압력으로 상기 개폐체(16)가 스프링(18)을 압축시키며 하강하여 상기 흐름통로(12)가 열림 상태가 됨에 따라, 이종기체 또는 수분의 배출이 용이하게 이루어지게 된다.Therefore, as the ice is eliminated, the lifting bar 24 and the tappet 22 are lowered by the electromagnetic force of the magnetic core 28 as shown in FIG. As the opening and closing body 16 compresses and descends the spring 18, the flow passage 12 is opened, and thus, heterogeneous gas or moisture is easily discharged.

한편, 상기 하우징(20)의 상면에 장착된 위치 감지 센서(40)는 상기 임팩트 칼럼(30)의 위치에 따른 변위를 감지하여, 밸브의 열림 또는 닫힘 상태를 제어부(미도시됨)에 보내면, 이 제어부는 운전석 계기판(미도시됨)상에 밸브 개폐 여부를 시각적으로 디스플레이하는 로직을 수행할 수 있다.On the other hand, the position sensor 40 mounted on the upper surface of the housing 20 detects the displacement according to the position of the impact column 30, and sends an open or closed state of the valve to the controller (not shown), The control unit may perform logic to visually display whether the valve is opened or closed on the driver's seat instrument panel (not shown).

여기서, 상기한 바와 같은 구성 및 작동을 하는 본 발명의 밸브 설치 위치를 첨부한 도 6 내지 도 8을 참조로 간략하게 살펴보면 다음과 같다.Here, with reference to Figures 6 to 8 attached to the valve installation position of the present invention having the configuration and operation as described above briefly as follows.

도 6은 본 발명의 밸브(100)가 연료극 퍼지밸브로서 적용된 예를 나타내는 바, 연료전지를 적용한 차량의 경우 연료극에 축적되는 질소가스(불순물기체 등) 혹은 수분에 의해 스택의 성능이 감소하게 되며, 이를 해소하기 위해 연료극의 기체 혹은 액체의 주기적인 퍼지(배출)를 수행하게 된다.6 shows an example in which the valve 100 of the present invention is applied as an anode purge valve. In the case of a vehicle to which a fuel cell is applied, the performance of the stack is reduced by nitrogen gas (such as impurity gas) or moisture accumulated in the anode. In order to solve this problem, a periodic purge of the gas or liquid of the anode is performed.

기존에는 퍼지를 위해 솔레노이드 혹은 모터가 적용되는데, 저온 시동시 수분의 결빙으로 인해 밸브의 동작이 지연되는 단점이 있지만, 본 발명의 밸브는 임팩트 칼럼에 의하여 결빙 상태로 인한 밸브의 고착 현상을 일시에 제거 가능하여, 연료전지 차량의 냉시동 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.Conventionally, a solenoid or a motor is applied for purging, but there is a disadvantage in that the operation of the valve is delayed due to water freezing at low temperature startup, but the valve of the present invention temporarily fixes the valve due to freezing due to the impact column. It can be removed, thereby significantly reducing the cold start time of the fuel cell vehicle.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 밸브(100)는 퍼지밸브로서 연료의 재순환 라인 또는 재순환 라인과 별도로 구성될 수 있고, 연료의 재순환시 이젝터 혹은 재순환 블로워 혹은 둘 모두를 사용한 경우에 모두 적용가능하다.As shown in FIG. 7, the valve 100 of the present invention may be configured separately from the fuel recycling line or the recycling line as a purge valve, and applied to both the case of using an ejector or a recycling blower or both during the fuel recycling. It is possible.

도 8은 연료전지 차량에서 연료극, 공기극, 냉각수 등 여러 라인에 수분이 함유되며, 이러한 다양한 라인에 본 발명의 밸브(100)가 모두 적용 가능함을 나타내고 있다.FIG. 8 illustrates that water is contained in various lines such as an anode, an air electrode, and cooling water in a fuel cell vehicle, and the valve 100 of the present invention can be applied to the various lines.

즉, 연료극에 생성된 수분의 배출을 위한 라인(L1), 공기극 배출라인(L2), 냉각수 순환라인(L3) 등에 결빙 해소를 위하여 용이하게 적용할 수 있다.That is, it can be easily applied to solve the freezing of the line (L1), the cathode discharge line (L2), the cooling water circulation line (L3) for the discharge of water generated in the anode.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 밸브로서, 도 1은 정상 시동전 밸브 닫힘 상태를, 도 2는 정상 시동시 밸브 열림 상태를 나타내는 단면도,1 and 2 is a valve for a fuel cell system according to the present invention, Figure 1 is a cross-sectional view showing a valve closed state before the normal start, Figure 2 is a valve open state during the normal start,

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 밸브로서, 도 3은 저온 시동전 밸브 닫힘 상태를, 도 4는 저온 시동시 임팩트 칼럼이 하강하여 타펫을 타격하는 상태를, 도 5는 임팩트 칼럼의 타격후 밸브 열림 상태를 나타내는 단면도,3 to 5 is a valve for a fuel cell system according to the present invention, Figure 3 is a valve closed state before low temperature start, Figure 4 is a state in which the impact column descends to hit the tappet during cold start, Figure 5 is an impact Cross-sectional view showing the valve open after hitting the column,

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 밸브의 설치 위치를 설명하는 개략도,6 to 8 are schematic views illustrating the installation position of the valve for a fuel cell system according to the present invention;

도 9는 종래의 연료전지 시스템용 밸브를 나타내는 개략도,9 is a schematic view showing a valve for a conventional fuel cell system,

도 10은 종래의 연료전지 시스템용 밸브를 나타내는 실제 사진.10 is an actual photograph showing a valve for a conventional fuel cell system.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 : 기체 또는 수분 배출라인 12 : 흐름통로10: gas or water discharge line 12: flow passage

14 : 설치구 16 : 개폐체14 mounting hole 16: opening and closing body

18 : 스프링 20 : 하우징18: spring 20: housing

22 : 타펫 24 : 승하강 바22: tappet 24: descent bar

26 : 영구자석 28 : 마그네틱 코어26: permanent magnet 28: magnetic core

30 : 임팩트 칼럼 32 : 타격면30: impact column 32: hitting surface

34 : 홀 36 : 수용공간34: hall 36: accommodation space

38 : 코일 40 : 위치감지센서38: coil 40: position sensor

100 : 밸브100: valve

Claims (4)

연료전지 시스템의 기체 또는 수분 흐름통로 개폐용 개폐체를 가압하는 타펫(22)과, 상기 타펫(22)의 외주부에 배치되는 마그네틱 코어(28)와, 상기 마그네틱 코어(28)에 전자기력을 제공하는 코일(38)을 포함하는 연료전지 시스템용 밸브에 있어서, The tappet 22 which pressurizes the opening and closing body for opening or closing the gas or water flow passage of the fuel cell system, the magnetic core 28 disposed on the outer circumference of the tappet 22, and providing the electromagnetic force to the magnetic core 28. In a valve for a fuel cell system comprising a coil 38, 상기 타펫(22)의 상면에 그 하단이 결합되는 승하강 바(24);A lifting bar 24 having a lower end coupled to an upper surface of the tappet 22; 상기 승하강 바(24)의 상단에 고정 장착되는 영구자석(26);A permanent magnet 26 fixedly mounted on the top of the elevating bar 24; 상기 승하강 바(24)의 외경면을 감싸면서 승하강 가능하게 배치되고, 그 상면은 평상시 영구자석(26)에 부착되며, 그 하면에는 단차진 형상의 타격면(32)이 형성되어 영구자석(26)의 자기력보다 크게 발생되는 마그네틱 코일(28)의 전자기력에 의해 영구자석(26)으로부터 분리됨과 동시에 하강하면서 타펫(22)의 상면을 타격할 수 있도록 된 임팩트 칼럼(30);Wrapped around the outer diameter surface of the elevating bar 24, the elevating can be raised and lowered, the upper surface is usually attached to the permanent magnet 26, the lower surface of the impact surface 32 of stepped shape is formed permanent magnet An impact column 30 separated from the permanent magnet 26 by the electromagnetic force of the magnetic coil 28 generated larger than the magnetic force of 26 and simultaneously hitting the upper surface of the tappet 22 while descending; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 밸브.A valve for a fuel cell system, characterized in that comprising a. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 임팩트 칼럼의 상단부에는 상기 영구자석 및 승하강 바의 상단부가 수용되는 요홈 구조의 수용공간이 형성된 것을 특징으로 하는 연 료전지 시스템용 밸브.The fuel cell system valve of claim 1, wherein an accommodation space of a recess structure is formed at an upper end of the impact column to accommodate an upper end of the permanent magnet and the lifting bar. 청구항 1에 있어서, 밸브를 설치하기 위한 설치구(14)의 외부쪽에 장착되는 하우징(20)의 상면에는 상기 임팩트 칼럼(30)의 위치에 따른 변위를 감지하는 위치 감지 센서(40)가 장착된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 밸브.The upper surface of the housing 20 mounted on the outer side of the mounting hole 14 for installing the valve is mounted with a position sensor 40 for detecting a displacement according to the position of the impact column 30. A valve for a fuel cell system, characterized in that.
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