KR101875657B1 - Air cut valve - Google Patents
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Abstract
공기 차단 밸브가 개시된다. 개시된 공기 차단 밸브는, 가습기에서 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 공급라인에 설치되는 것으로서, ⅰ)밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트와, ⅱ)밸브 회전축에 설치되며, 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재를 포함할 수 있다.An air shutoff valve is disclosed. The disclosed air shut-off valve is installed in an air supply line for supplying humidified air from a humidifier to a fuel cell stack, the air shut-off valve comprising: i) a valve plate rotatably installed through a valve rotation shaft, And a condensed water dispersing member which is installed in the valve rotary shaft and disperses the condensed water flowing into the fuel cell stack through the valve passage when the valve passage of the valve plate is opened.
Description
본 발명의 실시 예는 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가습기에서 가습된 가습공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 공급라인을 개폐하는 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to an air shutoff valve for a fuel cell humidifier for opening and closing an air supply line for supplying humidified air humidified by a humidifier to a fuel cell stack.
일반적으로, 연료전지 시스템은 연료전지에 의한 수소와 산소(공기 중의 산소)의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킨다.Generally, a fuel cell system is a kind of power generation system that generates electric energy as an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen (oxygen in the air) by a fuel cell. For example, a fuel cell system is employed in a fuel cell vehicle to operate an electric motor and drive a vehicle.
연료전지 시스템은 공기극과 연료극으로 이루어진 단위 연료전지들의 전기 발생 집합체인 스택과, 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급장치를 구비하고 있다.The fuel cell system includes a stack which is an electricity generation aggregate of unit fuel cells made up of an air electrode and a fuel electrode, an air supply device for supplying air to the air electrode of the fuel cell, and a hydrogen supply device for supplying hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell .
한편, 고분자 연료전지의 경우 막-전극 어셈블리(MEA)의 이온 교환막이 원활한 역할을 하기 위해서는 적당한 수분이 필요하며, 이를 위해 연료전지 시스템의 공기 공급장치는 연료전지로 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기를 구비하고 있다.In the case of a polymer fuel cell, an appropriate amount of moisture is required for the ion exchange membrane of the membrane-electrode assembly (MEA) to function smoothly. To this end, the air supply device of the fuel cell system includes a humidifier .
가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 공기 중의 수분을 이용하여 공기 공급장치의 공기 압축기를 통해 공급되는 건조한 공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지의 공기극으로 공급한다.The humidifier humidifies the dry air supplied through the air compressor of the air supply apparatus using moisture in the high temperature and high humidity air discharged from the air electrode of the fuel cell, and supplies the humidified air to the air electrode of the fuel cell.
연료전지 차량의 경우에서는 패키지 면에서 제한이 있기 때문에 상대적으로 부피가 작은 막 가습 방식을 적용하고 있다. 이러한 막 가습 방식의 가습기는 패키지 측면에서뿐만 아니라, 특별한 동력을 필요로 하지 않는 이점을 가지고 있다.In the case of a fuel cell vehicle, the membrane humidification method, which is relatively small in volume, is applied because there is a limitation in the package side. This humidifier with membrane humidification has the advantage of not requiring special power as well as on the package side.
막 가습 방식의 가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 배출가스와, 공기 압축기를 통해 공급되는 건조 공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식을 통해 막 가습이 이루어진다.The humidifier of the membrane humidification system is humidified by the hot and humid exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell and the gas to gas water exchange method of the dry air supplied through the air compressor.
한편, 스택에서 생성된 물은 그 스택에서의 공기 유로(스택 매니폴드, 셀 입출구, 셀의 각 채널 등) 일부 또는 전체를 막아 반응기체의 공급을 방해하여 스택의 성능을 저하시키거나 스택의 내구성에 문제를 일으킬 수 있다.On the other hand, the water produced in the stack may block some or all of the air flow path (stack manifold, cell inlet and outlet, cell channels, etc.) in the stack to interfere with the supply of reactive gas to degrade the performance of the stack, Can cause problems.
이에 연료전지 시스템의 레이아웃 상 가습기는 통상적으로 스택의 하단에 위치하고 있다. 이 경우 스택에서 응축된 물은 대부분 중력에 의해 그 스택과 인접해 있는 가습기 쪽으로 흘러갈 수 있다.Thus, the humidifier on the layout of the fuel cell system is typically located at the bottom of the stack. In this case, condensed water in the stack can mostly flow towards the stack and the humidifier adjacent to the stack by gravity.
또한, 가습기에서 가습된 공기가 스택으로 공급될 때, 외기와의 온도차에 의해 수증기가 응축되고 그 응축수는 공기의 유속이 낮을 경우, 중력에 의해 가습기로 유입되며, 셧-다운 후에 수증기가 응축되고 그 응축수는 스택이나 배관으로부터 가습기로 유입될 수 있다.When humidified air from the humidifier is supplied to the stack, the water vapor is condensed by the temperature difference with the outside air. When the air flow rate is low, the condensed water flows into the humidifier due to gravity. After the shut- The condensate can enter the humidifier from the stack or piping.
그러나, 연료전지 차량의 아이들 상태에서 급 출력 시 또는 고출력 시, 가습기에서 스택으로 공급되는 공기의 유속이 빨라지기 때문에, 가습기에 고여있는 응축수는 스택으로 유입되며 그 스택 내의 유로를 막음으로 인해 스택에서의 셀 빠짐 현상을 발생시킬 수 있다.However, since the flow rate of the air supplied from the humidifier to the stack is increased at the time of idling or at high output in the idle state of the fuel cell vehicle, the condensed water accumulated in the humidifier flows into the stack, It is possible to cause a cell dropout phenomenon.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background section are intended to enhance the understanding of the background of the invention and may include matters not previously known to those skilled in the art.
본 발명의 실시 예들은 가습기에서 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키며 연료전지 스택의 운전 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 공기 차단 밸브를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide an air shutoff valve that disperses condensed water flowing into a fuel cell stack in a humidifier and improves the operation stability of the fuel cell stack.
본 발명의 실시 예에 따른 공기 차단 밸브는, 가습기에서 가습된 공기를 연료전지 스택으로 공급하기 위한 공기 공급라인에 설치되는 것으로서, ⅰ)밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트와, ⅱ)상기 밸브 회전축에 설치되며, 상기 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 상기 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재를 포함할 수 있다.The air shut-off valve according to the embodiment of the present invention is installed in an air supply line for supplying humidified air from the humidifier to the fuel cell stack, the air shut-off valve comprising: i) And ii) a condensed water dispersing member installed in the valve rotating shaft and dispersing condensed water flowing into the fuel cell stack through the valve passage when the valve passage of the valve plate is opened.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브는, 상기 공기 공급라인의 유로와 연결되는 상기 밸브 통로를 가진 밸브 바디를 포함할 수 있다.In addition, the air shutoff valve according to the embodiment of the present invention may include a valve body having the valve passage connected to the flow path of the air supply line.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 밸브 플레이트는 상기 밸브 바디에 상기 밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치될 수 있다.Further, in the air shutoff valve according to the embodiment of the present invention, the valve plate may be rotatably installed on the valve body through the valve rotation shaft.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 밸브 플레이트는 원판 타입으로 구비될 수 있다.In addition, in the air shutoff valve according to the embodiment of the present invention, the valve plate may be provided as a disc type.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 응축수 분산부재는 다수 개의 메쉬 홀들이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트를 포함할 수 있다.Also, in the air shutoff valve according to an embodiment of the present invention, the condensed water dispersion member may include a disk-type mesh plate having a plurality of mesh holes.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 플레이트는 상기 밸브 회전축에 밸브 플레이트와 수직 교차하는 각도로서 설치될 수 있다.In addition, in the air shutoff valve according to the embodiment of the present invention, the mesh plate may be installed at an angle intersecting the valve rotation axis perpendicularly to the valve plate.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 플레이트는 상기 밸브 플레이트를 기준으로, 상기 밸브 회전축에 80도 이상 90도 미만의 각도로서 설치될 수 있다.Further, in the air shutoff valve according to an embodiment of the present invention, the mesh plate may be installed at an angle of 80 degrees or more and less than 90 degrees with respect to the valve rotation axis with respect to the valve plate.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 홀들은 상기 밸브 통로의 내측 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비될 수 있다.Further, in the air shutoff valve according to an embodiment of the present invention, the mesh holes may be formed such that the mesh holes gradually decrease in size from the inner central portion of the valve passage toward the edge.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 홀들은 상기 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비될 수 있다.In addition, in the air shutoff valve according to an embodiment of the present invention, the mesh holes may be formed in a shape that gradually decreases in size along the flow direction of the air.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브에 있어서, 상기 메쉬 플레이트는 상기 밸브 회전축을 중심에 두고 이의 양측에 반원을 형성하며, 상기 밸브 회전축에 연결되는 메쉬 바디부와, 상기 메쉬 홀들을 형성하며, 상기 메쉬 바디부에 연결되는 와이어 메쉬부를 포함할 수 있다.Further, in the air shut-off valve according to an embodiment of the present invention, the mesh plate may include a mesh body part forming a semicircle on both sides of the valve rotation axis and connected to the valve rotation axis, And a wire mesh part connected to the mesh body part.
본 발명의 실시 예들은 가습기에서 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 응축수 분산부재의 메쉬 플레이트를 통해 분산시킴으로써, 응축수에 의한 연료전지 스택의 셀 빠짐을 최소화하며, 연료전지 스택의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.The embodiments of the present invention minimize the cell dropout of the fuel cell stack due to the condensed water and improve the operation stability of the fuel cell stack by dispersing the condensed water flowing into the fuel cell stack from the humidifier through the mesh plate of the condensed water dispersion member have.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 5 및 도 6은 는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브에 적용되는 메쉬 플레이트를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a schematic view of a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view schematically showing an air shutoff valve for a fuel cell humidifier according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are cross-sectional views schematically showing an air shutoff valve for a fuel cell humidifier according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are views showing a mesh plate applied to an air shutoff valve for a fuel cell humidifier according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view schematically showing an air shutoff valve for a fuel cell humidifier according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In the following detailed description, the names of components are categorized into the first, second, and so on in order to distinguish them from each other in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.It should be noted that terms such as " ... unit ", "unit of means "," part of item ", "absence of member ", and the like denote a unit of a comprehensive constitution having at least one function or operation it means.
도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 우선 본 발명의 실시 예에 적용되는 연료전지용 가습기(1)는 수소로서의 연료와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, a
상기 연료전지용 가습기(1)는 연료전지 스택(3)으로부터 배출되는 배출공기와 공기 압축기(5)로부터 공급되는 공급공기의 막 가습이 이루어지고 그 가습된 공기를 연료전지 스택(3)으로 공급한다. 이와 같은 연료전지용 가습기(1)는 기본적으로, 막 모듈부(2), 제1 캡부(4) 및 제2 캡부(6)를 포함하고 있다.The
상기 막 모듈부(2)는 당 업계에서 "쉘-인(shell-in)이라고도 하며, 여러 다발의 중공사막인 가습막(도면에 도시되지 않음)이 내부에 밀집된 것으로, 하우징의 내부에 가습막이 내장되어 있다.The
여기서, 상기 막 모듈부(2)에는 연료전지 스택(3)에서 배출되는 배출공기를 하우징의 내부로 주입하기 위한 배출공기 유입구(2a)와, 수분이 제거된 배출공기를 배기 계통으로 배출하기 위한 배출공기 배출구(2b)를 형성하고 있다. Here, the
상기 제1 캡부(4)는 당 업계에서 "캡-인(cap-in)" 이라고도 하며, 공기 압축기(5)를 통해 공급되는 공급공기를 막 모듈부(2)의 내부로 주입하기 위한 것이다. 상기 제1 캡부(4)는 막 모듈부(2)의 일측 단부에 결합되며, 공급공기를 막 모듈부(2)로 공급하기 위한 공급공기 주입구(4a)를 형성하고 있다.The
그리고, 상기 제2 캡부(6)는 당 업계에서 "캡-아웃(cap-out)" 이라고도 하며, 막 모듈부(2)로부터 유입되는 공기(가습공기)를 연료전지 스택(3)으로 배출하기 위한 것이다. 상기 제2 캡부(6)는 막 모듈부(2)의 다른 일측 단부에 결합되며, 가습공기를 연료전지 스택(3)으로 배출하기 위한 가습공기 배출구(6a)(이하에서는 편의 상 "공기 배출구" 라고 한다)를 형성하고 있다.The
이 경우, 상기 제2 캡부(6)의 공기 배출구(6a)는 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)과 연결된다. 그리고 상기 공기 공급라인(7)에는 그 공기 공급라인(7)의 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 공기 차단 밸브(100)가 설치된다.In this case, the
한편, 상기와 같이 구성되는 연료전지용 가습기(1)는 제2 캡부(6)의 내부로 응축수가 유입되는데, 그 제2 캡부(6)에 고여있는 응축수는 공기 공급라인(7)을 통해 가습공기와 함께 연료전지 스택(3)으로 유입된다.In the
예를 들면, 차량의 아이들 상태(저 유량 시)에서 급 출력 시(급 가속 시) 또는 고 출력 시, 막 모듈부(2)로부터 가습공기가 제2 캡부(6)로 다량 토출되고, 제2 캡부(6)의 내부에 고여있는 응축수는 공기 배출구(6a)로 배출되며 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 공급됨에 따라, 그 연료전지 스택(3)에서는 응축수 유입으로 인한 셀 빠짐이 발생할 수 있다. 이러한 셀 빠짐 현상은 연료전지 스택(3)의 운전 안정성을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.For example, when the vehicle is in an idling state (at a low flow rate) at a time of rapid output (at rapid acceleration) or at a high output, a large amount of humidified air is discharged from the
본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브(100)는 제2 캡부(6)에서 연료전지 스택(3)으로 유입되는 응축수를 분산시키며, 연료전지 스택(3)의 운전 안정성을 도모할 수 있는 구조로 이루어진다.The
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.FIG. 2 is a perspective view schematically showing an air shutoff valve for a fuel cell humidifier according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 schematically show an air shutoff valve for a fuel cell humidifier according to an embodiment of the present invention Fig.
도 1과 함께 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 공기 차단 밸브(100)는 기본적으로, 밸브 바디(10), 밸브 플레이트(30) 및 응축수 분산부재(50)를 포함하고 있다.2 and 4, the
상기 밸브 바디(10)는 제2 캡부(6)의 공기 배출구(6a)와 연료전지 스택(3)을 연결하는 공기 공급라인(7)에 설치된다. 상기 밸브 바디(10)는 공기 공급라인(7)의 유로와 연결되는 밸브 통로(11)를 형성하고 있다.The
상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 바디(10)의 밸브 통로(11)를 선택적으로 개폐하는 것으로서, 플랩 타입의 플레이트로 구비된다. 상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 회전축(31)을 통하여 밸브 바디(10)에 회전 가능하게 설치된다.The
예를 들면, 상기 밸브 플레이트(30)는 원판 타입으로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 회전축(31)에 연결되게 설치되는 바, 밸브 회전축(31)을 중심에 두고 이의 양측에 반원형의 판이 연결된 구조로 이루어질 수 있다.For example, the
여기서, 상기 밸브 플레이트(30)는 밸브 회전축(31)과 연결된 구동부(40)에 의해 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동부(40)는 밸브 회전축(31)과 연결되는 서보모터를 포함한다. 상기 서보모터는 제어기로부터 전기적인 제어신호를 인가받아 구동하는 것으로, 90도의 회전 각도로서 밸브 회전축(31)을 회전시킬 수 있다. 이러한 밸브 플레이트(30)와 구동부(40)의 연결 구조 및 그 구동부(40)의 작동 구조는 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 그 구조의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Here, the
본 발명의 실시 예에서, 상기 응축수 분산부재(50)는 밸브 플레이트(30)의 밸브 통로(11) 오픈 시, 그 밸브 통로(11)를 통해 연료전지 스택(3)으로 유입되는 응축수를 분산시키기 위한 것이다.In the embodiment of the present invention, the condensed
상기 응축수 분산부재(50)는 밸브 회전축(31)에 설치되며 다수 개의 메쉬 홀들(51)이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트(53)를 포함한다. 여기서, 상기 메쉬 플레이트(53)는 밸브 회전축(31)에 밸브 플레이트(30)와 수직 교차하는 각도로서 설치될 수 있다.The condensed
예를 들면, 상기한 메쉬 플레이트(53)는 밸브 회전축(31)에 연결되게 설치되는 바, 밸브 회전축(31)을 중심에 두고 이의 양측에 반원을 형성하는 메쉬 바디부(55)와, 다수 개의 메쉬 홀들(51)을 형성하며 메쉬 바디부(55)에 연결되는 와이어 메쉬부(57)를 포함한다. 여기서, 상기 와이어 메쉬부(57)는 와이어를 메쉬 바디부(55)에 연결한 상태로 엮어 다수의 메쉬 홀들(51)을 형성할 수 있다.For example, the
한편, 본 발명의 실시 예에서, 상기 메쉬 플레이트(53)는 메쉬 홀들(51)의 크기가 서로 상이한 구조로 이루어질 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the
예를 들면, 상기 메쉬 홀들(51)은 도 5에서와 같이, 밸브 통로(11: 이하 도 3 및 도 4 참조)의 내측 중심부(공기의 유동 중심부)에서 가장자리 쪽으로 갈수록 크기가 점차 작아지는 형상으로 형성될 수 있다.5, the mesh holes 51 are formed in such a shape that the size gradually decreases toward the edge from the inner central portion (air flow central portion) of the valve passage 11 (see FIGS. 3 and 4) .
상기 메쉬 홀들(51)의 크기를 상기와 같이 상이하게 구성하는 이유는 공기 공급라인(7: 이하 도 1 참조)의 유로를 따라 유동하는 공기의 유속이 밸브 통로(11)의 내측 중심부 보다 가장자리 쪽에서 상대적으로 느리기 때문이다.The size of the mesh holes 51 is different from that described above because the flow velocity of the air flowing along the flow path of the air supply line 7 (see FIG. 1) It is relatively slow.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 공기가 통과하는 메쉬 홀들(51)의 크기를 밸브 통로(11)의 내부 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 점차 작아지게 형성함에 따라, 그 메쉬 홀들(51)을 통과하는 응축수를 효과적으로 분산시킬 수 있다. Therefore, in the embodiment of the present invention, the size of the mesh holes 51 through which the air passes is gradually reduced from the inner central portion of the
또한, 상기 메쉬 홀들(51)은 도 6에서와 같이, 밸브 통로(11)를 유동하는 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 형상으로 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 6, the mesh holes 51 may be formed in a shape that gradually decreases in size along the flow direction of the air flowing through the
상기 메쉬 홀들(51)의 크기를 상기와 같이 상이하게 구성하는 이유는 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 메쉬 홀들(51)을 통해 그 메쉬 홀들(51)을 통과하는 공기의 유속을 더욱 증대시킴으로써 메쉬 홀들(51)을 통과하는 응축수를 더욱 효과적으로 분산시키기 위함이다.The reason why the size of the mesh holes 51 is different as described above is that the flow rate of the air passing through the mesh holes 51 through the mesh holes 51, So as to disperse the condensed water passing through the mesh holes 51 more effectively.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브(100)의 작동을 앞서 개시한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the
우선, 본 발명의 실시 예에서는 밸브 바디(10)의 밸브 통로(11)를 밸브 플레이트(30)를 통해 차단한 상태에서, 구동부(40)에 전기적인 제어신호를 인가하면, 그 구동부(40)에 의해 밸브 플레이트(30)를 90도로 회전시키며 밸브 통로(11)를 개방한다.When an electric control signal is applied to the driving
여기서, 상기와 같이 밸브 플레이트(30)를 통해 밸브 통로(11)를 차단한 상태에서, 밸브 플레이트(30)는 수직 방향으로 세워지며 밸브 통로(11)를 폐쇄하고, 메쉬 플레이트(53)는 밸브 플레이트(30)에 수직 교차하는 방향으로 위치하고 있다.The
그리고, 상기와 같이 밸브 플레이트(30)를 회전시키며 밸브 통로(11)를 개방한 상태에서, 메쉬 플레이트(53)는 수직 방향으로 세워지며 밸브 통로(11)를 막고, 밸브 플레이트(30)는 메쉬 플레이트(53)에 수직 교차하는 방향으로 위치하며 밸브 통로(11)를 개방하고 있다.The
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 차량의 아이들 상태(저 유량 시)에서 급 출력 시(급 가속 시) 또는 고 출력 시, 가습기(1)의 막 모듈부(2)로부터 가습공기를 제2 캡부(6)로 다량 토출하고, 제2 캡부(6)의 공기 배출구(6a)를 통해 가습공기를 배출하며, 그 가습공기를 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 공급한다.Therefore, in the embodiment of the present invention, when humid air is blown from the
상기한 과정에 제2 캡부(6)의 내부에 고여있는 응축수 또한 가습공기와 함께 공기 공급라인(7)을 따라 연료전지 스택(3)으로 공급되는데, 메쉬 플레이트(53)가 밸브 통로(11)를 막고 있기 때문에, 본 발명의 실시 예에서 응축수는 메쉬 플레이트(53)의 메쉬 홀들(51)을 통과하며 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 유입된다.The condensed water accumulated inside the
하지만, 본 발명의 실시 예에서는 응축수가 메쉬 플레이트(53)의 메쉬 홀들(51)을 통과하며 그 홀들(51)에 의해 분산된 상태로 공기 공급라인(7)을 통해 연료전지 스택(3)으로 유입될 수 있다.However, in the embodiment of the present invention, the condensed water passes through the mesh holes 51 of the
여기서, 상기 메쉬 플레이트(53)는 메쉬 홀들(51)의 크기가 밸브 통로(11)의 내부 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 점차 작아지거나 밸브 통로(11)를 유동하는 공기의 유동 방향을 따라 점차 작아지는 형상으로 구비되기 때문에, 그 메쉬 홀들(51)을 통과하는 응축수를 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있다.The
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 가습기(1)의 제2 캡부(6)에서 연료전지 스택(3)으로 유입되는 응축수를 응축수 분산부재(50)의 메쉬 플레이트(53)를 통해 분산시킴으로써, 그 응축수에 의한 연료전지 스택(3)의 셀 빠짐을 최소화하며, 연료전지 스택(3)의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.Thus, in the embodiment of the present invention, the condensed water flowing into the
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료전지 가습기용 공기 차단 밸브를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.7 is a cross-sectional view schematically showing an air shutoff valve for a fuel cell humidifier according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 차단 밸브(200)에 의하면, 전기 실시 예의 구조를 기본으로 하면서, 밸브 플레이트(30)에 대해 수직 교차하지 않고 밸브 회전축(31)에 비스듬한 방향으로 설치되는 메쉬 플레이트(153)를 구성할 수 있다.Referring to FIG. 7, the
예를 들면, 본 발명의 실시 예에서 상기 메쉬 플레이트(153)는 밸브 플레이트(30)를 기준으로, 밸브 회전축(31)에 80도 이상 90도 미만의 각도로서 설치될 수 있다.For example, in the embodiment of the present invention, the
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같이 메쉬 플레이트(153)를 밸브 플레이트(30)에 대해 수직한 방향에서 비스듬히 설치함에 따라, 밸브 플레이트(30)에 의한 밸브 통로(11)의 오픈 시, 그 밸브 통로(11)의 내측 벽과 메쉬 플레이트(153) 사이에 소정의 갭(G)을 형성하게 된다.Therefore, in the embodiment of the present invention, when the
이로써, 본 발명의 실시 예에서는 가습기(1: 이하 도 1 참조)에서 연료전지 스택(3: 도 1 참조)으로 유입되는 응축수를 메쉬 플레이트(153)의 메쉬 홀들(151)을 통해 분산시킴과 동시에, 밸브 통로(11)의 내측 벽과 메쉬 플레이트(153) 사이의 갭(G)을 통해 응축수를 유동시키며 그 응축수를 도면에 도시되지 않은 공기 공급라인(7: 도 1 참조)의 바이패스 유로를 통해 가습기(1: 도 1 참조)로 바이패스시킬 수 있다.Thus, in the embodiment of the present invention, the condensed water flowing into the fuel cell stack 3 (see FIG. 1) from the humidifier 1 (see FIG. 1 below) is dispersed through the mesh holes 151 of the
본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 차단 밸브(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시 예와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The rest of the configuration and operation of the
이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Other embodiments may easily be proposed by adding, changing, deleting, adding, etc., but this is also within the scope of the present invention.
1... 연료전지용 가습기 2... 막 모듈부
2a... 배출공기 유입구 2b... 배출공기 배출구
3... 연료전지 스택 4... 제1 캡부
4a... 공급공기 주입구 5... 공기 압축기
6... 제2 캡부 6a... 가습공기 배출구
7... 공기 공급라인 10... 밸브 바디
11... 밸브 통로 30... 밸브 플레이트
31... 밸브 회전축 40... 구동부
50... 응축수 분산부재 51, 151... 메쉬 홀
53, 153... 메쉬 플레이트 55... 메쉬 바디부
57... 와이어 메쉬부 100, 200... 공기 차단 밸브
G... 갭 1 ... Humidifier for
2a ...
3 ...
4a ...
6 ...
7 ...
11 ...
31 ...
50 ...
53, 153 ...
57 ...
G ... Gap
Claims (9)
밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트; 및
상기 밸브 회전축에 설치되며, 상기 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 상기 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재;를 포함하고,
상기 밸브 플레이트는 원판 타입으로 구비되며, 상기 응축수 분산부재는 다수 개의 메쉬 홀들이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트를 포함하되,
상기 메쉬 플레이트는 상기 밸브 플레이트를 기준으로, 상기 밸브 회전축에 80도 이상 90도 미만의 각도로서 설치되어, 상기 밸브 플레이트에 의한 밸브 통로의 오픈 시, 상기 밸브 통로의 내측 벽과 상기 메쉬 플레이트 사이에 소정의 갭을 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.An air shutoff valve installed in an air supply line for supplying humidified air from a humidifier to a fuel cell stack,
A valve plate rotatably installed through a valve rotation shaft, the valve plate opening and closing the valve passage; And
And a condensed water dispersing member installed on the valve rotating shaft and dispersing condensed water flowing into the fuel cell stack through the valve passage when the valve passage of the valve plate is opened,
Wherein the valve plate is provided in a disk type, and the condensed water dispersion member includes a disc plate type mesh plate having a plurality of mesh holes,
Wherein the mesh plate is installed at an angle of not less than 80 degrees and less than 90 degrees with respect to the valve rotation axis with respect to the valve rotation axis so as to prevent the mesh plate from being deformed when the valve passage is opened by the valve plate, And a predetermined gap is formed between the valve body and the valve body.
상기 공기 공급라인의 유로와 연결되는 상기 밸브 통로를 가진 밸브 바디를 포함하며,
상기 밸브 플레이트는 상기 밸브 바디에 상기 밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.The method according to claim 1,
And a valve body having the valve passage connected to the flow path of the air supply line,
Wherein the valve plate is rotatably installed on the valve body through the valve rotation shaft.
밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트; 및
상기 밸브 회전축에 설치되며, 상기 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 상기 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재;를 포함하고,
상기 밸브 플레이트는 원판 타입으로 구비되며, 상기 응축수 분산부재는 다수 개의 메쉬 홀들이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트를 포함하되,
상기 메쉬 홀들은 상기 밸브 통로의 내측 중심부에서 가장자리 쪽으로 갈수록 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.An air shutoff valve installed in an air supply line for supplying humidified air from a humidifier to a fuel cell stack,
A valve plate rotatably installed through a valve rotation shaft, the valve plate opening and closing the valve passage; And
And a condensed water dispersing member installed on the valve rotating shaft and dispersing condensed water flowing into the fuel cell stack through the valve passage when the valve passage of the valve plate is opened,
Wherein the valve plate is provided in a disk type, and the condensed water dispersion member includes a disc plate type mesh plate having a plurality of mesh holes,
Wherein the mesh holes are formed such that the mesh holes are gradually reduced in size from an inner central portion of the valve passage toward an edge thereof.
밸브 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 밸브 통로를 개폐하는 밸브 플레이트; 및
상기 밸브 회전축에 설치되며, 상기 밸브 플레이트의 밸브 통로 오픈 시, 상기 밸브 통로를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 응축수를 분산시키는 응축수 분산부재;를 포함하고,
상기 밸브 플레이트는 원판 타입으로 구비되며, 상기 응축수 분산부재는 다수 개의 메쉬 홀들이 구비된 원판 타입의 메쉬 플레이트를 포함하되,
상기 메쉬 홀들은 상기 공기의 유동 방향을 따라 크기가 점차 작아지는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.An air shutoff valve installed in an air supply line for supplying humidified air from a humidifier to a fuel cell stack,
A valve plate rotatably installed through a valve rotation shaft, the valve plate opening and closing the valve passage; And
And a condensed water dispersing member installed on the valve rotating shaft and dispersing condensed water flowing into the fuel cell stack through the valve passage when the valve passage of the valve plate is opened,
Wherein the valve plate is provided in a disk type, and the condensed water dispersion member includes a disc plate type mesh plate having a plurality of mesh holes,
Wherein the mesh holes are formed in a shape that gradually decreases in size along the flow direction of the air.
상기 메쉬 플레이트는,
상기 밸브 회전축을 중심에 두고 이의 양측에 반원을 형성하며, 상기 밸브 회전축에 연결되는 메쉬 바디부와,
상기 메쉬 홀들을 형성하며, 상기 메쉬 바디부에 연결되는 와이어 메쉬부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 차단 밸브.The method according to any one of claims 1, 7, and 8,
Wherein the mesh plate
A mesh body part forming a semicircle on both sides of the valve rotation axis and connected to the valve rotation axis,
A wire mesh part connected to the mesh body part,
Wherein the air shutoff valve comprises:
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