KR102132971B1 - 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈은, 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공급유로와, 연료전지 스택으로부터 공기가 회수되는 회수유로와, 상기 공급유로 중단과 상기 회수유로 중단을 연결하는 바이패스유로를 구비하되, 상기 공급유로의 입구와 상기 회수유로의 출구가 어느 하나의 벽면에 형성되고, 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구가 다른 하나의 벽면에 형성되는 하우징; 자전 가능한 구조로 상기 하우징의 내부에 삽입되는 구동샤프트; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 상기 구동샤프트에 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구를 폐쇄시키거나 상기 바이패스유로의 입구와 출구를 폐쇄시키는 한 쌍의 회전밸브;를 포함하며, 상기 회전밸브는 유로를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루도록 형성된다.

Description

연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈 {Air cut off valve module for fuel cell system}
본 발명은 연료전지 시스템에 적용되는 공기차단밸브 모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는 공기 유로를 개폐시키는 밸브의 접촉면이 곡면으로 형성되어 유로 개폐성능이 우수하고, 밸브의 내구성이 향상된 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈에 관한 것이다.
연료전지 차량은 연료전지 스택에서 발생되는 전력으로 모터를 구동하여 주행하는 차량이다. 상기 스택은 수소와 공기중의 산소를 반응시켜 전기를 생산하고, 그 과정에서 물(수증기)과 열이 발생된다. 스택의 공기 공급유로 및 배출유로에는 스택 운전 정지시 스택으로 공기가 유입되어 불필요한 반응이 발생함으로써 스택의 내구성이 저하되는 것을 방지하기 위해 유로를 차단할 수 있는 공기차단밸브 모듈이 설치된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 공기차단밸브 모듈에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 공기차단밸브 모듈의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 종래의 공기차단밸브 모듈의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 종래의 공기차단밸브 모듈은, 서브하우징(10), 메인하우징(20), 구동부(30), 하우징커버(40), 샤프트(50), 모터(60), 밸브플레이트(71)를 포함한다.
서브하우징(10)은 모듈을 스택에 직접 장착하기 위한 부분으로서 메인하우징(20)과 함께 상호 분리된 공기유입경로와 공기배출경로를 형성한다. 서브하우징(10)의 외측 둘레에는 스택에 장착하기 위한 다수의 플랜지(10a)가 형성되며, 서브하우징(10)의 내부에는 격벽에 의해 서로 분리된 입구(11)와 출구(미도시)가 형성된다. 서브하우징(10)이 스택에 장착되었을 때 상기 입구(11)와 출구는 각각 스택 공기극의 입구 및 출구와 연결된다. 이때 상기 하우징커버(40)에는 공기유입경로와 공기배출경로를 연통시키는 바이패스유로(41)가 형성된다.
메인하우징(20)에는 공기유입관로에 연결되는 입구관(21)과 공기배출관로에 연결되는 출구관(22)이 형성된다. 입구관(21)과 출구관(22)에 연결된 메인하우징(20)의 내부 공간은 격벽에 의해 서로 분리되어 있으며, 격벽에 의해 분리된 두 개의 공간들은 메인하우징(20)의 배면(서브하우징(10)이 장착되면 면)으로 개구되는데, 그 개구부의 주변에는 서브하우징 장착부(25)가 돌출 형성된다.
상기 서브하우징 장착부(25)는 서브하우징(10)의 입구(11)와 출구가 각각 삽입될 수 있는 형상으로 형성된다. 즉, 서브하우징(10)의 입구(11)가 결합되는 장착부(25)와 출구가 결합되는 장착부(25)가 분리 형성되어 있다.
서브하우징(10)의 입구(11)와 출구는 상기 장착부(25)로 삽입되어 그 단부가 메인하우징(20)의 내부공간으로 노출된다. 상기와 같은 구성에 의해 모듈의 내부에는 입구관(21)과 입구(11)로 이어지는 공기유입경로가 형성되고, 출구와 출구관(22)으로 이어지는 공기배출경로가 형성된다.
메인하우징(20)에는 내부공간을 가로지르는 샤프트(50)가 설치되며, 상기 샤프트(50)에는 공기유입경로를 차단하는 밸브플레이트(71)와 공기배출경로를 차단하는 밸브플레이트(미도시)가 장착된다. 이때 공기유입경로를 차단하는 밸브플레이트(71)와 공기배출경로를 차단하는 밸브플레이트(미도시)는 동일하게 작동하는바, 공기유입경로를 차단하는 밸브플레이트(71)만을 대표적으로 설명한다.
상기 밸브플레이트(71)는 샤프트(50)를 따라 회동하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 밸브플레이트(71)가 서브하우징(10)의 입구(11)를 폐쇄시키는 경우, 상기 입구관(21)을 통해 공급된 공기는 바이패스유로(41)를 통해 출구관(22)으로 배출된다. 반대로 도 3에 도시된 바와 같이 상기 밸브플레이트(71)가 바이패스유로(41)를 폐쇄시키는 경우, 상기 입구관(21)을 통해 공급된 공기는 서브하우징(10)의 입구(11)를 통해 스택으로 전달된 후, 서브하우징(10)의 출구를 통해 회송되어 상기 출구관(22)을 통해 배출된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 공기차단밸브 모듈을 이용하면, 하나의 모듈로 공기의 유입 및 배출, 바이패스를 모두 제어할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 종래의 공기차단밸브 모듈은 각 유로를 개폐시키는 밸브플레이트(71)가 평판 형상으로 형성되어 있는바, 사용기간이 오래되어 상기 밸브플레이트(71)가 약간이라도 휘어지는 경우 유로의 개폐가 확실하게 이루어지지 아니한다는 단점이 있다.
또한, 종래의 공기차단밸브 모듈은 샤프트(50)의 중심으로부터 밸브플레이트(71) 끝단까지의 거리가 매우 멀어, 밸브플레이트(71)를 회동시키는데 많은 힘이 필요할 뿐만아니라 샤프트(50)가 변형될 우려가 있고, 밸브플레이트(71)가 유로의 끝단을 개폐시키는 개폐력이 낮아진다는 문제점이 있다.
KR 10-1884533 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 공기유로를 개폐시키는 밸브의 개폐력이 향상되고, 밸브를 회전시키는데 소요되는 동력을 절감시킬 수 있으며, 장시간 사용시에도 밸브나 샤프트가 변형되는 현상을 방지할 수 있는 공기차단밸브 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈은, 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공급유로와, 연료전지 스택으로부터 공기가 회수되는 회수유로와, 상기 공급유로 중단과 상기 회수유로 중단을 연결하는 바이패스유로를 구비하되, 상기 공급유로의 입구와 상기 회수유로의 출구가 어느 하나의 벽면에 형성되고, 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구가 다른 하나의 벽면에 형성되는 하우징; 자전 가능한 구조로 상기 하우징의 내부에 삽입되는 구동샤프트; 상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 상기 구동샤프트에 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구를 폐쇄시키거나 상기 바이패스유로의 입구와 출구를 폐쇄시키는 한 쌍의 회전밸브;를 포함하며, 상기 회전밸브는 유로를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루도록 형성된다.
상기 회전밸브는, 길이방향으로 절개된 원통 형상으로 형성되어, 상기 구동샤프트와 길이방향이 평행하도록 결합된다.
상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구에는 상기 회전밸브의 일면 가장자리가 밀착되도록 사각형 개구부를 구비하는 가스켓이 장착되되, 상기 가스켓은, 연질브라켓과, 상기 연질브라켓 중 상기 회전밸브를 향하는 측에 적층구조로 결합되는 경질브라켓으로 구성된다.
상기 회전밸브는, 상기 구동샤프트의 길이방향으로 절개된 구체 형상으로 형성된다.
상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구에는 상기 회전밸브의 일면 가장자리가 밀착되도록 원형 개구부를 구비하는 가스켓이 장착되되, 상기 가스켓은, 리테이너와, 상기 리테이너 중 상기 회전밸브를 향하는 측에 적층구조로 결합되는 테프론씰과, 상기 리테이너 중 상기 회전밸브를 향하는 반대측에 적층구조로 결합되는 러버씰로 구성된다.
상기 회전밸브는, 내부에 빈 공간을 구비한다.
상기 회전밸브는, 상기 구동샤프트가 관통하도록 장착되는 중공브라켓과, 상기 중공브라켓에 형성된 체결홀에 나사결합되어 상기 중공브라켓을 상기 구동샤프트에 고정시키는 체결나사를 더 포함한다.
본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈을 이용하면, 공기유로를 개폐시키는 밸브의 개폐력이 향상되고, 밸브를 회전시키는데 소요되는 동력을 절감시킬 수 있으며, 장시간 사용시에도 밸브나 샤프트가 변형되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 공기차단밸브 모듈의 사시도이다.
도 2 및 도 3은 종래의 공기차단밸브 모듈의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈의 단면사시도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈의 사용상태도이다.
도 11은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈 제2 실시예의 사시도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈 제2 실시예의 사용상태도이다.
도 16은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈 제2 실시예에 포함되는 회전밸브의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈의 단면사시도이며, 도 7 내지 도 10은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈의 사용상태도이다.
연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈은 연료전지 스택으로의 공기 공급을 제어하기 위한 장치로서, 유출입되는 공기의 유동방향을 가이드하는 하우징(100)과, 자전 가능한 구조로 상기 하우징(100)의 내부에 삽입되는 구동샤프트(200)와, 상기 구동샤프트(200)에 고정결합되어 하우징(100) 내부의 공기 유로를 개폐시키는 한 쌍의 회전밸브(310, 320)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징(100)은, 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공급유로(110)와, 연료전지 스택으로부터 공기가 회수되는 회수유로(120)를 내부에 구비한다. 따라서 공급유로(110)의 입구(112)를 통해 제공된 공기는 공급유로(110)의 출구(114)를 통해 연료전지 스택으로 공급되고, 연료전지 스택에서 반응하지 아니한 공기는 회수유로(120)의 입구(122)로 유입된 후 회수유로(120)의 출구(124)를 통해 배출된다. 한편 상기 하우징(100) 내부에는 상기 공급유로(110) 중단과 상기 회수유로(120) 중단을 연결하는 바이패스유로(130)가 형성되어 있는바, 연료전지 스택으로 공기 공급이 필요 없는 경우에는 상기 공급유로(110)의 입구(112)를 통해 제공된 공기가 바이패스유로(130)를 통해 회수유로(120)의 출구(124)로 곧바로 바이패스되어 배출된다. 이때, 상기 공급유로(110)의 입구(112)와 상기 회수유로(120)의 출구(124)는 하우징(100)의 어느 한 벽면에 형성되고, 상기 공급유로(110)의 출구(114)와 상기 회수유로(120)의 입구(122)는 하우징(100)의 다른 한 벽면에 형성되는데, 이와 같은 하우징(100) 구조는 종래의 공기차단밸브 모듈에도 실질적으로 동일하게 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한 상기 한 쌍의 회전밸브(310, 320)는 각각 공급유로(110)와 회수유로(120)의 중단에 위치되도록 구동샤프트(200)에 결합되어 상기 구동샤프트(200)와 일체로 회전된다. 따라서 상기 한 쌍의 회전밸브(310, 320)는 구동샤프트(200)의 회전 각도에 따라 상기 공급유로(110)의 출구(114)와 상기 회수유로(120)의 입구(122)를 폐쇄시키거나, 상기 바이패스유로(130)의 입구(132) 및 바이패스유로(130)의 출구(134)를 폐쇄시킴으로써, 공기의 유동방향을 제어한다.
예를 들어 상기 회전밸브(310, 320)가 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 회전된 상태는 상기 한 쌍의 회전밸브(310, 320)가 각각 바이패스유로(130)의 입구(132)와 바이패스유로(130)의 출구(134)를 각각 폐쇄시킨 상태로서, 도 7 및 도 8에 도시된 상태에서 공급유로(110)의 입구(112)로 공급된 공기는 공급유로(110)의 출구(114)를 통해 연료전지 스택으로 제공되며, 연료전지 스택으로부터 유출된 공기는 회수유로(120)의 입구(122)를 통해 하우징(100) 내부로 유입된 후 회수유로(120) 출구를 통해 외부로 배출된다.
또한 상기 회전밸브(310, 320)가 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 회전된 상태는 상기 한 쌍의 회전밸브(310, 320)가 각각 공급유로(110)의 출구(114)와 회수유로(120)의 입구(122)를 폐쇄시킨 상태로서, 도 9 및 도 10에 도시된 상태에서 공급유로(110)의 입구(112)로 공급된 공기는 바이패스유로(130)를 거쳐 회수유로(120) 출구로 곧바로 배출된다.
이때, 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈은 하우징(100)의 내부에 형성된 공기 유로들을 개폐시키는 회전밸브(310, 320)가 평판 형상의 플랫밸브가 아니라, 유로를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루도록 형성된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
예를 들어 상기 회전밸브(310, 320)는 본 실시예에 도시된 바와 같이, 길이방향(본 실시예에서는 상하방향)으로 절개된 원통 형상으로 형성되어, 상기 구동샤프트(200)와 길이방향이 평행하도록 결합될 수 있다. 이와 같이 회전밸브(310, 320)가 절개된 원통 형상으로 형성되면, 구동샤프트(200)와 회전밸브(310, 320) 끝단까지의 거리가 도 1 내지 도 3에 도시된 종래의 공기차단밸브 모듈에 비해 현저히 짧아지는바, 상기 회전밸브(310, 320)가 각 유로의 입출구에 밀착되는 힘이 커지게 되고, 이에 따라 공기유로가 보다 확실하게 개폐될 수 있다는 장점이 있다. 또한, 구동샤프트(200)와 회전밸브(310, 320) 끝단 간의 거리가 짧아지면 구동샤프트(200)를 회전시키는데 소요되는 동력이 절감되므로, 구동샤프트(200)를 회전시키기 위한 구동부(400)의 용량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 밸브가 플레이트 형상으로 형성되는 경우에는 상기 밸브가 약간이라도 휘었을 때 상기 밸브가 공기유로의 입출구를 확실하게 폐쇄시키지 못하는 문제가 발생되지만, 본 실시예와 같이 회전밸브(310, 320)가 절개된 원통 형상을 이루는 경우에는 상기 회전밸브(310, 320)에 외력이 인가되더라도 상기 회전밸브(310, 320)가 쉽게 변형되지 아니하게 된다는 장점이 있다. 따라서 상기 회전밸브(310, 320)가 절개된 원통형상으로 형성되면 공기유로의 입출구를 개폐시키는 성능이 현저히 높아진다는 장점도 얻을 수 있다.
일반적으로 하우징(100)과 회전밸브(310, 320)는 장시간 사용하더라도 쉽게 마모되지 않도록 일정 수준 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되는데, 상기 회전밸브(310, 320)가 하우징(100) 내부에 형성된 공급유로(110)의 출구(114)와 회수유로(120)의 입구(122)에 직접 접촉되면 공급유로(110)의 출구(114)와 회수유로(120)의 입구(122)가 완벽하게 밀폐되지 못하는 현상이 발생될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈은 공급유로(110)의 출구(114)와 회수유로(120)의 입구(122)가 확실하게 밀폐될 수 있도록, 상기 공급유로(110)의 출구(114)와 상기 회수유로(120)의 입구(122)에는 상기 회전밸브(310, 320)의 일면 가장자리가 밀착되는 가스켓이 장착될 수 있다. 상기 가스켓은 사각형 개구부를 구비하는 사각틀 형상으로 형성되는바, 상기 회전밸브(310, 320)가 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 공급유로(110) 출구와 회수유로(120) 입구를 폐쇄시키도록 회전되었을 때 상기 가스켓은 회전밸브(310, 320)의 곡면 가장자리 전체에 걸쳐 밀착된다. 이에 따라 공급유로(110)의 출구(114)와 회수유로(120)의 입구(122)는 상기 한 쌍의 회전밸브(310, 320)에 의해 완벽하게 폐쇄된 상태를 유지할 수 있게 된다.
이때, 상기 가스켓은 하우징(100)이나 회전밸브(310, 320)에 비해 연성을 갖는 재료로 제작되는데, 상기 가스켓 전체가 연성이 높은 재료로 제작되면 회전밸브(310, 320)와의 마찰에 의해 쉽게 변형될 우려가 있다. 따라서 상기 가스켓은, TPE(Thermo Plastic Elastomer)와 같이 연성을 갖는 재료로 제작되는 연질브라켓(142)과, 플라스틱이나 알루미늄 등과 같이 일정 수준 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되어 상기 연질브라켓(142) 중 상기 회전밸브(310, 320)를 향하는 측에 적층구조로 결합되는 경질브라켓(141)으로 구성될 수 있다.
이와 같이 상기 가스켓이 복수 개의 재료로 제작되면, 일정수준 이상의 구조적 강도를 가지면서도 회전밸브(310, 320)와의 밀착력이 높게 유지될 수 있다는 장점이 있다. 한편, 상기 연질브라켓(142)은 회전밸브(310, 320)가 가스켓의 개구부를 폐쇄시키도록 회전되었을 때 상기 회전밸브(310, 320)의 곡면 상단과 하단에 밀착되도록 돌출단(146)이 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 연질브라켓(142)에 돌출단(146)이 형성되면, 회전밸브(310, 320)와 연질브라켓(142) 간의 밀폐력이 더욱 높아진다는 장점이 있다.
한편, 상기 회전밸브(310, 320)의 중량이 커지면 구동샤프트(200)를 회전시키는데 많은 동력이 소요될 뿐만 아니라, 회전밸브(310, 320)의 원심력에 의해 구동샤프트(200)가 휘어지는 등의 문제가 발생될 수 있다. 따라서 상기 회전밸브(310, 320)는 공기유로를 개폐시키도록 넓은 면적을 가지면서도 경량화가 가능하도록, 내부에 빈 공간을 구비하는 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 회전밸브(310, 320)의 내부에 빈 공간이 형성되면, 회전밸브(310, 320)가 경량화되어 구동샤프트(200)를 회전시키는데 소요되는 동력이 절감 및 구동샤프트(200)의 변형도 방지가 가능해줄 뿐만 아니라, 공기가 유동하는 경로를 보다 넓게 확보할 수 있으므로 공기의 유속을 높게 유지할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 상기 회전밸브(310, 320)가 구동샤프트(200)에 용접 방식으로 결합되면, 장시간 사용 시 결합부위에 크랙이 발생될 수 있을뿐만 아니라, 회전밸브(310, 320)가 파손되었을 때 구동샤프트(200)까지 모두 교체해야 한다는 단점이 있다. 따라서 상기 회전밸브(310, 320)는 구동샤프트(200)에 착탈 가능한 구조로 결합됨이 바람직하다. 예를 들어 상기 회전밸브(310, 320)는, 상기 구동샤프트(200)가 관통하도록 장착되는 중공브라켓(312)과, 상기 중공브라켓(312)에 형성된 체결홀(314)에 나사결합되어 상기 중공브라켓(312)을 상기 구동샤프트(200)에 고정시키는 체결나사(316)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 회전밸브(310, 320)가 체결나사(316)에 의해 구동샤프트(200)에 결합되면, 상기 중공브라켓(312)이나 체결나사(316)가 파단되지 아니하는 한 회전밸브(310, 320)가 구동샤프트(200)로부터 분리될 우려가 없어지고, 회전밸브(310, 320)가 손상되었을 때 상기 회전밸브(310, 320)만을 교체할 수 있으므로 유지비용이 절감된다는 장점이 있다.
도 11은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈 제2 실시예의 사시도이고, 도 12 내지 도 15는 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈 제2 실시예의 사용상태도이며, 도 16은 본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈 제2 실시예에 포함되는 회전밸브(310, 320)의 사시도이다.
본 발명에 의한 공기차단밸브 모듈은, 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 회전밸브(310, 320)가 구동샤프트(200)의 길이방향으로 절개된 구체 형상으로 형성될 수도 있다. 이와 같이 상기 회전밸브(310, 320)가 절개된 구체형상으로 형성되면, 상기 회전밸브(310, 320)에 어느 방향으로 외력이 인가되더라도 인가된 외력이 회전밸브(310, 320)의 각 부위로 고르게 분산될 수 있는바, 상기 회전밸브(310, 320)의 변형 및 손상이 더욱 효과적으로 방지된다는 장점이 있다.
또한, 상기 회전밸브(310, 320)가 절개된 구체 형상으로 형성되는 경우에 있어서도, 상기 한 쌍의 회전밸브(310, 320)가 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 바이패스유로(130)의 입구(132) 및 바이패스유로(130)의 출구(134)를 폐쇄시키는 경우, 공급유로(110)의 입구(112)로 공급된 공기는 공급유로(110)의 출구(114)를 통해 연료전지 스택으로 제공되며, 연료전지 스택으로부터 유출된 공기는 회수유로(120)의 입구(122)를 통해 하우징(100) 내부로 유입된 후 회수유로(120) 출구를 통해 외부로 배출된다. 한편 한 쌍의 회전밸브(310, 320)가 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 각각 공급유로(110)의 출구(114)와 회수유로(120)의 입구(122)를 폐쇄시킨 상태에서는, 공급유로(110)의 입구(112)로 공급된 공기는 바이패스유로(130)를 거쳐 회수유로(120) 출구로 곧바로 배출된다.
또한, 상기 회전밸브(310, 320)가 절개된 구체형상으로 형성되는 경우, 상기 공급유로(110)의 출구(114)와 상기 회수유로(120)의 입구(122)에는 상기 회전밸브(310, 320)의 일면 가장자리가 밀착되도록 원형 개구부를 구비하는 가스켓이 장착됨이 바람직하다. 이와 같이 상기 회전밸브(310, 320)와 밀착되는 가스켓의 개구부가 원형으로 형성되면, 가스켓의 개구부 가장자리가 회전밸브(310, 320)의 곡면에 고른 힘으로 밀착되는바, 상기 회전밸브(310, 320)의 유로 개폐성능이 더욱 향상된다는 장점이 있다.
한편, 상기 가스켓이 본 실시예와 같이 원형 개구부를 갖도록 제작되는 경우, 상기 가스켓은 일정수준 이상의 구조적 강도를 가지면서도 회전밸브(310, 320)와의 마찰에 의한 변형 및 손상이 방지되도록 복수 개의 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 상기 가스켓은, 플라스틱이나 금속과 같이 기준치 이상의 강도를 갖는 재료로 제작되는 리테이너(146)와, 상기 리테이너(146) 중 상기 회전밸브(310, 320)를 향하는 측에 적층구조로 결합되는 테프론씰(145)과, 상기 리테이너(146) 중 상기 회전밸브(310, 320)를 향하는 반대측에 적층구조로 결합되는 러버씰(147)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 회전밸브(310, 320)가 절개된 구체 형상으로 형성되는 경우, 상기 회전밸브(310, 320)는 도 11 내지 도 15에 도시된 바와 같이 상기 구동샤프트(200)에 용접 등의 방식으로 직접 결합될 수도 있고, 도 16에 도시된 바와 같이 상기 구동샤프트(200)가 관통하도록 장착되는 중공브라켓(312)과, 상기 중공브라켓(312)에 형성된 체결홀(314)에 나사결합되어 상기 중공브라켓(312)을 상기 구동샤프트(200)에 고정시키는 체결나사(316)를 더 포함하도록 구성될 수도 있다.
상기 회전밸브(310, 320)가 체결나사(316)에 의해 구동샤프트(200)에 결합되는 경우 얻어지는 장점은 상기 도 4 내지 도 10에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 하우징 110 : 공급유로
120 : 회수유로 130 : 바이패스유로
200 : 구동샤프트 310, 320 : 회전밸브
312 : 중공브라켓 314 : 체결홀
316 : 체결나사 400 : 구동부

Claims (7)

  1. 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공급유로와, 연료전지 스택으로부터 공기가 회수되는 회수유로와, 상기 공급유로 중단과 상기 회수유로 중단을 연결하는 바이패스유로를 구비하되, 상기 공급유로의 입구와 상기 회수유로의 출구가 어느 하나의 벽면에 형성되고, 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구가 다른 하나의 벽면에 형성되는 하우징;
    자전 가능한 구조로 상기 하우징의 내부에 삽입되는 구동샤프트;
    상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 상기 구동샤프트에 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구를 폐쇄시키거나 상기 바이패스유로의 입구와 출구를 폐쇄시키는 한 쌍의 회전밸브;를 포함하며,
    상기 회전밸브는, 유로를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루도록 길이방향으로 절개된 원통 형상으로 형성되어, 상기 구동샤프트와 길이방향이 평행하도록 결합되고,
    상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구에는 상기 회전밸브의 일면 가장자리가 밀착되도록 사각형 개구부를 구비하는 가스켓이 장착되되,
    상기 가스켓은, 연질브라켓과, 상기 연질브라켓 중 상기 회전밸브를 향하는 측에 적층구조로 결합되는 경질브라켓으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공급유로와, 연료전지 스택으로부터 공기가 회수되는 회수유로와, 상기 공급유로 중단과 상기 회수유로 중단을 연결하는 바이패스유로를 구비하되, 상기 공급유로의 입구와 상기 회수유로의 출구가 어느 하나의 벽면에 형성되고, 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구가 다른 하나의 벽면에 형성되는 하우징;
    자전 가능한 구조로 상기 하우징의 내부에 삽입되는 구동샤프트;
    상기 구동샤프트와 일체로 회전하도록 상기 구동샤프트에 결합되어, 상기 구동샤프트의 회전 각도에 따라 상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구를 폐쇄시키거나 상기 바이패스유로의 입구와 출구를 폐쇄시키는 한 쌍의 회전밸브;를 포함하며,
    상기 회전밸브,는 유로를 폐쇄시키는 일면이 곡면을 이루도록 상기 구동샤프트의 길이방향으로 절개된 구체 형상으로 형성되고,
    상기 공급유로의 출구와 상기 회수유로의 입구에는 상기 회전밸브의 일면 가장자리가 밀착되도록 원형 개구부를 구비하는 가스켓이 장착되되,
    상기 가스켓은, 리테이너와, 상기 리테이너 중 상기 회전밸브를 향하는 측에 적층구조로 결합되는 테프론씰과, 상기 리테이너 중 상기 회전밸브를 향하는 반대측에 적층구조로 결합되는 러버씰로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈.
  6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 회전밸브는, 내부에 빈 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 회전밸브는, 상기 구동샤프트가 관통하도록 장착되는 중공브라켓과, 상기 중공브라켓에 형성된 체결홀에 나사결합되어 상기 중공브라켓을 상기 구동샤프트에 고정시키는 체결나사를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 공기차단밸브 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100136716A (ko) * 2009-06-19 2010-12-29 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 통합형 밸브 장치
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KR102002229B1 (ko) * 2017-12-27 2019-07-19 주식회사 현대케피코 공기차단밸브의 자가 정렬구조

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