KR100953963B1

KR100953963B1 - 연료전지용 소음기

Info

Publication number: KR100953963B1
Application number: KR1020077021488A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 곤도; 가즈노리 야나기하라; 히데아키 다니구치; 다카시 가토; 기요히코 나가에
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2010-04-21
Also published as: JP4464854B2; DE112006000693T5; CN101146982B; WO2006100990A1; US20080185218A1; DE112006000693B4; US7743883B2; JP2006266164A; CN101146982A; KR20070105369A

Abstract

본 발명의 연료전지용 소음기는, 아웃터 쉘이 인너 파이프와의 사이에 흡음재가 충전되는 수용부와, 인너 파이프의 연직방향 하측부분에 대향하여 설치되어 인너 파이프와의 사이에 흡음재가 충전되지 않은 배수부를 가지고 있다. 이 배수부는, 아웃터 쉘 내로 유입한 물을 받아, 이것을 아웃터 쉘 밖으로 흘린다. 배수부가 아웃터 쉘 내로 유입한 물을 받아도, 배수부에는 흡음재가 충전되어 있지 않기 때문에, 소음기 내부의 흡음재가, 배수부로부터 물을 빨아 올려 함수하는 일이 없다.

Description

연료전지용 소음기{NOISE ELIMINATOR FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지의 배기계통에 설치되는 소음기에 관한 것으로, 상세하게는 배기 중에 포함되는 수분이 응결한 물을, 소음기의 밖으로 배출하기 위한 구조에 관한 것이다.

연료전지에서는, 애노드극에 공급되는 연료가스와, 캐소드극에 공급되는 산화가스가 전해질막에서 발전 반응하고, 이것과 동시에 수분이 생성된다. 생성된 수분은 반응에 사용되지 않은 연료가스나 산화가스와 함께, 연료전지의 배기로서 연료전지에 접속된 소정의 배기계통으로부터 배출된다. 이와 같은 배기계통에서는 500 ∼2000 Hz 라고 한 비교적 높은 주파수의 기류음이 생기는 경우가 있다. 이 기류음을 저감하기 위하여 연료전지차 등의 배기계통에는 내부에 유리울 등의 흡음재(소음재)를 충전한 흡음형의 소음기가 장착되는 것이 많다.

이와 같은 소음기에는 예를 들면 도 7에 나타내는 단면구조의 것이 있다. 이 소음기(100)는, 연료전지로부터의 배기가 관류하는 인너 파이프(102)와, 이것을 둘러싸는 아웃터 쉘(104)을 가지고, 인너 파이프(102)와 아웃터 쉘(104)의 사이에는 유리울 등의 흡음재(106)가 충전되어 있다. 인너 파이프(102)에는 그 둘레벽에 복수의 소리투과구멍(sound transmitting hole)(108)이 형성되어 있다. 이 소리투 과구멍(108)으로부터 흡음재(106)를 향하여 방사된 소리는, 흡음재(106)로 산란, 간섭을 반복하여 감쇠함으로써 흡음재(106)에 흡수되게 된다.

그런데 연료전지의 배기 중에는 생성된 수분이 많이 포함된다. 이 수분이 소음기 내부에서 응결하여 적하하는 것이나, 배기계통 상류에서 응결한 물이 소음기 내로 유입함으로써, 소음기의 연직방향 하측의 부위(이하, 바닥부라 기재한다)에 물이고이는 경우가 있다. 이 경우, 소음기의 바닥부에 충전된 흡음재가, 물을 흡착, 유지(이하, 함수라 기재한다)함으로써 소정의 흡음능력을 발휘할 수 없게 되어, 소음기로서의 소음성능이 저하하는 경우가 있었다.

이것을 대책하는 종래기술로서, 예를 들면 일본국 특개2002-206413호 공보의 소음기(120)가 제안되어 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이 소음기(120)는 연통구멍(122)을 가지는 칸막이판(124)으로 소음기(120) 내부를 연직방향 상하로 구획함으로써, 흡음실(126)과 팽창실(128)이 형성되어 있다. 이 흡음실(126)의 내부에는 소리투과구멍(136)을 가지는 인너 파이프(130)가 배치되고, 인너 파이프(130)를 둘러 싸도록 흡음재가 충전되어 있다. 이 구조에 의하여 인너 파이프(130)의 연직방향 하측에 있는 흡음재(126)가 함수(含水)하여도, 그 물은 칸막이판(124)의 연통구멍(122)을 거쳐 팽창실(128)에 적하시킬 수 있다. 팽창실(128)로 적하한 물은, 도관(134)을 거쳐 차례로 소음기(120) 밖으로 배출된다.

그러나 도 8에 나타내는 소음기에서는 흡음실 하측의 흡음재로부터 팽창실로 물을 적하시키면서도 흡음재가 함수하는 영역이 넓어진다는 문제가 있었다. 흡음재를 함수시키는 물은, 배기계통 상류로부터 인너 파이프 내벽을 타고 유입하는 물 이나, 인너 파이프 내벽에서 응결하여 적하하는 물이 포함된다. 이와 같이 유입한 물은, 인너 파이프의 소리투과구멍으로부터 적하하고, 특히 인너 파이프 하측에 있는 흡음재를 함수시킨다. 함수한 흡음재는 상기한 유리울과 같이 지름이 가는 섬유이고, 또 섬유 사이의 간극도 작은 것이 많다. 이와 같은 섬유에는 모세관현상이 생기기 때문에, 인너 파이프 하측이나 그 주위의 흡음재뿐만 아니라, 더욱 위쪽에 있는 흡음재까지 물이 끌어당겨져 함수하는 경우가 있었다.

이와 같이 도 8에 나타내는 소음기에서는 인너 파이프의 소리투과구멍으로부터 유입하는 배기류에 의하여 함수한 흡음재로부터 어느 정도 물을 팽창실에 적하시킬 수는 있으나, 충전된 흡음재 중, 함수하는 영역이 넓기 때문에 흡음재가 소정의 흡음능력을 발휘하는 것은 곤란하였다.

그래서 본 발명은 내부에 있는 흡음재가 함수하는 영역이 더욱 좁아지는 구조를 가지는 소음기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관한 연료전지용 소음기는, 아웃터 쉘이 인너 파이프의 사이에 흡음재가 충전되는 수용부와, 인너 파이프의 연직방향 하측부분에 대향하여 설치되어 인너 파이프의 사이에 흡음재가 충전되지 않은 배수부를 가지고 있고, 이 배수부는 아웃터 쉘 내로 유입한 물을 받아, 이것을 아웃터 쉘 밖으로 흘리도록 형성되어 있다. 인너 파이프의 하측부분과, 이것에 대향하는 배수부 사이의 공간에는 흡음재가 충전되어 있지 않다. 따라서 배수부가 아웃터 쉘 내로 유입한 물을 받아도, 배수부에는 흡음재가 충전되어 있지 않기 때문에, 소음기 내부의 흡음재가, 배수부로부터 물을 빨아 올려 함수하는 일이 없다.

바람직하게는 연직방향에서의 인너 파이프의 둘레벽과 아웃터 쉘의 수용부와의 거리가, 아웃터 쉘의 배수부와의 거리보다 커지도록 인너 파이프가 아웃터 쉘에 대하여 배치된다. 이것에 의하여 인너 파이프의 연직방향 상측과, 아웃터 쉘의 수용부의 사이에, 흡음재를 충전하기 위한 비교적 넓은 공간을 확보할 수 있다. 배수부와 인너 파이프의 사이에 흡음재가 없는, 물을 받는 공간을 확보하면서도 인너 파이프 상측에는 흡음재를 비교적 많이 충전할 수 있다.

바람직하게는 아웃터 쉘의 배수부가, 아웃터 쉘의 바깥쪽을 향하여 돌출한 단면 대략 U자형상으로 형성한다. 이것에 의하여 배수부는 이것에 인접하는 아웃터 쉘의 부위에 비하여 연직방향 하측으로 더욱 깊게 되어 있다. 따라서 배수부는 그 주위에 있는 흡음재에 물을 접촉시키지 않고 더욱 많은 물을 저수 가능하게 된다.

바람직하게는 소리투과구멍은, 인너 파이프 둘레벽의 상측부분에는 형성되고, 하측부분에는 형성되지 않는 것으로 한다. 따라서 배기계통 상류로부터 인너 파이프 하측부분을 타고 흐르는 물은, 인너 파이프로부터 아웃터 쉘로 들어 가지 않고 그대로 배기계통 하류로 배출된다.

바람직하게는 소리투과구멍은, 인너 파이프 둘레벽의 아웃터 쉘 수용부와 인너 파이프의 사이에 형성되는 흡음실에 대향하는 부분에 형성되어 있다.

바람직하게는 인너 파이프가 배기계통 하류방향만큼 낮아지도록 각도를 붙여 설치된다. 이것에 의하여 인너 파이프의 하측부분이나, 아웃터 쉘 배수부로 적하한 물을, 이들에 전달시켜 배기계통 하류방향으로 원활하게 흘릴 수 있다.

바람직하게는 인너 파이프의 설치각도는, 5∼10°로 설정되어 있다. 이것에 의하여 소음기의 차량 탑재성을 손상하지 않고, 인너 파이프의 하측부분 및 아웃터 쉘의 배수부로부터 물을 배출할 수 있다.

바람직하게는 인너 파이프 하측부분의 배기계통 하류측에는, 아웃터 쉘 배수부와 인너 파이프의 사이에 있는 공간과, 인너 파이프 내를 연통하는 배수구멍이 형성되어 있다. 배수부를 타고 배기계통 하류방향으로 흘러 온 물을, 배수구멍으로부터 인너 파이프의 하류측으로 유입시켜 인너 파이프를 타고 흘러 온 물과 함께 소음기 밖으로 배출할 수 있다.

바람직하게는 인너 파이프와, 아웃터 쉘의 사이에 이들의 접촉을 방지하는 완충부재를 설치하고 있다. 이에 의하여 아웃터 쉘 내에서 인너 파이프가 요동한 경우에 아웃터 쉘의 배수부와 인너 파이프가 직접 접촉하여 이음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게는 완충부재는 인너 파이프 둘레벽의 연직방향 하측으로부터 돌출되어 있고, 인너 파이프의 축방향을 따라 연장 설치되어 있다. 완충부재는 아웃터 쉘의 배수부를 타고 흐르는 물의 흐름을 방해하지 않고 배수부와 인너 파이프의 접촉을 방지할 수 있다.

바람직하게는 아웃터 쉘을 수지제로 하여 일체로 성형한 것으로 할 수 있다. 용착 등의 접합을 사용하지 않고 아웃터 쉘을 구성할 수 있기 때문에, 접합부분의 박리 등에 의하여 내부의 유체가 누출되는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게는 아웃터 쉘에는 배기계통 상류측 및 하류측 중 적어도 한쪽에 인너 파이프를 압입 가능한 파이프 받이부가 형성되어 있고, 이 파이프 받이부에 인너 파이프의 끝부가 압입되어 아웃터 쉘과 인너 파이프를 고정한다. 이것에 의하여 용착 등의 비교적 고비용의 고정방법을 사용하지 않고 인너 파이프를 아웃터 쉘에 고정할 수 있다.

바람직하게는 아웃터 쉘의 배기계통 상류측 및 하류측 중 한쪽에 파이프 받이부를 형성하고, 이것에 인너 파이프의 한쪽의 끝부가 압입 고정된 경우에, 인너 파이프의 다른쪽 끝부는 아웃터 쉘 또는 아웃터 쉘에 고정되는 부재에 대하여 슬라이딩 가능하게 끼워 넣어진다. 이것에 의하여 수지제의 아웃터 쉘과, 스테인레스제의 인너 파이프가 각각 다른 열팽창율로 팽창하는 경우에, 아웃터 쉘과 인너 파이프의 열팽창의 차를 흡수할 수 있다.

바람직하게는 아웃터 쉘과 인너 파이프의 다른쪽의 끝부를 접속하는 접속 파이프를 구비하고 있고, 접속 파이프는 아웃터 쉘과 인너 파이프의 다른쪽의 끝부를 접속하는 접속 파이프를 구비하여 아웃터 쉘에 압입 고정되는 큰 지름부와, 인너 파이프의 다른쪽 끝부에 슬라이딩 가능하게 끼워 넣어지는 작은 지름부를 가지고 있다. 인너 파이프의 한쪽의 끝부를, 아웃터 쉘에 압입 고정한 후, 인너 파이프의 다른쪽 끝부에 접속 파이프의 작은 지름부를 슬라이딩시켜 끼워 넣고, 접속 파이프의 큰 지름부를 아웃터 쉘에 압입 고정한다. 이것에 의하여 아웃터 쉘과 인너 파이프의 열팽창의 차를 흡수 가능한 소음기를 용이하게 실현할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 소음기의 개략 구성을 나타내는 사시도,

도 2는 본 실시형태에 관한 소음기의 종단면도,

도 3은 도 2의 B-B선에 의한 단면도,

도 4는 도 2의 C-C선에 의한 단면도,

도 5는 도 2의 G-G선에 의한 단면도로서, 인너 파이프의 내벽에 접속 파이프가 삽입된 상태를 나타내는 도,

도 6은 도 2의 B-B선에 의한 단면도로서, 인너 파이프의 하측부분 및 배수부에 물이 흐르고 있는 상태를 나타내는 도,

도 7은 관련기술에 있어서의 흡음형 소음기의 횡단면도,

도 8은 일본국 특개2002-206413호 공보에 개시되는 소음기의 종단면도,

도 9는 연료전지시스템의 개략구성을 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 실시형태에 관한 소음기(10)가 설치되는 연료전지시스템의 배기계통에 대하여, 도 9를 이용하여 개략 구성을 설명한다. 도 9에 연료전지시스템의 개략구성을 나타낸다. 연료전지시스템(80)은, 연료전지(82), 연료전지(82)에 수소가스를 공급하는 수소탱크(84), 연료전지(82)에 산화가스를 공급하는 블로워(86), 연료전지(82)로부터의 배기를 배출하는 배기계통(88)(도 9에 2점 쇄선으로 나타낸다)을 가지고 있다.

수소탱크(84)는, 연료가스공급로(85)를 거쳐 연료전지(82)에 접속되어 있고, 수소탱크(84)에 저장된 수소가스(연료가스)가, 레귤레이터(90)로 유량을 조정하여 제어밸브(92)를 거쳐 연료전지(82)에 공급된다. 한편, 블로워(86)는 산화가스공급로(87)를 거쳐 연료전지(82)에 접속되어 있고, 공기(산화가스)가 연료전지(82)에 공급된다. 연료전지(82)에서 공급된 수소가스와 공기가 반응하여 전기에너지가 생성됨과 동시에, 수분이 생성된다.

반응에 사용되지 않은 수소가스(이하, 애노드 배기가스라 기재한다)와, 반응에 사용되지 않은 공기(이하, 캐소드 배기가스라 기재한다)는, 연료전지(82)로부터 배기계통(88)에 배출된다. 애노드 배기가스 및 캐소드 배기가스는, 반응에 의하여 생성된 수분을 포함하고 있다. 캐소드 배기가스는, 캐소드 배기가스로(93)를 통하여 희석기(94)에 유입한다. 한편, 애노드 배기가스는, 애노드 배기가스로(95)를 통하여 순환펌프(96) 및 퍼지밸브(98)를 지나 희석기(94)로 유입한다. 애노드 배기가스와 캐소드 배기가스는 희석기(94)에서 합류하여 수분을 포함한 배기로서 배관(99)을 통하여 소음기(10)로 유입된다.

다음에 본 실시형태에 관한 소음기(10)에 대하여, 그 개략을 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1에 소음기(10)의 개략구성을 나타내고, 도 2에는 도 1에 화살표 Y로 나타내는 소음기의 길이방향의 종단면도를 나타낸다. 소음기(10)는 연료전지시스템의 배기계통에 설치된다. 소음기(10)는 연료전지 자동차에 적용되는 경우, 차량 뒤쪽의 언더 플로워에 브래킷 등에 의하여 매달려 설치된다. 또한 도면에서 화살표 X는 차량 왼쪽을, 화살표 Y는 차량 뒤쪽을, 화살표 Z는 차량 위쪽을 나타내고 있다. 이 소음기(10)는 도 2에 나타내는 바와 같이 화살표(X, Y)로 구성되는 차량 수평면에 대하여 배기계통 하류방향(화살표 Y로 나타내는 방향)만큼 낮아지도록 5∼10°의 경사각도로 장착되어 있다.

연료전지(도시 생략)로부터는, 반응에 사용되지 않은 공기나 연료전지에서 생성된 수분(수증기)을 포함하는 배기가, 소정의 배기계통으로부터 배출된다. 소음기(10)는 이 배기계통의 말단에 설치되어 있고, 수분을 포함한 배기와, 소음기(10)보다 상류의 배기계통 내부에서 배기 중의 수분이 응결한 물은, 배기계통 상류측(도 1에 화살표 D로 나타내는 쪽)으로부터 소음기(10)로 유입한다.

본 실시형태에 관한 소음기(10)의 각 부위에 대하여 도 2, 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다. 도 2에는 소음기의 길이방향(도 1에 화살표 Y로 나타낸다)의 종단면도를 나타낸다. 도 3에는 도 2의 B-B선에 의한 단면도를 나타내고, 도 4에는 도 2의 C-C선에 의한 단면도를 나타낸다. 소음기(10)는 배기가 관류하는 인너 파이프(30)와, 이것을 둘러 싸는 아웃터 쉘(12)과, 인너 파이프(30)와 아웃터 쉘(12) 사이에 충전되는 흡음재(45)와, 인너 파이프(30)의 상류와 아웃터 쉘(12)을 접속하는 접속 파이프(50)와, 인너 파이프(30)와 아웃터 쉘(12)의 접촉을 방지함과 동시에 하중전달을 완충하는 완충용 고무부재(60)를 가지고 있다. 이하에 소음기(10)의 상세에 대하여 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 또한 예로서 연료전지차의 배기계통에 설치되는 소음기(10)에 대하여 설명하고, 소음기(10)의 각 부위의 형상이나 그 방향에 대해서는 소음기(10)가 차량 뒤쪽의 언더 플로워에 장착된 상태를 상정하여 기재한다.

인너 파이프(30)는 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이 단면 대략 원형을 나타내는 스테인레스제의 파이프이다. 인너 파이프(30)의 둘레벽(36)에는 직경 3 mm 정도 관통한 원형의 구멍인 소리투과구멍(32)이 다수 형성되어 있다. 이 소리투과구멍(32)은 소음기(10)를 차량에 장착한 경우에 상측부분(37)에 형성되어 있다. 상측부분(37)은 인너 파이프(30) 중 연직 상측의 절반을 포함하고 있다. 이 상측부분(37)은 흡음재(45)가 대향하여 배치되는 부위이기도 하다. 상측부분(37)에 형성된 소리투과구멍(32)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 각각이 소정의 간격을 가지도록 배열되어 있고, 상측부분(37)은 그물코형상을 나타내게 된다. 또한 인너 파이프(30)에서 상측부분(37)보다 연직 하측의 부분을, 인너 파이프 하측부분(38)이라 규정한다.

또 인너 파이프(30)는, 소음기(10)를 차량에 장착한 경우에 차량 수평면에 대하여 배기계통 하류방향만큼 낮아지도록 배치된다. 인너 파이프(30)는 인너 파이프(30)의 하측부분(38)으로 유입된 물이 배기계통 하류방향을 흐르도록 소음기(10)에 대하여 배치되어 있다.

이 인너 파이프(30) 속을 수증기를 포함한 배기가 관류한다. 배기는 배기계통 상류측으로부터 인너 파이프(30)의 축방향(화살표 D로 나타내는 방향)으로 흐른다. 이 배기류는 배기계통 상류로부터 전파되는 소정의 압력변동을 가지고 있기 때문에 인너 파이프(30)의 소리투과구멍(32)으로부터는 도 3에 화살표 E로 나타내는 바와 같이 아웃터 쉘(12)과의 사이에 있는 흡음재(45)를 향하여 음파(음속으로 전파하는 압력파)가 방사된다. 흡음재(45)에 입사한 음파는, 흡음재(45)로 산란과 간섭을 반복하여 감쇠한다.

한편, 인너 파이프(30)의 하측부분(38)에는 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 소리투과구멍(32)은 형성되어 있지 않다. 소음기(10)보다 배기계통 상류측에서 응결한 물은, 중력에 의하여 적하하여 배기계통 하류방향으로 흘러 소음기(10)의 인너 파이프 하측부분(38)에 모인다. 한편, 배기 중의 수증기의 형태로 소음기(10)에 유입된 수분은, 인너 파이프(30)의 내벽(40)에서 응결하여 물이 되고, 중력에 의하여 적하하여 인너 파이프(30)의 하측부분(38)에 모인다.

인너 파이프 하측부분(38)은, 소리투과구멍(32)이 형성되어 있지 않고, 또한 배기계통 하류방향만큼 낮아져 있다. 이 때문에 인너 파이프 하측부분(38)에 모인 물은 여기를 타고 배기계통 하류방향(도 2에 화살표 Y로 나타내는 방향)으로 흐른다. 즉, 인너 파이프 하측부분(38)은, 물을 흘리는 「홈통」으로서 기능한다.

인너 파이프(30)의 배기계통 하류측의 끝부(39)는, 아웃터 쉘(12)에 고정된다. 인너 파이프 하측부분(38) 중, 이 끝부(39)의 직상류측에는 직경 15 mm 정도의 배수구멍(34)이 형성되어 있다.

아웃터 쉘(12)은, 도 3에 나타내는 바와 같이 인너 파이프 둘레벽(36)으로부터 소정의 간격을 가지고 둘러 싸도록 형성되고, 인너 파이프와의 사이에 흡음재(45)를 유지하는 수용부(14)와, 인너 파이프(30)의 하측부분(38)에 대향하여 설치되는 배수부(16)를 가진다.

아웃터 쉘(12)의 수용부(14)는 인너 파이프(30)의 사이에 흡음재(45)가 충전되어 있다. 수용부(14)는 흡음재(45)를 유지하도록 형성되어 있다. 소리투과구멍 (32)은, 실질적으로 흡음재(45)가 충전된 부분에 대응하여 인너 파이프 둘레벽(36)에 형성되어 있다. 즉, 수용부(14)는 소리투과구멍(32)이 형성되어 있는 인너 파이프(30)의 상측부분(37)에 대향하여 설치되어 있다.

한편, 배수부(16)는 아웃터 쉘(12)의 연직 아래쪽에서 지름방향 바깥쪽을 향하여 돌출하는 단면 대략 U자형상으로 형성되어 있다. 배수부(16)와, 인너 파이프 하측부분(38)과의 사이에는 흡음재(45)가 충전되어 있지 않은 공간(47)이 형성된다. 배수부(16)는 이것에 인접하는 아웃터 쉘(12)의 단차부(15)에 비하여 연직 아래쪽으로 소정의 깊이를 가지도록 형성되어 있다. 이 배수부(16) 및 흡음재(45)가 없는 공간(47)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 흡음재(45)가 충전되는 수용부(14)와 축방향으로 대략 동일한 길이에 걸쳐 형성되어 있다. 또 배수부(16)와 인너 파이프(30)는 도 2에 나타내는 바와 같이 평행하게 배치되어 있다. 즉 배수부(16)는 소음기(10)를 차량에 장착한 경우에, 배기계통 하류방향(화살표 Y로 나타내는 방향)만큼 연직방향으로 낮아지도록 배치되어 있다.

이것에 의하여 배수부(16)는 인너 파이프(30)의 소리투과구멍(32)로부터 유입하여 인너 파이프(30)와 아웃터 쉘(12)의 사이에서 응결하여 적하하여 오는 물을 받음과 동시에, 이 물을 상면(17)을 따라 흐르게 하여 배기계통 하류방향으로 흘릴 수 있다. 배수부(16)의 상면(17)을 따라 흘러 배기계통 하류방향으로 흐른 물은, 도 4에 화살표 F로 나타내는 바와 같이 배수구멍(34)으로부터 인너 파이프(30) 내로 유입하여 소음기(10) 밖으로 배출된다.

이들 아웃터 쉘(12)의 수용부(14)와 배수부(16)는, 도 3에 나타내는 바와 같 은 연직방향(화살표 Z로 나타내는 방향)에서 인너 파이프 둘레벽(36)과 수용부(14)의 거리가, 인너 파이프 둘레벽(36)과 배수부(16)의 거리보다 커지도록 형성되어 있다. 즉, 인너 파이프(30)는 수용부(14)보다 배수부(16)측으로 옵셋하여 배치되어 있다. 이것에 의하여 인너 파이프 둘레벽(36)의 연직방향 상측과 수용부(14) 사이에는 비교적 넓은 공간을 확보할 수 있다. 이 공간에는 충분한 양의 흡음재(45)를 충전할 수 있다. 소음기(10)는 배수부(16)와 인너 파이프(30)의 사이에 흡음재(45)가 충전되어 있지 않은 공간(47)을 확보하면서도, 인너 파이프(30) 상측에 흡음재(45)를 많이 충전할 수 있기 때문에, 아웃터 쉘(12)의 단면적을 크게 하는 일 없이, 배수성능과 소음성능을 양립시킬 수 있다.

또, 아웃터 쉘(12)의 수용부(14)와 배수부(16)는, 도 3에 나타내는 바와 같은 아웃터 쉘(12)의 단차부(15)로 접속되어 있다. 인너 파이프 둘레벽(36)과 단차부(15)의 간극은, 배수부(16)측으로 근접함에 따라 작아지도록 설정되어 있다. 즉, 인너 파이프 둘레벽(36)과, 단차부(15)의 배수부(16)측의 끝과의 거리는, 단차부(15)의 수용부(14)측의 끝과의 거리에 비하여 극단적으로 작아지도록 설정되어 있다.

이것에 의하여 인너 파이프(30)와 아웃터 쉘(12)의 수용부(14)의 사이에 흡음재(45)(예를 들면 유리울)를 충전할 때에, 흡음재(45)가 수용부(14)로부터 배수부(16)측으로 밀려 나와 충전되는 것을 방지하고 있다. 소음기(10)는 이와 같은 단차부(15)를 가짐으로써 아웃터 쉘(12)의 수용부(14)안쪽에만 흡음재(45)를 충전하는 것이 더욱 용이하게 된다.

또한 본 실시형태의 소음기(10)에서는 아웃터 쉘(12)의 수용부(14)와 배수부(16)의 사이에 단차부(15)를 설치하는 구성으로 하였으나, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 흡음재가 배수부로 밀려 나오지 않으면 수용부와 배수부의 사이에 단차를 설치하지 않고, 아웃터 쉘의 단면이 대략 원형을 나타내도록 구성되어도 좋다. 이것에 의하여 아웃터 쉘의 제조비용을 더욱 저감할 수 있다. 또한 이와 같이 구성한 경우, 아웃터 쉘의 축심에 대하여 인너 파이프의 축심이 연직 아래쪽으로 옵셋하여 배치되게 된다.

또, 아웃터 쉘(12)에는 인너 파이프(30)를 고정하기 위하여 도 2에 나타내는 바와 같이 배기계통 하류측에는, 인너 파이프 받이부(18)가 형성되어 있고, 배기계통 상류측에는 접속 파이프 받이부(19)가 형성되어 있다. 이들 아웃터 쉘(12)의 각 부위는 합성수지제이고, 블로우 성형에 의하여 일체로 성형되어 있다. 용착 등의 접합을 사용하지 않고 아웃터 쉘(12)을 구성할 수 있기 때문에, 접합부분의 박리 등에 의하여 아웃터 쉘(12) 내의 유체가 새는 것을 방지할 수 있다.

인너 파이프 받이부(18)는 인너 파이프(30)의 단면형상에 맞추어 대략 원형으로 형성되어 있다. 받이부(18)의 내경은, 소정의 끼워 맞춤 간극으로 인너 파이프(30)의 외경과 대략 동일하게 설정되어 있다. 인너 파이프(30)의 하류측 끝부(39)를, 아웃터 쉘(12)의 받이부(18)에 삽입하여 압입하면, 인너 파이프(30)는 아웃터 쉘(12)에 고정된다. 이것에 의하여 용착 등의 비교적 고비용의 고정방법을 사용하지 않고 인너 파이프(30)를 아웃터 쉘(12)에 고정할 수 있다.

또한 인너 파이프 받이부(18)는, 배기계통 하류측 뿐만 아니라 상류측에 설 치되어도 좋다. 소음기(10)의 온도가 변화되어 아웃터 쉘(12)과 인너 파이프(30)가 각각 팽창 또는 수축한 경우에, 그 변형을 흡수 가능한 구조로 되어 있으면, 인너 파이프 받이부(18)는 아웃터 쉘(12)의 상류측 및 하류측의 양쪽에 설치되어 있어도 좋다.

한편, 아웃터 쉘(12)의 인너 파이프 받이부(18)와는 반대측, 즉 배기계통 상류측에는 도 2에 나타내는 바와 같이 접속 파이프 받이부(19)가 형성되어 있다. 이 접속 파이프 받이부(19)에 접속 파이프(50)를 압입 고정함으로써, 아웃터 쉘(12)과 인너 파이프(30)는 슬라이딩 가능하게 고정된다. 이하, 도 2 및 도 5를 사용하여 설명한다. 도 5에는 도 2의 G-G 선에 의한 단면도를 나타내고, 인너 파이프(30)의 내벽(40)에 접속 파이프(50)가 삽입된 상태를 나타낸다.

접속 파이프(50)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 금속제이고, 아웃터 쉘(12)의 접속 파이프 받이부(19)의 내벽(41)에 압입되는 큰 지름부(52)와, 인너 파이프(30)의 내벽(40)과 슬라이딩 가능하게 유지하는 작은 지름부(54)를 가지고 있다. 인너 파이프(30)의 내벽(40)의 작은 지름부(54)가 삽입되는 부위에는, 도 5에 나타내는 바와 같은 슬라이딩 돌기(20)가 형성되어 있다. 인너 파이프(30)가 아웃터 쉘(12)의 인너 파이프 받이부(18)에 고정되어 있는 상태에서 접속 파이프(50)를 소음기(10)의 외부로부터 내부방향(도 2에 화살표 D로 나타내는 방향)으로 삽입하면, 큰 지름부(52)가 아웃터 쉘(12)의 접속 파이프 받이부(19)에 압입됨과 동시에, 작은 지름부(54)가 인너 파이프(30)의 내벽(40)에 끼워 넣어진다. 접속 파이프(50)의 작은 지름부(54)는 인너 파이프 내벽(40)에 설치된 슬라이딩 돌기(20)와 점 접 촉하게 된다. 이 접촉부위는 면적이 작기 때문에, 인너 파이프(30)는 접속 파이프(50)에 대하여 축방향(도 2에 화살표 D로 나타내는 방향)으로 슬라이딩하는 것이 가능하게 된다.

이것에 의하여 예를 들면 소음기(10)의 온도가 상승하여 수지제의 아웃터 쉘(12)과, 스테인레스제의 인너 파이프(30)가 각각 축방향(화살표 D로 나타내는 방향)으로 각각 다른 열팽창율로 팽창하는 경우에, 접속 파이프(50)의 작은 지름부(54)와, 인너 파이프(30)의 내벽(40)이 축방향으로 슬라이딩함으로써, 아웃터 쉘(12)과 인너 파이프(30)의 열팽창의 차를 흡수할 수 있다. 이 결과, 수지제의 아웃터 쉘(12)과 금속제의 인너 파이프(30)와 같이 다른 부재를 사용하여 소음기(10)를 구성할 수 있다.

또, 인너 파이프(30)의 하측에는 아웃터 쉘(12)과의 접촉을 방지하는 완충용고무부재(60)가 설치되어 있다. 이 완충용 고무부재(60)는 인너 파이프 둘레벽(36)의 연직방향 하측에 배치되고, 도 2에 나타내는 바와 같이 인너 파이프의 축방향으로 연장 설치되어 있다. 이에 의하여 아웃터 쉘(12) 내에서 인너 파이프(30)가 요동한 경우에 아웃터 쉘의 배수부(16)와 인너 파이프(30)가 직접 접촉하여 이음이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또, 아웃터 쉘(12)과 인너 파이프(30)의 조립 불균일이나 열팽창에 기인하여 인너 파이프(30)가 배수부(16)에 근접하여 배수부(16) 위쪽에 형성되는 공간(47)을 극단적으로 좁게 하는 것도 방지할 수 있다.

이상, 본 실시형태의 소음기(10)의 구성에 대하여 설명하였다. 이하에 본 실시형태의 소음기(10)에서의 배기 중의 수분 및 수분이 응결하여 생긴 물의 흐름에 대하여 도 2, 도 4 및 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6에는 도 3과 마찬가지로 도 2의 B-B선에 의한 단면도로서, 인너 파이프 하측부분(38) 및 배수부(16)에 물이 흐르고 있는 상태를 나타낸다.

먼저, 도 2에 나타내는 바와 같이 배기계통 상류로부터 수분을 포함한 배기가 소음기(10)의 접속 파이프(50) 내로 유입한다. 이것과 함께 배기계통 상류에서 응결한 물도 배기계통 상류로부터 접속 파이프의 둘레벽(56)의 하측을 타고 유입한다.

그리고 접속 파이프(50)로부터 인너 파이프(30)에 유입한 배기는, 도 6에 화살표 E로 나타내는 바와 같이 인너 파이프(30)의 소리투과구멍(32)으로부터 흡음재(45)를 향하여 그 음파를 방사함과 동시에, 약간의 유량이기는 하나, 배기가 흡음재(45), 즉 아웃터 쉘의 수용부(14)와 인너 파이프(30)의 사이에서 형성되는 흡음실(22)로 유입한다. 흡음실(22)로 유입한 미량의 배기는, 흡음재(45)나 아웃터 쉘(12)의 내벽(43), 인너 파이프(30)의 외벽(49)에서 응결하여 물이 되어 부착된다. 이 물은 중력이나 차량의 진동에 의하여 도 6에 화살표 I로 나타내는 바와 같이 연직방향 아래쪽에 있는 아웃터 쉘(12)의 배수부(16)를 향하여 적하한다.

배수부(16)는 이 적하하여 오는 물을 받아, 일시적으로 저수한다. 이 배수부(16)와 인너 파이프(30)의 하측부분(38)과의 사이의 공간(47)에는 흡음재(45)가 충전되어 있지 않다. 배수부(16)가 아웃터 쉘(12) 내로 유입한 물을 받고, 여기에 물이 고인 경우에서도 배수부(16)에는 흡음재(45)가 충전되어 있지 않기 때문에, 소음기(10) 내부에 있는 흡음재(45)가 배수부(16)로부터 물을 빨아 올려 함수하는 일이 없다. 따라서 흡음재(45) 중 함수하는 영역이 모세관현상에 의하여 확대되어 가는 것을 방지할 수 있다. 흡음재(45)는 소정의 흡음능력을 발휘할 수 있고, 소음기(10)는 소정의 소음성능이 저하하는 것을 방지할 수 있다.

또, 배수부(16)는 아웃터 쉘(12) 바깥쪽으로 돌출하는 U자형상으로 형성되어 있고, 이것에 인접하는 아웃터 쉘(12)의 단차부(15)에 비하여 연직방향 하측으로 깊게 되어 있다. 이것에 의하여 배수부(16)는 그 주위에 있는 흡음재(45)에 물을 접촉시키지 않고, 더욱 많은 물을 일시적으로 저수할 수 있다. 이 때문에 연료전지의 가동율이 비교적 높고, 흡음실(22)로부터 적하하여 오는 물이 비교적 많은 경우에 있어서도, 배수부(16) 주변의 흡음재(45)에 배수부(16)에 고인 물을 접촉시키지 않고 배수부(16)에 일시적으로 저수하면서 아웃터 쉘(12) 밖으로 배출시킬 수 있다.

그리고 배수부(16)는 이것에 고인 물(70)을 배기계통 하류방향으로 흘린다. 상기한 바와 같이 배수부(16)는 소음기(10)를 차량에 장착한 경우에, 배기계통 하류방향만큼 낮아지도록 배치되어 있다. 따라서 배수부(16)는 이 물(70)을 배수부(16)의 상면(17)을 타고 흐르게 하여 배기계통 하류방향으로 흘릴 수 있다. 배수부(16)를 타고 배기계통 하류방향으로 흐른 물(70)은, 인너 파이프(30)의 배수구멍(34)에 도달한다.

한편, 인너 파이프(30)의 내벽(40)에서는 배기 중의 수분이 응결하여 물이 되고, 도 6에 화살표 H로 나타내는 바와 같이 인너 파이프 둘레벽(36)의 하측부 분(38)으로 적하한다. 이 인너 파이프의 내벽(40)으로부터 적하한 물은, 접속 파이프의 둘레벽(56)의 하측을 타고 흐르는 물에 합류한다. 인너 파이프(30)도 배수부(16)와 마찬가지로 소음기(10)를 차량에 장착한 경우에, 하류방향만큼 낮아지도록 배치되어 있다. 따라서 이 합류한 물(72)은 인너 파이프 하측부분(38)을 타고 배수구멍(34)에 도달한다.

배수부(16)를 타고 배기계통 하류방향으로 흐른 물(70)과, 인너 파이프(30)의 하측부분(38)을 타고 흐른 물(72)은, 배수구멍(34)에서 합류하여 인너 파이프(30)의 끝부(39)로부터 소음기(10)의 밖, 즉 배기계통 외부로 배출된다.

이상으로 설명한 본 실시형태의 소음기(10)에서는 배수부(16)가 아웃터 쉘(12) 내로 유입한 물을 받아도, 배수부(16)에는 흡음재(45)가 충전되어 있지 않기 때문에, 흡음재(45)가 모세관현상에 의하여 배수부(16)로부터 물을 빨아 올려 함수하는 일이 없다. 따라서 본 실시형태의 소음기(10)에 의하면 흡음재(45)가 함수하는 영역을 더욱 좁게 할 수 있다. 소음기(10) 내에 있는 흡음재(45)는, 소정의 흡음능력을 발휘할 수 있기 때문에, 소음기(10)는 소정의 소음성능이 저하하는 일이 없다.

Claims

연료전지로부터의 배기를 배출하는 배기계통에 설치되는 소음기에 있어서,

둘레벽에는 복수의 소리투과구멍이 형성되고, 축방향으로 배기가 관류하는 금속제의 인너 파이프와,

인너 파이프를, 상기 둘레벽으로부터 소정의 간격으로 둘러 싸도록 형성되는 수지제의 아웃터 쉘을 구비하고,

아웃터 쉘은,

인너 파이프와의 사이에 흡음재가 충전되는 수용부와,

인너 파이프의 연직방향 하측부분에 대향하여 설치되고, 인너 파이프와의 사이에 흡음재가 충전되지 않은 배수부와,

아웃터 쉘의 배기계통 하류측에 설치되는 제 1 파이프 받이부와,

아웃터 쉘의 배기계통 상류측에 설치되는 제 2 파이프 받이부를 가지고, 그것들이 일체로 성형되고,

아웃터 쉘의 제 1 파이프 받이부는, 인너 파이프의 한쪽의 끝부를 압입시켜 고정하고, 아웃터 쉘의 제 2 파이프 받이부는, 금속제의 접속 파이프의 한쪽 끝부를 압입시켜 고정하며,

접속 파이프의 다른쪽 끝부는, 인너 파이프의 다른쪽 끝부에 슬라이딩 가능하게 끼워 넣어지고,

상기 아웃터 쉘은, 상기 배수부에 대해서 직경을 작아지게 하는 단차부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 1항에 있어서,

연직방향에서의, 인너 파이프 둘레벽과 아웃터 쉘의 수용부와의 거리가, 아웃터 쉘의 배수부와의 거리보다 커지도록 인너 파이프가 아웃터 쉘에 대하여 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 2항에 있어서,

아웃터 쉘의 배수부는, 아웃터 쉘의 바깥쪽을 향하여 돌출한 단면 대략 U자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 2항에 있어서,

소리투과구멍은, 인너 파이프 둘레벽의 상측부분에는 형성되고, 하측부분에는 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 4항에 있어서,

소리투과구멍은, 인너 파이프 둘레벽의 아웃터 쉘 수용부와 인너 파이프의 사이에 형성되는 흡음실에 대향하는 부분에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 2항에 있어서,

인너 파이프가 배기계통 하류방향만큼 낮아지도록 각도를 붙여 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 6항에 있어서,

인너 파이프의 설치각도는, 5∼10°인 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 6항에 있어서,

인너 파이프 하측부분의 배기계통 하류측에는, 아웃터 쉘 배수부와 인너 파이프의 사이에 있는 공간과, 인너 파이프 내를 연통하는 배수구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 2항에 있어서,

인너 파이프와 아웃터 쉘의 사이에는, 이것들의 접촉을 방지하는 완충부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
제 9항에 있어서,

완충부재는, 인너 파이프 둘레벽의 연직방향 하측으로부터 돌출되어 있고, 인너 파이프의 축방향을 따라 연장 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.
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제 1항에 있어서,

접속 파이프는, 아웃터 쉘의 제 2 파이프 받이부에 압입하여 고정되는 큰 지름부와, 인너 파이프의 다른쪽 끝부에 슬라이딩 가능하게 끼워 넣어지는 작은 지름부를 가지고, 아웃터 쉘과 인너 파이프의 다른쪽 끝부를 접속하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 소음기.