KR102506093B1

KR102506093B1 - 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치

Info

Publication number: KR102506093B1
Application number: KR1020210060765A
Authority: KR
Inventors: 조용국; 조형근; 나성욱; 노한진; 원용욱
Original assignee: 주식회사 케이퓨얼셀
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2023-03-07
Also published as: KR20220153323A

Abstract

본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는, 배출수 저장공간을 내부에 구비하는 수조; 소음저감 기능을 구비하는 소음기; 수소연료전지에서 배출되는 배출수 및 배출공기를 상기 수조로 전달하는 제1 배기파이프; 상기 수조로 유입된 배출공기를 상기 소음기로 전달하는 제2 배기파이프; 상기 소음기로 유입된 배출공기를 외부로 배출시키는 제3 배기파이프; 상기 수조에 장착되어 상기 수조에 저장된 배출수를 무화시키는 하나 이상의 초음파 진동자;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치를 이용하면, 수소연료전지에서 발생되는 배출수를 빠르게 무화시켜 배출할 수 있고, 짧은 시간에 다량의 배출수가 발생되더라도 생성된 배출수를 모두 증발시킴으로써 도로 결빙을 방지할 수 있으며, 소음기에서 발생되는 수분도 회수하여 증발시킴으로써 소음기의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치 {Exhaust water vaporizing apparatus for Hydrogen vehicle using ultrasonic vibrator}

본 발명은 수소자동차의 수소연료전지에서 발생된 배출수를 초음파 진동자로 무화시켜 배출함으로써 배출수에 의한 도로 결빙을 방지하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 수소연료전지에서 발생된 배출수가 수조 내부에 장착된 초음파 진동자에 의해 무화되어 배출되도록 구성되는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 관한 것이다.

일반적으로 현대인은 매일 에너지 관련 오일가격 동향에 대하여 신경을 쓰고 있다. 수요량에 비해 생산량이 현저히 줄어든 석유 에너지는 심각한 기후온난화와 같은 자연환경 문제를 일으킬 뿐 아니라 매장량이 유한하기 때문에, 인류는 이에 대응하기 위한 대체에너지 개발 연구를 활발히 진행하고 있다. 그 중 수소에너지를 사용하는 수소연료전지는 현재의 내연기관에 비하여 열효율이 높을 뿐 아니라 생성물 또한 청정하여 환경 친화적인 우수한 대체에너지로 각광받고 있다.

수소연료전지는 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로서, 고순도의 수소가 수소 저장탱크로부터 연료전지의 연료극(anode)으로 공급되고, 공기 블로워와 같은 공기 공급 장치를 이용하여 대기 중의 공기가 연료전지의 공기극(cathode)으로 공급된다.

수소연료전지로 공급된 수소가 연료극(anode)의 촉매에서 수소이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 고분자 전해질막을 통해 공기극(cathode)으로 넘어가게 되며, 이때 공기극으로 공급되는 공기 중의 산소가 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.

이때, 수소에서 분리된 수소이온들은 전해질막을 통과해 전해질막 반대편의 수소연료전지에 공급된 공기 중의 산소와 반응하여 물을 생성하게 된다. 이와 같이 생성된 물은 수소자동차의 유일한 배출수로 다른 물질들과 함께 대기 중으로 배출되는데, 이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 수소자동차용 배출수 배출구조에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 수소자동차용 배출수 배출구조를 도시하는 개략도이고, 도 2는 종래의 수소자동차에 적용되는 소음기의 단면도이다.

수소자동차의 수소연료전지(10)에서 발생된 물(이하에서는 "배출수"라 한다)이 반응하고 남은 공기(이하에서는 "배출공기"라 한다)와 함께 외부로 배출될 수 있도록, 상기 수소연료전지(10)의 후단에는 배기파이프(20)가 구비된다.

수소연료전지(10)에서 생성된 배출수는 주행 중 도로상에 그대로 배출하도록 구성되는바, 외기 온도가 영하인 경우 상기 배출수가 노면 상에서 얼어 도로결빙을 유발한다는 문제점이 있다.

도로상으로 배출되는 배출수의 양을 줄이기 위하여 수소연료전지에서 발생되는 배출수 일부를 실내가습용으로 재활용하는 실내 가습장치(대한민국 공개실용신안 제20-2017-0002002호)가 제안된 바 있으나, 배출수가 다량 발생되는 경우에는 이와 같은 수소자동차용 실내 가습장치를 이용하더라도 수소연료장치에서 발생되는 모든 배출수를 실내가습용으로 재활용할 수는 없다는 문제점이 있다.

또한, 배출수 및 배출공기를 배출시키기 위해서는 터보 머신인 공기 블로워가 고속으로 회전되어야 하는데, 이와 같은 과정에서는 소음이 심하게 발생하는바, 상기 배기파이프(20)의 후단측에는 소음기(30)가 설치된다.

종래의 수소연료전지용 소음기(30)의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 배기파이프(20)와 연통되는 인너파이프(31)와, 상기 인너파이프(31)를 이중관 구조로 둘러싸는 아웃터쉘(35)과, 상기 인너파이프(31)와 아웃터쉘(35) 사이에 충전되는 유리섬유(36)로 구성된다. 상기 인너파이프(31)에는 다수의 구멍(32)이 천공되어 상기 유리섬유(36)로 배기가스 및 소음이 전달될 수 있도록 되어 있다.

상기 유리섬유(36)에서는 내부에 다량의 불균일한 공간이 구비되어 있으므로, 이 공간에 상기 배출공기의 고주파 압력파가 전달되면, 상기 다량의 불균일한 공간에서 주파수 손실이 발생하여 소음이 없어지게 되는 것이다.

그런데, 상기와 같이 구성되는 종래의 소음기는 주변 온도가 낮은 상태에서 상기 인너파이프(31) 내부를 따라 배출공기가 흐를 때 배출공기 중에 포함된 수분이 상기 소음기(30) 내에서 응축하게 되고, 이와 같이 생성된 응축수는 상기 유리섬유(36)를 젖게 하여 상기한 바와 같은 흡음효과가 저하된다는 문제점이 있다.

특히, 상기와 같이 응축수에 의해 유리섬유(36)의 많은 부분이 젖게 되면, 소음기(30)의 내부 용적이 설계값으로부터 벗어나게 되어 소음기(30)의 역할을 제대로 기대할 수 없게 되고, 응축수가 소음기(30) 내에 장시간 존재하게 되면 부식이 발생하는 등 소음기(30)의 내구성을 크게 저하시킨다는 문제점도 있다.

KR 10-1405183 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수소연료전지에서 발생되는 배출수를 빠르게 무화시켜 배출할 수 있고, 짧은 시간에 다량의 배출수가 발생되더라도 생성된 배출수를 모두 증발시킬 수 있도록 구성되어 도로 결빙을 방지할 수 있으며, 소음기에서 발생되는 수분도 회수하여 증발시킴으로써 소음기의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는, 배출수 저장공간을 내부에 구비하는 수조; 소음저감 기능을 구비하는 소음기; 수소연료전지에서 배출되는 배출수 및 배출공기를 상기 수조로 전달하는 제1 배기파이프; 상기 수조로 유입된 배출공기를 상기 소음기로 전달하는 제2 배기파이프; 상기 소음기로 유입된 배출공기를 외부로 배출시키는 제3 배기파이프; 상기 수조에 장착되어 상기 수조에 저장된 배출수를 무화시키는 하나 이상의 초음파 진동자;를 포함하여 구성된다.

상기 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥에 장착된다.

상기 수조의 바닥에는 열선이 내장된다.

상기 수조의 바닥판으로부터 상향으로 이격된 지점에 장착되어, 상기 제1 배기파이프를 통해 전달된 배출수가 담겨지는 트레이를 더 포함하고,

상기 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에 각각 장착된다.

상기 수조의 바닥에 모인 배출수 수위를 감지하는 수위센서를 더 포함하고,

상기 수조의 바닥에 설치된 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥에 모인 배출수 수위가 사전에 설정된 기준치 이상일 때 작동하도록 구성된다.

상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에는 열선이 내장된다.

상기 소음기의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조로 회송시키는 회수관을 더 포함한다.

상기 소음기는, 내부공간을 구비하는 하우징과, 상기 하우징 내부에 채워지는 유리섬유를 구비하며,

상기 제2 배기파이프는 후단이 상기 소음기의 후방측 내벽에 인접하도록 장착되고,

상기 제3 배기파이프는 선단이 상기 소음기의 전방측 내벽에 인접하도록 장착된다.

상기 제3 배기파이프는 상기 제2 배기파이프의 상측에 위치된다.

상기 제3 배기파이프의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조로 회송시키는 보조회수관을 더 포함하되,

상기 제3 배기파이프의 출구측 바닥에는 응축수가 모아지는 오목부가 형성되고, 상기 보조회수관은 상기 오목부의 바닥에 연결된다.

본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치를 이용하면, 수소연료전지에서 발생되는 배출수를 빠르게 무화시켜 배출할 수 있고, 짧은 시간에 다량의 배출수가 발생되더라도 생성된 배출수를 모두 증발시킴으로써 도로 결빙을 방지할 수 있으며, 소음기에서 발생되는 수분도 회수하여 증발시킴으로써 소음기의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 수소자동차용 배출수 배출구조를 도시하는 개략도이다.
도 2는 종래의 수소자동차에 적용되는 소음기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 수조의 부분 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 수조의 제2 실시예 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 소음기의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 제3 배기파이프의 부분 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치의 개략도이며, 도 4는 도 4는 본 발명에 의한 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 수조의 부분 단면도이다.

본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 수소연료전지(100)에서 발생되어 외부로 배출되는 배출수가 액상으로 방출되지 아니하도록, 초음파 진동자(500)를 이용하여 상기 배출수를 무화시켜 방출하도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이있다.

즉, 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는, 배출수 저장공간을 내부에 구비하는 수조(300)와, 소음저감 기능을 구비하는 소음기(400)와, 수소연료전지(100)에서 배출되는 배출수 및 배출공기를 상기 수조(300)로 전달하는 제1 배기파이프(210)와, 상기 수조(300)로 유입된 배출공기를 상기 소음기(400)로 전달하는 제2 배기파이프(220)와, 상기 소음기(400)로 유입된 배출공기를 외부로 배출시키는 제3 배기파이프(230)와, 상기 수조(300)에 장착되어 상기 수조(300)에 저장된 배출수를 무화시키는 하나 이상의 초음파 진동자(500)를 포함하여 구성된다.

수소연료전지(100)에서 발생되는 배출수와 배출공기는 제1 배기파이프(210)를 통해 수조(300)로 유입되는데, 이때 상기 제1 배기파이프(210)의 후단(본 실시예에서는 하측 끝단)과 제2 배기파이프(220)의 선단(본 실시예에서는 우측 끝단)은 수조(300)의 내벽 중 상측 부위를 관통하도록 장착되므로, 수조(300) 내부로 유입된 배출수는 수조(300)의 바닥으로 떨어져 모이게 되고 수조(300) 내부로 유입된 배출공기만이 제2 배기파이프(220)를 통해 소음기(400)로 전달된다.

소음기(400)로 전달된 배출공기는 소음기(400)를 지나는 동안 일정 수준 소음이 감소된 후 제3 배기파이프(230)를 통해 외부로 방출되고, 수조(300)의 바닥에 고인 배출수는 초음파 진동자(500)에 의해 무화된 후 제2 배기파이프(220)와 소음기(400)와 제3 배기파이프(230)를 통해 외부로 방출된다. 이때 상기 수조(300)에는 다수 개의 초음파 진동자(500)가 구비되는바, 수조(300)에 모인 배출수는 매우 빠르고 효과적으로 무화되어 배출될 수 있다는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치를 이용하면, 수소연료전지(100)에서 발생되는 배출수가 무화되어 기체상태로 방출되는바, 노면으로 액상의 배출수가 떨어져 노면 결빙을 발생시키지 아니하게 된다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 배출수가 수조(300) 내부에 1차적으로 저장되었다가 사전에 설정된 양만큼씩 무화되어 배출되므로, 수소연료전지(100)에서 발생되는 배출수의 양이 불규칙하게 증감되더라도 무화되어 배출되는 배출수의 양을 일정하게 유지할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어 상기 수소연료전지(100)에서 짧은 시간에 다량의 배출수가 발생하더라도 상기 배출수가 기화되지 못하고 액상으로 방출되는 현상을 방지할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 수소연료전지(100)에서 발생된 배출수가 수조(300)에서 1차적으로 모아지는데, 외기 온도가 영하인 경우에는 상기 수조(300) 내의 배출수가 결빙되는 현상이 발생될 수 있다.

이와 같이 배출수가 얼게 되면 무화가 불가하게 될 뿐만 아니라, 배출수가 어는 과정에서 팽창함에 따라 상기 수조(300)나 초음파 진동자(500)가 파손될 우려도 있다.

본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 상기 언급한 바와 같이 배출수가 얼지 아니하도록, 상기 수조(300)에 열선(310)이 내장될 수 있다. 이와 같이 수조(300)에 열선(310)이 내장되면, 외기 온도가 영하로 떨어졌을 때 상기 열선(310)이 작동되도록 하여 수조(300) 내의 배출수가 얼지 아니하도록 할 수 있으므로, 배출수를 정상적으로 무화시켜 배출할 수 있을 뿐만 아니라 수조(300)의 파손도 방지할 수 있게 된다.

이때, 상기 열선(310)은 수조(300)의 어느 부위에도 설치될 수 있으나, 배출수를 보다 쉽게 가열할 수 있도록 배출수가 모이는 부위 즉, 바닥에 설치됨이 바람직하다. 또한 상기 열선(310)은 수조(300) 내의 배출수에 열을 전달할 수 있다면 본 실시예에 도시된 구조 이외에 어떠한 구조로도 대체될 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 수조(300)의 제2 실시예 단면도이다.

수소연료전지(100)에서 배출수가 다량으로 발생되어 단시간에 많은 양의 배출수가 수조(300)로 유입되는 경우에는 모든 초음파 진동자(500)가 최대로 작동한다 하더라도 수조(300) 내의 배출수가 정상적으로 무화되어 배출되지 못할 수 있다.

즉, 초음파 진동자(500)에 의해 무화되는 배출수의 양보다 수조(300)로 유입되는 배출수의 양이 많아지면 수조(300) 내의 배출수 수위가 높아지는데, 상기 배출수의 수위가 제2 배기파이프(220)에 이르는 경우 액상의 배출수가 그대로 소음기(400)로 유입된 후 노면으로 배출될 수 있다.

물론, 수조(300)의 바닥면적을 증가시켜 초음파 진동자(500)의 장착 개수를 늘리면 단시간 내에 많은 양의 배출수를 무화시킬 수 있지만, 수조(300)의 바닥면적을 증가시키는 데에는 한계가 있다는 문제점이 있다.

본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 즉, 수조(300)의 바닥면적을 증가시키지 아니하더라도 초음파 진동자(500)의 설치 개수를 늘릴 수 있도록 구성될 수 있다.

예를 들어 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는, 일정량의 배출수를 담을 수 있는 형상으로 형성되어 상기 수조(300)의 바닥판으로부터 상향으로 이격된 지점에 결합되는 트레이(320)를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 초음파 진동자(500)는 상기 수조(300)의 바닥에만 장착되는 것이 아니라 상기 트레이(320)의 바닥에도 장착된다.

상기 트레이(320)는 제1 배기파이프(210)의 출구단 하측에 위치되는바, 상기 제1 배기파이프(210)를 통해 수조(300) 내로 유입되는 배출수는 도 5에 도시된 바와 같이 1차적으로 트레이(320)에 모아지게 된다. 이와 같이 트레이(320)에 배출수가 모아졌을 때 상기 트레이(320)에 장착된 초음파 진동자(500)가 작동하여 트레이(320)에 모인 배출수를 무화시킬 수 있게 된다.

한편, 제1 배기파이프(210)를 통해 수조(300) 내부로 유입되는 배출수의 유량이 증가되는 경우에는, 트레이(320) 내의 배출수 수위가 높아져 상기 트레이(320) 내의 배출수가 도 6에 도시된 바와 같이 수조(300)의 바닥으로 떨어지게 되고, 수조(300)의 바닥에 장착된 초음파 진동자(500)가 작동하게 된다. 즉, 수조(300)로 유입되는 배출수의 유량이 증가하는 경우에는 트레이(320)의 바닥과 수조(300)의 바닥에 모두 배출수가 모아지고, 트레이(320) 바닥에 설치된 초음파 진동자(500)와 수조(300) 바닥에 설치된 초음파 진동자(500)가 모두 작동하게 되는바, 단위시간당 배출수 무화량이 현저히 증가하게 된다.

이와 같이 트레이(320) 바닥과 수조(300) 바닥에서 배출수의 무화가 이루어지도록 구성되면, 수조(300)로 공급되는 배출수의 유량이 급격하게 증가하더라도 액상의 배출수가 수조(300) 외부로 배출되는 현상을 방지할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 제1 배기파이프(210)를 통해 수조(300)로 제공되는 배출수의 유량이 적은 경우에는 상기 배출수가 트레이(320)에 설치된 초음파 진동자(500)만으로도 모두 무화될 수 있다. 즉, 트레이(320)로 제공된 배출수가 트레이(320)를 넘처 수조(300)의 바닥에 떨어지지 아니하고 트레이(320) 상에서 그대로 무화될 수 있다.

이와 같이 수조(300)의 바닥으로 배출수가 떨어지지 아니하는 경우에는 수조(300)의 바닥에 설치된 초음파 진동자(500)는 작동될 필요가 없다. 따라서 상기 수조(300)에는 수조(300)의 바닥에 모인 배출수 수위를 감지하는 수위센서(미도시)가 추가로 구비되고, 상기 수조(300)의 바닥에 설치된 초음파 진동자(500)는 상기 수조(300)의 바닥에 모인 배출수 수위가 사전에 설정된 기준치 이상일 때 작동하도록 구성됨이 바람직하다.

또한, 본 실시예에 도시된 바와 같이 수조(300)의 내벽 중단에 트레이(320)가 추가되는 경우, 상기 트레이(320)에 저장된 배출수가 결빙되는 현상을 방지할 수 있도록 상기 트레이(320)의 바닥에도 열선(310)이 내장될 수 있다. 이와 같이 트레이(320)의 바닥에 열선(310)이 내장되면 상기 열전 작동 시 트레이(320)가 가열되어 트레이(320) 내의 냉각수가 결빙되는 현상이 방지되는데, 이와 같은 열선(310)의 작동원리 및 효과는 도 4에 도시된 열선(310)의 작동원리 및 효과와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 7은 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 소음기(400)의 단면도이다.

일반적으로 연료전지용 소음기(400)는 도 7에 도시된 바와 같이, 내부공간을 구비하는 하우징(410)과, 상기 하우징(410) 내부에 채워지는 유리섬유(420)로 구성된다.

이때, 주변 온도가 낮은 상태에서 배출공기가 제2 배기파이프(220)를 따라 소음기(400)로 유입되면 배출공기 중에 포함된 수분이 상기 소음기(400) 내에서 응축수로 변환되어 상기 유리섬유(420)를 젖게 할 수 있다. 이와 같이 유리섬유(420)가 배출수에 젖으면 흡음효과가 저하될 뿐만 아니라, 하우징(410)에 장시간 배출수가 고여 있는 경우 상기 하우징(410)이 손상될 우려도 있다.

본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 상기 소음기(400)의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조(300)로 회송시키는 회수관(240)을 추가로 구비할 수 있다.

상기 회수관(240)은 입구측(본 실시예에서는 좌측)이 소음기(400)의 바닥면에 연통되도록 결합되고, 출구측(본 실시예에서는 우측)이 수조(300)에 연통되도록 결합된다. 이때 상기 회수관(240)은 도 4에 도시된 바와 같이 소음기(400) 바닥으로 떨어지는 응축수를 수조(300)의 바닥으로 회송하도록 배치될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 소음기(400) 바닥으로 떨어지는 응축수를 트레이(320)의 바닥으로 회송하도록 배치될 수도 있다.

수조(300)의 바닥이나 트레이(320)의 바닥으로 회송된 응축수는 초음파 진동장에 의해 무화되어 외부로 배출되므로, 상기 응축수에 의해 소음기(400)의 성능이 저하되거나 소음기(400)가 손상되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 제2 배기파이프(220)를 통해 소음기(400) 내부로 전달된 배출공기는 제3 배기파이프(230)로 유입되기 이전에 되도록 많은 양의 유리섬유(420)와 접촉되어야 소음이 효과적으로 저감될 수 있다. 따라서 상기 소음기(400)의 길이를 길게 할수록 배출공기의 소음저감 효과가 향상되는데, 다른 부품들과의 간섭 문제로 인해 상기 소음기(400)의 길이를 연장시키는데에는 한계가 있다. 따라서 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 소음기(400)의 길이를 크게 증가시키지 아니하더라도 배출공기의 소음저감효율을 높일 수 있도록, 상기 소음기(400) 내부의 배출공기 유동경로를 지그재그 패턴으로 구성할 수 있다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 배기파이프(220)는 후단(본 실시예에서는 좌측단)이 상기 소음기(400)의 후방측 내벽(본 실시예에서는 좌측 내벽)에 인접하도록 장착되고, 상기 제3 배기파이프(230)는 선단(본 실시예에서는 우측단)이 상기 소음기(400)의 전방측 내벽(본 실시예에서는 우측 내벽)에 인접하도록 장착될 수 있다.

이와 같이 제2 배기파이프(220)와 제3 배기파이프(230)가 상호 평행하도록 겹쳐지게 배열되면, 소음기(400)로 전달된 배출공기는 실선화살표 방향을 따라 지그재그 패턴으로 유동하게 되는바, 유리섬유(420)와의 접촉시간을 최대한 길게 확보할 수 있고 이에 따라 소음저감 효과가 향상된다는 장점이 있다.

한편, 제2 배기파이프(220)를 통해 공급되는 배출공기에는 수분이 포함되어 있는데, 상기 배출공기에 포함되어 있던 수분 중 일부는 제2 배기파이프(220) 내부에서 응축되어 도 7의 점선 화살표 방향으로 아래로 떨어져 회수관(240)을 통해 수조(300)로 회송된다. 이때, 제2 배기파이프(220)가 제3 배기파이프(230)의 상측에 위치되면 상기 제2 배기파이프(220)에서 인출된 응축수가 제3 배기파이프(230)로 유입될 우려가 있다. 따라서 상기 제3 배기파이프(230)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 제2 배기파이프(220)의 상측에 위치됨이 바람직하다.

도 8은 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치에 포함되는 제3 배기파이프(230)의 부분 단면도이다.

배출공기에 포함되어 있던 수분 중 제2 배기파이프(220)나 소음기(400)를 통과하는 동안 응축되는 수분은 상기 도 8를 참조하여 설명한 바와 같이 회수관(240)을 통해 수조(300)로 회송되지만, 제3 배기파이프(230)를 통과하는 동안 응축되는 수분은 배출공기의 유동압력에 밀려 그대로 외부로 방출될 우려가 있다. 이와 같이 응축수가 액체 상태로 방출되는 경우에 있어서도 도로의 결빙을 유발할 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 제3 배기파이프(230) 내에서 응축된 응축수가 외부로 방출되지 아니하고 수조(300)로 회송될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 초음파 진동자(500)를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치는 도 8에 도시된 바와 같이, 제3 배기파이프(230)의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조(300)로 회송시키는 보조회수관(250)을 추가로 구비할 수 있다.

상기 보조회수관(250)은 길이방향 일측이 제3 배기파이프(230)의 바닥면과 연통되도록 결합되고 길이방향 타측이 수조(300)와 연통되도록 결합되므로, 상기 제3 배기파이프(230) 내에서 응축되어 아래로 떨어지는 응축수는 보조회수관(250)으로 유입된 후 수조(300)로 회송된다.

한편, 제3 배기파이프(230)의 바닥에 떨어진 응축수는 배출공기의 유동압에 의해 출구측으로 밀려가게 되는데, 상기 보조회수관(250)의 입구 크기가 매우 작은 경우에는 상기 응축수가 보조회수관(250)으로 원활하게 유입되지 못할 우려가 있다.

따라서 상기 제3 배기파이프(230)의 출구측 바닥에는 응축수가 모아지는 오목부(232)가 형성되고, 상기 보조회수관(250)은 상기 오목부(232)의 바닥에 연결됨이 바람직하다. 상기 오목부(232)는 제3 배기파이프(230)의 바닥면 중 넓은 면적에 걸쳐 형성되므로, 상기 제3 배기파이프(230)의 바닥면을 타고 유동하던 응축수는 모두 상기 오목부(232)에 포집된 후 보조회수관(250)을 통해 수조(300)로 회송될 수 있게 된다.

이때, 상기 오목부(232)의 크기가 클수록 응축수 포집효율이 높아지지만 상기 오목부(232)의 크기를 과도하게 크게 형성하면 배출공기의 유동성이 저해될 수 있는바, 상기 오목부(232)의 형상 및 크기는 제3 배기파이프(230) 및 보조회수관(250)의 규격, 배출공기의 속도 및 압력 등 여러가지 조건에 따라 적절하게 선택되어야 할 것이다.

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 : 수소연료전지 210 : 제1 배기파이프
220 : 제2 배기파이프 230 : 제3 배기파이프
232 : 오목부 240 : 회수관
250 : 보조회수관 300 : 수조
310 : 열선 320 : 트레이
400 : 소음기 410 : 하우징
420 : 유리섬유 500 : 초음파 진동자

Claims

배출수 저장공간을 내부에 구비하는 수조;
소음저감 기능을 구비하는 소음기;
수소연료전지에서 배출되는 배출수 및 배출공기를 상기 수조로 전달하는 제1 배기파이프;
상기 수조로 유입된 배출공기를 상기 소음기로 전달하는 제2 배기파이프;
상기 소음기로 유입된 배출공기를 외부로 배출시키는 제3 배기파이프;
상기 수조에 장착되어 상기 수조에 저장된 배출수를 무화시키는 하나 이상의 초음파 진동자; 및
상기 수조의 바닥판으로부터 상향으로 이격된 지점에 장착되어, 상기 제1 배기파이프를 통해 전달된 배출수가 담겨지는 트레이;를 포함하며,
상기 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수조의 바닥에는 열선이 내장되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수조의 바닥에 모인 배출수 수위를 감지하는 수위센서를 더 포함하고,
상기 수조의 바닥에 설치된 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥에 모인 배출수 수위가 사전에 설정된 기준치 이상일 때 작동하는 것을 특징으로 하는 초음파진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에는 열선이 내장되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 1에 있어서,
상기 소음기의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조로 회송시키는 회수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
배출수 저장공간을 내부에 구비하는 수조;
소음저감 기능을 구비하는 소음기;
수소연료전지에서 배출되는 배출수 및 배출공기를 상기 수조로 전달하는 제1 배기파이프;
상기 수조로 유입된 배출공기를 상기 소음기로 전달하는 제2 배기파이프;
상기 소음기로 유입된 배출공기를 외부로 배출시키는 제3 배기파이프;
상기 수조에 장착되어 상기 수조에 저장된 배출수를 무화시키는 하나 이상의 초음파 진동자; 및
상기 소음기의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조로 회송시키는 회수관을 포함하며
상기 제3 배기파이프는 상기 제2 배기파이프의 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 6에 있어서,
상기 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥에 장착되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 6에 있어서,
상기 수조의 바닥에는 열선이 내장되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 6에 있어서,
상기 수조의 바닥판으로부터 상향으로 이격된 지점에 장착되어, 상기 제1 배기파이프를 통해 전달된 배출수가 담겨지는 트레이를 더 포함하고,
상기 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 6에 있어서,
상기 수조의 바닥에 모인 배출수 수위를 감지하는 수위센서를 더 포함하고,
상기 수조의 바닥에 설치된 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥에 모인 배출수 수위가 사전에 설정된 기준치 이상일 때 작동하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 9에 있어서,
상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에는 열선이 내장되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
배출수 저장공간을 내부에 구비하는 수조;
소음저감 기능을 구비하는 소음기;
수소연료전지에서 배출되는 배출수 및 배출공기를 상기 수조로 전달하는 제1 배기파이프;
상기 수조로 유입된 배출공기를 상기 소음기로 전달하는 제2 배기파이프;
상기 소음기로 유입된 배출공기를 외부로 배출시키는 제3 배기파이프;
상기 수조에 장착되어 상기 수조에 저장된 배출수를 무화시키는 하나 이상의 초음파 진동자; 및
상기 제3 배기파이프의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조로 회송시키는 보조회수관; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 12에 있어서,
상기 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥에 장착되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 12에 있어서,
상기 수조의 바닥에는 열선이 내장되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 12에 있어서,
상기 수조의 바닥판으로부터 상향으로 이격된 지점에 장착되어, 상기 제1 배기파이프를 통해 전달된 배출수가 담겨지는 트레이를 더 포함하고,
상기 초음파 진동자는 상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에 각각 장착되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 15에 있어서,
상기 수조의 바닥과 상기 트레이의 바닥에는 열선이 내장되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 12에 있어서,
상기 소음기의 바닥에 떨어진 응축수를 상기 수조로 회송시키는 회수관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제3 배기파이프의 출구측 바닥에는 응축수가 모아지는 오목부가 형성되고, 상기 보조회수관은 상기 오목부의 바닥에 연결되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자를 이용한 수소자동차용 배출수 증발장치.
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