KR102540952B1 - 연료전지 자동차용 소음기 - Google Patents

Abstract

연료전지 자동차용 소음기는 배기가스 인렛과 배기가스 아웃렛을 구비하는 하우징, 상기 하우징 내의 공간을 상기 배기가스 인렛에 연통되는 인렛 공간과 상기 배기가스 아웃렛에 연통되는 아웃렛 공간으로 구획하는 적어도 하나의 배플, 그리고 상기 배플에 지지되며 상기 인렛 공간에서 상기 아웃렛 공간으로 이어지는 배기가스 유동 경로를 형성하는 배기 파이프를 포함한다. 상기 배기 파이프는 상기 배플에 지지되는 외측 파이프 부재, 그리고 상기 외측 파이프 부재의 내주면으로부터 이격되어 유동 공간을 형성하도록 상기 외측 파이프 부재 내에 배치되며 상기 유동 공간에 연통되는 복수의 통공을 구비하는 내측 파이프 부재를 포함한다. 상기 배기 파이프는 상기 인렛 공간의 배기가스가 상기 내측 파이프 부재 또는 상기 유동 공간 중 하나 이상으로 유입된 후 상기 통공을 통과한 후 상기 아웃렛 공간으로 이동하도록 구성된다.

Description

연료전지 자동차용 소음기{Muffler for fuel cell vehicles}

본 발명은 연료전지 자동차의 배기 계통에 관한 것이고, 보다 상세하게는 연료전지 자동차의 배기가스에 함유된 물을 효과적으로 분리 배출할 수 있는 연료전지 자동차용 소음기에 관한 것이다.

연료전지는 연료인 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 장치이며, 연료전지를 동력원으로 사용하는 자동차는 통상 연료전지 자동차 또는 수소 자동차로 불린다.

연료전지 자동차에서 수소와 산소의 반응 결과물인 물, 미반응 수소 및 공기가 섞여 배기계로 배출된다. 배기가스에 다량의 물이 섞여 배출되는 경우 미관상 거부감을 야기할 수 있으므로, 배기가스에 함유된 물을 미리 분리하여 배출할 수 있는 방안이 필요하다.

공개특허공보 제10-2012-0082166호 (2012.07.23.) 공개특허공보 제10-2018-0069619호 (2018.06.25.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 배기가스에 함유된 물을 분리 배출할 수 있도록 구성되는 연료전지 자동차의 소음기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 소음기는 배기가스 인렛과 배기가스 아웃렛을 구비하는 하우징, 상기 하우징 내의 공간을 상기 배기가스 인렛에 연통되는 인렛 공간과 상기 배기가스 아웃렛에 연통되는 아웃렛 공간으로 구획하는 적어도 하나의 배플, 그리고 상기 배플에 지지되며 상기 인렛 공간에서 상기 아웃렛 공간으로 이어지는 배기가스 유동 경로를 형성하는 배기 파이프를 포함한다. 상기 배기 파이프는 상기 배플에 지지되는 외측 파이프 부재, 그리고 상기 외측 파이프 부재의 내주면으로부터 이격되어 유동 공간을 형성하도록 상기 외측 파이프 부재 내에 배치되며 상기 유동 공간에 연통되는 복수의 통공을 구비하는 내측 파이프 부재를 포함한다. 상기 배기 파이프는 상기 인렛 공간의 배기가스가 상기 내측 파이프 부재 또는 상기 유동 공간 중 하나 이상으로 유입된 후 상기 통공을 통과한 후 상기 아웃렛 공간으로 이동하도록 구성된다.

상기 배기 파이프는 상기 아웃렛 공간에 배치되는 상기 내측 파이프 부재의 하류측 단을 폐쇄하는 제1 차단 벽, 그리고 상기 인렛 공간으로부터 상기 유동 공간의 상류측 단을 차단하도록 상기 외측 파이프 부재와 상기 내측 파이프 부재의 상류측 단을 연결하는 제2 차단 벽을 더 포함할 수 있다.

상기 배기 파이프는 상기 인렛 공간에 위치하는 상류측 단이 아래로 기울여지도록 경사지게 배치될 수 있다.

배기가스가 상기 통공을 통과하면서 상기 배기가스에서 분리된 물이 배출하기 위한 물 배출 홀이 상기 외측 파이프 부재의 상류측 단의 바닥에 형성될 수 있다.

상기 배플의 하측 단부에는 상기 물 배출 홀을 통해 상기 배기 파이프에서 배출된 물의 이동을 위한 관통홀이 형성될 수 있고, 상기 하우징은 상기 관통홀을 통해 이동한 물을 배출할 수 있도록 상기 아웃렛 공간을 형성하는 부분의 바닥에 형성되는 배수구를 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 배기 파이프는 상기 내측 배기 파이프의 상류측 단을 차단하는 제1 차단 벽, 그리고 상기 아웃렛 공간으로부터 상기 유동 공간의 하류측 단을 차단하도록 상기 외측 파이프 부재와 상기 내측 파이프 부재의 하류측 단을 연결하는 제2 차단 벽을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 배기 파이프는 상기 인렛 공간으로부터 상기 유동 공간의 상류측 단을 차단하도록 상기 외측 파이프 부재와 상기 내측 파이프 부재의 상류측 단을 연결하는 제1 차단 벽, 상기 아웃렛 공간으로부터 상기 유동 공간의 하류측 단을 폐쇄하도록 상기 외측 파이프 부재와 상기 내측 파이프 부재의 하류측 단을 연결하는 제2 차단 벽, 그리고 상기 내측 배기 파이프의 상기 통공이 형성된 영역을 구획하여 차단하도록 상기 내측 배기 파이프 내에 설치되는 제3 차단 벽을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 배기 파이프를 외측 파이프 부재와 내측 파이프 부재를 포함하는 이중 파이프 구조로 형성하고, 내측 파이프 부재에 배기가스의 이동 및 물 분리를 위한 다수의 통공을 형성함으로써, 간단한 구조를 통해 연료전지 자동차의 배기가스에 포함된 물을 분리하여 배출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차용 소음기의 개략적인 저면 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 자동차용 소음기의 배기 파이프의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지 자동차용 소음기의 배기 파이프의 단면도이다.

아래에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 설명된 실시예에 한정되지 않는다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차의 소음기의 개략적인 저면 사시도가 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 자동차의 소음기의 단면도가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 연료전지 자동차용 소음기의 하우징(housing)(10)은 중공 구조를 가질 수 있으며 대략 원통 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징(10)은 서로 결합되는 제1 하우징(11)과 제2 하우징(12)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 하우징(11, 12)은 배기가스 인렛(13)과 배기가스 아웃렛(14)을 각각 구비할 수 있으며, 용접 등의 방법으로 서로 결합될 수 있다. 이때, 배기가스 인렛(13)과 배기가스 아웃렛(14)은 서로 마주하는 양 사이드에 배치될 수 있다. 예를 들어, 연료전지 스택에서 배출되는 배기가스가 배기가스 인렛(13)을 통해 소음기로 유입되고 소음기의 내부 공간을 통과한 후 배기가스 아웃렛(14)을 통해 배출될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 배기가스 인렛(13) 및 배기가스 아웃렛(14)에 각각 연통되는 배기 파이프(30)가 하우징(10) 내에 구비된다. 예를 들어, 배기 파이프(30)는 하우징(10) 내에 설치되는 배플(21, 22)의 관통홀에 삽입되어 지지될 수 있다. 배기 파이프(30)는 인렛 공간(16)에서 아웃렛 공간(18)으로 이어지는 배기가스 유동 경로를 형성한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 배플(21, 22)은 하우징(10) 내의 공간을 세 개의 공간, 즉 배기가스 인렛(13)에 연통되는 인렛 공간(16), 배기가스 아웃렛(14)에 연통되는 아웃렛 공간(18), 그리고 인렛 공간(16)과 아웃렛 공간(18) 사이에 위치하는 중간 공간(17)으로 분할하도록 설치될 수 있다. 각 배플(21, 22)은 하우징(10)의 내주면과 배기 파이프(30)의 외주면에 밀착되도록 구성될 수 있다. 배기 파이프(30)는 인렛 공간(16)과 아웃렛 공간(18)을 유체적으로 연결할 수 있도록 구성되며, 이에 의해 인렛 공간(16)의 배기가스는 배기 파이프(30)을 통해 아웃렛 공간(18)으로 이동할 수 있다.

배기 파이프(30)는 배기가스의 이동 통로를 형성하면서 배기가스에 함유된 물을 분리하는 기능을 하도록 구성된다. 배기 파이프(30)는 내측 파이프 부재(31)와 외측 파이프 부재(32)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 외측 파이브 부재(32)는 배플(21, 22)에 지지되고, 내측 파이프 부재(31)는 외측 파이프 부재(32) 내에 배치된다. 내측 파이프 부재(31)와 외측 파이프 부재(32)는 그 사이에 유동 공간(33)이 형성되도록 내측 파이프 부재(31)의 외주면과 외측 파이프 부재(32)의 내주면은 일정 거리만큼 서로 이격된다. 내측 파이프 부재(31)는 내측 공간과 유동 공간(33)을 연통시키는 복수의 통공(34)을 구비한다. 배기 파이프(30)는 인렛 공간(16)의 배기가스가 내측 파이프 부재(31) 또는 유동 공간(33) 중 하나 이상으로 유입된 후 통공(34)을 통과한 후 아웃렛 공간(18)으로 이동하도록 구성된다.

내측 파이프 부재(31)의 상류측 단은 개방되어 인렛 공간(16)에 노출되고 하류측 단은 제1 차단 벽(35)에 의해 차단된 상태로 아웃렛 공간(18)에 위치된다. 내측 파이프 부재(31)의 상류측 단과 외측 파이프 부재(32)의 상류측 단은 제2 차단 벽(36)에 의해 연결되며, 이에 의해 내측 파이프 부재(31)와 외측 파이프 부재(32) 사이의 유동 공간(33)의 상류측 단은 제2 차단 벽(36)에 의해 차단된다. 내측 파이프 부재(31)는 제2 차단 벽(36)에 의해 외측 파이프 부재(32)에 지지된다. 내측 파이프 부재(31)는 복수의 통공(34)을 가지는 관형 멤브레인 부재로 형성될 수 있으며, 통공(34)은 배기가스의 이동 중 물의 분리가 쉽게 일어나도록 미세 통공으로 형성될 수 있다.

이러한 배가 파이프(30)의 구조에 의해, 인렛 공간(16)의 배기가스가 내측 파이프(31)로 유입된 후 통공(34)을 통해 유동 공간(33)으로 이동할 수 있으며, 유동 공간(33)의 배기가스는 외측 파이프 부재(32)의 하류측 개구를 통해 아웃렛 공간(18)으로 이동할 수 있다. 배기가스가 내측 파이프 부재(31)의 통공(34)을 통과하는 과정에서 함유된 물이 분리된다. 이때, 배기 파이프(30)는, 물의 원활한 분리 및 배출을 위해, 인렛 공간(16)에 위치하는 상류측 단이 아웃렛 공간(18)에 위치하는 하류측 단보다 낮도록 경사지게 배치된다. 이에 의해 배기가스에서 분리된 물은 내측 파이프 부재(31)와 외측 파이프 부재(32) 사이의 유동 공간의 상류측 부분으로 모이게 된다. 배기 파이프(30)는 유동 공간(33)의 상류측 부분에 모인 물을 배출할 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 외측 파이프 부재(32)의 상류측 단부의 바닥면에 물 배출 홀(37)이 형성된다.

분리된 물은 물 배출 홀(37)을 통해서 하우징(10)의 하부 공간으로 떨어진다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(10)은 하부 공간에 고이는 물을 배출할 수 있도록 형성되는 배수구(15)를 구비한다. 한편, 배플(21, 22)은 물의 이동을 위해 하우징(10)의 내주면의 바닥에 접하는 부분에 관통홀(23, 24)를 구비할 수 있다. 이에 의해 배기 파이프(30)에서 하우징(10)의 바닥으로 떨어지는 물은 배플(21, 22)의 관통홀(23, 24)을 통해 아웃렛 공간(18)으로 이동한 후 배수구(15)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

도 5 및 도 6에는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 배기 파이프의 단면도가 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 배기 파이프는 도 3에서 배기 파이프를 대체하여 설치될 수 있다. 또한 도 5 및 도 6에는 명시적으로 도시되지 않았으나, 걸러진 물을 배출할 수 있는 물 배출 홀이 구비될 수 있다.

먼저, 도 5를 참조하면, 외측 파이프 부재(52)는 하우징(10) 내에 설치되는 배플(21, 22)에 지지될 수 있으며, 내측 파이프 부재(51)는 외측 파이프 부재(52)의 내주면에서 이격되는 상태로 외측 파이프 부재(52) 내에 배치된다. 내측 파이프 부재(51)와 외측 파이프 부재(52)의 상류측 단은 인렛 공간(16)에 위치하고, 내측 파이프 부재(51)와 외측 파이프 부재(52)의 하류측 단은 아웃렛 공간(18)에 위치한다. 내측 파이프 부재(51)는 그 내측 공간과 외측 파이프 부재(52)와의 사이에 형성되는 유동 공간에 연통되는 복수의 통공(54)을 포함한다. 제1 차단벽(55)은 내측 파이프 부재(51)의 상류측 단을 폐쇄하고, 제2 차단벽(56)은 유동 공간의 하류측 단을 차단하도록 외측 파이프 부재(52)와 내측 파이프 부재(51)의 하류측 단을 연결한다. 이러한 구조에 의해, 인렛 공간(16)의 배기가스는, 도 5의 실선 화살표로 도시된 바와 같이, 인렛 파이프 부재(51)와 아웃렛 파이프 부재(52) 사이의 공간으로 유입되고 통공(54)을 통해 내측 배기 파이프(51)의 내측 공간으로 이동한 후 아웃렛 공간(18)으로 이동한다.

한편, 도 6을 참조하면, 제1 차단 벽(65)은 내측 파이프 부재(61)의 상류측 단과 외측 파이프 부재(62)의 상류측 단 사이의 공간을 차단하며, 제2 차단 벽(66)은 내측 파이프 부재(61)의 상류측 단과 외측 파이프 부재(62)의 하류측 단 사이의 공간을 차단한다. 그리고 제3 차단 벽(67)은 내측 배기 파이프(61)의 통공(64)이 형성된 영역을 구획하여 차단하도록 내측 배기 파이프(61) 내에 설치된다. 이러한 구조에 의해, 배기가스는 도 6의 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 내측 배기 파이프(61)의 상류측 단을 통해 유입된 후 제3 차단 벽(67)의 존재로 인해 통공(64)을 통해 유동 공간, 즉 내측 배기 파이프(61)와 외측 배기 파이프(62) 사이의 공간으로 배출되고, 그리고 제3 차단 벽(67)을 지난 후에는 통공(64)을 통해 다시 내측 배기 파이프(61)의 내측 공간으로 유입된 후 아웃렛 공간(18)으로 배출된다.

위에서 본 발명의 실시예에 대해 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

10: 하우징
13: 배기가스 인렛
14: 배기가스 아웃렛
16: 인렛 공간
17: 중간 공간
18: 아웃렛 공간
30: 배기 파이프
31, 51, 61: 내측 파이프 부재
32, 52, 62: 외측 파이프 부재
33: 유동 공간
34: 통공
35, 55, 65: 제1 차단 벽
36, 56, 66: 제2 차단 벽
67: 제3 차단 벽
37: 물 배출 홀
21, 22: 배플
23, 24, 54, 64: 관통홀
15: 배수구

Claims (7)

1. 배기가스 인렛과 배기가스 아웃렛을 구비하는 하우징,
   상기 하우징 내의 공간을 상기 배기가스 인렛에 연통되는 인렛 공간과 상기 배기가스 아웃렛에 연통되는 아웃렛 공간으로 구획하는 적어도 하나의 배플, 그리고
   상기 배플에 지지되며 상기 인렛 공간에서 상기 아웃렛 공간으로 이어지는 배기가스 유동 경로를 형성하는 배기 파이프를 포함하고,
   상기 배기 파이프는
   상기 배플에 지지되는 외측 파이프 부재,
   상기 외측 파이프 부재의 내주면으로부터 이격되어 유동 공간을 형성하도록 상기 외측 파이프 부재 내에 배치되며 상기 유동 공간에 연통되는 복수의 통공을 구비하는 내측 파이프 부재,
   상기 아웃렛 공간에 배치되는 상기 내측 파이프 부재의 하류측 단을 폐쇄하는 제1 차단 벽, 그리고
   상기 인렛 공간으로부터 상기 유동 공간의 상류측 단을 차단하도록 상기 외측 파이프 부재와 상기 내측 파이프 부재의 상류측 단을 연결하는 제2 차단 벽을 포함하고,
   상기 배기 파이프는 상기 인렛 공간의 배기가스가 상기 내측 파이프 부재 또는 상기 유동 공간 중 하나 이상으로 유입된 후 상기 통공을 통과한 후 상기 아웃렛 공간으로 이동하도록 구성되고,
   상기 배기 파이프는 상기 인렛 공간에 위치하는 상류측 단이 아래로 기울어지도록 경사지게 배치되고,
   배기가스가 상기 통공을 통과하면서 상기 배기가스에서 분리된 물이 배출하기 위한 물 배출 홀이 상기 외측 파이프 부재의 상류측 단의 바닥에 형성되고,
   상기 배플의 하측 단부에는 상기 물 배출 홀을 통해 상기 배기 파이프에서 배출된 물의 이동을 위한 관통홀이 형성되고,
   상기 하우징은 상기 관통홀을 통해 이동한 물을 배출할 수 있도록 상기 아웃렛 공간을 형성하는 부분의 바닥에 형성되는 배수구를 구비하는
   연료전지 자동차용 소음기.
   
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