KR20120061644A

KR20120061644A - 연료 전지 시스템용 소음기

Info

Publication number: KR20120061644A
Application number: KR1020100123018A
Authority: KR
Inventors: 이승용; 서상훈; 김학구
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-13
Also published as: KR101405183B1

Abstract

연료 전지 시스템용 소음기가 개시된다. 개시된 연료 전지 시스템용 소음기는, ⅰ)소정의 내부 공간을 지닌 케이스와, ⅱ)케이스의 전방에서 내부 공간 측으로 일부 인입되게 설치되며, 케이스의 내부 공간과 연결되는 다수의 배수 포트들이 구비된 배기가스 유입 파이프와, ⅲ)케이스의 내부 공간에서 후방 측으로 일부 인출되게 설치되며, 배기가스 유입 파이프를 통과한 배기 가스를 배출하는 배기가스 유출 파이프와, ⅳ)케이스의 내부 공간에서 배기가스 유입 파이프와 배기가스 유출 파이프 사이의 공간에 채워지는 충진재와, ⅴ)배기가스 유입 파이프의 배기 포트들과 연결되고, 배기가스 유입 파이프에서 응축되며 배수 포트들을 통해 배출되는 응축수를 저장하고 그 응축수를 케이스의 외부로 배출하기 위한 응축수 저장유닛을 포함한다.

Description

연료 전지 시스템용 소음기 {MUFFLER FOR FUEL CELL SYSTEM}

본 발명의 예시적인 실시예는 연료 전지 차량에 채용되는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 스택에서 배출되는 배기 가스의 기류음을 저감시킬 수 있도록 한 연료 전지 시스템용 소음기에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 연료 전지 시스템의 메인 파워(Main Power) 공급원인 연료 전지 스택은 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.

연료 전지 스택으로 공급된 수소가 연료극(anode)의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소 이온은 고분자 전해질 막을 통해 공기극(cathode)으로 넘어가게 되며, 이때 공기극으로 공급되는 공기 중의 산소가 외부 도선을 타고 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.

여기서, 상기 연료 전지 스택에서는 수분이 함유된 고온의 공기(반응하고 남은 공기로 이하에서는 "배출 공기" 라고 한다)를 배출하게 되는데, 이 과정에 터보 머신인 공기 블로워가 고속으로 회전함에 따라 소음이 심하게 발생한다.

이에, 종래 기술의 연료 전지 시스템에는 배출 공기를 배출시키는 배기 라인을 구성하고, 이 배기 라인에 배기 가스의 기류음을 저감시키기 위한 소음기를 설치하고 있다.

그런데, 종래 기술에서는 배출 공기 중의 수분이 응축되면서 생성된 응축수가 배기 라인에 고여 배압을 발생하게 되고, 이러한 응축수의 배출을 위해 배기 라인에 배수 포트를 형성하는 경우 소음이 다량으로 발생하게 되며, 동절기에 배기 라인 내의 응축수가 동결되면서 배기 라인이 막히게 되는 등의 폐단을 초래한다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 소음이 외부로 방출되지 않으면서 응축수를 원활하게 배출할 수 있도록 한 연료 전지 시스템용 소음기를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 소음기는, 연료 전지 스택에서 발생하는 배기 가스를 배출하기 위한 배기라인에 구성되는 것으로서, ⅰ)소정의 내부 공간을 지닌 케이스와, ⅱ)상기 케이스의 전방에서 내부 공간 측으로 일부 인입되게 설치되며, 상기 케이스의 내부 공간과 연결되는 다수의 배수 포트들이 구비된 배기가스 유입 파이프와, ⅲ)상기 케이스의 내부 공간에서 후방 측으로 일부 인출되게 설치되며, 상기 배기가스 유입 파이프를 통과한 배기 가스를 배출하는 배기가스 유출 파이프와, ⅳ)상기 케이스의 내부 공간에서 상기 배기가스 유입 파이프와 배기가스 유출 파이프 사이의 공간에 채워지는 충진재와, ⅴ)상기 배기가스 유입 파이프의 배기 포트들과 연결되고, 상기 배기가스 유입 파이프에서 응축되며 상기 배수 포트들을 통해 배출되는 응축수를 저장하고 그 응축수를 상기 케이스의 외부로 배출하기 위한 응축수 저장유닛을 포함한다.

또한 상기 연료 전지 시스템용 소음기에 있어서, 상기 응축수 저장유닛은 상기 응축수를 저장하는 저장조와, 상기 저장조의 바닥에 연결되게 설치되며 상기 저장조에 저장된 응축수를 상기 케이스의 외부로 배출하는 배출부재를 포함할 수 있다.

또한 상기 연료 전지 시스템용 소음기에 있어서, 상기 응축수 저장유닛은 상기 저장조에 설치되며 상기 배수 포트들을 통해 배출되는 응축수를 가이드 하는 가이드부재를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 연료 전지 시스템용 소음기에 있어서, 상기 배출부재는 역유(U)자 형태로서 유입구가 상기 저장조의 바닥면 근처에 위치하고, 상기 저장조의 바닥면을 관통하며 유출구가 상기 케이스의 외부에 위치하는 벤트 관로로서 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 응축수 저장유닛을 통해 소음이 외부로 빠져나가지 않고 응축수 만을 배출할 수 있으므로, 소음 저감 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 케이스의 내부에 별도의 공간을 차지하지 않으므로 부피가 절약되고, 저장조에 저장된 응축수 자체가 소음을 흡수하게 되므로 소음기의 흡음 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 소음기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 소음기에 적용되는 응축수 저장유닛을 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 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.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 소음기를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 소음기(100)는 연료 전지 차량의 연료 전지 시스템에 적용될 수 있다.

여기서, 상기 연료 전지 시스템은 연료로서의 수소와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 스택을 구비하는데, 연료 전지 스택에서는 수분이 함유된 습윤 공기(이하에서는 편의 상 "배기가스" 라고 한다)를 배출한다.

이 경우, 연료 전지 스택으로부터 배기가스를 배출하는 과정에 터보 머신인 공기 블로워가 고속으로 회전함에 따라 소음이 심하게 발생하는데, 본 실시예에 의한 소음기(100)는 이러한 소음을 감소시키기 위한 것으로 배기 가스를 배출하는 배기라인에 구성될 수 있다.

본 실시예에 의한 상기 연료 전지 시스템용 소음기(100)는 소음을 흡음하는 과정에 배기가스 중의 수분이 응축된 응축수를 배출할 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상기 연료 전지 시스템용 소음기(100)는 기본적으로, 케이스(10), 배기가스 유입 파이프(30), 배기가스 유출 파이프(50), 충진재(70), 및 응축수 저장유닛(90)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

상기 케이스(10)는 소음기의 외형을 이루고 내부에 소정의 공간을 형성하고 있다. 이러한 케이스(10)는 당 업계에서 널리 알려진 소음기 케이스로서 이루어지므로 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 배기가스 유입 파이프(30)는 케이스(10)의 전방에서 내부 공간 측으로 일부 인입되게 설치된다. 배기가스 유입 파이프(30)에는 케이스(10)의 내부 공간과 연결되는 다수의 배수 포트들(31)이 형성되어 있다.

상기 배기가스 유출 파이프(50)는 케이스(10)의 내부 공간에서 후방 측으로 일부 인출되게 설치된다. 배기가스 유출 파이프(50)는 배기가스 유입 파이프(30)를 통과한 배기 가스를 외부로 배출하는 기능을 하게 된다.

상기 충진재(70)는 케이스(10)의 내부 공간에서 배기가스 유입 파이프(30)와 배기가스 유출 파이프(50) 사이의 공간에 채워지는데, 예를 들면 소음을 흡음하는 유리섬유로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 상기 응축수 저장유닛(90)은 배기가스가 배기가스 유입 파이프(30)로 유입되는 과정에 배기가스 중의 수분이 응축되면서 생성되는 응축수를 저장하고 있다가 일정 수위로 저장되면 그 응축수를 케이스(10)의 외부로 배출할 수 있는 구조로 이루어진다.

이러한 응축수 저장유닛(90)은 도 2에서와 같이 저장조(91)와, 가이드부재(93)와, 배출부재(95)를 포함하여 이루어지는 바, 도 1과 함께 이들 구성 요소를 설명하면 상기 저장조(91)는 배기가스 유입 파이프(30)의 배수 포트(31)와 연결된다.

상기 저장조(91)는 케이스(10)의 내부 공간에서 배기가스 유입 파이프(30)의 배수 포트(31)에 대응하여 충진재(70)가 충진된 영역에 구성된다. 이 저장조(91)는 배기가스 유입 파이프(30)의 배수 포트(31)를 통해 배출되는 응축수를 저장하게 된다.

상기 가이드부재(93)는 배기가스 유입 파이프(30)의 배수 포트(31)를 통해 배출되는 응축수를 가이드 하기 위한 것으로서 저장조(91)에 설치된다.

그리고, 상기 배출부재(95)는 저장조(91)에 저장된 응축수를 케이스(10)의 외부로 배출하기 위한 것이다.

상기 배출부재(95)는 저장조(91)의 바닥에 연결되게 설치되는 바, 대략 역유(U)자 형태로서 유입구(96)가 저장조(91)의 바닥면 근처에 위치하고, 그 저장조(91)의 바닥면을 관통하며 유출구(97)가 케이스(10)의 외부에 위치하는 벤트 관로(99)로서 이루어진다.

여기서, 상기 배출부재(95)는 응축수가 저장조(91)에 계속적으로 저장되면서 그 수위가 벤트 관로(99)의 최 상단 높이에 다다르는 경우에 벤트 관로(99)를 통하여 응축수를 케이스(10) 외부로 배출할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 소음기(100)에 의하면, 연료 전지 스택에서 배출되는 배기 가스는 배기라인을 통해 유동하며 배기가스 유입 파이프(30)를 통해 케이스(10)의 내부 공간으로 유입된다.

그리고, 배기 가스는 케이스(10)의 내부 공간을 거치며 배기가스 유출 파이프(50)를 통해 배출되는데, 배기 가스의 고주파의 압력파가 충진재(70)에 의해 손실되면서 소음이 감소하게 된다.

이러는 과정에, 배기가스 유입 파이프(30)에서는 배기가스 중의 수분이 응축되면서 응축수를 생성하게 되는데, 이 응축수는 배기가스 유입 파이프(30)의 배수 포트(31)를 통해 배출되고, 가이드부재(93)에 의해 가이드되면서 저장조(91)의 자장 공간으로 저장된다.

그 후, 본 실시예에서는 응축수가 저장조(91)에 계속적으로 저장되면서 그 수위가 배출부재(95)의 벤트 관로(99)의 최 상단 높이에 다다르게 되면, 응축수는 벤트 관로(99)를 통하여 응축수를 케이스(10) 외부로 배출할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 소음기(100)에 의하면, 연료 전지 스택으로부터 배출되는 배기 가스 중의 수분이 응축된 응축수를 응축수 저장유닛(90)을 통해 배출할 수 있다.

본 실시예에서는 응축수 저장유닛(90)의 배출부재(95)를 통해 소음이 외부로 빠져나가지 않고 응축수 만을 배출할 수 있으므로, 소음 저감 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 케이스(10)의 내부에 별도의 공간을 차지하지 않으므로 부피가 절약되고, 저장조(91)에 저장된 응축수 자체가 소음을 흡수하게 되므로 흡음 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 케이스 30... 배기가스 유입 파이프
31... 배수 포트 50... 배기가스 유출 파이프
70... 충진재 90... 응축수 저장유닛
91... 저장조 93... 가이드부재
95... 가이드부재 95... 배출부재
99... 벤트 관로

Claims

연료 전지 스택에서 발생하는 배기 가스를 배출하기 위한 배기라인에 구성되는 소음기로서,
소정의 내부 공간을 지닌 케이스;
상기 케이스의 전방에서 내부 공간 측으로 일부 인입되게 설치되며, 상기 케이스의 내부 공간과 연결되는 다수의 배수 포트들이 구비된 배기가스 유입 파이프;
상기 케이스의 내부 공간에서 후방 측으로 일부 인출되게 설치되며, 상기 배기가스 유입 파이프를 통과한 배기 가스를 배출하는 배기가스 유출 파이프;
상기 케이스의 내부 공간에서 상기 배기가스 유입 파이프와 배기가스 유출 파이프 사이의 공간에 채워지는 충진재; 및
상기 배기가스 유입 파이프의 배기 포트들과 연결되고, 상기 배기가스 유입 파이프에서 응축되며 상기 배수 포트들을 통해 배출되는 응축수를 저장하고 그 응축수를 상기 케이스의 외부로 배출하기 위한 응축수 저장유닛
을 포함하는 연료 전지 시스템용 소음기.
제1 항에 있어서,
상기 응축수 저장유닛은,
상기 응축수를 저장하는 저장조와, 상기 저장조의 바닥에 연결되게 설치되며 상기 저장조에 저장된 응축수를 상기 케이스의 외부로 배출하는 배출부재를 포함하는 연료 전지 시스템용 소음기.
제2 항에 있어서,
상기 응축수 저장유닛은,
상기 저장조에 설치되며 상기 배수 포트들을 통해 배출되는 응축수를 가이드 하는 가이드부재를 더 포함하는 연료 전지 시스템용 소음기.
제2 항에 있어서,
상기 배출부재는,
역유(U)자 형태로서 유입구가 상기 저장조의 바닥면 근처에 위치하고, 상기 저장조의 바닥면을 관통하며 유출구가 상기 케이스의 외부에 위치하는 벤트 관로로서 이루어지는 연료 전지 시스템용 소음기.