KR20200071545A - 연료전지 시스템의 배기압력조절장치 - Google Patents

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하경구
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박정희
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Abstract

본 발명에 따른 연료전지 시스템의 배기압력조절장치는, 배기관 내에 설치되고 내부에 다수의 공극(pore)을 갖는 다공성폼(porous foam)과, 상기 배기관으로 유동되는 배출가스의 차압(differential pressure)을 조절하기 위해, 상기 다공성폼을 압축시키거나 팽창시키도록 마련되는 조절장치를 포함한다.

Description

연료전지 시스템의 배기압력조절장치{DEVICE FOR ADJUSTING PRESSURE OF EXHAUST GAS OF FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료전지 시스템의 배기압력조절장치에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산해 내는 시스템으로써, 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.
연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC; alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.
이중, 고분자 전해질형 연료전지는 내연기관을 대신하도록 개발되고 있는 수소차(수소연료전지 자동차) 분야에 적용되고 있다.
수소차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다. 따라서, 수소차는 수소(H2)가 저장되는 수소탱크(H2 Tank), 수소와 산소(O2)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산해내는 스택(FC STACK: Fuel Cell Stack), 생성된 물을 배수하기 위한 각종 장치들뿐만 아니라 스택에서 생산된 전기를 저장하는 배터리, 생산된 전기를 변환 및 제어하는 컨트롤러, 구동력을 생성하는 모터 등을 포함하는 구조를 갖는다.
이중, 스택은 수십 또는 수백 개의 셀을 직렬로 쌓아 올린 연료전지 본체를 일컫는 장치로써, 엔드플레이트들 사이에 복수개의 셀이 적층된 구조를 갖되, 각각의 셀의 내부는 전해질막으로 구획되고 일측은 애노드 타측은 캐소드가 마련된다.
각각의 셀들 사이에는 분리판이 배치되어 수소와 산소의 유동 경로를 제한하며 상기 분리판은 산화환원 반응시 전자를 이동시키도록 전도체로 제조된다.
이러한 스택은 애노드에 수소가 공급되면 촉매에 의해 수소이온과 전자로 분리되고, 전자는 분리판을 통해 스택 외부로 이동하며 전기를 생산하며, 수소이온은 전해질막을 통과하여 캐소드로 이동한 후 외기에서 공급되는 산소 및 전자와 결합하여 물을 형성하고 외부로 배출된다.
연료전지 시스템에는 연료전지 스택의 운전압력을 조절하기 위해 배기압력조절장치(또는, 운전압력조절장치)가 구비된다. 배기압력조절장치는 연료전지 스택의 출구단에서의 배출가스의 압력을 조절함으로써, 연료전지 스택의 운전압력을 조절할 수 있다.
종래에 연료전지 시스템의 운전압력을 조절하기 위해, 연료전지 스택의 후단에 설치되는 배기압력조절장치는 일반적으로 배기의 유동을 억제시키기 위한 그 구조상 배출가스의 난류를 발생시켜 소음이 발생하게 되는 문제점이 존재하였다.
그와 같은 소음을 저감시키기 위해, 소음기를 추가로 설치하거나 배출가스가 유동되는 배관 또는 호스의 두께를 증가시키는 것을 고려해볼 수 있으나, 이 경우 배기압력조절장치의 구조가 복잡해지고 무게가 상승하며 제조원가가 증가되는 등의 문제점이 존재하였다.
본 발명은 배출가스의 유동 소음이 저감되도록 하는 배기압력조절장치를 제공하는 것에 주목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래의 배기압력조절장치에 비해 상대적으로 컴팩트하고 가벼운 구조를 가질 수 있는 배기압력조절장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 배기압력조절장치는, 배기관 내에 설치되고 내부에 다수의 공극(pore)을 갖는 다공성폼(porous foam)과, 상기 배기관으로 유동되는 배출가스의 차압(differential pressure)을 조절하기 위해, 상기 다공성폼을 압축시키거나 팽창시키도록 마련되는 조절장치를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 다공성폼 및 그를 압축시키거나 팽창시키도록 마련되는 조절장치를 포함하여 배기압력을 조절하도록 마련함으로써, 배기압력조절장치를 통과하면서 배기가스의 난류 성분이 저감되고, 그에 따라 배기가스의 유동 소음이 저감될 수 있다.
둘째, 종래에 비해 배기압력조절장치의 구성이 간단해지고 경량화가 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기압력조절장치가 차량의 배기관에 설치된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배기압력조절장치의 작동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 배기압력조절장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기압력조절장치가 차량의 배기관에 설치된 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
배기압력조절장치(100)는 연료전지 차량의 배기계에 설치되어 연료전지 스택으로부터 배출되는 배출가스의 압력을 조절할 수 있다.
배기압력조절장치(100)의 조절에 의해 연료전지 스택으로부터 배출되는 배출가스의 압력이 조절됨에 따라, 연료전지 스택으로 유입되는 공급가스의 양도 조절될 수 있으며, 이는 연료전지 스택의 입구단과 출구단 사이의 압력 차이가 변화되기 때문이다.
도 1을 참조하면, 배기압력조절장치(100)는 연료전지 스택으로부터 배출되는 배출가스의 차압(differential pressure)을 조절하기 위해, 상기 배출가스가 유동되는, 차량의 배기관(1)에 설치될 수 있다. 배출가스의 차압은 배기압력조절장치(100)를 통과하기 전의 배출가스의 압력과 배기압력조절장치(100)를 통과한 후의 배출가스의 압력의 차이로 정의될 수 있다.
본 실시예에 따른 배기압력조절장치(100)은 다공성폼(porous foam)(110)과 조절장치(120)를 포함한다.
다공성폼(110)은 배기관(1) 내에 설치될 수 있다. 다공성폼(110)은 다수 개의 공극(pore or air gap)을 포함하는 구조를 갖는다. 예를 들면, 다공성폼(110)은 메쉬폼, 스펀지 등과 같은 구조를 가질 수 있다.
다공성폼(110)은 압축되거나 팽창될 수 있고, 압축 또는 팽창됨에 따라 다공성폼(110)의 부피가 가변 될 수 있다. 다공성폼(110)은 부피가 가변됨에 따라 공극률(porosity)(φ)이 가변될 수 있다. 공극률(φ)은 여기서, 공극률(φ)은 아래의 식에 의해 구해지는 값으로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 는 공극률(φ)이고, VS는 다공성폼의 물질부분의 전체 부피이고, VV: 다공성폼 내의 공극들 전체의 부피이다.
조절장치(120)는 다공성폼(110)을 압축시키거나 팽창시키기 위해 마련될 수 있다.
배기압력조절장치(100)는 조절장치(120)에 의해 상기 다공성폼(110)이 압축되거나 팽창됨에 따라 상기 다공성폼(110)의 공극률(φ)이 변화되어 상기 배기관으로 유동되는 배출가스의 차압(differential pressure) 조절이 가능하게 마련된다.
종래에 연료전지 시스템의 운전압력을 조절하기 위해, 연료전지 스택의 후단에 설치되는 배기압력조절장치는 일반적으로 배기의 유동을 억제시키기 위한 그 구조상 배출가스의 난류를 발생시켜 소음이 발생하게 되는 문제점이 존재하였다.
그와 같은 소음을 저감시키기 위해, 소음기를 추가로 설치하거나 배출가스가 유동되는 배관 또는 호스의 두께를 증가시키는 것을 고려해볼 수 있었다. 그러나, 이 경우 배기압력조절장치의 구조가 복잡해지고 무게가 상승하며 제조원가가 증가되는 등의 문제점이 존재하였다.
본 실시예에 따른 배기압력조절장치(100)는 배기압력을 조절하는 과정에서 생성될 수 있는 배출가스의 유동 소음을 저감시키기 위한 것이다.
보다 구체적으로 본 실시예에 따른 배기압력조절장치(100)는, 상기 조절장치(120)에 의해 상기 다공성폼(110)이 압축되거나 팽창됨에 따라 상기 다공성폼(110)의 공극률(porosity)(φ)이 변화되어 상기 배기관(1)으로 유동되는 배출가스의 차압(differential pressure) 조절이 가능하게 마련되는 것에 기본적인 특징이 있다.
본 실시예에 따른 배기압력조절장치(100)의 특징을 이하에서 보다 상술한다.
도 1을 참조하면, 배기관(1) 내에서 배출가스의 유동방향을 기준으로, 다공성폼(110)의 일측단이 배기관(1)에 고정되고, 다공성폼(110)의 타측단이 조절장치(120)에 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 배출가스의 유동방향을 기준으로, 배기관(1)에 고정되는 다공성폼(110)의 일측단은 상류측에 위치하고, 조절장치(120)와 결합되는 다공성폼(110)의 타측단은 하류측에 위치할 수 있다.
배출가스의 유동방향을 기준으로, 배기관(1)에 고정되는 다공성폼(110)의 일측단은 하류측에 위치하고, 조절장치(120)와 결합되는 다공성폼(110)의 타측단은 상류측에 위치하는 경우를 가정하면, 배출가스의 유동저항에 의해 다공성폼(110)이 가압되며 압축될 수 있다. 이는, 이동 가능한 다공성폼(110)의 타측단이 고정된 일측단보다 상류측에 위치하기 때문이다. 다공성폼(110)이 배출가스의 유동저항으로 인해 압축되면 다공성폼(110)의 공극률(φ)이 낮아져서 배출가스의 차압이 증가되고, 그에 따라 배출가스의 유동저항은 더 커지며 다공성폼(110)이 더욱 압축될 수 있다. 이 경우, 배출가스의 차압이 과도하게 높아질 수도 있다.
본 실시예에서, 배출가스의 유동방향을 기준으로, 배기관(1)에 고정되는 다공성폼(110)의 일측단은 상류측에 위치하고, 조절장치(120)와 결합되는 다공성폼(110)의 타측단은 하류측에 위치함으로써, 배출가스의 유동저항에 의해 다공성폼(110)은 팽창되는 방향으로 힘을 받게 되고, 조절장치(120)에 의해 팽창 또는 압축되게 마련된다. 따라서, 배출가스의 유동저항으로 인해 배출가스의 차압이 과도하게 높아져서 연료전지 스택으로의 가스의 유입이 억제됨에 따라, 연료전지 스택의 성능이 저하되는 것이 방지될 수 있다.
상기 조절장치(120)에 의해 상기 다공성폼(110)의 타측단이 이동됨에 따라, 상기 다공성폼(110)의, 상기 배출가스의 유동방향으로 연장된 길이(L)가 증가되거나 감소될 수 있다.
조절장치(120)는 구동부(121)와 이동부(122)를 포함할 수 있다.
구동부(121)는 기어장치, 모터, 전자식 구동장치 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 구동부(121)는 이동부(122)를 선형(linear) 이동 시킬 수 있는 것이면 이용 가능하다.
예를 들면, 구동부(121)는 이동부(122)를 선형 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 실린더를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 구동부(121)는 배기관(1)의 외주면에 설치되어 이동부(122)에 구동력을 제공할 수 있다.
이동부(122)는 상기 구동부(121)로부터 구동력을 제공받아 선형 이동될 수 있다.
도 1을 참조하면, 이동부(122)는 배기관(1)의 외부에 설치되어 다공성폼(110)의 타측단과 결합될 수 있다.
이동부(122)는 구동부(121)로부터 구동력을 제공받아 다공성폼의 길이방향(도 1의 L 방향)으로 이동될 수 있다.
일 실시예에서, 구동부(121)는 실린더를 포함하고, 이동부(122)는 상기 실린더의 내부에 삽입되는 피스톤을 포함하여 구성될 수 있다.
배기압력조절장치(100)는 제1 지지부(140)를 더 포함할 수 있다.
다공성폼(110)의 일측단은 제1 지지부(140)에 의해 배기관(1)의 내주면에 고정될 수 있다. 제1 지지부(140)는 다공성폼(110)과 배기관(1)의 결합을 매개하기 위해 배기관(1)의 내부에 설치될 수 있다.
제1 지지부(140)는 상기 다공성폼(110)의 일측단을 상기 배기관(1)의 내주면에 고정시키면서 상기 다공성폼(110)의 일측단이 배출가스의 유동에 의해 변형되는 것을 억제하도록 마련될 수 있다.
제1 지지부(140)는 배기관(1)의 내주면에서 배기관(1)의 중심부를 향하여 연장된 형상을 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에서, 제1 지지부(140)는 도넛 형상으로 마련되어, 다공성폼(110)의 일측단의, 배기관(1)의 내주면과 접하는 부분과 결합될 수 있다. 다공성폼(110)의 일측단은 배출가스에 의한 유동 저항으로 인해 형상이 변형될 수 있는데, 제1 지지부(140)에 의해 다공성폼(110)의 일측단의 소정의 부분이 지지됨에 따라 다공성폼(110)이 배출가스의 유동 저항으로 인해 변형되는 것이 억제될 수 있다.
이를 통해, 배기압력조절장치(100)에 의한 배기압력 조절 기능이 효과적으로 수행될 수 있다.
배기압력조절장치(100)는 제2 지지부(150)를 더 포함할 수 있다.
제2 지지부(150)는 상기 다공성폼(110)의 타측단과 상기 이동부(122)를 결합하기 위해 마련될 수 있다. 배기관(1)에는 제2 지지부(150)가 이동 가능하도록 하기 위해, 제2 지지부(150)가 이동되는 방향으로 연장된 슬롯이 형성될 수 있다.
제2 지지부(150)는 다공성폼(110)의 타측단이 배출가스의 유동에 의해 변형되는 것을 억제하기 위해, 상기 배기관(1)의 내주면에서 상기 배기관(1)의 중심부를 향하여 연장되는 형상을 갖고 상기 다공성폼(110)의 타측단과 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 지지부(150)는 도넛 형상으로 마련되어, 다공성폼(110)의 타측단의, 배기관(1)의 내주면과 접하는 부분과 결합될 수 있다. 다공성폼(110)의 타측단은 배출가스에 의한 유동 저항으로 인해 형상이 변형될 수 있는데, 제2 지지부(150)에 의해 다공성폼(110)의 타측단의 소정의 부분이 지지됨에 따라 다공성폼(110)이 배출가스의 유동 저항으로 인해 변형되는 것이 억제될 수 있다.
이를 통해, 배기압력조절장치(100)에 의한 배기압력 조절 효과가 향상될 수 있다.
배기압력조절장치(100)는 배기관(1)에서 배출가스가 누설되는 것을 방지하기 위해 하우징(130)을 더 포함할 수 있다.
하우징(130)은 조절장치(120)가 수용되는 내부 공간을 형성할 수 있다. 하우징(130)은 조절장치(120) 및 조절장치(120)가 설치되는 배기관(1)의 일부분을 감싸는 형상으로 마련될 수 있다.
배기압력조절장치(100)는, 이동부의 선형 이동을 가이드하기 위해 마련되는 리니어가이드(160)를 더 포함할 수 있다.
리니어가이드(160)는 배기관(1)의 내주면 또는 외주면 상에 설치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에서 리니어가이드(160)는 배기관(1)의 내주면 상에 설치되어 상기 다공성폼(110)이 압축 또는 팽창되는 방향인 길이방향으로 연장될 수 있다.
리니어가이드(160)에 의해 다공성폼(110)의 변형이 길이방향으로 이루어지도록 유도되며, 다공성폼(110)의 수축과 팽창에 따른 배기압력 조절이 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1의 배기압력조절장치의 작동원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1의 배기압력조절장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 배기압력조절장치의 작동원리와 효과에 대해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 다공성폼(110)은 다수 개의 공극(pore)를 포함하는 구조를 가질 수 있다.
다공성폼(110)의 물질로 이루어진 부분과 공극으로 이루어진 부분을 포함하는 전체 부피은 VS+VV 로 정의될 수 있다. 여기서 VS 는 다공성폼(110)의 전체 부피 VS+VV 중에서 물질 부분의 총 부피이고, VV 는 다공성폼(110)의 전체 부피 VS+VV 중에서 공극 부분의 총 부피로 정의될 수 있다.
조절장치(120)의 조절에 의해 다공성폼(110)이 길이방향(도 2의 L 방향)으로 팽창 또는 수축되면, 다공성폼(110)의 전체 부피 VS+VV 가 변화하게 된다. 이때, 물질은 그 부피가 거의 변하지 않기 때문에 물질 부분의 총 부피 VS 는 거의 일정하다. 한편, 공극들은 압력 등에 의해 그 부피가 쉽게 가변되므로, 공극 부분의 총 부피 VV 는 가변 된다. 따라서, 전체부피 VS+VV 에 대한 공극 부분의 총 부피 VV 로 정의되는 공극률(φ)은 다공성폼(110)이 팽창됨에 따라 증가하고, 다공성폼(110)이 수축됨에 따라 감소되게 된다.
다공성폼(110)이 팽창하여 공극률(φ)이 증가하게 되면, 배출가스가 다공성폼(110)을 통과하면서 받게 되는 유로 저항이 감소될 수 있다. 이는, 다공성폼(110)의 공극률(φ)이 증가됨에 따라 다공성폼(110)이 보다 듬성듬성한(sparse) 구조를 갖기 때문으로 이해될 수 있다. 이를 통해, 배출가스의 차압이 감소되어, 연료전지 스택의 후단의 배출가스의 압력이 감소될 수 있다.
반대로, 다공성폼(110)이 수축하여 공극률(φ)이 증가하게 되면 다공성폼(110)이 보다 치밀한(dense) 구조를 가지게 되어, 배출가스가 다공성폼(110)을 통과하면서 받게 되는 유로 저항이 증가될 수 있다. 이를 통해, 배출가스의 차압이 증가되어, 연료전지 스택의 후단의 배출가스의 압력이 증가될 수 있다.
다공성폼(110)의 공극률(φ)과 배출가스의 차압의 상관관계는 도 3의 그래프와 같은 양상을 가질 수 있다.
다공성폼(110)이 팽창되어 공극률(φ)이 증가할수록 배출가스의 차압은 점차 감소하다가 소정의 값으로 수렴될 수 있다.
다공성폼(110)이 수축되어 공극률(φ)이 감소할수록 배출가스의 차압은 점차 증가하는 양상을 갖되, 공극률(φ)의 크기가 작아질수록 배출가스의 차압이 증가되는 폭이 더 커질 수 있다.
이와 같이 마련되는 배기압력조절장치에 의하면, 다공성폼(110)에 의해 배출가스가 갖는 난류성분이 감소되어, 배출가스의 난류 유동에 의한 소음이 저감될 수 있다. 이에 따라, 배출가스의 유동 소음을 저감시키기 위해 차량에 별도로 구비되는 소음기를 삭제할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기압력조절장치는 통상적인 밸브가 갖는 디스크나, 플랩과 같은 구조가 없이 비교적 일정한 형상을 갖기 때문에, 배기압력조절장치를 통과하는 배출가스의 유동이 보다 균일해질 수 있다. 이에 따라, 배출가스의 유동이 원활해져 배출가스와 배기계통 사이의 유동 저항이 감소될 수 있고, 배기압력조절장치에 의한 압력 조절 성능이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
1 : 배기관
100 : 배기압력조절장치
110 : 다공성폼
120 : 조절장치
121 : 구동부
122 : 이동부
130 : 하우징
140 : 제1 지지부
150 : 제2 지지부
160 : 리니어가이드
L : 다공성폼의 길이
φ : 공극률
VS : 다공성폼의 부피
VV : 다공성폼 내의 공극들 전체의 부피

Claims (12)

  1. 배기관 내에 설치되고 내부에 다수의 공극(pore)을 갖는 다공성폼(porous foam); 및
    상기 배기관으로 유동되는 배출가스의 차압(differential pressure)을 조절하기 위해, 상기 다공성폼을 압축시키거나 팽창시키도록 마련되는 조절장치를 포함하는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조절장치에 의해 상기 다공성폼이 압축되거나 팽창됨에 따라 상기 다공성폼의 공극률(porosity)이 변화되고, 상기 다공성폼을 통과하는 배출가스가 받는 유동저항이 가변되며 상기 배기관으로 유동되는 배출가스의 차압이 조절되고,
    상기 공극률은, 아래의 식에 의해 구해지는 값인, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
    Figure pat00002

    (여기서, φ는 공극률이고, VS는 다공성폼의 물질부분의 전체 부피이고, VV: 다공성폼 내의 공극들 전체의 부피임)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기관 내에서 상기 배출가스의 유동방향을 기준으로, 상기 다공성폼의 일측단이 상기 배기관에 고정되고, 상기 다공성폼의 타측단이 상기 조절장치에 결합되어,
    상기 조절장치에 의해 상기 다공성폼의 타측단이 이동됨에 따라, 상기 다공성폼의, 상기 배출가스의 유동방향으로 연장된 길이가 증가되거나 감소되는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조절장치는, 구동부와, 상기 다공성폼의 타측단과 결합되고, 상기 구동부로부터 구동력을 제공받아 선형(linear) 이동되는 이동부를 포함하는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 이동부를 선형 이동시키기 위한 구동력을 제공하는 실린더를 포함하는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 배출가스의 유동방향을 기준으로, 상기 다공성폼의 일측단은 상류측에 위치하고, 상기 다공성폼의 타측단은 하류측에 위치하는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 배기관으로부터 배출가스가 누설되는 것을 방지하기 위해, 상기 조절장치 및 상기 조절장치가 설치되는 상기 배기관의 일부분을 감싸는 하우징을 더 포함하는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 다공성폼의 일측단을 상기 배기관의 내주면에 고정시키면서 상기 다공성폼의 일측단이 배출가스의 유동에 의해 변형되는 것을 억제하기 위해 마련되는 제1 지지부를 더 포함하고,
    상기 제1 지지부는, 상기 배기관의 내주면에서 상기 배기관의 중심부를 향하여 연장된 형상인, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 조절장치는, 구동부와, 상기 구동부로부터 구동력을 제공받아 선형 이동되는 이동부를 포함하고,
    상기 다공성폼의 타측단과 상기 이동부를 결합하기 위해 마련되는 제2 지지부를 더 포함하는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 지지부는, 상기 다공성폼의 타측단이 배출가스의 유동에 의해 변형되는 것을 억제하기 위해, 상기 배기관의 내주면에서 상기 배기관의 중심부를 향하여 연장되어 상기 다공성폼의 타측단과 결합되는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 배기관에는, 상기 제2 지지부가 이동 가능하도록 하기 위해, 상기 제2 지지부가 이동되는 방향으로 연장된 슬롯이 형성되는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 조절장치는, 구동부와, 상기 구동부로부터 구동력을 제공받아 선형 이동되는 이동부를 포함하고,
    상기 이동부의 선형 이동을 가이드하기 위해 마련되는 리니어가이드를 더 포함하는, 연료전지 시스템의 배기압력조절장치.
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