KR20230015183A - 연료전지 시스템 및 공기 스프레더 - Google Patents

연료전지 시스템 및 공기 스프레더 Download PDF

Info

Publication number
KR20230015183A
KR20230015183A KR1020210096628A KR20210096628A KR20230015183A KR 20230015183 A KR20230015183 A KR 20230015183A KR 1020210096628 A KR1020210096628 A KR 1020210096628A KR 20210096628 A KR20210096628 A KR 20210096628A KR 20230015183 A KR20230015183 A KR 20230015183A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
spreader
fuel cell
spreader body
present
Prior art date
Application number
KR1020210096628A
Other languages
English (en)
Inventor
우명남
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020210096628A priority Critical patent/KR20230015183A/ko
Priority to US17/846,681 priority patent/US20230027942A1/en
Publication of KR20230015183A publication Critical patent/KR20230015183A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/082—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of tailpipe, e.g. with means for mixing air with exhaust for exhaust cooling, dilution or evacuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/05—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of air, e.g. by mixing exhaust with air
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2270/00—Mixing air with exhaust gases
    • F01N2270/10—Mixing air with exhaust gases for rendering exhaust innocuous, e.g. by dilution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/08—Adding substances to exhaust gases with prior mixing of the substances with a gas, e.g. air
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 공기 스프레더에 관한 것으로, 공기가 통과하는 공기통과유로가 형성된 스프레더 본체, 및 스프레더 본체에 회전 가능하게 마련되며 공기통과유로와 연통되는 공기 분사홀이 형성된 회전 노즐을 포함하는 것에 의하여, 타겟 위치에서의 수소 농도를 효과적으로 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

연료전지 시스템 및 공기 스프레더{FUEL CELL SYSTEM AND AIR SPREADER}
본 발명은 연료전지 시스템 및 공기 스프레더에 관한 것으로, 보다 구체적으로 타겟 위치에서의 수소 농도를 낮출 수 있는 연료전지 시스템 및 공기 스프레더에 관한 것이다.
연료전지 차량(예를 들어, 수소연료전지 자동차)는 연료(수소)와 공기(산소)의 화학반응을 통해 자체 전기를 생산하고 모터를 구동하여 주행하도록 구성된다.
일반적으로, 연료전지 차량은, 수소와 산소의 산화환원반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지 스택(Fuel Cell Stack), 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급장치, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기(산소)를 공급하는 공기공급장치, 및 연료전지 스택 및 차량의 전장부품에서 발생된 열을 시스템 외부로 제거하고 연료전지 스택 및 전장부품의 온도를 제어하는 열 관리 시스템(TMS:Thermal Management System) 등을 포함할 수 있다.
아울러, 연료전지 스택의 운전중 발생된 배출수(응축수) 및 배출가스(예를 들어, 미반응 수소)는 배기관을 통해 외부로 배기될 수 있다.
최근에는 승용차(또는 상용차) 뿐만 아니라 건설기계(예를 들어, 굴삭기)에도 연료전지 시스템을 적용하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
한편, 연료전지 스택에서 배기되는 배기가스(예를 들어, 연료전지 스택 내부의 수소 농도를 조절하기 위한 퍼지 공정시 배기되는 배기가스)에는 수소가 포함될 수 있는데, 배기가스의 수소 농도가 일정 증가하면 폭발 위험성이 높아지므로, 배기가스의 수소 농도는 일정 이하가 되도록 법규로 규정되어 있다.
승용차의 경우에는 주행을 주목적으로 하고, 주행중 차량에 유입되는 외기(차량의 주행에 따른 주행풍)를 이용하여 배기가스를 희석(배기가스의 수소 농도 낮춤)시키는 것이 가능하다.
반면, 공장 또는 창고 내부와 같은 실내 작업 현장에서 정차 상태로 사용되는 건설기계의 경우, 주행풍을 활용하기 어려워 배기가스를 충분하게 희석시키기 어렵고, 배기가스가 특정 위치(예를 들어, 파워팩 내부)에 정체됨에 따라 사고 발생 위험성(폭발 위험성)이 높아지는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 연료전지 스택에서 배기되는 배기가스의 수소 농도를 효과적으로 낮추기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 타겟 위치에서의 수소 농도를 저감시킬 수 있는 연료전지 시스템 및 공기 스프레더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 주행풍을 사용할 수 없는 조건에서도 연료전지 스택으로부터 배기된 후 타겟 위치에 정체된 배기가스에서 수소의 농도를 저감시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 구조를 간소화하고, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 제작 공정을 간소화하고 원가를 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더는, 공기가 통과하는 공기통과유로가 형성된 스프레더 본체, 및 스프레더 본체에 회전 가능하게 마련되며 공기통과유로와 연통되는 공기 분사홀이 형성된 회전 노즐을 포함한다.
이는, 타겟 위치(예를 들어, 방폭 구역)에서 수소의 농도를 낮추기 위함이다.
즉, 연료전지 스택에서 배기되는 배기가스(예를 들어, 연료전지 스택 내부의 수소 농도를 조절하기 위한 퍼지 공정시 배기되는 배기가스)에는 수소가 포함될 수 있는데, 배기가스의 수소 농도가 일정 증가하면 폭발 위험성이 높아지므로, 연료전지 배기가스의 수소 농도는 일정 이하로 유지될 수 있어야 한다.
승용차의 경우에는 주행을 주목적으로 하고, 주행중 차량에 유입되는 외기(차량의 주행에 따른 주행풍)를 이용하여 배기가스를 희석시키는 것이 가능하지만, 공장 또는 창고 내부와 같은 실내 작업 현장에서 정차 상태로 사용되는 건설기계의 경우, 주행풍을 활용하기 어려워 배기가스를 충분하게 희석시키기 어렵고, 배기가스가 특정 위치(영역)에 정체됨에 따라 사고 발생 위험성(폭발 위험성)이 높아지는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 배기가스가 정체될 수 있는 타겟 위치에서 회전 노즐이 회전하며 공기가 분사되도록 하는 것에 의하여, 타겟 위치(예를 들어, 방폭 구역)에 정체된 배기가스에서 수소의 농도를 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 타겟 위치에서 회전 노즐이 회전(예를 들어, 360도 회전)하도록 하는 것에 의하여, 단 하나의 노즐(회전 노즐)만으로도 보다 넓은 구간(영역)에 공기를 효과적으로 공급(분사)할 수 있으며, 타겟 위치에 정체된 배기가스를 공기로 휘젓는 효과를 구현할 수 있으므로, 타겟 위치에서의 수소 농도를 보다 효과적으로 저감(희석)시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 회전 노즐은 공기 분사홀을 통해 분사되는 공기에 의한 추진력에 의해 회전한다.
이와 같이, 공기 분사홀을 통해 공기가 분사되는 힘(추진력)에 의해 회전 노즐이 회전하도록 하는 것에 의하여, 회전 노즐을 회전시키기 위한 별도의 모터 및 회전 장치를 추가적으로 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 분사홀은 회전 노즐의 회전 중심을 통과하는 기준선에 대해 경사지게 회전 노즐의 측면에 형성될 수 있다.
바람직하게, 공기 분사홀은 회전 노즐의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 마련되되, 복수개의 공기 분사홀은 회전 중심을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 이와 같이, 복수개의 공기 분사홀을 회전 중심을 기준으로 대칭적으로 형성하는 것에 의하여, 회전 노즐의 회전에 필요한 추진력을 보장하면서, 회전 노즐의 회전 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더는, 스프레더 본체에 대해 회전 노즐을 회전 가능하게 지지하는 베어링부재를 포함할 수 있다.
일 예로, 베어링부재는, 스프레더 본체에 고정되는 아우터레이스(outer race), 및 아우터레이스의 내부에 회전 가능하게 마련되며 회전 노즐에 장착되는 이너레이스(inner race)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더는, 스프레더 본체를 마주하는 회전 노즐의 일면에 돌출되게 마련되는 체결보스를 포함할 수 있고, 이너레이스는 체결보스에 장착될 수 있다.
바람직하게, 공기 스프레더는, 체결보스의 단부에 마련되며 이너레이스를 통과하여 이너레이스에 체결되는 후크부, 및 후크부에 인접하게 체결보스에 형성되는 절개슬릿을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더는, 스프레더 본체와 회전 노즐의 사이를 밀폐하는 실링부를 포함할 수 있다.
실링부는 스프레더 본체와 회전 노즐의 사이 간극을 밀폐할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 실링부는, 체결보스와 이너레이스의 내주면의 사이에 마련되는 제1실링부재, 및 회전 노즐과 이너레이스의 단부의 사이에 마련되는 제2실링부재를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 체결보스와 이너레이스의 내주면의 사이에 마련되는 제1실링부재, 및 회전 노즐과 이너레이스의 단부의 사이에 마련되는 제2실링부재에 의한 이중 실링 구조로 스프레더 본체와 회전 노즐의 사이가 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 스프레더 본체와 회전 노즐의 사이 간극을 통한 공기의 누설을 최소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다 본 발명의 실시예는, 회전 노즐의 일면(스프레더 본체를 마주하는 일면)과 이너레이스의 단부의 사이에 제2실링부재를 마련하는 것에 의하여, 절개슬릿을 통해 누출된 공기가 스프레더 본체의 외부로 누설되는 것을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더는, 스프레더 본체에 마련되며 베어링부재를 구속하는 베어링 구속부를 포함할 수 있다.
베어링 구속부는 베어링부재를 구속할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 베어링 구속부는, 스프레더 본체의 내부에 마련되며 베어링부재의 일단을 지지하는 단차부, 및 스프레더 본체의 단부를 부분적으로 가공하여 마련되며 베어링부재의 다른 일단을 지지하는 코킹부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 연료전지 시스템은, 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공기공급라인, 공기공급라인에 연결되며 공기를 타겟 위치로 선택적으로 바이패스시키는 바이패스라인, 및 바이패스라인에 연결되며 공기를 타겟 위치에서 회전 분사하는 공기 스프레더를 포함한다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 공기 스프레더는, 바이패스라인에 연결되며 공기가 통과하는 공기통과유로가 형성된 스프레더 본체, 및 스프레더 본체에 회전 가능하게 마련되며 공기통과유로와 연통되는 공기 분사홀이 형성된 회전 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 연료전지 시스템은, 공기공급라인에 연결되며 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 압축하는 공기압축기를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 연료전지 시스템은, 연료전지 스택을 지지하는 프레임부재를 포함할 수 있고, 공기 스프레더는 프레임부재에 지지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 연료전지 시스템은, 스프레더 본체의 외주면에 형성되며 프레임부재의 일면에 지지되는 플랜지부, 및 프레임부재의 다른 일면에서 스프레더 본체에 체결되는 체결부재를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 타겟 위치에서의 수소 농도를 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 주행풍을 사용할 수 없는 조건에서도 연료전지 스택으로부터 배기된 후 타겟 위치에 정체된 배기가스에서 수소의 농도를 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 구조를 간소화하고, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 제작 공정을 간소화하고 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 바이패스라인을 따른 공기의 유동 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템으로서, 공급 어댑터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더를 설명하기 위한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더를 설명하기 위한 분리사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더로서, 베어링 구속부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더로서, 회전 노즐을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더의 장착예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더(300)는, 공기가 통과하는 공기통과유로(310a)가 형성된 스프레더 본체(310), 및 스프레더 본체(310)에 회전 가능하게 마련되며 공기통과유로(310a)와 연통되는 공기 분사홀(322)이 형성된 회전 노즐(320)을 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 공기 스프레더(300)는 다양한 타겟 위치(TZ)에 공기를 분사하기 위해 사용될 수 있으며, 공기 스프레더(300)가 적용되는 피대상체의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명에 따른 공기 스프레더(300)가, 차량, 선박, 항공 등과 같은 모빌리티(mobility)에 적용되는 연료전지 시스템(10)에서 배기되는 배기가스의 수소 농도를 낮추기 위해 사용되는 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(10)은 건설기계(예를 들어, 굴삭기)에 적용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 스택(50)으로 공기를 공급하는 공기공급라인(110), 공기공급라인(110)에 연결되며 공기를 타겟 위치(TZ)로 선택적으로 바이패스시키는 바이패스라인(130), 및 바이패스라인(130)에 연결되며 공기를 타겟 위치(TZ)에서 회전 분사하는 공기 스프레더(300)를 포함한다.
공기공급라인(110)은 연료전지 스택(50)으로 공기를 공급하도록 연료전지 스택(50)에 연결된다.
공기공급라인(110)은 연료전지 스택(50)으로 공기를 공급할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공기공급라인(110)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 공기공급라인(110)에 연결되며 연료전지 스택(50)으로 공급되는 공기를 압축하는 공기압축기(20)를 포함할 수 있다.
공기압축기(20)는 공기공급라인(110)을 따라 공급되는 공기를 압축시킨 상태로 연료전지 스택(50)에 공급하기 위해 마련된다.
보다 구체적으로, 공기압축기(20)는 연료전지 스택(50)으로 공급되는 공기가 연료전지 스택(50)의 내부 유로를 통과할 수 있는 충분한 압력을 가질 수 있도록 공기를 압축할 수 있다.
공기압축기(20)로서는 공기를 압축할 수 있는 다양한 공기압축기(20)가 사용될 수 있으며, 공기압축기(20)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 공기압축기(20)는 로터(미도시)의 회전에 의한 원심력을 이용하여 공기를 압축시켜 공급하도록 구성될 수 있다.
참고로, 연료전지 스택(50)은, 연료(예를 들어, 수소)의 화학적인 반응으로 전기에너지를 생산하는 일종의 발전 장치로서, 수십 또는 수백 개의 연료전지 셀(단위 셀)을 직렬로 적층하여 구성될 수 있다.
연료전지 셀은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 연료전지 셀은, 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 연료전지 셀에서 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다.
애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다.
캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다.
한편, 연료전지 스택(50)이 정상적으로 동작하기 위해서는, 막전극접합체의 전해질막이 일정 습도 이상으로 유지되는 것이 필요하다.
이를 위해, 공기공급라인(110)을 따라 공급되는 공기는 가습기(30)를 경유하도록 제공될 수 있고, 공기공급라인(110)을 따라 연료전지 스택(50)으로 공급되는 공기는 가습기(30)를 통과하는 중에 가습될 수 있다. 여기서, 공기를 가습한다 함은 공기의 습도를 높이는 공정으로 정의된다.
일 예로, 가습기(30)는 연료전지 스택(50)으로부터 배출되는 공기(습윤공기)를 이용하여 연료전지 스택(50)으로 공급되는 공기(건조공기)를 가습하도록 구성될 수 있다.
가습기(30)는 연료전지 스택(50)으로부터 배출되는 공기(습윤공기)를 이용하여 건조공기를 가습할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 가습기(30)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가습기(30)는 공기압축기(20)와 연료전지 스택(50)의 사이에 마련되되, 가습기(30)에는 유입가스(건조 공기)가 유입(공급)되는 유입가스 공급포트(미도시), 가습기(30)의 내부를 통과한(가습 처리된) 유입가스가 배출되는 유입가스 배출포트(미도시), 연료전지 스택(50)으로부터 배출된 습윤공기가 공급되는 습윤공기 공급포트(미도시), 유입가스를 가습시킨 습윤공기를 외부로 배출하는 습윤공기 배출포트(미도시)가 마련될 수 있다.
유입가스 공급포트를 통해 공급된 유입가스는, 가습기(30)의 내부에 마련된 가습막(예를 들어, 중공 사막)(미도시)을 통과하는 중에 습윤공기에 의해 가습 처리된 후, 유입가스 배출포트를 통해 연료전지 스택(50)으로 공급될 수 있다.
아울러, 연료전지 스택(50)에서 배출되는 습윤공기(또는 응축수)는, 습윤공기 공급포트로 공급되어 가습기(30)의 내부에서 유입가스를 가습시킨 후 습윤공기 배출포트를 통해 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 스택(50)을 출입하는 공기(연료전지 스택으로 유입되는 공기와 연료전지 스택에서 배출되는 공기)를 제어하는 에어 컨트롤 밸브(air control valve)(40)를 포함할 수 있다.
에어 컨트롤 밸브(40)로서는 연료전지 스택(50)을 출입하는 공기를 선택적으로 차단할 수 있는 다양한 밸브가 사용될 수 있으며, 에어 컨트롤 밸브(40)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 에어 컨트롤 밸브(40)는 연료전지 스택(50)으로 공기를 공급하는 제1포트(미도시), 연료전지 스택(50)으로부터 공기가 배출되는 제2포트(미도시)를 개폐하기 위한 제1밸브부재(미도시)와 제2밸브부재(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 연료전지 스택(50)에는 배출라인(미도시)이 연결될 수 있으며, 연료전지 스택(50)에서 배기된 배기가스(예를 들어, 공기 및 수소)는 배출라인을 따라 외부로 배출될 수 있다.
일 예로, 배출라인을 따라 배출되는 배기가스는 가습기(30)를 경유하도록 제공될 수 있고, 가습기(30)를 통과하는 배기가스(배기가스에 포함된 습윤 공기)에 의해 가습기(30)로 유입되는 공기(건조 공기)가 가습될 수 있다.
바이패스라인(130)은 공기공급라인(110)을 따라 공급되는 공기를 기설정된 타겟 위치(TZ)로 선택적으로 바이패스시키기 위해 마련된다.
이는, 타겟 위치(TZ)(예를 들어, 파워팩 내부)에 정체되는 배기가스에서 수소의 농도를 낮추기 위함이다.
즉, 연료전지 스택(50)에서 배기되는 배기가스(예를 들어, 연료전지 스택 내부의 수소 농도를 조절하기 위한 퍼지 공정시 배기되는 배기가스)에는 수소가 포함될 수 있는데, 배기가스의 수소 농도가 일정 증가하면 폭발 위험성이 높아지므로, 연료전지 배기가스의 수소 농도는 일정 이하로 유지될 수 있어야 한다.
본 발명의 실시예는, 공기공급라인(110)을 따라 연료전지 스택(50)으로 공급되는 공기 중 일부가 바이패스라인(130)을 따라 타겟위치로 공급되도록 하는 것에 의하여, 타겟위치에서 정체된 배기가스에서 수소의 농도를 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도 본 발명의 실시예는, 바이패스라인(130)을 매개로 공급되는 공기(예를 들어, 외부의 신선한 공기)가 배기가스가 정체되는 타겟 위치(TZ)에 공급되도록 하는 것에 의하여, 주행풍을 사용할 수 없는 조건(예를 들어, 건설기계의 정차 상태)에서도 타겟 위치(TZ)에 정체된 배기가스의 수소 농도를 낮추고, 폭발 위험성을 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 공기압축기(20)를 거친 공기가 바이패스라인(130)을 따라 공급되도록 하는 것에 의하여, 타겟 위치(TZ)에서의 수소 농도를 낮추기 위한 공기를 강제적으로 공급하기 위해 별도의 팬(공기 공급용 팬)을 추가적으로 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바이패스라인(130)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 연결될 수 있으며, 바이패스라인(130)의 연결 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 공기압축기(20)에 마련되는 공급 어댑터(210)를 포함할 수 있고, 바이패스라인(130)은 공급 어댑터(210)를 매개로 공기공급라인(110)에 연결될 수 있다.
바이패스라인(130)로서는 통상의 플렉시블한 배관이 사용될 수 있으며, 바이패스라인(130)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 바이패스라인을 단단한(rigid) 배관으로 구성하는 것도 가능하다. 다르게는, 공급 어댑터를 별도로 마련하지 않고, 바이패스 라인을 공기공급라인에 직접 연결하는 것도 가능하다.
공급 어댑터(210)는 공기압축기(20)에 연결 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공급 어댑터(210)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 3을 참조하면, 공급 어댑터(210)는, 공기공급라인(110)과 연통되는 제1공급포트(212), 및 바이패스라인(130)과 연통되는 제2공급포트(214)를 포함할 수 있다.
이하에서는 공급 어댑터(210)의 측부에 제2공급포트(214)를 선택적으로 개폐하는 제1밸브(60)가 일체로 마련된 예를 들어 설명하기로 한다.
제1밸브(216)로서는 제2공급포트(214)를 선택적으로 개폐할 수 있는 다양한 밸브수단이 사용될 수 있으며, 제1밸브(216)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1밸브(216)로서는 통상의 솔레노이드 밸브 또는 버터플라이 밸브 등이 사용될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 제1밸브(216)가 제2공급포트(214)를 차단한 상태에서는 공기압축기(20)를 통해 압축된 공기는 제1공급포트(212)를 거쳐 연료전지 스택(50)으로 공급될 수 있다. 반면, 제1밸브(60)가 제2공급포트(214)를 개방한 상태에서는 공기압축기(20)를 통해 압축된 공기 중 일부가 제1공급포트(212)를 거쳐 연료전지 스택(50)으로 공급됨과 동시에, 공기압축기(20)를 통해 압축된 공기 중 다른 일부가 제2공급포트(214)를 거쳐 바이패스라인(130)으로 공급될 수 있다.(도 2 참조)
도 4 내지 도 9를 참조하면, 공기 스프레더(300)는 바이패스라인(130)을 따라 공급되는 공기를 타겟 위치(TZ)에서 회전 분사하기 위해 마련된다.
여기서, 타겟 위치(TZ)에서 공기를 회전 분사한다 함은, 타겟 위치(TZ)에서 분사되는 공기의 분사(공급) 방향이 회전(예를 들어, 공기 분사홀이 회전)하는 것으로 이해될 수 있다.
일 예로, 공기 스프레더(300)는 공기의 공급 방향을 360도 회전시키도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공기 스프레더가 공기의 공급 방향을 180도 회전시키거나 여타 다른 각도로 회전시키는 것이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 타겟 위치(TZ)에 공기를 회전 분사하는 것에 의하여, 단 하나의 공기 스프레더(300)만으로도 보다 넓은 구간(영역)에 공기를 효과적으로 공급(분사)할 수 있으므로, 타겟 위치(TZ)에 정체된 배기가스의 수소 농도를 보다 효과적으로 저감(희석)시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
공기 스프레더(300)는 타겟 위치(TZ)에 공기를 회전 분사할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 공기 스프레더(300)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 공기 스프레더(300)는, 바이패스라인(130)에 연결되며 공기가 통과하는 공기통과유로(310a)가 형성된 스프레더 본체(310), 및 스프레더 본체(310)에 회전 가능하게 마련되며 공기통과유로(310a)와 연통되는 공기 분사홀(322)이 형성된 회전 노즐(320)을 포함할 수 있다.
스프레더 본체(310)는 공기통과유로(310a)를 갖는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 스프레더 본체(310)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 스프레더 본체(310)는 내부에 공기통과유로(310a)를 갖는 중공의 원통 형성으로 형성될 수 있고, 스프레더 본체(310)의 일단에는 바이패스라인(130)이 연결될 수 있고, 스프레더 본체(310)의 다른 일단에는 회전 노즐(320)이 회전 가능하게 연결될 수 있다.
회전 노즐(320)은 공기통과유로(310a)와 연통되는 공기 분사홀(322)을 갖는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 회전 노즐(320)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 회전 노즐(320)은 내부에 소정 공간을 갖는 대략 원반 형태로 형성될 수 있으며, 회전 노즐(320)의 측면(외주면)에는 공기통과유로(310a)와 연통되는 공기 분사홀(322)이 형성될 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 회전 노즐(320)의 측면(곡면 부위인 외주면)에 공기 분사홀(322)이 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 회전 노즐의 여타 다른 부위(예를 들어, 회전 노즐의 평면 부위)에 공기 분사홀을 형성하는 것도 가능하다.
스프레더 본체(310)에 대한 회전 노즐(320)의 회전은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
바람직하게, 회전 노즐(320)은 공기 분사홀(322)을 통해 분사되는 공기에 의한 추진력(AM)(공기가 분사되는 힘)에 의해 회전하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 공기 분사홀(322)을 통해 공기가 분사되는 힘(추진력)에 의해 회전 노즐(320)이 회전하도록 하는 것에 의하여, 회전 노즐(320)을 회전시키기 위한 별도의 모터 및 회전 장치를 추가적으로 마련하지 않아도 되므로, 구조를 간소화하고 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 분사홀(322)은 회전 노즐(320)의 회전 중심(C)을 통과하는 기준선(CL)에 대해 경사지게 회전 노즐(320)의 측면에 형성될 수 있고, 공기 분사홀(322)을 통해 공기가 분사되는 힘(추진력)에 의해 회전 노즐(320)이 회전할 수 있다.
이때, 기준선(CL)에 대한 공기 분사홀(322)의 각도(θ)는 추진력(AM)(회전 노즐의 회전시키는 힘)을 제공할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있으며, 기준선(CL)에 대한 공기 분사홀(322)의 각도(θ)에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
공기 분사홀(322)의 개수 및 배치 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게, 공기 분사홀(322)은 회전 노즐(320)의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 마련되되, 복수개의 공기 분사홀(322)은 회전 중심(C)을 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 이하에서는, 총 4개의 공기 분사홀(322)이 회전 중심(C)을 기준으로 90도 간격으로 대칭되게 배치된 예를 들어 설명하기로 한다.
이와 같이, 복수개의 공기 분사홀(322)을 회전 중심(C)을 기준으로 대칭적으로 형성하는 것에 의하여, 회전 노즐(320)의 회전에 필요한 추진력(AM)을 보장하면서, 회전 노즐(320)의 회전 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더(300)는, 스프레더 본체(310)에 대해 회전 노즐(320)을 회전 가능하게 지지하는 베어링부재(330)를 포함할 수 있다.
베어링부재(330)는 스프레더 본체(310)에 대해 회전 노즐(320)의 회전을 원활하게 지지하기 위해 마련된다.
베어링부재(330)로서는 회전 노즐(320)을 회전 가능하게 지지할 수 있는 다양한 베어링(예를 들어, 볼 베어링 또는 롤러 베어링)이 사용될 수 있으며, 베어링부재(330)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 베어링부재(330)는, 스프레더 본체(310)에 고정되는 아우터레이스(outer race)(332), 및 아우터레이스(332)의 내부에 회전 가능하게 마련되며 회전 노즐(320)에 장착되는 이너레이스(inner race)(334)을 포함할 수 있고, 아우터레이스(332)와 이너레이스(334)의 사이에는 볼 또는 롤러와 같은 구름부재(미도시)가 개재될 수 있다.
바람직하게, 베어링부재(330)는 아우터레이스(332)와 이너레이스(334)의 사이 틈새를 밀봉하는 베어링 실링부재(336)를 포함할 수 있다.
베어링 실링부재(336)는 아우터레이스(332)와 이너레이스(334)의 사이 틈새를 통한 공기의 누설을 차단하도록 마련된다.
베어링 실링부재(336)는 아우터레이스(332)와 이너레이스(334)의 사이 틈새를 밀봉할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 베어링 실링부재(336)의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 베어링 실링부재(336)는 대략 링 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 스프레더 본체(310)를 마주하는 베어링부재(330)의 일면에서 아우터레이스(332)와 이너레이스(334)의 사이 틈새를 차단하도록 제공될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 2개의 베어링 실링부재를 이용하여 베어링부재의 양면에서 아우터레이스와 이너레이스의 사이 틈새를 차단하는 것도 가능하다.
베어링부재(330)와 회전 노즐(320)의 결합 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 공기 스프레더(300)는, 스프레더 본체(310)를 마주하는 회전 노즐(320)의 일면에 돌출되게 마련되는 체결보스(324)를 포함할 수 있고, 이너레이스(334)는 체결보스(324)에 장착될 수 있다.
바람직하게, 공기 스프레더(300)는, 체결보스(324)의 단부에 마련되며 이너레이스(334)를 통과하여 이너레이스(334)에 체결되는 후크부(324a), 및 후크부(324a)에 인접하게 체결보스(324)에 형성되는 절개슬릿(324b)을 포함할 수 있다.
후크부(324a)는 이너레이스(334)를 통과하여 이너레이스(334)의 단부에 체결될 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 후크부(324a)의 구조 및 형태에 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 후크부(324a)를 매개로 회전 노즐(320)과 이너레이스(334)를 구속하는 것에 의하여, 회전 노즐(320)과 베어링부재(330)의 결합 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
절개슬릿(324b)은 체결보스(324)의 일부를 부분적으로 제거(절개)함으로써 형성될 수 있으며, 절개슬릿(324b)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 후크부(324a)를 기준으로 후크부(324a)의 좌우 양측(체결보스의 원주 방향을 따른 후크부의 좌우 양측)에는 체결보스(324)의 축 방향(직선 방향)을 따라 절개슬릿(324b)이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 후크부를 기준으로 좌우 방향(체결보스의 원주 방향) 또는 다른 방향을 따라 절개슬릿을 형성하는 것이 가능하다. 다르게는, 절개슬릿을 'S'자 형태 또는 'C'자 형태와 같은 곡선 형태로 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 후크부(324a)의 주변에 절개슬릿(324b)을 형성하는 것에 의하여, 체결보스(324)에 대한 후크부(324a)의 동적 특성(체결보스의 반경 방향을 따라 체결보스에 대해 후크부가 이동할 수 있는 특성)을 향상시킬 수 있다. 따라서, 후크부(324a)는 체결보스(324)에 대해 탄성적으로 휘어진 상태로 이너레이스(334)의 내부를 통과할 수 있고, 후크부(324a)가 이너레이스(334)를 통과한 후에는, 후크부(324a)가 초기 상태(휘어지기 전의 상태)로 탄성적으로 복원됨으로써, 후크부(324a)는 일종의 스냅 피트(snap fit) 체결 방식으로 이너레이스(334)의 단부에 체결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더(300)는, 스프레더 본체(310)와 회전 노즐(320)의 사이를 밀폐하는 실링부(340)를 포함할 수 있다.
실링부(340)는 스프레더 본체(310)와 회전 노즐(320)의 사이 간극을 밀폐할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 실링부(340)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 실링부(340)는, 체결보스(324)와 이너레이스(334)의 내주면의 사이에 마련되는 제1실링부재(342), 및 회전 노즐(320)과 이너레이스(334)의 단부의 사이에 마련되는 제2실링부재(344)를 포함할 수 있다.
제1실링부재(342)는 대략 링 형태를 갖도록 형성되어 체결보스(324)의 외주면과 이너레이스(334)의 내주면의 사이에 개재될 수 있다.
제2실링부재(344)는 대략 링 형태를 갖도록 형성되어 회전 노즐(320)의 일면(스프레더 본체를 마주하는 일면)과 이너레이스(334)의 단부(이너레이스의 축 방향을 따른 단부)의 사이에 마련될 수 있다.
제1실링부재(342) 및 제2실링부재(344)는 고무, 실리콘, 우레탄과 같은 탄성소재로 형성될 수 있으며, 제1실링부재(342) 및 제2실링부재(344)의 재질 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는, 체결보스(324)와 이너레이스(334)의 내주면의 사이에 마련되는 제1실링부재(342), 및 회전 노즐(320)과 이너레이스(334)의 단부의 사이에 마련되는 제2실링부재(344)에 의한 이중 실링 구조로 스프레더 본체(310)와 회전 노즐(320)의 사이가 밀봉되도록 하는 것에 의하여, 스프레더 본체(310)와 회전 노즐(320)의 사이 간극을 통한 공기의 누설을 최소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다 본 발명의 실시예는, 회전 노즐(320)의 일면(스프레더 본체를 마주하는 일면)과 이너레이스(334)의 단부의 사이에 제2실링부재(344)를 마련하는 것에 의하여, 절개슬릿(324b)을 통해 누출된 공기가 스프레더 본체(310)의 외부로 누설되는 것을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공기 스프레더(300)는, 스프레더 본체(310)에 마련되며 베어링부재(330)를 구속하는 베어링 구속부(350)를 포함할 수 있다.
베어링 구속부(350)는 스프레더 본체(310)에 대한 베어링부재(330)의 배치 상태를 안정적으로 구속하기 위해 마련된다.
베어링 구속부(350)는 베어링부재(330)를 구속할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 베어링 구속부(350)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 7 및 도 8을 참조하면, 베어링 구속부(350)는, 스프레더 본체(310)의 내부에 마련되며 베어링부재(330)의 일단을 지지하는 단차부(352), 및 스프레더 본체(310)의 단부를 부분적으로 가공하여 마련되며 베어링부재(330)의 다른 일단을 지지하는 코킹부(354)를 포함할 수 있다.
단차부(352)는 스프레더 본체(310)의 내면에 계단식으로 단차지게 형성되며, 베어링부재(330)의 일단(도 6을 기준으로 우측단)은 단차부(352)에 안착될 수 있다.
코킹부(354)는 스프레더 본체(310)의 단부를 부분적으로 가공하여 베어링부재(330)의 다른 일단(도 6을 기준으로 좌측단)을 구속할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 코킹부(354)는 스프레더 본체(310)의 단부 일부를 코킹 가공(프레스 가공)으로 소성 변형시켜 스프레더 본체(310)에 일체로 형성되되, 코킹부(354)는 스프레더 본체(310)의 내주면으로 돌출되며, 베어링부재(330)의 다른 일단을 부분적으로 덮도록 배치됨으로써, 베어링부재(330)의 다른 일단을 구속할 수 있다.
예를 들어, 베어링부재(330)의 다른 일단에 함몰되게 형성된 코킹홈(미도시)의 바닥부를 소정 압력으로 가압하면, 바닥부의 일부가 스프레더 본체(310)의 내주면으로 돌출됨으로써 코킹부(354)를 형성할 수 있다.
코킹부(354)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 코킹부(354)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 코킹부(354)는 대략 사각형 단면 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 코킹부가 반원 단면 형태 또는 여타 다른 형태를 갖도록 형성하는 것도 가능하다.
바람직하게, 코킹부(354)는 스프레더 본체(310)의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 마련될 수 있다. 더욱 바람직하게, 복수개의 코킹부(354)는 스프레더 본체(310)의 원주 방향을 따라 등간격으로 이격될 수 있다.
이하에서는 스프레더 본체(310)의 원주 방향을 따라 등간격으로 이격되게 총 8개의 코킹부(354)가 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코킹부의 개수를 7개 이하 또는 9개 이상으로 구성할 수 있으며, 코킹부의 개수 및 이격 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 스프레더 본체(310)의 단부(코킹홈)를 부분적으로 가공하여 형성된 코킹부(354)를 매개로 베어링부재(330)의 배치 상태가 구속되도록 하는 것에 의하여, 별도의 베어링 리테이너를 마련하지 않고도, 베어링부재(330)의 이탈을 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지 시스템(10)은, 연료전지 스택(50)을 지지하는 프레임부재(400)를 포함할 수 있고, 공기 스프레더(300)는 프레임부재(400)에 지지될 수 있다.
참고로, 프레임부재(400)는 피대상체(예를 들어, 건설기계) 상에 연료전지 스택(50)을 지지하도록 마련된다.
프레임부재(400)는 연료전지 스택(50)을 지지할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 프레임부재(400)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 프레임부재(400)로서는 금속(예를 들어, 철판)으로 이루어지며 대략 사각 플레이트 구조를 갖는 크로스 멤버(cross member)가 사용될 수 있으며, 프레임부재(400)의 상부(도 10 기준)에는 연료전지 스택(50)이 안착될 수 있다.
공기 스프레더(300)는 프레임부재(400)에 지지될 수 있으며, 프레임부재(400)에 대한 공기 스프레더(300)의 지지구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게, 공기 스프레더(300)는 배기가스(수소)가 정체될 수 있는 지점(타겟 위치)에 배치되도록 프레임부재(400)에 지지될 수 있다.
일 예로, 도 10을 참조하면, 연료전지 시스템(10)은, 스프레더 본체(310)의 외주면에 형성되며 프레임부재(400)의 일면에 지지되는 플랜지부(312), 및 프레임부재(400)의 다른 일면에서 스프레더 본체(310)에 체결되는 체결부재(314)를 포함할 수 있다.
플랜지부(312)는 스프레더 본체(310)가 통과 가능하게 프레임부재(400)에 형성된 관통홀(미도시)보다 확장된 단면적(예를 들어, 직경)을 갖도록 스프레더 본체(310)의 외주면에 마련될 수 있다.
스프레더 본체(310)의 일단이 프레임부재(400)에 형성된 관통홀(미도시)을 통과한 상태에서, 플랜지부(312)는 프레임부재(400)의 일면(도 10을 기준으로 저면)에 지지될 수 있다.
체결부재(314)로서는 프레임부재(400)의 다른 일면(도 10을 기준으로 상면)에서 스프레더 본체(310)에 체결 가능한 다양한 체결수단이 사용될 수 있다.
일 예로, 스프레더 본체(310)의 외주면에는 나사산부(미도시)가 형성될 수 있고, 체결부재(314)는 스프레더 본체(310)의 나사산부에 나사 체결될 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 연료전지 시스템
20 : 공기압축기
30 : 가습기
40 : 에어 컨트롤 밸브
50 : 연료전지 스택
110 : 공기공급라인
130 : 바이패스라인
210 : 공급 어댑터
212 : 제1공급포트
214 : 제2공급포트
300 : 공기 스프레더
310 : 스프레더 본체
310a : 공기통과유로
312 : 플랜지부
314 : 체결부재
320 : 회전 노즐
322 : 공기 분사홀
324 : 체결보스
324a : 후크부
324b : 절개슬릿
330 : 베어링부재
332 : 아우터레이스
334 : 이너레이스
336 : 베어링 실링부재
340 : 실링부
342 : 제1실링부재
344 : 제2실링부재
350 : 베어링 구속부
352 : 단차부
354 : 코킹부
400 : 프레임부재

Claims (18)

  1. 공기가 통과하는 공기통과유로가 형성된 스프레더 본체; 및
    상기 스프레더 본체에 회전 가능하게 마련되며, 상기 공기통과유로와 연통되는 공기 분사홀이 형성된 회전 노즐;
    을 포함하는 공기 스프레더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 노즐은 상기 공기 분사홀을 통해 분사되는 상기 공기에 의한 추진력에 의해 회전하는 공기 스프레더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기 분사홀은 상기 회전 노즐의 회전 중심을 통과하는 기준선에 대해 경사지게 상기 회전 노즐의 측면에 형성되는 공기 스프레더.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공기 분사홀은 상기 회전 노즐의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 마련되되,
    복수개의 상기 공기 분사홀은 상기 회전 중심을 기준으로 대칭되게 배치되는 공기 스프레더.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스프레더 본체에 대해 상기 회전 노즐을 회전 가능하게 지지하는 베어링부재를 포함하는 공기 스프레더.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베어링부재는,
    상기 스프레더 본체에 고정되는 아우터레이스(outer race); 및
    상기 아우터레이스의 내부에 회전 가능하게 마련되며, 상기 회전 노즐에 장착되는 이너레이스(inner race);
    를 포함하는 공기 스프레더.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스프레더 본체를 마주하는 상기 회전 노즐의 일면에 돌출되게 마련되는 체결보스를 포함하고,
    상기 이너레이스는 상기 체결보스에 장착되는 공기 스프레더.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 체결보스의 단부에 마련되며, 상기 이너레이스를 통과하여 상기 이너레이스에 체결되는 후크부; 및
    상기 후크부에 인접하게 상기 체결보스에 형성되는 절개슬릿;
    을 포함하는 공기 스프레더.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스프레더 본체와 상기 회전 노즐의 사이 간극을 밀폐하는 실링부를 포함하는 공기 스프레더.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실링부는,
    상기 체결보스와 상기 이너레이스의 내주면의 사이에 마련되는 제1실링부재; 및
    상기 회전 노즐과 상기 이너레이스의 단부의 사이에 마련되는 제2실링부재;
    를 포함하는 공기 스프레더.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 스프레더 본체에 마련되며, 상기 베어링부재를 구속하는 베어링 구속부를 포함하는 공기 스프레더.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 베어링 구속부는,
    상기 스프레더 본체의 내부에 마련되며, 상기 베어링부재의 일단을 지지하는 단차부; 및
    상기 스프레더 본체의 단부를 부분적으로 가공하여 마련되며, 상기 베어링부재의 다른 일단을 지지하는 코킹부;
    를 포함하는 공기 스프레더.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 코킹부는 상기 스프레더 본체의 단부 일부를 부분적으로 소성 변형시켜 제공되되,
    상기 코킹부는 상기 스프레더 본체의 내주면으로 돌출되며, 상기 베어링부재의 상기 다른 일단을 부분적으로 덮도록 배치되는 공기 스프레더.
  14. 연료전지 스택으로 공기를 공급하는 공기공급라인;
    상기 공기공급라인에 연결되며, 상기 공기를 타겟 위치로 선택적으로 바이패스시키는 바이패스라인; 및
    상기 바이패스라인에 연결되며, 상기 공기를 상기 타겟 위치에서 회전 분사하는 공기 스프레더;
    를 포함하는 연료전지 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공기 스프레더는,
    상기 바이패스라인에 연결되며, 상기 공기가 통과하는 공기통과유로가 형성된 스프레더 본체; 및
    상기 스프레더 본체에 회전 가능하게 마련되며, 상기 공기통과유로와 연통되는 공기 분사홀이 형성된 회전 노즐;
    을 포함하는 연료전지 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 공기공급라인에 연결되며, 상기 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 압축하는 공기압축기를 포함하는 연료전지 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 연료전지 스택을 지지하는 프레임부재를 포함하고,
    상기 공기 스프레더는 상기 프레임부재에 지지되는 연료전지 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 스프레더 본체의 외주면에 형성되며, 상기 프레임부재의 일면에 지지되는 플랜지부; 및
    상기 프레임부재의 다른 일면에서 상기 스프레더 본체에 체결되는 체결부재;
    를 포함하는 연료전지 시스템.
KR1020210096628A 2021-07-22 2021-07-22 연료전지 시스템 및 공기 스프레더 KR20230015183A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210096628A KR20230015183A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 연료전지 시스템 및 공기 스프레더
US17/846,681 US20230027942A1 (en) 2021-07-22 2022-06-22 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210096628A KR20230015183A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 연료전지 시스템 및 공기 스프레더

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230015183A true KR20230015183A (ko) 2023-01-31

Family

ID=85109223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210096628A KR20230015183A (ko) 2021-07-22 2021-07-22 연료전지 시스템 및 공기 스프레더

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230015183A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6299996B1 (en) Fuel cell system
CN102738489B (zh) 燃料电池系统及其发电停止方法
US7306873B2 (en) Method and apparatus for changing the direction of fluid flow in fuel cell flow fields
US6964824B2 (en) Fuel cell and method of operating the same
KR20210007731A (ko) 연료 전지 시스템용 공기 압축기
KR20200069944A (ko) 연료전지용 가습기
KR20150058814A (ko) 연료 전지용 가습장치
KR20230015183A (ko) 연료전지 시스템 및 공기 스프레더
US10637085B2 (en) Device for decreasing concentration of hydrogen exhausted from fuel cell
KR20210007732A (ko) 연료전지용 가습기
KR20230015182A (ko) 연료전지 시스템 및 공기분사장치
JP4606038B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池及びその運転方法
KR102442303B1 (ko) 연료전지용 가습장치
US20230027942A1 (en) Fuel cell system
KR20210128582A (ko) 연료전지용 가습기
JP2006134802A (ja) 燃料電池
KR20230017011A (ko) 연료전지 시스템
US11749819B2 (en) Fuel cell system and exhaust gas treatment device
KR20230008556A (ko) 연료전지 시스템
JP2008034281A (ja) 燃料電池
KR20220157238A (ko) 연료전지 시스템 및 응축수 저장장치
KR20240059399A (ko) 드레인 밸브용 어댑터 및 연료전지 시스템
KR20240032396A (ko) 연료전지 시스템
US20240194906A1 (en) Fuel cell system and exhaust gas treatment device
KR20240009099A (ko) 연료전지용 가습기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination