KR101393558B1 - Humidification device for fuel cell - Google Patents

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Abstract

연료 전지용 가습장치가 개시된다. 개시된 연료 전지용 가습장치는 ⅰ)하우징과, ⅱ)하우징의 내부에 설치되며, 중공사막 다발을 수용한 다수 개의 단위 카트리지들이 착탈 가능하게 수납될 수 있는 중공사막 모듈을 포함할 수 있다.A humidifying apparatus for a fuel cell is disclosed. The disclosed humidifying device for a fuel cell may include: a) a housing; and ii) a hollow fiber membrane module that is installed inside the housing and in which a plurality of unit cartridges accommodating a bundle of hollow fiber membranes can be removably accommodated.

Description

연료 전지용 가습장치 {HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL}Technical Field [0001] The present invention relates to a humidifying device for a fuel cell,

본 발명의 실시예는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지로 공급되는 반응 기체를 가습하기 위한 연료 전지용 가습장치에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a humidifying device for a fuel cell for humidifying a reactive gas supplied to a fuel cell.

알려진 바와 같이, 연료 전지 시스템은 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아 수소와 산소의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템으로 이루어진다. 예를 들면, 연료 전지 시스템은 연료 전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시켜 차량을 구동시킨다.As is known, a fuel cell system is a kind of power generation system that generates electricity by receiving oxygen in the air and hydrogen as fuel and electrochemically reacting hydrogen and oxygen. For example, a fuel cell system is employed in a fuel cell vehicle to drive an electric motor to drive the vehicle.

이러한 연료 전지 시스템은 공기극과 연료극으로 이루어진 단위 연료 전지들의 전기 발생 집합체인 스택과, 연료 전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료 전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급장치를 구비하고 있다.Such a fuel cell system includes a stack, which is an electricity generating aggregate of unit fuel cells composed of an air electrode and a fuel electrode, an air supply device for supplying air to the air electrode of the fuel cell, and a hydrogen supply device for supplying hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell Respectively.

여기서, 스택은 연료 전지의 공기극에서 고온 다습한 공기가 배출될 수 있으며, 고출력 운전 시에는 연료 전지의 공기극에서 고온 건조한 공기가 배출될 수 있다. 그리고, 연료 전지의 연료극에서는 수분을 포함하고 있는 미반응 수소가 배출될 수 있다.Here, hot and humid air can be discharged from the air electrode of the fuel cell in the stack, and high temperature and dry air can be discharged from the air electrode of the fuel cell during high output operation. Unreacted hydrogen containing water may be discharged from the fuel electrode of the fuel cell.

또한, 고분자 연료 전지의 경우 그 연료 전지의 작동을 위해서는 반드시 수분이 필요하며, 이를 위해 연료 전지 시스템에는 연료 전지로 공급되어지는 공기를 가습시키는 가습장치가 사용되어지고 있다.In the case of a polymer fuel cell, moisture is necessary for operation of the fuel cell. For this purpose, a humidifying device for humidifying the air supplied to the fuel cell is used for the fuel cell system.

가습장치는 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 공기(습윤 공기)와 공기 공급장치로부터 공급되는 공기(건조 공기)의 가습이 이루어지고 그 가습된 공기(가습 공기)를 연료 전지의 공기극으로 공급한다.The humidifying device humidifies air (wet air) discharged from the air electrode of the fuel cell and air (dry air) supplied from the air supplying device and supplies the humidified air (humidifying air) to the air electrode of the fuel cell.

이러한 가습장치는 버블러(bubbler) 타입, 인젝션(injection) 타입, 흡착제 타입 등 여러 가지 방식이 있지만, 특히 연료 전지 자동차의 경우에는 패키지 면에 있어서 제한이 있기 때문에 상대적으로 부피가 작은 막-가습장치가 적용되어지고 있으며, 막-가습장치의 경우 패키지 측면 뿐만 아니라 특별한 동력을 필요로 하지 않는 큰 이점을 가지고 있다.Such a humidifying device may be of various types such as a bubbler type, an injection type, an adsorbent type, and the like. Particularly, in the case of a fuel cell vehicle, And the membrane-humidifier has a great advantage in that it does not require special power as well as the package side.

도 1에서와 같이 일반적인 연료 전지용 막-가습장치(200)는 하우징(101)을 구비하고 있다. 하우징(101)에는 공기 공급장치로부터 공급되는 건조 공기를 도입하는 제1 유입구(102)와, 건조 공기를 배출하는 제1 유출구(103)와, 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 습윤 공기를 도입하는 제2 유입구(104)와, 습윤 공기를 배출하는 제2 유출구(105)가 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, a typical membrane-humidifier 200 for a fuel cell includes a housing 101. The housing 101 is provided with a first inlet 102 for introducing the dry air supplied from the air supply device, a first outlet 103 for discharging the dry air, and a second outlet 103 for introducing wet air discharged from the air electrode of the fuel cell 2 inlet 104 and a second outlet 105 for discharging the humidified air.

그리고, 하우징(101)의 내부에는 다수의 중공사막들(106)이 다발 형태로 밀집된 중공사막 모듈(107)이 배치되어 있다.A hollow fiber membrane module 107 in which a plurality of hollow fiber membranes 106 are densely packed is disposed in the housing 101.

따라서, 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 습윤 공기를 제2 유입구(104)로 공급하여 중공사막 모듈(107)의 외부를 통과시키면, 습윤 공기 중의 수분은 중공사막들(106)의 모세관 작용에 의해 분리되고, 분리된 수분은 중공사막(106)의 모세관 내를 투과하여 응축되면서 중공사막(106)의 내측으로 이동한다. 그리고 수분을 분리시킨 습윤 공기는 그대로 중공사막(106) 외부로 이동하여 제2 유출구(105)를 통해 배출된다.Therefore, when humid air discharged from the air electrode of the fuel cell is supplied to the second inlet 104 and passed through the hollow fiber membrane module 107, moisture in the humid air is separated by the capillary action of the hollow fiber membranes 106 The separated water passes through the capillary of the hollow fiber membrane 106 and is condensed, and moves to the inside of the hollow fiber membrane 106. The wet air separated from the moisture is directly transferred to the outside of the hollow fiber membrane 106 and discharged through the second outlet 105.

한편, 상기에서와 같은 과정을 거치는 동안, 제1 유입구(102)로는 공기 공급장치에 의해 공급되는 건조 공기가 유입되는데, 제1 유입구(102)로부터 공급되는 건조 공기는 중공사막(106)의 내측을 통하여 이동한다.The drying air supplied from the first inlet 102 flows into the first inlet 102 through the inner side of the hollow fiber membrane 106, Lt; / RTI >

이 때, 습윤 공기로부터 분리된 수분이 중공사막(106)의 내측으로 이동하고 있기 때문에, 그 수분에 의해 건조 공기가 가습되고, 이렇게 가습된 공기는 제1 유출구(103)를 통해 배출되며, 연료 전지의 공기극으로 공급될 수 있다.At this time, since the moisture separated from the humid air is moved to the inside of the hollow fiber membrane 106, the dry air is humidified by the moisture, and the humidified air is discharged through the first outlet 103, Can be supplied to the air electrode of the battery.

그런데, 종래 기술에서는 습윤 공기가 제2 유입구(104)를 통하여 하우징(101) 안으로 유입되어 중공사막(106)에 수분을 공급하고, 제2 유출구(105)를 통해 배출되는데, 중공사막 모듈(107)이 중공사막(106)의 밀집 형태로 구성되어 있기 때문에, 제2 유입구(104)를 통해 유입된 습윤 공기가 중공사막 모듈(107)의 내부로 침투하는데 어려움이 따른다.In the prior art, humid air is introduced into the housing 101 through the second inlet 104 to supply water to the hollow fiber membrane 106, and is discharged through the second outlet 105. The hollow fiber membrane module 107 The wet air introduced through the second inlet 104 is difficult to infiltrate into the interior of the hollow fiber membrane module 107. As a result,

그리고, 습윤 공기가 확산하는 속도도 대단히 느리기 때문에 중공사막 모듈(107)의 외측을 통과하는 습윤 공기는 하우징(101) 내에서 중공사막 모듈(107)의 내부로 침투하지 못하고 그 중공사막 모듈(107)의 가장자리를 따라 흐르게 되고, 습윤 공기가 중공사막 모듈(107)의 내부로 확산되는 속도가 대단히 느리기 때문에 중공사막 모듈(107)의 내부는 충분한 수분을 공급받지 못하게 된다.The wet air passing through the outside of the hollow fiber membrane module 107 can not penetrate into the interior of the hollow fiber membrane module 107 in the housing 101 because the rate of diffusion of wet air is very slow, And the speed at which the humid air is diffused into the hollow fiber membrane module 107 is very slow, so that the inside of the hollow fiber membrane module 107 is not supplied with sufficient moisture.

따라서, 종래 기술에서는 이러한 이유로 막-가습장치의 전체적인 효율이 떨어지게 되고, 제1 유입구(102)를 통하여 유입되는 건조 공기가 주로 중공사막 모듈(107)의 중앙 부분으로 흐르기 때문에 더욱더 전체적인 가습장치의 효율은 떨어진다고 할 수 있다.Therefore, in the prior art, the overall efficiency of the membrane-humidifying device is lowered, and since the dry air flowing through the first inlet 102 flows mainly to the central portion of the hollow fiber membrane module 107, the efficiency of the entire humidifying device Can be said to have fallen.

이는 도 2에서와 같이 건조 공기가 대부분 중공사막 모듈(107)의 중앙 부분으로만 흐르는 것을 확실히 알 수 있다. 즉 제1 유입구(102)를 통하여 유입되는 건조 공기는 주로 중공사막 모듈(107)의 중앙 부분으로 흐르고, 제2 유입구(104)를 통하여 유입되는 습윤 공기는 주로 중공사막 모듈(107)의 가장자리 부분으로 흐르기 때문에 가습장치의 효율에 있어서 문제가 발생하고 있는 것이다.2, it can be seen clearly that most of the dry air flows only to the central portion of the hollow fiber membrane module 107. [ That is, the dry air introduced through the first inlet 102 flows mainly to the central portion of the hollow fiber membrane module 107, and the wet air introduced through the second inlet 104 mainly flows to the edge portion of the hollow fiber membrane module 107 So that the efficiency of the humidifying device is problematic.

한편, 종래 기술의 막-가습장치는 중공사막 모듈(107)이 손상되거나 단선된 경우, 연료 전지 스택의 성능에 치명적인 영향을 미치기 때문에 중공사막 모듈 전체를 교환해야 하는 문제가 있다. On the other hand, when the hollow fiber membrane module 107 is damaged or broken, the membrane-humidifying device of the related art has a problem that the entire hollow fiber membrane module needs to be replaced because it has a serious effect on the performance of the fuel cell stack.

더 나아가, 가습장치의 가격 면에서 볼 때 가장 큰 비중을 차지하는 것은 고분자 물질로 이루어진 중공사막(106)이다. 하지만 종래 막-가습장치의 경우 가습 효율이 좋지 않기 때문에 가습 성능을 향상시키기 위해 필요 이상으로 많은 중공사막(106)의 다발을 사용하고 있다.Furthermore, the hollow fiber membrane 106 made of a polymer material is the largest in terms of the cost of the humidifier. However, in the conventional membrane-humidifying device, since the humidification efficiency is not good, a bundle of the hollow fiber membranes 106 is used more than necessary to improve the humidifying performance.

따라서, 종래 기술에서는 필요 이상의 많은 중공사막(106)을 사용하기 때문에 막-가습장치의 가격이 상승하게 되며, 전체 막-가습장치의 크기 또한 성능에 비해 커진다는 문제점을 안고 있어 연료 전지 차량의 패키지를 구성하는데 큰 어려움이 있다.Therefore, in the prior art, since the number of the hollow fiber membranes 106 is more than necessary, the cost of the membrane-humidifier increases, and the size of the entire membrane- There is a great difficulty in constructing the system.

본 발명의 실시예들은 습윤 공기와 건조 공기의 가습 성능을 더욱 향상시킬 수 있고, 중공사막 모듈의 손상 시 중공사막 모듈 전체를 교환할 필요가 없으며, 가격 면과 패키지 면에서 유리한 연료 전지용 가습장치를 제공하고자 한다.The embodiments of the present invention can further improve the humidifying performance of humid air and dry air, and it is not necessary to replace the entire hollow fiber membrane module when the hollow fiber membrane module is damaged, and a humidifying device for fuel cell .

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치는 ⅰ)하우징과, ⅱ)상기 하우징의 내부에 설치되며, 중공사막 다발을 수용한 다수 개의 단위 카트리지들이 착탈 가능하게 수납될 수 있는 중공사막 모듈을 포함할 수 있다.The humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a housing, and a hollow fiber membrane module installed in the housing, the hollow fiber membrane module including a plurality of unit cartridges accommodating a bundle of hollow fiber membranes, can do.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 중공사막 모듈은 상기 단위 카트리지들을 수납하기 위한 수납 공간을 지닌 모듈 케이스를 포함할 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the hollow fiber membrane module may include a module case having a storage space for storing the unit cartridges.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 단위 카트리지들은 상기 수납 공간에 대해 인입 및 인출 가능하게 구비될 수 있다.In addition, in the humidifying device for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the unit cartridges may be provided so as to be capable of being drawn in and out of the storage space.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 단위 카트리지들은 서로 다른 크기로 구비될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the unit cartridges may be provided in different sizes.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 단위 카트리지들은 상기 모듈 케이스의 가운데에서 상하 측으로 갈수록 점차 큰 크기로 구비될 수 있다.In addition, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the unit cartridges may be gradually increased in size from the center to the upper and lower sides of the module case.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 단위 카트리지들 중 크기가 가장 작은 단위 카트리지는 상기 모듈 케이스의 가운데에 배치되고, 이의 상하 측에는 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 단위 카트리지들이 배치될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the unit cartridge having the smallest size among the unit cartridges is disposed in the center of the module case, and a unit having a size gradually increasing in the vertical direction Cartridges can be deployed.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 모듈 케이스의 상면 및 하면에는 상기 단위 카트리지들과 연결되는 적어도 하나의 제1 연결홀이 형성될 수 있다.In the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, at least one first connection hole connected to the unit cartridges may be formed on an upper surface and a lower surface of the module case.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 단위 카트리지에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제2 연결홀이 형성될 수 있다.In the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a second connection hole may be formed in the unit cartridge, the second connection hole being connected to the first connection hole.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 단위 카트리지는 상기 모듈 케이스에 착탈 가능하게 결합되며, 내부에 상기 중공사막 다발을 수용한 카트리지 케이스를 포함할 수 있다.In addition, in the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the unit cartridge may include a cartridge case detachably coupled to the module case, and accommodating the bundle of hollow fiber membranes therein.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 카트리지 케이스에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제2 연결홀이 형성될 수 있다.In addition, in the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the cartridge case may have a second connection hole connected to the first connection hole.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 하우징의 상면 및 하면에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제1 유입구 및 제1 유출구가 각각 형성될 수 있다.In addition, in the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a first inlet and a first outlet connected to the first connection hole may be formed on the upper surface and the lower surface of the housing, respectively.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 하우징의 양측에는 상기 모듈 케이스의 양측에 연결되는 제2 유입구 및 제2 유출구가 형성될 수 있다.Further, in the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a second inlet and a second outlet connected to both sides of the module case may be formed on both sides of the housing.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 제2 유입구 및 제2 유출구는 상기 모듈 케이스의 양측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형상으로 이루어질 수 있다.In addition, in the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the second inlet and the second outlet may have a shape gradually increasing in size toward both sides of the module case.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치는, 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 습윤 공기와, 공기 공급장치로부터 공급되는 건조 공기의 막 가습으로서 수분을 포함한 가습 공기를 상기 연료 전지로 공급하는 것으로서, ⅰ)상기 습윤 공기를 도입하는 제1 유입구와, 상기 습윤 공기를 배출하는 제1 유출구와, 상기 건조 공기를 도입하는 제2 유입구와, 상기 건조 공기를 배출하는 제2 유출구를 형성하는 하우징과, ⅱ)상기 하우징의 내부에 설치되며, 양단이 개방된 수납 공간을 형성하는 모듈 케이스와, ⅲ)양단이 개방되고 상기 모듈 케이스의 수납 공간에 착탈 가능하게 결합되는 카트리지 케이스의 내부에 중공사막 다발을 수용한 다수 개의 단위 카트리지들을 포함할 수 있다.The humidifying device for a fuel cell according to the embodiment of the present invention is a humidifying device for humidifying air supplied from a humid air discharged from an air electrode of a fuel cell and humidified air containing moisture as film humidification of dry air supplied from an air supply device to the fuel cell A first inlet for introducing the humidified air, a first outlet for discharging the humidified air, a second inlet for introducing the dry air, and a second outlet for discharging the dry air, A module case provided in the housing to form a storage space having both ends thereof opened; and iii) a hollow case having an opening at both ends thereof and detachably coupled to the storage space of the module case, And may include a plurality of unit cartridges accommodating a bundle.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 모듈 케이스의 수납 공간에는 상기 카트리지 케이스를 결합하기 위한 결합 돌기가 상기 카트리지 케이스의 수납 방향으로 형성될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a coupling protrusion for coupling the cartridge case may be formed in a storage space of the module case in a storage direction of the cartridge case.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 카트리지 케이스에는 상기 결합 돌기와 결합하는 결합홈이 형성될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the cartridge case may be formed with a coupling groove that engages with the coupling projection.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 제1 유입구는 상기 하우징의 상면에 형성되며, 상기 제1 유출구는 상기 하우징의 하면에 형성될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the first inlet may be formed on an upper surface of the housing, and the first outlet may be formed on a lower surface of the housing.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 모듈 케이스의 상면 및 하면에는 상기 하우징의 제1 유입구 및 제1 유출구와 각각 연결되는 적어도 하나의 제1 연결홀이 형성될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, at least one first connection hole connected to the first inlet and the first outlet of the housing may be formed on the upper surface and the lower surface of the module case have.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 카트리지 케이스의 상하 면에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제2 연결홀이 형성될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a second connection hole may be formed on the upper and lower surfaces of the cartridge case, the second connection hole being connected to the first connection hole.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 제2 유입구 및 제2 유출구는 상기 모듈 케이스의 양측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형상으로 이루어질 수 있다.In addition, in the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the second inlet and the second outlet may have a shape gradually increasing in size toward both sides of the module case.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 카트리지 케이스는 서로 다른 크기로 이루어질 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the cartridge case may have different sizes.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 카트리지 케이스들 중 크기가 가장 작은 카트리지 케이스는 상기 모듈 케이스의 가운데에 배치되고, 이의 상하 측에는 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 카트리지 케이스들이 배치될 수 있다.In addition, in the humidification apparatus for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the cartridge case having the smallest size among the cartridge cases is disposed in the center of the module case, and on the upper and lower sides thereof, Cases can be placed.

본 발명의 실시예는 모듈 케이스의 수납 공간에 크기가 서로 다른 단위 카트리지들을 서랍식으로 구성함에 따라, 종래 기술에서와 같이 습윤 공기가 중공사막 다발의 외곽 부분을 주로 흐르는 문제와 건조 공기가 중공사막 다발의 가운데 부분으로만 흐르는 문제를 해결할 수 있다.In the embodiment of the present invention, since the unit cartridges having different sizes are formed in the drawer of the unit case in the storage space of the module case, the wet air mainly flows through the outer portion of the bundle of hollow fiber membranes, It is possible to solve the problem of flowing only in the middle part of the center.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 습윤 공기와 건조 공기의 분배를 원활하게 할 수 있으므로, 단위 카트리지들에 대해 전체적으로 균일한 가습 성능을 유지할 수 있고, 전체 가습장치의 가습 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. Therefore, in the embodiment of the present invention, it is possible to smoothly distribute the wet air and the dry air, so that uniform uniform humidification performance can be maintained with respect to the unit cartridges, and the humidification performance of the entire humidifying device can be further improved.

또한, 본 발명의 실시예에서는 모듈 케이스의 수납 공간에 단위 카트리지들을 서랍식으로 수납함에 따라, 단위 카트리지의 중공사막 다발 손상 또는 단선 시 해당하는 단위 카트리지만 교체하면 되므로, 종래 기술에서와 같이 중공사막 모듈 전체를 교체함으로써 발생하는 비용 부담을 절감할 수 있다.In the embodiment of the present invention, since the unit cartridges are housed in the storage space of the module case in a drawer manner, only the corresponding unit cartridges are replaced when the bundle of hollow fiber membranes of the unit cartridges is broken or broken. The cost burden caused by replacing the whole can be reduced.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 전체 가습장치의 성능 향상으로 중공사막의 사용량을 줄일 수 있으므로, 가습장치의 가격을 낮출 수 있으며, 사이즈도 줄일 수 있어 패키지 측면에서 유리하다.Furthermore, in the embodiment of the present invention, since the performance of the entire humidifying device can be reduced, the amount of the hollow fiber membrane can be reduced, and the price of the humidifying device can be lowered and the size can be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에서는 서로 다른 크기의 단위 카트리지들을 모듈 케이스에 서랍식으로 수납함에 따라, 가습장치에 걸리는 압력 강하량을 낮출 수 있으므로 공기 블로워와 같은 공기 공급장치의 부하를 줄일 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, since unit cartridges of different sizes are accommodated in the module case in a drawer manner, the pressure drop amount applied to the humidifying device can be reduced, and the load of the air supply device such as the air blower can be reduced.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 일반적인 연료 전지용 막-가습장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 연료 전지용 막-가습장치의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치에 적용되는 중공사막 모듈을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치에 적용되는 중공사막 모듈을 도시한 부분 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치에 적용되는 중공사막 모듈의 단위 카트리지를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.These drawings are for the purpose of describing an embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a schematic view of a membrane-humidifier for a general fuel cell.
2 is a diagram showing simulation results of a membrane-humidifier for a general fuel cell.
3 is a perspective view illustrating a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view illustrating a hollow fiber membrane module applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a partial cross-sectional view of a hollow fiber membrane module applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view illustrating a unit cartridge of a hollow fiber membrane module applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the operation of the humidifier for a fuel cell according to the embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

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.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In the following detailed description, the names of components are categorized into the first, second, and so on in order to distinguish them from each other in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.It should be noted that terms such as " ... unit ", "unit of means "," part of item ", "absence of member ", and the like denote a unit of a comprehensive constitution having at least one function or operation it means.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치를 도시한 단면 구성도이다.FIG. 3 is a perspective view illustrating a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치(100)는 수소로서의 연료와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템에 적용될 수 있다.3 and 4, the humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention can be applied to a fuel cell system that generates electric energy by electrochemical reaction between fuel as hydrogen and air as an oxidizer .

예를 들면, 상기 연료 전지 시스템은 기본적으로, 연료 전지들의 집합체 구조인 연료 전지 스택과, 연료 전지 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급장치와, 연료 전지 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급장치를 구비하고 있다.For example, the fuel cell system basically includes a fuel cell stack, which is an aggregate structure of fuel cells, a hydrogen supply device that supplies hydrogen to the fuel cell stack, and an air supply device that supplies air to the fuel cell stack have.

여기서, 상기 연료 전지(당 업계에서는 통상적으로 "단위 셀" 이라고도 한다)는 막-전극 어셈블리(MEA)를 사이에 두고 이의 양측에 공기극과 연료극이 배치된 구조로 이루어진다.Here, the fuel cell (commonly referred to as "unit cell" in the related art) has a structure in which an air electrode and a fuel electrode are disposed on both sides of a membrane electrode assembly (MEA) therebetween.

연료 전지의 공기극에서는 연료 전지 스택의 운전 조건에 따라 비교적 온도가 높지 않고 다습하거나 고온 건조한 배출 공기를 배출하며, 연료극에서는 미반응 수소로서의 고온 다습한 수소를 배출한다.In the air electrode of the fuel cell, the exhaust air is discharged at a relatively high temperature according to the operating conditions of the fuel cell stack.

즉, 상기 연료 전지는 고출력인 경우에 공기극에서 고온 건조한 배출 공기를 배출할 수 있으며, 고출력이 아닌 경우에는 공기극에서 고온 다습한 배출 공기를 배출할 수 있다.That is, when the fuel cell has a high output, it can discharge the hot and dry exhaust air from the air electrode, and if it does not have a high output, it can discharge hot and humid exhaust air from the air electrode.

그러나, 이하에서는 연료 전지의 공기극에서 고온 다습한 습윤 공기가 배출되는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.However, in the following description, the case will be described in which the hot and humid wet air is discharged from the air electrode of the fuel cell.

이와 같은 연료 전지 시스템의 기본적인 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 연료 전지 시스템으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the basic configuration of such a fuel cell system is composed of a known fuel cell system well known in the art, a detailed description of its configuration will be omitted herein.

한편, 상기와 같은 연료 전지 시스템에는 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 습윤 공기와 공기 공급장치로부터 공급되는 건조 공기의 막 가습으로서 수분을 포함한 가습 공기를 연료 전지로 공급하는 본 발명의 실시예에 의한 가습장치(100)를 포함하고 있다.On the other hand, in the fuel cell system as described above, humidification air according to the embodiment of the present invention, which supplies humidified air containing moisture to the fuel cell as membrane humidification of the humid air discharged from the air pole of the fuel cell and the dry air supplied from the air supply apparatus, (100). ≪ / RTI >

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치(100)는 습윤 공기와 건조 공기의 막 가습 성능을 더욱 향상시킬 수 있고, 막 가습을 위한 모듈의 손상 시 전체 모듈을 교환할 필요가 없으며, 가격 면과 패키지 면에서 유리한 구조로서 이루어진다.The humidifying device 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention can further improve the humidifying performance of humid air and dry air and does not need to replace the entire module when the module for humidifying the membrane is damaged, And is advantageous in terms of surface and package surface.

이를 위해 본 발명의 실시예에 의한 상기 연료 전지용 가습장치(100)는 기본적으로, 하우징(10)과 중공사막 모듈(30)을 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.To this end, the humidifier 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention basically includes a housing 10 and a hollow fiber membrane module 30,

본 발명의 실시예에서, 상기 하우징(10)은 전체 가습장치(100)의 외관을 이루며, 뒤에서 더욱 설명될 중공사막 모듈(30)을 내장하는 것이다.In the embodiment of the present invention, the housing 10 constitutes the exterior of the entire humidifying device 100, and incorporates a hollow fiber membrane module 30 to be described later.

이러한 하우징(10)에는 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 습윤 공기를 도입하는 적어도 하나의 제1 유입구(11)와, 그 습윤 공기를 배출하는 적어도 하나의 제1 유출구(12)와, 공기 공급장치로부터 공급되는 건조 공기를 도입하는 제2 유입구(13)와, 그 건조 공기를 배출하는 제2 유출구(14)를 포함하고 있다.The housing 10 is provided with at least one first inlet 11 for introducing humidified air discharged from the air electrode of the fuel cell, at least one first outlet 12 for discharging the humidified air, A second inlet 13 for introducing dry air to be supplied, and a second outlet 14 for discharging the dry air.

상기 제1 유입구(11)는 하우징(10)의 상면에 한 쌍으로 형성되며, 상기 제1 유출구(12)는 하우징(10)의 하면에 한 쌍으로 형성되는 바, 제1 유입구(11)로는 습윤 공기를 하우징(10)의 내부로 공급하고, 제2 유출구(12)로는 하우징(10)의 내부를 통과하며 수분이 제거된 습윤 공기를 배출하기 위한 것이다.The first inlet 11 is formed in a pair on the upper surface of the housing 10 and the first outlet 12 is formed in a pair on the lower surface of the housing 10. The first inlet 11, The second outlet 12 is for discharging the wetted air that has passed through the interior of the housing 10 and has been removed from the water.

그리고, 상기 제2 유입구(13) 및 제2 유출구(14)는 하우징(10)의 양측에 각각 형성되는 것으로, 제2 유입구(13)로는 건조 공기를 하우징(10)의 내부로 공급하고, 제2 유출구(14)로는 하우징(10)의 내부를 통과하며 위에서 언급한 바 있는 수분을 포함한 건조 공기(이하에서는 편의 상 "가습 공기" 라고 한다)를 배출하기 위한 것이다.The second inlet 13 and the second outlet 14 are formed on both sides of the housing 10 and the second inlet 13 supplies dry air to the inside of the housing 10, The second outlet 14 is for discharging dry air including moisture mentioned above (hereinafter referred to as "humidifying air" for convenience) through the interior of the housing 10.

여기서, 상기 제2 유입구(13)와 제2 유출구(14)는 하우징(10)의 양측에서 안쪽으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형상으로 이루어질 수 있다.Here, the second inlet 13 and the second outlet 14 may have a shape gradually increasing in size from both sides of the housing 10 toward the inside.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치에 적용되는 중공사막 모듈을 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 부분 단면 구성도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치에 적용되는 중공사막 모듈의 단위 카트리지를 도시한 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view illustrating a hollow fiber membrane module applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a partial sectional view of FIG. 5, FIG. 1 is a perspective view showing a unit cartridge of a hollow fiber membrane module applied to a humidifying device. FIG.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 중공사막 모듈(30)은 모듈 케이스(31)와 단위 카트리지(41)를 포함하고 있다.5 to 7, the hollow fiber membrane module 30 according to the embodiment of the present invention includes a module case 31 and a unit cartridge 41.

상기 모듈 케이스(31)는 양단면이 개방되고 나머지 면이 폐쇄된 사각 단면 형상의 케이스로 이루어지며, 하우징(10)의 내부에 설치된다.The module case 31 is formed in a case of a rectangular cross-sectional shape in which both ends are opened and the other side is closed, and is installed inside the housing 10.

상기 모듈 케이스(31)의 양단면 개방부는 위에서 언급한 바 있는 하우징(10)의 제2 유입구(13) 및 제2 유출구(14)와 연결되는데, 이들 제2 유입구(13)와 제2 유출구(14)는 모듈 케이스(31)의 양단부로부터 그 크기가 점차 작아지는 형상으로 이루어질 수 있다.The two side openings of the module case 31 are connected to the second inlet 13 and the second outlet 14 of the housing 10 as mentioned above and the second inlet 13 and the second outlet 14 may be formed in such a shape that the size thereof gradually decreases from both ends of the module case 31.

즉, 상기 제2 유입구(13) 및 제2 유출구(14)는 모듈 케이스(31)의 양측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형상으로 이루어진다.That is, the second inlet 13 and the second outlet 14 have a shape gradually increasing toward both sides of the module case 31.

여기서, 상기 모듈 케이스(31)의 내부에는 뒤에서 더욱 설명될 단위 카트리지들(41)이 수납될 수 있는 수납 공간(33)이 형성되어 있다.Inside the module case 31, a storage space 33 is formed in which the unit cartridges 41 to be described later can be stored.

그리고, 상기 모듈 케이스(31)의 상면 및 하면에는 하우징(10)의 제1 유입구(11) 및 제1 유출구(12)와 각각 연결되는 복수 개의 제1 연결홀(35)이 형성되어 있다.A plurality of first connection holes 35 connected to the first inlet 11 and the first outlet 12 of the housing 10 are formed on the top and bottom surfaces of the module case 31.

한편, 상기 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에는 뒤에서 더욱 설명될 단위 카트리지(41)를 수납하기 위한 결합 돌기(37)가 형성되는 바, 그 결합 돌기(37)는 모듈 케이스(31)의 서로 마주하는 내측면에서 단위 카트리지(41)의 수납 방향을 따라 형성된다.A coupling protrusion 37 for receiving the unit cartridge 41 to be described later is formed in the receiving space 33 of the module case 31. The coupling protrusion 37 is formed in the module case 31, In the direction in which the unit cartridges 41 are stored.

본 발명의 실시예에서, 상기 단위 카트리지(41)는 습윤 공기와 건조 공기의 막-가습을 위한 중공사막 다발(43)을 내부에 수용한 것으로서, 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 착탈 가능하게 수납될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the unit cartridge 41 contains therein a hollow fiber membrane bundle 43 for membrane-humidification of humidified air and dry air, and is housed in a storage space 33 of the module case 31 And can be detachably housed.

즉, 상기 단위 카트리지(41)는 다수 개로서 구비되며, 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 대해 인입 및 인출 가능하게 구비될 수 있다.That is, the unit cartridges 41 are provided as a plurality of units, and can be installed in the storage space 33 of the module case 31 so as to be drawn in and out.

상기 단위 카트리지(41)는 중공사막 다발(43)을 수용한 카트리지 케이스(51)를 포함하는 바, 양단면이 개방되고 나머지 면이 폐쇄된 사각 단면 형상의 케이스로 이루어지며, 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.The unit case 41 includes a cartridge case 51 containing a hollow fiber membrane bundle 43. The case unit 41 has a rectangular cross-sectional shape with both ends open and the other side closed. The storage space 33 can be detachably coupled to the storage space 33.

이를 위해 상기 카트리지 케이스(51)의 외측면에는 위에서 언급한 바 있는 모듈 케이스(31)의 결합 돌기(37)와 슬라이딩 가능하게 결합하는 결합홈(53)이 형성되어 있다.To this end, the outer surface of the cartridge case 51 is formed with an engaging groove 53 slidably engaging with the engaging projection 37 of the module case 31 described above.

상기 카트리지 케이스(51)는 이의 결합홈(53)에 모듈 케이스(31)의 결합 돌기(37)가 슬라이딩 결합하면서 그 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 대해 선택적으로 인입 및 인출될 수 있다. The cartridge case 51 can be selectively inserted into or drawn out from the storage space 33 of the module case 31 while the coupling protrusion 37 of the module case 31 is slidingly coupled to the coupling groove 53 of the cartridge case 51 have.

여기서, 상기 단위 카트리지(41)에 있어 카트리지 케이스(51)의 상,하면에는 모듈 케이스(31)의 제1 연결홀(35)과 연결되는 제2 연결홀(55)이 형성되어 있다.A second connection hole 55 is formed on the upper and lower surfaces of the cartridge case 51 of the unit cartridge 41 so as to be connected to the first connection hole 35 of the module case 31.

즉, 상기 하우징(10)의 제1 유입구(11)와 제1 유출구(12)는 모듈 케이스(31)의 제1 연결홀(35)과 연결되며, 모듈 케이스(31)의 제1 연결홀(35)은 카트리지 케이스(51)의 제2 연결홀(55)과 연결될 수 있다.That is, the first inlet 11 and the first outlet 12 of the housing 10 are connected to the first connection hole 35 of the module case 31 and the first connection hole 35 35 may be connected to the second connection hole 55 of the cartridge case 51.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 단위 카트리지들(41)은 서로 다른 크기로서 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 착탈 가능하게 수납될 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the unit cartridges 41 may have different sizes and may be detachably stored in the storage space 33 of the module case 31.

상기 단위 카트리지들(41)의 카트리지 케이스(51)는 서로 다른 크기로서 구비되는 바, 모듈 케이스(31)의 가운데에서 상하 측으로 갈수록 점차 큰 크기로 구비된다.The cartridge case 51 of each of the unit cartridges 41 is provided in a different size. The cartridge case 51 is gradually larger in size from the center of the module case 31 toward the upper and lower sides.

이 경우, 상기 카트리지 케이스들(51) 중 가장 작은 카트리지 케이스(51)는 모듈 케이스(31)의 가운데에 배치되고, 이의 상하 측에는 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 카트리지 케이스들(51)이 배치될 수 있다.In this case, the smallest cartridge case 51 of the cartridge cases 51 is disposed in the center of the module case 31, and on the upper and lower sides thereof, the cartridge cases 51, which are gradually larger in size, .

다시 말하면, 상기 단위 카트리지들(41)은 모듈 케이스(31)의 상하 측에서 가운데로 갈수록 그 크기가 점차 작아지는 것으로 구비될 수 있다.In other words, the unit cartridges 41 may be formed such that the size gradually decreases from the upper and lower sides of the module case 31 toward the center.

여기서, 상기 카트리지 케이스(51)의 내부에 수용되는 중공사막 다발(43)의 양은 그 카트리지 케이스(51)의 크기에 따라 서로 다르게 결정될 수 있다.Here, the amount of the hollow fiber membrane bundle 43 accommodated in the cartridge case 51 may be determined differently depending on the size of the cartridge case 51.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치(100)의 작용을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the humidifier 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the accompanying drawings.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the operation of the humidifier for a fuel cell according to the embodiment of the present invention.

앞서 개시한 도면들 및 도 8을 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 단위 카트리지들(41)을 서랍식으로 수납시키며 중공사막 모듈(30)을 구성할 수 있다.8, the unit cartridges 41 are housed in a storage space 33 of the module case 31 in a drawer manner, and the hollow fiber membrane module 30 is configured can do.

본 발명의 실시예에서는 모듈 케이스(31)의 결합 돌기(37)에 카트리지 케이스(51)의 결합홈(53)을 결합하며 그 카트리지 케이스(51)를 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)으로 밀면서 단위 카트리지들(41)을 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 수납할 수 있다.The coupling groove 53 of the cartridge case 51 is coupled to the coupling protrusion 37 of the module case 31 and the cartridge case 51 is inserted into the storage space 33 of the module case 31, The unit cartridges 41 can be stored in the storage space 33 of the module case 31 while pushing the unit cartridges 41 toward the unit case 31. [

여기서, 상기 단위 카트리지들(41)은 서로 다른 크기로 구비되는 바, 단위 카트리지들(41) 중 가장 작은 단위 카트리지(41)는 모듈 케이스(31)의 가운데 쪽 수납 공간(33)에 수납하며, 이의 상하측 수납 공간(33)으로는 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 단위 카트리지들(41)을 수납한다.The unit cartridges 41 of the unit cartridges 41 are accommodated in the center accommodating space 33 of the module case 31, The upper and lower storage spaces 33 accommodate the unit cartridges 41, which are gradually larger in size in the vertical direction.

상기와 같이 조립된 중공사막 모듈(30)은 하우징(10)의 내부에 구성되는 바, 이 경우 하우징(10)의 제1 유입구(11)와 제1 유출구(12)는 모듈 케이스(31)의 제1 연결홀(35)과 연결되며, 제1 연결홀(35)은 단위 카트리지들(41)의 제2 연결홀(55)과 연결될 수 있다.The hollow fiber membrane module 30 assembled as described above is formed inside the housing 10. In this case, the first inlet 11 and the first outlet 12 of the housing 10 are connected to the module case 31 And the first connection hole 35 may be connected to the second connection hole 55 of the unit cartridges 41. [

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치(100)에서는 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 습윤 공기를 하우징(10)의 제1 유입구(11)로 공급한다.Therefore, in the humidifying apparatus 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the wet air discharged from the air electrode of the fuel cell is supplied to the first inlet 11 of the housing 10.

그러면, 습윤 공기는 모듈 케이스(31)의 제1 연결홀(35)과 단위 카트리지들(41)의 제2 연결홀(55)을 통해 그 단위 카트리지들(41)의 중공사막 다발(43)을 통과한다.The humid air is then supplied to the hollow fiber membranes 43 of the unit cartridges 41 through the first connection holes 35 of the module case 31 and the second connection holes 55 of the unit cartridges 41 It passes.

이 과정에 습윤 공기 중의 수분은 중공사막 다발(43)의 모세관 내를 투과하여 응축되면서 그 중공사막의 내측으로 이동하고, 수분이 분리된 습윤 공기는 제1 유출구(12)를 통해 배출된다.In this process, the moisture in the humid air passes through the capillary of the hollow fiber bundle 43 and is condensed and moves to the inside of the hollow fiber membrane, and the wet air from which the moisture is separated is discharged through the first outlet 12.

즉, 본 발명의 실시예에서는 모듈 케이스(31)에 서로 다른 크기의 단위 카트리지들(41)을 수납하는데, 크기가 가장 작은 단위 카트리지(41)를 모듈 케이스(31)의 가운데에 배치하고, 이의 상하 측에 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 단위 카트리지들(41)을 배치함으로써 종래 기술에서와 같이 습윤 공기가 중공사막 다발의 외곽 부분을 주로 흐르는 문제를 해결할 수 있다. That is, in the embodiment of the present invention, the unit cartridges 41 having different sizes are accommodated in the module case 31, the unit cartridges 41 having the smallest size are disposed in the center of the module case 31, It is possible to solve the problem that the wet air mainly flows through the outer portion of the hollow fiber membrane bundle as in the prior art by disposing the unit cartridges 41, which are gradually larger in size in the vertical direction on the upper and lower sides.

한편, 상기에서와 같은 과정을 거치는 동안, 하우징(10)의 제2 유입구(13)로는 공기 공급장치에 의해 공급되는 건조 공기가 유입되는데, 제2 유입구(13)로 유입된 건조 공기는 단위 카트리지(41)의 중공사막 다발(43) 내측을 통하여 이동한다.Meanwhile, during the above process, dry air supplied by the air supply device flows into the second inlet 13 of the housing 10, and the dry air introduced into the second inlet 13 flows into the second inlet 13 of the housing 10, (43) of the hollow fiber membrane bundle (41).

여기서, 본 발명의 실시예에서는 크기가 가장 작은 단위 카트리지(41)를 모듈 케이스(31)의 가운데에 배치하고 이의 상하 측에 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 단위 카트리지들(41)을 배치함에 따라, 제2 유입구(13)를 통해 유입되는 건조 공기가 모듈 케이스(31)의 가운데 부분에서 상하 측으로 분산될 수 있다.Here, in the embodiment of the present invention, the unit cartridges 41 having the smallest size are arranged in the center of the module case 31, and the unit cartridges 41 having gradually larger sizes are arranged on the upper and lower sides thereof The dry air flowing through the second inlet 13 can be dispersed vertically in the middle part of the module case 31. [

즉, 본 발명의 실시예에서는 하우징(10)의 제2 유입구(13)와 제2 유출구(14)가 모듈 케이스(31)의 양단부로부터 그 크기가 점차 작아지는 형상으로 이루어짐과 아울러, 단위 카트리지들(41)이 모듈 케이스(31)의 가운데 부분에서 상하 측으로 갈수록 점차 큰 크기로 구비되기 때문에, 건조 공기가 모듈 케이스(31)의 가운데 부분에서 상하 측으로 분산되면서 종래 기술에서와 같이 건조 공기가 중공사막 다발의 가운데 부분으로만 흐르는 문제를 해결할 수 있다.That is, in the embodiment of the present invention, the second inlet 13 and the second outlet 14 of the housing 10 are formed in such a shape that the size gradually decreases from both ends of the module case 31, Since the drying air is dispersed vertically in the middle part of the module case 31 from the middle part of the module case 31 to the upper and lower sides of the module case 31, It is possible to solve the problem of flowing only in the middle part of the bundle.

따라서, 상기와 같이 건조 공기가 모듈 케이스(31)의 가운데 부분에서 상하 측으로 분산되며, 단위 카트리지들(41)의 중공사막 다발(43) 내측을 통하여 이동하게 되므로, 건조 공기는 중공사막 다발(43)에 존재하는 습윤 공기의 수분에 의해 가습되고, 이렇게 가습된 공기는 제2 유출구(14)를 통해 배출되며, 연료 전지의 공기극으로 공급될 수 있다.Thus, the dry air is dispersed vertically in the middle part of the module case 31 and is moved through the hollow fiber membrane bundle 43 of the unit cartridges 41, so that the dry air flows through the hollow fiber membrane bundle 43 The humidified air is discharged through the second outlet 14 and can be supplied to the air electrode of the fuel cell.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치(100)에 의하면, 크기가 가장 작은 단위 카트리지(41)를 모듈 케이스(31)의 가운데에 배치하고, 이의 상하 측에 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 단위 카트리지들(41)을 배치함에 따라, 종래 기술에서와 같이 습윤 공기가 중공사막 다발의 외곽 부분을 주로 흐르는 문제와 건조 공기가 중공사막 다발의 가운데 부분으로만 흐르는 문제를 해결할 수 있다.According to the humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention as described above, the unit cartridge 41 having the smallest size is disposed in the center of the module case 31, As the unit cartridges 41, which are gradually larger in size, are disposed, wet air mainly flows through the outer portion of the hollow fiber bundle bundle as in the prior art, and the problem that the dry air flows only to the middle portion of the hollow fiber bundle bundle .

이로써, 본 발명의 실시예에서는 습윤 공기와 건조 공기의 분배를 원활하게 할 수 있으므로, 단위 카트리지들(41)에 대해 전체적으로 균일한 가습 성능을 유지할 수 있고, 전체 가습장치(100)의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. Accordingly, in the embodiment of the present invention, it is possible to smoothly distribute the wet air and the dry air, so that uniform overall humidification performance can be maintained with respect to the unit cartridges 41, and the performance of the entire humidifier 100 can be further improved Can be improved.

또한, 본 발명의 실시예에서는 모듈 케이스(31)의 수납 공간(33)에 단위 카트리지들(41)을 서랍식으로 수납함에 따라, 단위 카트리지(41)의 중공사막 다발(43) 손상 또는 단선 시 해당하는 단위 카트리지(41)만 교체하면 되므로, 종래 기술에서와 같이 중공사막 모듈 전체를 교체함으로써 발생하는 비용 부담을 절감할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the unit cartridges 41 are accommodated in the accommodating space 33 of the module case 31 in a drawer manner, so that the damages of the hollow fiber membranes 43 of the unit cartridges 41, It is possible to reduce the cost incurred by replacing the entire hollow fiber membrane module as in the prior art.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 전체 가습장치(100)의 성능 향상으로 중공사막의 사용량을 줄일 수 있으므로, 가습장치의 가격을 낮출 수 있으며, 사이즈도 줄일 수 있어 패키지 측면에서 유리하다.Further, in the embodiment of the present invention, since the performance of the entire humidifying device 100 can be reduced, the use of the hollow fiber membrane can be reduced, and the price of the humidifying device can be lowered and the size can be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에서는 서로 다른 크기의 단위 카트리지들(41)을 모듈 케이스(31)에 서랍식으로 수납함에 따라, 가습장치에 걸리는 압력 강하량을 낮출 수 있으므로 공기 블로워와 같은 공기 공급장치의 부하를 낮출 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, since the unit cartridges 41 having different sizes are accommodated in the module case 31 in a drawer manner, the pressure drop amount applied to the humidifying device can be lowered, .

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Other embodiments may easily be suggested by adding, changing, deleting, adding, or the like of elements, but this also falls within the scope of the present invention.

10... 하우징 11... 제1 유입구
12... 제1 유출구 13... 제2 유입구
14... 제2 유출구 30... 중공사막 모듈
31... 모듈 케이스 33... 수납 공간
35... 제1 연결홀 37... 결합 돌기
41... 단위 카트리지 43... 중공사막 다발
51... 카트리지 케이스 53... 결합홈
55... 제2 연결홀10 ... housing 11 ... first inlet
12 ... first outlet 13 ... second inlet
14 ... second outlet 30 ... hollow fiber membrane module
31 ... module case 33 ... storage space
35 ... first connecting hole 37 ... engaging projection
41 ... unit cartridge 43 ... hollow fiber membrane bundle
51 ... cartridge case 53 ... engaging groove
55 ... second connection hole

Claims (16)

하우징; 및
상기 하우징의 내부에 설치되며, 중공사막 다발을 수용한 다수 개의 단위 카트리지들이 착탈 가능하게 수납될 수 있는 중공사막 모듈;
을 포함하며,
상기 단위 카트리지들은 서로 다른 크기로 구비되는 연료 전지용 가습장치.housing; And
A hollow fiber membrane module disposed inside the housing, the hollow fiber membrane module including a plurality of unit cartridges accommodating a bundle of hollow fiber membranes;
/ RTI >
Wherein the unit cartridges are provided in different sizes. 제1 항에 있어서,
상기 중공사막 모듈은 상기 단위 카트리지들을 수납하기 위한 수납 공간을 지닌 모듈 케이스를 포함하며,
상기 단위 카트리지들은 상기 수납 공간에 대해 인입 및 인출 가능하게 구비되는 연료 전지용 가습장치.The method according to claim 1,
Wherein the hollow fiber membrane module includes a module case having a storage space for accommodating the unit cartridges,
Wherein the unit cartridges are provided to be capable of being drawn in and out of the storage space. 삭제delete 제2 항에 있어서,
상기 단위 카트리지들은 상기 모듈 케이스의 가운데에서 상하 측으로 갈수록 점차 큰 크기로 구비되는 연료 전지용 가습장치.3. The method of claim 2,
Wherein the unit cartridges are gradually larger in size from the center to the upper and lower sides of the module case. 제2 항에 있어서,
상기 단위 카트리지들 중 크기가 가장 작은 단위 카트리지는 상기 모듈 케이스의 가운데에 배치되고, 이의 상하 측에는 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 단위 카트리지들이 배치되는 연료 전지용 가습장치.3. The method of claim 2,
Unit cartridges having the smallest size among the unit cartridges are disposed in the center of the module case, and unit cartridges gradually increasing in size are arranged on the upper and lower sides of the unit cartridges. 제2 항에 있어서,
상기 모듈 케이스의 상면 및 하면에는 상기 단위 카트리지들과 연결되는 적어도 하나의 제1 연결홀이 형성되며,
상기 단위 카트리지에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제2 연결홀이 형성되는 연료 전지용 가습장치.3. The method of claim 2,
At least one first connection hole connected to the unit cartridges is formed on an upper surface and a lower surface of the module case,
And a second connection hole connected to the first connection hole is formed in the unit cartridge. 제2 항에 있어서,
상기 단위 카트리지는,
상기 모듈 케이스에 착탈 가능하게 결합되며, 내부에 상기 중공사막 다발을 수용한 카트리지 케이스를 포함하는 연료 전지용 가습장치.3. The method of claim 2,
The unit cartridge includes:
And a cartridge case detachably coupled to the module case, the cartridge case housing the bundle of hollow fiber membranes therein. 제6 항에 있어서,
상기 단위 카트리지는 내부에 상기 중공사막 다발을 수용한 카트리지 케이스를 포함하고,
상기 카트리지 케이스에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제2 연결홀이 형성되는 연료 전지용 가습장치.The method according to claim 6,
Wherein the unit cartridge includes a cartridge case accommodating the bundle of hollow fiber membranes therein,
Wherein the cartridge case has a second connection hole connected to the first connection hole. 제6 항 또는 제8 항에 있어서,
상기 하우징의 상면 및 하면에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제1 유입구 및 제1 유출구가 각각 형성되며,
상기 하우징의 양측에는 상기 모듈 케이스의 양측에 연결되는 제2 유입구 및 제2 유출구가 형성되는 연료 전지용 가습장치.9. The method according to claim 6 or 8,
A first inlet port and a first outlet port are formed on an upper surface and a lower surface of the housing, respectively, the first inlet port and the first outlet port being connected to the first connection hole,
And a second inlet and a second outlet connected to both sides of the module case are formed on both sides of the housing. 제9 항에 있어서,
상기 제2 유입구 및 제2 유출구는 상기 모듈 케이스의 양측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형상으로 이루어지는 연료 전지용 가습장치.10. The method of claim 9,
And the second inlet and the second outlet are formed in such a shape that the size gradually increases toward both sides of the module case. 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 습윤 공기와, 공기 공급장치로부터 공급되는 건조 공기의 막 가습으로서 수분을 포함한 가습 공기를 상기 연료 전지로 공급하는 연료 전지용 가습장치로서,
상기 습윤 공기를 도입하는 제1 유입구와, 상기 습윤 공기를 배출하는 제1 유출구와, 상기 건조 공기를 도입하는 제2 유입구와, 상기 건조 공기를 배출하는 제2 유출구를 형성하는 하우징;
상기 하우징의 내부에 설치되며, 양단이 개방된 수납 공간을 형성하는 모듈 케이스; 및
양단이 개방되고 상기 모듈 케이스의 수납 공간에 착탈 가능하게 결합되는 카트리지 케이스의 내부에 중공사막 다발을 수용한 다수 개의 단위 카트리지들;
을 포함하며,
상기 카트리지 케이스는 서로 다른 크기로 이루어지는 연료 전지용 가습장치.1. A humidification apparatus for a fuel cell which supplies humidified air containing moisture as humid air of moist air discharged from an air electrode of a fuel cell and dry air supplied from an air supply apparatus,
A housing having a first inlet for introducing the humid air, a first outlet for discharging the humidified air, a second inlet for introducing the dry air, and a second outlet for discharging the dry air;
A module case installed inside the housing and defining a storage space having both ends opened; And
A plurality of unit cartridges accommodated in a hollow fiber membrane bundle inside the cartridge case, both ends of which are opened and are detachably coupled to the storage space of the module case;
/ RTI >
Wherein the cartridge case has different sizes. 제11 항에 있어서,
상기 모듈 케이스의 수납 공간에는 상기 카트리지 케이스를 결합하기 위한 결합 돌기가 상기 카트리지 케이스의 수납 방향으로 형성되며,
상기 카트리지 케이스에는 상기 결합 돌기와 결합하는 결합홈이 형성되는 연료 전지용 가습장치.12. The method of claim 11,
Wherein a coupling protrusion for coupling the cartridge case is formed in a receiving space of the module case in a receiving direction of the cartridge case,
Wherein the cartridge case has an engaging groove for engaging with the engaging projection. 제11 항에 있어서,
상기 제1 유입구는 상기 하우징의 상면에 형성되며, 상기 제1 유출구는 상기 하우징의 하면에 형성되고,
상기 모듈 케이스의 상면 및 하면에는 상기 하우징의 제1 유입구 및 제1 유출구와 각각 연결되는 적어도 하나의 제1 연결홀이 형성되며,
상기 카트리지 케이스의 상하 면에는 상기 제1 연결홀과 연결되는 제2 연결홀이 형성되는 연료 전지용 가습장치.12. The method of claim 11,
Wherein the first inlet is formed on an upper surface of the housing, the first outlet is formed on a lower surface of the housing,
At least one first connection hole connected to the first inlet and the first outlet of the housing is formed on the upper surface and the lower surface of the module case,
And a second connection hole connected to the first connection hole is formed on the upper and lower surfaces of the cartridge case. 제13 항에 있어서,
상기 제2 유입구 및 제2 유출구는 상기 모듈 케이스의 양측으로 갈수록 그 크기가 점차 커지는 형상으로 이루어지는 연료 전지용 가습장치.14. The method of claim 13,
And the second inlet and the second outlet are formed in such a shape that the size gradually increases toward both sides of the module case. 삭제delete 제11 항에 있어서,
상기 카트리지 케이스들 중 크기가 가장 작은 카트리지 케이스는 상기 모듈 케이스의 가운데에 배치되고, 이의 상하 측에는 상하 방향으로 갈수록 점차 크기가 큰 카트리지 케이스들이 배치되는 연료 전지용 가습장치.


12. The method of claim 11,
Wherein the cartridge case having the smallest size among the cartridge cases is disposed in the center of the module case, and cartridge cases having gradually larger sizes are arranged on the upper and lower sides thereof.


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