KR101405651B1

KR101405651B1 - Auxiliary humidification device and method for fuel cell

Info

Publication number: KR101405651B1
Application number: KR1020120139426A
Authority: KR
Inventors: 이창하
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-10

Abstract

The present invention relates to an auxiliary humidifier for a fuel cell which auxiliarily humidifies air flowing into a stack by circulating hydrogen channel discharge waterof the stack, and to a method of auxiliarily humidifying air for the fuel cell. The present invention provides an auxiliary humidifier for a fuel cell including: a second storage tank storing hydrogen channel discharge water of a fuel cell stack; an air supply valve connected between the second storage tank and an air blower to flow control discharged air pressure of the air blower supplied to the second storage tank; a second discharge water supply valve connected between the second storage tank and the nozzle to flow control the hydrogen channel discharge water in the second storage tank; a nozzle unit connected between a rear end of a main humidifier and an air entranceof the stack to spray from the supplied hydrogen channel discharge water on a region therebetween.

Description

[0001] The present invention relates to a humidifying auxiliary device for a fuel cell,

본 발명은 연료전지용 가습보조장치 및 가습보조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택의 수소채널에서 배출되는 배출수를 순환시켜 스택에 공급되는 공기를 보조적으로 가습하는 연료전지용 가습보조장치 및 가습보조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a humidifying assist device for a fuel cell and a humidifying assistant method for the fuel cell, and more particularly, to a humidifying assist device for a fuel cell that humidifies air supplied to a stack by circulating a discharge water discharged from a hydrogen channel of a stack, .

잘 알려진 바와 같이, 연료전지 스택은 일정한 습도 이상에서 효과적으로 작동하게 되며, 이를 위해 스택의 산소 공급 라인에는 가스 대 가스(Gas to Gas) 가습기 등이 장착되어 공급 공기의 습도를 적절하게 유지시켜주도록 되어 있다. As is well known, the fuel cell stack effectively operates above a certain humidity level. To this end, a gas-to-gas humidifier is mounted on the oxygen supply line of the stack to maintain the humidity of the supply air appropriately have.

그러나 이러한 연료전지 스택은 고출력 구간에서 공기 유량이 많아짐에 의해 가습용량이 부족한 경우가 많으며, 공기 고유량 구간에서 가습량을 만족하도록 하기 위해서는 가습기의 사이즈가 매우 커져야 한다.However, in such a fuel cell stack, the humidifier capacity is often insufficient due to the increase of the air flow rate in the high output section. In order to satisfy the humidification amount in the air high flow rate section, the size of the humidifier must be very large.

종래 연료전지용 가습장치의 가습 성능을 보조하기 위하여 다양한 방법이 연구되고 있으며, 그 중 가장 보편적인 기술로는 가압펌프와 인젝터를 이용하여 수소채널 측의 워터트랩에 수집되는 수분을 연료전지의 공기 입구 측에 직접 분사해주는 방법이 있다.Various methods have been studied for assisting the humidification performance of the humidifying device for a fuel cell. Among them, the most common technique is to use a pressurizing pump and an injector to transfer moisture collected in the water trap on the hydrogen channel side to the air inlet And then sprayed directly onto the surface of the substrate.

도 1은 종래의 연료전지용 가습보조장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional humidifying auxiliary apparatus for a fuel cell.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 연료전지용 가습보조장치는 수소채널에서 배출되는 생성수(혹은 배출수)가 수집되는 저장탱크(1), 상기 저장탱크(1)의 생성수를 일측으로 가압 공급하는 가압펌프(2), 주가습기(4)로부터 공급받은 가습된 공기와 상기 가압펌프(2)로부터 공급받은 생성수를 혼합하여 공기 입구로 고압 분사하는 인젝터(3)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, a conventional humidifying assist system for a fuel cell includes a storage tank 1 for collecting generated water (or drain water) discharged from a hydrogen channel, A pressurizing pump 2 and an injector 3 for mixing the humidified air supplied from the main humidifier 4 with the generated water supplied from the pressurizing pump 2 and injecting high pressure into the air inlet.

상기와 같이 구성되는 종래의 연료전지용 가습보조장치는 연료전지의 수소채널에서 배출되는 생성수를 저장탱크에 수집하였다가 가압펌프(2)와 인젝터(3)를 통해 연료전지의 공기 입구로 분사해주는바, 주가습기(4)의 가습 성능을 보조하기 위해 주가습기 출구의 높은 압력을 이기고 생성수를 공기 입구에 분사할 수 있는 가압펌프(2)와 인젝터(3)가 필요하며 이에 따라 부가적인 파워를 소모하게 되는 단점이 있다.The conventional humidification auxiliary apparatus for fuel cell as described above collects generated water discharged from a hydrogen channel of a fuel cell into a storage tank and injects the generated water to the air inlet of the fuel cell through the pressurizing pump 2 and the injector 3 A barometric pressure pump 2 and an injector 3, which are capable of wasting the high pressure of the main humidifier outlet and spraying the generated water to the air inlet to assist the humidifying performance of the bar and main humidifier 4, It is consumed.

또한, 상기 종래의 연료전지용 가습보조장치는 동절기에 가압펌프 구동부의 결빙이 발생하는 경우 가압펌프가 심각한 고장을 발생시키게 되며, 이에 가압펌프 구동부의 결빙을 방지하기 위한 결빙방지장치를 구비해야 하는 단점이 있다.
In addition, in the conventional humidification auxiliary apparatus for a fuel cell, when the freezing of the pressurizing pump driving unit occurs in the winter season, the pressurizing pump causes a serious failure, and the freezing prevention device for preventing freezing of the pressurizing pump driving unit must be provided. .

본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 연료전지의 수소채널에서 배출되는 생성수(혹은 배출수)를 연료전지의 공기 입구로 순환시켜 주어 기존의 가스 대 가스 가습기의 가습 성능을 보조하여 저효율 구간에서 스택의 요구 습도를 만족시킬 수 있는 연료전지용 가습보조장치 및 가습보조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell system that circulates generated water (or drain water) discharged from a hydrogen channel of a fuel cell to an air inlet of a fuel cell, And to provide a humidifying assist device and a humidifying assistant method for a fuel cell which can satisfy a required humidity of a stack in a low efficiency section.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료전지 스택의 수소채널 배출수가 저장되어 있는 제2 저장탱크; 상기 제2 저장탱크와 공기블로워 사이에 연결되어 제2 저장탱크에 공급되는 공기블로워의 토출 공기압을 유동 제어하는 공기공급밸브; 상기 제2 저장탱크와 노즐부 사이에 연결되어 노즐부에 공급되는 제2 저장탱크의 수소채널 배출수를 유동 제어하는 제2 배출수공급밸브; 주가습기의 후단과 상기 스택의 공기 입구 사이에 연결되어 공급받은 수소채널 배출수를 그 사이에 분무하는 노즐부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습보조장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a second storage tank in which a hydrogen channel discharge water of a fuel cell stack is stored; An air supply valve connected between the second storage tank and the air blower for controlling the discharge air pressure of the air blower supplied to the second storage tank; A second effluent supply valve connected between the second storage tank and the nozzle unit for controlling the flow of the hydrogen channel effluent of the second storage tank supplied to the nozzle unit; And a nozzle unit connected between the rear end of the main humidifier and the air inlet of the stack and spraying the supplied hydrogen channel discharge water therebetween.

본 발명의 구현예에서, 상기 제2 저장탱크에는 제1 배출수공급밸브가 설치된 제1 배출수 유로를 통해 제1 저장탱크가 연결되고, 상기 제1 저장탱크는 연료전지 스택의 수소채널에서 배출되는 배출수를 임시 저장한 뒤 상기 제1 배출수공급밸브를 통해 제2 저장탱크로 배출할 수 있도록 된다.In the embodiment of the present invention, the second storage tank is connected to the first storage tank through a first drain water flow path provided with a first drain water supply valve, and the first storage tank is connected to the drain water And then can be discharged to the second storage tank through the first drain water supply valve.

또한 본 발명의 구현예에서, 상기 공기공급밸브는 공기블로워와 주가습기 사이의 제1 공기 유로에서 분기된 분기 공기 유로에 유로 개폐 가능하게 설치되고, 상기 제2 배출수공급밸브는 노즐부와 제2 저장탱크 사이에 연결된 제2 배출수 유로에 유로 개폐 가능하게 설치된다.Further, in the embodiment of the present invention, the air supply valve is provided so as to be openable and closable in a branch air passage branched from a first air passage between the air blower and the main humidifier, And a second drainage flow path connected between the storage tanks.

또한 본 발명의 구현예에서, 상기 노즐부는 공급받은 수소채널 배출수를 고속 회전에 의한 원심력을 통해 미립화하여 분무가능한 슬링거노즐로 이루어질 수 있으며, 또는 공급받은 수소채널 배출수를 초음파 진동을 통해 가진시킴으로 미립화하여 분무가능한 초음파 진동자를 이용한 분무수단으로 이루어질 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, the nozzle unit may be made of a slinger nozzle capable of atomizing the supplied hydrogen channel effluent through centrifugal force by high-speed rotation, or may be atomized by exciting the supplied hydrogen channel effluent through ultrasonic vibration And spraying means using a sprayable ultrasonic vibrator.

한편 본 발명은, 제1 저장탱크와 제2 저장탱크 사이에 연결된 제1 배출수공급밸브를 오픈하고 제1 저장탱크의 수소채널 배출수를 제2 저장탱크로 공급되게 하는 과정; 상기 제2 저장탱크와 공기블로워 사이에 연결된 공기공급밸브를 오픈하여 공기블로워의 토출 공기압을 제2 저장탱크에 공급되게 하는 동시에, 상기 제2 저장탱크와 노즐부 사이에 연결된 제2 배출수공급밸브를 오픈하여 제2 저장탱크의 수소채널 배출수를 노즐부에 공급되게 하는 과정;을 포함하는 연료전지용 가습보조방법을 제공한다.In the meantime, the present invention provides a method of operating a hydrogen storage tank, comprising: opening a first drain water supply valve connected between a first storage tank and a second storage tank and supplying a hydrogen channel drain water of the first storage tank to a second storage tank; An air supply valve connected between the second storage tank and the air blower is opened to supply the discharge air pressure of the air blower to the second storage tank and a second discharge water supply valve connected between the second storage tank and the nozzle unit Opening the second storage tank to supply the hydrogen channel drain water to the nozzle unit.

본 발명의 구현예에서, 상기 공기공급밸브와 제2 배출수공급밸브는 주가습기의 가습 성능이 소정의 가습요구량 이하일 때 공기 유로를 오픈하도록 작동하게 된다.In an embodiment of the present invention, the air supply valve and the second drain water supply valve are operated to open the air passage when the humidifying performance of the main humidifier is equal to or less than a predetermined humidification requirement.

또한 본 발명의 구현예에서, 상기 노즐부에 수소채널 배출수를 공급되게 하는 단계에서는 제1 저장탱크에 수소채널 배출수를 수집하여 저장하고, 상기 수소채널 배출수를 제2 저장탱크에 공급되게 하는 단계에서는 상기 제2 저장탱크와 공기블로워 사이에 연결된 공기공급밸브 및 상기 제2 저장탱크와 노즐부 사이에 연결된 제2 배출수공급밸브를 클로즈한다.
In the embodiment of the present invention, in the step of supplying the hydrogen channel drain water to the nozzle unit, the step of collecting and storing the hydrogen channel drain water in the first storage tank and supplying the hydrogen channel drain water to the second storage tank An air supply valve connected between the second storage tank and the air blower, and a second discharge water supply valve connected between the second storage tank and the nozzle unit.

본 발명은 다음과 같은 이점이 있다.The present invention has the following advantages.

1. 기존의 가스 대 가스 가습기(주가습기)와 더불어 연료전지의 가습보조장치로 설치되어 상기 주가습기의 저효율 구간에서 가습 성능을 보조해줄 수 있고, 이에 연료전지 스택의 요구 습도를 만족시킴으로써 스택 성능을 향상시킬 수 있다.1. It is installed with a conventional gas-to-gas humidifier (main humidifier) and a humidification assisting device of the fuel cell to assist the humidifying performance in the low efficiency section of the main humidifier, thereby satisfying the required humidity of the fuel cell stack, Can be improved.

2. 스택의 고출력 구간에서 가습 용량을 보조하여 줌으로써 주가습기의 총 용량과 사이즈를 축소시켜 설치되게 할 수 있다.2. It is possible to reduce the total capacity and size of the main humidifier by assisting the humidification capacity in the high power period of the stack.

3. 공기블로워의 토출 압력을 이용하여 주가습기의 후단과 연료전지의 공기 입구 사이에 배출수를 분사하여 줌으로 구동 안정성을 확보할 수 있고, 보조 가습이 필요한 저효율 구간에서만 효율적, 선택적으로 작동 가능하다.3. Using the discharge pressure of the air blower, the discharge water can be injected between the rear end of the main humidifier and the air inlet of the fuel cell to secure the driving stability, and it is possible to efficiently and selectively operate only in the low efficiency section requiring auxiliary humidification .

4. 종래의 가압펌프와 인젝터 등의 사용이 불필요함으로 부가적인 전력 손실을 줄일 수 있고, 겨울철 결빙에 의한 고장을 개선할 수 있다.
4. Since it is unnecessary to use a conventional pressurizing pump and an injector, it is possible to reduce additional power loss and to improve the trouble caused by freezing in winter.

도 1은 종래의 연료전지용 가습보조장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 연료전지용 가습보조장치를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 연료전지용 가습보조장치의 보조 가습 작동 시점을 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐부를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐부를 나타낸 도면1 is a view showing a conventional humidification auxiliary device for a fuel cell
2 shows a humidifying auxiliary apparatus for a fuel cell according to the present invention
3 is a view showing the timing of auxiliary humidification operation of the humidifying auxiliary apparatus for a fuel cell according to the present invention;
4 is a view illustrating a nozzle unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a nozzle unit according to another embodiment of the present invention

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 연료전지 스택의 수소채널에서 배출되는 배출수를 주가습기 출구단의 노즐부로 공급하여 주가습기의 가습 성능을 보조해주는 가습보조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a humidifying auxiliary device for supplying humidifying performance of a main humidifier by supplying water discharged from a hydrogen channel of a fuel cell stack to a nozzle portion at an outlet end of the main humidifier.

보통 스택의 저출력 구간에서는 공기 유량이 적고 가습 용량이 충분한데 반해, 스택의 고출력 구간에서는 공기 유량이 증가하는 만큼 가습 용량이 부족하게 된다.Usually, in the low output section of the stack, the air flow rate is low and the humidification capacity is sufficient, while the humidification capacity is insufficient as the air flow rate increases in the high output section of the stack.

이에 본 발명에서는 스택의 고출력 구간 즉, 공기 유량이 많은 고유량 구간에서 주가습기의 가습 성능을 보조하여 스택의 요구 습도를 만족시킬 수 있도록 한다.Accordingly, the present invention assists the humidifying performance of the main humidifier in a high output section of the stack, that is, in a high flow rate section where the air flow rate is large, thereby satisfying the required humidity of the stack.

본 발명에 따른 연료전지용 가습보조장치는 공기블로워의 토출 공기압이 공급되는 공기 유로의 압력차를 이용함으로써 전력 손실을 발생시키는 기존의 가압펌프 등을 사용하지 않고 단순히 밸브를 사용하여 스택의 수소채널 배출수를 스택의 공기 입구로 순환시켜 가습 성능을 보조할 수 있도록 구성된다.The humidification auxiliary device for a fuel cell according to the present invention is a humidifying auxiliary device for a fuel cell which uses a pressure difference of an air flow path to which an air supply pressure of an air blower is supplied so as not to use a conventional pressure pump, Is circulated to the air inlet of the stack to assist the humidification performance.

도 2에는 본 발명에 따른 연료전지용 가습보조장치의 구성이 도시되어 있다.Fig. 2 shows a configuration of a humidifying assist system for a fuel cell according to the present invention.

도 2에 나타낸 바와 같이, 연료전지 스택(10)에는 스택의 수소채널에서 배출되는 배출수(수소채널 배출수)를 임시 저장하는 제1 저장탱크(11)가 연결되어 있다.As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 10 is connected with a first storage tank 11 for temporarily storing drain water (hydrogen channel drain water) discharged from the hydrogen channel of the stack.

상기 제1 저장탱크(11)에는 제1 배출수공급밸브(12)를 통해 제2 저장탱크(13)가 연결되어 있고, 제1 저장탱크(11)는 제1 배출수공급밸브(12)의 오픈시 저장해둔 수소채널 배출수를 수압에 의해 하부출구에서 배출하여 제2 저장탱크(13)에 공급하게 된다.The first storage tank 11 is connected to a second storage tank 13 through a first drain water supply valve 12 and the first storage tank 11 is connected to the first drain water supply valve 12 when the first drain water supply valve 12 is opened The stored hydrogen channel outlet water is discharged from the lower outlet by the water pressure and supplied to the second storage tank 13.

상기 제2 저장탱크(13)에는 공기블로워(14)와의 사이에 공기공급밸브(15)가 연결되어 있고, 또한 노즐부(16)와의 사이에 제2 배출수공급밸브(17)가 연결되어 있다. An air supply valve 15 is connected to the second storage tank 13 with the air blower 14 and a second discharge water supply valve 17 is connected to the nozzle unit 16.

이에 상기 공기공급밸브(15) 및 제2 배출수공급밸브(17)의 오픈시 공기공급밸브는 분기 공기 유로(23)를 개방하여 공기블로워(14)의 토출 공기압을 제2 저장탱크(13)에 공급되게 하고, 동시에 제2 배출수공급밸브(17)는 제2 배출수 유로(25)를 개방하여 공기블로워(14)의 토출 공기압에 의해 배출되는 제2 저장탱크(13)의 배출수를 노즐부에 공급되게 한다.When the air supply valve 15 and the second drain water supply valve 17 are open, the air supply valve opens the branch air passage 23 to discharge the discharge air pressure of the air blower 14 to the second storage tank 13 The second water discharge valve 17 opens the second water discharge passage 25 and supplies the water discharged from the second storage tank 13 discharged by the discharge air pressure of the air blower 14 to the nozzle unit .

즉, 공기공급밸브(15) 및 제2 배출수공급밸브(17)의 오픈시 공기블로워(14)의 토출 공기압은 공기공급밸브(15)를 통과하여 제2 저장탱크(13)에 공급되고, 동시에 상기 제2 저장탱크(13)의 수소채널 배출수는 공기블로워(14)의 토출 공기압에 의해 배출되어 제2 배출수공급밸브(17)를 통과하여 노즐부(16)에 공급된다.That is, the discharge air pressure of the air blower 14 at the time of opening the air supply valve 15 and the second water discharge valve 17 is supplied to the second storage tank 13 through the air supply valve 15, The hydrogen channel discharge water in the second storage tank 13 is discharged by the discharge air pressure of the air blower 14 and is supplied to the nozzle unit 16 through the second discharge water supply valve 17.

여기서 상기 공기공급밸브(15)는 공기블로워(14)와 제2 저장탱크(13) 사이에 연결된 분기 공기 유로(23)에 유로 개폐 가능하게 설치되고, 상기 제1 배출수공급밸브(12)는 제1 저장탱크(11)와 제2 저장탱크(12) 사이에 연결된 제1 배출수 유로(24)에 유로 개폐 가능하게 설치되며, 상기 제2 배출수공급밸브(17)는 제2 저장탱크(13)와 노즐부(16) 사이에 연결된 제2 배출수 유로(25)에 유로 개폐 가능하게 설치되어 구성된다.The air supply valve 15 is installed in the branch air passage 23 connected between the air blower 14 and the second storage tank 13 so as to be capable of opening and closing the oil passage. The second drainage water supply valve 17 is installed in the second storage tank 13 and the second storage tank 12 so as to be openable and closable to the first drainage passage 24 connected between the first storage tank 11 and the second storage tank 12, And a second drainage flow path (25) connected between the nozzle portions (16).

상기 분기 공기 유로(23)는 공기블로워(14)와 주가습기(18) 사이에 연결된 제1 공기 유로(21)에서 분기된 것으로, 주가습기(18)로 공급되는 공기블로워(14)의 토출 공기압을 일부 공급받아 공기공급밸브(15)를 통해 제2 저장탱크(13)에 공급가능하게 구성된다.The branch air passage 23 is branched from a first air passage 21 connected between the air blower 14 and the main humidifier 18 and is connected to the air blower 14 And can be supplied to the second storage tank 13 through the air supply valve 15.

상기 주가습기(18)의 후단과 연료전지 스택(10)의 공기 입구 사이에는 제2 공기 유로(22)가 연결되어 있으며, 상기 제2 공기 유로(22)에는 수소채널 배출수를 제2 공기 유로(22)에 분무해주는 노즐부(16)가 설치되어 있다.A second air passage 22 is connected between the rear end of the main humidifier 18 and the air inlet of the fuel cell stack 10. A hydrogen channel drain water is connected to the second air passage 22 22 for spraying the ink.

상기 노즐부(16)는 제2 배출수 유로(25)를 통해 제2 저장탱크(13)와 연결되어 구성되며, 제2 배출수 유로(25)의 제2 배출수공급밸브(17)를 통해 공급되는 제2 저장탱크(13)의 배출수를 공급받아 주가습기(18)와 스택(10)의 공기 입구 사이에 분무할 수 있게 설치된다.The nozzle unit 16 is connected to the second storage tank 13 through a second drain water passage 25 and is connected to the second drain water supply valve 17 through a second drain water supply valve 17 2 storage tank 13 so as to be sprayed between the main humidifier 18 and the air inlet of the stack 10.

상기 주가습기(18)는 연료전지 스택(10)의 공기 출구에서 배출되어 입력되는 습윤 공기와 공기블로워(14)로부터 공급되는 건조한 공급 공기 간에 수분교환을 통해 스택(10)으로 공급되는 공급 공기를 가습해주도록 구성된다.The main humidifier 18 supplies air supplied from the air outlet of the fuel cell stack 10 to the stack 10 through water exchange between wet air input from the air outlet and dry air supplied from the air blower 14 And humidified.

상기와 같이 구성되는 연료전지용 가습보조장치의 작동방식을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the humidification assistance device for a fuel cell will be described.

연료전지 차량에 사용되는 가스 대 가스 가습기는 내부 채널의 압력 강하로 인해 가습기 후단의 압력이 전단의 압력보다 낮아지게 된다. 상기 가습기 후단의 압력과 전단의 압력 간 차이는 시스템 구성에 따라 변경되나 통상 10kPa 이상의 압력차이가 발생하게 된다.The gas-to-gas humidifier used in fuel cell vehicles has a lower pressure at the rear end of the humidifier due to the pressure drop of the inner channel than the pressure at the front end. The difference between the pressure at the downstream end of the humidifier and the pressure at the front end is changed according to the system configuration, but a pressure difference of 10 kPa or more is generally generated.

이에 본 발명에서는 주가습기(18)의 전단과 후단에 연결되어 있는 제1 공기 유로(21)와 제2 공기 유로(22) 사이에 발생하는 압력차를 이용하여 스택(10)에서 배출되는 수소채널 배출수를 주가습기(18)의 후단(주가습기와 스택의 공기 입구 사이)에 분무해주는바, 다시 말해 주가습기(18)의 전단과 후단 간 압력차를 이용하여, 분기 공기 유로(23)를 통해 공급되는 공기블로워(14)의 토출 공기압을 (공기공급밸브를 통해) 제2 저장탱크(13)의 상부에 공급해주고, 동시에 제2 저장탱크(13)에서 배출되는 수소채널 배출수를 (제2 배출수공급밸브(17)를 통해) 노즐부(16)에 공급되게 한다.In the present invention, the pressure difference generated between the first air passage 21 and the second air passage 22, which are connected to the front end and the rear end of the main humidifier 18, The discharge water is sprayed to the rear end of the main humidifier 18 (between the main humidifier and the air inlet of the stack), that is, through the branch air passage 23 using the pressure difference between the front end and the rear end of the main humidifier 18 The supply air pressure of the supplied air blower 14 is supplied to the upper portion of the second storage tank 13 through the air supply valve and the hydrogen channel discharge water discharged from the second storage tank 13 (Via the supply valve 17) to the nozzle portion 16.

또한, 주가습기(18) 후단의 경우 고온의 공기를 배출하는 공기블로워(14)의 출구 측에 연결되어 있음으로 노즐부(16)를 통해 분무되는 수소채널 배출수는 높은 공기 온도에 의해 미립화되어 증발하게 된다. Further, in the case of the rear end of the main humidifier 18, since the outlet of the air blower 14 discharging high-temperature air is connected, the hydrogen channel outlet water sprayed through the nozzle unit 16 is atomized by the high air temperature, .

따라서 본 발명에서는 기존의 고압 인젝터 등을 사용하지 않고 단순히 스택의 공기 입구 전단에 수소채널 배출수를 분무해줌으로써 연료전지 스택으로 공급되는 공기의 온도 저감 및 가습 보조 효과를 얻을 수 있다.Therefore, in the present invention, the hydrogen channel outlet water is sprayed to the front end of the air inlet of the stack without using the conventional high-pressure injector, so that the temperature reduction and humidification assist effect of the air supplied to the fuel cell stack can be obtained.

스택의 저출력 구간 혹은 저유량 구간에서는 공기 유량이 적음으로 상대적으로 가습 용량이 충분하고, 스택의 고출력 구간 혹은 고유량 구간에서는 공기 유량이 증가하는 만큼 가습 용량이 부족하게 되므로, 스택의 고유량 구간에서만 선택적으로 주가습기의 가습 성능을 보조하도록 작동하는 것이 효율적이다.In the low output section or the low flow section of the stack, the humidification capacity is sufficient due to the low air flow rate, and the humidification capacity becomes insufficient as the air flow increases in the high output section or the high flow section of the stack. Optionally, it is efficient to operate to assist the humidification performance of the primary humidifier.

이에 본 발명의 가습보조장치는 스택의 저유량 구간과 고유량 구간에서 공기공급밸브(15)와 제1 및 제2 배출수공급밸브(12,17)의 온/오프 동작을 제어하여 주가습기(18)의 가습 성능을 선택적으로 보조한다.The humidifying assist system of the present invention controls the on / off operation of the air supply valve 15 and the first and second water discharge valves 12 and 17 in the low flow rate section and the high flow rate section of the stack, ) To selectively assist the humidification performance.

도 2를 참조로 하면, 스택의 저유량 구간에서는 공기공급밸브(15)와 제2 배출수공급밸브(17)를 클로즈하고 제1 배출수공급밸브(12)를 오픈하여 제2 저장탱크(13)에 수소채널 배출수를 저장하고, 스택의 고유량 구간에서는 제1 배출수공급밸브(12)를 클로즈하여 연료전지 스택(10)의 수소채널로의 역류를 방지하면서 제2 배출수공급밸브(17)와 공기공급밸브(15)를 동시에 오픈하여 제1 및 제2 공기 유로(21,22) 간의 압력차를 이용하여 주가습기(18)의 후단의 노즐부(16)까지 수소채널 배출수를 공급되게 한다.2, the air supply valve 15 and the second drain water supply valve 17 are closed and the first drain water supply valve 12 is opened to open the second storage tank 13 And the first drain water supply valve 12 is closed to prevent back flow of the fuel cell stack 10 to the hydrogen channel while the second drain water supply valve 17 and the air supply The valve 15 is simultaneously opened to supply the hydrogen channel drain water to the nozzle unit 16 at the rear end of the main humidifier 18 using the pressure difference between the first and second air channels 21 and 22. [

가습 보조 구간 즉, 스택의 고유량 구간에서는 제1 저장탱크(11)에 수소채널 배출수를 수집하여 임시 저장하고, 다음 저유량 구간에서 제1 배출수공급밸브(12)가 오픈되면 제2 저장탱크(13)로 수소채널 배출수를 이동시켜 주가습기(18)의 가습 성능을 보조하는데 사용한다.In the humidifying auxiliary section, that is, in the high flow rate section of the stack, the hydrogen channel drainage water is collected and temporarily stored in the first storage tank 11, and when the first drainage supply valve 12 is opened in the next low flow rate section, 13 to move the hydrogen channel effluent to assist the humidifier 18 in humidifying performance.

다시 말해, 주가습기(18)의 가습 성능이 소정의 가습요구량 이상인 경우 제2 저장탱크(13)와 공기블로워(14) 사이에 연결된 공기공급밸브(15) 및 상기 제2 저장탱크(13)와 노즐부(16) 사이에 연결된 제2 배출수공급밸브(17)를 클로즈하는 동시에 제1 저장탱크(11)와 제2 저장탱크(13) 사이에 연결된 제1 배출수공급밸브(12)를 오픈하여 상기 제1 저장탱크(11)의 배출수를 제2 저장탱크(13)로 공급되게 하고, 주가습기(18)의 가습 성능이 가습요구량 이하인 경우 제1 저장탱크(11)와 제2 저장탱크(13) 사이에 연결된 제1 배출수공급밸브(12)를 클로즈하는 동시에 제2 저장탱크(13)와 공기블로워(14) 사이에 연결된 공기공급밸브(15) 및 상기 제2 저장탱크(13)와 노즐부(16) 사이에 연결된 제2 배출수공급밸브(17)를 오픈하여 상기 제2 저장탱크(13)의 배출수를 노즐부(16)로 공급되게 한다.In other words, the air supply valve 15 connected between the second storage tank 13 and the air blower 14 and the second storage tank 13 when the humidifying performance of the main humidifier 18 is equal to or higher than the predetermined humidification requirement The second drain water supply valve 17 connected between the nozzle units 16 is closed and the first drain water supply valve 12 connected between the first storage tank 11 and the second storage tank 13 is opened, The drainage of the first storage tank 11 is supplied to the second storage tank 13 and when the humidification performance of the main humidifier 18 is equal to or lower than the humidification requirement amount, the first storage tank 11 and the second storage tank 13, An air supply valve 15 connected between the second storage tank 13 and the air blower 14 while closing the first discharge water supply valve 12 connected between the second storage tank 13 and the nozzle unit 16) to open the second drain water supply valve (17) to supply the drainage of the second storage tank (13) to the nozzle unit .

상기와 같은 스택의 저유량 및 고유량 구간은 시스템 구성에 따라 다르게 설정할 수 있으며, 또한 가습기 용량에 따라서도 달라질 수 있다. The low flow rate and high flow rate interval of the stack can be set differently according to the system configuration, and can also be changed depending on the capacity of the humidifier.

상기의 주가습기(18)와 같이 수분교환을 통해 가습하는 가습기는 통상 공기 유량이 증가함에 따라 가습 성능이 감소하게 되므로, 도 3에 나타낸 바와 같이 소정의 가습요구량보다 가습기 성능(혹은 용량)이 부족해지는 시점에 가습보조 작동을 개시하여, 다시 말해 제1 배출수공급밸브(12)를 클로즈하고 공기공급밸브(15)와 제2 배출수공급밸브(17)를 오픈하여 수소채널 배출수를 노즐부(16)에 공급하여, 주가습기(18)의 가습 용량을 보조한다.The humidifying performance of the humidifier is generally reduced as the air flow rate is increased, because the humidifier performance (or capacity) is less than the predetermined humidification requirement, as shown in FIG. 3, The first water discharge valve 12 is closed and the air supply valve 15 and the second water discharge valve 17 are opened to discharge the hydrogen channel discharge water to the nozzle unit 16, So as to assist the humidifying capacity of the main humidifier 18.

본 발명에 따른 가습보조장치에 의한 가습보조 과정은, 연료전지 스택(10)의 수소채널에서 배출되는 배출수를 제1 저장탱크(11)에 수집하여 임시 저장하는 과정; 제1 배출수공급밸브(12)를 오픈하여 상기 제1 저장탱크(11)의 수소채널 배출수를 제2 저장탱크(13)로 공급하는 과정; 공기공급밸브(15)를 오픈하여 공기블로워(14)의 토출 공기압을 제2 저장탱크(13)에 공급하는 동시에 제2 배출수공급밸브(17)를 오픈하여 상기 제2 저장탱크(13)의 배출수를 제2 배출수 유로(25)를 통해 노즐부(16)에 공급하는 과정;을 포함하여 이루어질 수 있다.The humidification assistance process by the humidifying assist device according to the present invention comprises the steps of collecting and temporarily storing the discharge water discharged from the hydrogen channel of the fuel cell stack 10 in the first storage tank 11; Opening the first drain water supply valve 12 to supply the hydrogen channel drain water of the first storage tank 11 to the second storage tank 13; The air supply valve 15 is opened so that the discharge air pressure of the air blower 14 is supplied to the second storage tank 13 and the second discharge water supply valve 17 is opened to discharge the discharge water of the second storage tank 13 To the nozzle unit (16) through the second drainage flow path (25).

이때 상기 각 밸브의 작동은 스택에 공급되는 공기 유량에 따라 달라지며, 다시 말해 스택의 저유량 구간 및 고유량 구간에서 각기 달라진다.At this time, the operation of each of the valves varies depending on the air flow rate supplied to the stack, that is, the low flow rate range and the high flow rate range of the stack.

상기의 노즐부(16)로 공급된 수소채널 배출수는 주가습기(18)에서 배출되어 스택의 공기 입구로 유입되는 공기에 혼입되어 스택(10)으로 공급되게 된다.The hydrogen channel effluent supplied to the nozzle unit 16 is discharged from the main humidifier 18 and mixed with air introduced into the air inlet of the stack to be supplied to the stack 10.

한편, 상기 노즐부(16)를 통해 제2 공기 유로(22)에 공급되는 수소채널 배출수의 추가적인 미립화가 필요한 경우 노즐부를 다음과 같이 형성할 수 있다.Meanwhile, when the hydrogen channel drainage water supplied to the second air flow path 22 through the nozzle unit 16 is required to be further atomized, the nozzle unit can be formed as follows.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐부를 나타낸 것으로, 제2 공기 유로에 설치되는 노즐부를 슬링거 노즐 타입으로 적용한 형태가 도시되어 있다.FIG. 4 illustrates a nozzle unit according to an embodiment of the present invention, in which a nozzle unit installed in the second air channel is applied as a slinger nozzle type.

도 4에 나타낸 바와 같이, 전술한 노즐부(16)는 공급받은 수소채널 배출수를 고속 회전에 의한 원심력을 통해 미립화하여 분무가능한 슬링거 노즐(30)로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4, the nozzle unit 16 described above can be formed into a sprayable slinger nozzle 30 by atomizing the supplied hydrogen channel discharge water through centrifugal force by high-speed rotation.

이를 위해, 노즐부(16)가 설치되는 제2 공기 유로(22)의 중앙에 슬링거 노즐(30)이 장착가능한 설치공간을 형성하고, 상기 설치공간의 외곽으로 공기 유동이 발생하도록 제2 공기 유로(22)를 형성하여, 상기 설치공간에 장착된 슬링거 노즐(30)에서 분사되는 수분(수소채널 배출수)이 제2 공기 유로(22)를 통과하는 공기(주가습기에서 가습된 공기)에 혼입될 수 있도록 한다.For this purpose, an installation space is formed at the center of the second air passage 22 in which the nozzle unit 16 is installed, and a sludge nozzle 30 is installed in the center of the second air passage 22, (Hydrogen channel drainage water) injected from the slinger nozzle 30 mounted in the installation space is mixed with air (air humidified by the main humidifier) passing through the second air flow passage 22 .

도 4에 보이듯이, 상기 슬링거 노즐(30)은 고속모터(31)의 구동에 의해 회전하는 회전축(32)에 장착되어 회전축(32)과 함께 회전하게 구성된다.As shown in FIG. 4, the slinger nozzle 30 is mounted on a rotating shaft 32 rotated by the driving of the high-speed motor 31 and is configured to rotate together with the rotating shaft 32.

슬링거 노즐(30)은 원형판 형태로 마련되며, 내측에 원형의 분사홈(30a)이 형성되고, 분사홈(30a)에는 분사홈(30a)을 관통하는 다수의 미세홀(30b)이 형성되어 공급로(미도시)를 통해 공급되는 수분(수소채널 배출수)이 공기중으로 분사될 수 있도록 한다.The slinger nozzle 30 is provided in the shape of a circular plate and has a circular injection groove 30a formed inside and a plurality of fine holes 30b penetrating the injection groove 30a are formed in the injection groove 30a, Water (hydrogen channel effluent) supplied through a pipe (not shown) can be injected into the air.

이때 수분이 배출되는 상기 공급로의 일측은 슬링거 노즐(30)의 분사홈(30a) 근처에 위치하되 분사홈(30a)을 향해 형성됨으로써, 공급로에서 배출된 수분이 슬링거 노즐(30)의 회전시 분사홈(30a)에 형성된 복수 개의 미세홀(30b)을 통해 상승 분사될 수 있도록 한다.At this time, one side of the supply path through which moisture is discharged is located near the injection groove 30a of the slinger nozzle 30, and is formed toward the injection groove 30a, so that the moisture discharged from the supply path is transferred to the rotation of the slinger nozzle 30 So that it can be injected upward through the plurality of fine holes 30b formed in the jetting groove 30a.

상기 공급로는 타측이 제2 배출수 유로(25)에 연결됨으로 제2 저장탱크(13)에서 배출되는 수소채널 배출수를 공급받을 수 있게 구성된다.The other side of the supply path is connected to the second drainage flow path 25 so that the hydrogen channel drainage water discharged from the second storage tank 13 can be supplied.

상기 미세홀(30b)을 통해 분사된 수분은 슬링거 노즐(30) 외곽에 제2 공기 유로(22)에 흐르는 공기(주가습기에서 가습된 공기)에 혼입되어 스택(10)의 공기 입구 측으로 토출된다.The water sprayed through the fine holes 30b is mixed with the air flowing in the second air flow path 22 (humidified by the main humidifier) to the outside of the slinger nozzle 30 and discharged to the air inlet side of the stack 10 .

또한, 전술한 노즐부(16)는 공급받은 수소채널 배출수를 초음파 진동을 통해 가진시킴으로 미립화하여 분무가능한 초음파 진동자를 이용한 분무수단으로 형성될 수 있다.In addition, the nozzle unit 16 described above can be formed as atomizing means using atomizing ultrasonic vibrators by atomizing the supplied hydrogen channel effluent through ultrasonic vibration.

도면으로 나타내지는 않았으나, 상기 분무수단은 초음파 가습장치 등에 일반적으로 적용되는 초음파 진동자를 이용하여 수분(수소채널 배출수)을 가진시켜 미립화한 형태로 분사하는 분무장치 또는 가습장치로 형성될 수 있다.
Although not shown in the drawings, the atomizing means may be a spraying device or a humidifying device that emits water (hydrogen channel drain water) using an ultrasonic vibrator generally used in an ultrasonic humidifying device or the like and emits the water into an atomized form.

10 : 연료전지 스택
11 : 제1 저장탱크
12 : 제1 배출수공급밸브
13 : 제2 저장탱크
14 : 공기블로워
15 : 공기공급밸브
16 : 노즐부
17 : 제2 배출수공급밸브
18 : 주가습기
21 : 제1 공기 유로
22 : 제2 공기 유로
23 : 분기 공기 유로
24 : 제1 배출수 유로
25 : 제2 배출수 유로
30 : 슬링거 노즐
31 : 고속모터10: Fuel cell stack
11: First storage tank
12: First drainage water supply valve
13: Second storage tank
14: Air blower
15: air supply valve
16:
17: Second drainage water supply valve
18: State humidifier
21: First air passage
22: a second air passage
23: branch air flow
24: the first drain water channel
25: the second drain water channel
30: Slinger nozzle
31: High-speed motor

Claims

A second storage tank in which the hydrogen channel discharge water of the fuel cell stack is stored;
An air supply valve connected between the second storage tank and the air blower for controlling the discharge air pressure of the air blower supplied to the second storage tank;
A second effluent supply valve connected between the second storage tank and the nozzle unit for controlling the flow of the hydrogen channel effluent of the second storage tank supplied to the nozzle unit;
A nozzle unit connected between the rear end of the main humidifier and the air inlet of the stack to spray the supplied hydrogen channel drain water therebetween;
Wherein the fuel cell is a fuel cell.

The method according to claim 1,
The first storage tank is connected to the second storage tank through a first drain water flow path provided with a first drain water supply valve. The first storage tank temporarily stores drain water discharged from the hydrogen channel of the fuel cell stack, 1 drain water supply valve to the second storage tank.

The method according to claim 1,
Wherein the air supply valve is openably and closably provided in a branch air flow path branched from a first air flow path between the air blower and the main humidifier and the second discharge water supply valve is connected to the second discharge water And an oil supply opening / closing member installed in the oil supply opening.

The method according to claim 1,
Wherein the nozzle unit comprises a slinger nozzle capable of atomizing the supplied hydrogen channel effluent through a centrifugal force by high-speed rotation and spraying.

The method according to claim 1,
Wherein the nozzle unit comprises atomizing means using an ultrasonic vibrator capable of spraying atomized hydrogen by discharging supplied hydrogen channel water through ultrasonic vibration.

Opening a first drain water supply valve connected between the first storage tank and the second storage tank and supplying hydrogen channel drain water from the first storage tank to the second storage tank;
An air supply valve connected between the second storage tank and the air blower is opened to supply the discharge air pressure of the air blower to the second storage tank and a second discharge water supply valve connected between the second storage tank and the nozzle unit And allowing the hydrogen channel outlet water of the second storage tank to be supplied to the nozzle unit;
And a second humidifying unit for humidifying the fuel cell.

The method of claim 6,
Wherein the air supply valve and the second water discharge valve open the air flow path when the humidification performance of the main humidifier is equal to or less than a predetermined humidification required amount.

The method of claim 6,
Wherein the step of supplying the hydrogen channel drain water to the nozzle unit collects and stores the hydrogen channel drain water in the first storage tank.

The method of claim 6,
Wherein the nozzle unit sprays the supplied hydrogen channel effluent water between a rear end of the main humidifier and an air inlet of the stack.

The method of claim 6,
In the step of supplying the hydrogen channel drain water to the second storage tank, an air supply valve connected between the second storage tank and the air blower and a second drain water supply valve connected between the second storage tank and the nozzle unit are closed Wherein the fuel cell is a fuel cell.

The method of claim 6,
Wherein the step of supplying the hydrogen channel drain water to the nozzle unit closes the first drain water supply valve connected between the first storage tank and the second storage tank.