KR101518926B1 - Humidification device for fuel cell and operation method of the same - Google Patents

Humidification device for fuel cell and operation method of the same Download PDF

Info

Publication number
KR101518926B1
KR101518926B1 KR1020130148731A KR20130148731A KR101518926B1 KR 101518926 B1 KR101518926 B1 KR 101518926B1 KR 1020130148731 A KR1020130148731 A KR 1020130148731A KR 20130148731 A KR20130148731 A KR 20130148731A KR 101518926 B1 KR101518926 B1 KR 101518926B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
humidifying
air
switching unit
cell stack
Prior art date
Application number
KR1020130148731A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이현재
김현유
이종현
안득균
Original Assignee
현대자동차 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 현대자동차 주식회사 filed Critical 현대자동차 주식회사
Priority to KR1020130148731A priority Critical patent/KR101518926B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101518926B1 publication Critical patent/KR101518926B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • 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

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

Abstract

A humidifier for a fuel cell is disclosed. The disclosed humidifier for a fuel cell comprises: i) a housing which is connected to an air blower through an air supplying line; ii) a first humidification switching unit which is partitioned as at least one first area inside the housing, and connected to an air inlet of a fuel cell stack; iii) a second humidification switching unit which is partitioned as at least one second area inside the housing, and connected to an air outlet of the fuel cell stack; iv) a main valve which is installed in the air supplying line at the rear end of the air blower, and selectively opens the first and second humidification switching units; v) a first sub valve which is installed in a discharge line connected to the second humidification switching unit; and vi) a second sub valve which is installed in a detour line for connecting the first humidification switching unit and the discharge line at the rear end of the first sub valve.

Description

연료 전지용 가습 장치 및 그의 운전 방법 {HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL AND OPERATION METHOD OF THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a humidifying device for a fuel cell,

본 발명의 실시예는 연료전지 차량의 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지로 공급되는 반응 기체를 가습하기 위한 연료전지용 가습 장치 및 그의 운전 방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a fuel cell system of a fuel cell vehicle, and more particularly, to a humidification device for a fuel cell for humidifying a reactive gas supplied to a fuel cell and a method of operating the same.

일반적으로, 연료전지 시스템은 연료전지로 공기와 수소를 공급하여 그 연료 전지에 의한 수소와 산소의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다.Generally, a fuel cell system is a kind of power generation system that supplies air and hydrogen to a fuel cell and generates electrical energy as an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen by the fuel cell.

예를 들면, 연료 전지 시스템은 연료 전지 발전소 또는 공공 주택이나 공장 등에서 전력을 생산하며, 차량, 선박, 기차, 비행기 등에서 전기 모터와 같은 구동원을 구동시키는데 사용하고 있다. 특히 연료전지 차량은 연료전지 시스템을 통해 발생되는 전기 에너지로서 전기 모터를 작동시키고 그 작동력으로서 차량을 구동시킨다.For example, a fuel cell system generates electricity in a fuel cell power plant or a public house or a factory, and is used to drive a drive source such as an electric motor in a vehicle, a ship, a train, an airplane, or the like. In particular, a fuel cell vehicle operates an electric motor as electric energy generated through a fuel cell system and drives the vehicle as its operating force.

연료전지 시스템은 연료전지들이 적층된 스택, 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급장치, 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급장치 그리고 스택의 반응열을 시스템 외부로 제거하고 스택의 운전 온도를 제어하는 열/물 관리 장치를 구비하고 있다.The fuel cell system includes a stack of fuel cells, a hydrogen supply unit for supplying hydrogen to the stack, an air supply unit for supplying air to the stack, a heat / water removing unit for removing the reaction heat of the stack from the outside of the system, And a management device.

그리고, 고분자 연료 전지의 경우 이의 작동을 위해서는 반드시 수분이 필요하며, 이를 위해 연료전지 시스템에는 스택으로 공급되는 공기를 가습하는 가습장치를 구비하고 있다.In the case of a polymer fuel cell, moisture is necessary for its operation. To this end, the fuel cell system is provided with a humidifier for humidifying the air supplied to the stack.

여기서, 공기 공급장치는 고전압의 배터리로부터 전원을 인가받아 구동하며 대기 중의 공기를 연료전지 스택으로 공급하는 공기 블로워를 구비하고 있다.Here, the air supply device includes an air blower which is driven by receiving a power from a high-voltage battery and supplies air in the atmosphere to the fuel cell stack.

한편, 연료전지 시스템을 채용한 연료전지 차량의 상용화를 위해서는 내연기관 자동차의 엔진에 해당하는 연료전지 스택의 내구성 확보가 가장 중요하다. 연료전지 스택의 내구성 확보를 위해서는 핵심부품인 막-전극 어셈블리(MEA)의 수화도 조절이 가장 중요한데 이러한 막-전극 어셈블리(MEA)의 수화도 조절은 가습장치 및 공기 공급장치(공기 블로워) 등의 작동을 통해 이루어진다.On the other hand, in order to commercialize a fuel cell vehicle employing a fuel cell system, it is most important to secure the durability of the fuel cell stack corresponding to the engine of the internal combustion engine vehicle. In order to ensure the durability of the fuel cell stack, it is most important to control the degree of hydration of the membrane-electrode assembly (MEA), which is a core component. The control of the hydration degree of the membrane-electrode assembly (MEA) Operation.

이 중에서 가습장치는 가스 투 가스(gas to gas) 방식의 막 가습 구조를 주로 채용되는데, 이러한 가스 투 가스 방식의 가습장치는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 공기 중의 수분을 이용하여 공기 공급장치로부터 공급되는 공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지의 공기극으로 공급한다.Among these, the humidifying device mainly employs a gas-to-gas humidifying structure. The humidifying device of the gas-to-gas type humidifies the humidified air using the moisture in the high temperature and high humidity air discharged from the air electrode of the fuel cell, Humidifies the air supplied from the apparatus, and supplies the humidified air to the air electrode of the fuel cell.

도 1은 일반적인 연료전지용 가습장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도로서, 일반적인 가습장치(200)는 공기 공급라인(101)을 통해 연결되며, 연료전지 스택(103)의 공기 주입부 및 공기 배출부와 연결된다.FIG. 1 is a block diagram schematically showing a general humidifier for a fuel cell. The general humidifier 200 is connected through an air supply line 101, and is connected to an air injection unit of the fuel cell stack 103, Lt; / RTI >

여기서, 공기 공급라인(101)에는 대기 중의 공기(공급 공기)를 가습장치(200)로 공급하기 위한 공기 공급장치로서의 공기 블로워(105)가 설치되며, 그 공기 블로워(105)의 전단 측 공기 공급라인(101)과 가습장치(200)의 배기라인(111)에는 공기 차단밸브(107)가 각각 설치된다. 그리고, 가습장치(200)의 배기라인(111)에서 공기 차단밸브(107)의 전단 측에는 배압 조절밸브(109)가 설치된다. 공기 차단밸브(107)는 운전 중에 개방된 상태로 외기 흡입 및 연료전지 스택(103)의 배출 공기를 배출하며, 배압 조절밸브(109)는 연료전지 스택(103) 내부의 운전 압력을 조절한다.The air supply line 101 is provided with an air blower 105 as an air supply device for supplying air in the atmosphere (supply air) to the humidifier 200, An air shutoff valve 107 is installed in the line 101 and the exhaust line 111 of the humidifier 200, respectively. A back pressure regulating valve 109 is provided at the front end side of the air shutoff valve 107 in the exhaust line 111 of the humidifying device 200. The air shutoff valve 107 discharges the air sucked in the open state and the exhaust air of the fuel cell stack 103 while the operation is in operation and the back pressure regulating valve 109 regulates the operating pressure inside the fuel cell stack 103.

따라서, 공기 블로워(105)에 의해 흡입된 공기(공급 공기)를 공기 공급라인(101)을 통해 가습장치(200)로 공급하고, 연료전지 스택(103)으로부터 배출되는 고온 다습한 습윤 공기를 가습장치(200)로 공급하게 되면, 습윤 공기 중의 수분으로 공급 공기를 막 가습하며 그 가습된 공기를 연료전지 스택(103)으로 공급하고, 수분이 제거된 습윤 공기는 가습장치(200)의 배기라인(111)을 통해 배출된다.Therefore, the air sucked by the air blower 105 (supply air) is supplied to the humidifier 200 through the air supply line 101, and the humidified humid air discharged from the fuel cell stack 103 is humidified The humidified air is supplied to the fuel cell stack 103, and the humidified air, from which moisture has been removed, is supplied to the exhaust line of the humidifier 200 (Not shown).

그런데, 이와 같은 가습장치(200)에서는 연료전지 스택(103)의 저전류 연속/장기 운전 후의 중/고 출력 인가 시 연료전지 스택(103) 내의 수분량 부족으로 인해 연료전지 스택(103)의 출력이 저하되거나 셀 전압의 편차가 증가할 수 있다.In this humidifier 200, the output of the fuel cell stack 103 is lower than the output of the fuel cell stack 103 due to the lack of water in the fuel cell stack 103 when the medium / high output power is applied after the low- Or the deviation of the cell voltage may increase.

또한, 종래 기술에서는 연료전지 스택(103)의 운전 종료 후 재시동 사이에 연료전지 스택(103)의 내부에 잔류하는 수분 및 외부 공기와 내부 수소와의 반응으로 생성된 수분이 가습장치(200) 측으로 이동하여 축적되므로, 연료전지 스택(103) 내부의 드라이-아웃에 의한 성능 열화가 발생할 수 있다.In the prior art, the moisture remaining in the fuel cell stack 103 and the moisture generated by the reaction between the external air and the internal hydrogen during the restart after the operation of the fuel cell stack 103 is supplied to the humidifier 200 Performance degradation due to dry-out in the fuel cell stack 103 may occur.

본 발명의 실시예들은 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경 조건에서 수분이 포함된 수분을 효율적으로 연료전지 스택에 제공할 수 있도록 한 연료전지용 가습장치 및 그의 운전 방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a humidification apparatus for a fuel cell and a method of operating the humidification apparatus for efficiently providing moisture containing moisture in a fuel cell stack in a dry-out environment condition of the fuel cell stack.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치는 ⅰ)공기 공급라인을 통해 공기 블로워와 연결되는 하우징과, ⅱ)상기 하우징의 내부에 적어도 하나의 제1 영역으로 구획 형성되며, 연료전지 스택의 공기 유입 측과 연결되는 제1 가습 전환부와, ⅲ)상기 하우징의 내부에 적어도 하나의 제2 영역으로 구획 형성되며, 연료전지 스택의 공기 배출 측 연결되는 제2 가습 전환부와, ⅳ)상기 공기 블로워의 후단 측에서 상기 공기 공급라인에 설치되며, 상기 제1 및 제2 가습 전환부를 선택적으로 개방하는 메인 밸브와, ⅴ)상기 제2 가습 전환부와 연결된 배기 라인에 설치되는 제1 서브 밸브와, ⅵ)상기 제1 서브 밸브의 후단 측에서 상기 제1 가습 전환부와 배기 라인을 연결하는 우회 라인에 설치되는 제2 서브 밸브를 포함할 수 있다.The humidification device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: a housing connected to an air blower through an air supply line; ii) at least one first area defined in the housing; A first humidification switching unit connected to an inlet side of the fuel cell stack, iii) a second humidification switching unit formed in at least one second region inside the housing and connected to the air discharge side of the fuel cell stack, iv) A main valve provided on the air supply line at a rear end side of the blower for selectively opening the first and second humidification switching units, and v) a first sub valve provided in an exhaust line connected to the second humidification switching unit , And a second sub-valve installed in a bypass line connecting the first humidification switching unit and the exhaust line at a rear end side of the first sub-valve.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 가습 전환부는 상기 제1 및 제2 영역이 상기 하우징의 내부에서 각각 하나의 영역으로 구획 형성될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the first and second humidifying / deactivating units may be divided into a first area and a second area inside the housing.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치에 있어서, 상기 메인 밸브는 "ㄴ" 형태의 판형으로 이루어질 수 있다.Further, in the humidifying device for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the main valve may be formed in a plate shape of "b"

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치에 있어서, 상기 메인 밸브는 반원 상의 판형으로 이루어질 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the main valve may be formed in a semicircular plate shape.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 가습 전환부는 상기 제1 및 제2 영역이 상기 하우징의 내부에서 각각 두 개의 영역으로 구획 형성될 수 있다.In the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the first and second humidification switching units may be divided into two regions in the interior of the housing.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 영역은 하우징의 내부에 각각 크로스 방향으로 배치될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the first and second regions may be arranged in the cross direction in the interior of the housing.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치에 있어서, 상기 메인 밸브는 서로 반대 방향으로 이동하며 상기 제1 및 제2 가습 전환부를 선택적으로 개방하는 한 쌍의 셔터로 이루어질 수 있다.In addition, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the main valve may be composed of a pair of shutters that move in opposite directions to each other and selectively open the first and second humidification switching units.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습장치의 운전 방법은, 연료전지 스택의 정상 운전 시, 메인 밸브를 통해 제1 가습 전환부를 개방하고 제2 가습 전환부를 폐쇄하며, 제1 서브 밸브를 통해 배기 라인을 개방하고, 제2 서브 밸브를 통해 우회 라인을 폐쇄하며, 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경에서, 상기 메인 밸브를 통해 상기 제1 가습 전환부를 폐쇄하고 제2 가습 전환부를 개방하며, 상기 제1 서브 밸브를 통해 배기 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 서브 밸브를 통해 우회 라인을 개방할 수 있다.In the method of operating the humidification apparatus for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, when the fuel cell stack operates normally, the first humidification switching unit is opened through the main valve, the second humidification switching unit is closed, Closing the bypass line through the second sub-valve, closing the first humidification switching unit through the main valve and opening the second humidification switching unit in the dry-out environment of the fuel cell stack, The exhaust line may be closed through the first sub-valve, and the bypass line may be opened through the second sub-valve.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습장치의 운전 방법에 있어서, 상기 연료전지 스택의 정상 운전 시, 상기 제1 가습 전환부는 공기 블로워를 통해 공급되는 공급 공기가 유입되는 피가습부로 이루어지며, 상기 제2 가습 전환부는 연료전지 스택에서 배출되는 배출 공기가 유입되는 가습부로 이루어질 수 있다.Further, in the operation method of the humidifier for the fuel cell according to the embodiment of the present invention, when the fuel cell stack is operated normally, the first humidifying / switching unit is a humidifying unit into which the supply air supplied through the air blower flows And the second humidifying / switching unit may include a humidifier unit into which the exhaust air discharged from the fuel cell stack flows.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습장치의 운전 방법에 있어서, 상기 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경에서, 상기 제1 가습 전환부는 연료전지 스택에서 배출되는 배출 공기가 유입되는 가습부로 이루어지며, 상기 제2 가습 전환부는 공기 블로워를 통해 공급되는 공급 공기가 유입되는 피가습부로 이루어질 수 있다.In the dry-out environment of the fuel cell stack, the first humidification switching unit may include a humidifying unit into which the discharged air discharged from the fuel cell stack flows, And the second humidifying / switching unit may be a humidifying unit into which the supply air supplied through the air blower flows.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습장치의 운전 방법은, 상기 연료전지 스택의 정상 운전 시, 공기 블로워를 통해 상기 제1 가습 전환부로 공급 공기를 공급하고, 연료전지 스택에서 배출되는 배출 공기를 상기 제2 가습 전환부로 공급하며, 상기 제2 가습 전환부에서 제1 가습 전환부로 수분이 이동된 상기 배출 공기를 상기 배기 라인을 통해 배출할 수 있다.The operation method of the humidifying apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention may further include supplying air to the first humidification switching unit through an air blower during normal operation of the fuel cell stack, The discharge air is supplied to the second humidifying / switching unit, and the discharge air, to which the moisture has been transferred from the second humidification / reduction unit to the first humidifying / switching unit, can be discharged through the discharge line.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습장치의 운전 방법에 있어서, 상기 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경에서는 공기 블로워를 통해 상기 제2 가습 전환부로 공급 공기를 공급하고, 연료전지 스택의 배출 측으로 공급 공기를 공급하며, 연료전지 스택의 유입 측으로부터 배출된 배출 공기를 상기 제1 가습 전환부로 공급하고, 상기 제1 가습 전환부에서 제2 가습 전환부로 수분이 이동된 연료전지 스택의 배출 공기를 상기 우회 라인 및 배기 라인을 통해 배출할 수 있다.In the method of operating the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, in the dry-out environment of the fuel cell stack, supply air is supplied to the second humidification switching unit through an air blower, Wherein the supply air is supplied to the discharge side of the fuel cell stack, the discharge air discharged from the inlet side of the fuel cell stack is supplied to the first humidification switching unit, and the discharge Air can be discharged through the bypass line and the exhaust line.

본 발명의 실시예들은 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경 조건에서 정상 운전 조건 시 제1 및 제2 가습 전환부의 피가습부와 가습부를 일시적으로 전환시킴으로써 수분이 포함된 공기를 효율적으로 연료전지 스택에 제공할 수 있다.The embodiments of the present invention temporarily switch the humidifying section and the humidifying section of the first and second humidifying switching sections in the normal operation condition in the dry-out environment condition of the fuel cell stack, .

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택의 드라이-아웃 발생 시 및 드라이-아웃 방지 시 제1 및 제2 가습 전환부의 피가습부와 가습부를 일시적으로 전환함으로써 연료전지 스택의 출력이 저하되거나 성능 열화가 발생하고, 셀 전압의 편차가 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로는 연료전지 스택의 출력 안정성을 확보할 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, when the dry-out and the dry-out of the fuel cell stack are prevented, the output of the fuel cell stack is deteriorated or deteriorated by temporarily switching the humidifying section and the humidifying section of the first and second humidifying / It is possible to prevent deterioration and increase in the deviation of the cell voltage. As a result, the output stability of the fuel cell stack can be ensured.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 일반적인 연료전지용 가습 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치에 적용되는 메인 밸브를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.These drawings are for the purpose of describing an exemplary 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 block diagram schematically showing an example of a general humidifier for a fuel cell.
2 is a block diagram schematically showing the configuration of a humidification apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a main valve applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the operation of the humidifier for a fuel cell according to the embodiment of the present invention.
5 is a block diagram schematically showing a configuration of a humidifier for a fuel cell according to another 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 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.2 is a block diagram schematically showing the configuration of a humidification apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치(100)는 수소로서의 연료와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 2, a humidifier 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention can be applied to a fuel cell system that generates electrical energy by electrochemical reaction between fuel as hydrogen and air as oxidant.

예를 들면, 상기 연료 전지 시스템은 연료전지들의 집합체 구조인 연료전지 스택(1)과, 연료전지 스택(1)으로 수소를 공급하는 수소 공급장치(도면에 도시되지 않음)와, 연료전지 스택(1)으로 공기를 공급하기 위한 공기 블로워(3)를 구비하고 있다.For example, the fuel cell system includes a fuel cell stack 1 as an aggregate structure of fuel cells, a hydrogen supply device (not shown in the figure) for supplying hydrogen to the fuel cell stack 1, 1 for supplying air to the air blower 3.

여기서, 상기 연료전지(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.

연료전지의 공기극에서는 고온 다습한 습윤 공기(이하에서는 편의 상 "배출 공기" 라고 한다)를 배출하며, 연료극에서는 미반응 수소로서의 고온 다습한 수소를 배출한다.In the air electrode of the fuel cell, hot and humid wetted air (hereinafter referred to as "discharged air" for convenience) is discharged, and hot and humid hydrogen as unreacted hydrogen is discharged from the fuel electrode.

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.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치(100)는 가스 투 가스 방식의 막 가습기로서 구성되며, 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 배출 공기의 수분을 이용하여, 공기 블로워(3)를 통해 제공되는 공기(이하에서는 편의 상 "공급 공기" 라고 한다)를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지의 공기극으로 공급한다.The humidifying apparatus 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention is configured as a gas-gas type membrane humidifier and is provided through the air blower 3 using the moisture of the exhaust air discharged from the air electrode of the fuel cell (Hereinafter referred to as "supply air" for convenience) and supplies the humidified air to the air electrode of the fuel cell.

더 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치(100)는 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 환경 조건에서 수분을 효율적으로 연료전지 스택(1)에 제공할 수 있는 구조로 이루어진다.Furthermore, the humidifying apparatus 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention has a structure capable of efficiently supplying moisture to the fuel cell stack 1 in a dry-out environment condition of the fuel cell stack 1 .

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료전지용 가습 장치(100)는 하우징(10), 제1 가습 전환부(20), 제2 가습 전환부(30), 메인 밸브(40), 제1 서브 밸브(50) 그리고 제2 서브 밸브(60)를 포함한다.For this purpose, the humidifier 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a housing 10, a first humidification switching unit 20, a second humidification switching unit 30, a main valve 40, Valve (50) and a second sub-valve (60).

상기 하우징(10)은 가습 장치(100)의 외관을 이루는 것으로, 공기 공급 라인(11)을 통해 위에서 언급한 바 있는 공기 블로워(3)와 연결된다.The housing 10 constitutes an appearance of the humidifier 100 and is connected to the air blower 3 mentioned above through an air supply line 11. [

상기 제1 가습 전환부(20)는 다발의 중공사막이 밀집된 중공사막 모듈로서, 하우징(10)의 내부에서 하나의 제1 영역(21)으로 구획 형성되며, 연료전지 스택(1)의 공기 유입 측과 연결될 수 있다.The first humidification switching unit 20 is a hollow fiber membrane module in which a bundle of hollow fiber membranes is densely packed and is divided into a first region 21 inside the housing 10, Side.

상기 제2 가습 전환부(30)는 다발의 중공사막이 밀집된 중공사막 모듈로서 이루어지며, 하우징(10)의 내부에서 하나의 제2 영역(32)으로 구획 형성되며, 연료전지 스택(1)의 공기 배출 측과 연결될 수 있다.The second humidification switching unit 30 is formed as a hollow fiber membrane module in which a bundle of hollow fiber membranes is densely packed and is divided into one second region 32 inside the housing 10, And can be connected to the air discharge side.

상기 메인 밸브(40)는 공기 블로워(3)의 후단 측에서 공기 공급라인(11)에 설치되는 공기 차단 밸브(ACV)로서 구비되며, 제1 및 제2 가습 전환부(20, 30)를 선택적으로 개방하는 기능을 하게 된다.The main valve 40 is provided as an air shutoff valve (ACV) provided on the air supply line 11 at the rear end side of the air blower 3, and the first and second humidification switching units 20 and 30 are selectively As shown in FIG.

이러한 메인 밸브(40)는 도 3의 (a)에서와 같이, 90도 각도로 회전하며 제1 및 제2 가습 전환부(20, 30)를 선택적으로 개방하는 대략 "ㄴ" 형태의 판형으로 이루어질 수 있다.3 (a), the main valve 40 is formed in a substantially "b" plate shape that rotates at an angle of 90 degrees and selectively opens the first and second humidification switching units 20, .

또한, 상기 메인 밸브(40)는 도 3의 (b)에서와 같이, 180도 각도 회전하며 제1 및 제2 가습 전환부(20, 30)를 선택적으로 개방하는 반원 상의 판형으로 이루어질 수도 있다.3 (b), the main valve 40 may have a semi-circular plate shape that selectively opens the first and second humidification switching units 20 and 30 while rotating at an angle of 180 degrees.

도 2를 참조하면, 상기 제1 서브 밸브(50)는 제2 가습 전환부(30)와 연결된 배기 라인(51)에 설치되는 것으로, 그 배기 라인(51)의 유로를 선택적으로 개폐한다. 이러한 제1 서브 밸브(50)는 배기 라인(51)의 유로를 따라 유동하는 공기를 차단하는 공기 차단 밸브(ACV) 및 연료전지 스택(1) 내부의 압력을 조절하는 배압 조절 밸브(BCV)의 기능을 겸용으로 수행할 수 있다.2, the first sub-valve 50 is installed in an exhaust line 51 connected to the second humidification switching unit 30, and selectively opens and closes the flow path of the exhaust line 51. The first sub-valve 50 includes an air shutoff valve (ACV) for shutting off air flowing along the flow path of the exhaust line 51 and a back pressure regulating valve (BCV) for regulating the pressure in the fuel cell stack 1 Function can be performed simultaneously.

그리고, 상기 제2 서브 밸브(60)는 제1 서브 밸브(50)의 후단 측에서 제1 가습 전환부(20)와 및 배기 라인(51)을 연결하는 우회 라인(61)에 설치되는 것으로, 그 우회 라인(61)의 유로를 선택적으로 개폐한다. 이러한 제2 서브 밸브(60)는 우회 라인(61)의 유로를 따라 유동하는 공기를 차단하는 공기 차단 밸브(ACV) 및 연료전지 스택(1) 내부의 압력을 조절하는 배압 조절 밸브(BCV)의 기능을 겸용으로 수행할 수 있다.The second sub valve 60 is installed in a bypass line 61 connecting the first humidification switching unit 20 and the exhaust line 51 at the rear end side of the first sub valve 50, And selectively opens and closes the flow path of the bypass line (61). The second sub valve 60 includes an air shutoff valve ACV for shutting off the air flowing along the bypass line 61 and a back pressure regulating valve BCV for regulating the pressure in the fuel cell stack 1 Function can be performed simultaneously.

여기서, 상술한 바와 같은 메인 밸브(40), 제1 서브 밸브(50) 및 제2 서브 밸브(60)는 액츄에이터(도면에 도시되지 않음)를 통해 작동하는 것으로, 이러한 액츄에이터는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로, 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Here, the main valve 40, the first sub-valve 50 and the second sub-valve 60 as described above operate through an actuator (not shown in the figure), and these actuators are well known in the art Since it is a known technology, a detailed description will be omitted in the present specification.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치(100)의 작용을 앞서 개시한 도면 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining the operation of the humidifier for a fuel cell according to the embodiment of the present invention.

우선, 도 2 및 도 4의 (a)를 참조하면 본 발명의 실시예서는 연료전지 스택(1)의 정상 운전 시, 메인 밸브(40)를 통해 제1 가습 전환부(20)를 개방하고, 제2 가습 전환부(30)를 폐쇄하며, 제1 서브 밸브(50)를 통해 배기 라인(51)을 개방하고, 제2 서브 밸브(60)를 통해 우회 라인(61)을 폐쇄한다.2 and 4 (a), an embodiment of the present invention opens the first humidification switching unit 20 through the main valve 40 during normal operation of the fuel cell stack 1, The second humidification switching unit 30 is closed and the exhaust line 51 is opened through the first sub valve 50 and the bypass line 61 is closed through the second sub valve 60. [

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 공기 블로워(3)를 통해 제1 가습 전환부(20)로 공급 공기를 공급하고, 연료전지 스택(1)에서 배출되는 배출 공기를 제2 가습 전환부(30)로 공급한다.In this state, in the embodiment of the present invention, supply air is supplied to the first humidification switching unit 20 through the air blower 3, and the discharged air discharged from the fuel cell stack 1 is supplied to the second humidifying / (30).

그러면, 연료전지 스택(1)에서 배출되는 습윤 공기로서의 배출 공기는 제2 가습 전환부(30)를 통과하며 중공사막의 모세관 작용에 의해 수분이 분리된 상태로 배기 라인(51)을 통해 외부로 배출된다. 이 때, 배출 공기 중의 수분은 제2 가습 전환부(30)에서 제1 가습 전환부(20)로 이동한다.Then, the exhaust air, which is the wet air discharged from the fuel cell stack 1, passes through the second humidifying / switching unit 30 and is discharged to the outside through the exhaust line 51 in a state where water is separated by the capillary action of the hollow fiber membrane . At this time, the moisture in the exhaust air moves from the second humidifying / switching section (30) to the first humidification switching section (20).

이러는 과정에 제1 가습 전환부(20)로 유입되는 공급 공기는 제2 가습 전환부(30)에서 제1 가습 전환부(20)로 이동되는 수분에 의해 가습이 이루어지고, 이렇게 가습된 공기는 연료전지 스택(1)으로 유입된다.In this process, the supply air flowing into the first humidification switching unit 20 is humidified by the moisture transferred from the second humidification switching unit 30 to the first humidification switching unit 20, And flows into the fuel cell stack 1.

상기와 같은 연료전지 스택(1)의 정상 운전에서 제1 가습 전환부(20)는 공기 블로워(3)를 통해 공급되는 공급 공기가 유입되는 피가습부로서의 기능을 하게 되며, 제2 가습 전환부(30)는 연료전지 스택(1)에서 배출되는 배출 공기가 유입되며 그 배출 공기 중의 수분을 제1 가습 전환부(20)로 이동시키는 가습부로서의 기능을 하게 된다.In the normal operation of the fuel cell stack 1, the first humidification switching unit 20 functions as a humidifying unit into which the supply air supplied through the air blower 3 flows, The exhaust gas discharged from the fuel cell stack 1 flows into the first humidifier switching unit 20 and functions as a humidifying unit for moving the moisture in the discharged air to the first humidifying / switching unit 20.

한편, 도 2 및 도 4의 (b)에서와 같이 본 발명의 실시예는 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 환경에서, 메인 밸브(40)를 통해 제1 가습 전환부(20)를 폐쇄하고, 제2 가습 전환부(30)를 개방하며, 제1 서브 밸브(50)를 통해 배기 라인(51)을 폐쇄하고, 제2 서브 밸브(60)를 통해 우회 라인(61)을 개방한다.2 and 4 (b), the embodiment of the present invention closes the first humidification switching unit 20 through the main valve 40 in the dry-out environment of the fuel cell stack 1 , The second humidification switching unit 30 is opened and the exhaust line 51 is closed through the first sub valve 50 and the bypass line 61 is opened through the second sub valve 60.

여기서, 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 환경이라 함은 연료전지 스택(1)의 저전류 연속/장기 운전 후의 중/고 출력 인가 시 또는 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃에 상태에 따른 출력 저하 판단 시 연료전지 스택(1) 내의 수분량이 부족한 환경을 의미한다.Here, the dry-out environment of the fuel cell stack 1 refers to a state in which the medium / high output is applied after the low-current continuous / long-term operation of the fuel cell stack 1, or the state in which the fuel cell stack 1 is dry- Means an environment in which the amount of water in the fuel cell stack 1 is insufficient when the output is determined to be lowered.

또한, 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 환경은 연료전지 스택(1)의 운전 종료 후 재시동 사이에 연료전지 스택(1)의 내부에 잔류하는 수분 및 외부 공기와 내부 수소와의 반응으로 생성된 수분이 가습장치(100) 측으로 이동하여 축적되는 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 상태를 의미한다.In addition, the dry-out environment of the fuel cell stack 1 is generated by the reaction of the internal hydrogen with the moisture remaining in the interior of the fuel cell stack 1 and the external air during the restart after the operation of the fuel cell stack 1 Means a dry-out state of the fuel cell stack 1 in which moisture is transferred to and accumulated in the humidifying apparatus 100 side.

이와 같은 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 환경 조건에서, 본 발명의 실시예에서는 공기 블로워(3)를 통해 제2 가습 전환부(30)로 공급 공기를 공급하고, 연료전지 스택(1)의 유입 측으로부터 배출된 배출 공기를 제1 가습 전환부(20)로 공급한다.In the dry-out environment condition of the fuel cell stack 1, in the embodiment of the present invention, the supply air is supplied to the second humidification switching unit 30 through the air blower 3, To the first humidifying / switching unit (20).

그러면, 공급 공기가 제2 가습 전환부(30)를 통과하며 수분과 함께 연료전지 스택(1)의 배출 측으로 공급되며, 그 연료전지 스택(1)의 드라이 상태를 습윤한 상태로 유지시킨다.Then, the supply air passes through the second humidifying / switching portion 30 and is supplied to the discharge side of the fuel cell stack 1 together with moisture, and keeps the dry state of the fuel cell stack 1 in a wet state.

그리고, 연료전지 스택(1)에서 배출되는 습윤 공기로서의 배출 공기는 제1 가습 전환부(20)를 통과하며 중공사막의 모세관 작용에 의해 수분이 분리된 상태로 우회 라인(61) 및 배기 라인(51)을 통해 외부로 배출된다. 이 때, 배출 공기 중의 수분은 제1 가습 전환부(20)에서 제2 가습 전환부(30)로 이동한다.The exhaust air as the wet air discharged from the fuel cell stack 1 passes through the first humidification switching unit 20 and flows through the bypass line 61 and the exhaust line 61 in a state where water is separated by the capillary action of the hollow fiber membrane 51, respectively. At this time, the moisture in the exhaust air moves from the first humidification switching unit 20 to the second humidification switching unit 30.

이러는 과정에 제2 가습 전환부(30)로 유입되는 공급 공기는 제1 가습 전환부(20)에서 제2 가습 전환부(30)로 이동되는 수분에 의해 가습이 이루어지고, 이렇게 가습된 공기는 연료전지 스택(1)으로 유입된다.In this process, the supply air flowing into the second humidification switching unit 30 is humidified by moisture transferred from the first humidification switching unit 20 to the second humidifying / switching unit 30, And flows into the fuel cell stack 1.

상기와 같은 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 환경 조건에서 제2 가습 전환부(30)는 공기 블로워(3)를 통해 공급되는 공급 공기가 유입되는 피가습부로서의 기능을 하게 되며, 제1 가습 전환부(20)는 연료전지 스택(1)에서 배출되는 배출 공기가 유입되며 그 배출 공기 중의 수분을 제2 가습 전환부(30)로 이동시키는 가습부로서의 기능을 하게 된다.In the dry-out environment condition of the fuel cell stack 1 as described above, the second humidification switching unit 30 functions as a humidifying unit into which the supply air supplied through the air blower 3 flows, The humidification switching unit 20 functions as a humidifying unit that allows the exhaust air discharged from the fuel cell stack 1 to flow into the second humidifying / switching unit 30.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치(100)에 의하면, 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 환경 조건에서 정상 운전 조건 시 제1 및 제2 가습 전환부(20, 30)의 피가습부와 가습부를 일시적으로 전환시킴으로써 수분이 포함된 공기를 효율적으로 연료전지 스택(1)에 제공할 수 있다.According to the humidifying apparatus 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention as described above, in the dry-out environment condition of the fuel cell stack 1, the first and second humidification switching units 20, The air containing moisture can be efficiently supplied to the fuel cell stack 1 by temporarily switching the to-be-humidified portion and the humidified portion of the humidifying portion 30.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택(1)의 드라이-아웃 발생 시 및 드라이-아웃 방지 시 제1 및 제2 가습 전환부(20, 30)의 피가습부와 가습부를 일시적으로 전환함으로써 연료전지 스택(1)의 출력이 저하되거나 성능 열화가 발생하고, 셀 전압의 편차가 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로는 연료전지 스택(1)의 출력 안정성을 확보할 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, when the dry-out and the dry-out of the fuel cell stack 1 are prevented, the humidifying section and the humidifying section of the first and second humidifying / switching sections 20 and 30 are temporarily switched It is possible to prevent the output of the fuel cell stack 1 from deteriorating or the performance deterioration to occur and the variation of the cell voltage to increase, and as a result, the output stability of the fuel cell stack 1 can be ensured.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.5 is a block diagram schematically showing a configuration of a humidifier for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치(300)는 전기 실시예의 구성을 기본으로 하면서, 하우징(310) 내부에서 제1 및 제2 영역(321, 332)이 각각 두 개의 영역으로 구획 형성되는 제1 및 제2 가습 전환부(320, 330)를 구성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the humidifier 300 for a fuel cell according to another embodiment of the present invention is based on the structure of the electric embodiment, and includes first and second regions 321 and 332 inside the housing 310 The first and second humidifying / switching units 320 and 330 may be configured to be divided into two regions.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 및 제2 가습 전환부(320, 330) 각각의 제1 및 제2 영역(321, 332)은 하우징(310)의 내부에서 크로스 방향으로 배치될 수 있다.The first and second regions 321 and 332 of the first and second humidification switching units 320 and 330 may be arranged in the cross direction inside the housing 310. In this case,

이를 위해 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치(300)에 적용되는 메인 밸브(340)는 서로 반대 방향으로 이동하며 제1 및 제2 가습 전환부(320, 330)를 선택적으로 개방하는 한 쌍의 셔터(341)로 이루어질 수 있다.To this end, the main valve 340, which is applied to the humidifier 300 for a fuel cell according to another embodiment of the present invention, moves in opposite directions to selectively open the first and second humidification switching units 320 and 330 And a pair of shutters 341.

이러한 메인 밸브(340)는 액츄에이터의 구동으로서 한 쌍의 셔터(341)를 서로 반대 방향으로 이동시키는 구조로서 이루어지는 바, 이러한 셔터 방식의 밸브는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다. The main valve 340 is structured to move the pair of shutters 341 in opposite directions as a driving force of the actuator. Such a shutter type valve is well known in the art, and therefore, Is omitted.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택의 정상 운전 시, 도 5의 (a)에서와 같이 메인 밸브(340)를 통해 공급 공기를 제1 가습 전환부(320)로 공급할 수 있으며, 연료전지 스택으로부터 배출되는 배출 공기를 제2 가습 전환부(330)로 유입시킬 수 있다.Accordingly, in the embodiment of the present invention, during normal operation of the fuel cell stack, the supply air can be supplied to the first humidification switching unit 320 through the main valve 340 as shown in FIG. 5 (a) The exhaust air discharged from the stack can be introduced into the second humidification switching unit 330.

또한, 본 발명의 실시예에서는 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경 조건에서, 도 5의 (b)에서와 같이 메인 밸브(340)를 통해 공급 공기를 제2 가습 전환부(330)로 공급할 수 있고, 연료전지 스택으로부터 배출되는 배출 공기를 제1 가습 전환부(320)로 유입시킬 수 있다.In the embodiment of the present invention, the supply air can be supplied to the second humidifying / switching unit 330 through the main valve 340 in the dry-out environment condition of the fuel cell stack as shown in FIG. 5 (b) , And the exhaust air discharged from the fuel cell stack may be introduced into the first humidification switching unit 320.

상기와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 가습 장치(300)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예에서와 같으므로, 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.The rest of the configuration and operation of the humidifier 300 for a fuel cell according to another embodiment of the present invention are the same as those in the electric embodiment, so that a detailed description thereof will be omitted.

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.

1... 연료전지 스택 3... 공기 블로워
10, 310... 하우징 11... 공기 공급라인
20, 320... 제1 가습 전환부 21, 321... 제1 영역
30, 330... 제2 가습 전환부 32, 332... 제2 영역
40, 340... 메인 밸브 50... 제1 서브 밸브
51... 배기 라인 60... 제2 서브 밸브
61... 우회 라인 341... 셔터1 ... Fuel cell stack 3 ... Air blower
10, 310 ... housing 11 ... air supply line
20, 320 ... First humidification switching section 21, 321 ... First area
30, 330 ... second humidification switching section 32, 332 ... second region
40, 340 ... main valve 50 ... first sub valve
51 ... exhaust line 60 ... second sub valve
61 ... bypass line 341 ... shutter

Claims (12)

공기 공급라인을 통해 공기 블로워와 연결되는 하우징;
상기 하우징의 내부에 적어도 하나의 제1 영역으로 구획 형성되며, 연료전지 스택의 공기 유입 측과 연결되는 제1 가습 전환부;
상기 하우징의 내부에 적어도 하나의 제2 영역으로 구획 형성되며, 연료전지 스택의 공기 배출 측 연결되는 제2 가습 전환부;
상기 공기 블로워의 후단 측에서 상기 공기 공급라인에 설치되며, 상기 제1 및 제2 가습 전환부를 선택적으로 개방하는 메인 밸브;
상기 제2 가습 전환부와 연결된 배기 라인에 설치되는 제1 서브 밸브; 및
상기 제1 서브 밸브의 후단 측에서 상기 제1 가습 전환부와 배기 라인을 연결하는 우회 라인에 설치되는 제2 서브 밸브
를 포함하는 연료전지용 가습 장치.A housing connected to the air blower through an air supply line;
A first humidification switching unit formed in at least one first region inside the housing and connected to an air inflow side of the fuel cell stack;
A second humidification switching unit formed in at least one second region inside the housing and connected to the air discharge side of the fuel cell stack;
A main valve provided on the air supply line at a rear end side of the air blower and selectively opening the first and second humidification switching units;
A first sub-valve installed in an exhaust line connected to the second humidification switching unit; And
And a second sub-valve provided in a bypass line connecting the first humidification switching unit and the exhaust line at a rear end side of the first sub-
And a humidifying device for the fuel cell. 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가습 전환부는,
상기 제1 및 제2 영역이 상기 하우징의 내부에서 각각 하나의 영역으로 구획 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first and second humidifying /
Wherein the first and second regions are divided into one region in the interior of the housing. 제2 항에 있어서,
상기 메인 밸브는 "ㄴ" 형태의 판형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the main valve is of a plate type of "b ". 제2 항에 있어서,
상기 메인 밸브는 반원 상의 판형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the main valve is formed in a semicircular plate shape. 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가습 전환부는,
상기 제1 및 제2 영역이 상기 하우징의 내부에서 각각 두 개의 영역으로 구획 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first and second humidifying /
Wherein the first and second regions are divided into two regions in the interior of the housing, respectively. 제5 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 영역은 하우징의 내부에 각각 크로스 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치.6. The method of claim 5,
And the first and second regions are arranged in the cross direction in the interior of the housing. 제6 항에 있어서,
상기 메인 밸브는,
서로 반대 방향으로 이동하며 상기 제1 및 제2 가습 전환부를 선택적으로 개방하는 한 쌍의 셔터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치.The method according to claim 6,
Wherein the main valve includes:
And a pair of shutters for selectively opening the first and second humidifying / switching units moving in mutually opposite directions. 연료전지 스택으로 공급되는 공기를 가습하기 위한 청구항 1의 가습장치를 제공하는 연료전지용 가습장치의 운전 방법으로서,
연료전지 스택의 정상 운전 시, 메인 밸브를 통해 제1 가습 전환부를 개방하고 제2 가습 전환부를 폐쇄하며, 제1 서브 밸브를 통해 배기 라인을 개방하고, 제2 서브 밸브를 통해 우회 라인을 폐쇄하며,
연료전지 스택의 드라이-아웃 환경에서, 상기 메인 밸브를 통해 상기 제1 가습 전환부를 폐쇄하고 제2 가습 전환부를 개방하며, 상기 제1 서브 밸브를 통해 배기 라인을 폐쇄하고, 상기 제2 서브 밸브를 통해 우회 라인을 개방하는 연료전지용 가습장치의 운전 방법.1. A method for operating a humidifying apparatus for a fuel cell, the humidifying apparatus for humidifying air supplied to a fuel cell stack,
During normal operation of the fuel cell stack, the first humidifying switching unit is opened through the main valve, the second humidifying switching unit is closed, the exhaust line is opened through the first sub valve, the bypass line is closed through the second sub valve ,
In the dry-out environment of the fuel cell stack, the first humidification switching portion is closed through the main valve, the second humidification switching portion is opened, the exhaust line is closed through the first sub-valve, and the second sub- And the bypass line is opened through the bypass line. 제8 항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 정상 운전 시,
상기 제1 가습 전환부는 공기 블로워를 통해 공급되는 공급 공기가 유입되는 피가습부로 이루어지며,
상기 제2 가습 전환부는 연료전지 스택에서 배출되는 배출 공기가 유입되는 가습부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치의 운전 방법.9. The method of claim 8,
During normal operation of the fuel cell stack,
Wherein the first humidifying / switching unit includes a humidifying unit into which supply air supplied through an air blower flows,
Wherein the second humidifying / switching unit comprises a humidifying unit into which the discharged air discharged from the fuel cell stack flows. 제9 항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경에서,
상기 제1 가습 전환부는 연료전지 스택에서 배출되는 배출 공기가 유입되는 가습부로 이루어지며,
상기 제2 가습 전환부는 공기 블로워를 통해 공급되는 공급 공기가 유입되는 피가습부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치의 운전 방법.10. The method of claim 9,
In the dry-out environment of the fuel cell stack,
The first humidifying / switching unit includes a humidifying unit into which exhaust air discharged from the fuel cell stack flows,
Wherein the second humidifying / switching unit comprises a humidifying unit into which the supply air supplied through the air blower flows. 제8 항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 정상 운전 시,
공기 블로워를 통해 상기 제1 가습 전환부로 공급 공기를 공급하고, 연료전지 스택에서 배출되는 배출 공기를 상기 제2 가습 전환부로 공급하며,
상기 제2 가습 전환부에서 제1 가습 전환부로 수분이 이동된 상기 배출 공기를 상기 배기 라인을 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치의 운전 방법.9. The method of claim 8,
During normal operation of the fuel cell stack,
Supplying air to the first humidification switching unit through the air blower, supplying the exhaust air discharged from the fuel cell stack to the second humidification switching unit,
And discharging the discharged air from the second humidification switching unit to the first humidifying switching unit through the exhaust line. 제11 항에 있어서,
상기 연료전지 스택의 드라이-아웃 환경에서는,
공기 블로워를 통해 상기 제2 가습 전환부로 공급 공기를 공급하고, 연료전지 스택의 배출 측으로 공급 공기를 공급하며, 연료전지 스택의 유입 측으로부터 배출된 배출 공기를 상기 제1 가습 전환부로 공급하고,
상기 제1 가습 전환부에서 제2 가습 전환부로 수분이 이동된 연료전지 스택의 배출 공기를 상기 우회 라인 및 배기 라인을 통해 배출하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 장치의 운전 방법.12. The method of claim 11,
In the dry-out environment of the fuel cell stack,
Supplying air to the second humidifying / switching unit through the air blower, supplying the supply air to the discharge side of the fuel cell stack, supplying the discharge air discharged from the inflow side of the fuel cell stack to the first humidifying /
Wherein the exhaust air of the fuel cell stack to which moisture is transferred from the first humidification switching unit to the second humidifying switching unit is discharged through the bypass line and the exhaust line.
KR1020130148731A 2013-12-02 2013-12-02 Humidification device for fuel cell and operation method of the same KR101518926B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130148731A KR101518926B1 (en) 2013-12-02 2013-12-02 Humidification device for fuel cell and operation method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130148731A KR101518926B1 (en) 2013-12-02 2013-12-02 Humidification device for fuel cell and operation method of the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101518926B1 true KR101518926B1 (en) 2015-05-11

Family

ID=53394288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130148731A KR101518926B1 (en) 2013-12-02 2013-12-02 Humidification device for fuel cell and operation method of the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101518926B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160139279A (en) * 2015-05-27 2016-12-07 주식회사 엘지화학 End plate for fuel cell stack and Fuel cell system comprising the same
KR20210071465A (en) * 2019-12-06 2021-06-16 현대자동차주식회사 Fuel cell system to improve durability and its operation method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007093192A (en) * 2005-08-29 2007-04-12 Toyota Motor Corp Humidifier, and fuel cell system equipped with humidifier
JP2013069536A (en) * 2011-09-22 2013-04-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007093192A (en) * 2005-08-29 2007-04-12 Toyota Motor Corp Humidifier, and fuel cell system equipped with humidifier
JP2013069536A (en) * 2011-09-22 2013-04-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160139279A (en) * 2015-05-27 2016-12-07 주식회사 엘지화학 End plate for fuel cell stack and Fuel cell system comprising the same
KR102038175B1 (en) 2015-05-27 2019-10-29 주식회사 엘지화학 End plate for fuel cell stack and Fuel cell system comprising the same
KR20210071465A (en) * 2019-12-06 2021-06-16 현대자동차주식회사 Fuel cell system to improve durability and its operation method
KR102654547B1 (en) 2019-12-06 2024-04-03 현대자동차주식회사 Fuel cell system to improve durability and its operation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5364916B2 (en) Humidifier for fuel cell
KR101592423B1 (en) Humidification device for fuel cell and fuel cell system comprising the same
US10862145B2 (en) Humidifying device for fuel cell
KR101896333B1 (en) Humidification device for fuel cell
JP2002343389A (en) Electronic gas control system for fuel cell with bypass detouring humidifier
JP5342265B2 (en) Fuel cell system
US10170779B2 (en) Humidifier for fuel cell
JP3537725B2 (en) Humidification system for fuel cells
KR101209745B1 (en) fuel cell system
JP2004503073A (en) Water recovery on the anode side of a proton exchange thin film fuel cell
KR101481244B1 (en) Humidification apparatus for fuel cell system
KR102633862B1 (en) Humidification device for fuel cell
US10950878B2 (en) Humidifier for a fuel cell
JP2004503072A (en) Water recovery mainly on the cathode side of proton exchange thin film fuel cells
KR101724454B1 (en) Fuel cell system and humidification device of the same
KR101518926B1 (en) Humidification device for fuel cell and operation method of the same
KR101755516B1 (en) Humidification device for fuel cell
KR101875657B1 (en) Air cut valve
JP2020092079A (en) Humidifier for fuel cell
JP2005251441A (en) Fuel cell system
JP2001216984A5 (en)
JP2004273347A (en) Fuel cell system and its warming-up method
JP3854117B2 (en) Fuel cell system
KR101013848B1 (en) Device for controlling APS of fuel cell system
CN216161773U (en) Integrated humidifier

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180427

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 5