KR101896333B1 - Humidification device for fuel cell - Google Patents

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KR101896333B1 KR1020160127468A KR20160127468A KR101896333B1 KR 101896333 B1 KR101896333 B1 KR 101896333B1 KR 1020160127468 A KR1020160127468 A KR 1020160127468A KR 20160127468 A KR20160127468 A KR 20160127468A KR 101896333 B1 KR101896333 B1 KR 101896333B1
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김현유
이창하
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현대자동차 주식회사
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Abstract

연료전지용 가습기가 개시된다. 개시된 연료전지용 가습기는, ⅰ)가습막을 내부에 수용하는 막 모듈부와, ⅱ)막 모듈부의 일측에 결합되며, 막 모듈부로 공급공기를 공급하는 제1 캡부와, ⅲ)막 모듈부의 다른 일측에 결합되며, 막 모듈부로부터 유입된 가습공기를 배출하는 제2 캡부와, ⅳ)제1 및 제2 캡부 중 적어도 하나와 막 모듈부 사이에 설치되는 체크밸브를 포함할 수 있다.A humidifier for a fuel cell is disclosed. The humidifier for a fuel cell according to the present invention comprises a membrane module part for accommodating therein a humidifying membrane, ii) a first cap part coupled to one side of the membrane module part and supplying supply air to the membrane module part, and iii) And iv) a check valve installed between at least one of the first and second cap parts and the membrane module part.

Description

연료전지용 가습기 {HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL}HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL [0002]

본 발명의 실시 예는 연료전지 차량의 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지로 공급되는 반응기체를 가습하기 위한 연료전지용 가습기에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a fuel cell system of a fuel cell vehicle, and more particularly, to a humidifier for a fuel cell for humidifying a reactant gas supplied to a fuel cell.

일반적으로, 연료전지 시스템은 연료전지에 의한 수소와 산소(공기 중의 산소)의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킨다.Generally, a fuel cell system is a kind of power generation system that generates electric energy as an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen (oxygen in the air) by a fuel cell. For example, a fuel cell system is employed in a fuel cell vehicle to operate an electric motor and drive a vehicle.

연료전지 시스템은 공기극과 연료극으로 이루어진 단위 연료전지들의 전기 발생 집합체인 스택과, 연료전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급장치를 구비하고 있다.The fuel cell system includes a stack which is an electricity generation aggregate of unit fuel cells made up 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 .

한편, 고분자 연료전지의 경우 막-전극 어셈블리(MEA)의 이온 교환막이 원활한 역할을 하기 위해서는 적당한 수분이 필요하며, 이를 위해 연료전지 시스템의 공기 공급장치는 연료전지로 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기를 구비하고 있다.In the case of a polymer fuel cell, an appropriate amount of moisture is required for the ion exchange membrane of the membrane-electrode assembly (MEA) to function smoothly. To this end, the air supply device of the fuel cell system includes a humidifier .

가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 공기 중의 수분을 이용하여 공기 공급장치의 공기 압축기를 통해 공급되는 건조한 공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료전지의 공기극으로 공급한다.The humidifier humidifies the dry air supplied through the air compressor of the air supply apparatus using moisture in the high temperature and high humidity air discharged from the air electrode of the fuel cell, and supplies the humidified air to the air electrode of the fuel cell.

연료전지 차량의 경우에서는 패키지 면에서 제한이 있기 때문에 상대적으로 부피가 작은 막 가습 방식을 적용하고 있다. 이러한 막 가습 방식의 가습기는 패키지 측면에서뿐만 아니라, 특별한 동력을 필요로 하지 않는 이점을 가지고 있다.In the case of a fuel cell vehicle, the membrane humidification method, which is relatively small in volume, is applied because there is a limitation in the package side. This humidifier with membrane humidification has the advantage of not requiring special power as well as on the package side.

막 가습 방식의 가습기는 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온 다습한 배출가스와, 공기 압축기를 통해 공급되는 건조 공기의 가스 투 가스(gas to gas) 수분 교환 방식을 통해 막 가습이 이루어진다.The humidifier of the membrane humidification system is humidified by the hot and humid exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell and the gas to gas water exchange method of the dry air supplied through the air compressor.

한편, 스택에서 생성된 물은 그 스택에서의 공기 유로(스택 매니폴드, 셀 입출구, 셀의 각 채널 등) 일부 또는 전체를 막아 반응기체의 공급을 방해하여 스택의 성능을 저하시키거나 스택의 내구성에 문제를 일으킬 수 있다.On the other hand, the water produced in the stack may block some or all of the air flow path (stack manifold, cell inlet and outlet, cell channels, etc.) in the stack to interfere with the supply of reactive gas to degrade the performance of the stack, Can cause problems.

이에 연료전지 시스템의 레이아웃 상 가습기는 통상적으로 스택의 하단에 위치하고 있다. 이 경우 스택에서 응축된 물은 대부분 중력에 의해 그 스택과 인접해 있는 가습기 쪽으로 흘러갈 수 있다.Thus, the humidifier on the layout of the fuel cell system is typically located at the bottom of the stack. In this case, condensed water in the stack can mostly flow towards the stack and the humidifier adjacent to the stack by gravity.

또한, 가습기에서 가습된 공기가 스택으로 공급될 때, 외기와의 온도차에 의해 수증기가 응축되고 그 응축수는 공기의 유속이 낮을 경우, 중력에 의해 가습기로 유입되며, 셧-다운 후에 수증기가 응축되고 그 응축된 물은 스택이나 배관으로부터 가습기로 유입될 수 있다.When humidified air from the humidifier is supplied to the stack, the water vapor is condensed by the temperature difference with the outside air. When the air flow rate is low, the condensed water flows into the humidifier due to gravity. After the shut- The condensed water may enter the humidifier from the stack or piping.

따라서, 종래 기술에서는 가습기 내에 물이 존재하므로 겨울철에 물이 어는 경우, 그 만큼 가습기의 내부 공기 유로가 좁아짐으로 인해 내부 압력이 상승하고, 이로 인해 공기 압축기의 부담을 증가시킴으로써 공기 압축기의 소모 동력이 증가하게 되고, 결과적으로는 차량의 연비를 악화시킬 수 있다.Therefore, in the prior art, water exists in the humidifier, so that when water is blown in winter, the internal air flow path of the humidifier is narrowed, thereby increasing the internal pressure, thereby increasing the load on the air compressor. And as a result, the fuel efficiency of the vehicle can be deteriorated.

또한, 종래 기술에서는 물의 결빙으로 인한 가습기 내부의 압력 상승 및 부피 팽창으로 인해 가습막, 포팅층 및 케이스를 포함하는 가습기의 손상을 유발할 수 있다.Further, in the prior art, pressure rise and volume expansion inside the humidifier due to freezing of water may cause damage to the humidifier including the humidifying layer, the potting layer and the case.

더 나아가, 종래 기술에서는 차량의 아이들 상태에서 급 출력 시(급 가속 시) 또는 고출력 시, 가습기에서 스택으로 공급되는 공기의 유속이 빨라지기 때문에, 가습기 내부의 물이 스택으로 유입되며 그 스택 내의 유로를 막음으로써 스택에서의 셀 빠짐 현상을 발생시킬 수 있다.Further, in the prior art, since the flow rate of the air supplied from the humidifier to the stack at the time of rapid output (at the time of rapid acceleration) or at the time of the high output in the idling state of the vehicle is increased, water in the humidifier flows into the stack, It is possible to cause cell dropout in the stack.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the background section are intended to enhance the understanding of the background of the invention and may include matters not previously known to those skilled in the art.

본 발명의 실시 예들은 간단한 구성으로서 내부의 물 고임 및 연료전지 스택으로의 물 유입을 방지할 수 있도록 한 연료전지용 가습기를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a humidifier for a fuel cell, which is capable of preventing water ingress to the interior water grate and the fuel cell stack as a simple constitution.

본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 가습기는, ⅰ)가습막을 내부에 수용하는 막 모듈부와, ⅱ)상기 막 모듈부의 일측에 결합되며, 상기 막 모듈부로 공급공기를 공급하는 제1 캡부와, ⅲ)상기 막 모듈부의 다른 일측에 결합되며, 상기 막 모듈부로부터 유입된 가습공기를 배출하는 제2 캡부와, ⅳ)상기 제1 및 제2 캡부 중 적어도 하나와 상기 막 모듈부 사이에 설치되는 체크밸브를 포함할 수 있다.A humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: a membrane module part for accommodating a humidifying membrane therein; a first cap part coupled to one side of the membrane module part and supplying supply air to the membrane module part; Iii) a second cap part coupled to the other side of the membrane module part and discharging the humidified air introduced from the membrane module part; iv) a second cap part installed between at least one of the first and second cap parts and the membrane module part A check valve may be included.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 막 모듈부는 상기 가습막의 양단을 지지하는 지지부재를 포함할 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the membrane module part may include a supporting member for supporting both ends of the humidifying membrane.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 지지부재에 설치될 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve may be installed in the support member.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 막 모듈부와 상기 제1 캡부 사이의 일측 지지부재에 설치될 수 있다.Also, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve may be installed on one side support member between the membrane module part and the first cap part.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 제1 캡부와 막 모듈부의 압력 차이에 의해 개방되며, 상기 제1 캡부 내부의 물을 상기 막 모듈부로 유입할 수 있다.Also, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve is opened by a pressure difference between the first cap portion and the membrane module portion, and water in the first membrane portion can be introduced into the membrane module portion have.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 제1 캡부는 공급공기를 상기 막 모듈부로 공급하기 위한 공급공기 주입구를 형성할 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the first cap part may form a supply air inlet for supplying supply air to the membrane module part.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 공급공기 주입구의 하측에서 상기 일측 지지부재에 설치될 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve may be installed on the one support member below the supply air inlet.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 막 모듈부와 상기 제2 캡부 사이의 다른 일측 지지부재에 설치될 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve may be installed on the other supporting member between the membrane module unit and the second cap unit.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 제2 캡부와 막 모듈부의 압력 차이에 의해 개방되며, 상기 제2 캡부 내부의 물을 상기 막 모듈부로 유입할 수 있다.Also, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve is opened by a pressure difference between the second cap portion and the membrane module portion, and water in the second membrane portion can be introduced into the membrane module portion have.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 제2 캡부는 가습공기를 연료전지 스택으로 배출하기 위한 가습공기 배출구를 형성할 수 있다.Also, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the second cap portion may form a humidifying air outlet for discharging humidified air to the fuel cell stack.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 가습공기 배출구의 하측에서 상기 다른 일측 지지부재에 설치될 수 있다.In addition, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve may be installed on the other supporting member at a lower side of the humidifying air outlet.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 제1 및 제2 캡부와 막 모듈부 사이의 양측 지지부재에 각각 설치될 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the check valve may be installed on both side support members between the first and second cap parts and the membrane module part.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 지지부재에 삽입될 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the check valve may be inserted into the support member.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 지지부재에 일체로 사출될 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the check valve may be integrally injected into the support member.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 막 모듈부는 연료전지 스택에서 배출되는 배출공기를 주입하기 위한 배출공기 유입구와, 수분이 제거된 배출공기를 배기 계통으로 배출하기 위한 배출공기 배출구를 형성할 수 있다.In addition, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the membrane module part may include an exhaust air inlet for injecting the exhaust air discharged from the fuel cell stack and a discharge air inlet for discharging the moisture- An exhaust air outlet can be formed.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기에 있어서, 상기 배출공기 배출구는 워터트랩과 연결될 수 있다.Further, in the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the exhaust air outlet may be connected to a water trap.

본 발명의 실시 예들은 제1 캡부 및/또는 제2 캡부 내부의 물을 체크밸브를 통해 막 모듈부로 바이패스 하며, 가습기 내부의 물 고임을 방지할 수 있고, 연료전지 스택으로의 물 유입을 방지할 수 있다.Embodiments of the present invention can bypass the water inside the first cap portion and / or the second cap portion to the membrane module portion via the check valve, prevent water sticking inside the humidifier, prevent water from flowing into the fuel cell stack can do.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 가습기에 적용되는 체크밸브의 설치 예를 도시한 도면이다.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 view schematically showing a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 and FIG. 3 are views showing examples of installation of a check valve applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary 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 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 가습기를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 가습기(100)는 수소로서의 연료와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 연료전지 시스템은 연료전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, 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 electric energy by electrochemical reaction between fuel as hydrogen and air as an oxidizer. For example, the fuel cell system may be employed in a fuel cell vehicle to drive an electric motor and drive the vehicle.

본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 가습기(100)는 연료전지 스택으로부터 배출되는 배출공기와 공기 압축기로부터 공급되는 공급공기의 막 가습이 이루어지고 그 가습된 공기(이하에서는 편의 상 "가습공기" 라고 한다)를 연료전지 스택으로 공급한다. 이와 같은 연료전지용 가습기(100)는 기본적으로, 막 모듈부(10), 제1 캡부(30) 및 제2 캡부(50)를 포함하고 있다.The humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention performs membrane humidification of the exhaust air discharged from the fuel cell stack and the supply air supplied from the air compressor and the humidified air ) To the fuel cell stack. The humidifier 100 for a fuel cell basically includes a membrane module unit 10, a first cap unit 30, and a second cap unit 50.

상기 막 모듈부(10)는 당 업계에서 "쉘-인(shell-in)이라고도 하며, 여러 다발의 중공사막인 가습막(11)이 내부에 밀집된 것으로, 원통 형상의 하우징 내부에 가습막(11)이 내장되어 있다. 상기 막 모듈부(10)는 가습막(11)의 양단을 지지하는 지지부재(13)(당 업계에서는 "포팅부" 라고도 한다)를 포함하고 있다. 예를 들면 상기 지지부재(13)는 고분자 소재로 이루어지며, 하우징의 양단에 고정된 상태로 가습막(11)의 양단부를 지지한다.The membrane module part 10 is also called a "shell-in" in the related art, and a humidifying membrane 11, which is a hollow fiber membrane of various bundles, is densely packed inside the humidifying membrane 11 The membrane module part 10 includes a support member 13 (also referred to as a "potting part" in the art) for supporting both ends of the humidifying membrane 11. For example, The member 13 is made of a polymer material and supports both ends of the humidifying film 11 while being fixed to both ends of the housing.

여기서, 상기 막 모듈부(10)에는 연료전지 스택에서 배출되는 배출공기를 하우징의 내부로 주입하기 위한 배출공기 유입구(15)와, 수분이 제거된 배출공기를 배기 계통으로 배출하기 위한 배출공기 배출구(17)를 형성하고 있다. 상기 배출공기 배출구(17)는 막 모듈부(10)의 하단에 설치되며, 워터트랩(20)과 연결된다.Here, the membrane module part 10 is provided with a discharge air inlet 15 for injecting the discharge air discharged from the fuel cell stack into the interior of the housing, a discharge air outlet 15 for discharging the moisture- (17). The exhaust air outlet 17 is installed at the lower end of the membrane module part 10 and is connected to the water trap 20.

상기 제1 캡부(30)는 당 업계에서 "캡-인(cap-in)" 이라고도 하며, 공기 압축기를 통해 공급되는 공급공기를 막 모듈부(10)의 내부로 주입하기 위한 것이다. 상기 제1 캡부(30)는 막 모듈부(10)의 일측 단부에 결합된다. 상기 제1 캡부(30)는 공급공기를 막 모듈부(10)로 공급하기 위한 공급공기 주입구(31)를 형성하고 있다.The first cap portion 30 is also referred to in the art as "cap-in" for injecting the supply air supplied through the air compressor into the interior of the membrane module portion 10. The first cap portion 30 is coupled to one end of the membrane module portion 10. The first cap portion 30 forms a supply air inlet 31 for supplying the supply air to the membrane module portion 10.

그리고, 상기 제2 캡부(50)는 당 업계에서 "캡-아웃(cap-out)" 이라고도 하며, 막 모듈부(10)로부터 유입된 가습공기를 연료전지 스택으로 배출하기 위한 것이다. 상기 제2 캡부(50)는 막 모듈부(10)의 다른 일측 단부에 결합되며, 그 가습공기를 연료전지 스택으로 배출하기 위한 가습공기 배출구(51)를 형성하고 있다.The second cap portion 50 is also referred to in the art as "cap-out" for discharging humidified air introduced from the membrane module portion 10 to the fuel cell stack. The second cap portion 50 is coupled to the other end portion of the membrane module portion 10 and forms a humidifying air outlet 51 for discharging the humidified air to the fuel cell stack.

한편, 상기와 같이 구성되는 연료전지용 가습기(100)는 응축된 물이 내부에 고이는데, 겨울철에 물이 얼어 내부 압력이 상승하고, 내부 압력의 상승으로 막 모듈부(10)의 가습막(11), 지지부재(13) 그리고 막 모듈부(10), 제1 및 제2 캡부(30, 50)의 하우징이 손상될 수 있다.In the humidifier 100 for a fuel cell configured as described above, condensed water accumulates in the interior of the humidifier 100, and water is freezed in winter to raise the internal pressure, ), The support member 13, and the membrane module portion 10, and the housings of the first and second cap portions 30, 50 may be damaged.

또한, 상기 연료전지용 가습기(100)는 제2 캡부(50)의 내부로 유입된 응축수가 가습공기와 함께 연료전지 스택으로 유입될 수 있다. 예를 들면, 차량의 아이들 상태(저 유량 시)에서 급 출력 시 또는 고 출력 시, 가습막(11) 내부의 수분이 포함된 가습공기가 제2 캡부(50)로 다량 토출되고, 제2 캡부(50)의 내부에서 응축된 응축수 또는 고여있는 물이 가습공기 배출구(51)를 통해 연료전지 스택으로 공급됨에 따라, 연료전지 스택에서는 물 유입으로 인한 셀 빠짐이 발생할 수 있다.In addition, the humidifier 100 for the fuel cell may be configured such that the condensed water flowing into the second cap portion 50 flows into the fuel cell stack together with the humidified air. For example, when the vehicle is idling (at a low flow rate) or at a high output, humidified air containing moisture inside the humidifying film 11 is discharged to the second cap portion 50 in a large amount, The condensed water condensed in the condenser 50 or the condensed water is supplied to the fuel cell stack through the humidifying air outlet 51, so that the cell stack due to the inflow of water may occur in the fuel cell stack.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기(100)는 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)에 고여 있는 물을 일부 공기와 함께 막 모듈부(10)로 바이패스시키며, 막 모듈부(10)의 배출공기 배출구(17)를 통해 배출할 수 있는 구조로 이루어진다.The humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention bypasses water accumulated in the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 to the membrane module portion 10 together with some air, Through the exhaust air outlet (17) of the membrane module part (10).

즉, 본 발명의 실시 예는 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50) 내부의 물을 막 모듈부(10)로 바이패스 하며, 내부의 물 고임을 방지할 수 있고, 연료전지 스택으로의 물 유입을 방지할 수 있는 연료전지용 가습기(100)를 제공한다.That is, the embodiment of the present invention bypasses the water inside the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 to the membrane module portion 10, A humidifier (100) for a fuel cell capable of preventing water from flowing into a stack is provided.

이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연료전지용 가습기(100)는 제1 및 제2 캡부(30, 50) 중 적어도 하나와 막 모듈부(10) 사이에 설치되는 체크밸브(70)를 포함하고 있다.To this end, the humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention includes a check valve 70 installed between at least one of the first and second cap portions 30 and 50 and the membrane module portion 10 have.

본 발명의 실시 예에서, 상기 체크밸브(70)는 유체를 한 방향으로만 흐르게 하는 역류방지 밸브로서, 기 설정된 압력 이상일 때만 밸브 유로를 개방할 수 있는 밸브이다. 이러한 체크밸브(70)의 구성은 당 업계에 널리 알려진 공지 기술이므로 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the embodiment of the present invention, the check valve 70 is a valve that allows only the fluid to flow in one direction, and can open the valve flow path only when the pressure is higher than a predetermined pressure. Since the configuration of the check valve 70 is well known in the art, a more detailed description of the configuration will be omitted herein.

통상적으로 공기 압축기에 의해 가습기(100)로 공급되는 공기의 흐름에 따른 압력강하를 고려할 때, 가습기(100)에서의 내부 압력은 제1 캡부(30)＞제2 캡부(50)＞막 모듈부(10)의 순이다.The internal pressure of the humidifier 100 is controlled by the first cap portion 30, the second cap portion 50, and the membrane module portion 50. In this case, when the pressure drop due to the flow of air supplied to the humidifier 100 by the air compressor is considered, (10).

이에, 본 발명의 실시 예에서는 체크밸브(70)를 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(10) 사이에 설치하여 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(50)의 압력 차이에 의해 체크밸브(70)를 개방함으로써 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50) 내부의 물을 막 모듈부(10)로 바이패스 할 수 있다. 여기서, 상기 체크밸브(70)는 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(50)의 압력 차이가 일정 이상일 때 개방될 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the check valve 70 may be installed between the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 and the membrane module portion 10 so that the first cap portion 30 and / The water inside the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 is discharged to the membrane module portion 10 by opening the check valve 70 by the pressure difference between the cap portion 50 and the membrane module portion 50. [ . ≪ / RTI > The check valve 70 may be opened when the pressure difference between the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 and the membrane module portion 50 is greater than a predetermined value.

본 발명의 실시 예에서, 상기 체크밸브(70)는 도 1에서와 같이 제1 캡부(30)와 막 모듈부(10) 사이 및 제2 캡부(50)와 막 모듈부(10) 사이에 설치될 수 있다. 그리고 상기 체크밸브(70)는 도 2에서와 같이 제1 캡부(30)와 막 모듈부(10) 사이에만 설치될 수도 있고, 도 3에서와 같이 제2 캡부(50)와 막 모듈부(10) 사이에만 설치될 수도 있다.1, the check valve 70 is installed between the first cap portion 30 and the membrane module portion 10 and between the second cap portion 50 and the membrane module portion 10, . The check valve 70 may be installed only between the first cap portion 30 and the membrane module portion 10 as shown in FIG. 2. The second cap portion 50 and the membrane module portion 10 ). ≪ / RTI >

이와 같은 체크밸브(70)는 본 발명의 실시 예에서 상기 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(10) 사이의 지지부재(13)에 설치된다. 상기 체크밸브(70)는 제1 캡부(30)와 막 모듈부(10)의 압력 차이에 의해 개방되며, 제1 캡부(30) 내부의 물을 막 모듈부(10)로 유입할 수 있다. 그리고 상기 체크밸브(70)는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(10)의 압력 차이에 의해 개방되며, 제2 캡부(50) 내부의 물을 막 모듈부(10)로 유입할 수 있다.Such a check valve 70 is installed in the support member 13 between the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 and the membrane module portion 10 in the embodiment of the present invention. The check valve 70 is opened by the pressure difference between the first cap portion 30 and the membrane module portion 10 and the water inside the first cap portion 30 can be introduced into the membrane module portion 10. The check valve 70 is opened by the pressure difference between the second cap portion 50 and the membrane module portion 10 and allows the water inside the second cap portion 50 to flow into the membrane module portion 10 .

여기서, 상기 체크밸브(70)는 지지부재(13)에 삽입되며 그 지지부재(13)에 고정되게 설치될 수 있고, 지지부재(13)에 일체로 사출되며 그 지지부재(13)에 고정되게 설치될 수도 있다.The check valve 70 is inserted into the support member 13 and can be fixed to the support member 13 and is integrally injected into the support member 13 and fixed to the support member 13 May be installed.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 체크밸브(70)는 제1 캡부(30)의 공급공기 주입구(31) 하측에서 막 모듈부(10)의 일측 지지부재(13)에 설치된다. 또한, 상기 체크밸브(70)는 제2 캡부(50)의 가습공기 배출구(51) 하측에서 막 모듈부(10)의 다른 일측 지지부재(13)에 설치된다. 여기서, 상기 체크밸브(70)는 지지부재(13)의 최하부 측에 설치된다.The check valve 70 according to the embodiment of the present invention is installed on one side support member 13 of the membrane module portion 10 below the supply air inlet 31 of the first cap portion 30. The check valve 70 is installed on the other side support member 13 of the membrane module unit 10 below the humidifying air outlet 51 of the second cap unit 50. Here, the check valve (70) is provided on the lowermost side of the support member (13).

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지용 가습기(100)에 의하면, 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(10) 사이의 지지부재(13)에 체크밸브(70)를 설치함에 따라, 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(10)의 압력 차이에 의해 체크밸브(70)를 개방하며, 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50) 내부의 물을 막 모듈부(10)로 유입할 수 있다.Therefore, according to the humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention configured as described above, the support member (not shown) between the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 and the membrane module portion 10 13, the check valve 70 is opened to open the check valve 70 by the pressure difference between the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 and the membrane module portion 10, The water inside the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 can be introduced into the membrane module portion 10.

즉, 상기 체크밸브(70)는 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50)와 막 모듈부(50)의 압력 차이가 일정 이상일 때 개방된다. 이에 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50) 내부의 일부 공기를 체크밸브(70)를 통해 막 모듈부(10)로 바이패스 하며 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50) 내부의 물을 막 모듈부(10)로 유입할 수 있다.That is, the check valve 70 is opened when the pressure difference between the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 and the membrane module portion 50 is greater than a predetermined value. The air in the first cap part 30 and / or the second cap part 50 is bypassed to the membrane module part 10 through the check valve 70 and the first cap part 30 And / or water in the second cap portion 50 into the membrane module portion 10.

상기와 같이 막 모듈부(10)로 유입된 물은 공기와 함께 배출공기 배출구(17)를 통해 배출되는데, 물은 워터트랩(20)에 저장되고, 공기는 배기 계통을 통해 외부로 배출된다.The water flowing into the membrane module unit 10 together with the air is discharged through the discharge air outlet 17, where the water is stored in the water trap 20, and the air is discharged to the outside through the discharge system.

이로써, 본 발명의 실시 예에서는 제1 캡부(30) 및/또는 제2 캡부(50) 내부의 물을 체크밸브(70)를 통해 막 모듈부(10)로 바이패스 하며, 가습기(100) 내부의 물 고임을 방지할 수 있고, 연료전지 스택으로의 물 유입을 방지할 수 있다.The water inside the first cap portion 30 and / or the second cap portion 50 is bypassed to the membrane module portion 10 through the check valve 70 and the water inside the humidifier 100 And it is possible to prevent water from flowing into the fuel cell stack.

이와 같이 본 발명의 실시 예에서는 가습기(100) 내부의 물 고임을 방지하므로, 종래 기술에서와 같은 차량의 연비 악화 및 가습기(100)의 손상을 방지할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent water accumulation inside the humidifier 100, and thus it is possible to prevent the deterioration of the fuel consumption of the vehicle and the damage of the humidifier 100 as in the prior art.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는 연료전지 스택으로의 물 유입을 방지할 수 있으므로, 물에 의한 연료전지 스택의 셀 빠짐을 최소화하며, 연료전지 스택의 운전 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, water can be prevented from flowing into the fuel cell stack, so that cell dropout of the fuel cell stack due to water can be minimized and the operation stability of the fuel cell stack can be improved.

이상에서 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Other embodiments may easily be proposed by adding, changing, deleting, adding, etc., but this is also within the scope of the present invention.

10... 막 모듈부
11... 가습막
13... 지지부재
15... 배출공기 유입구
17... 배출공기 배출구
20... 워터트랩
30... 제1 캡부
31... 공급공기 주입구
50... 제2 캡부
51... 가습공기 배출구
70... 체크밸브10 ... membrane module section
11 ... humidifying membrane
13 ... support member
15 ... exhaust air inlet
17 ... exhaust air outlet
20 ... water trap
30 ... first cap
31 ... Supply air inlet
50 ... second cap
51 ... humidifying air outlet
70 ... check valve

Claims (12)

가습막을 내부에 수용하는 막 모듈부;
상기 막 모듈부의 일측에 결합되며, 상기 막 모듈부로 공급공기를 공급하는 제1 캡부;
상기 막 모듈부의 다른 일측에 결합되며, 상기 막 모듈부로부터 유입된 가습공기를 배출하는 제2 캡부; 및
상기 제1 및 제2 캡부 중 적어도 하나와 상기 막 모듈부 사이에 설치되는 체크밸브;를 포함하며,
상기 막 모듈부는 상기 가습막의 양단을 지지하는 포팅부로서의 지지부재를 포함하고,
상기 체크밸브는 상기 지지부재에 설치되되, 상기 지지부재에 일체로 사출되어 상기 지지부재에 삽입된 상태로, 상기 제1 및 제2 캡부 중 적어도 하나와 상기 막 모듈부의 압력 차이에 의해 개방되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.A membrane module part for accommodating a humidifying membrane therein;
A first cap part coupled to one side of the membrane module part and supplying supply air to the membrane module part;
A second cap part coupled to the other side of the membrane module part and discharging the humidified air introduced from the membrane module part; And
And a check valve installed between at least one of the first and second cap portions and the membrane module portion,
Wherein the membrane module portion includes a support member as a potting portion for supporting both ends of the humidifying membrane,
Wherein the check valve is provided on the support member and is opened by a pressure difference between at least one of the first and second cap portions and the membrane module portion while being integrally injected into the support member and inserted into the support member Features humidifier for fuel cell. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 체크밸브는,
상기 막 모듈부와 상기 제1 캡부 사이의 일측 지지부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
The check valve
And the second cap is installed on one side support member between the membrane module part and the first cap part. 제3 항에 있어서,
상기 체크밸브는,
상기 제1 캡부와 막 모듈부의 압력 차이에 의해 개방되며, 상기 제1 캡부 내부의 물을 상기 막 모듈부로 유입하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method of claim 3,
The check valve
Wherein the first cap portion is opened by a pressure difference between the first cap portion and the membrane module portion, and water in the first cap portion flows into the membrane module portion. 제3 항에 있어서,
상기 제1 캡부는 공급공기를 상기 막 모듈부로 공급하기 위한 공급공기 주입구를 형성하며,
상기 체크밸브는 상기 공급공기 주입구의 하측에서 상기 일측 지지부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method of claim 3,
Wherein the first cap portion defines a supply air inlet for supplying supply air to the membrane module portion,
Wherein the check valve is installed on the one support member on the lower side of the supply air inlet. 제1 항에 있어서,
상기 체크밸브는,
상기 막 모듈부와 상기 제2 캡부 사이의 다른 일측 지지부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
The check valve
And the second cap is installed on the other supporting member between the membrane module part and the second cap part. 제6 항에 있어서,
상기 체크밸브는,
상기 제2 캡부와 막 모듈부의 압력 차이에 의해 개방되며, 상기 제2 캡부 내부의 물을 상기 막 모듈부로 유입하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 6,
The check valve
And the second cap portion is opened by a pressure difference between the second cap portion and the membrane module portion, and water in the second cap portion flows into the membrane module portion. 제6 항에 있어서,
상기 제2 캡부는 가습공기를 연료전지 스택으로 배출하기 위한 가습공기 배출구를 형성하며,
상기 체크밸브는 상기 가습공기 배출구의 하측에서 상기 다른 일측 지지부재에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 6,
The second cap portion forming a humidifying air outlet for discharging the humidifying air to the fuel cell stack,
And the check valve is installed on the other side support member from below the humidifying air outlet. 제1 항에 있어서,
상기 체크밸브는,
상기 제1 및 제2 캡부와 막 모듈부 사이의 양측 지지부재에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
The check valve
Wherein the first cap member and the second cap member are provided on both side support members between the first and second cap members and the membrane module unit. 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 막 모듈부는 연료전지 스택에서 배출되는 배출공기를 주입하기 위한 배출공기 유입구와, 수분이 제거된 배출공기를 배기 계통으로 배출하기 위한 배출공기 배출구를 형성하며,
상기 배출공기 배출구는 워터트랩과 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
Wherein the membrane module part forms an exhaust air inlet for injecting the exhaust air discharged from the fuel cell stack and an exhaust air outlet for discharging the moisture-removed exhaust air to the exhaust system,
And the exhaust air outlet is connected to a water trap.
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