KR101908456B1 - Humidifier for fuel cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 중공사막과 함께 습도를 많이 함유할 수 있는 수지를 집적시킴으로써 고속 운전 중 연료전지에 수분을 원활하게 전달함에 따라 고속 주행시 연료전지 차량의 순간적인 출력 저하를 방지할 수 있는 연료전지용 가습기에 관한 것이다. 본 발명의 연료전지용 가습기는, 내부에 공간이 형성된 막 하우징; 상기 막 하우징 내의 공간에 집적되고 양 말단이 상기 막 하우징의 말단부에 각각 포팅된 지지체 및 고함습 수지를 포함하는 중공사막; 스택으로부터 배출된 고습의 미반응 가스를 유입시키기 위한 제 2 유입구가 형성되고 상기 막 하우징의 제 1 말단부를 덮고 있는 제 1 커버부; 및 저습의 미반응 가스를 배출시키기 위한 제 2 배출구가 형성되고 상기 막 하우징의 제 2 말단부를 덮고 있는 제 2 커버부를 포함한다.The present invention relates to a humidifier for a fuel cell capable of preventing a momentary decrease in output of a fuel cell vehicle during a high-speed traveling as moisture is smoothly transferred to the fuel cell during high-speed operation by integrating a resin capable of containing a large amount of humidity together with a hollow fiber membrane . A humidifier for a fuel cell of the present invention includes: a membrane housing having a space formed therein; A hollow fiber membrane containing a support and a high wetting resin which are integrated in a space in the membrane housing and both ends are potted at the distal end of the membrane housing; A first cover portion formed with a second inlet for introducing high-humidity unreacted gas discharged from the stack and covering a first end portion of the membrane housing; And a second cover portion covering a second end portion of the membrane housing, the second cover portion having a second outlet for discharging low-humidity unreacted gas.

Description

연료전지용 가습기{Humidifier for fuel cell}[0001] Humidifier for fuel cell [0002]

본 발명은 연료전지용 가습기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가습성능을 향상시키기 위한 연료전지용 가습기에 관한 것이다.The present invention relates to a humidifier for a fuel cell, and more particularly, to a humidifier for a fuel cell for improving humidification performance.

연료전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전형 전지이다. 연료전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 2배 정도 효율이 높다. 또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료전지는 환경친화적일 뿐만 아니라 화석 연료 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있는 이점이 있다.Fuel cells are electricity generating cells that produce electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike conventional chemical batteries, such as batteries and accumulators, fuel cells can produce electricity continuously as long as hydrogen and oxygen are supplied, and they are twice as efficient as internal combustion engines because they have no heat loss. In addition, since the chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is directly converted into electric energy, the emission of pollutants is low. Therefore, the fuel cell is advantageous not only to be environmentally friendly, but also to reduce the fear of depletion of fossil fuel.

이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 고분자 전해질형 연료전지, 인산형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 및 알칼리형 연료전지 등으로 분류할 수 있다. Such a fuel cell can be largely divided into a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, and an alkaline fuel cell depending on the type of electrolyte used.

고분자 전해질형 연료전지의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 주요한 요인 중 하나는, 막-전극 접합체의 고분자 전해질막에 소정의 수분을 공급함으로써 함수율을 유지하도록 하는 것이다. 이는, 고분자 전해질 막이 건조되면 발전 효율이 급격히 저하되기 때문이다.One of the most important factors in improving the performance of the polymer electrolyte fuel cell is to maintain a water content by supplying a predetermined amount of water to the polymer electrolyte membrane of the membrane-electrode assembly. This is because, when the polymer electrolyte membrane is dried, the power generation efficiency sharply drops.

고분자 전해질 막을 가습하는 방법의 하나로서, 고분자 분리막을 이용하여 건조한 반응 가스에 수분을 공급하는 가습 막 방식이 있다.As a method of humidifying the polymer electrolyte membrane, there is a humidifying membrane method in which moisture is supplied to a dry reaction gas using a polymer separator.

가습 막 방식은 배기 가스 중에 포함된 수증기만을 선택적으로 투과시키는 막을 이용하여 배기 가스 중의 수증기를 고분자 전해질 막에 제공하는 방식으로서, 가습기를 경량화 및 소형화할 수 있다는 이점이 있다.The humidifying membrane method has a merit that the water vapor in the exhaust gas is supplied to the polymer electrolyte membrane by using a membrane that selectively permeates only the water vapor contained in the exhaust gas, and the humidifier can be made lighter and smaller.

이러한, 가습 막 방식에 사용되는 선택적 투과막은 모듈을 형성할 경우 단위 체적당 투과 면적이 큰 중공사막이 바람직하다. 즉, 중공사막을 이용하여 가습기를 제조할 경우 접촉 표면적이 넓은 중공사막의 고집적화가 가능하여 소용량으로도 연료전지의 가습이 충분히 이루어질 수 있고 저가 소재의 사용이 가능하며, 연료전지에서 고온으로 배출되는 미반응 가스에 포함된 수분과 열을 회수하여 가습기를 통하여 재활용할 수 있다는 이점이 있다. The selective permeable membrane used in the humidifying membrane method is preferably a hollow fiber membrane having a large permeation area per unit volume when a module is formed. That is, when the humidifier is manufactured by using the hollow fiber membrane, the hollow fiber membrane having a large contact surface area can be highly integrated, so that the humidification of the fuel cell can be sufficiently performed even at a small capacity, Moisture and heat contained in the unreacted gas can be recovered and recycled through the humidifier.

통상 연료전지용 가습기는 중공부를 흐르는 반응가스에 수분을 공급하기 위한 중공사막 다발이 집적된 막 하우징과 고습의 미반응 가스를 유입시키는 유입구와 이를 배출시키는 배출구를 포함하여 이루어져 있다. Typically, a humidifier for a fuel cell includes a membrane housing having a bundle of hollow fiber membranes for supplying moisture to a reaction gas flowing through the hollow portion, an inlet for introducing high-humidity unreacted gas, and an outlet for discharging the unreacted gas.

그러나 종래의 가습기에 사용되는 중공사막은 50 내지 200 ㎛ 정도의 두께와 50 % 이상의 다공도를 가짐에 따라 수분의 양을 많이 함유할 수 없는 단점을 갖는다. 따라서 연료전지 자동차 운행 중 급가속을 위해 공기 유입속도를 순간적으로 올려줄 경우 종래 가습기를 통해 배출되는 공기는 급격히 낮은 습도를 갖기 때문에 순간적으로 연료전지 시스템의 출력 저하를 초래하게 된다. 즉, 출력을 높이기 위한 조작이 오히려 순간적인 출력의 감소를 초래하는 문제가 발생한다. However, the hollow fiber membrane used in the conventional humidifier has a thickness of about 50 to 200 mu m and a porosity of 50% or more, and thus can not contain a large amount of water. Therefore, if the air inflow rate is instantaneously increased for rapid acceleration during the operation of the fuel cell vehicle, the air discharged through the conventional humidifier has a suddenly low humidity, so that the output of the fuel cell system is instantaneously lowered. That is, a problem arises in that the operation for increasing the output causes a reduction in the instantaneous output.

이러한 문제를 방지하기 위해 중공사막의 두께를 증가시켜 중공사막의 함습 양을 향상시키는 기술이 제안될 수 있으나, 중공사막의 두께 증가로 인한 수분전달의 어려움으로 인해 가습성능이 저하되는 역효과를 초래하게 된다. In order to prevent such problems, a technique of increasing the amount of humidification of the hollow fiber membrane by increasing the thickness of the hollow fiber membrane may be proposed. However, due to the increase of the thickness of the hollow fiber membrane, do.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 중공사막과 함께 습도를 많이 함유할 수 있는 수지를 집적시킴으로써 고속 운전 중 연료전지에 수분을 원활하게 전달함에 따라 고속 주행시 연료전지 차량의 순간적인 출력 저하를 방지할 수 있는 연료전지용 가습기를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell vehicle which is capable of efficiently accumulating moisture in a fuel cell, And it is an object of the present invention to provide a humidifier for a fuel cell capable of preventing an instantaneous output reduction.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내부에 공간이 형성된 막 하우징; 상기 막 하우징 내의 공간에 집적되고 양 말단이 상기 막 하우징의 말단부에 각각 포팅된 지지체 및 고함습 수지를 포함하는 중공사막; 스택으로부터 배출된 고습의 미반응 가스를 유입시키기 위한 제 2 유입구가 형성되고 상기 막 하우징의 제 1 말단부를 덮고 있는 제 1 커버부; 및 저습의 미반응 가스를 배출시키기 위한 제 2 배출구가 형성되고 상기 막 하우징의 제 2 말단부를 덮고 있는 제 2 커버부를 포함하는 연료전지용 가습기를 제공한다.According to an aspect of the present invention, A hollow fiber membrane containing a support and a high wetting resin which are integrated in a space in the membrane housing and both ends are potted at the distal end of the membrane housing; A first cover portion formed with a second inlet for introducing high-humidity unreacted gas discharged from the stack and covering a first end portion of the membrane housing; And a second cover portion covering a second end portion of the membrane housing, the second cover portion being formed with a second outlet for discharging low-humidity unreacted gas.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

첫째, 본 발명에 따른 가습기는 고함습 수지를 포함함에 따라 많은 습기를 보유할 수 있기 때문에 급가속시에도 습기를 연료 전지에 원활하게 공급할 수 있다. First, since the humidifier according to the present invention can contain a large amount of moisture due to the inclusion of a high humid resin, moisture can be smoothly supplied to the fuel cell even during rapid acceleration.

둘째, 본 발명에 따른 가습기는 분할판이 막 하우징에 설치됨에 따라, 고습의 미반응 가스가 막 하우징 내에 집적된 모든 중공사막에 균일하게 접촉되기 때문에 모든 반응가스가 균등하게 가습될 수 있다.Second, in the humidifier according to the present invention, since the partition plate is installed in the membrane housing, the high-humidity unreacted gas uniformly contacts all the hollow fiber membranes accumulated in the membrane housing, so that all the reaction gases can be uniformly humidified.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 개략도이다.
도 2는 도 1의 I-I´절단면을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막의 단면도이다.1 is a schematic view of a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a sectional view taken along the line II 'in Fig.
3 is a cross-sectional view of a hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변형을 모두 포함한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention includes all modifications that fall within the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the humidifier for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 개략도이다. 도 2는 도 1의 I-I´절단면을 나타낸 것이다.1 is a schematic view of a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 연료전지용 가습기는 제 1 홀(311)이 형성된 제 1 말단부 및 상기 제 1 말단부의 반대 측에 위치하고 제 2 홀(312)이 형성된 제 2 말단부를 포함하고 내부에 공간이 형성된 막 하우징(310)이 설치되어 있다. 상기 막 하우징(310)은 내부에 공간이 형성되어 있기 때문에 중공사막(100)을 집적하는 역할을 한다. 또한, 상기 막 하우징(310)은 내부에 집적된 중공사막(100)에 고습의 미반응 가스를 공급하기 위한 제 1 말단부에 제 1 홀(311)이 상부 및 하부에 다수 형성되어 있다. 또한, 상기 막 하우징(310)은 상기 중공사막(100)에 수분을 공급한 미반응 가스를 외부로 배출시키기 위한 제 2 홀(312)이 상부 및 하부에 다수 형성되어 있다.1, the humidifier for a fuel cell according to the present invention includes a first end formed with a first hole 311 and a second end positioned opposite to the first end and having a second hole 312 formed therein, A membrane housing 310 having a space formed therein is provided. The membrane housing 310 functions to accumulate the hollow fiber membrane 100 because a space is formed therein. The membrane housing 310 has a plurality of first holes 311 formed at upper and lower ends thereof for supplying high-humidity unreacted gas to the hollow fiber membrane 100 integrated therein. In addition, the membrane housing 310 has a plurality of second holes 312 for discharging unreacted gas supplied with moisture to the hollow fiber membrane 100 to the outside.

상기 막 하우징(310) 내부에 집적된 중공사막(100)은 상기 막 하우징(310)의 말단부에 각각 포팅됨으로써 미반응 가스와 반응 가스를 완전히 분리되어 서로 접촉하지 않고 흐르게 된다. 상기 중공사막(100)은 중앙에 중공(130)이 형성됨에 따라 반응가스가 상기 중공(130)을 관통하여 흐르게 된다. 또한, 상기 중공사막(100)은 소정의 직경을 갖는 다수의 기공이 형성됨으로써 상기 기공을 통해 상기 중공사막(100)의 외부에 흐르는 고습의 미반응 가스로부터 수분만 선택적으로 흐르게 된다. The hollow fiber membranes 100 integrated in the membrane housing 310 are respectively ported to the distal ends of the membrane housing 310 to allow the unreacted gas and the reaction gas to completely separate and flow without contacting each other. As the hollow 130 is formed at the center of the hollow fiber membrane 100, the reaction gas flows through the hollow 130. In addition, the hollow fiber membrane 100 is formed with a plurality of pores having a predetermined diameter, so that water only flows from the high-moisture unreacted gas flowing outside the hollow fiber membrane 100 through the pores.

상기 막 하우징(310)의 제 1 말단부에는 제 1 커버부(320)가 장착되어 있다. 상기 제 1 커버부(320)는 스택으로부터 배출된 고습의 미반응 가스를 유입시키기 위한 제 2 유입구(321)가 형성되어 있다. 상기 제 2 유입구(321)로부터 유입된 고습의 미반응 가스는 상기 막 하우징(310)의 외부를 흐르다가 제 1 홀(311)을 통해 막 하우징(310) 내부로 공급된다. 상기 제 1 커버부(320)의 내면과 상기 막 하우징(310)의 제 1 말단부 사이에는 실링부(미도시)가 설치되어 고습의 미반응 가스가 막 하우징(310) 내부로만 흐르게 한다. 즉, 상기 제 1 커버부(320)의 제 2 유입구(321)가 상기 다수의 제 1 홀(311)들에만 연통되기 때문에 상기 제 2 유입구(321)를 통해 유입된 고습의 미반응 가스는 다수의 제 1 홀(311)들을 통해서만 상기 막 하우징(310) 내부로 이동하게 된다.A first cover 320 is attached to the first end of the membrane housing 310. The first cover part 320 is formed with a second inlet 321 for introducing high-humidity unreacted gas discharged from the stack. The high-humidity unreacted gas introduced from the second inlet 321 flows outside the membrane housing 310 and is supplied into the membrane housing 310 through the first hole 311. A sealing portion (not shown) is provided between the inner surface of the first cover portion 320 and the first end portion of the membrane housing 310 to allow the high-humidity unreacted gas to flow only into the membrane housing 310. That is, since the second inlet 321 of the first cover part 320 communicates only with the plurality of first holes 311, the high-humidity unreacted gas introduced through the second inlet 321 flows through the plurality of Only the first holes 311 of the membrane housing 310 move into the membrane housing 310.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막(100)의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a hollow fiber membrane 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 중공사막(100)은 중공사막(100)의 장시간 내구성을 갖도록 도와주는 지지체(110)를 포함하고 있다. 이러한, 지지체(110)는 물리적 화학적 특성이 우수함에 따라 상기 중공사막(100)이 장시간 가습 성능을 유지하도록 도와주는 역할을 할 수 있다. As shown in FIG. 3, the hollow fiber membrane 100 of the present invention includes a support body 110 to help the hollow fiber membrane 100 have a long-term durability. Since the support 110 has excellent physical and chemical properties, the hollow fiber membrane 100 can help maintain the humidification performance for a long time.

또한, 상기 중공사막(100)은 고함습 수지(120)를 포함한다. 상기 고함습 수지(120)는 많은 양의 습기를 머금고 있는 역할을 수행한다. In addition, the hollow fiber membrane 100 includes a high humidity resin 120. The high humidity resin 120 plays a role of fading a large amount of moisture.

종래 가습기에 사용되는 중공사막(100)은 50 내지 200 ㎛ 정도의 두께와 50 % 이상의 다공도를 가짐에 따라 수분의 양을 많이 함유할 수 없는 문제가 있다. 따라서 연료전지 자동차 운행 중 급가속을 위해 반응가스 유입속도를 순간적으로 올려줄 경우 종래 가습기를 통해 배출되는 연료전지는 급격히 낮은 습도를 갖기 때문에 순간적으로 연료전지 시스템의 출력 저하를 초래하게 된다. Conventionally, the hollow fiber membrane 100 used in the humidifier has a thickness of about 50 to 200 mu m and a porosity of 50% or more, so that it can not contain a large amount of water. Therefore, if the flow rate of the reactant gas is instantaneously increased for rapid acceleration during operation of the fuel cell vehicle, the fuel cell discharged through the conventional humidifier has a suddenly low humidity, resulting in an instantaneous decrease in the output of the fuel cell system.

이러한 문제를 해결하고자, 본 발명의 중공사막(100)은 자동차가 고속으로 운행시 대량의 반응가스가 급격히 유입되더라도 상기 반응가스에 수분을 충분히 공급해줄 수 있도록 높은 수분을 함유할 수 있는 고함습 수지(120)를 포함한다. In order to solve such a problem, the hollow fiber membrane 100 of the present invention is a hollow fiber membrane that can contain a high moisture content so that water can be sufficiently supplied to the reaction gas even when a large amount of reactant gas is rapidly flowed (120).

이에 따라, 상기 중공사막(100)은 20 내지 70 %의 함습률을 가질 수 있다. 만일 상기 중공사막(100)의 함습률이 20 % 미만일 경우 급격히 유입되는 대량의 반응가스에 충분한 수분을 공급하지 못할 수도 있고, 반면 상기 중공사막(100)의 함습률이 70 %를 초과할 경우 고함습 수지(120)의 함량이 지나치게 높아짐에 따라 기계적 물성 및 내화학적 특성이 저하됨으로써 내구성이 떨어질 수 있다.Accordingly, the hollow fiber membrane 100 may have a moisture absorption rate of 20 to 70%. If the moisture absorption rate of the hollow fiber membrane 100 is less than 20%, it may be impossible to supply a sufficient amount of moisture to the large amount of reactant gas that is rapidly introduced. On the other hand, when the moisture absorption rate of the hollow fiber membrane 100 exceeds 70% As the content of the wet resin 120 becomes excessively high, the mechanical properties and the chemical resistance are lowered, so that the durability may be lowered.

상기 함습률은 다음과 같은 식을 이용하여 측정한다.The moisture content is measured using the following equation.

함습률(%) = [(함습 무게 - 건조 무게)/건조 무게]×100Moisture content (%) = [(Moisture weight - dry weight) / dry weight] × 100

이때, 상기 건조 무게는 시료를 120℃에서 1시간 방치한 후 측정한 무게이고, 상기 함습 무게는 시료를 120℃에서 1시간 방치한 후 다시 40℃, 95%RH, 24시간 방치한 후 측정한 무게이다.The dry weight was measured after the sample was left at 120 ° C for 1 hour. The moisture content was measured after allowing the sample to stand at 120 ° C for 1 hour and then at 40 ° C and 95% RH for 24 hours Weight.

상기 중공사막(100)은 단면적 기준으로 1 내지 5 중량%의 고함습 수지(120)를 포함할 수 있다. 만일, 상기 중공사막(100)이 1 중량% 미만의 고함습 수지(120)를 포함할 경우 충분한 수분을 함유하지 못함에 따라 고속 운행시 출력이 저하될 수 있고, 반면 상기 중공사막(100)이 5 중량%를 초과하는 고함습 수지(120)를 포함할 경우 기계적 물성이 떨어짐에 따라 사용시간이 급격히 저하될 수 있다.The hollow fiber membrane 100 may include 1 to 5% by weight of a high wetting resin 120 based on the cross-sectional area. If the hollow fiber membrane 100 contains less than 1% by weight of the high wetting resin 120, the output may be lowered at high speed operation due to insufficient moisture content, whereas the hollow fiber membrane 100 When the high wetting resin 120 is contained in an amount exceeding 5% by weight, the use time may be drastically lowered due to deterioration of mechanical properties.

상기 중공사막(100)은 고함습 수지(120)로 이루어진 브레이드(braid)를 포함할 수 있다. The hollow fiber membrane 100 may include a braid made of a high humidity resin 120.

상기 지지체(110)에 고함습 수지(120)를 부여하는 위해 다양한 방법이 이용될 수 있다. 먼저, 중공(130)을 갖는 튜브형 지지체(110)에 고함습 수지(120)를 코팅하는 방법을 통해 상기 지지체(110)에 고함습 수지(120)를 부여할 수 있다. 이러한, 방법은 단순한 공정을 통해 용이하게 중공사막(100)을 제조할 수 있는 이점이 있으나, 지지체(110)와 고함습 수지(120) 코팅막과의 접착력이 떨어질 경우 장시간 사용시 접착력이 저하될 수 있고 코팅막의 다공성이 떨어짐으로써 수분이 원활하게 전달되지 못할 수 있다. Various methods may be used for imparting the hiding resin 120 to the support 110. First, the support member 110 may be provided with a high moisture-absorbing resin 120 through a method of coating a tubular support 110 having a hollow 130 with a high-moisture resin 120. This method has an advantage in that the hollow fiber membrane 100 can be easily manufactured through a simple process. However, if the adhesive strength between the support 110 and the coating film of the HW resin 120 is inferior, the adhesive strength may decrease during prolonged use The moisture of the coating film may not be smoothly transferred due to the decreased porosity of the coating film.

하지만, 고함습 수지(120)를 이용하여 제조된 브레이드를 이용할 경우, 상기 브레이드는 높은 다공성을 가짐으로써 수분을 원활하게 전달할 수 있고 넓은 표면적을 가짐으로써 지지체(110)와 강하게 접착함에 따라 장시간 사용시에도 접착면이 분리되는 것을 방지할 수 있다. However, when using the braid manufactured using the high moisture resistance resin 120, the braid has a high porosity to smoothly transfer moisture and has a large surface area, thereby strongly bonding with the support 110, It is possible to prevent the adhesive surface from being separated.

상기 중공사막(100)은 나피온, 설포네이티드 폴리설폰, 설포네이티드 폴리이미드, 및 설포네이티드 폴리아릴렌이써 중 적어도 하나로 이루어진 고함습 수지(120)를 포함할 수 있다. The hollow fiber membrane 100 may include a high wetting resin 120 made of at least one of Nafion, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, and sulfonated polyarylene.

듀퐁사에 의해 개발된 상품명인 나피온은 빠른 수분 전달 성능과 훌륭한 기체 장벽 효과를 갖는 이점이 있으나 가격이 고가라는 문제점이 있다. 반면, 설포네이티드 폴리설폰, 설포네이티드 폴리이미드, 및 설포네이티드 폴리아릴렌이써는 비용이 저렴할 뿐만 아니라 나피온과 유사한 성능을 나타낼 수 있는 특성이 있다. Nafion, a product name developed by DuPont, has the advantage of having fast moisture transfer performance and good gas barrier effect, but it is expensive. On the other hand, the use of sulfonated polysulfones, sulfonated polyimides, and sulfonated polyarylenes is not only inexpensive, but also has properties that can exhibit similar performance to Nafion.

도 2는 도 1의 I-I´절단면을 나타낸 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 막 하우징(310)은 내부에 이중 격벽을 포함하는 분할판(360)이 설치될 수 있다. 상기 분할판(360)은 양 말단 또는 제 1 커버부(320) 방향의 말단에 2중 격벽(361)이 형성될 수 있다. 상기 2중 격벽(361)의 상부 및 하부에는 슬릿(362)이 형성됨에 따라, 상기 분할판(360)은 상하부가 관통된 형상을 가지게 된다. 이와 같이 상하부가 관통된 형상을 갖는 분할판(360)을 가지기 때문에 제 2 유입구(321)를 통해 유입된 고습의 미반응 가스가 자유롭게 막 하우징(310)의 상하부를 흐를 수 있고, 이에 따라 고습의 미반응 가스가 균일하게 상기 분할판(360)에 의해 분할된 막 하우징(310)내의 분할공간에 공급된다. 즉, 막 하우징(310) 상부로 고습의 미반응 가스가 과도하게 흐를 경우 상부를 흐르는 고습의 미반응 가스가 2중 격벽(361)의 슬릿(362)을 통해 하부로 흐르게 됨에 따라, 상기 막 하우징(310)의 상하부에 고르게 고습의 미반응 가스가 공급된다.2 is a cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG. As shown in FIG. 2, the membrane housing 310 may include a partition plate 360 having a double partition wall. The partition plate 360 may have a double partition wall 361 formed at both ends or at the ends of the first cover unit 320. As the slits 362 are formed on the upper and lower portions of the double partition wall 361, the partition plate 360 has a shape in which upper and lower portions penetrate. Since the partition plate 360 having the upper and lower parts penetrated as described above, the high-humidity unreacted gas introduced through the second inlet 321 can freely flow over the upper and lower portions of the membrane housing 310, Unreacted gas is uniformly supplied to the divided space in the membrane housing 310 divided by the partition plate 360. [ That is, when high-humidity unreacted gas flows excessively over the membrane housing 310, the unreacted high-humidity gas flowing in the upper portion flows downward through the slits 362 of the double partition wall 361, The unreacted gas of high humidity is uniformly supplied to the upper and lower portions of the fuel tank 310.

결과적으로, 상기 분할판(360)에 의해 막 하우징(310)의 내부가 다수의 공간으로 분할됨에 따라 유입된 고습의 미반응 가스는 상기 막 하우징(310)으로부터 배출되기 전까지 쏠림 현상이 없이 고르게 가습에 이용될 수 있다.As a result, since the inside of the membrane housing 310 is divided into a plurality of spaces by the partition plate 360, the unreacted high-humidity gas introduced into the membrane housing 310 can be uniformly humidified Lt; / RTI >

상기 분할판(360)의 슬릿(362) 형상은 사각형, 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The shape of the slit 362 of the partition plate 360 may have various shapes such as a quadrangle and a circle, and the shape is not limited thereto.

상기 분할판(360)은 좌우 면에 천공된 형상을 가질 수 있다. 즉, 분할판(360)의 천공됨에 따라, 막 하우징(310)의 일 분할된 공간에 있는 미반응 가스가 다른 분할된 공간으로 흐르게 된다. 따라서, 미반응 가스가 막 하우징(310) 내부 전체에 보다 고르게 공급되게 된다. 상기 천공 형상은 사각형, 원형, 타원형, 슬릿형, 사선 슬릿형, 메쉬형 등 다양한 형상일 수 있고, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The partition plate 360 may have a perforated shape on the right and left sides. That is, as the partition plate 360 is perforated, unreacted gas in one divided space of the membrane housing 310 flows into another divided space. Accordingly, unreacted gas is supplied more uniformly to the entire inside of the film housing 310. The perforation shape may be various shapes such as a quadrangle, a circle, an ellipse, a slit, a slit, and a mesh, but is not limited thereto.

상기 막 하우징(310)에서의 쏠림 현상을 원활하게 방지하기 위해서 분할판(360)에 의해 형성된 분할된 공간은 되도록 많을수록 바람직할 수 있다. 그러나, 막 하우징(310)의 제조 공정성, 제조비용 등을 감안하여 상기 막 하우징(310)은 2 내지 수 개의 분할된 공간을 갖는 것이 바람직할 수 있다.The divided space formed by the partition plate 360 may be preferably as large as possible in order to prevent the membrane housing 310 from leaning smoothly. However, considering the manufacturing processability of the membrane housing 310, manufacturing cost, etc., it is preferable that the membrane housing 310 has 2 to several divided spaces.

상기 막 하우징(310)의 제 2 말단부에는 저습의 미반응 가스를 외부로 배출하기 위한 제 2 배출구(미도시)가 형성된 제 2 커버부(330)가 형성되어 있다. 상기 제 2 배출구는 상기 제 2 커버부(330) 하부에 형성될 수 있고 직사각형 모양을 가질 수 있다.And a second cover part 330 having a second outlet (not shown) for discharging low-humidity unreacted gas to the outside is formed at a second end of the membrane housing 310. The second outlet may be formed under the second cover part 330 and may have a rectangular shape.

상기 제 2 커버부(330)의 내면과 상기 막 하우징(310)의 제 2 말단부 사이에는 실링부(미도시)가 설치되어 수분을 상실한 미반응 가스가 제 2 배출구로만 배출되도록 한다.A sealing portion (not shown) is provided between the inner surface of the second cover portion 330 and the second end portion of the membrane housing 310 so that unreacted gas having moisture lost is discharged to only the second outlet.

상기 제 1 커버부(320)의 말단에는 제 1 배출구(351)가 형성된 제 1 캡(350)이 장착된다. 상기 제 1 배출구(351)를 통해 중공사막(100)으로부터 수분을 부여받은 반응 가스가 배출되어 연료전지에 공급된다.A first cap 350 having a first outlet 351 is mounted at a distal end of the first cover 320. The reactant gas supplied with moisture from the hollow fiber membrane 100 through the first outlet 351 is discharged and supplied to the fuel cell.

상기 제 2 커버부(330)의 말단에는 제 1 유입구(341)가 형성된 제 2 캡(340)이 장착된다. 상기 제 1 유입구(341)를 통해 스택으로부터 배출된 고습의 미반응 가스가 유입된다. A second cap 340 having a first inlet 341 is mounted at the end of the second cover 330. High-humidity unreacted gas discharged from the stack flows through the first inlet 341.

본 발명의 연료전지용 가습기는 단면이 둥근 사각형인 기둥형태일 수 있고, 원형, 삼각형, 다각형, 타원형, 사각형의 단면을 가진 기둥형태, 또는 구형이나 타원체일 수 있고, 반드시 그 형상이 한정되는 것은 아니다. The humidifier for a fuel cell of the present invention may be in the form of a pillar having a round cross section and may be a circle, a triangle, a polygon, an ellipse, a column having a cross section of a quadrangle, a sphere or an ellipsoid, .

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 동작을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Next, the operation of the humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

연료전지로 공급될 반응가스가 제 1 유입구(341)를 통해 가습기로 유입되는 것과 동시에, 스택으로부터 배출되는 고습의 미반응 가스가 제 2 유입구(321)를 통해 제 1 커버부(320) 내부로 유입된다. 이렇게 유입된 고습의 미반응 가스는 제 1 홀(311)을 통해 막 하우징(310) 내부로 공급된다. 이때, 고습의 미반응 가스는 2중 격벽(361)의 슬릿(362)을 통해 막 하우징(310)의 상부 및 하부로 자유롭게 흐르고, 이에 따라 고르게 막 하우징(310) 전체에 고습의 미반응 가스가 공급된다. The reactive gas to be supplied to the fuel cell flows into the humidifier through the first inlet port 341 and the unreacted high-humidity gas discharged from the stack flows into the first cover portion 320 through the second inlet port 321 ≪ / RTI > The high-temperature unreacted gas thus introduced is supplied into the film housing 310 through the first hole 311. At this time, the high-humidity unreacted gas flows freely through the slits 362 of the double partition wall 361 to the upper and lower portions of the membrane housing 310, .

막 하우징(310) 내부로 유입된 다량의 수분을 함유하고 있는 미반응 가스는 중공사막(100)과 접촉하고 상기 중공사막(100)에 수분을 공급한다. 이렇게 미반응 가스로부터 공급된 수분은 중공사막(100) 내부에 축적되는데, 상기 중공사막(100)의 고함습 수지(120)의 종류 및 함량에 따라 함습률이 결정된다. The unreacted gas containing a large amount of water introduced into the membrane housing 310 contacts the hollow fiber membrane 100 and supplies water to the hollow fiber membrane 100. The moisture supplied from the unreacted gas is accumulated in the hollow fiber membrane 100, and the moisture content is determined according to the type and content of the hollow fiber membrane 120 of the hollow fiber membrane 100.

이렇게 수분을 축적하고 있는 중공사막(100)은 수분의 밀도 차이에 의해 제 1 유입구(341)를 통해 유입된 반응가스에 수분을 공급하고 수분이 공급된 반응가스는 제 2 배출구를 통해 연료전지 내로 보내진다.The hollow fiber membrane 100, which accumulates moisture, supplies moisture to the reaction gas introduced through the first inlet 341 due to the difference in the density of water, and the reactant gas supplied with moisture is introduced into the fuel cell through the second outlet .

이때, 만일 고속 운전으로 인해 제 1 유입구(341)를 통해 급격히 다량의 반응가스가 유입될 경우 내부에 많은 수분을 함유하고 있는 중공사막(100)은 반응가스에 수분을 충분히 공급하게 되고, 충분한 수분을 공급받은 반응가스는 연료전지에 공급되어 원활하게 출력을 높이게 된다. At this time, if a large amount of reaction gas is rapidly introduced through the first inlet 341 due to high-speed operation, the hollow fiber membrane 100 containing a large amount of moisture therein sufficiently supplies moisture to the reaction gas, The reaction gas is supplied to the fuel cell to smoothly increase the output.

310 : 막 하우징 311 : 제 1 홀
312 : 제 2 홀 320 : 제 1 커버부
321 : 제 2 유입구 330 : 제 2 커버부
340 : 제 2 캡
341 : 제 1 유입구 350 : 제 1 캡
351 : 제 1 배출구 360 : 분할판
361 : 2중 격벽 362 : 슬릿
100 : 중공사막 110 : 지지체
120 : 고함습 수지 130 : 중공310: membrane housing 311: first hole
312: second hole 320: first cover part
321: second inlet port 330: second cover portion
340: second cap
341: first inlet port 350: first cap
351: first outlet 360: partition plate
361: Double partition wall 362: Slit
100: Hollow fiber membrane 110: Support
120: high humidity resin 130: hollow

Claims (6)

내부에 공간이 형성된 막 하우징;
상기 막 하우징 내의 공간에 집적되고 양 말단이 상기 막 하우징의 말단부에 각각 포팅된 다수의 중공사막들 - 상기 중공사막들 각각은 (i) 튜브형 지지체 및 (ii) 상기 튜브형 지지체 상의 고함습 수지를 포함함 -;
스택으로부터 배출된 고습의 미반응 가스를 유입시키기 위한 제 2 유입구가 형성되고 상기 막 하우징의 제 1 말단부를 덮고 있는 제 1 커버부; 및
저습의 미반응 가스를 배출시키기 위한 제 2 배출구가 형성되고 상기 막 하우징의 제 2 말단부를 덮고 있는 제 2 커버부를 포함하는 연료전지용 가습기.A membrane housing having a space formed therein;
A plurality of hollow fiber membranes integrated in the space within the membrane housing and having both ends potted at the distal end of the membrane housing, each of the hollow fiber membranes including (i) a tubular support and (ii) a high wetting resin on the tubular support -;
A first cover portion formed with a second inlet for introducing high-humidity unreacted gas discharged from the stack and covering a first end portion of the membrane housing; And
And a second cover portion covering a second end portion of the membrane housing, the second cover portion being formed with a second outlet for discharging low-humidity unreacted gas. 제1항에 있어서,
상기 중공사막들 각각은 20 내지 70 %의 함습률을 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
Wherein each of the hollow fiber membranes has a moisture absorption rate of 20 to 70%. 제1항에 있어서,
상기 중공사막들 각각은 단면적 기준으로 1 내지 5 중량%의 상기 고함습 수지를 포함하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
Wherein each of the hollow fiber membranes comprises 1 to 5 wt% of the high moisture wetting resin on a cross-sectional basis. 제1항에 있어서,
상기 중공사막들 각각은 내부에 상기 고함습 수지로 이루어진 브레이드를 포함하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
Wherein each of the hollow fiber membranes includes a braid made of the high wetting resin therein. 제1항에 있어서,
상기 고함습 수지는 나피온, 설포네이티드 폴리설폰, 설포네이티드 폴리이미드, 및 설포네이티드 폴리아릴렌이써 중 적어도 하나를 포함하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
Wherein the high humidity resin comprises at least one of Nafion, a sulfonated polysulfone, a sulfonated polyimide, and a sulfonated polyarylene. 제1항에 있어서,
상기 막 하우징은 내부에 이중 격벽을 포함하는 분할판이 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습기.The method according to claim 1,
Wherein the membrane housing is provided with a partition plate including a double partition wall therein.
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