KR102328433B1 - 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지의 습도 조절 장치에 관한 것으로서, 연료전지의 스택으로 공급되는 가스를 가습하는 연료전지용 가습장치에 있어서, 내부로 물과 가스가 함께 공급되어 물과 가스 혼합유체를 노즐을 통해 분사하는 믹서부와, 상기 믹서부를 내부에 포함하며, 상기 믹서부의 노즐로부터 분사된 혼합유체 중 가습된 가스는 상기 연료전지의 스택에 공급하고, 응축수는 저부에 저장하는 가습챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 물과 수소 또는 공기를 동시에 공급하여 균일하게 혼합시킨 후 노즐을 통해 분무함으로써 물과 수소 또는 공기가 고르게 혼합되어 가습효율이 뛰어나며, 습도 제어가 용이한 이점이 있다.

Description

연료전지용 노즐형 습도 조절 장치{Nozzle Type Humidifier for Fuel Cell System}

본 발명은 연료전지의 습도 조절 장치에 관한 것으로서, 물과 가스가 함께 공급되어 혼합 후 분무가 이루어지도록 하여 가습 효율이 높으며, 습도 조절이 용이한 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치에 관한 것이다.

기존의 화석연료를 태움으로써 생기는 배기가스에 의한 환경 오염 문제와 화석연료 고갈에 의한 에너지 위기 등에 대처하기 위하여 무공해 대체에너지 개발을 위한 노력이 전 세계적으로 진행되고 있다.

특히 무공해 대체에너지로서의 수소 연료의 사용은 지구상에 존재하는 무한한 자원의 활용으로써 그 의미가 있으며, 수소 연료를 사용하는 연료전지는 수소에너지 응용기술의 핵심이다.

이러한 수소 연료를 사용하는 연료전지는 연료인 수소를 공기 중의 산소와 반응시켜 물을 생성하면서 전기를 발생시키는 장치로, 고순도의 수소가 수소 저장탱크로부터 연료전지용 스택의 연료극(anode)으로 공급되고, 블로워와 같은 공기 공급장치를 통해 대기 중의 공기가 연료전지용 스택의 공기극(cathode)으로 공급된다.

연료전지용 스택의 연료극으로 공급된 수소는 수소 이온과 전자로 분리되며, 수소 이온은 연료극과 공기극 사이의 전해질막을 통해 공기극으로 이동하고, 전자는 외부 도선을 통해 공기극으로 이동한다. 연료저지용 스택의 공기극으로 공급된 산소가 전자 및 수소 이온과 결합하여 물을 생성하면서 전기에너지를 발생시킨다.

여기에서 연료전지용 스택의 전해질막은 일반적으로 고분자막으로 이루어져 수소 이온이 통과하려면 고분자막이 적절한 수분을 함유하고 있어야 한다. 즉, 고분자 전해질막이 충분히 젖어 있을수록 수소 이온이 연료극으로부터 공기극으로 더 잘 전달될 수 있다.

따라서, 전해질막에 적절한 수분을 지속적으로 공급하여 연료전지의 발전 효율 저하를 방지하고, 열화에 따른 전해질막의 손상을 방지하기 위해 연료전지의 수소 및 공기 공급장치에는 공급해주는 수소 및 공기의 습도를 조절하기 위한 가습기가 필수적으로 구성되어 있다

도 1은 종래의 가습기를 도시한 것으로서, 이중관 형태를 가진 노즐형 가습기를 나타낸 것이다. 가습챔버 상측으로 물을 공급하여 노즐을 통해 분사하면 가습챔버 측면에서 공급된 공기에 수분이 공급되고, 이를 배기함으로서 공기의 습도를 조절하도록 하는 것이다.

상기 종래의 가습기의 경우 가습챔버 측면으로 공급된 공기와 가습챔버 상측에서 공급된 물이 만나서 공기에 가습이 이루어지는 것으로서, 물과 공기가 고르게 섞이지 않아 공기의 습도 제어가 어려운 점이 있다.

또한 물의 분무가 제대로 되지 않아 공기에 가습이 되는 것보다 가습챔버 저부로 떨어지는 물이 더 많아 가습 효율이 낮으며, 단일 가습챔버 만을 사용함으로 공기의 습도 제어가 신속히 이루어지지 않는 단점이 있다.

또한 가습챔버 저부에서 공급된 물을 다시 이중관 형태로 보관하여 공급되도록 하는 것으로서, 그 구성이 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물과 가스가 함께 공급되어 혼합 후 분무가 이루어지도록 하여 가습 효율이 높으며, 습도 조절이 용이한 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료전지의 스택으로 공급되는 가스를 가습하는 연료전지용 가습장치에 있어서, 내부로 물과 가스가 함께 공급되어 물과 가스 혼합유체를 노즐을 통해 분사하는 믹서부와, 상기 믹서부를 내부에 포함하며, 상기 믹서부의 노즐로부터 분사된 혼합유체 중 가습된 가스는 상기 연료전지의 스택에 공급하고, 응축수는 저부에 저장하는 가습챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 믹서부는, 물주입구 및 가스주입구가 각각 형성되어 상기 물주입구 및 가스주입구로 주입된 물과 가스가 상기 노즐 근방에서 혼합되어 혼합유체로 분사되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 믹서부는, 상기 물주입구 및 가스주입구에 대응되는 물유출구 및 가스유출구가 형성되어 1차 혼합유체를 생성하는 주입부와, 상기 주입부 하측부에 형성되며, 상기 주입부로부터 공급된 상기 1차 혼합유체를 혼합, 분산시켜 2차 혼합유체를 생성하는 믹서수단과, 하단부에 형성되며, 상기 믹서수단으로부터 공급된 상기 2차 혼합유체를 상기 가습챔버 내부로 분사시키는 노즐을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주입부는 상기 물유출구 및 가스유출구가 각각 분리되게 형성되어, 상기 주입부 외측에서 상기 1차 혼합유체가 생성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주입부는 상기 물유출구 및 가스유출구가 연통되게 형성되어, 상기 주입부 내부에서 상기 1차 혼합유체가 생성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주입부는, 하측으로 갈수록 수평단면적이 좁게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 믹서부는, 상기 혼합유체가 수용되는 공간부의 크기 조절을 통해 상기 혼합유체의 압력을 조절하는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 공간부의 크기 조절은, 상기 믹서부가 분철되어 형성되며, 상기 분철된 믹서부 외주면에 조절링을 결합시켜 상기 믹서부의 수평 단면적을 가변시켜 구현하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공간부의 크기 조절은, 상기 주입부를 상기 믹서부 내부에서 이동시켜 상기 공간부의 크기를 가변시켜 구현하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 믹서수단은, 폴링 방식, 스크류 방식 및 스태틱 믹서 중 어느 하나 이상에 의해 구현되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴링 방식의 믹서수단은, 복수개의 폴링(pall ring)이 구비되어, 상기 2차 혼합유체를 생성시키는 것이 바람직하며, 상기 스크류 방식의 믹서수단은, 상기 믹서부의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 믹서부의 내측면에 스크류 형태의 유로가 단수 또는 복수개가 병렬 또는 직렬 형태로 배치되어 상기 2차 혼합유체를 생성시키는 것이 바람직하고, 상기 스태틱 믹서는, 단수 또는 복수개가 병렬 또는 직렬 형태로 배치되어 상기 2차 혼합 유체를 생성시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐의 크기를 조절하여 상기 혼합유체의 압력을 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가습챔버의 상측부에는 상기 가습된 가스를 상기 연료전지의 스택에 공급하기 위한 배기구가 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 가습챔버는, 상기 믹서부를 상측부에 포함하며, 상기 믹서부의 하단부에 위치한 노즐과 일정 거리 이격되게 상기 응축수의 저수면이 형성되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가습챔버는, 일측에 상기 응축수를 펌핑하여 상기 믹서부로 공급하는 펌프가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 가습챔버는, 상기 응축수가 믹서부로 공급되는 배관에 히터가 구비된 것이 바람직하다.

본 발명은 물과 가스(수소 또는 공기)를 동시에 공급하여 균일하게 혼합시킨 후 노즐을 통해 분무함으로써 물과 가스(수소 또는 공기)가 고르게 혼합되어 가습효율이 뛰어나며, 습도 제어가 용이한 효과가 있다.

또한 폴링 방식, 스크류 방식, 스태틱 믹서 등 다양한 방식을 구현하여 물과 가스가 고르게 혼합되도록 하면서 노즐을 통해 분사되도록 하여, 분사력이 우수하며 분무되는 형태로 구현되어 가습효율이 더욱 뛰어난 효과가 있다.

또한 복수개의 믹서부를 가습챔버 내부에 배치함으로써, 물의 공급과 수소 또는 공기의 공급을 동시에 이루어지도록 하고, 노즐을 통해 동시에 가습된 수소 또는 공기가 공급되도록 하여 연료전지 시스템의 안정적인 운용이 가능하도록 한 것이다.

또한, 가습챔버 저부에 저장되는 물을 바로 가열하여 믹서부에 공급되도록 함으로써, 가습효율은 뛰어나면서 간단한 구성으로 구현할 수 있어 경제적인 장점이 있다.

도 1 - 기존의 연료전지용 노즐형 가습기에 대한 모식도.
도 2 내지 도 9 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모식도.

본 발명은 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치에 있어서, 믹서부 상측으로 물과 가스(공기 또는 수소)를 동시에 공급하고, 이를 노즐을 통해 분사하여 가습된 공기 또는 수소를 연료전지의 스택에 공급하는 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 2 내지 도 9는 본 발명의 다양한 실시예를 나타낸 모식도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치는, 연료전지의 스택으로 공급되는 가스를 가습하는 연료전지용 가습장치에 있어서, 내부로 물과 가스가 함께 공급되어 물과 가스 혼합유체를 노즐(130)을 통해 분사하는 믹서부(100)와, 상기 믹서부(100)를 내부에 포함하며, 상기 믹서부(100)의 노즐(130)로부터 분사된 혼합유체 중 가습된 가스는 상기 연료전지의 스택에 공급하고, 응축수는 저부에 저장하는 가습챔버(200)를 포함한다.

기존의 가습장치의 경우 가습챔버(200) 측면으로 공급된 공기와 가습챔버(200) 상측에서 공급된 물이 만나서 가습이 이루어지는 것으로서, 물과 공기가 고르게 섞이지 않아 공기의 습도 제어가 어려운 점이 있다.

즉, 물의 분무가 제대로 되지 않아 공기에 가습이 되는 것보다 가습챔버(200) 저부로 떨어지는 물이 더 많아 가습 효율이 낮으며, 단일 가습챔버(200) 만을 사용함으로 공기의 습도 제어가 신속히 이루어지지 않는 단점이 있었다.

본 발명은 믹서부(100)를 통해 물과 가스를 균일하게 혼합시켜 혼합유체를 생성하고, 이를 가습챔버(200) 내부로 분사하여 가습된 가스를 연료전지의 스택에 공급하도록 하고, 응축수는 저부에 저장하여 순환되도록 하는 것이다.

이에 본 발명은 물과 가스를 혼합시켜 혼합유체를 생성하는 믹서부(100)와, 상기 믹서부(100)를 내부에 포함하는 가습챔버(200)를 그 기본 구조로 하고 있다.

본 발명에 따른 믹서부(100)는 내부로 물과 가스가 함께 공급되어 물과 가스 혼합유체를 생성하고 노즐(130)을 통해 분사하는 것이다.

상기 믹서부(100)는, 물과 가스의 혼합이 잘 이루어지도록 하면서 분사 효율이 높아지도록 형성된 것으로, 전체적으로 원통형 또는 하측부로 갈수록 수평 단면적이 좁게 형성될 수 있다.

구체적으로는 상기 믹서부(100)는 상측으로 물주입구(111) 및 가스주입구(112)가 각각 형성되고, 하측으로는 노즐(130)이 형성되어, 상기 물주입구(111) 및 가스주입구(112)로 주입된 물과 가스가 상기 노즐(130) 근방에서 혼합되어 혼합유체로 분사되게 된다.

여기에서 가스는 연료전지에 공급되는 수소 또는 공기일 수 있으며, 이에 가습된 수소 또는 가습된 공기가 연료전지의 스택에 공급되게 된다.

더 구체적으로는 상기 믹서부(100)는 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 물주입구(111) 및 가스주입구(112)에 대응되는 물유출구(113) 및 가스유출구(114)가 형성되어 1차 혼합유체를 생성하는 주입부(110)와, 상기 주입부(110) 하측부에 형성되며, 상기 주입부(110)로부터 공급된 상기 1차 혼합유체를 혼합, 분산시켜 2차 혼합유체를 생성하는 믹서수단(120)과, 상기 하단부에 형성되며, 상기 믹서수단(120)으로부터 공급된 상기 2차 혼합유체를 상기 가습챔버(200) 내부로 분사시키는 노즐(130)을 포함하여 형성된다.

여기에서, 상기 주입부(110)는 하측으로 갈수록 수평단면적이 좁게 형성되고, 상기 물유출구(113) 및 가스유출구(114)가 각각 분리되게 형성되어 상기 주입부(110) 외측에서 상기 1차 혼합유체가 생성되거나, 상기 물유출구(113) 및 가스유출구(114)가 연통되게 형성되어 상기 주입부(110) 내부에서 1차 혼합유체가 생성될 수도 있다.

즉, 1차 혼합유체는 상기 주입부(110)의 노즐(130) 근방의 상기 주입부(110) 외측 또는 상기 주입부(110) 내부에서 생성되어 상기 믹서수단(120)으로 공급되게 된다.

또한 본 발명에 따른 믹서부(100)는 상기 혼합유체가 수용되는 공간부의 크기 조절을 통해 상기 혼합유체의 압력을 조절하거나, 상기 믹서부(100)의 노즐(130)의 크기를 조절하여 상기 혼합유체의 압력을 조절할 수 있도록 한다.

일반적으로 물의 포화 수증기압은 온도와 압력에 의해 변경이 되며, 온도가 증가하면 포화 수증기압이 증가하고, 압력이 증가하면 포화 수증기압은 감소하게 된다. 본 발명에서는 압력을 조절하여 포화 수증기압을 조절하도록 하며, 이를 구현하기 위해서 상기 막서부에서 혼합유체가 수용되는 공간부의 크기를 조절하거나 노즐(130)의 크기를 조절하여 분사되는 혼합유체의 압력을 조절하도록 한 것이다.

이러한 압력조절을 통해 필요한 상대습도를 용이하게 획득할 수 있으면서, 습도의 제어가 용이한 장점이 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 믹서부(100)의 크기 조절이나 노즐(130)의 크기를 조절하여 압력을 조절하는 다양한 실시예를 도시한 것이다.

도 5는 상기 믹서부(100)에서 상기 혼합유체가 수용되는 공간부의 크기 조절을 통해 상기 혼합유체의 압력을 조절하는 실시예를 나타낸 것이다.

도 5(a)는 상기 믹서부(100)가 분철되어 형성되며, 상기 분철된 믹서부(100) 외주면에 조절링(121)을 결합시켜 상기 믹서부(100)의 수평 단면적을 가변시켜 구현하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 상기 믹서부(100)의 형태는 전체적으로 원통형으로 형성되거나 하측으로 갈수록 수평단면적이 좁게 형성될 수도 있으며, 상기 믹서부(100)의 분철된 형태는 일반적으로 오므라지고 펼쳐지는 찜기의 형태와 유사하게 형성되며, 상기 조절링(121)을 결합시킴으로써 상기 분철된 믹서부(100)가 오므라들게 되어 상기 믹서부(100)의 수평 단면적을 줄일 수 있도록 하는 것이다.

도 5(a)에 도시한 바와 같이 상기 조절링(121)의 위치를 움직임에 따라 상기 믹서부(100)에서 혼합유체가 수용되는 공간부의 크기를 조절할 수 있으며, 상기 조절링(121)은 양단부에 결합구가 형성되어 조절하고자 하는 믹서부(100)의 공간부의 크기에 따라 싸이즈(지름)를 가변적으로 조절하여 맞춘 후 상기 결합구를 통해 링의 형태로 만들어 상기 믹서부(100)에 결합시켜 사용하게 된다. 이 경우 내부의 주입부(110)는 상기 믹서부(100)의 수평 단면적보다 작은 크기를 갖도록 형성된다.

상기 조절링(121)의 크기에 따라 상기 조절링(121)의 상기 믹서부(100)에서의 위치에 따라 상기 믹서부(100)의 분철된 부분이 겹쳐지는 정도를 조절할 수 있게 되며, 이에 의해 상기 믹서부(100)의 공간부의 크기가 조절되게 된다.

이에 혼합유체가 수용되는 상기 믹서부(100)의 공간부의 크기를 조절함으로써 포화 수증기압을 조절을 통해 이에 가습된 가스의 습도를 제어할 수 있도록 한다.

도 5(b)는 상기 혼합유체가 수용되는 공간부의 크기를 조절하기 위해 본 발명에 따른 주입부(110)를 상기 믹서부(100) 내부에서 이동시키는 것으로, 본 실시예에서는 상기 믹서수단(120)이 상기 주입부(110)의 이동을 고려하여 배치되게 된다.

도 6은 상기 믹서부(100)의 노즐(130)의 크기를 조절하여 상기 혼합유체의 압력을 조절하는 것으로, 도 6(a)는 상기 믹서부(100) 내부의 주입부(110)를 노즐(130)까지 이동시켜 상기 주입부(110)의 물유출구(113) 또는 가스유출구(114)의 크기가 줄어들게 할 뿐만 아니라 노즐(130)의 크기가 줄어들게 하는 것으로, 이에 의해 상기 혼합유체의 압력을 조절할 수 있도록 하는 것이다.

도 6(b) 및 도 6(c)는 상기 믹서부(100)의 노즐(130) 자체의 크기를 조절함으로써, 상기 혼합유체의 압력을 조절할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 믹서부(100)의 다양한 실시예에 따라 생성된 혼합유체는 상기 믹서부(100)의 노즐(130)을 통해 분사시켜 가습챔버(200)로 공급하여 연료전지의 스택으로 가습된 가스가 공급되도록 하거나, 상기 주입부(110)에 의해 1차 혼합유체를 생성하고, 상기 1차 혼합유체는 상기 믹서수단(120)으로 공급되어 2차 혼합유체를 생성하여, 이를 믹서부(100)의 노즐(130)을 통해 분사시켜 가습챔버(200)로 공급하여 연료전지의 스택으로 가습된 가스가 공급되도록 한다.

본 발명에 따른 믹서수단(120)은 상기 주입부(110) 하측부에 형성되며, 상기 주입부(110)로부터 공급된 상기 1차 혼합유체를 혼합, 분산시켜 2차 혼합유체를 생성하는 것으로, 폴링(pall ring) 방식, 스크류 방식, 스태틱 믹서 중 어느 하나 이상의 수단에 의해 구현될 수 있다.

도 2는 상기 폴링방식의 믹서수단(120)을 나타낸 것으로서, 복수개의 폴링이 상기 주입부(110) 하측부의 믹서부(100) 내부에 구비된 것으로, 상기 1차 혼합유체에 포함된 물과 가스를 더욱 균일하게 혼합시킨 2차 혼합유체를 생성하여 가습 효율을 더 높이고자 하는 것이다.

도 3은 스크류 방식의 믹서수단(120)을 나타낸 것으로서, 상기 믹서부(100)의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 믹서부(100)의 내측면에 스크류 형태의 유로가 단수 또는 목수개가 병렬 또는 직렬 형태로 배치되어 2차 혼합유체를 생성하게 된다.

도 4는 스태틱 믹서를 갖는 믹서수단(120)을 나타낸 것으로서, 단수 또는 복수개가 병력 또는 직렬 형태로 배치되어 2차 혼합유체를 생성하게 된다.

이러한 믹서수단(120)은 필요에 의해 구비될 수 있으며, 상술한 바와 같이 믹서부(100)에서 혼합유체를 수용하는 공간부의 크기를 줄여 압력을 조절하기 위해서는 상기 믹서수단(120)을 구비하지 않거나, 이를 고려하여 공간적으로 상기 믹서수단(120)을 배치할 수도 있다.

이에 의해 기존 방식보다 물과 수소 또는 공기가 고르게 혼합되도록 하여 가습효율이 뛰어나며, 습도제어가 용이하게 된다.

또한 폴링 방식, 스크류 방식, 스태틱 믹서 등 다양한 방식을 구현하여 물과 수소 또는 공기가 고르게 혼합되도록 하면서 노즐(130)을 통해 분사되도록 하여, 분사력이 우수하며 분무되는 형태로 구현되어 가습효율이 더욱 뛰어난 장점이 있다.

이렇게 주입부(110)를 통한 1차 혼합유체 생성, 믹서수단(120)을 통한 2차 혼합유체가 생성되면, 상기 2차 혼합유체는 상기 믹서부(100)의 노즐(130)을 통해 분사되게 된다. 분사된 혼합유체는 가습챔버(200) 내부로 공급되게 되며, 이 중 가습된 가스는 상기 연료전지의 스택에 공급하고, 응축수는 저부에 저장하게 된다.

본 발명에 따른 가습챔버(200)는 상기 믹서부(100)를 내부에 포함하는 것으로, 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 즉, 상기 믹서부(100)의 크기에 따라, 가습 용량에 따라 가습챔버(200)의 형태나 싸이즈는 조절할 수 있다.

구체적으로는 상기 가습챔버(200)는 상기 믹서부(100)를 상측부에 포함하며, 상기 믹서부(100)의 하단부에 위치한 노즐(130)과 일정 거리 이격되게 상기 응축수의 저수면이 형성되도록 형성된다.

또한, 상기 믹서부(100)는, 복수개로 병렬로 가습챔버(200) 내부에 배치되며, 상기 믹서부(100)는, 폴링 사용 방식, 스크류 방식, 스테틱 믹서 방식 중 둘 이상의 조합으로 이루어져 가습 효율을 더욱 높이고, 습도의 제어가 용이하도록 한 것이다.

즉, 연료전지의 스팩이나 용량, 용도, 적용 환경 등으로 고려하여 상기 폴링 방식, 스크류 방식, 스태틱 믹서 방식 중 어느 하나의 방식을 복수개로 구현하거나, 이 중 둘 이상을 조합하는 방식으로 구현할 수 있다.

또한, 상기 가습챔버(200)는, 상기 믹서부(100)를 상측부에 포함하며, 상기 믹서부(100)의 하단부에 위치한 노즐(130)과 일정 거리 이격되게 저수면이 형성되도록 형성되어, 저수면으로부터 물방울이 튀지 않도록 하여 가습효율이 저하되지 않도록 한 것이다.

또한, 상기 가습챔버(200)의 상측으로는 가습된 수소 또는 공기가 배기되도록 배기구(210)가 형성되어 이를 통해 연료전지의 스택에 가습된 가스가 공급되도록 한다.

도 7 내지 도 9는 가습챔버(200) 내부에 믹서부(100)가 포함된 다양한 실시예를 도시한 것이다.

도 7(a), (b), (c)는 가습챔버(200) 내부에 단일개의 믹서부(100)를 포함한 가습챔버(200)를 도시한 것으로서, 다양한 믹서수단(120)을 각각 적용한 것을 도시한 것이다.

도 8(a), (b), (c)는 가습챔버(200) 내부에 복수개의 믹서부(100)를 포함한 가습챔버(200)를 도시한 것으로서, 다양한 믹서수단(120)을 각각 적용한 것을 도시한 것이다.

도 9는 가습챔버(200) 내부에 복수개의 믹서부(100)를 포함한 가습챔버(200)를 도시한 거승로서, 다양한 믹서수단(120)을 동시에 적용한 것을 도시한 것이다.

즉, 가습챔버(200) 내부에 단수 또는 복수개의 믹서부(100)를 배치하고, 분무되어 배기되지 않고 가습챔버(200) 저부로 떨어지는 물의 저수면과 상기 믹서부(100)의 하단부에 위치한 노즐(130)의 단부가 일정 거리 이격되게 형성되도록 하여, 가습챔버(200) 내부에 일정 량의 가습된 공기 또는 수소가 포함되도록 하여 습도 제어가 더욱 용이하도록 하며, 응결수 제거가 용이한 장점이 있다.

이러한 가습챔버(200)의 저부에 저장된 물(응축수)은 펌프(220)에 의해 다시 펌핑되어 믹서부(100)로 공급되며, 가습챔버(200) 외측에 배치된 히터(230)에 의해 온도를 조절하여 물을 공급함으로써, 수소 또는 공기의 온도 및 습도 조절이 용이하게 이루어지도록 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치는, 물과 가스를 동시에 공급하여 균일하게 혼합시킨 후 노즐을 통해 분무함으로써 가습효율이 뛰어나며, 습도 제어를 용이하게 할 수 있다.

또한 믹서부 내부에 다양한 폴링 방식, 스크류 방식, 스태틱 믹서 등과 같은 다양한 방식의 믹서 수단을 구비함으로써, 물과 가스의 더욱 균일한 혼합을 도모하고, 이를 노즐을 통해 가습챔버 내부로 분사되도록 하여, 분사력이 우수하며 분무되는 형태로 구현되어 가습효율을 더욱 개선시키게 되는 것이다.

또한, 복수개의 믹서부를 가습챔버 내부에 배치함으로써, 물의 공급과 수소 또는 공기의 공급을 동시에 이루어지도록 하고, 노즐을 통해 동시에 가습된 수소 또는 공기가 공급되도록 하여 연료전지 시스템의 안정적인 운용이 가능하도록 한 것이다.

또한, 가습챔버 저부에 저장되는 물을 바로 가열하여 믹서부에 공급되도록 함으로써, 가습효율은 뛰어나면서 간단한 구성으로 구현할 수 있어 경제적인 장점이 있다.

100 : 믹서부 110 : 주입부
111 : 물주입구 112 : 가스주입구
113 : 물유출구 114 : 가스유출구
120 : 믹서수단 121: 조절링
130 : 노즐 200 : 가습챔버
210 : 배기구 220 : 펌프
230 : 히터

Claims (18)

1. 연료전지의 스택으로 공급되는 가스를 가습하는 연료전지용 가습장치에 있어서,
   내부로 물과 가스가 함께 공급되어 물과 가스 혼합유체를 노즐을 통해 분사하는 믹서부;
   상기 믹서부를 내부에 포함하며, 상기 믹서부의 노즐로부터 분사된 혼합유체 중 가습된 가스는 상기 연료전지의 스택에 공급하고, 응축수는 저부에 저장하는 가습챔버;를 포함하며,
   상기 믹서부는,
   물주입구 및 가스주입구가 각각 형성되어 상기 물주입구 및 가스주입구로 주입된 물과 가스가 상기 노즐 근방에서 혼합되어 혼합유체로 분사되고,
   상기 물주입구 및 가스주입구에 대응되는 물유출구 및 가스유출구가 형성되어 1차 혼합유체를 생성하는 주입부;
   상기 주입부 하측부에 형성되며, 상기 주입부로부터 공급된 상기 1차 혼합유체를 혼합, 분산시켜 2차 혼합유체를 생성하는 믹서수단;
   하단부에 형성되며, 상기 믹서수단으로부터 공급된 상기 2차 혼합유체를 상기 가습챔버 내부로 분사시키는 노즐;을 포함하되,
   상기 혼합유체가 수용되는 공간부의 크기 조절을 통해 상기 혼합유체의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 주입부는 상기 물유출구 및 가스유출구가 각각 분리되게 형성되어, 상기 주입부 외측에서 상기 1차 혼합유체가 생성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 주입부는 상기 물유출구 및 가스유출구가 연통되게 형성되어, 상기 주입부 내부에서 상기 1차 혼합유체가 생성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 주입부는,
   하측으로 갈수록 수평단면적이 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서, 상기 공간부의 크기 조절은,
   상기 믹서부가 분철되어 형성되며, 상기 분철된 믹서부 외주면에 조절링을 결합시켜 상기 믹서부의 수평 단면적을 가변시켜 구현하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 공간부의 크기 조절은,
   상기 주입부를 상기 믹서부 내부에서 이동시켜 상기 공간부의 크기를 가변시켜 구현하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 믹서수단은,
    폴링 방식, 스크류 방식 및 스태틱 믹서 중 어느 하나 이상에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 폴링 방식의 믹서수단은,
    복수개의 폴링(pall ring)이 구비되어, 상기 2차 혼합유체를 생성시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
12. 제 10항에 있어서, 상기 스크류 방식의 믹서수단은,
    상기 믹서부의 길이 방향을 따라 형성되며, 상기 믹서부의 내측면에 스크류 형태의 유로가 단수 또는 복수개가 병렬 또는 직렬 형태로 배치되어 상기 2차 혼합유체를 생성시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
13. 제 10항에 있어서, 상기 스태틱 믹서는,
    단수 또는 복수개가 병렬 또는 직렬 형태로 배치되어 상기 2차 혼합 유체를 생성시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
14. 제 1항에 있어서, 상기 노즐의 크기를 조절하여 상기 혼합유체의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
15. 제 1항에 있어서, 상기 가습챔버의 상측부에는 상기 가습된 가스를 상기 연료전지의 스택에 공급하기 위한 배기구가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
16. 제 1항에 있어서, 상기 가습챔버는,
    상기 믹서부를 상측부에 포함하며,
    상기 믹서부의 하단부에 위치한 노즐과 일정 거리 이격되게 상기 응축수의 저수면이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
17. 제 1항에 있어서, 상기 가습챔버는,
    일측에 상기 응축수를 펌핑하여 상기 믹서부로 공급하는 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.
18. 제 17항에 있어서, 상기 가습챔버는,
    상기 응축수가 믹서부로 공급되는 배관에 히터가 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지용 노즐형 습도 조절 장치.

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