KR102447771B1 - Humidifier for fuel cell - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a humidifier for a fuel cell, wherein water introduced into a housing through a water supply member is formed into wet air with excellent atomization performance while coming in contact with the blades of an atomization fan freely rotated by compressed air and can be discharged through a wet air discharge unit, particularly, a separate power source for atomization of water is unnecessary, the humidifier can be installed in an existing air duct to make a separate space unnecessary, and manufacturing costs can be significantly reduced.

Description

연료전지용 가습장치{Humidifier for fuel cell}Humidifier for fuel cell

본 발명은 물 공급부재를 통해 하우징 내부로 투입되는 물이 압축공기에 의해 자유 회전되는 미립화 팬의 블레이드와 접촉되면서 미립화 성능이 우수한 습윤공기로 형성되어 습윤공기 토출부를 통해 배출되도록 할 수 있으며, 특히 물의 미립화를 위한 별도의 동력을 필요치 않아 소모전력이 없으며, 기존의 공기 관로중에 설치가 가능하므로 별도로 공간을 할애할 필요가 없고, 제조단가를 현저히 절감할 수 있는 연료전지용 가습장치에 관한 것이다. According to the present invention, water introduced into the housing through the water supply member is formed into wet air having excellent atomization performance while in contact with the blades of the atomization fan freely rotated by compressed air, so that it can be discharged through the wet air discharge unit. It relates to a fuel cell humidifier that does not require a separate power for water atomization, so there is no power consumption, and since it can be installed in an existing air pipe, there is no need to allocate a separate space, and the manufacturing cost can be significantly reduced.

연료 전지란 수소와 산소를 결합시켜 전기를 생산하는 발전(發電)형 전지이다. 연료 전지는 건전지나 축전지 등 일반 화학전지와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있고, 열손실이 없어 내연기관보다 효율이 2배가량 높다는 장점이 있다.A fuel cell is a power generation type cell that produces electricity by combining hydrogen and oxygen. Unlike general chemical cells such as dry cells and storage batteries, fuel cells can continuously produce electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied, and there is no heat loss, so the efficiency is about twice that of an internal combustion engine.

또한, 수소와 산소의 결합에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하기 때문에 공해물질 배출이 낮다. 따라서, 연료 전지는 환경 친화적일 뿐만 아니라 에너지 소비 증가에 따른 자원 고갈에 대한 걱정을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다.In addition, since the chemical energy generated by the combination of hydrogen and oxygen is directly converted into electrical energy, the emission of pollutants is low. Accordingly, the fuel cell has the advantage of being environmentally friendly and reducing concerns about resource depletion due to increased energy consumption.

이에 따라, 연속적으로 공급되는 연료의 화학적인 반응으로 전기에너지를 계속적으로 생산할 수 있는 연료전지 시스템이 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로서 지속적인 연구개발이 이루어지고 있다.Accordingly, a fuel cell system capable of continuously producing electric energy through a chemical reaction of continuously supplied fuel is continuously researched and developed as an alternative to solve the global environmental problem.

연료전지 시스템은 사용되는 전해질의 종류에 따라서 인산형 연료전지(PAFC; phosphoric acid fuel cell), 용융탄산염형연료전지(MCFC; molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC; solid oxide fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC; polymer electrolyte membrane fuel cell), 알칼리형 연료전지(AFC;alkaline fuel cell) 및 직접 메탄올 연료전지(DMFC) 등으로 분류될 수 있고, 사용되는 연료의 종류와 함께 작동온도, 출력범위 등에 따라서 이동전원용, 수송용, 분산발전용 등의 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.Depending on the type of electrolyte used, the fuel cell system includes a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), and a solid oxide fuel cell (SOFC). ), polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), alkaline fuel cell (AFC), direct methanol fuel cell (DMFC), etc. Depending on the operating temperature, output range, etc., it can be applied to various application fields such as mobile power supply, transportation, and distributed power generation.

이들 각각의 연료 전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동하지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. Although each of these fuel cells operates based on the same principle, the type of fuel used, operating temperature, catalyst, electrolyte, etc. are different from each other.

이 가운데서 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 연료 전지에 비해 저온에서 동작한다는 점, 및 출력밀도가 커서 소형화가 가능하기 때문에 소규모 거치형 발전장비뿐만 아니라 수송 시스템에서도 가장 유망한 것으로 알려져 있으며, 근래에는 내연기관을 대신하도록 개발되고 있는 수소차(수소연료전지 자동차) 분야에 적용되고 있다. Among them, the polymer electrolyte fuel cell is known to be the most promising not only for small-scale stationary power generation equipment but also for transportation systems because it operates at a lower temperature compared to other fuel cells and because of its high power density and compactness. It is being applied to the field of hydrogen vehicles (hydrogen fuel cell vehicles) being developed to do this.

고분자 전해질형 연료 전지의 성능을 향상시키는데 있어서 가장 중요한 요인 중 하나는, 막-전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)의 고분자 전해질 막(Polymer Electrolyte Membrane 또는 Proton Exchange Membrane: PEM)에 일정량 이상의 수분을 공급함으로써 함수율을 유지하도록 하는 것이다. 고분자 전해질 막이 건조되면 발전 효율이 급격히 저하되기 때문이다. 이에, 막전극접합체의 전해질막이 일정 습도 이상으로 유지될 수 있도록 연료(수소) 공급측과 공기 공급측에 적당한 가습을 해주는 가습 장치가 필수적으로 구비되어야 한다. One of the most important factors in improving the performance of a polymer electrolyte fuel cell is supplying a certain amount of moisture to the polymer electrolyte membrane (Polymer Electrolyte Membrane or Proton Exchange Membrane: PEM) of the membrane-electrode assembly (MEA). This is to maintain the moisture content. This is because when the polymer electrolyte membrane is dried, the power generation efficiency is rapidly reduced. Accordingly, a humidifying device for adequately humidifying the fuel (hydrogen) supply side and the air supply side must be provided so that the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly can be maintained at a certain humidity or higher.

종래의 연료전지용 가습장치 중에서, 가압펌프와 인젝터를 사용하는 연료전지용 가습 장치는 고압을 발생시켜 주는 펌프와 정밀한 구조를 가진 인젝터가 필수적으로 마련되어야 하기 때문에 가격이 비싸고 구성품이 많으며 고장의 위험이 클 뿐만 아니라, 펌프를 구동하기 위한 추가적인 동력 장치와 제어 장치가 필요하다는 문제점이 있으며, 물속의 불순물로 인한 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있고, 고압 펌프는 그 성능을 계속 유지할 필요가 있다는 문제점이 있다.Among the conventional humidifiers for fuel cells, a humidifier for fuel cells using a pressurized pump and an injector is expensive, has many components, and has a high risk of failure because a pump that generates high pressure and an injector with a precise structure are essential. In addition, there is a problem that an additional power unit and a control device are required to drive the pump, nozzle clogging may occur due to impurities in the water, and the high-pressure pump needs to maintain its performance.

다음으로, 가스 투 가스(gas to gas)막 가습기는 구동 부품이 없어 상대적으로 원리는 단순하지만, 접촉면적을 넓히기 위해 복잡한 형상이 필요하고, 그 크기가 커지게 되며, 가습용 막의 가격이 너무 고가라는 문제점이 있으며, 막가습기에서 과잉 가습이 발생하면 이에 의해 생성된 응축수에 의해 플러딩(flooding)이 발생할 수 있고, 이로 인해 국부적인 캐소드 열화(starvation)를 일으켜, 결국 연료전지 촉매의 열화를 가속시켜 연료전지의 내구성을 감소시키게 되는 치명적인 문제점이 있다.Next, the gas to gas membrane humidifier is relatively simple in principle because it has no moving parts, but it requires a complex shape to widen the contact area, its size becomes large, and the price of the humidifying membrane is too high When excessive humidification occurs in the membrane humidifier, flooding may occur by the condensed water generated thereby, which causes local cathode starvation, which in turn accelerates the deterioration of the fuel cell catalyst. There is a fatal problem that reduces the durability of the fuel cell.

다음으로, 대한민국 등록특허공보 제10-0911590호의 "연료전지용 가습기를 포함한 공기 공급 장치"는 수분이 미세홀을 통과하는 과정에서 잘게 부서지면서 임펠러를 통과한 공기에 분사되어 이 공기를 가습화하게 되며, 이러한 가습화된 공기가 하우징의 출구를 지나 스택에 공급되도록 구성된다. Next, the "air supply device including a humidifier for fuel cells" of Korean Patent No. 10-0911590 is sprayed into the air passing through the impeller while water is crushed in the process of passing through the micro-holes to humidify the air. , configured such that this humidified air is supplied to the stack past the outlet of the housing.

그런데, 상기의 공기 공급 장치는 미세홀을 통과한 수분 중 일부가 평평한 슬링거노즐의 상면에 잔존할 수 있고, 이러한 잔존수분이 모터의 회로 측으로 역류하여 모터를 손상시키는 문제점이 발생될 수 있다. However, in the air supply device, some of the moisture that has passed through the micro-holes may remain on the upper surface of the flat slinger nozzle, and the residual moisture may flow back to the circuit side of the motor to damage the motor.

또한, 미세홀로 투입되는 수분의 양 대비 미세홀을 통과하여 미립화된 물입자의 양이 적을 수 밖에 없으며, 미세홀을 통과한 물입자의 크기는 클 수 밖에 없다. 그런데, 물입자가 크면 클수록 인력에 의한 재결합 가능성이 높고 공기와의 혼합 또한 용이하지 않으므로 하우징의 출구로 토출되는 습윤공기의 양과 질이 모두 현저히 떨어지는 치명적인 단점이 있다. In addition, the amount of water particles atomized by passing through the micro-holes is inevitably small compared to the amount of water injected into the micro-holes, and the size of the water particles passing through the micro-holes is inevitably large. However, the larger the water particle, the higher the possibility of recombination by manpower and the difficulty in mixing with air is also fatal.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 가습장치 내부로 투입되는 물의 미립화를 위한 별도의 동력장치를 필요치 않으며, 이에 따라 소모전력이 없고, 기존의 공기 관로중에 설치가 가능하므로 별도로 공간을 할애할 필요가 없으며, 제조단가를 현저히 절감할 수 있는 연료전지용 가습장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was invented to solve the above problems, and it does not require a separate power device for atomization of water injected into the humidifier, and thus there is no power consumption, and can be installed in an existing air pipe. An object of the present invention is to provide a humidifier for a fuel cell that does not need to occupy a space and can significantly reduce the manufacturing cost.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 연료전지용 가습장치에 있어서, 일측 단부는 외부의 압축공기 공급장치와 연통되게 연결되는 압축공기 투입구로 이루어지고 타측 단부는 습윤공기가 배출되는 습윤공기 배출구로 이루어지며, 내부에는 양측 단부가 각각 상기 압축공기 투입구 및 습윤공기 배출구와 연통되게 연결되는 중공의 습윤공기 형성부가 길이방향을 따라 형성되는 원통형의 하우징과; 상기 습윤공기 형성부의 내부 중앙에 길이방향을 따라 배치되는 회전축과; 상기 압축공기 투입구와 습윤공기 형성부 사이에 배치되되, 외부의 연료전지 스택과 연통되게 연결되는 물 공급용 니플이 외주면 일측에 연통되게 연결되고, 상기 습윤공기 형성부와 연통되는 급수홀이 일측에 관통형성되어, 연료전지 스택의 수소와 산소 간의 산화환원반응에서 생성되는 물을 상기 습윤공기 형성부로 투입시키는 물 공급부재와; 상기 회전축의 외주면에 결합되는 블레이드 중심축 및 상기 블레이드 중심축의 외주면으로부터 방사방향을 따라 복수개로 배열형성되며 상기 압축공기 투입구를 통해 투입된 압축공기에 의해 상기 회전축과 함께 회전되면서 상기 급수홀을 통해 습윤공기 형성부 내부로 투입된 물을 미립화된 공기방울로 형성하는 블레이드로 이루어지는 미립화 팬;을 포함하는 것을 특징으로 한다. For the above purpose, in the present invention, in a humidifier for a fuel cell, one end is made of a compressed air inlet connected in communication with an external compressed air supply device, and the other end is made of a wet air outlet through which the wet air is discharged. a cylindrical housing in which both ends are formed in a longitudinal direction with hollow wet air forming portions connected in communication with the compressed air inlet and the wet air outlet, respectively; a rotating shaft disposed along the longitudinal direction in the center of the inside of the wet air forming part; Doedoe disposed between the compressed air inlet and the wet air forming part, a water supply nipple connected in communication with an external fuel cell stack is connected in communication with one side of the outer circumferential surface, and a water supply hole communicating with the wet air forming part is on one side a water supply member that is formed through and injects water generated in a redox reaction between hydrogen and oxygen of the fuel cell stack into the wet air forming unit; A plurality of blade central shafts coupled to the outer peripheral surface of the rotation shaft and a plurality of blades are arranged in a radial direction from the outer peripheral surface of the central shaft and rotated together with the rotation shaft by compressed air injected through the compressed air inlet, and wet air through the water supply hole It characterized in that it comprises a; atomization fan consisting of a blade that forms the water injected into the forming part into atomized air bubbles.

또한, 본 발명은 상기 하우징의 내부에서 상기 압축공기 투입구와 습윤공기 형성부 사이에 배치되며 상기 회전축의 일측 단부를 지지하는 제1회전축 지지부와, 상기 제1회전축 지지부의 측면 외주면으로부터 방사방향을 따라 연장형성되어 상기 하우징의 내주면에 결합되어 상기 제1회전축 지지부를 고정시키는 복수개의 제1고정편과, 상기 하우징의 내부에서 상기 습윤공기 형성부와 습윤공기 배출부 사이에 배치되며 상기 회전축의 타측 단부를 지지하는 제2회전축 지지부와, 상기 제2회전축 지지부의 측면 외주면으로부터 방사방향을 따라 연장형성되어 상기 하우징의 내주면에 결합되어 상기 제2회전축 지지부를 고정시키는 복수개의 제2고정편을 포함하며, 상기 물 공급부재는, 내부에 유로가 형성되는 링 형태로서 상기 제1회전축 지지부와 대응되는 높이에서 상기 하우징의 외주면을 감싸는 형태로 결합되며 상기 물 공급용 니플을 매개로 하여 내부의 유로로 물이 인입되는 급수하우징과, 상기 제1고정편 각각의 내부에 삽입되되 일측 단부가 상기 급수하우징 내부의 유로와 연통되게 연결되면서 바닥면에 상기 급수홀이 관통형성되는 급수관을 포함하며, 상기 급수홀은 상기 제1고정편의 바닥면까지 관통형성되어 급수관 내부로 인입된 물이 상기 습윤공기 형성부로 투입되도록 하고, 상기 습윤공기 형성부를 따라 빠르게 이동하는 압축공기에 의해 급수홀 주위에 진공형상이 발생하여 상기 급수홀을 통해 토출되는 물의 1차 미립화가 이루어진 후 미립화 팬과 접촉되면서 2차 미립화에 의해 미립화 성능이 우수한 습윤공기를 형성할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention is disposed between the compressed air inlet and the wet air forming part in the inside of the housing, and a first rotation shaft support part supporting one end of the rotation shaft, and a side surface of the first rotation shaft support part along a radial direction A plurality of first fixing pieces formed to extend and coupled to the inner circumferential surface of the housing to fix the first rotating shaft support part, are disposed inside the housing between the wet air forming part and the wet air discharge part, and the other end of the rotating shaft A second rotation shaft support for supporting the, and a plurality of second fixing pieces extending in the radial direction from the side outer peripheral surface of the second rotation shaft support part and coupled to the inner peripheral surface of the housing to fix the second rotation shaft support part, The water supply member, in the form of a ring having a flow path formed therein, is coupled to surround the outer circumferential surface of the housing at a height corresponding to the first rotation shaft support part, and water flows into the internal flow path through the water supply nipple as a medium. A water supply housing to be introduced, and a water supply pipe inserted into each of the first fixing pieces, one end of which is connected in communication with the flow path inside the water supply housing, and the water supply hole is formed through the bottom surface, the water supply hole comprising: It is formed through the bottom surface of the first fixing piece so that the water introduced into the water supply pipe is introduced into the wet air forming part, and a vacuum shape is generated around the water supply hole by the compressed air moving rapidly along the wet air forming part. It is characterized in that after primary atomization of the water discharged through the water supply hole is made, it is in contact with the atomization fan to form moist air with excellent atomization performance through secondary atomization.

또한, 본 발명에서 상기 제1회전축 지지부는 압축공기의 투입 여부에 따라 상기 회전축으로부터 제1회전축 지지부 측으로 가해지는 힘에 대한 완충작용이 이루어지도록 탄성스프링이 내삽되는 완충부재가 탑재되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, the first rotating shaft support portion is characterized in that a buffer member into which an elastic spring is interpolated is mounted so that a buffer action is made against the force applied from the rotation shaft to the first rotation shaft support portion depending on whether compressed air is input. .

또한, 본 발명에서 상기 미립화 팬은 상기 회전축에 일정한 간격으로 복수개로 마련되되 일측 미립화 팬의 블레이드와 인접한 타측 미립화 팬의 블레이드 서로 엇갈리는 형태로 배치되어 습윤공기가 습윤공기 배출부 측으로 이동할 때 지속적으로 복수개의 블레이드와 접촉되도록 하여 인력에 의해 재결합되지 않고 미립화된 상태를 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, a plurality of atomization fans are provided on the rotation shaft at regular intervals, and the blades of one atomization fan and the blades of the other atomization fan adjacent to each other are arranged in a staggered form so that the wet air is continuously plural when moving toward the humid air outlet. It is characterized in that it is made to come into contact with the blade of the dog so that it can be maintained in an atomized state without being recombined by manpower.

또한, 본 발명은 물 공급량에 따른 가습량의 변화를 통해 연료전지 스택의 출력성능 제어가 가능하도록 상기 물공급부재로의 물 공급량을 조절하기 위한 유량조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention is characterized in that it includes a flow rate control valve for controlling the amount of water supplied to the water supply member so that the output performance of the fuel cell stack can be controlled through a change in the amount of humidification according to the amount of water supplied.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 물 공급부재를 통해 하우징 내부로 투입되는 물이 압축공기에 의해 회전되는 미립화 팬의 블레이드와 접촉되면서 미립화 성능이 우수한 습윤공기로 형성되어 습윤공기 토출부를 통해 배출된다. 이러한 미립화 성능이 우수한 습윤공기가 연료전지 스택에 공급되도록 함으로써 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention as described above, water introduced into the housing through the water supply member comes into contact with the blades of the atomization fan rotated by compressed air, and is formed as wet air having excellent atomization performance and discharged through the wet air discharge unit. The performance of the fuel cell can be improved by supplying the moist air having excellent atomization performance to the fuel cell stack.

또한, 연료전지에서 방출되는 물은 연료전지 내에서의 화학반응으로 열이 발생하게 되는데, 상기 블레이드와 접촉되면서 발생하는 기화현상으로 물의 온도를 떨어뜨리는 효과도 있다.In addition, the water emitted from the fuel cell generates heat due to a chemical reaction within the fuel cell, and the vaporization phenomenon that occurs while in contact with the blade has an effect of lowering the temperature of the water.

또한, 본 발명은 압축공기가 공급되는 기존의 공기 관로에 상기 가습장치를 설치할 수 있으므로 가습장치의 설치공간을 별도로 할애할 필요가 없으며, 압축공기를 통해 자유회전되는 미립화 팬의 블레이드가 물과 접촉되면서 미립화 성능이 우수한 습윤공기로 형성할 수 있으므로 물의 미립화를 위한 별도의 동력장치를 생략할 수 있어 제조단가를 절감할 수 있고, 소모전력이 발생하지 않으므로 경제적인 이익을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 기존의 고분자 플라스틱을 이용한 가습장치와 비교하였을 때 제조원가가 매우 저렴한 장점이 있다. In addition, in the present invention, since the humidifier can be installed in the existing air conduit to which compressed air is supplied, there is no need to set aside a separate installation space for the humidifier, and the blades of the atomizing fan freely rotating through the compressed air come into contact with water. Since it can be formed with moist air with excellent atomization performance, a separate power device for atomization of water can be omitted, thereby reducing the manufacturing cost, and economical benefits can be obtained because power consumption is not generated. In addition, there is an advantage that the manufacturing cost is very low compared to the existing humidifier using a polymer plastic.

또한, 본 발명은 상기 습윤공기 형성부 내부를 따라 이동하는 압축공기로 인하여 주위에 진공이 발생하는 상기 급수홀을 통해 토출되는 물의 1차 미립화가 이루어진 후 미립화 팬과 충돌되면서 2차로 미립화되므로, 미립화 성능이 우수한 습윤공기를 제공할 수 있다. In addition, in the present invention, after primary atomization of water discharged through the water supply hole in which a vacuum is generated around due to the compressed air moving along the inside of the wet air forming part is made, and then it is atomized as it collides with the atomization fan, it is atomized. It is possible to provide moist air with excellent performance.

또한, 상기 제1회전축 지지부에 마련되는 완충부재를 통해 압축공기의 투입 여부에 따라 상기 회전축으로부터 제1회전축 지지부 측으로 가해지는 힘에 대한 완충작용이 이루어지면서 마모에 의한 회전축의 내구성 저하를 줄일 수 있다. In addition, depending on whether compressed air is input through the buffer member provided in the first rotation shaft support part, a buffer action is made for the force applied to the first rotation shaft support part from the rotation shaft, and the durability of the rotation shaft due to wear can be reduced. .

또한, 본 발명은 상기 미립화 팬은 상기 회전축에 일정한 간격으로 복수개로 마련되되 일측 미립화 팬의 블레이드와 인접한 타측 미립화 팬의 블레이드 서로 엇갈리는 형태로 배치되어 습윤공기가 습윤공기 배출부 측으로 이동할 때 지속적으로 복수개의 블레이드와 접촉되도록 하여 인력에 의해 재결합되지 않고 미립화된 상태를 유지할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 미립화 성능이 현저히 우수한 습윤공기를 제공할 수 있다. In the present invention, a plurality of atomizing fans are provided on the rotation shaft at regular intervals, and the blades of one atomization fan and the blades of the other atomization fan adjacent to each other are arranged in a staggered form so that the wet air is continuously plural when moving toward the humid air outlet. It can be made to come into contact with the blade of the dog so that it can be maintained in an atomized state without being recombined by manpower. Accordingly, it is possible to provide wet air having remarkably excellent atomization performance.

또한, 본 발명은 유량조절밸브를 통해 하우징 내부의 팬 분사되는 물의 양을 실시간으로 제어할 수 있으므로, 물 공급량 조절에 따른 가습량의 조절을 조작하는 즉시 반응시킬 수 있으므로 연료전지 스택의 출력성능 제어에 더욱 효율적이다. In addition, the present invention can control the amount of water injected by the fan inside the housing through the flow control valve in real time, so that the adjustment of the humidification amount according to the water supply amount adjustment can be immediately reacted to control the output performance of the fuel cell stack. more efficient

도 1 내지 3은 본 발명에 따른 연료전지용 가습장치를 도시한 개략적인 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 가습장치의 작동상태도.
도 5a 및 5b는 일반적인 압축공기 공급장치를 도시한 개략적인 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 가습장치를 통해 습윤공기가 연료전지스텍에 공급되는 과정을 개략적으로 도시한 예시도.
1 to 3 are schematic exemplary views showing a humidifier for a fuel cell according to the present invention.
4 is an operational state diagram of a humidifier for a fuel cell according to the present invention.
Figures 5a and 5b is a schematic illustration showing a general compressed air supply.
6 is an exemplary view schematically illustrating a process in which moist air is supplied to a fuel cell stack through a humidifier according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 연료전지용 가습장치에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, a humidifier for a fuel cell according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 수소 연료전지 스택용 가습장치를 개시한다. The present invention discloses a humidifier for a hydrogen fuel cell stack.

수소 연료전지 스택이라 함은 연료(예를 들어, 수소)와 산화제(예를 들어, 공기)의 산화환원반응을 통해 전기를 생산할 수 있는 수소차의 핵심부품이다. A hydrogen fuel cell stack is a core part of a hydrogen vehicle that can produce electricity through redox reaction between fuel (eg, hydrogen) and an oxidizing agent (eg, air).

이러한 연료전지 스택은 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매전극층이 부착된 막전극접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(미도시), 반응기체들을 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행하는 기체확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(미도시), 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하기 위한 가스켓 및 체결기구(미도시), 그리고 반응기체들 및 냉각수를 이동시키는 분리판(bipolar plate)(미도시)을 포함할 수 있다. This fuel cell stack is a membrane electrode assembly (MEA) (not shown) to which an electrochemical reaction occurs on both sides of the membrane around an electrolyte membrane through which hydrogen ions move, evenly distributing reactive gases and generating Gas Diffusion Layer (GDL) (not shown) performing a role of transferring electrical energy, gaskets and fasteners (not shown) to maintain airtightness and proper clamping pressure of reactive gases and cooling water, and reactive gas and a bipolar plate (not shown) for moving the cooling water.

또한, 연료전지 스택은 연료인 수소와 산화제인 공기(산소)가 분리판의 유로를 통해 막전극 접합체의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 각각 공급되는데, 수소는 애노드로 공급되고, 공기는 캐소드로 공급된다. In addition, in the fuel cell stack, hydrogen as a fuel and air (oxygen) as an oxidizing agent are supplied to the anode and cathode of the membrane electrode assembly through the flow path of the separator, respectively. Hydrogen is supplied to the anode, and the air is supplied to the cathode.

이때, 애노드로 공급된 수소는 전해질막의 양쪽에 구성된 전극층의 촉매에 의해 수소 이온(proton)과 전자(electron)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 양이온교환막인 전해질막을 통과하여 캐소드로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 기체확산층과 분리판을 통해 캐소드로 전달된다. At this time, the hydrogen supplied to the anode is decomposed into hydrogen ions (protons) and electrons (protons) by the catalyst of the electrode layers configured on both sides of the electrolyte membrane, and only hydrogen ions are selectively transferred to the cathode through the electrolyte membrane, which is a cation exchange membrane. At the same time, electrons are transferred to the cathode through the gas diffusion layer and the separator, which are conductors.

캐소드에서는 전해질막을 통해 공급된 수소 이온과 분리판을 통해 전달된 전자가 공기공급장치에 의해 캐소드로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때 일어나는 수소 이온의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하며, 이러한 전자의 흐름으로 전류가 생성된다. At the cathode, hydrogen ions supplied through the electrolyte membrane and electrons transferred through the separator meet with oxygen in the air supplied to the cathode by an air supply device to generate water. Due to the movement of hydrogen ions occurring at this time, the flow of electrons through the external conductor occurs, and a current is generated by the flow of these electrons.

수소 연료전지 스택용 가습장치는 이러한 연료전지 스택에 습윤공기를 공급하여 막전극접합체의 전해질막이 일정 습도 이상으로 유지시켜 전자의 이동을 촉진시킬 수 있도록 하는 장치이다. The humidifier for a hydrogen fuel cell stack is a device that supplies humidified air to the fuel cell stack to maintain the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly at a certain humidity or higher to promote the movement of electrons.

도 1 내지 3은 본 발명에 따른 연료전지용 가습장치를 도시한 개략적인 예시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 가습장치의 작동상태도이다. 1 to 3 are schematic exemplification views illustrating a humidifier for a fuel cell according to the present invention, and FIG. 4 is an operational state diagram of the humidifier for a fuel cell according to the present invention.

도 1 내지 3을 참조하면, 먼저 본 발명에 따른 연료전지용 가습장치는 원통형상으로 이루어지는 중공 구조의 하우징(110)이 마련된다. 1 to 3, first, in the humidifier for fuel cell according to the present invention, a housing 110 having a hollow structure having a cylindrical shape is provided.

상기 하우징(110)의 일측 단부는 외부에 별도로 마련되는 압축공기 공급장치와 연통되게 연결되는 압축공기 투입구(111)로 이루어지고 타측 단부는 습윤공기가 배출되는 습윤공기 배출구(112)로 이루어진다. 또한, 상기 하우징(110)의 내부에는 양측 단부는 각각 상기 압축공기 투입구 및 습윤공기 배출구와 연통되게 연결되는 중공의 습윤공기 형성부(113)가 길이방향을 따라 형성된다. One end of the housing 110 is made of a compressed air inlet 111 connected in communication with a compressed air supply device provided separately outside, and the other end is made of a wet air outlet 112 through which the wet air is discharged. Further, inside the housing 110, both ends are formed along the longitudinal direction of the hollow moist air forming portion 113 is connected in communication with the compressed air inlet and the wet air outlet, respectively.

여기에서, 상기 습윤공기 배출구(112)는 연료전지 스택과 연통되게 연결되어, 습윤공기 형성부(113) 내부에서 형성되는 습윤공기를 연료전지 스택으로 공급한다. Here, the wet air outlet 112 is connected in communication with the fuel cell stack to supply the wet air formed in the wet air forming part 113 to the fuel cell stack.

또한, 본 발명에 따른 가습장치는 상기 습윤공기 형성부(113) 내부에 설치되는 회전축(120)과, 상기 습윤공기 형성부 내부로 물을 투입시키는 물 공급부재(130)와, 상기 물 공급부재로부터 투입되는 물을 미립화된 공기방울로 형성하는 미립화 팬(140)을 포함한다. In addition, the humidifier according to the present invention includes a rotation shaft 120 installed inside the wet air forming part 113 , a water supply member 130 for introducing water into the wet air forming part, and the water supply member It includes an atomization fan 140 that forms the water input from the atomized air bubbles.

상기 회전축(120)은 상기 습윤공기 형성부의 내부 중앙에서 길이방향을 따라 고정설치된다.The rotating shaft 120 is fixedly installed along the longitudinal direction in the inner center of the wet air forming part.

도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따라 상기 회전축(120)이 습윤공기 형성부(113) 내부에서 고정되는 원리를 설명하기 위한 개략적인 예시도이다. 2 and 3 are schematic diagrams for explaining the principle in which the rotating shaft 120 is fixed inside the wet air forming part 113 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2와 같이 상기 상기 압축공기 투입구(111)와 습윤공기 형성부(113) 사이에는 상기 회전축(120)의 일측 단부를 지지하는 제1회전축 지지부(114)가 형성되고, 상기 제1회전축 지지부의 측면 외주면으로부터 복수개의 제1고정편(1141)이 일정한 간격을 두고 방사 방향을 따라 연장형성되어 상기 하우징의 내주면에 결합된다. First, as shown in FIG. 2 , between the compressed air inlet 111 and the wet air forming part 113 , a first rotation shaft support part 114 for supporting one end of the rotation shaft 120 is formed, and the first rotation shaft A plurality of first fixing pieces 1141 are formed to extend in a radial direction at regular intervals from the outer circumferential surface of the side surface of the support and are coupled to the inner circumferential surface of the housing.

또한, 도 3과 같이 상기 습윤공기 형성부(113)와 습윤공기 배출부(112) 사이에는 상기 회전축의 타측 단부를 지지하는 제2회전축 지지부(115)가 형성되고, 상기 제2회전축 지지부의 측면 외주면으로부터 복수개의 제2고정편(1151)이 일정한 간격을 두고 방사 방향을 따라 연장형성되어 상기 하우징의 내주면에 결합된다. In addition, as shown in FIG. 3 , a second rotation shaft support part 115 for supporting the other end of the rotation shaft is formed between the wet air forming part 113 and the wet air exhaust part 112 , and a side surface of the second rotation shaft support part is formed. A plurality of second fixing pieces 1151 are formed to extend in a radial direction at regular intervals from the outer circumferential surface and are coupled to the inner circumferential surface of the housing.

도 2 및 3과 같이 상기 회전축(120)은 양측 단부에 밀착되는 제1회전축 지지부(114) 및 제2회전축 지지부(115)에 의해 습윤공기 형성부(113) 내부 중앙에서 고정설치된다. As shown in FIGS. 2 and 3 , the rotation shaft 120 is fixedly installed inside the wet air forming part 113 by the first rotation shaft support part 114 and the second rotation shaft support part 115 which are in close contact with both ends.

한편, 상기 압축공기 투입구(111)를 통해 하우징 내부로 투입되는 압축공기는 제1고정편(1141)과 제1고정편(1141) 사이를 통과하여 습윤공기 형성부(113) 내부로 투입된다. Meanwhile, the compressed air introduced into the housing through the compressed air inlet 111 passes between the first fixing piece 1141 and the first fixing piece 1141 and is introduced into the wet air forming part 113 .

만약, 상기 제1고정편(1141)과 제1고정편(1141) 사이가 협소하면 압축공기 이동시 저항을 발생시킬 수 있고, 단위시간당 압축공기의 투입량이 줄어들 수 있으므로 바람직하지 않다. If the gap between the first fixing piece 1141 and the first fixing piece 1141 is narrow, it is not preferable because resistance may be generated during movement of the compressed air and the amount of compressed air input per unit time may be reduced.

따라서, 상기 제1고정편(1141)은 압축공기의 흐름에 방해가 되지 않도록 적절한 개수로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 도 2와 같이 상기 제1회전축 지지부(114)의 측면 외주면으로부터 120°간격으로 3개의 제1고정편(1141)이 형성될 수 있다. Therefore, the first fixing piece 1141 is preferably formed in an appropriate number so as not to interfere with the flow of compressed air, for example, 120 ° from the outer peripheral surface of the side of the first rotating shaft support 114 as shown in FIG. 2 . Three first fixing pieces 1141 may be formed at intervals.

상기 제2고정편(1151) 또한 습윤공기가 습윤공기 배출구(112) 측으로 원활하게 이동할 수 있도록 적절한 개수로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어 도 3과 같이 상기 제2회전축 지지부(115)의 측면 외주면으로부터 120°간격으로 3개의 제2고정편(1151)이 형성될 수 있다. The second fixing piece 1151 is also preferably formed in an appropriate number so that the wet air can smoothly move toward the wet air outlet 112. For example, as shown in FIG. 3, the side surface of the second rotating shaft support 115 Three second fixing pieces 1151 may be formed at intervals of 120° from the outer circumferential surface.

다음으로, 상기 물 공급부재(130)는 상기 압축공기 투입구와 습윤공기 형성부 사이에 배치되되, 외부의 연료전지 스택과 연통되게 연결되는 물 공급용 니플이 외주면 일측에 연통되게 연결되고, 상기 습윤공기 형성부와 연통되는 급수홀이 일측에 관통형성되어, 연료전지 스택의 수소와 산소 간의 산화환원반응에서 생성되는 물을 상기 습윤공기 형성부로 투입되도록 하는 부재이다. Next, the water supply member 130 is disposed between the compressed air inlet and the wet air forming part, and a water supply nipple connected in communication with an external fuel cell stack is connected to one side of the outer circumferential surface in communication with the wet air. A water supply hole communicating with the air forming unit is formed through one side of the member, so that water generated in a redox reaction between hydrogen and oxygen of the fuel cell stack is introduced into the wet air forming unit.

도 2를 참조하면, 상기 물 공급부재(130)는 급수하우징(131)과, 급수홀(133)이 형성되는 급수관(132)을 포함한다. Referring to FIG. 2 , the water supply member 130 includes a water supply housing 131 and a water supply pipe 132 in which a water supply hole 133 is formed.

상기 급수하우징(131)은 내부에 유로가 형성되는 링 형태로서, 상기 제1회전축 지지부와 대응되는 높이에서 상기 하우징의 외주면을 감싸는 형태로 결합된다. The water supply housing 131 is in the form of a ring having a flow path formed therein, and is coupled to surround the outer circumferential surface of the housing at a height corresponding to the first rotation shaft support portion.

또한, 상기 급수하우징의 외주면 일측에는 물 공급용 니플(1311)이 결합된다. In addition, a nipple 1311 for water supply is coupled to one side of the outer circumferential surface of the water supply housing.

여기에서, 상기 물 공급용 니플은(1311)의 일측 단부는 상기 급수하우징 내부의 유로와 연통되게 연결되고 타측 단부는 연료전지 스택과 연통되게 연결되어 연료전지 스택의 수소와 산소 간의 산화환원반응에서 생성되는 물이 상기 급수하우징(131) 내부의 유로로 투입되도록 한다. Here, one end of the nipple for supplying water 1311 is connected in communication with the flow path inside the water supply housing and the other end is connected in communication with the fuel cell stack in the redox reaction between hydrogen and oxygen of the fuel cell stack. The generated water is introduced into the flow path inside the water supply housing 131 .

상기 급수관(132)은 상기 제1고정편(1141) 각각의 내부에 삽입되되 일측 단부가 상기 급수하우징 내부의 유로와 연통되게 연결되고, 바닥면에는 급수홀(133)이 형성된다. 여기에서, 급수홀(133)은 상기 제1고정편의 바닥면까지 관통형성되어 급수관 내부로 인입된 물을 상기 습윤공기 형성부로 투입되도록 한다. The water supply pipe 132 is inserted into each of the first fixing pieces 1141, one end of which is connected in communication with the flow path inside the water supply housing, and a water supply hole 133 is formed in the bottom surface. Here, the water supply hole 133 is formed through to the bottom surface of the first fixing piece so that the water introduced into the water supply pipe is introduced into the wet air forming part.

상기와 같은 본 발명은 습윤공기 형성부(113)를 따라 빠르게 이동하는 압축공기에 의해 급수홀(133) 주위에 진공형상이 발생하여 상기 급수홀(133)을 통해 토출되는 물의 1차 미립화가 이루어지게 되며, 이후 후술할 미립화 팬(140)에 의해 2차 미립화가 이루어지게 된다. In the present invention as described above, a vacuum shape is generated around the water supply hole 133 by the compressed air moving rapidly along the wet air forming part 113, and the primary atomization of the water discharged through the water supply hole 133 is achieved. The secondary atomization is performed by the atomization fan 140 which will be described later.

한편, 연료전지는 큰 파워를 요구하는 운전구간에서는 그에 비례하는 공기 유량이 필요하다. 이렇게 많은 유량의 공기를 가습하기 위해서는 그만큼 많은 수분이 필요하게 되는데, 이를 위해서는 하우징(110) 내부에 더 많은 양의 물이 분사되어야 한다.On the other hand, the fuel cell requires an air flow rate proportional thereto in an operation section that requires a large power. In order to humidify such a large amount of air, a large amount of moisture is required. For this, a larger amount of water needs to be sprayed into the housing 110 .

이에, 본 발명은 물 공급량에 따른 가습량의 변화를 통해 연료전지 스택의 출력성능 제어가 가능하도록 상기 물 공급부재로의 물 공급량을 조절하기 위한 유량조절밸브(150)를 포함할 수 있다. Accordingly, the present invention may include a flow rate control valve 150 for controlling the amount of water supplied to the water supply member so that the output performance of the fuel cell stack can be controlled through a change in the amount of humidification according to the amount of water supplied.

상기 유량조절밸브(150)는 연료전지 스택과 물 공급용 니플의 연결관로 상에 설치될 수 있으며, 외부신호에 따라 덕트의 직경을 넓히거나 줄일 수 있도록 하여 연료전지 스택으로부터 토출되는 물이 물 공급용 니플(1311)로 인입되는 양을 조절하도록 할 수 있다. The flow control valve 150 may be installed on the connection pipe between the fuel cell stack and the nipple for water supply, and may expand or reduce the diameter of the duct according to an external signal so that water discharged from the fuel cell stack is supplied with water. It is possible to adjust the amount introduced into the nipple 1311 for use.

이를 위해 상기 유량조절밸브(150)는 개방과 폐쇄가 조절되는 밸브 구조, 예컨데 솔레노이드 밸브 구조가 될 수 있으며, 이외에도 덕트의 직경을 조절할 수 있는 구조의 다양한 실시예가 적용될 수 있다.To this end, the flow control valve 150 may be a valve structure in which opening and closing are controlled, for example, a solenoid valve structure, and in addition, various embodiments of a structure capable of adjusting the diameter of the duct may be applied.

다음으로, 도 1 및 4와 같이 상기 미립화 팬(140)은 블레이드 중심축(141) 및 블레이드(142)를 포함한다. Next, as shown in FIGS. 1 and 4 , the atomization fan 140 includes a blade central shaft 141 and a blade 142 .

상기 블레이드 중심축(141)은 상기 회전축(120)의 외주면에 결합되어 회전축과 함께 회전된다. 이를 위해, 상기 블레이드 중심축(141)은 블레이드와 일체화 된 중공(中空)의 형태로 이루어질 수 있다. The blade central shaft 141 is coupled to the outer peripheral surface of the rotation shaft 120 is rotated together with the rotation shaft. To this end, the central axis of the blade 141 may be formed in the form of a hollow integrated with the blade.

상기 블레이드(142)는 상기 습윤공기 형성부(113)로 투입된 압축공기의 영향을 받아 회전축과 함께 자유 회전되며, 자유 회전하는 과정에서 상기 급수홀을 통한 물과 직접적으로 접촉되면서 미립화된 공기방울로 형성한다. The blade 142 is freely rotated together with the rotating shaft under the influence of the compressed air injected into the wet air forming unit 113, and in the process of free rotation, it is in direct contact with water through the water supply hole as an atomized air bubble. to form

상기 블레이드(142)는 블레이드 중심축의 외주면으로부터 방사방향을 따라 복수개로 배열형성될 수 있다. 또한, 상기 블레이드(142)는 압축공기와의 접촉면적을 확보하여 충분한 회전력을 발생시켜 물과의 접촉이 보다 활발하게 이루어질 수 있도록 적절한 형상(예를 들어 나선형)으로 이루어질 수 있다. A plurality of the blades 142 may be arranged in a radial direction from the outer peripheral surface of the central axis of the blade. In addition, the blade 142 may be formed in an appropriate shape (eg, spiral) so that the contact area with the compressed air is secured to generate sufficient rotational force so that the contact with the water can be made more actively.

이러한 블레이드 중심축(141)과 블레이드(142)를 포함하는 미립화 팬(140)은 압축공기를 통해 바람개비와 같이 자유 회전을 하게 되고, 이때 습윤공기 형성부 내부로 투입된 물이 블레이드와 직접적으로 접촉하면서 미립화된 공기방울로 형성한다. The atomization fan 140 including the blade central shaft 141 and the blade 142 freely rotates like a pinwheel through the compressed air, and at this time, the water injected into the wet air forming unit is in direct contact with the blade. It forms into atomized air bubbles.

특히, 본 발명은 압력의 이동에 따라 발생하는 진공발생 현상에 의해 물의 1차 미립화가 이루어진 상태에서 미립화 팬(140)과의 접촉에 의한 2차 미립화가 이루어지므로 미립화 성능이 현저히 우수한 습윤공기를 형성할 수 있으며, 이러한 미립화 성능이 우수한 습윤공기가 연료전지 스택에 공급되도록 함으로써 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 연료전지에서 방출되는 물은 연료전지 내에서의 화학반응으로 열이 발생하게 되는데, 상기 블레이드와 접촉되면서 발생하는 기화현상으로 물의 온도를 떨어뜨리는 효과도 있다.In particular, the present invention forms wet air with remarkably excellent atomization performance because secondary atomization is made by contact with the atomization fan 140 in a state where the primary atomization of water is made by the vacuum generation phenomenon that occurs according to the movement of pressure. This can be achieved, and the effect of improving the performance of the fuel cell can be expected by supplying the moist air having excellent atomization performance to the fuel cell stack. In addition, the water emitted from the fuel cell generates heat due to a chemical reaction within the fuel cell, and the vaporization phenomenon that occurs while in contact with the blade has an effect of lowering the temperature of the water.

한편, 상기 제1회전축 지지부(114)와 제2회전축 지지부(115)는 상기 회전축(120)의 회전이 용이하도록 마찰저항이 최소화된 소재를 적용하는 것이 바람직하다. On the other hand, it is preferable that the first rotation shaft support part 114 and the second rotation shaft support part 115 are made of a material with minimal frictional resistance to facilitate rotation of the rotation shaft 120 .

다음으로, 상기 미립화 팬(140)은 상기 회전축(120)에 일정한 간격으로 복수개로 마련될 수 있다. Next, a plurality of atomization fans 140 may be provided on the rotation shaft 120 at regular intervals.

이때, 일측 미립화 팬의 블레이드와 인접한 타측의 미립화 팬의 블레이드는 서로 엇갈리는 형태(예를 들어 지그재그 형태)로 배열되는 것이 좋다. In this case, it is preferable that the blades of the atomization fan on one side and the blades of the atomization fan on the other side are arranged in a crossed shape (eg, in a zigzag form).

이는, 상기 습윤공기 형성부(113) 내부에서 형성된 습윤공기가 습윤공기 배출부(112) 측으로 이동하는 과정에서 지속적으로 복수개의 블레이드와 접촉되도록 함으로써 인력에 의해 재결합되지 않고 미립화된 상태를 유지하도록 하기 위한 것으로, 이를 통해 미립화 성능이 우수한 습윤공기를 습윤공기 배출부(112)로 배출시킬 수 있다. This allows the wet air formed inside the wet air forming part 113 to continuously contact the plurality of blades in the process of moving toward the wet air outlet 112, so as not to recombine by manpower and to maintain an atomized state. For this purpose, the wet air having excellent atomization performance can be discharged to the wet air discharge unit 112 through this.

다음으로, 도 5a 및 5b는 연료전지에 습윤공기를 공급하는 가습장치와 연통되게 연결되는 종래의 일반적인 압축공기 공급장치를 도시한 개략적인 예시도이다. Next, FIGS. 5A and 5B are schematic exemplifications illustrating a conventional general compressed air supply device connected in communication with a humidifier for supplying wet air to a fuel cell.

도 5a 및 5b와 같이 상기 압축공기 공급장치(200)는 후면이 개방된 중공형상으로서 전면 중앙부에는 외부의 공기가 인입되는 외기인입부(211)가 형성되고, 외주면 일측에는 상기 외기인입부와 직교방향으로 외기토출부(212)가 형성되는 임펠러 하우징(210)이 마련된다. As shown in FIGS. 5A and 5B , the compressed air supply device 200 has a hollow shape with an open rear surface, and an outside air intake unit 211 through which external air is introduced is formed in the front center portion, and the outside air intake portion is orthogonal to one side of the outer circumferential surface. The impeller housing 210 in which the outdoor air discharge part 212 is formed in the direction is provided.

여기에서, 상기 외기인입부(211)와 외기토출부(212)는 외부 공기의 유입 경로 및 배출 경로를 제공하는 것으로, 소정 직경과 길이를 갖는 원통형의 덕트 형태로 이루어질 수 있다. Here, the outdoor air inlet 211 and the outdoor air outlet 212 provide an inflow path and an exhaust path for outside air, and may be formed in the form of a cylindrical duct having a predetermined diameter and length.

상기 외기인입부를 통해 인입된 외부 공기는 임펠러(230)에 의하여 압축된 후 외기토출부를 통해 외부로 배출된다. The external air introduced through the outdoor air inlet is compressed by the impeller 230 and then discharged to the outside through the outdoor air outlet.

상기 모터(220)는 상기 임펠러 하우징의 후면에 배치되며, 상기 임펠러(230)는 상기 임펠러 하우징 내부에서 상기 외기인입부와 동일 수평선상에 배치되며 모터에 의해 회전작동되면서 상기 외기인입부를 통한 외부의 공기가 외기토출부로 토출되도록 임펠러 하우징의 벽면 방향으로 밀어낸다.The motor 220 is disposed on the rear surface of the impeller housing, and the impeller 230 is disposed on the same horizontal line as the outside air intake part inside the impeller housing and is rotated by the motor. Push the air toward the wall of the impeller housing so that the air is discharged to the outside air outlet.

이러한 압축공기 공급장치(200)는 상기 외기인입부(211)를 통해 흡입된 외부 공기가 내부의 임펠러(230)에 의해 압축된 후 타측의 외기토출부(212)를 통해 토출되도록 구성되며, 상기 외기토출부(212)는 본 발명의 실시예에 따라 상기 가습장치의 압축공기 투입구(111)와 연통되게 연결되어 하우징 내부로 압축공기를 투입시킨다. 압축공기는 습윤공기 형성부(113)로 투입되어 상기 블레이드(142)와 접촉되면서 미립화 팬(140)을 회전시키게 된다. The compressed air supply device 200 is configured such that the external air sucked in through the outside air inlet 211 is compressed by an internal impeller 230 and then discharged through the outside air discharge unit 212 on the other side, and the The outdoor air discharge unit 212 is connected in communication with the compressed air inlet 111 of the humidifier according to an embodiment of the present invention to inject compressed air into the housing. Compressed air is introduced into the wet air forming unit 113 to rotate the atomization fan 140 while in contact with the blade 142 .

여기에서, 상기 블레이드(142)와 접촉되는 압축공기에 의한 풍압이 상기 회전축(120)에 작용하였다가 압축공기의 투입이 정지되면 풍압이 제거되는데, 이 과정에서 상기 회전축(120)의 일측 단부로부터 제1회전축 지지부(114)에 외력이 가해지면서 회전축(120)과 제1회전축 지지부(114)가 상호 간에 충돌, 마찰로 인해 내구성이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. Here, when the wind pressure by the compressed air in contact with the blade 142 acts on the rotating shaft 120 and the input of the compressed air is stopped, the wind pressure is removed, in this process from one end of the rotating shaft 120 . As an external force is applied to the first rotation shaft support part 114 , the rotation shaft 120 and the first rotation shaft support part 114 collide with each other, and durability may be deteriorated due to friction.

이러한 문제점을 미연에 방지하고자 본 발명에 따른 상기 제1회전축 지지부(114)는 탄성스프링(1143)이 내삽되는 완충부재(1142)가 탑재된다. 상기 완충부재(1142)는 압축공기의 투입이 정지되면서 풍압이 제거될 때 회전축(120)의 일측 단부로부터 제1회전축 지지부(114)에 가해지는 외력을 탄성력으로 흡수하는 완충 효과를 제공하며, 이를 통해 회전축(120)과 제1회전축 지지부(114)의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. In order to prevent this problem in advance, the first rotating shaft support 114 according to the present invention is equipped with a buffer member 1142 into which an elastic spring 1143 is interpolated. The buffer member 1142 provides a buffering effect of absorbing the external force applied to the first rotation shaft support part 114 from one end of the rotation shaft 120 as an elastic force when the wind pressure is removed while the input of the compressed air is stopped. Through this, it is possible to prevent the durability of the rotating shaft 120 and the first rotating shaft supporting part 114 from being deteriorated.

한편, 본 발명의 이해를 돕기 위한 도 2는 물 공급부재(130)와, 제1회전축 지지부(114)와, 제1고정편(1141)의 형상, 구조 및 결합관계 등을 보다 명확하게 이해할 수 있도록 하우징(110)은 생략하였다. On the other hand, Figure 2 to help the understanding of the present invention can more clearly understand the shape, structure and coupling relationship of the water supply member 130, the first rotation shaft support 114, and the first fixing piece 1141. The housing 110 is omitted so that.

이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Above, a specific part of the content of the present invention has been described in detail, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby It will be obvious. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

100 : 가습장치
110 : 하우징
111: 압축공기 투입구
112 : 습윤공기 배출구
113 : 습윤공기 형성부
114 : 제1회전축 지지부
1141 : 제1고정편 1141-1 : 연통부
1142 : 완충부재
1143 : 탄성스프링
115 : 제2회전축 지지부
1151 : 제2고정편
120 : 회전축
130 : 물 공급부재
131 : 급수하우징
1311 : 물 공급용 니플
132 : 급수관
133 : 급수홀
140 : 미립화 팬
141 : 회전축
142 : 블레이드
150 : 유량조절밸브
200 : 압축공기 공급장치
210 : 임펠러 하우징
211 : 외기인입부
212 : 외기토출부
220 : 모터
230 : 임펠러
100: humidifier
110: housing
111: compressed air inlet
112: humid air outlet
113: wet air forming part
114: first rotation shaft support part
1141: first fixed piece 1141-1: communication part
1142: buffer member
1143: elastic spring
115: second rotation shaft support part
1151: second fixed piece
120: rotation axis
130: water supply member
131: water supply housing
1311: nipple for water supply
132: water pipe
133: water supply hole
140: atomization fan
141: rotation axis
142: blade
150: flow control valve
200: compressed air supply device
210: impeller housing
211: outside air intake
212: outdoor air discharge unit
220: motor
230: impeller

Claims (5)

연료전지용 가습장치에 있어서,
일측 단부는 외부의 압축공기 공급장치와 연통되게 연결되는 압축공기 투입구(111)로 이루어지고 타측 단부는 습윤공기가 배출되는 습윤공기 배출구(112)로 이루어지며, 내부에는 양측 단부가 각각 상기 압축공기 투입구 및 습윤공기 배출구와 연통되게 연결되는 중공의 습윤공기 형성부(113)가 길이방향을 따라 형성되는 원통형의 하우징(110)과;
상기 습윤공기 형성부의 내부 중앙에 길이방향을 따라 배치되는 회전축(120)과;
상기 압축공기 투입구와 습윤공기 형성부 사이에 배치되되, 외부의 연료전지 스택과 연통되게 연결되는 물 공급용 니플이 외주면 일측에 연통되게 연결되고, 상기 습윤공기 형성부와 연통되는 급수홀이 일측에 관통형성되어, 연료전지 스택의 수소와 산소 간의 산화환원반응에서 생성되는 물을 상기 습윤공기 형성부로 투입시키는 물 공급부재(130)와;
상기 회전축의 외주면에 결합되는 블레이드 중심축(141) 및 상기 블레이드 중심축의 외주면으로부터 방사방향을 따라 복수개로 배열형성되며 상기 압축공기 투입구를 통해 투입된 압축공기에 의해 상기 회전축과 함께 회전되면서 상기 급수홀을 통해 습윤공기 형성부 내부로 투입된 물을 미립화된 공기방울로 형성하는 블레이드(142)로 이루어지는 미립화 팬(140);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.
A humidifier for a fuel cell, comprising:
One end is made of a compressed air inlet 111 connected in communication with an external compressed air supply device, and the other end is made of a wet air outlet 112 through which the wet air is discharged. a cylindrical housing 110 in which a hollow wet air forming part 113 connected in communication with the inlet and the wet air outlet is formed along the longitudinal direction;
a rotation shaft 120 disposed along the longitudinal direction in the center of the inside of the wet air forming part;
It is disposed between the compressed air inlet and the wet air forming part, and a water supply nipple connected in communication with an external fuel cell stack is connected in communication with one side of the outer circumferential surface, and a water supply hole communicating with the wet air forming part is on one side. a water supply member 130 that is formed through and injects water generated in a redox reaction between hydrogen and oxygen of the fuel cell stack into the wet air forming unit;
A plurality of blade central shafts 141 coupled to the outer peripheral surface of the rotating shaft and a plurality of blades are arranged in a radial direction from the outer peripheral surface of the central shaft, and rotated together with the rotating shaft by compressed air introduced through the compressed air inlet, the water supply hole an atomization fan 140 comprising a blade 142 that forms water injected into the wet air forming part through atomized air bubbles;
A humidifier for a fuel cell, characterized in that it comprises a.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내부에서 상기 압축공기 투입구와 습윤공기 형성부 사이에 배치되며 상기 회전축의 일측 단부를 지지하는 제1회전축 지지부와,
상기 제1회전축 지지부의 측면 외주면으로부터 방사방향을 따라 연장형성되어 상기 하우징의 내주면에 결합되어 상기 제1회전축 지지부를 고정시키는 복수개의 제1고정편과,
상기 하우징의 내부에서 상기 습윤공기 형성부와 습윤공기 배출부 사이에 배치되며 상기 회전축의 타측 단부를 지지하는 제2회전축 지지부와,
상기 제2회전축 지지부의 측면 외주면으로부터 방사방향을 따라 연장형성되어 상기 하우징의 내주면에 결합되어 상기 제2회전축 지지부를 고정시키는 복수개의 제2고정편을 포함하며,
상기 물 공급부재는,
내부에 유로가 형성되는 링 형태로서 상기 제1회전축 지지부와 대응되는 높이에서 상기 하우징의 외주면을 감싸는 형태로 결합되며 상기 물 공급용 니플을 매개로 하여 내부의 유로로 물이 인입되는 급수하우징과, 상기 제1고정편 각각의 내부에 삽입되되 일측 단부가 상기 급수하우징 내부의 유로와 연통되게 연결되면서 바닥면에 상기 급수홀이 관통형성되는 급수관을 포함하며,
상기 급수홀은 상기 제1고정편의 바닥면까지 관통형성되어 급수관 내부로 인입된 물이 상기 습윤공기 형성부로 투입되도록 하고,
상기 습윤공기 형성부를 따라 빠르게 이동하는 압축공기에 의해 급수홀 주위에 진공형상이 발생하여 상기 급수홀을 통해 토출되는 물의 1차 미립화가 이루어진 후 미립화 팬과 접촉되면서 2차 미립화에 의해 미립화 성능이 우수한 습윤공기를 형성할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.
According to claim 1,
a first rotating shaft support part disposed between the compressed air inlet and the wet air forming part inside the housing and supporting one end of the rotating shaft;
A plurality of first fixing pieces extending along the radial direction from the outer peripheral surface of the side of the first rotation shaft support portion and coupled to the inner peripheral surface of the housing to fix the first rotation shaft support portion;
a second rotation shaft support part disposed between the wet air forming part and the wet air exhaust part inside the housing and supporting the other end of the rotation shaft;
and a plurality of second fixing pieces extending from the outer peripheral surface of the side surface of the second rotation shaft support part in a radial direction and coupled to the inner peripheral surface of the housing to fix the second rotation shaft support part,
The water supply member,
A water supply housing in the form of a ring having a flow path formed therein, which is coupled to surround the outer circumferential surface of the housing at a height corresponding to the first rotation shaft support part, and into which water is introduced into the internal flow path through the water supply nipple; A water supply pipe inserted into each of the first fixing pieces, one end of which is connected in communication with the flow path inside the water supply housing, and through which the water supply hole is formed in the bottom surface,
The water supply hole is formed through the bottom surface of the first fixing piece so that water introduced into the water supply pipe is introduced into the wet air forming part,
A vacuum shape is generated around the water supply hole by the compressed air moving rapidly along the wet air forming part, and after the primary atomization of water discharged through the water supply hole is made, the atomization performance is excellent by secondary atomization while in contact with the atomization fan A humidifier for a fuel cell, characterized in that it is capable of forming moist air.
제2항에 있어서, 상기 제1회전축 지지부는 압축공기의 투입 여부에 따라 상기 회전축으로부터 제1회전축 지지부 측으로 가해지는 힘에 대한 완충작용이 이루어지도록 탄성스프링이 내삽되는 완충부재가 탑재되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.
The method according to claim 2, wherein the first rotation shaft support part is equipped with a buffer member into which an elastic spring is interpolated so that a buffer action is made against the force applied from the rotation shaft to the first rotation shaft support part depending on whether compressed air is injected. A humidifier for fuel cells.
제1항에 있어서, 상기 미립화 팬은 상기 회전축에 일정한 간격으로 복수개로 마련되되 일측 미립화 팬의 블레이드와 인접한 타측 미립화 팬의 블레이드 서로 엇갈리는 형태로 배치되어 습윤공기가 습윤공기 배출부 측으로 이동할 때 지속적으로 복수개의 블레이드와 접촉되도록 하여 인력에 의해 재결합되지 않고 미립화된 상태를 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.
According to claim 1, wherein a plurality of atomizing fans are provided on the rotating shaft at regular intervals, and the blades of one atomization fan and the blades of the other atomization fan adjacent to each other are arranged so as to be staggered so that the wet air is continuously moved to the humid air outlet side. A humidifier for a fuel cell, characterized in that it is brought into contact with a plurality of blades to maintain an atomized state without being recombined by manpower.
제1항에 있어서, 물 공급량에 따른 가습량의 변화를 통해 연료전지 스택의 출력성능 제어가 가능하도록 상기 물공급부재로의 물 공급량을 조절하기 위한 유량조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.
The humidification for fuel cell according to claim 1, further comprising a flow rate control valve for adjusting the amount of water supplied to the water supply member so as to control the output performance of the fuel cell stack through a change in the amount of humidification according to the amount of water supplied. Device.
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