KR102452699B1 - Air block device for preventing flowed in condensate water - Google Patents

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Abstract

본 발명은 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기가 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기는 내측에 위치하는 제 1 배관; 상기 제 1 배관의 외부에 위치하며 제 1 배관의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관 및 상기 제 2 배관의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관을 포함하고, 상기 제 3 배관의 내측에는 공기 차단 밸브가 구비되어 있다.The present invention discloses an air breaker for preventing the inflow of condensate. Air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention is a first pipe located inside; a second pipe located outside the first pipe and communicating with the upper part of the first pipe; and a third pipe positioned outside the second pipe and having a closed lower part; An air shutoff valve is provided.

Description

응축수 유입을 방지하는 공기 차단기 {AIR BLOCK DEVICE FOR PREVENTING FLOWED IN CONDENSATE WATER}{AIR BLOCK DEVICE FOR PREVENTING FLOWED IN CONDENSATE WATER}

본 발명은 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 스택에 응축수 유입을 차단하여 연료전지 스택 내구성 및 전압 안전성을 향상시킬 수 있는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기에 관한 것이다.The present invention relates to an air breaker for preventing the inflow of condensed water, and more particularly, to an air breaker for preventing the inflow of condensed water, which can improve fuel cell stack durability and voltage safety by blocking the inflow of condensed water into a fuel cell stack.

일반적으로, 연료전지 차량은 연료공급부에서 공급되는 수소와, 공기공급부에서 공급되는 공기 중 산소가 가습기에 공급되어, 물의 전기분해 역반응인 전기화학반응에 의해 연속적으로 생성되는 전기에너지를 사용하여 구동하게 된다.In general, a fuel cell vehicle is driven using electric energy continuously generated by an electrochemical reaction, which is a reverse reaction of electrolysis of water, in which hydrogen supplied from a fuel supply unit and oxygen in air supplied from an air supply unit are supplied to a humidifier. do.

여기서, 수소 연료전지 자동차에 적용되는 연료전지 시스템은, 반응가스의 전기화학반응으로부터 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택과, 연료전지 스택에 연료인 수소를 공급하는 수소공급장치와, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 산소를 포함하는 공기를 공급하는 공기공급장치와, 연료전지 스택의 전기화학반응 부산물인 열을 외부로 방출시켜 연료전지 스택의 운전온도를 최적으로 제어하고 물 관리 기능을 수행하는 열 및 물 관리 시스템과, 연료전지 시스템의 작동 전반을 제어하는 연료전지 시스템 제어기를 포함하여 구성된다.Here, the fuel cell system applied to the hydrogen fuel cell vehicle includes a fuel cell stack that generates electric energy from an electrochemical reaction of a reaction gas, a hydrogen supply device that supplies hydrogen as fuel to the fuel cell stack, and a fuel cell stack. An air supply device that supplies air containing oxygen, an oxidizing agent required for electrochemical reaction, and heat, a by-product of the electrochemical reaction of the fuel cell stack, is discharged to the outside to optimally control the operating temperature of the fuel cell stack and to improve the water management function. It is configured to include a heat and water management system to perform and a fuel cell system controller to control overall operation of the fuel cell system.

일반적으로, 수소공급장치는 수소탱크, 고압/저압 레귤레이터, 수소밸브, 수소 재순환 장치 등을 포함하고, 공기공급장치는 공기블로워, 공기밸브, 가습기 등을 포함하며, 열 및 물 관리 시스템은 냉각수 펌프, 라디에이터 등을 포함한다.In general, the hydrogen supply device includes a hydrogen tank, a high pressure/low pressure regulator, a hydrogen valve, a hydrogen recirculation device, etc., the air supply device includes an air blower, an air valve, a humidifier, etc., and the heat and water management system is a cooling water pump , radiators, and the like.

수소공급장치에서는 수소탱크로부터 공급되는 고압의 수소가 고압/저압 레귤레이터를 차례로 거친 뒤 낮은 압력으로 연료전지 스택에 공급되며, 수소 재순환 장치에서는 재순환 라인의 블로워가 스택의 애노드에서 사용하고 남은 미반응 수소를 다시 애노드로 재순환시켜 수소의 재사용을 도모한다.In the hydrogen supply device, high-pressure hydrogen supplied from the hydrogen tank passes through the high-pressure/low-pressure regulator in turn, and then is supplied to the fuel cell stack at low pressure. is recycled back to the anode to promote the reuse of hydrogen.

공기공급장치에서는 공기 중에 포함된 이물질을 여과하는 에어클리너와, 에어클리너에서 여과된 공기를 압축하여 공급하는 공기 블로워, 및 공기 블로워를 제어하는 컨트롤박스를 포함하여 구성되고, 공기블로워에 의해 공급되는 건조한 공기가 가습기를 통과하는 동안 스택의 캐소드 출구에서 배출된 배출가스(습윤공기)와 수분 교환하여 가습된 뒤 연료전지 스택의 캐소드 입구로 공급된다.The air supply device includes an air cleaner that filters foreign substances contained in the air, an air blower that compresses and supplies the air filtered by the air cleaner, and a control box that controls the air blower, and is supplied by the air blower. While the dry air passes through the humidifier, it is humidified by exchanging moisture with the exhaust gas (wet air) discharged from the cathode outlet of the stack, and then supplied to the cathode inlet of the fuel cell stack.

일반적으로, 연료전지 차량은 운행 종료 후, 연료전지 스택의 캐소드 입출구를 통해 공기가 유입되면 내구성이 떨어지게 되는데, 이를 방지 하고자 연료전지 스택의 캐소드 입구 및 출구에 공기유로를 차단시키는 공기차단밸브를 설치하고 있다.In general, the fuel cell vehicle is less durable when air flows in through the cathode inlet and outlet of the fuel cell stack after the end of operation. are doing

도 1은 종래의 공기밸브 장치의 사시도이다.1 is a perspective view of a conventional air valve device.

도 1을 참조하면, 종래의 연료전지 시스템용 공기밸브 장치는 연료전지 스택(1)의 캐소드(1a)와 연결되는 공기통로(11)가 형성된 밸브바디(10); 및 상기 공기통로(11)의 개폐를 위해 밸브바디(10)에 회전 가능하게 설치된 밸브플랩(20)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a conventional air valve device for a fuel cell system includes a valve body 10 having an air passage 11 connected to a cathode 1a of a fuel cell stack 1 ; and a valve flap 20 rotatably installed in the valve body 10 for opening and closing the air passage 11 .

상기 밸브바디(10)에 형성된 공기통로(11)는 가습된 외부공기가 연료전지 스택(1)의 캐소드(1a)측으로 유입되는 입구측 공기통로(11a) 및 상기 캐소드(1a)로부터 공기가 배출되는 출구측 공기통로(11b)로 구성되고, 상기 입구측 공기통로(11a)와 출구측 공기통로(11b)는 하나의 밸브바디(10)에 형성되어 있다.The air passage 11 formed in the valve body 10 is an inlet air passage 11a through which humidified external air flows into the cathode 1a side of the fuel cell stack 1 and air is discharged from the cathode 1a. and an outlet air passage 11b, wherein the inlet air passage 11a and the outlet air passage 11b are formed in one valve body (10).

상기 밸브플랩(20)은 입구측 공기통로(11a)와 출구측 공기통로(11b)를 각각 개폐시킬 수 있도록 복수개로 구성되고, 상기 복수개의 밸브플랩(20)은 입구측 공기통로(11a)와 출구측 공기통로(11b)를 동시에 개폐시키도록 구성된다.The valve flap 20 is configured in plurality to open and close the inlet air passage 11a and the outlet air passage 11b, respectively, and the plurality of valve flaps 20 include the inlet air passage 11a and It is configured to open and close the outlet air passages 11b at the same time.

상기 밸브바디(10)는 밸브플랩(20)이 회전 가능하게 설치되는 것으로 밸브장치의 외형적 형상을 이루는 메인바디(12), 및 상기 밸브플랩(20)의 개폐시 밸브플랩(20)과 접촉하는 서브바디(13)로 구성되고, 상기 메인바디(12)와 서브바디(13)는 서로 분리 가능하게 결합된 구조를 갖는다.The valve body 10 is a main body 12 constituting the external shape of the valve device in which the valve flap 20 is rotatably installed, and the valve flap 20 is in contact with the valve flap 20 when the valve flap 20 is opened and closed. and a sub-body 13, wherein the main body 12 and the sub-body 13 are separably coupled to each other.

종래의 공기 차단 밸브는 연료전지 스택이 셧다운된 후 스택으로의 공기유입을 차단하여 연료전지 스택 내 전해질막과 촉매층의 내구성을 향상시키고 있다.The conventional air shutoff valve blocks the inflow of air into the stack after the fuel cell stack is shut down, thereby improving the durability of the electrolyte membrane and the catalyst layer in the fuel cell stack.

그러나, 종래의 공기 차단 밸브는 운전 시에 가습기를 통해서 스택으로 유입되는 응축수를 방지하는 구조가 없어서 운전 중 연료전지 스택의 전압안정성을 유지하기 어렵다.However, the conventional air shutoff valve does not have a structure to prevent condensed water flowing into the stack through the humidifier during operation, so it is difficult to maintain voltage stability of the fuel cell stack during operation.

이러한 응축수는 연료전지 스택의 전압안정성을 유지할 수 없게 하여 차량 내구성뿐만 아니라 안전성을 저해하는 문제를 발생시킨다.Such condensed water makes it impossible to maintain voltage stability of the fuel cell stack, thereby deteriorating not only vehicle durability but also safety.

대한민국 공개특허출원 제 10-2017-0097810 호Republic of Korea Patent Application No. 10-2017-0097810

본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 연료전지 스택 내 수분 유입을 방지하고, 외측 배관 벽에 필름 형태로 부착된 응축수가 스택으로 유입되는 현상도 방지하여 응축수의 유입을 차단하여 연료전지 스택 내 셀 빠짐 현상도 방지할 수 있는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기를 제공하고자 한다.In one embodiment of the present invention, in order to overcome the problems of the prior art, the inflow of moisture into the fuel cell stack is prevented, and the condensed water attached to the outer pipe wall in the form of a film is also prevented from flowing into the stack, thereby blocking the inflow of condensed water. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an air circuit breaker that prevents the inflow of condensed water, which can also prevent cell dropout in the fuel cell stack.

본 발명의 일 측면에 따르면, 연료전지 시스템용 공기 차단기에 있어서, 내측에 위치하는 제 1 배관; 상기 제 1 배관의 외부에 위치하며 제 1 배관의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관 및 상기 제 2 배관의 외부에 위치하며 하부가 개폐되어 있는 제 3 배관을 포함하고, 상기 제 3 배관의 내측에는 공기 차단 밸브가 구비되어 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided an air circuit breaker for a fuel cell system, comprising: a first pipe positioned inside; a second pipe positioned outside the first pipe and communicating with the upper part of the first pipe; and a third pipe positioned outside the second pipe and having an open/closed lower part; An air shutoff valve is provided.

상기 제 1 배관의 하부는 가습기 배관과 연통될 수 있다.A lower portion of the first pipe may communicate with the humidifier pipe.

상기 제 1 배관의 상부에는 공기가 배출되는 1개 이상의 홀들이 천공될 수 있다.One or more holes through which air is discharged may be drilled in an upper portion of the first pipe.

상기 제 1 배관과 제 2 배관의 상단은 상기 공기 차단 밸브에 의해 개폐될 수 있다.Upper ends of the first pipe and the second pipe may be opened and closed by the air shutoff valve.

상기 공기 차단 밸브는 상기 제 2 배관의 상단에 구비될 수 있다.The air shutoff valve may be provided at an upper end of the second pipe.

상기 공기 차단 밸브는 비작동시 자중에 의해 밀폐될 수 있다.The air shutoff valve may be closed by its own weight when not in operation.

상기 공기 차단 밸브는 제 1 배관 또는 제 2 배관에 의해 정지되어 상기 제 3 배관의 일부 또는 전부가 폐쇄될 수 있다.The air shutoff valve may be stopped by the first pipe or the second pipe, so that a part or all of the third pipe may be closed.

상기 공기 차단 밸브는 가습기로부터 공급되는 공기에 의해 개방될 수 있다.The air shutoff valve may be opened by air supplied from the humidifier.

상기 공기 차단 밸브는 제 1 밸브부 및 상기 제 1 밸브부와 대응하는 형상의 제 2 밸브부를 포함할 수 있다.The air shutoff valve may include a first valve part and a second valve part having a shape corresponding to the first valve part.

상기 제 1 밸브부와 제 2 밸브부는 힌지에 의해 연결될 수 있다.The first valve part and the second valve part may be connected by a hinge.

상기 제 2 배관의 길이는 제 2 배관 상단부터 제 3 배관의 하단 밀폐부의 길이보다 작은 구조일 수 있다.The length of the second pipe may be smaller than the length of the lower end sealing part of the third pipe from the upper end of the second pipe.

상기 제 3 배관의 내측에는 베플이 구비될 수 있다.A baffle may be provided inside the third pipe.

상기 공기 차단 밸브 상부에는 베플이 위치할 수 있다.A baffle may be positioned above the air shutoff valve.

상기 베플은 원판형일 수 있다.The baffle may have a disk shape.

상기 베플은 제 3 배관의 내측으로 하향 경사져 있는 구조일 수 있다.The baffle may have a structure inclined downwardly inward of the third pipe.

상기 제 3 배관의 하단에는 응축수를 수집하는 바이패스 유로가 연통되어 있는 구조일 수 있다.The lower end of the third pipe may have a structure in which a bypass flow path for collecting condensed water is communicated.

상기 바이패스 유로의 타단은 가습기 튜브와 연통되어 있는 구조일 수 있다.The other end of the bypass flow path may have a structure in communication with the humidifier tube.

상기 제 3 배관의 상부는 공기 매니폴드와 연통될 수 있다.An upper portion of the third pipe may communicate with the air manifold.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 연료전지 시스템용 공기 차단기에 있어서, 내측에 위치하는 제 1 배관; 상기 제 1 배관의 외부에 위치하며 제 1 배관의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관 및 상기 제 2 배관의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관을 포함하고, 상기 제 3 배관의 내측에는 베플이 구비되어 있고, 베플 상부에는 공기 차단 밸브가 위치할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an air circuit breaker for a fuel cell system, comprising: a first pipe positioned inside; a second pipe located outside the first pipe and communicating with the upper part of the first pipe; and a third pipe positioned outside the second pipe and having a closed lower part; A baffle is provided, and an air shutoff valve may be positioned above the baffle.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연료전지 시스템용 공기 차단기에 있어서, 내측에 위치하는 제 1 배관; 상기 제 1 배관의 외부에 위치하며 제 1 배관의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관 및 상기 제 2 배관의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관을 포함하고, 상기 제 3 배관의 중간부분은 응축수가 체류하도록 내측으로 오목한 형상일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an air circuit breaker for a fuel cell system, comprising: a first pipe positioned inside; and a second pipe located outside the first pipe and communicating with the upper part of the first pipe, and a third pipe located outside the second pipe and having a closed lower part, the middle part of the third pipe The silver may have an inwardly concave shape so that the condensed water stays there.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기는 연료전지 스택 내 수분 유입을 방지하기 위해 배관의 구조에 의하여 응축수와 가습 공기의 유동 방향을 변경하여 응축수 유입을 차단하고, 또한 베플에 의하여 외측 배관 벽에 필름 형태로 부착된 응축수가 스택으로 유입되는 현상도 방지하여 연료전지 스택 내 셀 빠짐 현상도 해소하므로 차량의 효율 향상 및 전압 안전성도 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the air breaker for preventing the inflow of condensed water blocks the inflow of condensed water by changing the flow direction of the condensed water and humidified air according to the structure of the pipe to prevent the inflow of moisture into the fuel cell stack, and also The baffle also prevents the inflow of condensed water attached to the outer pipe wall in the form of a film into the stack, thereby eliminating the cell dropout phenomenon in the fuel cell stack, thereby improving vehicle efficiency and improving voltage safety.

도 1은 종래의 공기밸브 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 모식도이다.
도 3은 도 2의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 작동 모식도이다.
도 4는 도 2의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 공기 및 응축수 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 공기 및 응축수 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 공기 및 응축수 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 유동 해석 결과를 나타내는 모식도이다.
1 is a perspective view of a conventional air valve device.
Figure 2 is a schematic diagram of an air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of the operation according to the stack operation of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention of FIG. 2 .
4 is a schematic diagram showing the flow of air and condensate according to the stack operation of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention of FIG. 2 .
5 is a schematic diagram illustrating the flow of air and condensate according to the stack operation of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensate according to another embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing the flow of air and condensate according to the stack operation of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensate according to another embodiment of the present invention.
7 is a schematic diagram showing a flow analysis result of an air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.The embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical spirit of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, the matters expressed in the accompanying drawings may be different from the forms actually implemented in the drawings schematically for easy explanation of the embodiments of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that another component may exist in between.

그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다. And, "connection" herein includes direct connection and indirect connection between one member and another member, and may mean all physical connections such as adhesion, attachment, fastening, bonding, and bonding.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.In addition, expressions such as 'first, second', etc. are used only for distinguishing a plurality of components, and do not limit the order or other characteristics between the components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Terms such as "comprises" or "having" are intended to mean that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and one or more other features or numbers, It may be construed that steps, operations, components, parts, or combinations thereof may be added.

먼저, 본 발명에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기를 설명하기에 앞서 종래의 공기 차단 밸브는 연료전지 스택이 셧다운된 후 스택으로의 공기유입을 차단하고 있으나 응축수를 방지하는 구조가 없어 안전성을 저해하는 문제를 야기시킨다.First, before explaining the air breaker for preventing the inflow of condensed water according to the present invention, the conventional air shutoff valve blocks the inflow of air into the stack after the fuel cell stack is shut down, but there is no structure to prevent condensate, so safety is hindered cause problems that

따라서, 응축수가 스택으로 유입되는 현상을 방지하여 연료전지 스택 내 셀 빠짐 현상을 해소할 수 있는 공기 차단기가 요구되고 있는 실정이며, 이에 본 출원의 발명자는 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭하여 본 발명에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기를 제공한다.Accordingly, there is a need for an air circuit breaker capable of preventing the phenomenon of condensed water from flowing into the stack and thus resolving the cell dropout phenomenon in the fuel cell stack. An air circuit breaker is provided to prevent condensate from entering.

도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 모식도이고, 도 3은 도 2의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 작동 모식도이며, 도 4는 도 2의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 공기 및 응축수 흐름을 나타내는 모식도이다.2 is a schematic diagram of an air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a schematic diagram of operation, and FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of air and condensate according to the stack operation of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensate according to an embodiment of the present invention of FIG. 2 .

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기(100)는 내측에 위치하는 제 1 배관(110), 상기 제 1 배관(110)의 외부에 위치하며 제 1 배관(110)의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관(120) 및 상기 제 2 배관(120)의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관(130)을 포함하고, 상기 제 3 배관(130)의 내측에는 공기 차단 밸브(140)가 구비되어 있다.2 to 4 together, the air circuit breaker 100 for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention is a first pipe 110 located inside, and the outside of the first pipe 110 . and a second pipe 120 that is located in and communicates with the upper part of the first pipe 110 and a third pipe 130 that is located outside the second pipe 120 and whose lower part is sealed, An air shut-off valve 140 is provided inside the third pipe 130 .

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 배관(110)의 하부는 가습기 배관과 연통되어 있고, 상기 제 1 배관(110)의 상부에는 공기가 배출되는 1개 이상의 홀들(112)이 천공되어 있다.In one specific example, the lower portion of the first pipe 110 communicates with the humidifier pipe, and one or more holes 112 through which air is discharged are drilled in the upper portion of the first pipe 110 .

이러한 상기 제 1 배관(110)에는 제 2 배관(120)이 연통되어 있되, 상기 제 2 배관(120)은 상기 제 1 배관(110)의 외부에 위치하며 제 1 배관(110)의 상부와 연통되어 있다. 여기서, 상기 제 1 배관(110)과 제 2 배관(120)의 상단은 상기 공기 차단 밸브(140)에 의해 개폐되어 있으며, 상기 제 2 배관(120)의 직경은 제 1 배관(110)의 직경보다 크게 구성되어 있고, 상기 제 1 배관(110)의 상부에 천공되어 있는 1개 이상의 홀들(112)을 통해 제 2 배관(120)과 연통되는 구조이다. 이때, 상기 제 2 배관(120)의 길이(L2)는 제 2 배관(120) 상단부터 제 3 배관(130)의 하단 밀폐부의 길이(L1)보다 작은 길이를 갖는다.A second pipe 120 communicates with the first pipe 110 , and the second pipe 120 is located outside the first pipe 110 and communicates with the upper portion of the first pipe 110 . has been Here, the upper ends of the first pipe 110 and the second pipe 120 are opened and closed by the air shutoff valve 140 , and the diameter of the second pipe 120 is the diameter of the first pipe 110 . It is configured to be larger and communicates with the second pipe 120 through one or more holes 112 drilled in the upper part of the first pipe 110 . In this case, the length L2 of the second pipe 120 has a length smaller than the length L1 of the sealing part of the lower end of the third pipe 130 from the upper end of the second pipe 120 .

이어서, 공기 차단 밸브(140)가 상기 제 2 배관(120)의 상단에 구비되어 있되, 상기 공기 차단 밸브(140)는 비작동시 자중에 의해 밀폐된다. 또한, 공기 차단 밸브(140)는 제 1 배관(110) 또는 제 2 배관(120)에 의해 정지되어 상기 제 3 배관(130)의 일부 또는 전부가 폐쇄되고, 가습기로부터 공급되는 공기에 의해 개방되는 구조이다.Then, an air shutoff valve 140 is provided at the upper end of the second pipe 120 , and the air shutoff valve 140 is closed by its own weight when not in operation. In addition, the air shutoff valve 140 is stopped by the first pipe 110 or the second pipe 120 so that a part or all of the third pipe 130 is closed, and is opened by the air supplied from the humidifier. is the structure

하나의 구체적인 예에서, 상기 공기 차단 밸브(140)는 제 1 밸브부(141) 및 상기 제 1 밸브부(141)와 대응하는 형상의 제 2 밸브부(142)를 포함하여 구성되어 있고, 상기 제 1 밸브부(141)와 제 2 밸브부(142)는 중앙에 위치하는 힌지에 의해 연결되어 개폐된다.In one specific example, the air shutoff valve 140 is configured to include a first valve part 141 and a second valve part 142 having a shape corresponding to the first valve part 141, and the The first valve part 141 and the second valve part 142 are connected to each other by a hinge positioned in the center to open and close.

한편, 상기 제 3 배관(130)은 상기 제 2 배관(120)의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있으며, 상기 제 3 배관(130)의 직경은 제 2 배관(120)의 직경보다 큰 구조이다.On the other hand, the third pipe 130 is located outside the second pipe 120 and has a closed lower portion, and the diameter of the third pipe 130 is larger than the diameter of the second pipe 120 . .

또한, 상기 공기 차단 밸브(140) 상부에는 베플(150)이 위치하고 있되, 상기 제 3 배관(130)의 내측에는 베플(150)이 구비되어 있고, 상기 베플(150)은 원판형이며, 제 3 배관(130)의 내측으로 하향 경사져 있는 구조이다. 여기서, 상기 제 3 배관(130)은 하부가 밀폐되어 있되, 상기 제 3 배관(130)의 하단에는 응축수를 수집하는 바이패스 유로(132)가 연통되어 있다. 상기 제 3 배관(130)과 연통되어 있는 바이패스 유로(132)의 타단은 가습기 튜브와 연통되어 있는 구조이다.In addition, the baffle 150 is positioned above the air shutoff valve 140 , the baffle 150 is provided inside the third pipe 130 , and the baffle 150 has a disk shape, and the third It has a structure inclined downward to the inside of the pipe 130 . Here, the third pipe 130 has a closed lower portion, and a bypass flow path 132 for collecting condensed water is communicated with the lower end of the third pipe 130 . The other end of the bypass flow path 132 communicating with the third pipe 130 is in communication with the humidifier tube.

이러한 구조에서, 바이패스 유로(132)가 구비되어 있는 상기 제 3 배관(130)의 상부는 공기 매니폴드와 연통되어 있다.In this structure, the upper portion of the third pipe 130 provided with the bypass flow path 132 communicates with the air manifold.

이와 같이, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기(100)의 전체 구성 및 기능을 구체적으로 설명하면, 제 1 배관(110), 제 2 배관(120) 및 제 3 배관(130)의 3중으로 된 배관들을 기본 구조로 하며 가장 내측의 중심에 있는 제 1 배관(110)은 가습기에서 연통되어 있는 배관과 연결된다. 또한, 제 1 배관(110)의 상부에는 중간에 위치한 제 2 배관(120)과 연결될 수 있도록 1개 이상의 홀들(112)이 천공되어 있으며 제 1 배관(110)과 제 2 배관(120)의 상부는 개폐되어 있다. 그리고, 가장 외측에 위치하고 있는 제 3 배관(130)은 하부가 막혀 있으며, 하부 일측에는 응축수를 외부로 배출할 수 있는 바이패스 유로(132)가 연통되어 있고, 상기 바이패스 유로(132)는 가습기 내 중공사막 튜브와 연통되어 있다. 여기서, 상기 제 3 배관(130)은 상부가 연통되어 연료전지 스택의 공용분배기와 연통되어 있다. 또한, 제 3 배관(130)의 상부 중간에는 배관 안쪽으로 원판형의 구조물인 베플(150)이 경사지게 구비되어 있고, 제 2 배관(120)의 상단에는 중앙 부위가 힌지 구조로 연결되어 있는 공기 차단 밸브(140)가 구비되어 있다.As described above, when the overall configuration and function of the air circuit breaker 100 for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention will be described in detail, the first pipe 110 , the second pipe 120 and the third pipe The triple pipe of 130 has a basic structure and the first pipe 110 at the innermost center is connected to the pipe communicating with the humidifier. In addition, one or more holes 112 are perforated in the upper portion of the first pipe 110 so as to be connected to the second pipe 120 located in the middle, and the upper part of the first pipe 110 and the second pipe 120 . is open and closed. In addition, the third pipe 130 located at the outermost side is closed at the bottom, and a bypass flow path 132 capable of discharging condensed water to the outside is communicated at one side of the lower side, and the bypass flow path 132 is a humidifier. It communicates with my hollow fiber membrane tube. Here, the upper part of the third pipe 130 communicates with the common distributor of the fuel cell stack. In addition, the baffle 150, which is a disk-shaped structure, is provided at an angle in the middle of the upper middle of the third pipe 130, and the central portion is connected to the upper end of the second pipe 120 by a hinge structure. A valve 140 is provided.

바람직하게, 공기 차단 밸브(140)가 제 2 배관(120)의 상단에 구비되어 있되, 상기 공기 차단 밸브(140)의 개폐는 공기 차단 밸브(140)가 비작동시 자중에 의해 밀폐되고, 가습기로부터 공급되는 공기에 의해 개방되며, 제 1 배관(110) 또는 제 2 배관(120)에 의해 정지되어 상기 제 3 배관(130)의 일부 또는 전부가 폐쇄되는 구조이다.Preferably, the air shutoff valve 140 is provided at the upper end of the second pipe 120, and the opening and closing of the air shutoff valve 140 is closed by its own weight when the air shutoff valve 140 is not in operation, and the humidifier It is opened by the air supplied from the , and is stopped by the first pipe 110 or the second pipe 120 to partially or all of the third pipe 130 is closed.

본 발명에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기(100)의 연료전지 스택의 운전 중인 경우와 연료전지 스택의 셧다운된 경우에 대해 설명하면, 먼저 스택 운전 중에는 도 3의 좌측 도면과 같이 공기의 흐름에 의한 모멘텀에 의하여 힌지에 의해 연결된 반원 구조의 공기 차단 밸브(140)가 상부로 이동하며 배관 내부에 흐름이 발생하고, 이를 통하여 가습기에서 나온 가습 공기가 연료전지 스택 공기 매니폴드로 이동하게 된다.When the fuel cell stack of the air circuit breaker 100 for preventing the inflow of condensed water according to the present invention is operated and the fuel cell stack is shut down, first, during the stack operation, as shown in the left diagram of FIG. The air shutoff valve 140 having a semicircular structure connected by a hinge moves to the upper part by the momentum of the flow, and a flow occurs inside the pipe, and through this, the humidified air from the humidifier moves to the fuel cell stack air manifold.

또한, 도 3의 우측 도면과 같이 연료전지 스택 운전이 정지된 상태에서는 가습기를 통하여 유입되는 공기가 없기 때문에 공기 차단 밸브(140)에 가해지는 힘이 제거되며, 공기 차단 밸브(140)가 자중에 의하여 제 1 배관(110)과 제 2 배관(120)의 상단을 폐쇄하여 제 3 배관(130)의 일부 또는 전부의 공기 흐름을 차단하게 된다. 따라서, 연료전지 스택으로 유입되는 공기를 차단하여 셧다운 후 공기 유입에 의한 촉매층과 전해질막의 열화를 방지하게 된다.In addition, as shown in the right diagram of FIG. 3 , in a state in which the fuel cell stack operation is stopped, since there is no air flowing through the humidifier, the force applied to the air shutoff valve 140 is removed, and the air shutoff valve 140 loses its own weight. Thus, the upper ends of the first pipe 110 and the second pipe 120 are closed to block the air flow of part or all of the third pipe 130 . Accordingly, the air flowing into the fuel cell stack is blocked to prevent deterioration of the catalyst layer and the electrolyte membrane due to inflow of air after shutdown.

이 경우에, 바이패스 유로는 제 3 배관(130)의 하단에 위치하며 가습기 내 중공사막층의 튜브측과 연결되어 있다. 상기 공기 차단 밸브(140) 내에서 분리된 응축수가 제 3 배관(130)의 하단부에 모이면 바이패스 유로를 통하여 가습기 튜브측으로 이동하여 이 응축수는 가습기 내 중공사막 층에서 다시 건조한 공기를 가습하는데 사용된다.In this case, the bypass flow path is located at the lower end of the third pipe 130 and is connected to the tube side of the hollow fiber membrane layer in the humidifier. When the condensed water separated in the air shutoff valve 140 gathers at the lower end of the third pipe 130, it moves to the humidifier tube side through the bypass flow path, and this condensate water is used to humidify the dry air again in the hollow fiber membrane layer in the humidifier. do.

이제, 본 발명에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기(100)에 의해 응축수의 발생 및 연료전지 스택으로의 유입 차단에 대해 구체적으로 설명하면, 도 4의 좌측 도면에서와 같이, 제 1 배관(110)은 가습기에서 나오는 배관과 연결되어 가습기로부터 가습공기와 응축수가 유입되고, 1개 이상의 홀들(112)에 의하여 제 2 배관(120)으로 응축수와 가습 공기가 흐르게 된다. 상기 제 2 배관(120)의 상부는 폐쇄되어 있으며 제 1 배관(110)에서 유입된 응축수와 가습 공기는 하부 방향으로만 유동이 가능하다. 제 2 배관(120)을 통해서 유동이 하부 방향으로 전환되며 응축수는 이 과정에서 응축수 자체의 자중에 의하여 제 3 배관(130)의 하부에 수집된다.Now, when the generation of condensed water and blocking of the inflow to the fuel cell stack by the air circuit breaker 100 for preventing the inflow of condensed water according to the present invention will be described in detail, as shown in the left drawing of FIG. 4 , the first pipe 110 ) is connected to the pipe coming out of the humidifier so that humidified air and condensed water are introduced from the humidifier, and the condensed water and humidified air flow to the second pipe 120 through one or more holes 112 . The upper portion of the second pipe 120 is closed, and the condensed water and humidified air introduced from the first pipe 110 can flow only in the lower direction. The flow through the second pipe 120 is converted to a downward direction, and the condensed water is collected in the lower part of the third pipe 130 by the weight of the condensed water itself in this process.

이와 반대로, 가습된 공기는 제 3 배관(130)의 상부를 통하여 공용분기 공기 매니폴드로 이동하게 된다. 공기의 유속은 연료전지 스택의 출력에 따라 변하게 되며 최대 출력시 강한 유속 공기 유속에 의하여 일부 응축수가 같이 상부로 이동할 수 있지만 제 3 배관(130)의 내벽에 위치한 배플베플(150)에 의하여 이동이 방지되고 다시 제 3 배관(130)의 내벽을 따라서 제 3 배관(130)의 하부에 응축수가 수집된다. 여기서, 일부 응축수는 베플(150)과 제 3 배관(130) 사이에 정체되어 있다가 공기의 유속이 약해지면 그때 제 3 배관(130)의 내벽을 따라서 하부에 모일 수도 있다. 이러한, 응축수가 하부에 수집되면 바이패스 배관의 밸브를 통하여 외부로 배출이 된다. 이러한 구성을 통하여 연료전지 스택으로 응축수가 유입되는 것을 방지하게 된다.On the contrary, the humidified air moves to the common branch air manifold through the upper part of the third pipe 130 . The flow velocity of the air changes according to the output of the fuel cell stack. At the maximum output, some condensed water may move to the upper part due to the strong flow velocity of the air flow velocity, but the movement is prevented by the baffle baffle 150 located on the inner wall of the third pipe 130 . Condensed water is collected in the lower part of the third pipe 130 along the inner wall of the third pipe 130 again. Here, some condensed water is stagnated between the baffle 150 and the third pipe 130 , and then when the flow rate of air is weakened, it may be collected at the lower portion along the inner wall of the third pipe 130 . When the condensed water is collected in the lower part, it is discharged to the outside through the valve of the bypass pipe. Through this configuration, condensed water is prevented from flowing into the fuel cell stack.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 공기 및 응축수 흐름을 나타내는 모식도이다.5 is a schematic diagram illustrating the flow of air and condensate according to the stack operation of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensate according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기(200)는 내측에 위치하는 제 1 배관(110), 상기 제 1 배관(110)의 외부에 위치하며 제 1 배관(110)의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관(120) 및 상기 제 2 배관(120)의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관(130)을 포함하여 구성되어 있다.Referring to FIG. 5 , the air circuit breaker 200 for preventing the inflow of condensed water according to another embodiment of the present invention is a first pipe 110 located inside, and a first pipe 110 located outside the first pipe 110 . It is configured to include a second pipe 120 communicating with the upper part of the pipe 110 and a third pipe 130 positioned outside the second pipe 120 and having a closed lower part.

상기 제 1 배관(110)에는 제 2 배관(120)이 연통되어 있되, 상기 제 2 배관(120)은 상기 제 1 배관(110)의 외부에 위치하며 제 1 배관(110)의 상부와 연통되어 있다. 여기서, 상기 제 1 배관(110)과 제 2 배관(120)의 상단은 개폐되어 있으며, 상기 제 2 배관(120)의 직경은 제 1 배관(110)의 직경보다 크게 구성되어 있다. 상기 제 1 배관(110)의 상부에 천공되어 있는 1개 이상의 홀들(112)을 통해 제 2 배관(120)과 연통되고, 제 3 배관(130)은 상기 제 2 배관(120)의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있으며, 상기 제 3 배관(130)의 직경은 제 2 배관(120)의 직경보다 큰 구조이다.A second pipe 120 is communicated with the first pipe 110 , and the second pipe 120 is located outside the first pipe 110 and is in communication with the upper part of the first pipe 110 . have. Here, the upper ends of the first pipe 110 and the second pipe 120 are opened and closed, and the diameter of the second pipe 120 is larger than the diameter of the first pipe 110 . It communicates with the second pipe 120 through one or more holes 112 drilled in the upper portion of the first pipe 110 , and the third pipe 130 is located outside the second pipe 120 . and the lower part is sealed, and the diameter of the third pipe 130 is larger than the diameter of the second pipe 120 .

구체적으로, 상기 제 2 배관(120)의 상단으로부터 이격되어 상부측으로 제 3 배관(130)의 내측에는 베플(150)이 구비되어 있되, 상기 베플(150)의 상측으로 공기 차단 밸브(140)가 구비되어 있으며, 상기 공기 차단 밸브(140)는 비작동시 자중에 의해 밀폐된다. 상기 공기 차단 밸브(140)가 구비되어 있되, 상기 제 1 밸브부(141)와 제 2 밸브부(142)는 중앙에 위치하는 힌지에 의해 연결되어 있다. 이러한 공기 차단 밸브(140)는 비작동시 자중에 의해 밀폐되고, 제 1 배관(110) 또는 제 2 배관(120)에 의해 정지되어 제 3 배관(130)의 일부 또는 전부가 폐쇄된다. 또한, 상기 공기 차단 밸브(140)는 제 1 밸브부(141) 및 상기 제 1 밸브부(141)와 대응하는 형상의 제 2 밸브부(142)를 포함하여 구성되어 있다.Specifically, a baffle 150 is provided on the inside of the third pipe 130 to the upper side spaced apart from the upper end of the second pipe 120 , and the air shutoff valve 140 is provided to the upper side of the baffle 150 . is provided, and the air shutoff valve 140 is closed by its own weight when not in operation. The air shutoff valve 140 is provided, and the first valve part 141 and the second valve part 142 are connected by a hinge located in the center. The air shutoff valve 140 is closed by its own weight when not in operation, and is stopped by the first pipe 110 or the second pipe 120 so that a part or all of the third pipe 130 is closed. In addition, the air shutoff valve 140 is configured to include a first valve part 141 and a second valve part 142 having a shape corresponding to the first valve part 141 .

이와 같이, 공기 차단 밸브(140)와 베플(150)의 설치 위치가 다르다는 점을 제외하고 동일한 구조의 중복되는 설명은 생략한다.As such, the overlapping description of the same structure will be omitted except that the installation positions of the air shutoff valve 140 and the baffle 150 are different.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 스택 운전에 따른 공기 및 응축수 흐름을 나타내는 모식도이다.6 is a schematic diagram showing the flow of air and condensate according to the stack operation of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기(300)는 내측에 위치하는 제 1 배관(110), 상기 제 1 배관(110)의 외부에 위치하며 제 1 배관(110)의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관(120) 및 상기 제 2 배관(120)의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관(130)을 포함하여 구성되어 있다.Referring to FIG. 6 , the air circuit breaker 300 for preventing the inflow of condensed water is located outside the first pipe 110 and the first pipe 110 located inside and communicates with the upper part of the first pipe 110 . It is configured to include a second pipe 120 and a third pipe 130 that is located outside the second pipe 120 and whose lower part is sealed.

상기 제 1 배관(110)에는 제 2 배관(120)이 연통되어 있되, 상기 제 2 배관(120)은 상기 제 1 배관(110)의 외부에 위치하며 제 1 배관(110)의 상부와 연통되어 있다. 여기서, 상기 제 1 배관(110)과 제 2 배관(120)의 상단은 개폐되어 있으며, 상기 제 2 배관(120)의 직경은 제 1 배관(110)의 직경보다 크게 구성되어 있다. 상기 제 1 배관(110)은 상기 제 1 배관(110)의 상부에 천공되어 있는 1개 이상의 홀들(112)을 통해 제 2 배관(120)과 연통되는 구조이다.A second pipe 120 is communicated with the first pipe 110 , and the second pipe 120 is located outside the first pipe 110 and is in communication with the upper part of the first pipe 110 . have. Here, the upper ends of the first pipe 110 and the second pipe 120 are opened and closed, and the diameter of the second pipe 120 is larger than the diameter of the first pipe 110 . The first pipe 110 communicates with the second pipe 120 through one or more holes 112 drilled in the upper portion of the first pipe 110 .

이어서, 공기 차단 밸브(140)가 상기 제 2 배관(120)의 상단에 구비되어 있되, 상기 공기 차단 밸브(140)는 비작동시 자중에 의해 밀폐되고, 제 1 배관(110) 또는 제 2 배관(120)에 의해 정지되어 제 3 배관(130)의 일부 또는 전부가 폐쇄된다. 또한, 상기 공기 차단 밸브(140)는 제 1 밸브부(141) 및 상기 제 1 밸브부(141)와 대응하는 형상의 제 2 밸브부(142)를 포함하여 구성되어 있고, 상기 제 1 밸브부(141)와 제 2 밸브부(142)는 중앙에 위치하는 힌지에 의해 연결되어 있다.Then, an air shutoff valve 140 is provided at the upper end of the second pipe 120 , and the air shutoff valve 140 is closed by its own weight when not in operation, and the first pipe 110 or the second pipe It is stopped by 120 and a part or all of the third pipe 130 is closed. In addition, the air shutoff valve 140 is configured to include a first valve part 141 and a second valve part 142 having a shape corresponding to the first valve part 141, and the first valve part 141 and the second valve part 142 are connected by a hinge located in the center.

한편, 상기 제 3 배관(130)은 상기 제 2 배관(120)의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있으며, 상기 제 3 배관(130)의 직경은 제 2 배관(120)의 직경보다 큰 구조이다.On the other hand, the third pipe 130 is located outside the second pipe 120 and has a closed lower portion, and the diameter of the third pipe 130 is larger than the diameter of the second pipe 120 . .

또한, 상기 제 3 배관(130)의 내측의 제 2 배관(120) 상단으로부터 이격되어 있는 위치에 베플(150)이 구비되어 있되, 상기 베플(150)은 원판형이며 제 3 배관(130)의 내측으로 하향 경사져 있는 구조이다.In addition, a baffle 150 is provided at a position spaced apart from the upper end of the second pipe 120 inside the third pipe 130 , and the baffle 150 is disc-shaped and of the third pipe 130 . It is a structure that slopes downward inwardly.

구체적으로, 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기(300)는 제 2 배관(120)이 위치하고 있는 부분에 대응하는 제 3 배관(130)의 중간 부분은 응축수가 체류하도록 내측으로 오목한 형상의 구조, 즉 외부에서 본 경우에는 외측으로 볼록한 형상을 갖는다.Specifically, the air circuit breaker 300 for preventing the inflow of condensed water has a structure in which the middle portion of the third pipe 130 corresponding to the portion where the second pipe 120 is located is concave inwardly so that the condensed water stays, that is, the outside When viewed from, it has an outwardly convex shape.

즉, 제 3 배관(130)의 중앙부의 공간을 넓혀 제 3 배관(130)의 공간 내에서 외류가 발생하도록 하는 원리이다. 여기서 발생된 와류를 통하여 상부로 향하려는 모멘텀이 상실되는 구간에서 유동의 흐름 안에서 자중이 큰 응축수는 유동 모멘텀을 잃고 제 3 배관(130)의 넓어진 벽을 타고 하부로 수집될 수 있는 구조가 된다. 제 3 배관(130)의 넓어진 공간은 상대적으로 공기의 주흐름이 없는 상태에서 유동의 와류 현상만 나타남으로 제 3 배관(130) 벽에 필름 형태로 부착된 응축수가 체류하게 되어 배관 하부로 용이하게 흐를 수 있는 구조를 갖는다.That is, it is a principle of widening the space of the central portion of the third pipe 130 to generate an external flow in the space of the third pipe 130 . In the section in which the momentum to go upward through the vortex generated here is lost, the condensed water having a large weight in the flow of the flow loses the flow momentum and has a structure that can be collected downward on the widened wall of the third pipe 130 . In the expanded space of the third pipe 130, only a vortex of flow appears in a state where there is relatively no main flow of air, so that the condensate attached to the wall of the third pipe 130 in the form of a film stays, so that it is easily lowered to the lower part of the pipe. structure that can flow.

도 7은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 유동 해석 결과를 나타내는 모식도이다.7 is a schematic diagram showing a flow analysis result of an air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기의 작동 원리 및 효과를 설명하면, 종래에는 공기 공급계에서 가습기를 통과한 가습 공기는 가습기 내의 응축수와 함께 연료전지 스택으로 유입되게 된다. 이러한 현상이 발생할 때 연료전지 스택 내에 수분 유입으로 인하여 연료전지 스택 셀 성능이 불균일해지고 셀 빠짐 현상도 발생하게 된다.Referring to FIG. 7, the operating principle and effect of the air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water according to the present invention will be described. Conventionally, humidified air passing through the humidifier in the air supply system is introduced into the fuel cell stack together with the condensed water in the humidifier. do. When this phenomenon occurs, due to the inflow of moisture into the fuel cell stack, the performance of the fuel cell stack cell becomes non-uniform and a cell dropout phenomenon occurs.

예를 들어, 아이들 운전 후 급발진 시 가습기 내에 쌓인 응축수가 빠른 유속으로 이동하게 되게 연료전지 스택 내 분리판에 셀 빠짐이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 가습기 아웃 캡의 형태를 바꾸거나 또는 연료전지 스택 내 엔드셀 히터의 바이패스 유로를 확대하여 전지셀로 수분이 유입되지 않도록 하는 방안들이 제안되었다.For example, cell separation occurs in the separator in the fuel cell stack so that the condensed water accumulated in the humidifier moves at a high flow rate during sudden start after idle operation. In order to prevent this, methods have been proposed to prevent moisture from flowing into the battery cells by changing the shape of the humidifier out cap or by expanding the bypass flow path of the end cell heater in the fuel cell stack.

그러나, 능동적으로 수분을 가습 공기와 분리하여 제거하는 장치가 종래의 기술에는 공지되어 있지 않기 때문에 연료전지 스택으로 응축수 유입을 방지하는 장치가 필요한 실정이다.However, since a device for actively separating and removing moisture from humidified air is not known in the prior art, a device for preventing the inflow of condensed water into the fuel cell stack is required.

따라서, 본 발명에 따른 1 배관(110), 제 2 배관(120) 및 제 3 배관(130)으로 구성되어 있는 3중 배관 구조에 의하면 응축수와 가습 공기의 유동 방향이 달라지게 되되 A영역에는 공기가 존재하고 B영역으로부터 수분이 유입된다. 이와 같이 유입된 수분은 3중 배관 구조를 따라 이동하면서 C영역에 응축수가 분리되어 수집되고, D영역에는 응축수가 가습 공기와 미스트 형태로 섞여 있는 상태가 되는데, 이 과정에서 응축수는 자체의 자중에 의하여 가습 공기와 분리가 가능하고, 또한 베플에 의하여 외측 배관 벽에 필름 형태로 부착된 응축수가 스택으로 유입되는 현상도 방지되어 응축수의 유입을 최소화하고 시간을 지연시켜 스택 내 셀 빠짐 현상을 완화 및 방지할 수 있다.Therefore, according to the triple pipe structure consisting of the first pipe 110, the second pipe 120 and the third pipe 130 according to the present invention, the flow direction of the condensed water and the humidified air is changed, but the air in area A is is present and moisture flows in from area B. As the water introduced in this way moves along the triple pipe structure, condensed water is separated and collected in the C area, and the condensed water is mixed with humidified air in the form of mist in the D area. It is possible to separate from humidified air by means of the baffle, and also prevents the inflow of condensed water attached to the outer pipe wall in the form of a film into the stack, thereby minimizing the inflow of condensed water and delaying the time to alleviate the phenomenon of cell dropout in the stack. can be prevented

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the embodiments described above are only presented by selecting and presenting the most preferred embodiments in order to help those skilled in the art understand from among various possible embodiments, and the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by the presented embodiments. No, it is revealed that various changes, additions, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments are possible. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention. should be interpreted In addition, on the basis of the principle that the inventor can appropriately define the concept of a term to describe his invention in the best way, the terms or words used in the present specification and claims are defined, and conventional or dictionary It should not be construed as being limited only by meaning. In addition, the order of the components described in the above process does not necessarily have to be performed in a time series order, and even if the execution order of each component and step is changed, if the gist of the present invention is satisfied, such a process may fall within the scope of the present invention. of course there is

100: 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기
110: 제 1 배관 112: 홀들
120: 제 2 배관 130: 제 3 배관
132: 바이패스 유로 140: 공기 차단 밸브
141: 제 1 밸브부 142: 제 2 밸브부
150: 베플
200, 300: 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기
100: air breaker to prevent the ingress of condensate
110: first pipe 112: holes
120: second pipe 130: third pipe
132: bypass flow path 140: air shutoff valve
141: first valve unit 142: second valve unit
150: baffle
200, 300: air breaker to prevent the ingress of condensate

Claims (20)

연료전지 시스템용 공기 차단기에 있어서,
내측에 위치하는 제 1 배관;
상기 제 1 배관의 외부에 위치하며 제 1 배관의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관; 및
상기 제 2 배관의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관;
을 포함하고,
상기 제 3 배관의 내측에는 공기 차단 밸브가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
In the air circuit breaker for a fuel cell system,
a first pipe located on the inside;
a second pipe located outside the first pipe and communicating with an upper part of the first pipe; and
a third pipe located outside the second pipe and having a closed lower part;
including,
An air blocker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that an air shutoff valve is provided inside the third pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배관의 하부는 가습기 배관과 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
An air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that the lower portion of the first pipe communicates with the humidifier pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배관의 상부에는 공기가 배출되는 1개 이상의 홀들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
An air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that one or more holes through which air is discharged are drilled in the upper portion of the first pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 배관과 제 2 배관의 상단은 상기 공기 차단 밸브에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
An air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that the upper ends of the first pipe and the second pipe are opened and closed by the air shutoff valve.
제 1 항에 있어서,
상기 공기 차단 밸브는 상기 제 2 배관의 상단에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
The air shutoff valve is an air blocker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that provided at the upper end of the second pipe.
제 5 항에 있어서,
상기 공기 차단 밸브는 비작동시 자중에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
6. The method of claim 5,
The air shutoff valve is an air blocker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that closed by its own weight when not in operation.
제 5 항에 있어서,
상기 공기 차단 밸브는 제 1 배관 또는 제 2 배관에 의해 정지되어 상기 제 3 배관의 일부 또는 전부가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
6. The method of claim 5,
The air shutoff valve is stopped by the first pipe or the second pipe, and a part or all of the third pipe is closed.
제 5 항에 있어서,
상기 공기 차단 밸브는 가습기로부터 공급되는 공기에 의해 개방되는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
6. The method of claim 5,
The air shutoff valve is an air blocker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that it is opened by the air supplied from the humidifier.
제 5 항에 있어서,
상기 공기 차단 밸브는,
제 1 밸브부; 및
상기 제 1 밸브부와 대응하는 형상의 제 2 밸브부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
6. The method of claim 5,
The air shutoff valve,
a first valve unit; and
a second valve part having a shape corresponding to the first valve part;
Air breaker to prevent the inflow of condensate, characterized in that it comprises a.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 밸브부와 제 2 밸브부는 힌지에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
10. The method of claim 9,
The air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that the first valve portion and the second valve portion are connected by a hinge.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 배관의 길이는 제 2 배관 상단부터 제 3 배관의 하단 밀폐부의 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
The length of the second pipe is an air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that smaller than the length of the sealing portion of the lower end of the third pipe from the top of the second pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 배관의 내측에는 베플이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
An air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that a baffle is provided inside the third pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 공기 차단 밸브 상부에는 베플이 위치하는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
An air breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that a baffle is located above the air shutoff valve.
제 12 항에 있어서,
상기 베플은 원판형인 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
13. The method of claim 12,
The baffle is an air breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that the disk-shaped.
제 12 항에 있어서,
상기 베플은 제 3 배관의 내측으로 하향 경사져 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
13. The method of claim 12,
The baffle is an air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that downwardly inclined to the inside of the third pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 배관의 하단에는 응축수를 수집하는 바이패스 유로가 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
An air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that a bypass passage for collecting condensed water is communicated at the lower end of the third pipe.
제 16 항에 있어서,
상기 바이패스 유로의 타단은 가습기 튜브와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
17. The method of claim 16,
The other end of the bypass flow path is an air breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that in communication with the humidifier tube.
제 1 항에 있어서,
상기 제 3 배관의 상부는 공기 매니폴드와 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 차단기.
The method of claim 1,
The air circuit breaker, characterized in that the upper portion of the third pipe is in communication with the air manifold.
연료전지 시스템용 공기 차단기에 있어서,
내측에 위치하는 제 1 배관;
상기 제 1 배관의 외부에 위치하며 제 1 배관의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관; 및
상기 제 2 배관의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관;
을 포함하고,
상기 제 3 배관의 내측에는 베플이 구비되어 있고, 베플 상부에는 공기 차단 밸브가 위치하는 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
In the air circuit breaker for a fuel cell system,
a first pipe located on the inside;
a second pipe located outside the first pipe and communicating with an upper part of the first pipe; and
a third pipe located outside the second pipe and having a closed lower part;
including,
An air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that a baffle is provided inside the third pipe, and an air shutoff valve is located above the baffle.
연료전지 시스템용 공기 차단기에 있어서,
내측에 위치하는 제 1 배관;
상기 제 1 배관의 외부에 위치하며 제 1 배관의 상부와 연통되어 있는 제 2 배관; 및
상기 제 2 배관의 외부에 위치하며 하부가 밀폐되어 있는 제 3 배관;
을 포함하고,
상기 제 3 배관의 중간부분은 응축수가 체류하도록 내측으로 오목한 형상인 것을 특징으로 하는 응축수 유입을 방지하는 공기 차단기.
In the air circuit breaker for a fuel cell system,
a first pipe located on the inside;
a second pipe located outside the first pipe and communicating with an upper part of the first pipe; and
a third pipe located outside the second pipe and having a closed lower part;
including,
An air circuit breaker for preventing the inflow of condensed water, characterized in that the middle portion of the third pipe is concave inwardly so that the condensed water stays.
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