KR102552484B1 - 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치를 제공한다.
상기 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치는 가습기의 가습공기 출구와, 연료전지 스택의 공기극 입구 사이에 구비되는 가습공기 출구라인 상에 설치되며, 내부에 상기 가습공기 출구에서 상기 공기극 입구로 유입되는 가습공기가 이동하는 메인유로가 형성된 배관본체를 포함하는 배관부재와, 상기 배관본체의 내부에 구비되고, 상기 메인유로를 따라 상기 가습공기가 유동하는 방향을 축 방향으로 하여 회전 가능하게 구비되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에, 상기 회전축을 기준으로 방사상으로 설치되며, 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 블레이드를 구비하는 휠부재를 포함하고, 상기 휠부재는, 상기 메인유로로 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전하고, 상기 블레이드는, 상기 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 구비할 수 있다.

Description

연료전지용 가습기의 수분 포집 장치{APPARATUS FOR CAPTURING MOISTURE OF HUMIDIFIER FOR FUEL CELL}
본 발명은 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 수분이 제거된 가습공기를 공기극으로 공급하여 연료전지의 운전상의 안정성을 확보하는 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치에 관한 것이다.
고분자 전해질 연료전지의 경우 연료전지의 작동을 위해서는 반드시 수분이 필요하며 이를 위해 공급되는 공기를 가습시키는 가습기가 사용되고 있다.
이러한 가습기는, 가습 방법에 따라, 기포식 가습기(Bubbler Type Humidifier), 접촉식 가습기(Contact Type Humidifier), 스프레이식 가습기(Spray Type Humidifier), 막 가습기(Membrane Humidifier)등이 있다. 일반적으로, 연료전지 자동차의 경우, 패키지 면에 있어서 제한이 있기 때문에 상대적으로 부피가 작은 막 가습기가 적용되고 있다. 또한, 막 가습기의 경우 패키지 측면뿐만 아니라, 특별한 동력을 필요로 하지 않는 이점을 가진다.
도 1은 종래 연료전지 시스템의 공기 공급 및 가습을 위한 구성을 설명하는 개략도이고, 도 2는 종래 가습기에서 응축된 물이 고이는 현상을 나타내는 단면도이다.
가습기(10)는 내부에 중공사막(11)을 구비할 수 있고, 건조공기가 유입되는 건조공기 유입구(14)와, 가습공기가 외부로 배출되는 가습공기 유출구(15)를 구비할 수 있다. 또한, 가습기(10)는, 연료전지 스택(20)의 공기극(21)의 공기극 출구(23)에서 배출되는 공기가 유입되는 가습공기 입구(12)와, 공기극(21)의 공기극 입구(22)로 가습공기를 배출하는 가습기(10)의 가습공기 출구(13)를 포함할 수 있다. 가습공기 출구(13)와 공기극 입구(22)는 가습공기 출구라인(30)으로 연결될 수 있다.
가습기에 의해 가습되어진 공기가 스택으로 공급될 때, 외기와의 온도차에 의한 수증기의 응축현상 발생하고, 고출력 구간에서는 공기와 함께 배출되나 저출력 구간에서는 도 2와 같이 응축수(W)가 고일 수 있다. 그리고, 응축수(W)는 일시적으로 스택에 공급될 경우, 스택 내의 유로 막힘 현상을 발생하여 일부 셀의 운전이 불안정해지는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 공기 중의 수분을 제거하기 위한 종래의 수분 분리기는, 유량이 작은 경우에는 우수하나, 큰 압력 강하가 발생하여 공기의 흐름에 손실을 발생시키는 문제가 있다. 또한, 유량이 많아질 경우, 수분 분리기의 크기도 매우 커져야 하므로, 차량용 연료전지의 수분을 제거하는 데는 적합하지 않다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수분이 제거된 가습공기를 공기극으로 공급하여 연료전지의 운전상의 안정성을 확보하는 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치는, 가습기의 가습공기 출구와, 연료전지 스택의 공기극 입구 사이에 구비되는 가습공기 출구라인 상에 설치되며, 내부에 상기 가습공기 출구에서 상기 공기극 입구로 유입되는 가습공기가 이동하는 메인유로가 형성된 배관본체를 포함하는 배관부재와, 상기 배관본체의 내부에 구비되고, 상기 메인유로를 따라 상기 가습공기가 유동하는 방향을 축 방향으로 하여 회전 가능하게 구비되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에, 상기 회전축을 기준으로 방사상으로 설치되며, 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 블레이드를 구비하는 휠부재를 포함하고, 상기 휠부재는, 상기 메인유로로 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전하고, 상기 블레이드는, 상기 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 배관부재는 포집된 수분이 배출되도록 상기 배관본체의 하측에 형성된 수분배출구를 더 포함하고, 상기 수분포집부에 포집된 수분은 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 배관본체 측으로 이동하여 상기 수분배출구로 배출될 수 있다.
바람직하게, 상기 배관본체 내부에 고정되고, 상기 회전축이 회전 가능하게 고정되는 고정부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 고정부재는, 상기 배관본체의 내주면에 고정되고, 상기 배관본체의 중심방향으로 연장되는 스트럿과, 상기 스트럿에 결합되고, 상기 배관본체의 중심에 배치되며, 상기 회전축의 내부에 삽입되는 중심축을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 블레이드는, 상기 가습공기 출구를 향하는 면에 형성된 날개면을 포함하고, 상기 수분포집부는, 상기 날개면의, 상기 가습공기가 불어나가는 방향의 단부에 구비되고, 상기 가습공기가 불어오는 방향으로 개구부가 형성된 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 수분이 포집되는 포집공간을 구비하는 슬릿을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 슬릿은, 수분의 포집이 용이하도록, 상기 날개면에서 하측으로 단차지게 연장되는 슬릿 단차부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 배관본체는, 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 수분포집부에서 상기 배관본체의 내주면으로 이동한 수분을 포집하기 용이하도록, 상기 휠부재가 위치한 내주면에 외측으로 단차지게 형성된 제1 단차부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 배관본체는, 상기 수분배출구가 형성된 영역을 포함하면서, 상기 제1 단차부와 연통되도록 상기 배관본체의 내주면에 외측으로 단차지게 형성된 제2 단차부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록, 상기 회전축의 내주면과 상기 중심축의 외주면 사이에 구비되는 베어링을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치는, 가습기의 가습공기 출구와, 연료전지 스택의 공기극 입구 사이에 구비되는 가습공기 출구라인 상에 설치되고, 가습공기가 이동하는 메인유로를 따라 상기 가습공기가 유동하는 유동방향을 축 방향으로 하여 회전 가능하게 구비되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 방사상으로 설치되며, 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 블레이드는, 상기 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 구비할 수 있다
바람직하게, 상기 블레이드는, 상기 메인유로를 따라 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전할 수 있다.
바람직하게, 상기 수분포집부는, 상기 유동방향을 기준으로 상기 블레이드의 날개면의 말단에 마련되고, 상기 날개면에서 두께방향의 외측으로 돌출되되, 상기 유동방향의 반대방향을 바라보는 개구부가 형성되게 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 내부에 수분이 포집되는 포집공간을 형성하는 슬릿을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 슬릿은, 상기 유동방향을 기준으로 상기 개구부의 후방에 마련되고, 상기 날개면에서 두께방향의 내측으로 단차지게 연장되어 상기 포집공간의 일부를 형성하는 슬릿 단차부를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치는, 복수의 블레이드가 회전축을 중심으로 원주방향으로 설치되므로, 블레이드의 회전 시에, 가습공기 중에 포함된 수분과의 접촉시간과 접촉면적이 증대됨으로써, 수분 제거율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 휠부재를 회전시키기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않으므로, 압력저하를 최소화되어, 대유량 시스템에 적용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 휠부재의 회전에 의한 수분 포집 장치가, 가습기 출구 측에서 수분을 제거하므로, 특히 차량용 고분자 연료전지 스택에 사용될 경우, 연료전지의 운전상의 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래 연료전지 시스템의 공기 공급 및 가습을 위한 구성을 설명하는 개략도이다.
도 2는 종래 가습기에서 응축된 물이 고이는 현상을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 일실시예에 따른 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치가 연료전지 시스템에 설치된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 적용되는 휠부재의 측면을 나타내는 측면도이다.
도 6은 도 5의 A 부분을 나타내는 측면 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치의 단면을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치의 단면을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 연료전지용 가습기(10)의 수분 포집 장치(100)는, 배관부재(200)와, 휠부재(300)를 포함할 수 있다.
배관부재(200)는, 가습기(10)의 가습공기 출구(13)와, 연료전지 스택(20)의 공기극 입구(22) 사이에 구비되는 가습공기 출구라인(30) 상에 설치될 수 있다.
구체적으로, 가습기(10)는 내부에 중공사막(11)을 구비할 수 있고, 건조공기가 유입되는 건조공기 유입구(14)와, 가습공기가 외부로 배출되는 가습공기 유출구(15)를 구비할 수 있다. 또한, 가습기(10)는, 연료전지 스택(20)의 공기극(21)의 공기극 출구(23)에서 배출되는 공기가 유입되는 가습공기 입구(12)와, 공기극(21)의 공기극 입구(22)로 가습공기를 배출하는 가습기(10)의 가습공기 출구(13)를 포함할 수 있다. 가습공기 출구(13)와 공기극 입구(22)는 가습공기 출구라인(30)으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 수분 포집 장치(100)는, 이러한 가습공기 출구라인(30) 상에 설치되어, 가습공기 출구라인(30)을 통해 유동하는 가습공기에서 액적(수분)을 포집하여, 액적이 최소화된 공기가 공기극(21)으로 이동하게 할 수 있다.
또한, 배관부재(200)는 배관본체(210)를 포함할 수 있으며, 배관본체(210)는, 내부에 가습공기 출구(13)에서 공기극 입구(22)로 유입되는 가습공기가 이동하는 메인유로(211)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 배관본체(210)는, 가습공기 출구라인(30) 상에 설치될 수 있으며, 가습공기 출구라인(30)을 통해 유동하는 공기가 메인유로(211)로 이동할 수 있다면, 배관본체(210)의 연결방식에는 제한없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 배관본체(210)는, 가습공기 출구(13) 또는 공기극 입구(22)에 결합될 수도 있다. 또는, 배관본체(210)는, 공기극 입구(22)와 가습공기 출구(13)를 연결하는 유로관(미도시)의 내부나, 유로관의 중간에 연결될 수도 있고, 유로관 자체일 수도 있다.
한편, 휠부재(300)는, 회전축(310)과 휠부재(300)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 휠부재(300)는, 메인유로(211)로 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전할 수 있다. 이에 따라, 휠부재(300)를 회전시키기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않는 이점이 있다.
회전축(310)은, 배관본체(210)의 내부에 고정된 고정부재(400)에 회전 가능하게 구비될 수 있다. 그리고, 회전축(310)은, 메인유로(211)를 따라 가습공기가 유동하는 방향을 축 방향으로 하여 회전하게 설치될 수 있다.
또한, 블레이드(330)는, 회전축(310)의 외주면에, 회전축(310)을 기준으로 방사상으로 복수 개가 설치될 수 있다. 또한, 블레이드(330)는, 회전축(310)과 연동하여 함께 회전할 수 있다.
여기서, 회전축(310)을 배관부재(200)에 고정하는 방식에는 제한이 없으며, 배관부재(200)에 회전가능하게 설치될 수 있다면 다양한 실시예가 적용될 수 있다. 또한, 블레이드(330)는 회전축(310)에 결합되어, 회전축(310)의 회전에 따라 함께 회전할 수 있다. 이와 같이, 복수의 블레이드(330)가 회전축(310)을 중심으로 원주방향으로 설치되므로, 블레이드(330)의 회전 시에, 가습공기 중에 포함된 수분과의 접촉시간과 접촉면적이 증대될 수 있다.
또한, 블레이드(330)는, 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 포함할 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이 다수 개가 회전하도록 구비되는 블레이드(330)에 수분포집부가 형성됨으로써, 가습공기 중의 수분과 최대한 많은 접촉을 하여, 가습공기 중의 수분을 포집 및 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 가습기(10)의 수분 포집 장치(100)는, 복수의 블레이드(330)가 회전축(310)을 중심으로 원주방향으로 설치되므로, 블레이드(330)의 회전 시에, 가습공기 중에 포함된 수분과의 접촉시간과 접촉면적이 증대됨으로써, 수분 제거율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 휠부재(300)를 회전시키기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않으므로, 압력 저하가 최소화되어, 대유량 시스템에 적용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 수분 포집 장치(100)는, 가습기(10) 출구 측에서 수분을 제거하므로, 특히 차량용 고분자 연료전지 스택(20)에 사용될 경우, 연료전지의 운전 상의 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 본 발명에 따른 배관부재(200)는, 포집된 수분이 배출되도록 배관본체(210)에 하측에 형성된 수분배출구(230)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 수분포집부에 포집된 수분은 블레이드(330)의 회전에 따른 원심력에 의해 배관본체(210) 측으로 이동하여 수분배출구(230)로 배출될 수 있다. 구체적으로, 수분포집부에 의해 포집된 수분은 원심력에 의해 외측으로 이동하여, 중력에 의해 하측의 수분배출구(230)로 배출될 수 있다.
한편, 고정부재(400)는, 스트럿(410)과, 중심축(430)을 포함할 수 있다.
스트럿(410)은, 배관본체(210)의 내주면에 고정되고, 배관본체(210)의 중심방향으로 연장될 수 있다. 또한, 중심축(430)은 스트럿(410)에 결합되고, 배관본체(210)의 중심에 배치되며, 회전축(310)의 내부에 삽입되는 중심축(430)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 중심축(430)은 메인유로(211)를 따라 형성된 배관본체(210)의 가상의 축에 배치될 수 있다. 그리고, 복수의 스트럿(410) 각각은, 일단이 배관본체(210)의 내주면에 결합되고, 타단이 중심축(430)에 결합됨으로써, 스트럿(410)을 배관본체(210)의 내주면에 부착시킬 수 있다. 이때, 스트럿(410)의 개수나 형태에는 제한이 없으며, 중심축(430)을 배관본체(210)에 결합시키면서 공기의 흐름을 방해하지 않으면, 다양한 변형실시가 가능하다.
그리고, 회전축(310)은, 내부에 중심축(430)이 끼워지도록 함으로써, 고정부재(400)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
더욱 바람직하게, 본 발명의 일실시예는, 베어링(500)을 더 포함할 수 있다. 베어링(500)은, 회전축(310)을 회전 가능하게 지지하도록, 회전축(310)의 내주면과 중심축(430)의 외주면 사이에 구비될 수 있다.
이러한 베어링(500)에 의해, 회전축(310)을 포함한 휠부재(300)의 회전성이 향상될 수 있다. 또한, 휠부재(300)는 중심축(430)에 베어링(500)으로만 지지되어 회전하므로, 별도의 마찰이나 동력원을 필요로 하지 않아 압력저하를 최소화할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예를 참조하면, 블레이드(330)에는, 가습공기 출구(13)를 향하는 면에 날개면(331)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 블레이드(330)는, 도시된 바와 같이 측면에서 보면 경사지게 형성될 수 있다. 그리고, 날개면(331)은 경사진 부분의 상면에 위치할 수 있다.
또한, 수분포집부는, 날개면(331)의, 가습공기가 불어나가는 방향(B 방향)의 단부에 구비된 슬릿(333)을 포함할 수 있다. 즉, 슬릿(333)은, 날개면(331)의, 공기극(21) 측의 단부에 형성될 수 있다.
또한, 슬릿(333)은, 가습공기가 불어오는 방향으로 개구부(334)가 형성된 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 수분이 포집되는 포집공간(335)을 구비할 수 있다. 구체적으로, 슬릿(333)은 회전축(310)에서 배관본체(210) 방향으로 길게 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 슬릿(333)은, 날개면(331)에서 하측으로 단차지게 연장되는 슬릿 단차부(336)를 더 포함할 수 있다. 즉, 슬릿 단차부(336)는, 날개면(331)에서 두께방향의 내측으로 단차지게 연장되어 포집공간(335)의 일부를 형성할 수 있다.
이에 따라, 수분포집부는, 이러한 슬릿 단차부(336)에 의해 포집공간(335)으로 유입되는 수분을 더욱 용이하게 포집할 수 있다.
한편, 도 4, 도 5 및 도 7을 참조하면, 배관본체(210)는 제1 단차부(250)를 더 포함할 수 있다. 제1 단차부(250)는, 휠부재(300)가 위치한 배관본체(210)의 내주면에 외측으로 단차지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 블레이드(330)의 회전에 따른 원심력에 의해 수분포집부에서 배관본체(210)의 내주면으로 이동한 수분을 포집하기 용이할 수 있다. 즉, 도시된 실시예와 같이, 제1 단차부(250)와 수분배출구(230)는 휠부재(300)가 위치한, 배관본체(210)의 내주면에 형성될 수 있다. 따라서, 날개면(331)을 따라 슬릿(333)의 포집공간(335)으로 이동한 수분은, 원심력에 의해 슬릿(333)을 따라 외측으로 즉, 배관본체(210)의 내주면으로 이동할 수 있다. 배관본체(210)의 내주면으로 이동한 수분은 제1 단차부(250)에 수용된 후, 휠부재(300)의 회전과 중력에 의해 하부로 이동하여, 수분배출구(230)로 배출될 수 있다.
더욱 바람직하게, 배관본체(210)는, 제2 단차부(260)를 더 포함할 수 있다. 제2 단차부(260)는, 수분배출구(230)가 형성된 영역을 포함하면서, 제1 단차부(250)와 연통되도록 배관본체(210)의 내주면에 외측으로 단차지게 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 단차부(250)로 이동하여, 중력에 의해 하부로 이동한 수분은, 제2 단차부(260)에 수용되어, 수분배출구(230)로의 흐름이 유도됨으로써, 수분을 외부로 더욱 용이하게 배출할 수 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 다른 측면에 의한 연료전지용 연료전지용 가습기(10)의 수분 포집 장치(100)를 설명한다. 이하에서는 상기한 일측면에 의한 수분 포집 장치(100)와 동일한 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 연료전지용 연료전지용 가습기(10)의 수분 포집 장치(100)는, 회전축(310)과, 복수의 블레이드(330)를 포함할 수 있다.
회전축(310)은, 가습기(10)의 가습공기 출구(13)와, 연료전지 스택(20)의 공기극 입구(22) 사이에 구비되는 가습공기 출구라인(30) 상에 설치되어 가습공기가 이동하는 메인유로(211)를 제공하는 배관본체(210)의 내부에, 메인유로(211)를 따라 가습공기가 유동하는 유동방향을 축 방향으로 하여 회전 가능하게 구비될 수 있다.
블레이드(330)는, 회전축(310)의 외주면에서 배관본체(210)의 내주면을 향해 방사상으로 설치되며, 회전축(310)과 함께 회전할 수 있다. 또한, 블레이드(330)는, 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 구비할 수 있다.
바람직하게, 블레이드(330)는, 메인유로(211)를 따라 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전할 수 있다.
한편, 수분포집부는, 유동방향을 기준으로 블레이드(330)의 날개면(331)의 말단에 마련되고, 날개면(331)에서 두께방향의 외측으로 돌출되되, 유동방향의 반대방향을 바라보는 개구부(334)가 형성되게 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 내부에 수분이 포집되는 포집공간(335)을 형성하는 슬릿(333)을 포함할 수 있다.
이러한 슬릿(333)은, 슬릿(333)단차부를 더 포함할 수 있다. 슬릿(333)단차부는, 유동방향을 기준으로 개구부(334)의 후방에 마련되고, 날개면(331)에서 두께방향의 내측으로 단차지게 연장되어 포집공간(335)의 일부를 형성할 수 있다.
한편, 이하에서는 도 6 내지 8에 도시된 실시예를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 의한 수분 포집 장치(100)에 의해, 가습공기의 수분이 포집된 후, 배관본체(210)의 외부로 배출되는 동작을 설명한다.
먼저, 도 5 및 도 6을 참조하면, 가습기(10)의 가습공기 출구(13)에서 배출된 수분을 함유한 가습공기는, 배관본체(210)에 B 방향으로 유입될 수 있다. 유입된 수분은 블레이드(330)와 접촉하면서 블레이드(330)의 날개면(331)을 따라 수분포집부로 이동할 수 있다.
도 7을 참조하면, 수분포집부의 슬릿(333)으로 이동한 수분은, 슬릿(333)이 형성된 형태와 원심력에 의해, 외측 즉, 회전축(310)에서 배관본체(210)의 내주면으로 향하는 방향(D 방향)으로 이동할 수 있다. 배관본체(210)로 이동한 수분은 제1 단차부(250)에 수용되어 중력에 의해 하부로 이동하여 수분배출구(230)를 통해 배출될 수 있다(E 방향 참조).
도 8을 참조하면, 제1 단차부(250)에 수용된 수분은, 제2 단차부(260)에 수용됨으로써, 수분배출구(230)로의 흐름이 더욱 용이해질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치는, 복수의 블레이드가 회전축을 중심으로 원주방향으로 설치되므로, 블레이드의 회전 시에, 가습공기 중에 포함된 수분과의 접촉시간과 접촉면적이 증대됨으로써, 수분 제거율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 휠부재를 회전시키기 위한 별도의 동력원이 필요하지 않으므로, 압력저하를 최소화되어, 대유량 시스템에 적용할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 휠부재의 회전에 의한 수분 포집 장치가, 가습기 출구 측에서 수분을 제거하므로, 특히 차량용 고분자 연료전지 스택에 사용될 경우, 연료전지의 운전상의 안정성을 확보할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
10: 가습기 20: 스택
30: 가습공기 출구라인
100: 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치
200: 배관부재 210: 배관본체
211: 메인유로 230: 수분배출구
250: 제1 단차부 260: 제2 단차부
300: 휠부재 310: 회전축
330: 블레이드 331: 날개면
333: 슬릿 334: 개구부
335: 포집공간 336: 슬릿 단차부
400: 고정부재 410: 스트럿
430: 중심축 500: 베어링

Claims (13)

  1. 가습기의 가습공기 출구와, 연료전지 스택의 공기극 입구 사이에 구비되는 가습공기 출구라인 상에 설치되며, 내부에 상기 가습공기 출구에서 상기 공기극 입구로 유입되는 가습공기가 이동하는 메인유로가 형성된 배관본체를 포함하는 배관부재; 및
    상기 배관본체의 내부에 구비되고, 상기 메인유로를 따라 상기 가습공기가 유동하는 방향을 축 방향으로 하여 회전 가능하게 구비되는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에, 상기 회전축을 기준으로 방사상으로 설치되며, 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 블레이드를 구비하는 휠부재를 포함하고,
    상기 휠부재는, 상기 메인유로로 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전하고,
    상기 블레이드는, 상기 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 구비하고,
    상기 블레이드는, 상기 가습공기 출구를 향하는 면에 형성된 날개면을 포함하고,
    상기 수분포집부는,
    상기 날개면의, 상기 가습공기가 불어나가는 방향의 단부에 구비되고, 상기 가습공기가 불어오는 방향으로 개구부가 형성된 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 수분이 포집되는 포집공간을 구비하는 슬릿을 포함하고,
    상기 슬릿은 상기 회전축으로부터 상기 배관본체의 내주면을 향하여 연장되고,
    상기 배관본체는,
    상기 배관본체의 하측에, 내주면과 연통되게 형성된 수분배출구;
    상기 배관본체의 내주면에 외측으로 단차지게 형성된 제1 단차부; 및
    상기 제1 단차부로부터 반경 방향 외측으로 단차지게 형성되고 상기 수분배출구와 연통되게 형성된 제2 단차부를 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배관부재는 포집된 수분이 배출되도록 상기 배관본체의 하측에 형성된 수분배출구를 더 포함하고,
    상기 수분포집부에 포집된 수분은 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 배관본체 측으로 이동하여 상기 수분배출구로 배출되는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배관본체 내부에 고정되고, 상기 회전축이 회전 가능하게 고정되는 고정부재를 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고정부재는,
    상기 배관본체의 내주면에 고정되고, 상기 배관본체의 중심방향으로 연장되는 스트럿; 및,
    상기 스트럿에 결합되고, 상기 배관본체의 중심에 배치되며, 상기 회전축의 내부에 삽입되는 중심축을 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 슬릿은,
    수분의 포집이 용이하도록, 상기 날개면에서 하측으로 단차지게 연장되는 슬릿 단차부를 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단차부는, 상기 블레이드의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 수분포집부에서 상기 배관본체의 내주면으로 이동한 수분을 포집하기 용이하도록, 상기 휠부재가 위치한 영역에 대응되는 위치에 형성되는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 단차부는,
    상기 수분배출구가 형성된 영역을 포함하면서, 상기 제1 단차부와 연통되도록 형성되는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록, 상기 회전축의 내주면과 상기 중심축의 외주면 사이에 구비되는 베어링을 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  10. 가습기의 가습공기 출구와, 연료전지 스택의 공기극 입구 사이에 구비되는 가습공기 출구라인 상에 설치되고, 가습공기가 이동하는 메인유로를 따라 상기 가습공기가 유동하는 유동방향을 축 방향으로 하여 회전 가능하게 구비되는 회전축; 및
    상기 회전축의 외주면에 방사상으로 설치되며, 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 블레이드를 포함하고,
    상기 블레이드는, 상기 가습공기에 포함된 수분을 포집하는 수분포집부를 구비하고,
    상기 수분포집부는, 상기 유동방향을 기준으로 상기 블레이드의 날개면의 말단에 마련되고, 상기 날개면에서 두께방향의 외측으로 돌출되되, 상기 유동방향의 반대방향을 바라보는 개구부가 형성되게 ㄷ자 형상의 단면을 가져, 내부에 수분이 포집되는 포집공간을 형성하는 슬릿을 포함하고,
    상기 메인유로가 형성된 배관본체를 포함하는 배관부재를 더 포함하고,
    상기 배관본체는,
    상기 배관본체의 하측에 형성된 수분배출구;
    상기 배관본체의 내주면에 외측으로 단차지게 형성된 제1 단차부; 및
    상기 제1 단차부로부터 반경 방향 외측으로 단차지게 형성되고 상기 수분배출구와 연통도되게 형성된 제2 단차부를 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 블레이드는, 상기 메인유로를 따라 이동하는 가습공기의 유동에 의해 회전하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 유동방향을 기준으로 상기 개구부의 후방에 마련되고, 상기 날개면에서 두께방향의 내측으로 단차지게 연장되어 상기 포집공간의 일부를 형성하는 슬릿 단차부를 더 포함하는, 연료전지용 가습기의 수분 포집 장치.
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