KR20140072523A - 막 가습기용 초음파 가습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막 가습기용 초음파 가습장치에 관한 것으로, 초음파 진동소자(21)를 이용해서 막 가습기(10)내에 존재하는 응축수(31)를 기체로 변환시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

막 가습기용 초음파 가습장치{ULTRASONIC HUMIDIFIER APPARATUS FOR MEMBRANE HUMIDIFIER}

본 발명은 막 가습기용 초음파 가습장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 막 가습기 내에서 응축된 수분을 수증기로 변화시켜서 가습효율을 향상시키고, 이를 통해 막 가습기의 성능을 향상시킬 수 있는 막 가습기용 초음파 가습장치에 관한 기술이다.

일반적으로 연료전지 차량은 산소와 수소의 반응에 의해 발생한 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 내부의 연료전지에 의해 발생한 구동력으로 작동한다.

이러한 연료전지는 도 1에 도시한 바와 같이 작동을 위해서 반드시 수분이 필요하며, 이를 위해 공기를 가습시키는 가습기가 필요한 바, 연료전지에서는 중공사막을 이용하는 막 가습기가 주로 사용되고 있다.

상기 막 가습기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(11)을 가지고 있으며, 상기 하우징(11)에는 필터와 공기블로워를 통과한 외부의 건조공기가 유입되는 제1유입구(12), 연료전지 스택으로 가습공기가 배출되는 제1배출구(13), 상기 연료전지 스택을 통과한 습윤공기가 유입되는 제2유입구(14), 습윤공기에서 수분이 분리된 건조공기가 외부로 배출되는 제2배출구(15)가 구비된다.

그리고, 상기 하우징(11)의 내부에는 중공사막모듈(16)이 배치되어 있고, 상기 중공사막 모듈(16)의 내부에는 다수의 중공사막(17)이 수납되어 있다.

이러한 중공사막을 갖는 막 가습기(10)에 있어서 제2유입구(14)로부터 습윤공기를 공급하고 각 중공사막 외부를 통과시키면 습윤공기 중의 수분은 중공사막(17)의 모세관 작용에 의해 분리되고, 분리된 수분은 중공사막의 모세관내를 투과하고 응축되어서 중공사막(17)의 내측으로 이동하게 된다.

그리고, 수분이 분리된 습윤공기는 그대로 중공사막(17)의 외부로 이동하여 제2배출구(15)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 제1유입구(12)에는 외부의 건조공기가 공급되는데 제1유입구(12)로부터 공급되는 건조공기는 중공사막(17)의 내측을 통하여 이동하게 되며, 이때 습윤공기로부터 분리된 수분은 중공사막(17)의 내측으로 이동하게 되는 바, 이 수분에 의해 제1유입구(12)를 통해 유입된 외부의 건조공기가 가습되고, 가습공기는 제1배출구(13)를 통해 연료전지 스택쪽으로 배출된다.

그리고, 연료전지 스택을 통과한 습윤공기는 제2유입구(14)를 통하여 하우징(11)내로 공급되고 중공사막(17)에 수분을 공급한 후 제2배출구(15)를 통해 외부로 배출된다.

그런데, 상기와 같은 막 가습기(10)는 습윤공기에서 분리된 수분이 하우징(11)내에 응축되는 구성으로, 동절기시 하우징(11)내에 응축된 수분이 빙결될 경우 가습효율이 떨어지게 되고, 이로 인해 막 가습기(10)의 성능이 감소하게 되는 단점이 있다.

또한, 하우징(11)내에 수분이 빙결되면 하우징(11)내 공기유로가 좁아지게 되고, 공기유로의 압력상승에 따른 공기블로워의 부담이 가중되며, 이로 인해 공기블로워의 소모동력 증가 및 연비를 악화시키는 단점이 발생한다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2007-0053825호

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 초음파 진동소자를 이용해서 막 가습기내에 응축된 수분을 수증기로 변화시킬 수 있게 됨으로써 가습효율을 향상시킬 수 있도록 하고, 이를 통해 막 가습기의 성능을 향상시킬 수 있는 막 가습기용 초음파 가습장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 동절기시에도 수분의 빙결을 예방할 수 있게 됨으로써 공기블로워의 부담을 가중시키는 문제를 해결할 수 있게 되고, 이를 통해 공기블로워의 소모동력을 절감시킬 수 있게 되며, 더 나아가 연비를 향상시킬 수 있도록 하는 데에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 막 가습기의 성능향상을 통해 고가인 중공사막의 사용량을 크게 줄일 수 있게 됨으로써 원가절감을 이룩할 수 있게 되고, 특히 막 가습기의 성능향상을 통해 막 가습기의 사이즈의 축소를 도모할 수 있게 됨에 따라 패키지측면에서도 유리한 장점이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 막 가습기용 초음파 가습장치는, 전원 인가시 막 가습기내 응축된 수분을 수증기로 변화시킬 수 있도록 막 가습기에 설치된 한 개 또는 그 이상으로 된 초음파 진동소자; 및 상기 초음파 진동소자로 공급되는 전원을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 연료전지스택에서 발생하는 전류량을 검출해서 상기 제어기로 신호를 보내는 전류센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 막 가습기내 응축수 량을 검출해서 상기 제어기로 신호를 보내는 수위센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전류센서에서 검출된 연료전지스택의 발생 전류량이 기준 값보다 작을 경우 상기 제어기는 초음파 진동소자를 작동시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 수위센서에서 검출된 막 가습기내 응축수 량이 기준 값을 초과하는 경우 상기 제어기는 초음파 진동소자를 작동시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어기는 상기 초음파 진동소자로 공급되는 전류의 세기를 제어해서 초음파 진동소자의 진동 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 막 가습기용 초음파 가습장치에 의하면, 초음파 진동소자를 이용해서 막 가습기내에 존재하는 응축수를 기체로 변환시킬 수 있게 되고, 이를 통해 공기의 가습효율을 향상시킴으로써 막 가습기의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 동절기시 막 가습기내에 존재하는 응축수의 빙결을 예방할 수 있게 됨으로써 공기유로가 좁아지는 현상을 없앨 수 있게 되고, 이로 인해 불필요하게 공기블로워의 부담을 가중시키는 문제를 해결할 수 있게 되며, 더 나아가 공기블로워의 소모동력을 절감시킬 수 있게 되고 특히 연비를 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

또한, 막 가습기의 성능향상을 통해 고가인 중공사막의 사용량을 크게 줄일 수 있게 됨으로써 원가절감을 이룩할 수 있게 되고, 특히 막 가습기의 성능향상을 통해 막 가습기의 사이즈의 축소를 도모할 수 있게 됨에 따라 패키지측면에서도 유리한 효과도 있다.

도 1은 일반적인 연료전지의 공기공급시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래의 연료전지용 막 가습기를 설명하기 위한 도면,
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 막 가습기용 초음파 가습장치를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 막 가습기용 초음파 가습장치에 대해 살펴보기로 한다.

연료전지 차량에서 사용하는 막 가습기(10)는 도 2를 참조해서 설명하였던 바와 같이 제1,2유입구(12,14)와 제1,2배출구(13,15)를 구비한 하우징(11), 상기 하우징(11)내에 설치된 것으로 다수의 중공사막(17)을 구비한 중공사막 모듈(16)을 포함한 구성이다.

상기 제1유입구(12)를 통해 필터와 공기블로워를 통과한 외부의 건조공기가 유입되고, 상기 제1배출구(13)를 통해 가습된 공기가 연료전지 스택으로 배출되며, 상기 제2유입구(14)를 통해 연료전지 스택을 통과한 습윤공기가 유입되고, 상기 제2배출구(15)를 통해 습윤공기에서 수분이 분리된 건조공기가 외부로 배출된다.

상기 제2유입구(14)를 통해서 하우징(11)의 내부로 유입된 습윤공기 중 수분은 중공사막(17)의 모세관 작용에 의해 분리되고, 분리된 수분은 중공사막의 모세관내를 투과하고 응축되어서 중공사막(17)의 내측으로 이동하게 되며, 수분이 분리된 공기는 그대로 중공사막(17)의 외부로 이동하여 제2배출구(15)를 통해 외부로 배출된다.

그리고, 제1유입구(12)를 통해서 하우징(11)의 내부로 유입된 외부의 건조공기는 중공사막(17)의 내측을 통과하게 되고, 이 과정에서 습윤공기로부터 분리된 수분에 의해 건조공기가 가습되고, 가습공기는 제1배출구(13)를 통해 연료전지 스택쪽으로 배출된다.

따라서, 막 가습기(10)의 내부 즉 하우징(11)의 내부에는 습윤공기에서 분리되어서 응축된 수분이 항상 존재하게 되는데, 상기 응축수는 동절기시 빙결이 될수 있으며, 응축수가 빙결될 경우 가습효율이 떨어지게 되고 막 가습기(10)의 성능이 감소하는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 막 가습기(10)내 응축수의 빙결을 예방하기 위한 것으로 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전원 인가시 막 가습기(10)내 응축된 수분을 수증기로 변화시킬 수 있도록 막 가습기(10)에 설치된 다수개의 초음파 진동소자(21); 및 상기 초음파 진동소자(21)로 공급되는 전원과 전류의 세기를 제어하는 제어기(22);를 포함한다.

상기 초음파 진동소자(21)는 막 가습기(10)를 구성하는 하우징(11)의 외부 바닥에 일정 간격으로 한 개 또는 그 이상이 고정 설치된 구조이다.

상기 초음파 진동소자(21)는 하우징(11)의 바닥 뿐만 아니라 필요에 따라 하우징(11)의 상부 및 측부에도 설치될 수 있다.

상기 초음파 진동소자(21)는 전원이 인가되면 떨림에 의한 진동이 발생하고, 그리고 전류의 세기에 따라 진동의 크기가 변하는 구성이고, 진동 떨림에 의해 수분을 수증기로 변화시키게 된다.

상기와 같은 초음파 진동소자를 이용해서 수분을 기체로 변화시키는 장치는 일례로서 초음파 진동자를 사용하는 가습기에 널리 적용된 구성이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명은 제어기(22)로 입력신호를 전송하는 입력요소의 일 실시예로 연료전지스택에서 발생하는 전류량을 검출하는 전류센서(23)를 더 포함한다.

따라서, 전류센서(23)에서 검출된 연료전지스택의 발생 전류량이 제어기(22)로 전달되면, 상기 제어기(22)는 전류센서(23)에서 검출된 값과 설정된 기준 값을 비교하게 되는 바, 이때 전류센서(23)에서 검출된 값이 설정된 기준 값보다 작으면 상기 제어기(22)는 초음파 진동소자(21)를 작동시키도록 제어하게 된다.

즉, 전류센서(23)에서 검출된 연료전지스택의 발생 전류량 값이 설정된 기준 값보다 작다는 것은 가습효율이 떨어지는 상황을 의미하며, 가습효율이 떨어지는 상황은 막 가습기(10)내에 존재하는 응축수(31)가 빙결되어서 충분히 공기를 가습시키지 못하는 상황을 의미한다.

따라서, 전류센서(23)에서 검출된 연료전지스택의 발생 전류량 값이 설정된 기준 값보다 작게 되면, 제어기(22)는 초음파 진동소자(21)로 전원을 인가해서 초음파 진동소자(21)를 작동시키게 되고, 이로 인해 막 가습기(10)내에 존재하는 응축수(31)는 기체로 변하게 되는 바, 이러한 과정에 의해 막 가습기(10)를 통과하는 건조공기의 가습효율이 크게 향상되고, 이를 통해 막 가습기(10)의 성능을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 막 가습기(10)내에 존재하는 응축수(31)를 초음파 진동소자(21)를 이용해서 기체로 변화시켜 주면, 동절기시 응축수의 빙결을 예방할 수 있게 됨으로써 공기유로가 좁아지는 현상을 없앨 수 있게 되고, 이로 인해 불필요하게 공기블로워의 부담을 가중시키는 문제를 해결할 수 있게 되며, 더 나아가 공기블로워의 소모동력을 절감시킬 수 있게 되고 특히 연비를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 막 가습기(10)의 성능향상을 통해 고가인 중공사막의 사용량을 크게 줄일 수 있게 됨으로써 원가절감을 이룩할 수 있게 되고, 특히 막 가습기(10)의 성능향상을 통해 막 가습기(10)의 사이즈의 축소를 도모할 수 있게 됨에 따라 패키지측면에서도 유리한 장점도 있다.

한편, 본 발명은 제어기(22)로 입력신호를 전송하는 입력요소의 다른 실시예로 막 가습기(10)내 응축수(31) 량을 검출하는 수위센서(24)를 더 포함한다.

수위센서(24)에서 검출된 막 가습기(10)내 응축수 량이 제어기(22)로 전달되면, 상기 제어기(22)는 수위센서(24)에서 검출된 값과 설정된 기준 값을 비교하게 되는 바, 이때 수위센서(24)에서 검출된 값이 설정된 기준 값을 초과하게 되면 상기 제어기(22)는 초음파 진동소자(21)를 작동시키도록 제어하게 된다.

즉, 수위센서(24)에서 검출된 막 가습기(10)내의 응축수 량이 설정된 기준 값을 초과하게 되면, 응축수의 결빙상황을 고려할 경우 가습효율을 감소시키는 원인이 되고, 이로 인해 막 가습기(10)의 성능을 감소시키는 원인이 된다.

따라서, 수위센서(24)에서 검출된 막 가습기(10)내의 응축수 량이 설정된 기준 값을 초과하게 되면, 제어기(22)는 초음파 진동소자(21)로 전원을 인가해서 초음파 진동소자(21)를 작동시키게 되고, 이로 인해 막 가습기(10)내에 존재하는 응축수(31)의 일부(기준 값을 초과하는 응축수)를 기체로 변화시켜서, 가습효율 향상 및 막 가습기(10)의 성능향상을 도모할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 초음파 진동소자(21)를 이용해서 막 가습기(10)내에 존재하는 응축수를 기체로 변환시킬 수 있게 되고, 이러한 과정을 통해 공기의 가습효율을 향상시킴으로써 막 가습기(10)의 성능을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 동절시기 막 가습기(10)내에 존재하는 응축수(31)의 빙결을 예방할 수 있게 됨으로써 공기유로가 좁아지는 현상을 없앨 수 있게 되고, 이로 인해 불필요하게 공기블로워의 부담을 가중시키는 문제를 해결할 수 있게 되며, 더 나아가 공기블로워의 소모동력을 절감시킬 수 있게 되고 특히 연비를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 막 가습기(10)의 성능향상을 통해 고가인 중공사막의 사용량을 크게 줄일 수 있게 됨으로써 원가절감을 이룩할 수 있게 되고, 특히 막 가습기(10)의 성능향상을 통해 막 가습기(10)의 사이즈의 축소를 도모할 수 있게 됨에 따라 패키지측면에서도 유리한 장점도 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 - 막 가습기 11 - 하우징
21 - 초음파 진동소자 22 - 제어기
23 - 전류센서 24 - 수위센서

Claims (6)

1. 전원 인가시 막 가습기(10)내 응축된 수분을 수증기로 변화시킬 수 있도록 막 가습기(10)에 설치된 한 개 또는 그 이상으로 된 초음파 진동소자(21); 및
   상기 초음파 진동소자(21)로 공급되는 전원을 제어하는 제어기(22);를 포함하는 막 가습기용 초음파 가습장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   연료전지스택에서 발생하는 전류량을 검출해서 상기 제어기(22)로 신호를 보내는 전류센서(23);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 가습기용 초음파 가습장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 막 가습기(10)내 응축수 량을 검출해서 상기 제어기(22)로 신호를 보내는 수위센서(24);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 막 가습기용 초음파 가습장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 전류센서(23)에서 검출된 연료전지스택의 발생 전류량이 기준 값보다 작을 경우 상기 제어기(22)는 초음파 진동소자(21)를 작동시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 막 가습기용 초음파 가습장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 수위센서(24)에서 검출된 막 가습기(10)내 응축수 량이 기준 값을 초과하는 경우 상기 제어기(22)는 초음파 진동소자(21)를 작동시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 막 가습기용 초음파 가습장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기(22)는 상기 초음파 진동소자(21)로 공급되는 전류의 세기를 제어해서 초음파 진동소자(21)의 진동 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 막 가습기용 초음파 가습장치.

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