KR20150058814A - Humidification device for fuel cell - Google Patents

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KR20150058814A
KR20150058814A KR1020130142051A KR20130142051A KR20150058814A KR 20150058814 A KR20150058814 A KR 20150058814A KR 1020130142051 A KR1020130142051 A KR 1020130142051A KR 20130142051 A KR20130142051 A KR 20130142051A KR 20150058814 A KR20150058814 A KR 20150058814A
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이창하
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Abstract

Disclosed is a humidification device for a fuel cell. The disclosed humidification device for a fuel cell comprises: i) a housing which is installed on an air supply route in an outlet side of an air supply unit to supply air to a fuel cell stack; ii) a rotary member which is rotatably installed in the housing through a rotation shaft and rotated by the stream of air flowing into the housing; and iii) a nozzle member which is installed on the rotation shaft coaxially with the rotary member and spraying water supplied to the inside of the housing while being rotated by the rotation shaft.

Description

연료 전지용 가습장치 {HUMIDIFICATION DEVICE FOR FUEL CELL}Technical Field [0001] The present invention relates to a humidifying device for a fuel cell,

본 발명의 실시예는 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지로 공급되는 반응 기체를 가습하기 위한 연료 전지용 가습장치에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a humidifying device for a fuel cell for humidifying a reactive gas supplied to a fuel cell.

알려진 바와 같이, 연료 전지 시스템은 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아 반응기체인 수소와 산소의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시키는 일종의 발전 시스템이다. 예를 들면, 연료 전지 시스템은 연료 전지 차량에 채용되어 전기 모터를 작동시키며 차량을 구동시킨다.As is known, a fuel cell system is a kind of power generation system that generates electric energy as an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen as a reactor, which is supplied with oxygen in the air and hydrogen as a fuel. For example, a fuel cell system is employed in a fuel cell vehicle to operate an electric motor and drive a vehicle.

이러한 연료 전지 시스템은 공기극과 연료극으로 이루어진 단위 연료 전지들의 전기 발생 집합체인 스택과, 연료 전지의 공기극으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급장치와, 연료 전지의 연료극으로 수소를 공급하기 위한 수소 공급장치를 구비하고 있다.Such a fuel cell system includes a stack, which is an electricity generating aggregate of unit fuel cells composed of an air electrode and a fuel electrode, an air supply device for supplying air to the air electrode of the fuel cell, and a hydrogen supply device for supplying hydrogen to the fuel electrode of the fuel cell Respectively.

한편, 고분자 연료 전지의 경우 막-전극 어셈블리(MEA)의 이온 교환막이 원활한 역할을 하기 위해서는 적당한 수분이 필요하며, 이를 위해 연료 전지 시스템은 연료 전지로 공급되는 반응기체를 가습시키는 가습장치를 채용하고 있다.On the other hand, in the case of a polymer fuel cell, an appropriate amount of moisture is required for the ion exchange membrane of the membrane-electrode assembly (MEA) to function smoothly. To this end, the fuel cell system employs a humidifying device for humidifying the reactant gas supplied to the fuel cell have.

가습장치는 버블러(bubbler) 타입, 인젝션(injection) 타입, 흡착제 타입, 가스 투 가스(gas to gas) 막 가습 방식 등의 여러 가지 방식이 있으며, 이 중에서 외부 가습 방식 중의 하나인 인젝션 가습 방식은 펌프와 인젝터를 사용하여 공기가 유동하는 경로로 물을 직접 분사하는 방식이다.The humidification device has various types such as a bubbler type, an injection type, an adsorbent type, and a gas to gas membrane humidification type. Of these, the humidification type of injection, which is one of the external humidification methods, It uses a pump and an injector to inject water directly into the air flow path.

그러나, 이와 같은 인젝션 가습 방식의 가습장치는 펌프 및 익젝터와 같은 구성품의 가격이 비싸고, 구조가 복잡하며 고장의 위험이 클 뿐만 아니라, 펌프를 구동하기 위한 별도의 동력장치와 제어장치가 필요하다는 단점이 있다.However, such an injection humidifying device of humidification type has a problem that the components such as the pump and the injector are expensive, the structure is complicated and the risk of failure is great, and a separate power device and a control device for driving the pump are required There are disadvantages.

한편, 가스 투 가스 막 가습 방식은 연료 전지의 공기극으로부터 배출되는 공기 중의 수분을 이용하여 공기 공급장치로부터 공급되는 공기를 가습하고, 그 가습된 공기를 연료 전지의 공기극으로 공급한다.On the other hand, the gas-to-gas membrane humidification system humidifies the air supplied from the air supply apparatus by using moisture in the air discharged from the air electrode of the fuel cell, and supplies the humidified air to the air electrode of the fuel cell.

그러나, 이러한 가스 투 가스 막 가습 방식의 가습장치는 구동 부품이 없어 상대적으로 구조가 단순하지만 접촉면적을 넓히기 위해 복잡한 형상으로 이루어지며, 크기가 상대적으로 매우 크고, 가습용 막의 가격이 너무 고가라는 단점이 있다.However, such a gas-to-gas membrane humidifying type humidifying device has a relatively simple structure due to the absence of driving parts, but has a complicated shape for widening the contact area, has a relatively large size, and has a disadvantage that the price of the humidifying membrane is too high .

더 나아가 통상적인 연료전지 차량에 채용되는 상기한 막 가습 방식의 가습장치는 100℃ 이하에서 작동하므로 고온의 공기가 공급될 경우 성능상의 문제가 발생할 수 있다.Furthermore, since the humidifying apparatus of the membrane humidifying type employed in a typical fuel cell vehicle operates at 100 ° C or lower, a performance problem may occur when high temperature air is supplied.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 본 출원인은 하기 특허문헌의 「연료전지용 가습기를 포함한 공기 공급 장치」를 개시한 바 있다.In order to solve these problems, the applicant of the present invention has disclosed an air supply device including a humidifier for a fuel cell of the following patent document.

상기한 종래 기술에서는 고속 모터를 통해 임펠러와 슬링거 노즐을 회전시키고 그 슬링거 노즐로 물을 공급하여 분무화시키며 연료전지의 공급 공기를 가습할 수 있는 구조로 이루어진다.In the above-described conventional technique, the impeller and the slinger nozzle are rotated through a high-speed motor, water is supplied to the slinger nozzle to atomize the air, and the supply air of the fuel cell can be humidified.

그런데, 이와 같은 종래 기술에서는 임펠러와 슬링거 노즐을 회전시키기 위한 고가의 고속 모터를 채용하므로, 전체적인 장치의 구조가 복잡하고, 가격 면에서 불리하며, 고속 모터를 제어하기 위한 별도의 제어장치가 필요하다는 단점이 있다.However, in such a conventional technique, an expensive high-speed motor for rotating the impeller and the slinger nozzle is employed. Therefore, the overall structure of the apparatus is complicated, the cost is disadvantageous, and a separate control device for controlling the high- There are disadvantages.

한국등록특허 제10-0911590호(2009. 08. 03 등록)Korean Registered Patent No. 10-0911590 (registered on Aug. 03, 2009)

본 발명의 실시예들은 간단한 구조로서 물을 분무화시키며 연료전지로 공급되는 공급 공기를 가습할 수 있으며, 가스 투 가스 방식의 막 가습장치와 보조적으로 사용되며 막 가습장치의 사이즈 및 용량을 줄일 수 있고, 막 가습장치로 공급되는 고온 공기의 온도를 낮출 수 있도록 한 연료 전지용 가습장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention can simplify the structure of the present invention by spraying water and humidifying the supply air supplied to the fuel cell, supplementing with the gas-gas type membrane humidifier and reducing the size and the capacity of the membrane humidifier And a humidifying device for a fuel cell capable of lowering the temperature of hot air supplied to the membrane humidifying device.

본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치는 ⅰ)연료전지 스택으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급유닛의 출구측 공기 공급 경로에 설치되는 하우징과, ⅱ)상기 하우징에 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 상기 하우징으로 유입되는 공기의 스트림에 의해 회전하는 회전부재와, ⅲ)상기 회전부재와 동축으로 상기 회전축에 설치되며, 상기 회전축에 의해 회전하며 상기 하우징의 내부로 공급되는 물을 분무화시키는 노즐부재를 포함할 수 있다.A humidifying apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes: a housing installed in an air supply path at an outlet side of an air supply unit for supplying air to a fuel cell stack; ii) a housing A rotary member which is rotated by a stream of air introduced into the housing, iii) a nozzle installed on the rotary shaft coaxially with the rotary member, for spraying water supplied to the interior of the housing by rotation by the rotary shaft, Member.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 하우징은 공기의 스트림을 형성하는 공기 유동 통로와, 상기 공기 유동 통로와 연결되며 공기를 유출입시키는 공기 유입부 및 공기 배출부를 포함할 수 있다.Further, in the humidifying apparatus for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the housing may include an air flow passage forming a stream of air, and an air inlet and an air outlet connected to the air flow passage, can do.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 하우징은 공기의 스트림을 형성하는 공기 유동 통로를 포함할 수 있다.Further, in the humidification device for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the housing may include an air flow passage forming a stream of air.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 회전부재는 상기 공기 유동 통로에 위치하는 블레이드를 지닌 임펠러로서 구비될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the rotating member may be provided as an impeller having a blade located in the air flow passage.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 노즐부재는 내측에 원형의 분사홈을 형성하고, 상기 분사홈을 관통하는 다수의 노즐공들을 가진 슬링거 노즐로서 구비될 수 있다.In addition, in the humidification device for a fuel cell according to the embodiment of the present invention, the nozzle member may be provided as a slinger nozzle having a circular injection groove on the inner side and having a plurality of nozzle holes passing through the injection groove .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 노즐공들은 상기 공기 유동 통로를 향하여 형성될 수 있다.In addition, in the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the nozzle holes may be formed toward the air flow passage.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 하우징에는 상기 노즐부재 측으로 물을 공급하기 위한 물 공급관이 설치될 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, a water supply pipe for supplying water to the nozzle member side may be installed in the housing.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치에 있어서, 상기 물 공급관은 상기 하우징에 구비된 스트럿을 통해 장착되며, 상기 분사홈으로 물을 공급할 수 있다.In the humidifying device for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the water supply pipe is mounted through a strut provided in the housing, and water can be supplied to the injection hole.

본 발명의 실시예는 공기 공급유닛을 통해 공급되는 공기의 스트림을 이용하여 회전부재와 노즐부재를 동시에 회전시키며 그 노즐부재를 통해 물을 분무화 및 미립화시키며 공급 공기를 가습할 수 있다.Embodiments of the present invention utilize a stream of air supplied through an air supply unit to simultaneously rotate a rotating member and a nozzle member to atomize and atomize water through the nozzle member and humidify supply air.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 공기의 유동을 이용하여 회전부재와 노즐부재에 회전력을 제공할 수 있으므로, 종래 기술에서와 같은 고속 모터를 삭제할 수 있으며, 이로 인해 전체적인 장치의 구조를 단순화시킬 수 있고, 가격 면에서 유리하며, 고속 모터를 구동시키기 위한 소비전력을 줄일 수 있고, 고속 모터를 제어하기 위한 제어장치 등을 삭제할 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, since the rotational force can be provided to the rotary member and the nozzle member using the air flow, the high-speed motor as in the prior art can be eliminated, thereby simplifying the overall structure of the device , It is advantageous in terms of cost, power consumption for driving the high-speed motor can be reduced, and a control device for controlling the high-speed motor can be eliminated.

더 나아가 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 가스 투 가스 막 가습 방식의 가습장치를 대신하여 사용할 수 있으며, 이와 같은 막 가습장치의 보조장치로서 수분을 함유한 공기를 막 가습장치로 공급할 수도 있다.Further, in the embodiment of the present invention, it is possible to use a gas-to-gas membrane type humidifying type humidifying device instead of the conventional gas humidifying type humidifying device as in the prior art. As an auxiliary device of such a humidifying device, have.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 막 가습장치를 보조하는 가습장치로서 사용될 수 있기 때문에 막 가습장치의 사이즈, 용량 및 가격을 줄일 수 있으며, 막 가습장치로 공급되는 고온 공기의 온도를 낮출 수 있기 때문에 고온의 공기가 막 가습장치로 공급되면서 발생하는 성능 상의 문제점을 해결할 수 있다.Thus, since the embodiment of the present invention can be used as a humidifying device for assisting the membrane humidifying device, it is possible to reduce the size, capacity, and price of the membrane humidifying device and to lower the temperature of the hot air supplied to the membrane humidifying device It is possible to solve the performance problems caused by the supply of the high temperature air to the membrane humidifier.

이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치가 적용되는 연료 전지 시스템의 공기 공급 계통을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치를 도시한 부분 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치에 적용되는 회전부재를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치에 적용되는 노즐부재를 도시한 도면이다.These drawings are for the purpose of describing an embodiment of the present invention, and therefore the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 is a block diagram schematically showing an air supply system of a fuel cell system to which a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a partial cross-sectional view of a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a rotating member applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a nozzle member applied to a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.In the following detailed description, the names of components are categorized into the first, second, and so on in order to distinguish them from each other in the same relationship, and are not necessarily limited to the order in the following description.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.It should be noted that terms such as " ... unit ", "unit of means "," part of item ", "absence of member ", and the like denote a unit of a comprehensive constitution having at least one function or operation it means.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치가 적용되는 연료 전지 시스템의 공기 공급 계통을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.1 is a block diagram schematically showing an air supply system of a fuel cell system to which a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is applied.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치(100)는 수소로서의 연료와 산화제인 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 1, a humidifier 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention can be applied to a fuel cell system that generates electric energy by electrochemically reacting fuel as hydrogen and air as an oxidizer.

예를 들면, 상기 연료 전지 시스템은 기본적으로, 연료 전지들의 집합체 구조인 연료전지 스택과, 연료전지 스택으로 수소를 공급하는 수소 공급장치와, 연료 전지 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급장치를 구비하고 있다.For example, the fuel cell system basically includes a fuel cell stack, which is an aggregate structure of fuel cells, a hydrogen supply device that supplies hydrogen to the fuel cell stack, and an air supply device that supplies air to the fuel cell stack have.

여기서, 상기 연료전지(당 업계에서는 통상적으로 "단위 셀" 이라고도 한다)는 막-전극 어셈블리(MEA)를 사이에 두고 이의 양측에 공기극과 연료극이 배치된 구조로 이루어진다.Here, the fuel cell (commonly referred to as "unit cell" in the related art) has a structure in which an air electrode and a fuel electrode are disposed on both sides of a membrane electrode assembly (MEA) therebetween.

이와 같은 연료 전지 시스템의 기본적인 구성은 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 연료 전지 시스템으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the basic configuration of such a fuel cell system is composed of a known fuel cell system well known in the art, a detailed description of its configuration will be omitted herein.

본 발명의 실시예에 따른 상기 연료 전지용 가습장치(100)는 외부 가습 방식 중의 하나로서 공기 공급유닛(1)을 통해 공기(공급 공기)가 유동하는 경로로 물을 분사하여 수분이 함유된 공기를 연료전지 스택(3)으로 공급하기 위한 것이다.The humidifying apparatus 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is one of the external humidification methods, in which water is sprayed through a path through which air (supplied air) flows through an air supply unit 1 to generate air containing moisture To the fuel cell stack (3).

이 경우, 상기 공기 공급유닛(1)은 대기 중의 공기를 연료전지 스택(3)으로 공급하기 위한 것으로서, 차량에 구비된 고전압의 메인 배터리로부터 전원을 인가받아 구동하는 공지 기술의 공기 블로워 또는 에어 컴프레셔를 포함할 수 있다.In this case, the air supply unit 1 is for supplying the atmospheric air to the fuel cell stack 3, and is a known air blower or an air compressor, which is driven by receiving power from a high- . ≪ / RTI >

본 발명의 실시예에 의한 상기 연료 전지용 가습장치(100)는 종래 기술에서와 같은 가스 투 가스(gas to gas) 막 가습 방식의 가습장치 대신 사용될 수 있으며, 이와 같은 막 가습장치(5: 도면에 일점 쇄선으로 표시)의 보조장치로서 수분을 함유한 공기를 막 가습장치(5)로 공급할 수도 있다.The humidifier 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention may be used in place of the humidifying apparatus of the gas to gas membrane humidification type as in the prior art, The air containing moisture can be supplied to the membrane humidification device 5 as an auxiliary device of the air conditioner (indicated by the dashed line).

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치(100)는 간단한 구조로서 물을 분무화시키며 연료전지 스택으로 공급되는 공급 공기를 가습할 수 있는 구조로 이루어진다.The humidifier 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention has a simple structure and is configured to atomize water and humidify supply air supplied to the fuel cell stack.

또한, 본 발명의 실시예에서는 가스 투 가스 방식의 막 가습장치(5)와 보조적으로 사용되며 막 가습장치(5)의 사이즈 및 용량을 줄일 수 있고, 막 가습장치(5)로 공급되는 고온 공기의 온도를 낮출 수 있는 연료 전지용 가습장치(100)를 제공한다.In addition, in the embodiment of the present invention, the size and the capacity of the membrane humidification device 5 can be reduced and used in addition to the gas-and-gas type membrane humidification device 5, The temperature of the humidifying device 100 for the fuel cell can be lowered.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치를 도시한 부분 단면 구성도이다.2 is a partial cross-sectional view of a humidifier for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 연료 전지용 가습장치(100)는 기본적으로, 하우징(10), 회전부재(30) 및 노즐부재(50)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.1 and 2, the humidifier 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention basically comprises a housing 10, a rotating member 30, and a nozzle member 50, The following is a description according to the constitution.

본 발명의 실시예에서, 상기 하우징(10)은 연료전지 스택(3)으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급유닛(1)의 출구측 공기 공급 경로에 설치된다.In the embodiment of the present invention, the housing 10 is installed in the air supply path at the outlet side of the air supply unit 1 for supplying air to the fuel cell stack 3.

상기 하우징(10)은 공기 공급유닛(1)의 출구 측과 연료전지 스택(3) 또는 위에서 언급한 바 있는 막 가습장치(5)를 연결하는 공기 공급라인(11)에 설치된다.The housing 10 is installed in an air supply line 11 connecting the outlet side of the air supply unit 1 and the fuel cell stack 3 or the membrane humidifying device 5 mentioned above.

여기서, 상기 하우징(10)에는 공기 공급라인(11)을 따라 유동하는 공기를 내부로 유입시키기 위한 공기 유입부(13) 및 그 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출부(15)를 형성하고 있다.The housing 10 is formed with an air inflow portion 13 for introducing air flowing along the air supply line 11 and an air exhaust portion 15 for discharging the air to the outside .

이 때, 상기 공기 공급유닛(1)으로부터 공급되는 공기는 최대 120g/s 이상의 매우 큰 유량이며, 이에 상응하는 유속으로 공기 공급라인(11)을 통해 유동될 수 있다.At this time, the air supplied from the air supply unit 1 is a very large flow rate of not less than 120 g / s, and can flow through the air supply line 11 at the corresponding flow rate.

그리고, 상기 하우징(10)의 내부에는 공기 유입부(13) 및 공기 배출부(15)와 연결되며, 공기의 스트림을 형성하는 공기 유동 통로(17)가 구비된다. 이 경우 상기 공기 유동 통로(17)는 공기 유입부(13) 및 공기 배출부(15)를 통해 공기 공급라인(11)과 연결될 수 있다.The housing 10 is provided with an air flow passage 17 connected to the air inlet 13 and the air outlet 15 to form a stream of air. In this case, the air flow passage 17 may be connected to the air supply line 11 through the air inlet 13 and the air outlet 15.

본 발명의 실시예에서, 상기 회전부재(30)는 하우징(10)의 공기 유입부(13)를 통해 공기 유동 통로(17)로 유입되는 공기의 스트림에 의해 회전하는 것으로, 그 하우징(10)의 내부에 회전축(31)을 통해 회전 가능하게 설치된다.The rotary member 30 is rotated by a stream of air flowing into the air flow passage 17 through the air inlet 13 of the housing 10 and the housing 10 is rotated by the air flow, (Not shown).

즉, 상기 회전부재(30)는 공기 유동 통로(17)를 따라 흐르는 공기의 유량 및 유속에 의해 회전축(31)과 함께 회전할 수 있다.That is, the rotary member 30 can rotate together with the rotary shaft 31 by the flow rate and the flow rate of air flowing along the air flow passage 17.

상기한 회전부재(30)는 도 3에서와 같이 다수 개의 블레이드들(33)을 지닌 터빈 휠 타입의 임펠러(35)로서 구비된다. 상기 블레이드(33)는 하우징(10)의 내부에서 공기 유동 통로(17)에 위치한다. 이에 상기 회전부재(30)는 공기 유동 통로(17)를 따라 유동하는 공기가 블레이드(33)에 부딪히면서 회전축(31)과 함께 회전될 수 있다.The rotary member 30 is provided as a turbine wheel type impeller 35 having a plurality of blades 33 as shown in FIG. The blade (33) is located in the air flow passage (17) inside the housing (10). So that the rotating member 30 can rotate together with the rotating shaft 31 while air flowing along the air flow passage 17 strikes the blade 33.

본 발명의 실시예에서, 상기 노즐부재(50)는 회전축(31)과 함께 회전하며 하우징(10)의 내부로 공급되는 물을 공기 유동 통로(17) 측으로 분무화 및 미립화시키기 위한 것이다.In the embodiment of the present invention, the nozzle member 50 is for spraying and atomizing the water supplied to the inside of the housing 10 toward the air flow passage 17 side, rotating together with the rotation shaft 31.

이러한 노즐부재(50)는 회전부재(30)와 동축으로 회전축(31)에 설치되는 바, 도 4에서와 같이 외륜부를 지닌 원형 판으로 형성되며, 그 외륜부의 내측으로 분사홈(51)이 형성되어 있고, 그 분사홈(51)에 다수의 노즐공들(53)이 형성된 슬링거 노즐(55)로서 이루어진다.4, the nozzle member 50 is formed as a circular plate having an outer ring portion as shown in FIG. 4, and a jet groove 51 is formed inside the outer ring portion And is formed as a slinger nozzle 55 in which a plurality of nozzle holes 53 are formed in the jetting groove 51.

여기서, 상기 노즐공들(53)은 분사홈(51)을 관통하며 외륜 방향으로 일정 간격 이격되게 형성되며, 하우징(10)의 공기 유동 통로(17)를 향하여 분사홈(51)에 관통 형성될 수 있다.The nozzle holes 53 pass through the jet grooves 51 and are spaced apart from each other in the direction of the outer ring and are formed to pass through the jet grooves 51 toward the air flow passages 17 of the housing 10 .

상기 노즐공들(53)의 개수 및 직경은 물의 분무량 및 미립화 정도 등에 따라 조절될 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 특정한 값으로 한정하지 않는다.The number and diameter of the nozzle holes 53 can be adjusted according to the amount of sprayed water and the degree of atomization of water, and therefore, the present invention is not limited to any specific value.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 하우징(10)에는 도 2에서와 같이 노즐부재(50) 측으로 물을 공급하기 위한 물 공급관(71)이 설치된다. 상기 물 공급관(71)은 하우징(10)에 구비된 스트럿(81)을 통해 장착되며, 노즐부재(50)의 분사홈(51) 내측으로 물을 공급할 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, the housing 10 is provided with a water supply pipe 71 for supplying water to the nozzle member 50 side as shown in FIG. The water supply pipe 71 is installed through a strut 81 provided in the housing 10 and can supply water to the inside of the injection groove 51 of the nozzle member 50.

즉, 물이 배출되는 물 공급관(71)의 일측은 노즐부재(50)의 분사홈(51) 근처에 위치하되 그 분사홈(51)을 향해 배치되는 바, 노즐부재(50)의 회전 시 그 일측을 통해 배출된 물을 분사홈(51)으로 공급할 수 있다.That is, one side of the water supply pipe 71 through which the water is discharged is positioned near the injection groove 51 of the nozzle member 50 and is disposed toward the injection groove 51. When the nozzle member 50 rotates, So that the water discharged through one side can be supplied to the jet grooves 51.

이에 상기 노즐부재(50)는 분사홈(51)에 형성된 다수의 노즐공들(53)을 통해 물을 분무화 및 미립화시키며 공기 유동 통로(17)로 분사할 수 있다.The nozzle member 50 is sprayed into the air flow passage 17 by spraying and atomizing water through a plurality of nozzle holes 53 formed in the spray groove 51.

이 경우, 상기 스트럿(81)은 베어링을 지지하는 수단으로 물 공급관(71)이 설치되어 노즐부재(50)로 물을 공급하는 역할을 제공한다. 그리고, 스트럿(81) 내부의 물 공급관(71)은 튜빙 방식 등의 유로를 포함하는 별도의 물 공급수단과 연결될 수 있다.In this case, the strut 81 is provided with a water supply pipe 71 as a means for supporting the bearing, and serves to supply water to the nozzle member 50. The water supply pipe 71 inside the strut 81 may be connected to a separate water supply means including a flow path such as a tubing type.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지용 가습장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the operation of the humidifying apparatus 100 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

우선, 본 발명의 실시예에서는 공기 공급유닛(1)의 구동으로서 대기 중의 공기가 일정 유량 및 유속으로 공기 공급라인(11)을 통해 막-가습장치(5) 또는 연료전지 스택(3) 측으로 유동되는 상태에 있다.First of all, in the embodiment of the present invention, air in the air flows at a constant flow rate and flow rate through the air supply line 11 to the membrane-humidifying device 5 or the fuel cell stack 3 side .

이와 같은 상태에서, 공기 공급유닛(1)의 출구(후단) 측에서 공기 공급라인(11)을 따라 유동하는 공기는 하우징(10)의 공기 유입부(13)를 통해 그 하우징(10) 내부의 공기 유동 통로(17)로 유입된다.The air flowing along the air supply line 11 at the outlet (rear end) side of the air supply unit 1 flows through the air inlet 13 of the housing 10 into the inside of the housing 10 And flows into the air flow passage (17).

상기한 과정에 공기는 공기 유동 통로(17)를 따라 유동되며 회전부재(30)의 블레이드(33)에 부딪히면서 그 회전부재(30)를 회전축(31)과 함께 고속으로 회전시킨다.The air flows along the air flow passage 17 and strikes the blade 33 of the rotary member 30 to rotate the rotary member 30 together with the rotary shaft 31 at a high speed.

여기서, 본 발명의 실시예에 의한 노즐부재(50)는 회전축(31)에 설치되어 있기 때문에, 그 회전축(31)과 함께 회전부재(30)와 동일한 속도로 고속 회전한다. 이 때, 본 발명의 실시예에서는 물 공급관(71)을 통해 물을 노즐부재(50)의 분사홈(51)으로 공급한다.Here, since the nozzle member 50 according to the embodiment of the present invention is provided on the rotary shaft 31, the nozzle member 50 rotates at the same speed as the rotary member 30 at the same speed as the rotary member 31 together with the rotary shaft 31. At this time, in the embodiment of the present invention, water is supplied to the jet grooves 51 of the nozzle member 50 through the water supply pipe 71.

그러면, 상기와 같이 노즐부재(50)가 고속으로 회전하는 과정에 물 공급관(71)을 통해 노즐부재(50)의 분사홈(51)으로 물을 공급하기 때문에, 그 노즐부재(50)는 분사홈(51)에 형성된 다수의 노즐공들(53)을 통해 물을 분무화 및 미립화시키며 공기 유동 통로(17)로 분사한다.Since the nozzle member 50 supplies water to the jet grooves 51 of the nozzle member 50 through the water supply pipe 71 during the rotation of the nozzle member 50 at a high speed as described above, The water is atomized and atomized through the plurality of nozzle holes 53 formed in the groove 51 and is injected into the air flow passage 17.

이에, 상기 노즐부재(50)에 의해 분무화 및 미립화된 수분이 하우징(10) 내부의 공기 유동 통로(17)로 분사됨에 따라, 그 공기 유동 통로(17)를 따라 흐르는 공기(공급 공기)와 혼합되며 그 공급 공기를 가습시키고, 이렇게 가습된 공기는 하우징(10)의 공기 배출부(15)를 통해 배출되며 공기 공급 경로를 통해 막 가습장치(5) 또는 연료전지 스택(3)으로 공급될 수 있다.As the atomized and atomized water is jetted by the nozzle member 50 into the air flow passage 17 inside the housing 10, the air (supply air) flowing along the air flow passage 17 and the air And the humidified air is discharged through the air discharge portion 15 of the housing 10 and supplied to the membrane humidifying device 5 or the fuel cell stack 3 through the air supply path .

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 가습장치(100)에 의하면, 공기 공급유닛(1)을 통해 공급되는 공기의 스트림을 이용하여 회전부재(30)와 노즐부재(30)를 동시에 회전시키며 노즐부재(30)를 통해 물을 분무화 및 미립화시키며 공급 공기를 가습할 수 있다.According to the humidifying apparatus 100 for a fuel cell according to the embodiment of the present invention as described above, the rotary member 30 and the nozzle member 30 are connected to each other by using a stream of air supplied through the air supply unit 1. [ It is possible to simultaneously atomize and atomize the water through the nozzle member 30 and humidify the supply air.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 공기의 유동을 이용하여 회전부재(30)와 노즐부재(30)에 회전력을 제공할 수 있으므로, 종래 기술에서와 같은 고속 모터를 삭제할 수 있으며, 이로 인해 전체적인 장치의 구조를 단순화시킬 수 있고, 가격 면에서 유리하며, 고속 모터를 구동시키기 위한 소비전력을 줄일 수 있고, 고속 모터를 제어하기 위한 제어장치 등을 필요로 하지 않는다.Therefore, in the embodiment of the present invention, since the rotation force can be provided to the rotary member 30 and the nozzle member 30 by using the air flow, a high-speed motor as in the prior art can be eliminated, It is possible to simplify the structure, to be advantageous in terms of cost, to reduce the power consumption for driving the high-speed motor, and to eliminate the need for a control device for controlling the high-speed motor.

또한, 본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서와 같은 가스 투 가스(gas to gas) 막 가습 방식의 가습장치를 대신하여 사용할 수 있으며, 이와 같은 막 가습장치(5)의 보조장치로서 수분을 함유한 공기를 막 가습장치(5)로 공급할 수도 있다.In addition, in the embodiment of the present invention, it is possible to use a gas-to-gas membrane type humidification type humidifying device instead of the conventional gas humidification type humidifying device as in the prior art. The air can be supplied to the humidifying device 5 through the membrane.

이로써, 본 발명의 실시예에서는 막 가습장치(5)를 보조하는 가습장치로서 사용될 수 있기 때문에 막 가습장치(5)의 사이즈, 용량 및 가격을 줄일 수 있으며, 막 가습장치(5)로 공급되는 고온 공기의 온도를 낮출 수 있기 때문에 고온의 공기가 막 가습장치(5)로 공급되면서 발생하는 성능 상의 문제점을 해결할 수 있다. Thus, the embodiment of the present invention can be used as a humidifying device for assisting the membrane humidifier 5, so that the size, capacity, and price of the membrane humidifier 5 can be reduced, Since the temperature of the high temperature air can be lowered, it is possible to solve the performance problems caused by supplying the high temperature air to the membrane humidifier 5.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Other embodiments may easily be suggested by adding, changing, deleting, adding, or the like of elements, but this also falls within the scope of the present invention.

1... 공기 공급유닛 3... 연료전지 스택
5... 막 가습장치 10... 하우징
11... 공기 공급라인 13... 공기 유입부
15... 공기 배출부 17... 공기 유동 통로
30... 회전부재 31... 회전축
33... 블레이드 35... 임펠러
50... 노즐부재 51... 분사홈
53... 노즐공 55... 슬링거 노즐
71... 물 공급관 81... 스트럿1 ... air supply unit 3 ... fuel cell stack
5 ... membrane humidifying device 10 ... housing
11 ... air supply line 13 ... air inlet
15 ... air discharge portion 17 ... air flow passage
30 ... rotating member 31 ... rotating shaft
33 ... Blade 35 ... Impeller
50 ... nozzle member 51 ... injection groove
53 ... nozzle ball 55 ... slinger nozzle
71 ... water supply pipe 81 ... strut

Claims (6)

연료전지 스택으로 공기를 공급하기 위한 공기 공급유닛의 출구측 공기 공급 경로에 설치되는 하우징;
상기 하우징에 회전축을 통해 회전 가능하게 설치되며, 상기 하우징으로 유입되는 공기의 스트림에 의해 회전하는 회전부재; 및
상기 회전부재와 동축으로 상기 회전축에 설치되며, 상기 회전축에 의해 회전하며 상기 하우징의 내부로 공급되는 물을 분무화시키는 노즐부재
를 포함하는 연료전지용 가습장치.A housing installed in an outlet air supply path of an air supply unit for supplying air to the fuel cell stack;
A rotating member rotatably installed in the housing through a rotating shaft and rotated by a stream of air flowing into the housing; And
A nozzle member installed on the rotary shaft coaxially with the rotary member and spraying water supplied to the interior of the housing by the rotary shaft,
And a humidifying device for the fuel cell. 제1 항에 있어서,
상기 하우징은,
공기의 스트림을 형성하는 공기 유동 통로와,
상기 공기 유동 통로와 연결되며 공기를 유출입시키는 공기 유입부 및 공기 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.The method according to claim 1,
The housing includes:
An air flow passage forming a stream of air,
And an air inlet portion and an air outlet portion connected to the air flow passage and allowing air to flow in and out. 제1 항에 있어서,
상기 하우징은 공기의 스트림을 형성하는 공기 유동 통로를 포함하며,
상기 회전부재는 상기 공기 유동 통로에 위치하는 블레이드를 지닌 임펠러로서 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.The method according to claim 1,
The housing comprising an air flow passage forming a stream of air,
Wherein the rotary member is provided as an impeller having a blade located in the air flow passage. 제1 항에 있어서,
상기 노즐부재는 내측에 원형의 분사홈을 형성하고, 상기 분사홈을 관통하는 다수의 노즐공들을 가진 슬링거 노즐로서 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.The method according to claim 1,
Wherein the nozzle member is provided as a slinger nozzle having a circular jet groove on the inner side and having a plurality of nozzle holes passing through the jet groove. 제4 항에 있어서,
상기 하우징은 공기의 스트림을 형성하는 공기 유동 통로를 포함하며,
상기 노즐공들은 상기 공기 유동 통로를 향하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.5. The method of claim 4,
The housing comprising an air flow passage forming a stream of air,
Wherein the nozzle holes are formed toward the air flow passage. 제4 항에 있어서,
상기 하우징에는 상기 노즐부재 측으로 물을 공급하기 위한 물 공급관이 설치되고,
상기 물 공급관은 상기 하우징에 구비된 스트럿을 통해 장착되며, 상기 분사홈으로 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습장치.5. The method of claim 4,
A water supply pipe for supplying water to the nozzle member side is provided in the housing,
Wherein the water supply pipe is mounted through a strut provided in the housing and supplies water to the injection groove.
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