KR20160073524A - Membrane humidifier for fuel cell and Air flow system using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a membrane humidifier for a fuel cell including a case and a hollow fiber membrane. The case has a wet air inlet and an exhaust air outlet so that dried air flowing into a fuel cell stack can be humidified by the use of wet air discharged from the fuel cell stack and has a dried air inlet connected to an air blower and a humidified air outlet connected to the fuel cell stack. The hollow fiber membrane is disposed in the case and allows the dried air inlet and the humidified air outlet to communicate with each other. The dried air inlet is provided with a regulation valve which regulates the flow of the dried air flowing in through the dried air inlet. Also provided is a method for regulating the flow of the dried air by regulating the angle of opening of a valve plate depending on the state of fuel cell vehicle starting. According to the present invention, drying and flooding can be prevented, and thus the performance and durability of the fuel cell stack can be maximized. In addition, the position of the dried air inlet of the humidifier can be changed at will, and thus the degree of positional freedom can be increased.

Description

연료전지의 막 가습기 및 이를 이용한 공기흐름 시스템{Membrane humidifier for fuel cell and Air flow system using the same}[0001] Membrane humidifier for fuel cell and air flow system using same [0002]

본 발명은 연료전지의 막 가습기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전자챠량과 연료전지스택 상태에 따라 건조공기를 선택적으로 가습 하여 최적 상태를 유지할 수 있는 연료전지의 막 가습기 및 이를 이용한 공기흐름 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane humidifier of a fuel cell, and more particularly, to a membrane humidifier of a fuel cell capable of selectively humidifying the dry air according to the fuel charge amount and the state of the fuel cell stack, .

일반적으로 자동차의 연료전지는 공기 중의 산소와 연료인 수소를 공급받아 이를 연료전지스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 발생시키는 장치이다. Generally, a fuel cell of an automobile is a device that generates electricity by supplying oxygen in the air and hydrogen as fuel and electrochemically reacting the oxygen in the fuel cell stack.

예를 들면, 고순도의 수소가 수소 저장탱크로부터 연료전지의 연료극으로 공급되고, 공기블로워와 같은 공기 공급장치를 이용하여 대기 중의 공기가 직접 연료 전지의 공기극으로 공급되면, 수소가 연료극의 촉매에서 수소 이온과 전자로 분리되고, 분리된 수소이온은 고분자 전해질 막을 통해 공기극으로 넘어가게 되며, 공기극에 공급된 산소는 외부 도선을 통해 공기극으로 들어온 전자와 결합하여 물을 생성하면서 전기 에너지를 발생시킨다.For example, when high purity hydrogen is supplied from the hydrogen storage tank to the fuel electrode of the fuel cell and air in the atmosphere is directly supplied to the air electrode of the fuel cell by using an air supply device such as an air blower, The separated hydrogen ions are passed through the polymer electrolyte membrane to the air electrode. The oxygen supplied to the air electrode combines with the electrons that have entered the air electrode through the external conductor to generate water and generate electrical energy.

여기서, 상기 고분자 전해질 막은 물에 충분히 젖어 있을수록 이온 전도도가 커져 저항에 의한 손실이 작아지지만, 상대 습도가 낮은 반응 기체의 공급이 계속되면 결국에는 고분자 전해질 막이 말라서 더 이상 사용할 수 없게 되므로, 고분자 전해질 막으로 공급되는 기체의 가습이 필수적으로 이루어져야 한다.As the polymer electrolyte membrane becomes sufficiently wet with water, the ion conductivity increases and the loss due to the resistance becomes small. However, if the supply of the reactant gas having a low relative humidity continues, the polymer electrolyte membrane will eventually become dry and can no longer be used. Humidification of the gas supplied to the membrane is essential.

즉, 연료전지의 성능향상을 위해서는 연료전지스택 내로 유입되는 공기의 가습이 필수적으로 요구된다. That is, in order to improve the performance of the fuel cell, humidification of the air flowing into the fuel cell stack is indispensably required.

이러한 요구에 따라 종래1(출원번호 : 2009-0026571)의 경우 도 1에 도시된 바와 ?이, 가습기 입구부(건조공기 도입부)에 gas distributor(240)를 설치하여 건조공기의 흐름을 균일하게 분산시켜 가습막 활용도를 향상시킬 수는 있지만, gas distributor(240)의 형상이 고정되며, 거기에 맞게 건조공기의 유동이 고정되어지기 때문에, 연료전지 시스템의 운전 상황에 따라 가변적으로 건조공기의 유동 흐름을 조절할 수 없으므로 가변적으로 가습을 제어할 수 없게 된다.According to this demand, in the case of Conventional 1 (Application No. 2009-0026571), as shown in FIG. 1, a gas distributor 240 is installed in a humidifier inlet (dry air inlet) to uniformly disperse the flow of dry air However, since the shape of the gas distributor 240 is fixed and the flow of the dry air is fixed according to the shape of the gas distributor 240, the flow of the dry air can be variably changed according to the operation state of the fuel cell system, It is impossible to variably control the humidification.

한편, 종래2(US2002-0164508)의 경우 도 2에 도시된 바와 같이, 가습기 전단의 밸브와 바이패스유로가 배기유로로 연결되어 가습기 내부로 공급되는 공기량을 조절하는 기술이지만, 이 또한 연료전지 시스템의 운전상황에 따라 가변적으로 가습기로 공급되는 건조공기의 유동 방향을 조절할 수 없다. As shown in FIG. 2, in the case of the prior art 2 (US2002-0164508), the valve in the front end of the humidifier and the bypass flow path are connected to the exhaust flow path to control the amount of air supplied into the humidifier. The flow direction of the dry air supplied to the humidifier can not be variably controlled according to the operation state of the humidifier.

따라서, 종래 가습기의 경우 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 그 구조상 건조공기가 중공사막 가운데 부분으로만 흐르고, 습윤공기는 중공사막 외곽으로만 흘러 가습기 효율이 저하되는 것을 아래 그림 1로 알 수 있다. Therefore, in the conventional humidifier, as shown in FIG. 3 (a), the humidifier efficiency is reduced due to the structure of the dry air flowing into only the middle portion of the hollow fiber membrane, Able to know.

Figure pat00001
Figure pat00001

[그림 1][Figure 1]

또한, 가습기의 경우 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 그 기능적 특성상, 가습기 내에서 응축 또는 고인 물이 존재하게 되며, 이 물이 겨울철 얼기 때문에, 그 만큼 가습기 내부 공기 유로가 좁아지게 되므로 압력상승으로 인한 공기블로워의 부담을 가중되며, 공기블로워 소모동력을 증가된다. In the case of a humidifier, as shown in FIG. 3 (b), due to its functional nature, condensed or dehydrated water exists in the humidifier, and since the water freezes in the winter, the air flow path inside the humidifier becomes narrower The load of the air blower due to the pressure increase is increased, and the consumption power of the air blower is increased.

즉, 물이 얼면 부피 팽창으로 인하여 가습막에 손상이 발생하므로 이로 인해 연비 성능이 저하되는 문제가 있다. That is, when the water freezes, damage to the humidifying membrane occurs due to the volume expansion, thereby deteriorating the fuel efficiency.

또한, 연료전지스택에 공급되어지는 공기의 가습에 따라 성능 및 내구에 영향을 받는다. In addition, performance and durability are affected by the humidification of the air supplied to the fuel cell stack.

즉, 공급되는 공기에 수분이 부족할 경우, 공급되는 공기에 수분이 너무 많을 경우, 각각 dry 또는 flooding 현상이 발생하게 되며, 이는 스택의 성능 및 내구에 큰 영향을 미치게 된다.That is, when moisture is insufficient in the supplied air, if the supplied air is too much moisture, dry or flooding phenomenon occurs, which greatly affects the performance and durability of the stack.

따라서, 적절한 수분을 스택에 공급해 주는 것이 스택의 성능 및 내구에 있어서 매우 중요하며, 이를 위해서는 필수적으로 가변적으로 가습을 제어할 수 있어야만 한다.Thus, providing adequate moisture to the stack is critical to the performance and durability of the stack, and this requires essentially variable humidity control.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 연료전지스택에 공급되는 공기의 적정 수분을 가변적으로 제어함으로써, dry 또는 flooding 현상을 방지하여 연료전지스택의 성능 및 내구성을 극대화하는 연료전지의 막 가습기 및 이를 이용한 공기흐름 시스템을 제공는데 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a membrane humidifier and a humidifier of a fuel cell which maximizes the performance and durability of the fuel cell stack by preventing the dry or flooding phenomenon by variably controlling an appropriate amount of air supplied to the fuel cell stack, And to provide an air flow system using the same.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료전지스택에서 배출되는 습윤공기를 이용하여 연료전지스택으로 들어가는 건조공기를 가습 할 수 있게 습윤공기입구와 배기공기출구가 형성되고, 공기블로워에 연결되는 건조공기입구 및 연료전지스택에 연결되는 가습공기출구를 갖는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 설치되어 건조공기입구와 가습공기출구를 연통하는 중공사막을 포함하여 이루어진 연료전지의 막 가습기에 있어서, 상기 건조공기입구에는 건조공기입구를 통해 유입되는 건조공기의 흐름을 조절하는 조절밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 막 가습기를 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a fuel cell stack including a wet air inlet and an exhaust air outlet formed by wet air discharged from a fuel cell stack to humidify dry air entering a fuel cell stack, A case having a humidifying air outlet connected to an air inlet and a fuel cell stack, and a hollow fiber membrane provided inside the case, the humidifying air outlet communicating with a dry air inlet and a humidifying air outlet, And the air inlet is provided with a regulating valve for regulating the flow of dry air flowing through the dry air inlet.

여기서, 상기 조절밸브는 상기 건조공기입구를 통해 내부로 유입되는 건조공기의 흐름방향을 유도할 수 있게 회동 개폐되는 밸브플레이트와; 상기 건조공기입구의 외측에 구비되어 사용자의 조작 또는 제어기의 신호에 따라 상기 밸브플레이트의 개폐 각도를 조절하는 조절구를 구성함과 아울러, 연료전지차량의 시동상태에 따라 밸브플레이트의 개폐 각도 조절에 따른 공기 흐름을 조절하여 연료전지스택의 성능을 최적화할 수 있는 연료전지의 막 가습기를 이용한 공기흐름 시스템을 제공한다.Here, the control valve includes a valve plate pivotally opened and closed to guide a flow direction of dry air flowing into the drying air inlet; And a control valve provided outside the dry air inlet to regulate an opening and closing angle of the valve plate in accordance with a user's operation or a signal from the controller and to adjust the opening and closing angle of the valve plate according to the starting state of the fuel cell vehicle The present invention provides an air flow system using a membrane humidifier of a fuel cell that can optimize the performance of a fuel cell stack by regulating the air flow caused by the air flow.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, dry 또는 flooding 현상을 방지하여 연료전지스택의 성능 및 내구성을 극대화하는 효과가 있다.By providing the present invention configured as described above, it is possible to prevent the dry or flooding phenomenon, thereby maximizing the performance and durability of the fuel cell stack.

또한, 가습기 건조공기입구의 위치를 자유롭게 변경할 수 있어 위치적인 자유도가 증가되는 장점이 있다.In addition, since the position of the humidifier drying air inlet can be freely changed, there is an advantage that the degree of freedom in position is increased.

도 1 내지 도 2는 은 종래 연료전지용 가습기의 구성도.
도 3의 (a), (b)는 종래 연료전지용 가습기의 작동상태 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지용 가습기의 구성도.
도 5의 (a), (b), (c), (d)은 본 발명에 따른 연료정지용 가습기의 작동상태 예시도.1 is a schematic view of a conventional humidifier for a fuel cell.
3 (a) and 3 (b) are diagrams showing examples of the operating state of a conventional humidifier for a fuel cell.
4 is a configuration diagram of a humidifier for a fuel cell according to the present invention.
5 (a), 5 (b), 5 (c) and 5 (d) are diagrams illustrating examples of the operating state of the fuel stopping humidifier according to the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary 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.

본 발명의 연료전지의 막 가습기(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 막 가습기(200)의 건조공기입구(211)에 조절밸브(300)를 적용하여, 이 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)의 각도 조절을 통해 건조공기의 유동 흐름을 조절하게 된다.The membrane humidifier 200 of the fuel cell of the present invention is configured such that the adjustment valve 300 is applied to the dry air inlet 211 of the membrane humidifier 200 as shown in FIG. The flow of dry air is controlled through the adjustment of the angle of the plate 310.

즉, 연료전지 시스템의 연료전지스택(400)에서 배출되는 습윤공기를 이용하여 연료전지스택(400)으로 들어가는 건조공기를 가습 할 수 있게 습윤공기입구(215)와 배기공기출구(217)가 형성되고, 공기블로워(100)에 연결되는 건조공기입구(211) 및 연료전지스택(400)에 연결되는 가습공기출구(213)를 갖는 케이스(210)와, 상기 케이스(210)의 내부에 설치되어 건조공기입구(211)와 가습공기출구(213)를 연통하는 중공사막(220)을 포함하여 이루어진 연료전지의 막 가습기(200)를 기본적으로 구성한다.That is, the humidified air inlet 215 and the exhaust air outlet 217 are formed so as to humidify the dry air entering the fuel cell stack 400 using the humid air discharged from the fuel cell stack 400 of the fuel cell system A case 210 having a drying air inlet 211 connected to the air blower 100 and a humidifying air outlet 213 connected to the fuel cell stack 400, And a hollow fiber membrane 220 communicating the drying air inlet 211 and the humidifying air outlet 213. The membrane humidifier 200 includes a humidifier 200,

이때, 상기 건조공기입구(211)에는 건조공기입구(211)를 통해 유입되는 건조공기의 흐름을 조절하는 조절밸브(300)를 더 구비하는 것이 바람직하다.The drying air inlet 211 may further include a control valve 300 for controlling the flow of the drying air flowing through the drying air inlet 211.

여기서, 상기 조절밸브(300)는 상기 건조공기입구(211)를 통해 내부로 유입되는 건조공기의 흐름방향을 유도할 수 있게 회동 개폐되는 밸브플레이트(310)를 형성하고,Here, the control valve 300 forms a valve plate 310 that is pivotally opened and closed to guide the flow direction of the dry air flowing into the drying air inlet 211,

상기 건조공기입구(211)의 외측에 구비되어 사용자의 조작 또는 제어기의 신호에 따라 상기 밸브플레이트(310)의 개폐 각도를 조절하는 조절구(미도시)를 포함하여 구성된다.And an adjuster (not shown) provided outside the dry air inlet 211 to adjust an opening and closing angle of the valve plate 310 according to a user's operation or a signal from the controller.

이때, 상기 밸브플레이트(310)는 건조공기의 흐름방향을 하측으로 유동할 수 있게 상,하 회동 개폐되도록 상기 건조공기입구(211)의 힌지 결합될 수 있다.At this time, the valve plate 310 may be hinged to the drying air inlet 211 so that the valve plate 310 can be opened and closed upward and downward so that the flow direction of the drying air can be downward.

따라서, 밸브플레이트(310) 조절을 통해 건조공기의 유동 흐름을 습윤공기가 주로 흐르는 외곽으로 유도하여 종래에 비해 가습성능의 향상을 도모하고, 밸브플레이트(310) 조절을 통해 한 부분으로만 건조공기 유동 흐름을 조절할 수 있으며, 이를 통해 가습 효율을 조절할 수 있다.Therefore, by adjusting the valve plate 310, the flow of the dry air is guided to the outer periphery through which humid air mainly flows, thereby improving the humidification performance compared to the conventional art. By controlling the valve plate 310, The flow can be controlled and the humidification efficiency can be controlled.

즉, 종래의 gas distributor나 바이패스라인을 적용할 필요 없이 기존의 시스템에서 가변적으로 연료전지스택 상태에 맞게 가습을 조절할 수 있음을 의미한다.In other words, it means that it is possible to adjust the humidification according to the state of the fuel cell stack in the existing system without applying the conventional gas distributor or bypass line.

또한, 밸브플레이트(310) 조절을 통해 건조공기 유동 흐름을 케이스(210)의 하단에 고인 응축수(C) 측으로 유도함으로서, 막 가습기(200) 내 응축수(C)를 제거할수 있다. Also, the condensed water (C) in the membrane humidifier 200 can be removed by directing the dry air flow to the condensed water (C) side at the lower end of the case 210 through the adjustment of the valve plate 310.

그리고 이를 통해 응축수(C)를 가습에 이용할 수 있기에(가습기 내에서 gas to gas 가습방식 / water to gas 가습방식을 동시에 사용) 가습성능 향상 또한 가능하다.It is also possible to use the condensate (C) for humidification (gas-to-gas humidification method / water to gas humidification method is used at the same time in the humidifier).

또한, 응축된 물이 얼 경우, 중공사막을 손상시키는 종래의 문제를 해결할 수 있다.In addition, when the condensed water freezes, the conventional problem of damaging the hollow fiber membrane can be solved.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 적용을 통해 막 가습기(200)의 성능 향상은 종래 막 가습기에 비해 중공사막(220)의 가닥수를 줄일 수 있다.Therefore, the improvement of the performance of the membrane humidifier 200 through the application of the present invention as described above can reduce the number of strands of the hollow fiber membrane 220 as compared with the conventional membrane humidifier.

즉, 막 가습기(200)의 성능 향상을 통하여 중공사막(220)의 사용량을 줄일 수 있으며, 이를 통하여 종래 막 가습기 대비 가격 및 규모를 축소할 수 있으며, 이는 패키지 측면에서 매우 유리하다.That is, through the improvement of the performance of the membrane humidifier 200, the amount of the hollow fiber membrane 220 to be used can be reduced. Accordingly, the price and size of the conventional membrane humidifier can be reduced.

또한, 기존 공기차단밸브를 가습기와 일체화 할 수 있으므로, 이 또한 패키지 측면에 있어서 유리하다.In addition, since the existing air shutoff valve can be integrated with the humidifier, this is also advantageous in terms of the package side.

또한, 패키지를 구성하다 보면, 가습기의 건조공기 입구부가 반드시 중심이 맞지 않더라도 용이하게 적용할 수 있으며, 밸브플레이트(310) 조절을 통해 해결이 가능하므로 건조공기입구(211)의 형상에 따른 자유도가 증가된다.
In addition, when the package is constructed, the drying air inlet portion of the humidifier can be easily applied even if it is not necessarily centered, and since it is possible to solve the problem by adjusting the valve plate 310, .

상기와 같이, 구성된 본 발명에 대하여 첨부된 도 6을 참조하여 구체적으로 건조공기의 흐름을 조절하는 방법에 대해 설명한다.As described above, a method of controlling the flow of dry air will be described in detail with reference to FIG. 6 attached to the present invention.

<건조공기의 유입이 완전히 차단된 경우><When the inflow of dry air is completely blocked>

도 5의 (a)에 의하면, 연료전지차량의 시동이 OFF일 경우 연료전지스택(400)의 내구성을 확보할 수 있게 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 닫아 건조공기의 유입을 차단하여, 상기 밸브플레이트(310)가 건조공기의 유입을 차단하여 시동이 OFF된 상태에서 공급되는 공기를 차단할 수 있다.
5A, the valve plate 310 of the regulating valve 300 is closed to ensure the durability of the fuel cell stack 400 when the start of the fuel cell vehicle is OFF, So that the valve plate 310 blocks the flow of dry air and blocks the supplied air in a state in which the starting is off.

<밸브가 15% 부분적으로 열렸을(open) 경우><When the valve is partially open 15%>

도 5의 (b)에 의하면, 연료전지차량의 FPS워터트랩(500)에서 응축수(C)를 배출하여 케이스(210)에 축적된 경우 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 부분적으로 15% 까지 개방함에 따라 하측방향으로 건조공기를 유도하여 케이스(210)에 고인 응축수(C)와의 접촉을 높여 중공사막(220)을 따라 가습공기출구(213)를 통해 연료전지스택(400)으로 공급된다.5B, when the condensed water C is discharged from the FPS water trap 500 of the fuel cell vehicle and accumulated in the case 210, the valve plate 310 of the regulating valve 300 is partially The drying air is guided in the lower direction by increasing the contact with the condensed water C in the case 210 to the fuel cell stack 400 through the humidifying air outlet 213 along the hollow fiber membrane 220 .

따라서, 응측수(C)가 얼 경우 중공사막(220)이 손상되는 것을 미리 방지하기 위해 건조공기를 유도하여 응측수(C)를 빠르게 증발시키고 초기 연료전지스택(400)에 가습공기를 충분히 공급할 수 있다. Therefore, in order to prevent the hollow fiber membrane 220 from being damaged in advance when the water coagulation water C is frozen, dry air is induced to rapidly evaporate the coagulation water C and sufficiently supply humidifying air to the initial fuel cell stack 400 .

배기공기출구(217)를 통해 배출하여 상기 밸브플레이트(310)의 부분적으로 회동하여 케이스(210)의 하측에 고인 응축수(C)의 방향으로 건조공기를 보내 이 건조공기가 응축수(C)를 머금고 배기공기출구(217)를 통해 불출됨에 따라 응축수(C)의 배출을 빠르게 함으로써, 동절기 막 가습기(200)의 동파를 방지할 수 있다.
The valve plate 310 is partially pivoted by discharging the air through the exhaust air outlet 217 to send dry air in the direction of the condensed water C to the lower side of the case 210, It is possible to prevent the wintertime humidifier 200 from being frozen by accelerating the discharge of the condensed water C as it is discharged through the safe exhaust air outlet 217. [

<밸브가 50% 부분적으로 열렸을(open) 경우><When the valve is partially open 50%>

도 5의 (c)에 의하면, 연료전지스택(400)이 FLOODING인 경우 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 부분적으로 50% 까지 개방함에 따라 하측방향으로 건조공기를 유도하여 중공사막(220)을 부분적으로 사용하여 가습성능을 조절하여 연료전지스택(400)의 FLOODING상태의 조건에서 중공사막(220)의 다발 중 일부만을 사용하여 가습하게 되므로 가습량을 적절히 줄여 상대적으로 연료전지스택(400) 측에 건조공기가 유입되게 하여 연료전지스택(400)의 적정 수분을 유지할 수 있게 된다.
5 (c), when the fuel cell stack 400 is FLOODING, the valve plate 310 of the control valve 300 is partially opened to 50%, and the dry air is guided downward, The humidifying performance of the fuel cell stack 400 can be partially adjusted by using only a part of the bundle of the hollow fiber membranes 220 under the FLOODING condition of the fuel cell stack 400. Therefore, 400 to allow the proper moisture of the fuel cell stack 400 to be maintained.

<밸브가 100% 완전히 열렸을(open) 경우><When the valve is 100% fully open (open)>

도 5의 (d)에 의하면, 최소 7시간에서 24시간 이상 방치된 연료전지차량에 시동을 ON하여 출발하는 경우 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 100% 까지 개방함에 따라 최대 가습성능을 확보하여 일반적인 막 가습기(200)의 형태를 유지하게 되며, 전체적으로 건조공기입구(211)와 가습공기출구(213)의 유량이 동일하다.5D, when the start of the fuel cell vehicle is left on for at least 7 hours to 24 hours or more, the valve plate 310 of the control valve 300 is opened to 100% The performance is secured to maintain the shape of the general membrane humidifier 200. As a whole, the flow rates of the dry air inlet 211 and the humidifying air outlet 213 are the same.

따라서, 연료전지 시스템의 운전상황에 따라 가변적으로 건조공기의 유동 흐름을 조절하여 연료전지스택의 상태에 맞게 가습을 조절할 수 있다.Therefore, it is possible to adjust the flow of the dry air according to the operation state of the fuel cell system, thereby adjusting the humidification according to the state of the fuel cell stack.

또한, 가변적인 건조공기의 유동 흐름 변경을 통해, 막 가습기(200)의 성능 개선 및 기존 문제점을 해결할 수 있다.
Further, through the change of the flow flow of the variable dry air, the performance improvement of the membrane humidifier 200 and the existing problems can be solved.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary terms. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configurations shown in the drawings and the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications are possible.

100: 공기블로워
200: 막가습기
210: 케이스
211: 건조공기입구
213: 가습공기출구
215: 습윤공기입구
217: 배기공기출구
220: 중공사막
300: 조절밸브
310: 밸브플레이트
400: 연료전지스택
500: FPS워터트랩
C : 응축수100: air blower
200: membrane humidifier
210: Case
211: Dry air inlet
213: humidifying air outlet
215: humid air inlet
217: Exhaust air outlet
220: hollow fiber membrane
300: Regulating valve
310: valve plate
400: Fuel cell stack
500: FPS Water Trap
C: Condensate

Claims (7)

연료전지스택(400)에서 배출되는 습윤공기를 이용하여 연료전지스택으로 들어가는 건조공기를 가습 할 수 있게 습윤공기입구(215)와 배기공기출구(217)가 형성되고, 공기블로워(100)에 연결되는 건조공기입구(211) 및 연료전지스택(400)에 연결되는 가습공기출구(213)를 갖는 케이스(210)와, 상기 케이스(210)의 내부에 설치되어 건조공기입구(211)와 가습공기출구(213)를 연통하는 중공사막(220)을 포함하여 이루어진 연료전지의 막 가습기(200)에 있어서,
상기 건조공기입구(211)에는 건조공기입구(211)를 통해 유입되는 건조공기의 흐름을 조절하는 조절밸브(300)가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지의 막 가습기.The humid air inlet 215 and the exhaust air outlet 217 are formed so as to humidify the dry air entering the fuel cell stack using the humid air discharged from the fuel cell stack 400 and connected to the air blower 100 And a humidifying air outlet 213 connected to the dry air inlet 211 and the fuel cell stack 400. The drying air inlet 211 and the humidifying air The membrane humidifier (200) of a fuel cell comprising a hollow fiber membrane (220) communicating with an outlet (213)
Wherein the dry air inlet (211) is provided with a regulating valve (300) for regulating the flow of dry air flowing through the dry air inlet (211). 청구항 1에 있어서,
상기 조절밸브(300)는 상기 건조공기입구(211)를 통해 내부로 유입되는 건조공기의 흐름방향을 유도할 수 있게 회동 개폐되는 밸브플레이트(310)와;
상기 건조공기입구(211)의 외측에 구비되어 사용자의 조작 또는 제어기의 신호에 따라 상기 밸브플레이트(310)의 개폐 각도를 조절하는 조절구(미도시)로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지의 막 가습기.The method according to claim 1,
The control valve 300 includes a valve plate 310 rotatably opened and closed to guide the direction of the dry air flowing into the drying air inlet 211,
(Not shown) provided outside the drying air inlet 211 and adjusting an opening and closing angle of the valve plate 310 according to a user's operation or a signal from the controller. . 청구항 2에 있어서,
상기 밸브플레이트(310)는 건조공기의 흐름방향을 하측으로 유동할 수 있게 상,하 회동 개폐되도록 상기 건조공기입구(211)의 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지의 막 가습기.The method of claim 2,
Wherein the valve plate (310) is hinged to the dry air inlet (211) so as to be opened and closed upwardly and downwardly so as to flow downward the flow direction of the dry air. 청구항 2의 구성을 통해 연료전지차량의 시동이 OFF일 경우 연료전지스택(400)의 내구성을 확보할 수 있게 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 닫아 건조공기의 유입을 차단하는 연료전지의 막 가습기를 이용한 공기흐름 시스템.The valve plate 310 of the regulating valve 300 is closed so as to ensure the durability of the fuel cell stack 400 when the fuel cell vehicle 400 is turned off through the configuration of claim 2, Air flow system using membrane humidifier of battery. 청구항 2의 구성을 통해 연료전지차량의 FPS워터트랩(500)에서 응축수(C)를 배출하여 케이스(210)에 축적된 경우 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 부분적으로 15% 까지 개방함에 따라 케이스(210)의 하측방향으로 건조공기를 유도하여 케이스(210)의 바닥에 고인 응축수(C)와 접촉시켜 중공사막(220)을 따라 가습공기출구(213)를 통해 연료전지스택(400)으로 배출함에 따라 응측수(C)를 빠르게 증발시키고 초기 연료전지스택(400)에 가습공기를 충분히 공급하는 연료전지의 막 가습기를 이용한 공기흐름 시스템.When the condensed water C is discharged from the FPS water trap 500 of the fuel cell vehicle and accumulated in the case 210, the valve plate 310 of the control valve 300 is partially reduced to 15% The drying air is guided to the lower side of the case 210 and brought into contact with the condensed water C at the bottom of the case 210 so that the air is guided along the hollow fiber membrane 220 through the humidifying air outlet 213, The air flow system using the membrane humidifier of the fuel cell which rapidly evaporates the water of the condensed water (C) as it discharges to the initial fuel cell stack (400) and supplies the humidified air to the initial fuel cell stack (400). 청구항 2의 구성을 통해 연료전지스택이 FLOODING인 경우 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 부분적으로 50% 까지 개방함에 따라 하측방향으로 건조공기를 유도하여 중공사막(220)을 부분적으로 사용하여 가습성능을 조절하는 연료전지의 막 가습기를 이용한 공기흐름 시스템.According to the configuration of claim 2, when the fuel cell stack is FLOODING, the valve plate 310 of the regulating valve 300 is partially opened to 50%, and the dry air is guided downward to partially fill the hollow fiber membrane 220 Air flow system using a membrane humidifier of a fuel cell to regulate the humidification performance by using. 청구항 2의 구성을 통해 최소 7시간에서 24시간 이상 방치된 연료전지차량에 시동을 ON하여 출발하는 경우 상기 조절밸브(300)의 밸브플레이트(310)를 100% 까지 개방함에 따라 최대 가습성능을 확보하는 연료전지의 막 가습기를 이용한 공기흐름 시스템.When the start of the fuel cell vehicle is left on for at least 7 hours to 24 hours or more through the configuration of claim 2, the valve plate 310 of the control valve 300 is opened up to 100% Air flow system using membrane humidifier of fuel cell.
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180066664A (en) * 2016-12-09 2018-06-19 현대자동차주식회사 Humidification device having structure for decreasing hydrogen concentration of fuel cell
KR20180068030A (en) * 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 Fuel cell system
KR20190055602A (en) * 2017-11-15 2019-05-23 코오롱머티리얼 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
EP3664206A1 (en) * 2018-12-07 2020-06-10 Hyundai Motor Company Humidifier for fuel cell
CN114050291A (en) * 2021-11-15 2022-02-15 上海重塑能源科技有限公司 Humidifier for fuel cell system and debugging and working method thereof
CN114361525A (en) * 2021-12-15 2022-04-15 武汉理工大学 Fuel cell humidification system and control method
KR20220111461A (en) 2021-02-02 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell system with adjustable bypass air flow
KR20220111462A (en) 2021-02-02 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
KR20220111460A (en) 2021-02-02 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier with adjustable dry air flow
KR20220126414A (en) 2021-03-09 2022-09-16 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell system with adjustable bypass air flow
KR20220127989A (en) 2021-03-12 2022-09-20 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2022196963A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 코오롱인더스트리 주식회사 Cartridge for fuel cell humidifier, and fuel cell humidifier
WO2022265294A1 (en) * 2021-06-16 2022-12-22 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102496633B1 (en) 2016-10-20 2023-02-07 현대자동차주식회사 Humidifier for fuel cell
US20230411649A1 (en) * 2020-12-21 2023-12-21 Kolon Industries, Inc. Cartridge of humidifier for fuel cell and humidifier for fuel cell
KR20220097208A (en) * 2020-12-30 2022-07-07 코오롱인더스트리 주식회사 Cartridge of Humidifier for Fuel Cell and Humidifier for Fuel Cell

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010112568A (en) * 2008-11-04 2010-05-20 Honda Motor Co Ltd Humidifying device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010112568A (en) * 2008-11-04 2010-05-20 Honda Motor Co Ltd Humidifying device

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180066664A (en) * 2016-12-09 2018-06-19 현대자동차주식회사 Humidification device having structure for decreasing hydrogen concentration of fuel cell
KR20180068030A (en) * 2016-12-13 2018-06-21 현대자동차주식회사 Fuel cell system
KR20190055602A (en) * 2017-11-15 2019-05-23 코오롱머티리얼 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2019098642A3 (en) * 2017-11-15 2019-07-11 코오롱패션머티리얼 (주) Fuel cell membrane humidifier
US11342569B2 (en) 2018-12-07 2022-05-24 Hyundai Motor Company Humidifier for fuel cell
EP3664206A1 (en) * 2018-12-07 2020-06-10 Hyundai Motor Company Humidifier for fuel cell
KR20220111462A (en) 2021-02-02 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
KR20220111461A (en) 2021-02-02 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell system with adjustable bypass air flow
KR20220111460A (en) 2021-02-02 2022-08-09 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier with adjustable dry air flow
KR20220126414A (en) 2021-03-09 2022-09-16 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell system with adjustable bypass air flow
KR20220127989A (en) 2021-03-12 2022-09-20 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
WO2022196963A1 (en) * 2021-03-17 2022-09-22 코오롱인더스트리 주식회사 Cartridge for fuel cell humidifier, and fuel cell humidifier
WO2022265294A1 (en) * 2021-06-16 2022-12-22 코오롱인더스트리 주식회사 Fuel cell membrane humidifier
CN114050291A (en) * 2021-11-15 2022-02-15 上海重塑能源科技有限公司 Humidifier for fuel cell system and debugging and working method thereof
CN114361525A (en) * 2021-12-15 2022-04-15 武汉理工大学 Fuel cell humidification system and control method

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